Summary
Резерв коронарного потока (CFR) определяется как отношение максимального коронарного кровотока к покоякоронарного кровотока. Мы представляем протокол для оценки CFR у крыс с помощью ультразвука, который дает возможность прогнозировать сердечно-сосудистые факторы риска при отсутствии обструктивного ишемической болезни.
Abstract
Ишемическая болезнь сердца является основной причиной смерти во всем мире. После острого инфаркта миокарда раннее и успешное вмешательство миокарда через реканализацию коронарной артерии является наиболее эффективной стратегией уменьшения размера ишемического миокарда. Коронарная микроваскулатура не может быть визуализирована и изображена in vivo,но существует несколько инвазивных и неинвазивных методов, которые могут быть использованы для оценки параметров, которые непосредственно зависят от коронарной микрососудистой функции. Эндотелиальная функция после реперфузии ишемии может быть оценена также на уровне коронарного кровообращения через резерв коронарного потока (CFR). В этом исследовании, пиковая скорость левого переднего спуска (LAD) коронарных артерий была измерена у крыс in vivo через Трансторакальный Доплер Эхокардиография во время отдыха и стресс вызов (индуцированный Добутамин). Нормальное сердце может увеличить его коронарный кровоток до четырех раз выше значений покоя во время индукции стресса. После реперфузии ишемии, мы обнаружили значительно уменьшилась CFR, который может быть использован в качестве маркера коронарной микрососудистой дисфункции. CFR открыл окно о важности микрососудистой дисфункции и было показано, предсказать сердечно-сосудистый риск независимо от того, тяжелая обструктивная болезнь присутствует.
Introduction
Реперфузия миокарда (ИК) является состояние, при котором кровоснабжение ограничивается сердцем с последующим восстановлением перфузии и одновременной реоксигенации1. Окклюзия коронарных артерий может быть вызвана разрывом эмболии или холестеринового налета, что приводит к серьезному дисбалансу метаболического предложения и спроса, вызывая гипоксию тканей. Спасение под угрозой миокарда, улучшение функции левого желудочка, и повысить выживаемость у пациентов с острым инфарктом миокарда наблюдались реперфузионной терапии. Однако после реканализации коронарной артерии функциональные аномалии малыхкоронарных сосудов могут возникнуть 2,3,4,5. Значительная часть пациентов, возможно, целых 40%, не восстанавливает микрососудистую и миокардную перфузию, несмотря на восстановление коронарного потока. Визуализация и оценка коронарной микроваскулярной микроваскулярности может быть затруднена в vivo, но существует ряд инвазивных и неинвазивных методов, которые могут быть использованы для оценки параметров непосредственно в зависимости от коронарной микрососудистой функции6 ,7. Также эндотелиальную функцию можно оценить на уровне коронарного кровообращениячерез CFR 5.
Трансторакальная доплеровая эхокардиография является неинвазивным инструментом, которыйпозволяет нам изучать скорость потока коронарных артерий и CFR 5. CFR представляет собой отношение максимального коронарного кровотока к покоя коронарного кровотока8. Во время стресса, нормальное сердце увеличивает коронарный кровоток до четырех раз выше значения покоя. Сердечно-сосудистый риск увеличивается, когда CFR уменьшается9. Исихара и др. показали, что CFR был серьезно нарушен сразу после коронарной ангиопластики5. При отсутствии стеноза коронарной артерии, CFR уменьшается во время коронарной микрососудистой дисфункции и присутствует примерно у половины пациентов со стабильной ишемической болезнью сердца10.
Общей целью этого метода является неинвазивная визуализация левой передней нисходящей коронарной артерии (LAD) функции у крыс с помощью эхокардиографии, которые могут быть использованы для расчета CFR. Это предлагает важный инструмент оценки для диагностики микрососудистой дисфункции и оценки потенциальных терапевтических методов лечения.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Все процедуры были выполнены в соответствии с протоколами, утвержденными Университетом Луисвилла институционального ухода за животными и использования комитета (IACUC утвержденных протокол 18223) и NIH Руководство по уходу и использованию лабораторных животных11.
1. Звери
- Используйте для исследования 4-месячную самку Фишера 344 крысы (BW-150-180 г).
2. Ультразвуковая томография перед ИК-операцией
- Анестезия крысы с изофлуран - индукционная камера на 5% с 1,5-2,0 л / мин O2 потока следуют 1,5-2,0% с 1,5-2,0 л / мин O2 потока. Эта анестезия поддерживается на протяжении всего эксперимента, во время отдыха и стадии стресса.
- Поместите животное в положение на спине и побрить грудную клетку. Поддерживайте температуру тела на уровне 37-38 градусов по Цельсию с помощью встроенной платформы для разогрева. Мониторинг частоты сердечных приступов с помощью программного обеспечения.
ПРИМЕЧАНИЕ: Правильная анестезия имеет решающее значение для поддержания частоты сердечных приступов при нормальных физиологических темпах (между 295-350 ударов/мин). - Нанесите офтальмологическую ветеринарную мазь, чтобы предотвратить сухость глаз до визуализации.
- Выполните эхокардиографию с помощью линейного зонда 13-24 МГц (например, MS250)(рисунок 1A).
- Поместите животное в положение на спине на нагретой платформе. Убедитесь, что анестезия контролируется через носовой конус. Затем положение зонда для получения парастеральной короткой оси зрения (PSAX) с помощью железнодорожной системы(рисунок 1B).
- Перемещение зонда в ростральном направлении от ПСАК, найдите легочную артерию(рисунок 1B).
- Переместите зонд немного в направлении caudal от легочной артерии, чтобы посмотреть LAD и сохранить изображение.
ПРИМЕЧАНИЕ: LAD трудно найти без цвета Доплера, так b-Mode изображения LAD не всегда возможны. - Когда индивидуальные различия делают его трудно найти ЛАД коронарной артерии, следуйте технике, упомянутой ниже:
- Переместите боковой зонд в легочную артерию.
- Угол платформы так, что животное склонен, перевернутый, или немного к правой стороне, так что левый желудочек более легко видны с зондом.
- После того, как изображение в режиме B захвачено или cine-stored, щелкните Цвет Доплера на сенсорном экране (рисунок1C). Визуализируйте коронарную артерию (белая стрелка указывает на LAD) в короткой оси(рисунок 1С). Красный цвет, как видно в режиме реального времени, свидетельствует о направлении потока (т.е. поток крови к зонду).
- После визуализации LAD в режиме color-Doppler измените режим на импульсную волну (PW)-режим. Ищите наличие желтой линии индикатора на коронарной артерии(рисунок 2A).
- Поместите желтую ЛИНИю PW в середине коронарной артерии. Убедитесь, что угол параллельно направлению потока.
ПРИМЕЧАНИЕ: Скорость потока сильно зависит от угла линии PW, поэтому не забудьте сопоставить угол экранного зонда с углом LAD. Используйте сенсорный экран для регулировки угла; Угол PW должен быть меньше 60 градусов. - Используйте cine store, чтобы захватить скорость отдыха LAD коронарного потока на пике диастолии как волны формы (Рисунок2B).
- После получения скорости потока LAD, измерьте максимальную скорость потока LAD во время напряжения, чтобы рассчитать CFR. Для измерения максимальной скорости потока во время стресса, влить добутамин в дозе 20 мкг/кг / мин через хвоствены8 (Рисунок2C).
ПРИМЕЧАНИЕ: Настой добутамина не должен быть более 8 мин. Используйте инфузионный насос и установите диаметр инфузионного насоса до 14,43 для шприца BD 10 мл.- Используйте 25-G настой бабочка набор для хвостовой вены каниляции. Чтобы поместить инфузионную иглу, поместите небольшую полоску марли вокруг основания хвоста крысы, затем возьмите с гемостатами и скрутите турникет, чтобы нанести давление и вызвать увеличение вены.
- Поместите иглу при непосредственном подключении к шприцу добутамина.
ПРИМЕЧАНИЕ: Будьте особенно осторожны, чтобы случайно ввести препарат при составлении крови для обеспечения надлежащего размещения иглы в хвостовой вены. Кроме того, не забудьте избежать введения воздушного пузыря в вену, как эмболия может быть фатальным для животного. - После того, как игла помещена, стабилизировать его с клеем и кусок хирургической ленты, обеспечивая настой линии к хвосту.
- Удалите гемостаты и турникет, чтобы восстановить поток.
- Поместите шприц добутамина в инфузионный насос и установите его для введения 20 мкг/кг/мин.
- Во время вливания добутамина тщательно следите за пиком LAD и частотой сердечных приступов. Периодически записывайте пики LAD PW в доплеровском режиме, особенно когда он увеличивается в ответ на добутамин.
ПРИМЕЧАНИЕ: Стресс вызов индуцированных Добутамин заставляет сердце работать больше; это часто приводит к движению сердца и LAD. Будьте готовы переместить животное, зонд, или оба для того, чтобы держать LAD в поле зрения. - После того, как ПИКи LAD и частота сердечных приступов назначалися во время испытания, остановите настой добутамина, удалите настой хвостовой вены и удалите животное с платформы. Разрешить животному, чтобы восстановить в своей домашней клетке.
- Выберите инструмент Peak Vel для получения пиковых диастолических скоростей из изображений, показанных на рисунке 2B и C.
- Рассчитайте индекс CFR как отношение напряжения LAD (Добутамин) пиковой скорости потока к покоя LAD пиковой скорости потока(рисунок 2A).
3. Ишемия Реперфузия Травма
- Анестезия крысы с изофлуран - индукционная камера на 5% с 1,5-2,0 л / мин O2 потока следуют 1,5-2,0% с 1,5-2,0 л / мин O2 потока.
- Подтвердите глубину анестезии отсутствием рефлектора отмены педали. Используйте офтальмологическую мазь ветеринара на глазах, чтобы предотвратить сухость. Поддерживайте надлежащую температуру тела в 37-38 градусов по Цельсию с помощью грелки или контроллера температуры животных.
- Администрирование предоперационного Meloxicam, 5 мг/кг внутримышечно, 15 мин до операции, а затем 2 мл подкожного болуса 0,9% солевой для предотвращения обезвоживания во время операции. Использовались стерильные перчатки и инструменты, применялись асептические методы. Используя волоконно-оптический источник света, интубировать крысу с помощью 18-калиберного IV катетера и подключиться к вентилятору.
- Лигат ЛАД с помощью 8-0 монофилатальный шов через 15 мм открытия на5-м межреберном пространстве. Свяжите простой узел и оставьте на 30 мин. Визуально подтвердить ишемию у всех крыс через обесцвечивание поверхности сердца12. Отпустите лигатуру через 30 мин и проверьте реперфузию путем покраснения ранее обесцвеченной области сердечной мышцы в течение 1-2 мин12.
- Закройте грудную клетку с помощью 4-0 поглощаемых шов с прерванным рисунком шва, а затем закройте кожу с помощью 5-0 непоглощаемых шелковый шов с непрерывным рисунком шва.
- Удалите животное из анестезии. Разрешить животному, чтобы восстановить в домашней клетке. 5 мг/кг Meloxicam вводили внутримышечные каждые 24 часа перед эвтаназии животного (72 часа после операции).
4. Ультразвуковая томография после ИК-операции
- 72 ч после Операции по ИК измеряют коронарный поток и CFR снова. Сравните измерения до ИК-измерений. Повторите шаги от 2.1 до 2.15, как описано выше.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Для этого исследования мы использовали 12 самок Фишера 344 крысы. Мы провели стресс-тест с добутамин и измерил скорость ЛАД коронарной артерии до и 72 часов после Операции ИК. Перед ИК-операцией скорость отдыха ЛАД коронарных артерий была измерена как 423 и 59 мм/с, которая была увеличена после инфузии добутамина (1005 и 77 мм/с)(рисунок 3A). После 72 ч реперфузии ишемии, скорость отдыха LAD коронарной артерии была значительно выше по сравнению с покойным LAD коронарной артерии скорости до Операции ИК (743 й 40 мм / с против 423 и 59 мм /с) (Рисунок 3A). Стресс ответ на тест добутамин после ИК-операции был значительно сокращен по сравнению с до ИК-хирургии ответы (937 67ms/s против 1005 77mm/s) (Рисунок 3A).
CFR рассчитывается как отношение пиковой скорости потока во время стресса (добутамин) к скорости потока покоя (измеряется до вливания добутамина)8. CFR был 2,1 и 0,35 у молодых крыс до Операции ИК(Рисунок 3B), но значительно сократилось (1,1 и 0,25) после 72 ч ИК-хирургии, хотя остальные LAD коронарной артерии скорость была выше у этих крыс по сравнению с данными, полученными до Операции ИК ( Рисунок 3C). Кроме того, не произошло существенных изменений в систолической функции левого желудочка у крыс после 72 ч ИК-хирургии(рисунок 3C).
Рисунок 1: Расположение коронарной артерии. A. Положение зонда на крысе пока получающ скорость LAD коронарной артерии. B. Короткая ось анатомического представления легочной артерии, аорты и коронарной артерии LAD. C. Анатомическая визуализация коронарной артерии LAD на эхокардиографии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 2: Импульсная волна скорости изображения коронарной артерии LAD. A. Представление размещения датчика скорости импульсной волны на коронарной артерии LAD. B. LAD коронарной артерии импульсное волновое изображение во время отдыха состояние. C. LAD коронарных артерий импульсное волновое изображение во время стресса (Добутамин) состояние. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 3. Измерение коронарного потока с помощью доплеровской эхокардиографии. A. Импульсная волновая скорость измеряется в контроле во время отдыха (Cont B) и во время инфузии добутамина (Cont D) и у животных после 72 ч ИК-хирургии во время отдыха (ИК B) и во время вызова добутамина (ИК D), р-л; 0,05 Cont B против ишемии реперфузии B (К). B. CFR был рассчитан на основе импульсной волны у экспериментальных животных (n'9), p zlt; 0,05 Конта против ИК. C. Фракционная оценка сокращения от экспериментальных групп (n-9). Данные представлены в виде среднего sD, проанализированных с помощью односторонней ANOVA. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Основные выводы из настоящего исследования являются то, что ИК увеличивает покоя LAD коронарной артерии скорость и ухудшает CFR, даже при отсутствии каких-либо остаточных ангиографический стеноз.
Понимание ишемической физиологии является неотъемлемой частью клинического принятия решений для кардиологов для лечения ишемической болезни сердца. CFR является одним из важных функциональных параметров в понимании патофизиологии коронарной микроциркуляции7,13. CFR является неинвазивным методом для оценки как стеноз коронарной артерии и коронарного микрососудистого кровообращения и является показателем миокарда кровоснабжения, явно способность коронарных увеличить кровоток в стрессовых условиях7. Нормальный CFR (Nogt;2.0) часто отражает хороший прогноз, в то время как CFR менее 1,90 обеспечивает инкрементную диагностическую информацию для выявления высокого риска ишемической болезни сердца14,15,16.
Наши результаты показывают, что, несмотря на то, что систолическая функция была сохранена после реперфузии ишемии(рисунок 3C),CFR был значительно ниже (рисунок3B). Таким образом, реканализация стенотических коронарных артерий не улучшает микрососудистую перфузию. Снижение CFR позволяет выявлять нарушения микрососудистой вазодилатации после ишемии реперфузии.
Это исследование демонстрирует серийные оценки CFR для изучения влияния различных фармакологических методов лечения с использованием неинвазивной трансторакальной эхокардиографии Доплера. Этот метод коронарной функциональной оценки может быть использован в небольших исследованиях на животных в качестве осуществимого и жизнеспособного клинического диагностического инструмента. Это приведет к минимизации потребностей в использовании животных, эвтаназии или некропсии в малых моделях животных. Критическими шагами в этом протоколе являются визуализация коронарной артерии и получение изображений скорости PW хорошего качества. Другим важным шагом является поддержание визуализации LAD во время состояния стресса. Во время вызова добутамина частота сердечных приступов увеличивается, и LAD может перемещаться с поля зрения; исследователи должны быть готовы двигаться поле для того, чтобы следовать коронарной артерии. Ограничения в текущем исследовании включают относительно небольшой размер выборки, отсутствие корреляции между CFR и диаметром проема коронарной артерии в vivo у крыс, из-за трудностей в получении точной визуализации для измерения размера коронарной артерии. Тем не менее, методы, описанные здесь являются надежными, воспроизводимыми, и предлагают проницательную информацию о повреждении, нанесенном на микроваскулярность сердца после реперфузии ишемии.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторам нечего раскрывать
Acknowledgments
Мы хотели бы поблагодарить фонд Хелмсли за предоставление ультразвукового оборудования для проведения наших экспериментов. Эта работа была поддержана грантом NIA R01 053585.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 10 mL syringe | BD Syringe | 302995 | |
| 250S 13–24 MHz linear probe | FUJIFILM VisualSonics Inc | ||
| Dobutamine hydrochloride | Sigma | D0676-10mg | |
| Isoflurane | RRC | 27376 | |
| Legato 100 Syringe pump | KD Scientific | 788100 | |
| Vevo 3100 | FUJIFILM VisualSonics Inc | ||
| Winged infusion set, 27G x 1/2", | Medline.com | TMOSV27ELZ |
References
- Eltzschig, H. K., Eckle, T. Ischemia and reperfusion--from mechanism to translation. Nature medicine. 17 (11), 1391-1401 (2011).
- French, C. J., Zaman, A. K., Sobel, B. E. Failure of erythropoietin to render jeopardized ischemic myocardium amenable to incremental salvage by early reperfusion. Coronary Artery Disease. 20 (4), 295-299 (2009).
- Marzilli, M., Mariani, M. Ischemia-reperfusion and microvascular dysfunction: implications for salvage of jeopardized myocardium and reduction of infarct size. Italian Heart Journal. 2 Suppl 3, 40s-42s (2001).
- Prasad, A., Gersh, B. J. Management of microvascular dysfunction and reperfusion injury. Heart (British Cardiac Society). 91 (12), 1530-1532 (2005).
- Ishihara, M., et al. Impaired coronary flow reserve immediately after coronary angioplasty in patients with acute myocardial infarction. British heart journal. 69 (4), 288-292 (1993).
- Camici, P. G., d'Amati, G., Rimoldi, O. Coronary microvascular dysfunction: mechanisms and functional assessment. Nature Reviews Cardiology. 12 (1), 48-62 (2015).
- Chung, K. S., Nguyen, P. K. Non-invasive measures of coronary microcirculation: Taking the long road to the clinic. Journal of Nuclear Cardiology. , (2017).
- Kelm, N. Q., et al. Adipose-derived cells improve left ventricular diastolic function and increase microvascular perfusion in advanced age. PLoS One. 13 (8), e0202934 (2018).
- Pan, M., et al. Late recovery of coronary flow reserve in patients successfully treated with a percutaneous procedure. Revista Española de Cardiología. 56 (5), 459-464 (2003).
- Samim, A., Nugent, L., Mehta, P. K., Shufelt, C., Bairey Merz, C. N. Treatment of angina and microvascular coronary dysfunction. Current treatment options in cardiovascular medicine. 12 (4), 355-364 (2010).
- Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. , 8th edition, The National Academies Collection: Reports funded by National Institutes of Health (2011).
- Ciuffreda, M. C., et al. Rat experimental model of myocardial ischemia/reperfusion injury: an ethical approach to set up the analgesic management of acute post-surgical pain. PloS one. 9 (4), e95913-e95913 (2014).
- van de Hoef, T. P., Siebes, M., Spaan, J. A. E., Piek, J. J. Fundamentals in clinical coronary physiology: why coronary flow is more important than coronary pressure. European Heart Journal. 36 (47), 3312-3319 (2015).
- Naya, M., et al. Preserved coronary flow reserve effectively excludes high-risk coronary artery disease on angiography. Journal of nuclear medicine : official publication, Society of Nuclear Medicine. 55 (2), 248-255 (2014).
- Cortigiani, L., et al. Diagnostic and prognostic value of Doppler echocardiographic coronary flow reserve in the left anterior descending artery. Heart (British Cardiac Society). 97 (21), 1758 (2011).
- Kawata, T., et al. Prognostic value of coronary flow reserve assessed by transthoracic Doppler echocardiography on long-term outcome in asymptomatic patients with type 2 diabetes without overt coronary artery disease. Cardiovascular diabetology. 12, 121-121 (2013).
