Bu protokol, sistolik fonksiyon ve geleneksel diyastolik indekslerin tekrarlanabilir değerlendirmesi için farelerde Doppler tabanlı transtorasik ekokardiyografi yaklaşımı sunmaktadır.
Yöntem makalesi
Bu protokol, sistolik fonksiyon ve geleneksel diyastolik indekslerin tekrarlanabilir değerlendirmesi için farelerde Doppler tabanlı transtorasik ekokardiyografi yaklaşımı sunmaktadır.
Kalp yetmezliği (HF), kalp fonksiyonunun bozulmasıyla karakterize edilen önemli bir küresel sağlık yüküdür. Kalp yetmezliğinde korunmuş ejeksiyon fraksiyonu (HFpEF) ile görüldüğü gibi, sistolik fonksiyonun azalması veya anormal diyastolik gevşemeden kaynaklanabilir. Hastalık mekanizmalarını ve terapötik müdahaleleri incelemek için güvenilir preklinik modeller ve nicel araçlar gereklidir. Transtorasik ekokardiyografi, fare modellerinde kalp yapısını ve fonksiyonunu ölçmek için yaygın olarak kullanılan invaziv olmayan bir görüntüleme modalitesidir. Bu protokol, yüksek frekanslı (30–40 MHz) dönüştürücüler kullanılarak solunma anestezi altında farelerde yüksek çözünürlüklü Doppler tabanlı ekokardiyografi yapmak için standartlaştırılmış bir yöntemi tanımlar. Hayvanlar, fizyolojik stabiliteyi sağlamak için kalp atış hızı, solunum ve vücut sıcaklığının sürekli izlendiği sıcaklık kontrollü bir platforma yerleştirilir. İş akışı, sol ventrikül yapısı, sistolik performans ve geleneksel diyastolik indeksleri değerlendirmek için B-mod, M-mod, darbe dalgalı Doppler, renk Doppler ve doku Doppler görüntüleme işlemlerini içerir. Çevrimdışı analiz, birden fazla kalp döngüsü boyunca ortalaması alınan kör ölçümlerle yapılır. Bu yöntem, kalp fonksiyonunun tekrarlanabilir derecesini sağlar ve kardiyovasküler hastalıkların fare modellerinde uzunlamasına çalışmalar için uygundur.
Kalp yetmezliği (HF), dünya genelinde 64 milyondan fazla kişiyi etkiler ve hala hastalık ve ölüm nedenlerinin önde gelennedenlerinden biridir 1,2. Klik olarak, düşük ejeksiyon fraksiyonu (HFrEF), hafif azalmış ejeksiyon fraksiyonu (HFmrEF) ve korunmuş ejeksiyon fraksiyonu (HFpEF) olarak klinik olarak sınıflandırılır3,4. HFpEF'in artan yaygınlığı ve hedefe yönelik tedavilerin eksikliği, kardiyak fenotipleme için sağlam preklinik modeller ve nicel yöntemlere olan ihtiyacıvurgulamaktadır. HFpEF'nin temel bir özelliği diyastolik fonksiyonun bozulmasıdır; bu da deneysel sistemlerde ventriküler gevşemasyon ve dolgu dinamiklerini değerlendirmek için güvenilir araçların önemini vurgular.
Fare modelleri, kardiyovasküler hastalıkların, basınç aşırı yükleme, iskemik hasar ve farmakolojik modeller dahil olmak üzere çalışmak için yaygın olarak kullanılır ve genetik modifikasyonlara uygundur 6,7. Bu modellerde kalp fonksiyonunun doğru ve tekrarlanabilir değerlendirmesi kritiköneme sahiptir 8,9. Transtorasik ekokardiyografi, hastalığın gidişini ve potansiyel terapötik müdahalelere yanıtını belgelemek için tekrarlanan ölçümleri tekrarlayabilen, invaziv olmayan, hızlı ve tekrarlanabilir bir yöntem sunar; ayrıca in vivo10 kardiyak yapı ve fonksiyonu değerlendirme yeteneği sunar. Araştırmacılar veya çalışma hayvanları için radyasyon maruziyetini ortadan kaldırma avantajına sahiptir ve bu da deneysel sonuçları karıştırabilir.
Bu makalenin temel amacı, Doppler ekokardiyografi kullanarak farelerde sol ventriküler diyastolik fonksiyonun değerlendirilmesi için standartlaştırılmış ve tekrarlanabilir bir yaklaşım sağlamaktır. Bu protokol, ventriküler gevşeme ve dolgu basınçlarının belirteci olarak hizmet veren E/A ve E/e′ oranları gibi parametreleri nicelendirmek için geleneksel transmitral giriş ölçümleri ve doku Doppler görüntülemesini entegre eder. Aynı hayvanda uzunlamasına değerlendirmeyi mümkün kılarak, bu teknik, preklinik kalp yetmezliği modellerinde hastalık ilerlemesi ve terapötik yanıtların incelenmesini kolaylaştırır.
Doppler ekokardiyografinin fare çalışmalarında geliştirilmesi ve yaygın kullanımının gerekçesi, preklinik modeller ile klinik kardiyoloji arasındaki translasyonel boşlukları kapatma yeteneğidir. İnvaziv hemodinamik ölçümler altın standart olarak kalsa da, son doğaları seri çalışmalarda kullanılmasını engelliyor. Klinik uygulamadan uyarlanan Doppler ekokardiyografisi, araştırmacıların fizyolojik olarak ilgili diyastolik fonksiyon indekslerini minimal invaziv bir şekilde elde etmesini sağlar. Yüksek frekanslı ultrason sistemlerindeki gelişmeler, mekansal ve zamansal çözünürlüğü daha da geliştirerek, hızlı mare kalp döngülerinin nicel analiz için doğru şekilde yakalanmasınımümkün kılmıştır 11.
Kardiyak manyetik rezonans görüntüleme gibi alternatif teknikler pahalı, zaman alıcı ve sınırlı erişime sahiptir, bu da tekrar çalışmaları pratik kılmaz. Basınç-hacim döngüsü analizi, diyastolik fonksiyonun değerlendirilmesinde altın standart olarak kabul edilse de, müdahaleci, teknik olarak zorlayıcı ve genellikle son bir prosedürdür. Buna karşılık, ekokardiyografi doğruluk ve uygulanabilirlik arasında pratik bir denge sunar ve küçük hayvanlarda boylamasına fenotipleme için en erişilebilir yöntem haline gelir. Speckle-tracking strain görüntüleme veya sol atriyal fonksiyonel analiz gibi yeni yaklaşımlara kıyasla, geleneksel Doppler tabanlı yöntemler daha az uzmanlık gerektirir ve laboratuvarlar arasında daha kolay uygulanır, böylece tekrarlanabilirlik ve bulguların karşılaştırılabilirliği artırılır. Bu nedenle, bu yöntem, özellikle HFpEF veya erken evre kardiyak disfonksiyon12,13 içinde, fare modellerinde diyastolik fonksiyonun değerlendirilmesi için sağlam, erişilebilir ve dönüştürülebilir bir yaklaşım sunar.
Tüm hayvan prosedürleri, Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi (IACUC: Onay No. A00007272-23-R26) tarafından onaylandı ve kurumsal ile ulusal yönergelere uygun olarak gerçekleştirildi. Bu çalışmada toplam 8 C57BL/6NJ kontrol faresi kullanıldı. İzofloran anestezisi, personel maruziyetini en aza indirmek için doğru temizlikle kalibre edilmiş bir buharlaştırıcı kullanılarak uygulandı. Hayvanlar, fizyolojik stabiliteyi korumak ve anestezik aşırı dozu önlemek için kalp atış hızı ve solunum açısından sürekli izlendi. Hipotermiyi önlemek için bir ısıtma platformu kullanıldı. Araştırmacılar, anal termometre kullanarak derin vücut sıcaklığını izlemeyi tercih edebilirler. Korneanın kurumasını önlemek için göz yağlayıcısı uygulandı. Hayvanlar anestezi altında gözetimsiz bırakılmadı ve tamamen uyanık olana kadar izlendi; bu, dik duruşun iyileşmesi ve kafesteki normal hareketin geri dönmesiyle gösterildi (Materyaller Tablosu).
1. Hayvan hazırlığı
2. Anestezi ve fizyolojik izleme
3. Görüntüleme iş akışı
4. İyileşme
5. Görüntü analizi
Bu protokol, farelerde kalp yapısı ve fonksiyonunun güvenilir şekilde değerlendirilmesi için yüksek kaliteli ekokardiyografik görüntülerin alınmasını sağlar. Doğru anestezi, pozisyon ve fizyolojik izleme tutarlı görüntüleme için gereklidir (Şekil 1). B-mod görüntüleme, kalp anatomisinin net görselleştirilmesini sağlar. Apikal dört odalı görünüm tüm kalp odalarının değerlendirilmesini sağlar (Şekil 2A–B), parakernal uzun eksen görünümü ise sol ventriküler yapıyı tanımlar ve ölçümler için referans görevi görür (Şekil 3A–B). Papiller kas seviyesinde M-modlu görüntüleme, sol ventrikül boyutlarının ve duvar kalınlığının doğru ölçümünü sağlar; LVID, LVAW ve LVPW dahil olmak üzere (Şekil 4A–B) ve kardiyak boyut ile sistolik fonksiyonun değerlendirilmesini destekler. Doppler görüntüleme, E/A oranının hesaplanması için mitral E ve A dalgalarının belirgin olduğunu gösterir (Şekil 5) iken, doku Doppler'i E/e′ değerlendirmesi için ölçülebilir E′ ve A′ hızları sağlar (Şekil 6). Dalga formunun füzyonu önlemek ve doğru ölçümleri sağlamak için optimal kalp atış hızı ve prob hizası, kritik öneme sahiptir.

Şekil 1: Fare anestezisi ve transtorasik ekokardiyografi için pozisyonlama. (A) Sıcaklık kontrollü platform, anestezi dağıtım sistemi, EKG elektrot bağlantıları ve ultrason prob konumlandırma cihazını gösteren görüntüleme sistemi. Sistem, görüntüleme sırasında stabil fizyolojik izleme ve hassas prob manipülasyonu sağlayacak şekilde düzenlenmiştir. (B) Entegre EKG elektrotları ve isofluran teslimatı için burun konisi ile görüntüleme platformunun yakın planı, fareyi standart sırtüstü pozisyonda sabitlemek ve anestezi sürdürmek için tasarlanmıştır. (C) Anestezi edilmiş fare, görüntüleme platformunda sırtüstü pozisyonda konumlandırılmış ve dört pati cerrahi bantla EKG elektrotlarına sabitlenmiştir. Burun konisi, inhalasyon izofluranı (%1,0–1,5 bakım) sağlar ve göğüs optimal görüntü alımı ve tutarlı kalp izleme için düz hizalanır. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Apikal dört odalı B-modlu ekokardiyografik görünüm. (A) Temsil eden gri tonlu B-mod görüntüsü, sol atrium, sol ventrikül, sağ atrium ve sağ ventrikül olmak üzere dört kalp odasını tek bir görüntüleme düzleminde gösteriyor. (B) Önemli anatomik yapıları vurgulayan açıklamalı görüntü. Ultrason probu, sol yan göğüs duvarına yerleştirilir ve optimal görselleştirme sağlamak için kalp apeksine doğru kranial olarak açılmıştır. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: Parasternal uzun eksenli B-mod görüntüleme. (A) Sol ventriküler oda, interventriküler septum ve arka duvar dahil olmak üzere kalp anatomisini gösteren temsilci parasternal uzun eksenli B-mod görüntüsü. (B) Kalp boyutlarının nicel analizi için yüksek çözünürlüklü görüntü dışa aktarılıyor. Bu görüş, küresel kardiyak yapıyı değerlendirmek ve sonraki görüntüleme modlarını yönlendirmek için kullanılır. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: Papiller kas seviyesinde M-mod görüntüleme. (A) Orta ventriküler seviyede parasternal kısa eksenli görünüm, papiller kaslar görünür. (B) Karşılık gelen M-mod izi, imversörün interventriküler septum ve arka duvara dik hizalanması. (C) Yazılım destekli analizle birlikte M-mod görüntüsü, sistemin kalp duvarları boyunca otomatik olarak tespit edip çizgiler çizdiği yer. Sonra kalp döngüleri boyunca LVID, LVPW ve LVAW gibi değerleri hesaplar. Kısaltmalar; LVID = sol ventrikül iç çapı (interventriküler septum ile arka duvar arasındaki mesafe); LVPW = sol ventriküler arka duvar kalınlığı; LVAW = sol ventriküler ön duvar kalınlığı; EKG = elektrokardiyogram. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 5: Deneysel kurulum ve Doppler sinyali genel bakış. (A) Küçük bir hayvan modelinin bir platforma yerleştirildiğini ve torasik bölgenin üzerine kalp görüntüleme için ultrason probu yerleştirildiğini gösteren deneysel hazırlık. (B) Yerel kan akışı sinyal yoğunluğunu ve yönünü gösteren temsil edici renkli Doppler haritası. (C) Örnek hacmi yerleşimini gösteren darbeli dalga Doppler izleme ve erken (E) ve atriyal (A) dolum hızlarını gösteren temsil edici bir darbeli dalga Doppler dalga formu. IVRT ve IVCT önerilir, kalp döngüsü korelasyonu için eşzamanlı EKG izleme yapılır. Kısaltmalar; IVRT = İzovolumetrik gevşeme süresi; IVCT = izovolumetrik kasılma süresi Lütfen bu şekilin daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayın.

Şekil 6: Miyokardiyal hareketin doku Doppler görüntülemesi. Miyokardiyal duvardan alınan erken (E′) ve atriyal (A′) bileşenlerle birlikte miyokard hız desenlerini gösteren doku Doppler kaydı. Dalga formu, elektriksel ve mekanik aktiviteyi ilişkilendirmek için senkronize EKG iziyle gösterilir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Bu protokol, farelerde Doppler tabanlı transtorasik ekokardiyografi için standartlaştırılmış ve tekrarlanabilir bir yaklaşım sunar; böylece kalp yapısı, sistolik fonksiyon ve geleneksel diyastolik indekslerin kapsamlı değerlendirilmesini sağlar. B-mod, M-mod ve Doppler görüntülemenin birleşik kullanımı, kardiyovasküler hastalıkların preklinik modellerinde ventriküler boyutların, kasılma fonksiyonunun ve dolgu dinamiklerinin güvenilir şekilde nicelendirilmesinisağlar 14.
Fare ekokardiyografisinde kritik bir konu, inhalasyon anestezisinin kardiyovasküler fizyoloji üzerindeki etkisidir. İzofluran, kalp atış hızını düşürdüğü, ön ve sonrası yükü değiştirdiği ve miyokard kasılmasını modüle ettiği bilinir; bunların hepsi Doppler kaynaklı diyastolik fonksiyon15 indekslerini etkileyebilir. Bu nedenle, anesteziyi dikkatli kullanmak ve stabil fizyolojik koşulların korunması, tekrarlanabilir ve yorumlanabilir ölçümler için gereklidir. Kalp atış hızı, vücut sıcaklığı ve solunum hızının standartlaştırılması, deneysel gruplar arasında değişkenliği en aza indirir ve karşılaştırılabilirliği artırır16.
Transmitral giriş (E/A) ve doku Doppler türevli E/e′ gibi geleneksel Doppler kökeni indeksler, diyastolik fonksiyonun değerlendirilmesi için yaygın olarak kullanılır ve standart edinim protokolleri uygulandığında genellikle tekrarlanabilirolur 17. Tekrarlanabilirlik, birden fazla kalp döngüsü boyunca ölçümlerin ortalaması alınarak ve gözlemciler arasındaki ve gözlemciler arasındaki değişkenliği azaltmak için kör analizler yapılarak daha da artırılabilir. Uzunlamasına çalışmalarda test-tekrar test güvenilirliğini artırmak için tutarlı prob konumlandırma ve görüntüleme düzlemleride gereklidir 18.
Görüntüleme sırasında uygun bir kalp atış hızının korunması, farelerde yüksek içsel kalp hızları nedeniyle özellikle önemlidir. Daha düşük kalp atış hızlarında, genellikle daha derin anestezi ile ilişkili olarak, değişen yük koşulları ventrikül dolgu düzenlerini etkileyebilir. Buna karşılık, aşırı yüksek kalp atış hızları E ve A dalgalarının birleşmesine yol açabilir ve diyastolik indekslerin doğru yorumlanmasını sınırlayabilir. Bu nedenle, hem fizyolojik önemi hem de Doppler sinyal ayrımını koruyan bir aralıkta kalp atış hızını korumak, doğru değerlendirmeiçin gereklidir 19.
Bu protokol, diyastolik fonksiyonun geleneksel Doppler tabanlı endekslerine odaklansa da, son literatürde öne çıkan daha gelişmiş ekokardiyografik teknikleri içermez. Miyokard gerilme ve gerilme oranı görüntüleme sol atriyal fonksiyonel değerlendirme (rezervuar, kanal ve güçlendirici pompa fazları dahil) ve sol ventrikül açılma değerlendirmesi, miyokard gevşemesi ve uyumu hakkında ek mekanik bilgiler sağlar19. Ancak, bu teknikler özel satın alma protokolleri, daha yüksek zaman çözünürlüğü ve özel sonradan işlem araçları gerektirir ve bu nedenle mevcut iş akışının kapsamının dışındadır. Bu yöntemler, daha ayrıntılı diyastolik fenotipleme gerektiğinde tamamlayıcı yaklaşımlar olarak kabuledilmelidir 16.
Ekokardiyografiye ek olarak, kardiyak manyetik rezonans görüntüleme (MR) ve invaziv basınç-hacim döngü analizi gibi alternatif teknikler kalp fonksiyonunun tamamlayıcı değerlendirmelerini sağlar. MRI yüksek mekansal çözünürlük ve doğru hacimsel ölçümler sunarken, basınç-hacim analizi altın standartında hemodinamik veri sağlar. Ancak, bu yöntemler maliyet, invazivlik ve uzunlamasına çalışmalar için uygunluğun azalması nedeniyle sınırlıdır. Buna karşılık, transtorasik ekokardiyografi, fare modellerinde kardiyak fonksiyonun seri değerlendirmesi için hızlı, invaziv olmayan ve yaygın bir teknikolarak kalmaktadır 20.
Genel olarak, bu protokol, fizyolojik izleme ve standartlaştırılmış görüntüleme tekniklerine dikkatli dikkat edildiğinde, farelerde yüksek kaliteli, tekrarlanabilir ekokardiyografik verilerin elde edilmesini sağlar. Yapısal, sistolik ve geleneksel diyastolik ölçümlerin entegrasyonu, bu yaklaşımı kardiyak fizyoloji, hastalık ilerlemesi ve preklinik kardiyovasküler araştırmalarda tedavi amaçlı müdahaleleri araştıran uzunlamasına çalışmalar için çok uygun kılar.
Yazarlar, rekabet eden finansal çıkarlar belirtmemektedir.
Bu çalışma, NIH/NHLBI hibe HL153407 tarafından desteklendi.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Yıkıcı krem | Nair® | Yok | Görüntülemeden önce tüy alma |
| Isıtma pedi | VetEquip (veya eşdeğeri) | Yok | Vücut sıcaklığını korur (~37 derece ve derece; C) |
| Yüksek frekanslı ultrason sistemi | FUJIFILM Görsel Sonics | Vevo F2 (veya eşdeğeri) | Kalp ön ayarlarına sahip küçük hayvan görüntüleme sistemi |
| Görüntüleme platformu | VisualSonics | Entegre platform | EKG ve Solunum izleme |
| Endüksiyon odası & burun konisi | VetEquip (veya eşdeğeri) | Yok | Gazlı anestezi uygulaması |
| İzofloran buharlaştırıcı | VetEquip (veya eşdeğeri) | Klasik Anestezi Sistemi (veya eşdeğeri) | Anestezi dağıtım sistemi |
| Doğrusal dizi dönüştürücü (30-40 MHz) | VisualSonics | MS550D | Farenin kalp görüntülemesi için yüksek frekanslı prob |
| Oftalmik kayganlaştırıcı | Genel (örneğin, Refresh PM/eşdeğer) | Yok | Korneanın kurumasını önler |
| Cerrahi bant | 3M (veya eşdeğeri) | Mikrogözenek Cerrahi Bant | EKG için uzuvları sabitler |
| Ultrason jeli | Parker Laboratuvarları | Aquasonic 100 (veya eşdeğeri) | Akustik bağlantı |
| Vevo LAB yazılımı | VisualSonics | Sürüme bağlı | Görüntü edinimi ve analizi |
Bu makale yayımlandı
Video yakında