Ультразвук оценки на основе коронарной артерии потока и коронарного кровотока заповедника Использование перегрузки Модель давления у мышей

1Cardiac Muscle Research Laboratory, Cardiovascular Division, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, 2Division of Cardiovascular Medicine, Chi-Mei Medical Center, Tainan
* These authors contributed equally
Published 4/13/2015
0 Comments
  CITE THIS  SHARE 
Medicine

Your institution must subscribe to JoVE's Medicine section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





By clicking "Submit", you agree to our policies.

 

Summary

Cite this Article

Copy Citation

Chang, W. T., Fisch, S., Chen, M., Qiu, Y., Cheng, S., Liao, R. Ultrasound Based Assessment of Coronary Artery Flow and Coronary Flow Reserve Using the Pressure Overload Model in Mice. J. Vis. Exp. (98), e52598, doi:10.3791/52598 (2015).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Introduction

Клиническая аортальный стеноз (АС) хорошо известны способствовать постепенное увеличение левого желудочка (ЛЖ) постнагрузки. Чтобы компенсировать этот рост хронически гемодинамической нагрузки, гипертрофия ЛЖ (ГЛЖ) вытекает в качестве адаптивного отклика 1,2. Развитие гипертрофии левого желудочка часто ассоциируется с аномалиями коронарного микроциркуляции. Считается, что микрососудистой дисфункции способствует хронической ишемии у этих пациентов 5. В дополнение к коронарного потока 3,4, коронарного резерва (CFR) представляет функциональную изменение коронарных артерий 1,3 и определяется как отношение максимальной скорости потока в гиперемии к базовой скорости потока или скорости покоя 4,6,7 потока. CFR уменьшается при ремоделировании ЛЖ 1-3,5-9 и используется в качестве индекса степени функциональной тяжести коронарной дисфункции 1,10,17. Это, как известно, нарушается во многих формах дилатационной кардиомиопатии 10, а также коронарных сtenosis 6. CFR также прогностический маркер для бедных клинических исходов 12.

Ремоделирования ЛЖ в условиях сердечной дисфункции, такие как ишемия или гипертрофии левого желудочка сопровождается также обширным фиброзом, изменения в коронарную микроциркуляцию и утолщение коронарных артерий 1,2. В результате этих изменений в коронарной физиологии, существует вероятность ремоделирование коронарных артерий. Это помогает смягчить последствия низкой диффузии кислорода и диастолической дисфункции ЛЖ, что может привести к предрасположенности к ишемии миокарда 1,2,13.

Генетически модифицированные мыши теперь широко распространены исследуемый инструмент для имитации условий человеческой болезни, такие как коронарного атеросклероза 5,7,10,12,17. В частности, модель давление перегрузки у мышей был широко изучен 14,17. Транс-сужением аорты модель (TAC), как было показано, связано с обширным фиброзом и coronarу стеноз в результате, в частности, от медиальной утолщение коронарных артерий и сопутствующих изменений в коронарных картины течения 1,11,17,19 подобных тому, что видно в условиях гипертрофии левого желудочка у людей. Хотя известно, что перегрузка длительное давление приводит к декомпенсации сердечной недостаточности в 4-8 недель, влияние на динамику коронарного кровотока и резерва потока в этих моделях, в начале процесса прогрессирования заболевания, и на разных этапах после кольцевания, пока должны быть четко разграничены.

Многочисленные линии мышей настоящее время доступны для исследовательских целей, в том числе хорошо характеризуется LDLR - / - или ApoE - / - мышей 10-12, и они вызвали развитие чувствительных методов для оценки сердечно-сосудистой функции и морфологии в живых мышей 11-15. Такие методы включают МРТ, ПЭТ, контрастность КТ, высокий частоте ультразвука, и Электронно-лучевая томография 2,9,17,19, все из которых обеспечивают перспективные альтернативы к инвазивнымметоды, такие как сердечная катетеризации и коронарной ангиографии 12. Тем не менее, у мышей с очень малым размером коронарных артерий и высокий уровень сердечных сокращений (ЧСС), визуализация коронарного кровообращения по-прежнему представляет собой сложную техническую задачу для многих имеющихся в настоящее время методов 4,12. Интересно, что имело экспоненциальный рост в технических достижений в области трансторакальная эходопплеркардиография (TTDE), включая разработку высокочастотных головок сканирования массива с центральными частотами от 15 до 50 МГц, позволяя осевые резолюции примерно 30-100 мкм, на глубине 8-40 мм и частотой кадров больше, чем 400 кадров в плен / сек. В свою очередь, методы TTDE основе появились как потенциально мощный инструмент для работы с изображениями больших 2 или даже меньшие сосуды, например, коронарных артерий 5,12.

Другим важным заранее, что позволило исследователям провести диагностические исследования по визуализации сосудистой в малых аnimals является тщательно контролируемое использование анестетиков, которые поддерживают сердце и частота дыхания животных во время съемки 11. Техническое обслуживание под управлением анестезия является особенно важным для исследований, связанных с расширением сосудов у мышей, и эффект обезболивания также нуждается в дальнейшем изучении в этом контексте 10,11. В организме человека, а с другой стороны, TTDE-производные измерения CFR стали более часто используемым инструментом для оценки стенозированных и не-препятствия эпикардиальных коронарных артерий, преимущественно в левой передней нисходящей (LAD) коронарной артерии 5,16. Тем не менее, прогностическая роль CFR и коронарных изменений потока в бессимптомных пациентов или мышей с сохраненной ЛЖ систолической функции в покое была гораздо менее изучены 16. Таким образом, цель исследования состояла в том, чтобы сначала создать четкую шаг за шагом протокол, чтобы оценить изменения в коронарного кровотока с помощью TTDE в модели давление перегрузки мыши; Во-вторых, это исследование изучило прогностическим признакомificance из CFR и коронарных потока изменяется в ответ на давление перегрузки стресс у этих мышей. Мы предположили, что на основе TTDE оценка CFR и коронарного кровотока может быть полезным в ранней диагностике ишемической дисфункции, которые могут предшествовать дисфункции левого желудочка.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

ПРИМЕЧАНИЕ: Все процедуры были выполнены на мышах, в соответствии с Американской Ветеринарной Медицинской Ассоциации (AVMA) руководящие принципы и утверждены Институциональные животных уходу и использованию комитетов (IACUC) протоколы.

1. Дизайн исследования

  1. Использование 8-10 недельных самцов мышей C57BL / 6 (BW ~ 25 г) в исследовании.
  2. Случайно мышей (п = 11) в двух группах, изучение группу, выбранную аортального диапазонов (N = 8), и контрольная группа (п = 3) пройти имитации операции с помощью торакотомии.
  3. Подготовьте животное для визуализации путем удаления волос с груди с помощью депиляции крем, который медицинского назначения.
  4. Выполните первый ультразвук (раздел 2) 24 час до аорты диапазонов для определения базовых параметров в День -1, между диапазоне от 1% и 2,5% изофлуран (в смеси с 100% O 2 с помощью головная), индуцированной анестезией.
  5. Выберите одобренного медициной анестетик (т.е. ИФ) и контролировать степень анестезии (2-3% в промCE и 1,0% для поддержания).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Правильное анестезии имеет решающее значение в поддержании сердечного ритма при нормальных физиологических ставок (около 500 уд / мин).
  6. Подтвердите глубины анестезии при потере движения от животного в ответ на педали отмены рефлекса. Используйте paralube ветеринар мазь для глаз, чтобы предотвратить сухость в то время как под наркозом.
  7. Выполните операцию в день 0 20,21.
  8. Для аорты полосы, перевязывать аорты с помощью 7-0 шелковой нити вокруг конической 26 G иглу, помещены на арке.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Детали, касающиеся экспериментальный протокол, в том числе хирургических аорты процедур полосы, были описаны ранее 20,21.
  9. Выполните послеоперационной ультразвуковой визуализации (раздел 2) в сутки (ок) 2, 6 и 13.
  10. Усыпить мышей на 14 день и урожай сердца для гистологического оценки. Усыпить животных с помощью передозировки пентобарбитала с последующим удалением жизненно важного органа, как сердце. Арест сердца в diastoле и исправить с формалином. Используйте процедуру сбора сердца, которая была описана ранее 22.
  11. Исправить все тканей сердца буферным 10% раствором формалина. Для трихромом окрашивания, вставлять тканей в парафин до секционирования. Используйте детали трихромом окрашивания, которые были хорошо иллюстрированы ранее 14,23.
  12. Анализ данных с помощью форума программное обеспечение (раздел 3).

2. изображений протокол

  1. Длинные и короткие изображения оси перегородки коронарной артерии (SCA) (B- режим)
    1. Использование MS550D зонд с центральной частотой 40 МГц, подключенных к активному-порт, установить предустановки приложений к "сердечной визуализации".
    2. С животного на спине на нагретой платформы, и под наркозом управляется через носовой конус, поместите зонд с помощью системы железнодорожных, чтобы получить парастернальной долгосрочную перспективу оси (PSLAX) (рис 1а). Всегда убедитесь, что животное в тепле на подогретую platforм, температура тела поддерживается на уровне физиологических уровней.
    3. Поверните датчик (с надрезом указывая каудально) по часовой стрелке таким образом, чтобы угол зонда 15 ° влево парастернальной линии (длинной оси зрения) (рис 1б).
    4. Регулировка угла датчика, слегка наклон вдоль оси у зонда, чтобы получить полную длину продольный вид в SCA в центре экрана (Фиг.1В).
    5. Как только правильные ориентиры (аортальный клапан и легочной артерии) рассматриваются, Cine сохранить изображение с использованием самых высоких частоту кадров можно.
    6. При использовании "ху" оси микро-манипуляторы (рис 1D), отрегулируйте положение датчика для получения ясное изображение SCA.
    7. Поверните датчик 90 ° (с надрезом указывая каудально) по часовой стрелке таким образом, чтобы срезанный конец зонда находится слева от срединной линии (короткой оси) (рис 1в).
  2. Длинные и короткие изображения оси SCA (цвет доплеровский Modе)
    1. После того, как изображение Режим B захвачен или кино-хранения, нажмите кнопку цветового допплеровского на клавиатуре, чтобы включить цветового допплеровского акустического окна (рисунок 2).
      Примечание: Это помогает изолировать коронарной артерии (белые стрелки указывает, SCA) либо в конечном (фиг.2А) или короткой оси (фиг.2С). Красный цвет, как показано в реальном времени и свидетельствует о направлении потока (от аортального клапана).
    2. Убедитесь, что глубина фокусировки (на схеме обозначен желтым наконечником на правой стороне экрана изображения), лежит в центре коронарной артерии.
    3. Убедитесь, что данные записываются с помощью клавиши кино-магазина, на максимально возможной скорости кадров (> 100 кадров / сек).
  3. PW Doppler Визуализация SCA (импульсно-волновой или PW Mode)
    1. В то время как в режиме цветной доплеровской, нажмите на клавишу PW воспитывать желто-индикаторной линии на коронарной артерии (рис 2, как показано красным).
    2. Поместите желтыйPW линии в середине коронарной артерии с учетом, под углом, который параллелен направленности потока. Обратите внимание, что измерения скорости в значительной степени зависит от угла захвата изображения.
    3. Отрегулируйте угол потока (ключ угол PW) и объем образца (ключ SV), что ключ угол PW на 60 ° или меньше и объем выборки захватывает поток прямо в центре SCA.
    4. Использование кинопамяти магазин для захвата формы волны, которые указывают скорость коронарного потока при максимальной систолы (S) и диастолы (D) (Фигуры 3А и 3В), с использованием 1% и 2,5% изофлуран.

3. Расчет и анализ данных

  1. Выберите время скорость интеграл (VTI) инструмент для получения пиковой систолического и диастолического скорости от изображений, показанных на рис 3a и 3b.
  2. Рассчитайте коронарного резерва индекс (CFR) как отношение гиперемического (2,5% ИФ) пик диастолического Fнизкая скорость с исходным значением (1% ИФ) пик скорость диастолического потока.
  3. Рассчитать отношение S / D в качестве пикового систолического скорости коронарный кровоток / пик диастолического скорости коронарного кровотока. Определить соотношение в исходной точке (1% ИФ) и в гиперемии (2,5% изофлуран).
  4. Для стандартных параметров сердечной функции, такие как FS, КВС, LVM обратитесь к руководствам от производителя для выполнения анализа данных, используя программное обеспечение или обратитесь к Чэн Юпитер бумаги 2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Из 11 мышей, которые были изучены (полосчатых, п = 8 и фиктивные, N = 3), были получены адекватные и воспроизводимые изображения с помощью одного наблюдателя в нескольких временных точках: в начале исследования (Д-1), D2, D6 и D13 , Кроме того, скорость потока на констриктивного сайте был измерен как 2225 ± 110,9 мм / сек, по сравнению с 277,5 ± 10,51 мм / с в бутафорских мышей на следующий день после операции (р <0,05). Увеличение скорости было проверка успешного установления модели перегрузки давления. Скорость потока SCA, также известный здесь как скорости CF, ЦФО и отношений S / D были успешно оценены на исходном уровне и при гиперемии у всех мышей. Показанный на рисунке 3, CF изменения в бутафорских мышей в возрасте до 1% и 2,5% изофлуран. Обман группа показала базового диастолическое CF скорость ~ 200 мм / сек и гиперемия индуцированной CF скорости> 600 мм / сек. Увеличение диастолического скорости CF и был поддержан на 13 дней у всех мышей (N = 3, р> 0,05). Показанныйна фиг 3Е и 3F являются изменения CF отмечается в полосатых мышей, в размере 1% и на 2,5% изофлуран, соответственно. Эти мыши показывают аналогичную картину индукции гиперемирована (2,5%) по сравнению с исходным (1%) CFvelocity. Тем не менее, в этой группе, диастолическое скорость CF показали драматические и систематическое снижение в течение периода оценки 14-дневного срока. В частности, диастолическое скорость CF в этой группе был ослаблен от 600 мм / с (базовый) до <200 мм / сек (13-й день, пост диапазонов). приведены гиперемическим ответ, как показано на изменения скорости МВ, в обеих группах мышей, оценивали в течение 14 дней.

CFR рассчитывается как отношение пиковой скорости диастолического потока в SCA во время максимального расширения сосудов, вызванного 2,5% изофлуран в отдыхал скорости потока при минимальном 1% изофлуран. Рисунок 4C приведены изменения, наблюдаемые в CFR, как оценивается в обман и полосатых мышей. В отличие от фарса группы, полосчатые мышах показалимаркировку и непрерывное снижение в CFR, начиная с 3-й день после операции и сохранение через день 13. Это неуклонное снижение в CFR, говорила о прогрессивной ишемической регуляции вызывает снижение перфузии миокарда, по-видимому, вызванное увеличением постнагрузки из-за аорты диапазонов ( п = 4, р <0,05). Перед диапазонов, средняя CFR для мышей рассчитывается как 2,53 ± 0,47, но на 13 дней после кольцевания, CFR в тех же мышей снизилась до 0,59 ± 0,27.

Систолическое для диастолического коронарного отношения скоростей (отношение S / D) представляет собой еще один показатель ишемической дисфункции. CF существу происходит во время диастолы по сравнению с систолы. Таким образом, CF в диастолу играет важную роль в поддержании перфузии миокарда 9,15. Сообщалось, что дистальнее участка коронарного стеноза, существует тенденция к выравниванию систолического и диастолического вклад в общую CF 17. Кроме того, значительная разница будетСоотношение Tween S / D было отмечено между нормальными и больных артерий 18. Значение отсечки S соотношением / д 0,58 было предложено различать значимых и незначимых поражений.

Как показано на фиг.5, эта S / D значение значительно увеличилось в полосчатой ​​группы только, как на исходном уровне и в состоянии гиперемии. Был значительное сокращение диастолического скорости коронарного кровотока после аорты диапазонов. Это частично объясняет высоте отношение S / D (D0 для D13, 0,45 ± 0,05 до 0,83 ± 0,02 в начале исследования и 0,27 ± 0,02 до 0,27 ± 0,01 в гиперемии статуса). Как компенсационный механизм в ответ на подачу кислорода снизилось и снижение перфузии миокарда, сократимость ЛЖ увеличивается, что приводит к сопутствующим увеличением коронарного скорости систолического потока (D0 по D13, 89,2 ± 3,2 202,5 ​​± с 0,85 мм / сек).

Эхо данные сопоставлены с гистологических данных получитьред из сердец, которые были собраны на 14-й день, у всех животных. Последний метод является ток золотой стандарт для оценки коронарного функции 11. Гемодинамические параметры оцениваются в исследовании хорошо коррелирует с гистологических изменений в SCA мыши. Как показано на фиг.6, трихромом окрашивание Массона на участках сердца показали повышенную фиброз миокарда и пригородных коронарной артерии в полосчатой ​​группы (N = 4) по сравнению с мнимым группы (N = 2).

Как показано на фиг.7, внутри и между наблюдателем вариабельность оценивали. Для изменчивости внутри наблюдателя, 20 случайных сигналов и изображений для каждой мыши были выбраны для повторных измерений, которые были выполнены в одну неделю. Там не было никаких существенных различий в пиковых скоростей, измеренных. Для изменчивости между наблюдателями, два опытных наблюдателей оценивала записи осциллограмм слепым методом. Там не было никакого существенного диффереCES в значениях получается.

Кроме того, никаких существенных изменений не наблюдалось в традиционных эхокардиографических параметров, используемых для оценки функции левого желудочка сердца или физиологию в течение 14 дней (8 и 9).

Взятые вместе, результаты исследования были выявлены значительные изменения в коронарного кровообращения в SCA во всех мышей. Следует также отметить, что ультразвук, ориентированного на изменения в CF предшествовали изменениям в условно-оценочной функции ЛЖ, отражая тем самым чувствительность метода. Хотя исследование было проведено на очень небольшом количестве мышей, результаты до сих пор показали высокий уровень значимости между группами в отношении всех соответствующих параметров.

Фигура 1
Рисунок 1:. Ультразвук на основе оценки коронарного кровотока красная линия показывает ее положение зонда для получения () Парастернальной длинной оси (PSLAX) сердца, и (B) Модифицированный парастернальная вид сокращённый ось (Mod-PSALX). Усеяна, как показывает, что при вращении измерительного зонда 15 ° по часовой стрелке из положения (А), CF могут быть обнаружены в SCA, недалеко от синуса аорты и RVOT; (C) вид короткой оси (SAX) облегчает визуализацию CF, используя поперечный аорты уровня (D) ху направление зонда будет указан.

Фиг.2
Рисунок 2. коронарный кровоток обнаружения (CF), используя мнения Mod-PSLAX и саксофон. () Посмотреть Mod-PSLAX демонстрирует CF в просвете SCA параллельно длинной оси сердца, и в 10:00 Положение вдоль ИВС, недалеко AV (б) иллюстрации Mod-PSLAX, чтобы указать Locaние SCA и окружающие структуры (C) Короткая вид ось показывает происхождение CF от аортального клапана к 1 позицию часов. (D) иллюстрация короткий зрения оси, чтобы облегчить идентификацию SCA. Основные ориентиры в таблице сокращений.

Рисунок 3
Рисунок 3: ослабленных изменение коронарного кровотока (CF) Скорость в полосатых мышей под гиперемии по сравнению с Sham (А) желтая линия указывает на пик CF в систолу (S) и диастолы (D). (B) иллюстрация показывает пик систолическое и диастолическое скорость потока. Также показаны изменения диастолического CF в бутафорских мышей, под (C) 1% и (D) 2,5% изофлуран заставляет предполагать гиперемической индукцию CF в коронарной артерии в мнимой группы. Базовый диастолическое CF обнаруженного ~ 200 мм / сек и повышается до> 600 мм / сек при гиперемии Изменения диастолического CF в полосчатых мышей в разделе (E) 1% и (F) 2,5% изофлуран. Как показано в этой группе, изменения в (е) до и после гиперемии, были похожи на мнимой группы. После диапазонов, однако, (F) была заметно ослабляется (от 600 м / сек до <200 м / сек), в частности, при гиперемии.

Рисунок 4
Рисунок 4: Сравнение МВ скорости и CFR изменений в обман и полосатых мышей. Изменение скорости (А) CF в обеих группах, в соответствии с 1% изофлуран. CF было измерено как ~ 200 мм / сек в обоих обман и полосатых мышей, перед гиперемии индукции. (B) изменение скорости CF мышей, под 2,5% Isoflurane. Скорость CF непрерывно уменьшается в течение нескольких дней после аорты диапазонов. На D13, йе CF Шам и связали мышей показали значительное различие (*: р <0,05). (C) Резюме изменения в CFR в обман и полосатых мышей. По сравнению с имитацией мышей, CFR полосчатых мышей постоянно снижалось, соотнося со снижением скорости МВ. Это явление указывает аорты кольцевания индуцированное увеличение заболеваемости постнагрузки и это способствовало ишемической дисфункции. (N = 8, *: р <0,05). CFR = CF 2.5% / CF 1.5%)

Рисунок 5
Рисунок 5: изменение S соотношением / D под 1% и 2,5% изофлуран в обман и полосатых мышей () изменение S соотношением / D в обеих группах в не-гиперемии (1% isoflorane).. Отношение S / D увеличивается после операции и было значительным на D9 и D13, даже в состоянии покоя (п = 11, *: р <0,05). (Б) изменение отношения сигнал / D в обеих группах при гиперемии (2,5% изофлуран). Отношение S / D также значительно увеличился после операции в гиперемии состоянии (п = 11, *: р <0,05). S / D = коронарная скорость потока в систолу / коронарной скорости потока в диастолу.

Рисунок 6
Рисунок 6:. Myorcardial и фиброз pericoronary артерии обнаружены Массон Trichrome окрашивание Окрашивание проводили в обман и полосатых мышей, через две недели после аорты диапазонов. () Только ограниченный фиброз наблюдался в середине полости ЛЖ в бутафорских мышей (20x). (B) образы при большем увеличении (400x) также показали скудные фиброз вокруг области пери-коронарной артерии (белая стрелка указала фиброз). (C) В сердце мыши после аорты полосы, синий фиброзная область значительно увеличился (20X). Фиброз (D) Peri-коронарной артерии также signifщественно увеличена в этой группе (стрелки) (X400). Данные гистологии, взятые вместе, коррелирует с нашим эхо на основе наблюдения ишемической дисфункции.

Рисунок 7
Рисунок 7:. Внутри- и надежность Inter-наблюдатель измерения CF () надежность внутри наблюдатель показали высокую значительную корреляцию (R 2 = 0,92). Надежность (B) между наблюдателями также показали высокую корреляцию между различными наблюдателями (R 2 = 0,88).

Рисунок 8
Рисунок 8:. Отношение сердце массы тела (HW / BW) отношение и мокрого на сухой (W / D) весовом соотношении легких в обман и полосатых мышей () HW / BW существенно не отличается от фиктивных и полосатых мышей на день 15 (п= 11, р> 0,05). (B) Соотношение легких Ж / Д была одинаковой в обеих группах.

Рисунок 9
Рисунок 9: частота сердечных сокращений (ЧСС) и обычные эхокардиографических параметров () HR существенно не изменилась.. Как показано в (B) фракция выброса левого желудочка (ФВ ЛЖ) существенно не снижается. (С) Фракционный укорочение (FS) была одинаковой в обеих группах. (D) левого желудочка масса (LVM) не показали существенного различия в двух группах, в 13 дней после полосы.

Полное имя Сокращение
Аортальный стеноз AS
Аортального клапана AV
Коронарного резерва CFR
Хроническая сердечная недостаточность CHF
Фракционное укорочение FS
Частота сердечных сокращений HR
Сердце к весу тела HW / BW
Inter-желудочковая перегородка IVS
Левое предсердие Луизиана
Левая передняя нисходящая ЛАД
Левой коронарной артерии ДМС
Фракция выброса левого желудочка ФВ ЛЖ
Левый желудочек LV
Гипертрофия левого желудочка ГЛЖ
Левого желудочка масса LVM
Парастернальной долго вид ось PSLAX
Легочная артерия Пенсильвания
Правое предсердие РА
Правый желудочек RV
Посмотреть короткой оси SAX
Перегородки коронарной артерии SCA
Систолическое коэффициентам диастолического потока S / D
Трансторакальная Доплера Эхокардиографическое TTDE
Интеграл скорость-время VTI
Мокрого на сухой соотношение веса легких W / D

Таблица 1: Сокращения.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

В этом ультразвукового исследования, основанного, неинвазивная оценка коронарного кровотока воспроизводимо выполняется в режиме реального времени, в течение нескольких дней, в живых подопытных мышей; Кроме того, протокол продемонстрировали потенциал для обнаружения дисфункции коронарной артерии, который присутствовал на ранней стадии и было связано с дефицитом перфузии миокарда. Этот метод может в конечном итоге быть использованы в качестве клинического инструмента для сердечно-сосудистой стратификации риска и / или оценки ответа на терапевтическое вмешательство.

Во-первых, Подробный протокол описан для визуализации анатомических и функциональных изменений в коронарной артерии малого размера сердце мыши, используя последовательный изображений с течением времени при высокочастотных цветового допплеровского эхокардиографии. Тщательно предварительно выбрав набор дополнительных акустических окон с высоким разрешением осевой, жестко регулируется объем образца, и надлежащего контроля анестезии, любого оператора (с некоторой тренировки на ультразвуковой машины) может рerform все предлагаемые меры, протокола изображений, а также пост-Hoc форума анализ полученных данных. Способ позволяет воспроизводимый визуализацию левой коронарной ишемической и позволяет модуляцию визуализируемого коронарной функции. Этот протокол может быть выполнена в небольших животных, таких как мышей или крыс, с высоким уровнем сердца и дыхания. Можно получить надежные данные от последовательного изображения в течение нескольких дней или недель, что позволяет исследователи, чтобы следовать функцию неинвазивно и продольно в данной экспериментальной модели.

Во-вторых, исследование пытается оценить мелкие сосуды, которые важны для правильного сердечной функции, по оценке малых и ранние изменения внутрибрюшного-коронарного физиологии (происходит в течение нескольких минут) в контексте общего состояния сердечной физиологии (например, функции ЛЖ). Этапы протокола может быть выполнена в неинвазивной, точной и воспроизводимым образом. Результаты измерений, полученные в режиме реального временимогут быть получены любым оператором с некоторой тренировки на работе машины и основной анатомии. Кроме того, конкретные сосудистые показатели, измеренные в данном документе, такие как CFR и S / D, могут быть получены с помощью любого измерения программного обеспечения форума, и не только проприетарное программное обеспечение предоставляется изготовителем станка. Эти показатели могут быть дополнительно применен к любой животной модели интерес, в том числе ApoE - / - или R LDR - / - модели, которые могут быть использованы для изучения атеросклероза. Таким образом, способ представляет собой высоко переводимый инструмент для использования при изучении различных сердечно-сосудистых фенотипов.

Новизна методики заключается в его маневренности. Это также легко изменяемый путем незначительных корректировок, таких, как изменение размещения зонда, выбор частоты зонда (высшим центром частоты должны быть выбраны для оценки потока низкоскоростной таких как ишемия исследований), образец-объема (меньше выборки объема получить более точные Пик оценка) и коррекция угла (от 0 ° до 60 °Угол PW, ближе к 0 ° является более точным), что любой оператор может быть обучены, чтобы получить точные абсолютные скорости коронарной артерии, септальной или левой магистрали, следуя анатомические ориентиры, такие как PA или корня аорты.

Малые и временные изменения могут быть вообще трудно измерить и может включать в себя высокий уровень ошибок, связанных с физиологическими изменениями в дыхании или сердечного ритма. Поиск и устранение неисправностей, как правило, включает в себя идентификацию соответствующих ориентиров проксимального о происхождении коронарной артерии и поддержания нормального физиологического сердечного ритма. Контролируя физиологии животных, используя инструмент мониторинга ЭКГ сигнала, который связан с устройством формирования изображения, протокол позволяет любому оператору контролировать эффект любого потенциального сосудистый модулятор (сосудосуживающим или граната), во время съемки.

Для правильного выбора, маршрута и дозы наркоз уровней может считаться критическими факторами, определяющими правильной оценки динамики течения. Один limitatiна исследования может быть использование изофлуран. Известно, что причиной угнетение сердечной и изменить диаметр просвета сосуда в некоторых исследованиях, в зависимости от дозы 7,10. Тем не менее, изображения в данном исследовании получены в течение нескольких минут, а с помощью жестко контролируемых системой анестезии, можно точно оценить CF, CFR и S / D при любом состоянии мыши физиологии в том числе гипоксии, нормоксии, расширение кровеносных сосудов, или сужением сосудов, с минимальное влияние ЧСС. Другим ограничением является отсутствие золотого стандарта в корреляции между CFR и просвета коронарной артерии диаметром в естественных условиях у мышей, из-за очень малого объема образца, который может быть получен от мышей. Тем не менее, как показано на человека этот недостаток может быть преодолен потенциально гистологического оценки морфологии коронарных с количественной эхокардиографии, чтобы обеспечить диаметр коронарной артерии 4,24.

Используя все необходимые действия, описанные в протоколе изображений (Шаг 2.1.1-2.3.4), CFR и S/ D значения отношения у мышей могут быть получены в течение нескольких минут. Высокое качество изображения отображения данных прочный и с низким внутри- и изменчивости между наблюдателями.

Таким образом, протокол изображения, очерчены в данном документе, обеспечивает точную диагностический инструмент, представляющий собой альтернативу существующим инвазивных вариантов, таких как коронарной катетеризации, Доплера-х или посмертных гистологических исследований.

Взятые вместе, результаты этого исследования показывают, что неинвазивный метод коронарной функциональной оценки в качестве возможного и жизнеспособного клинического диагностического инструмента, который может использоваться как в небольших исследований на животных. Такой неинвазивный метод может помочь существенно снизить требования использования животных, эвтаназия, или аутопсии в экспериментальных моделях.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Depilatory cream Miltex, Inc. Surgi-Prep Apply 24 hours prior to imaging
Isoflurane Baxter International Inc. NDC 10019-773-40 2-3% for induction, and 1-1.5 % for maintenance; heart beats will be maintained at above 500 beats per minute
High Frequency Ultrasound FUJIFILM VisualSonics, Inc. Vevo 2100
High-frequency Mechanical Transducer FUJIFILM VisualSonics, Inc. MS250, MS550D, MS400

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Yang, F., et al. Coronary artery remodeling in a model of left ventricular pressure overload is influenced by platelets and inflammatory cells. PloS one. 7, e40196 (2012).
  2. Cheng, H. W., et al. Assessment of right ventricular structure and function in mouse model of pulmonary artery constriction by transthoracic echocardiography. Journal of visualized experiments : JoVE. e51041 (2014).
  3. Meimoun, P., et al. Factors associated with noninvasive coronary flow reserve in severe aortic stenosis. Journal of the American Society of Echocardiography : official publication of the American Society of Echocardiography. 25, 835-841 (2012).
  4. Bratkovsky, S., et al. Measurement of coronary flow reserve in isolated hearts from mice. Acta physiologica Scandinavica. 181, 167-172 (2004).
  5. Wu, J., Zhou, Y. Q., Zou, Y., Henkelman, M. Evaluation of bi-ventricular coronary flow patterns using high-frequency ultrasound in mice with transverse aortic constriction. Ultrasound in medicine & biology. 39, 2053-2065 (2013).
  6. Hartley, C. J., et al. Effects of isoflurane on coronary blood flow velocity in young, old and ApoE(-/-) mice measured by Doppler ultrasound. Ultrasound in medicine & biology. 33, 512-521 (2007).
  7. Hartley, C. J., et al. Doppler estimation of reduced coronary flow reserve in mice with pressure overload cardiac hypertrophy. Ultrasound in medicine & biology. 34, 892-901 (2008).
  8. Saraste, A., et al. Coronary flow reserve and heart failure in experimental coxsackievirus myocarditis. A transthoracic Doppler echocardiography study. American journal of physiology. Heart and circulatory physiology. 291, H871-H875 (2006).
  9. Scherrer-Crosbie, M., Thibault, H. B. Echocardiography in translational research: of mice and men. Journal of the American Society of Echocardiography : official publication of the American Society of Echocardiography. 21, 1083-1092 (2008).
  10. Caiati, C., Montaldo, C., Zedda, N., Bina, A., Iliceto, S. New noninvasive method for coronary flow reserve assessment: contrast-enhanced transthoracic second harmonic echo Doppler. Circulation. 99, 771-778 (1999).
  11. Barrick, C. J., Rojas, M., Schoonhoven, R., Smyth, S. S., Threadgill, D. W. Cardiac response to pressure overload in 129S1/SvImJ and C57BL/6J mice: temporal- and background-dependent development of concentric left ventricular hypertrophy. American journal of physiology. Heart and circulatory physiology. 292, H2119-H2130 (2007).
  12. Wikstrom, J., Gronros, J., Gan, L. M. Adenosine induces dilation of epicardial coronary arteries in mice: relationship between coronary flow velocity reserve and coronary flow reserve in vivo using transthoracic echocardiography. Ultrasound in medicine & biology. 34, 1053-1062 (2008).
  13. Snoer, M., et al. Coronary flow reserve as a link between diastolic and systolic function and exercise capacity in heart failure. European heart journal cardiovascular Imaging. 14, 677-683 (2013).
  14. Gan, L. M., Wikstrom, J., Fritsche-Danielson, R. Coronary flow reserve from mouse to man--from mechanistic understanding to future interventions. Journal of cardiovascular translational research. 6, 715-728 (2013).
  15. Mahfouz, R. A. Relation of coronary flow reserve and diastolic function to fractional pulse pressure in hypertensive patients. Echocardiography (Mount Kisco, N.Y). 30, 1084-1090 (2013).
  16. 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 (2013).
  17. Miller, D. D., Donohue, T. J., Wolford, T. L., Kern, M. J., Bergmann, S. R. Assessment of blood flow distal to coronary artery stenoses. Correlations between myocardial positron emission tomography and poststenotic intracoronary Doppler flow reserve. Circulation. 94, 2447-2454 (1996).
  18. Wada, T., et al. Coronary flow velocity reserve in three major coronary arteries by transthoracic echocardiography for the functional assessment of coronary artery disease: a comparison with fractional flow reserve. European heart journal cardiovascular Imaging. 15, 399-408 (2014).
  19. Hartley, C. J., et al. Doppler velocity measurements from large and small arteries of mice. American journal of physiology. Heart and circulatory physiology. 301, H269-H278 (2011).
  20. Almeida, A. C., van Oort, R. J., Wehrens, X. H. Transverse aortic constriction in mice. Journal of visualized experiments : JoVE. 1729 (2010).
  21. Rockman, H. A., Wachhorst, S. P., Mao, L., Ross, J. ANG II receptor blockade prevents ventricular hypertrophy and ANF gene expression with pressure overload in mice. American Journal of Physiology. H2468-H2475 (1994).
  22. Virag, J. A., Lust, R. M. Coronary artery ligation and intramyocardial injection in a murine model of infarction. Journal of visualized experiments : JoVE. 2581 (2011).
  23. Niu, X., et al. beta3-adrenoreceptor stimulation protects against myocardial infarction injury via eNOS and nNOS activation. PloS one. 9, e98713 (2014).
  24. Ross, J. J., Ren, J. F., Land, W., Chandrasekaran, K., Mintz, G. S. Transthoracic high frequency (7.5 MHz) echocardiographic assessment of coronary vascular reserve and its relation to left ventricular mass. Journal of the American College of Cardiology. 16, 1393-1397 (1990).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Video Stats