Echografie gebaseerde beoordeling van coronaire Flow en Coronaire Flow Reserve Met behulp van de druk overbelasting Model in Muizen

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

Klinische aortastenose (AS) is algemeen bekend om een ​​progressieve toename in linker ventrikel (LV) afterload promoten. Om dit te compenseren chronisch stijgende hemodynamische belasting, LV hypertrofie (LVH) ontstaat als een adaptieve respons 1,2. De ontwikkeling van LVH wordt vaak geassocieerd met abnormaliteiten in coronaire microcirculatie. Men denkt dat microvasculaire disfunctie bijdraagt ​​chronische ischemie bij deze patiënten 5. Naast coronaire stroom 3,4, coronaire stroming reserve (CFR) vertegenwoordigt functionele wijziging van kransslagaders 1,3 en wordt gedefinieerd als de verhouding van de maximale stroomsnelheid in hyperemie uitgangswaarde stroomsnelheid of resting stroomsnelheid 4,6,7. CFR Verlagen van remodeling 1-3,5-9 en wordt gebruikt als een index van de mate van functionele ernst van coronaire disfunctie 1,10,17. Het is bekend verminderen bij vele vormen van gedilateerde cardiomyopathie 10 alsook coronaire stenosis 6. CFR is ook een prognostische marker voor slechte klinische resultaten 12.

LV remodeling in de setting van cardiale disfunctie zoals ischemie of LVH gaat tevens gepaard met uitgebreide fibrose, veranderingen in coronaire microcirculatie en verdikking van de kransslagaders 1,2. Als gevolg van deze veranderingen in coronaire fysiologie, er waarschijnlijk remodelleren van de kransslagaders. Dit helpt de effecten van lage diffusie zuurstof en LV diastolische dysfunctie die kunnen leiden tot vatbaarheid voor myocardischemie 1,2,13 verzachten.

Genetisch gemodificeerde muizen zijn nu een grote schaal voorkomt onderzoek tool voor het nabootsen van menselijke omstandigheden ziekten zoals coronaire atherosclerose 5,7,10,12,17. Vooral de druk overbelasting model bij muizen is op grote schaal bestudeerd 14,17. De trans-aorta vernauwing model (TAC) blijkt geassocieerd met uitgebreide fibrose en Coronary stenose resulteert gedeeltelijk uit mediale verdikking van kransslagaders en bijbehorende veranderingen in coronaire stromingspatronen 1,11,17,19 vergelijkbaar met wat wordt gezien in de omgeving van LVH bij mensen. Hoewel bekend is dat langdurige drukoverbelasting leidt tot hartdecompensatie in ongeveer 4-8 weken, de effecten op coronaire miek en stroomreserve in deze modellen, vroeg stadium van de ziekte, en in verschillende stadia na banding, nog duidelijk worden afgebakend.

Talrijke stammen van muizen zijn momenteel beschikbaar voor onderzoeksdoeleinden, met inbegrip van goed gekarakteriseerde LDLR - / - of ApoE - / - muizen 10-12, en deze zijn ontwikkeling van gevoelige technieken gevraagd voor de beoordeling van de cardiovasculaire functie en morfologie in levende muizen 11-15. Dergelijke technieken omvatten MRI, PET, contrast CT hoogfrequente ultrasone en elektronenbundel tomografie 2,9,17,19, die alle voorzien veelbelovende alternatieven voor invasievemethoden zoals cardiale catheterisatie en coronaire angiografie 12. In muizen met zeer kleine afmetingen van de coronaire slagaders en hoge hartslag (HR), beeldvorming van coronaire circulatie vormt nog een technische uitdaging voor vele momenteel beschikbare technieken 4,12. Interessant is er een exponentiële toename van technische ontwikkelingen op het gebied van transthoracale Doppler echocardiografie (TTDE), waaronder de ontwikkeling van hoogfrequente matrix scan hoofden met centrale frequenties van 15 tot 50 MHz waardoor axiale resoluties van ongeveer 30-100 urn is, op een diepte van 8-40 mm, en frame rates van meer dan 400 frames gevangen / sec. Op hun beurt zijn TTDE-gebaseerde technieken ontwikkeld tot een potentieel krachtig instrument voor groter 2 of zelfs kleinere vaartuigen afbeelden zoals kransslagaders 5,12.

Een andere kritische voorhand dat heeft toegestaan ​​onderzoekers aan diagnostische beeldvorming studies van het vaatstelsel te voeren in kleine eennimals is het zorgvuldig gecontroleerde gebruik van anesthetica die het hart en de ademhaling van de dieren tijdens het afbeelden 11 te behouden. Gecontroleerde anesthesie onderhoud is bijzonder belangrijk voor studies in verband met vasodilatatie bij muizen, en het effect van anesthesie moet ook verder worden onderzocht in de context 10,11. Bij mensen daarentegen, TTDE afgeleide CFR metingen een meer gebruikelijke hulpmiddel voor de beoordeling van vernauwde en niet belemmerd epicardiale coronaire slagaders, overwegend linker voorste dalende (LAD) coronaire arterie 5,16. Echter, de prognostische rol van CFR en coronaire stroming veranderingen in asymptomatische patiënten en muizen met een behouden LV systolische functie in rust minder onderzocht 16. Daarom was het doel van de studie was om eerst een duidelijke stap-voor-stap protocol vast, veranderingen in coronaire stroom met TTDE een drukoverbelasting muismodel evalueren; tweede, deze studie onderzocht de prognostische tekenificance van CFR en coronaire stroom veranderingen in reactie op overbelasting van stress druk in deze muizen. Onze hypothese was dat TTDE gebaseerde beoordeling van CFR en coronaire doorstroming nuttig in de vroege opsporing van coronaire dysfunctie dat LV dysfunctie kan voorafgaan kunnen zijn.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

OPMERKING: Alle procedures werden uitgevoerd bij muizen in overeenstemming met American Veterinary Medical Association (AVMA) richtlijnen en goedgekeurd Institutional Animal Care en gebruik Comités (IACUC) protocollen.

1. Studie Ontwerp

  1. Gebruik 8-10 weken oude mannelijke C57BL / 6 muizen (BW ~ 25 g) in de studie.
  2. Willekeurige de muizen (n = 11) in twee groepen, de studiegroep geselecteerd aorta banding (n = 8) en de controlegroep (n = 3) sham geopereerd via thoracotomie.
  3. Bereid het dier voor de beeldvorming door het verwijderen van haar van de borst met behulp van ontharingscrème is dat medische kwaliteit.
  4. Voer een eerste echo (deel 2) 24 uur voorafgaand aan de aorta banding van de uitgangswaarde parameters bepalen op dag -1, tussen een bereik van 1% en 2,5% isofluraan (gemengd met 100% O 2 via neuskegel) geïnduceerde anesthesie.
  5. Kies een medisch goedgekeurd anestheticum (dwz isofluraan) en toezicht houden op de mate van anesthesie (2-3% naar induce, en 1,0% te houden).
    Opmerking juiste anesthesie is cruciaal in het onderhoud van hartslag bij normale fysiologische tarieven (ongeveer 500 slagen / min).
  6. Controleer de diepte van anesthesie door verlies van beweging van het dier in antwoord op een pedaal terugtrekking reflex. Gebruik paralube dierenarts zalf op de ogen tot droog te voorkomen tijdens het onder narcose.
  7. Uit te voeren operatie op dag 0 20,21.
  8. Voor aorta-banding, afbinden van de aorta met een 7-0 zijden hechtdraad rond een taps toelopende 26 G naald geplaatst op de boog.
    LET OP: Gegevens met betrekking tot de experimentele protocol, met inbegrip van de chirurgische aorta banding procedures, in het verleden 20,21 beschreven.
  9. Voeren na de operatie echografie (deel 2) op dag (en) 2, 6 en 13.
  10. Euthanaseren de muizen op dag 14 en oogst de harten voor histologische evaluatie. Euthanaseren de dieren met een overdosis pentobarbital, gevolgd door verwijdering van een vitaal orgaan zoals het hart. Arresteer de harten in diastole en bevestig met formaline. Gebruik de procedure van het hart oogsten die al eerder 22 beschreven.
  11. Fix alle hart weefsels met gebufferde 10% formaline oplossing. Voor trichroomkleuring, insluiten weefsels in paraffine voor het snijden. Gebruik de details van trichroomkleuring die goed voorheen 14,23 hebben geïllustreerd.
  12. Analyseer de gegevens met behulp van offline software (deel 3).

2. Imaging Protocol

  1. Lange en korte beelden as van septale kransslagader (SCA) (B- Mode)
    1. Met behulp van MS550D sonde met centrale frequentie van 40 MHz is aangesloten op de actieve-poort, zet de applicatie standaard: "cardiale beeldvorming".
    2. Met het dier in rugligging op het verwarmde platform, en onder narcose aangestuurd via neuskegel, de positie van de sonde met behulp van het spoorwegsysteem voor parasternale lange as view (PSLAX) (Figuur 1A) te verkrijgen. Zorg er altijd voor dat het dier warm wordt gehouden op de voorverwarmde platform en lichaamstemperatuur wordt op fysiologische niveaus.
    3. Draai de probe (met kerf wijst caudaal) rechtsom zodat de sonde hoek 15 ° naar links parasternale lijn (lange as view) (Figuur 1B).
    4. Pas de probe hoek een kanteling aan de y-as van de sonde tot een volledige lengte langsaanzicht van SCA in het midden van het scherm (figuur 1B) te verkrijgen.
    5. Zodra de juiste oriëntatiepunten (aortaklep en longslagader) worden bekeken, cine winkel het beeld met de hoogste frame rate mogelijk.
    6. Door het gebruik van de "xy" assen micro-manipulatoren (figuur 1D), past u de sonde positie om de duidelijkste beeld van de SCA verkrijgen.
    7. Draai de probe van 90 ° (met kerf wijst caudaal) rechtsom zodat getande uiteinde van de sonde links van middellijn (korte as) (Figuur 1C).
  2. Lange en korte beelden as van SCA (Color-Doppler Mode)
    1. Zodra afbeelding van een B-modus is vastgelegd of cine-opgeslagen, klikt u op de kleur Doppler-toets op het toetsenbord in te schakelen op kleur Doppler akoestische venster (figuur 2).
      Opmerking: Dit helpt om coronaire isoleren (witte pijl geeft SCA) hetzij lange (figuur 2A) of de korte as (figuur 2C). Rode kleur wordt gezien in real time en illustreert de stromingsrichting (weg van de aortaklep).
    2. Zorg ervoor dat de focus diepte (aangegeven door een gele pijlpunt aan de rechterkant van het beeldscherm), ligt in het centrum van de kransslagader.
    3. Zorg ervoor dat de gegevens worden opgenomen, met behulp van de cine-store-toets, op het hoogst mogelijke framerate (> 100 beelden / sec).
  3. PW Doppler Imaging van SCA (Pulsed-Wave of PW-modus)
    1. Terwijl in kleur-Doppler-modus, klikt u op de PW sleutel tot op de kransslagader (Figuur 2, weergegeven in rood) brengen een geel-indicator lijn.
    2. Plaats de gelePW lijn in het midden van de kransslagader oog, onder een hoek die de gerichtheid van de stroming parallel. Let snelheidsmetingen sterk afhankelijk van de hoek van beeldverwerving.
    3. Pas de hoek van de stroming (PW hoek drukken) en monstervolume (SV-toets), zodanig dat de PW hoek sleutel is 60 ° of minder en monstervolume vangt stromen midden in het centrum van SCA.
    4. Gebruik cine opslag om de golfvormen die de snelheid van de coronaire stroming optimaal systole (S) en diastole (D) (Figuren 3A en 3B) geven vastleggen, met 1% en 2,5% isofluraan.

3. Gegevens Berekening en Analyse

  1. Selecteer de snelheid tijdsintegraal (VTI) hulpmiddel om de piek systolische en diastolische snelheden van de in de figuren 3A en 3B beelden oplevert.
  2. Bereken de coronaire doorstroming reserve-index (CFR) als de verhouding van hyperemic (2,5% isofluraan) maximale diastolische flage snelheid met de basislijn (1% isofluraan) maximale diastolische stroomsnelheid.
  3. Bereken de S / D-verhouding als de piek systolische coronaire stroomsnelheid / maximale diastolische coronaire stroomsnelheid. Bepaal de verhouding bij aanvang (1% isofluraan) en hyperemie (2,5% isofluraan).
  4. Raadpleeg de handleidingen van de fabrikant naar data-analyse uit te voeren met behulp van eigen software of verwijzen naar Cheng's Jupiter papier 2 voor standaard hartfunctie parameters zoals FS, FAC, LVM,.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Van de 11 muizen die werden bestudeerd (banded, n = 8 en sham, n = 3) werden voldoende en reproduceerbare beelden verkregen door een enkele waarnemer op verschillende tijdstippen: bij aanvang (D-1), D2, D6 en D13 . Ook de stroomsnelheid bij de constrictieve plaats werd gemeten als 2225 ± 110,9 mm / s, in vergelijking met 277,5 ± 10,51 mm / s in de sham muizen op de dag na de operatie (p <0,05). De toename van de snelheid was de verificatie van de succesvolle oprichting van de druk overbelasting model. De SCA stroomsnelheid, ook hier aangeduid als de CF snelheid, de CFR, en de S / D-verhoudingen succesvol beoordeeld bij basislijn en onder hyperemie in alle muizen. In figuur 3 zijn CF veranderingen in sham muizen onder 1% en 2,5% isofluraan. De sham groep toonde de basislijn diastolische CF snelheid van ~ 200 mm / s en hyperemie geïnduceerde CF snelheid van> 600 mm / s. De stijging van de diastolische CF snelheid en aanhield tot 13 dagen in alle muizen (n = 3, p> 0.05). Getoondin de figuren 3E en 3F zijn de CF veranderingen opgemerkt in de gestreepte muizen, 1% en 2,5% isofluraan, respectievelijk. Deze muizen vertonen een vergelijkbaar patroon van inductie van hyperemic (2,5%) gedurende de basislijn (1%) CFvelocity. Echter, in deze groep, de diastolische CF snelheid toonde een dramatisch en een systematische afname over de 14 dagen evaluatieperiode. Specifiek, de diastolische CF snelheid in deze groep was afgenomen van een 600 mm / s (baseline) tot <200 mm / sec (dag 13 na banding). Figuur 4B vat de hyperemic respons gezien in CF aanslagverschillen in beide groepen van muizen, beoordeeld dan 14 dagen.

CFR wordt berekend als de verhouding van maximale diastolische stroomsnelheid in SCA tijdens maximale vasodilatatie geïnduceerd met 2,5% isofluraan rusten stroomsnelheid onder minimaal 1% isofluraan. Figuur 4C worden de veranderingen gezien in CFR zoals geëvalueerd in de sham en gestreepte muizen. In tegenstelling tot de sham-groep, de gestreepte muizen bleek eengemerkt en continue daling in CFR, beginnend op dag 3 na chirurgie en aanhoudende en met dag 13. Deze gestage afname van CFR was suggestief progressieve coronaire disregulatie leidt tot een vermindering van myocardiale perfusie, vermoedelijk veroorzaakt door de toename afterload door aorta banding ( n = 4, p <0,05). Voor banding, gemiddelde CFR voor de muizen werd berekend als 2,53 ± 0,47, maar met 13 dagen na banding, de CFR in dezelfde muizen afgenomen tot 0,59 ± 0.27.

De systolische diastolische coronaire snelheidsverhouding (S / D-verhouding) is een indicator van coronaire disfunctie. CF gebeurt hoofdzakelijk tijdens diastole opzichte systole. Als zodanig, CF in diastole speelt een prominente rol in het handhaven myocardperfusie 9,15. Er is gemeld dat distaal van de plaats van coronaire stenose, er een trend naar een egalisatie van systolische en diastolische bijdrage aan de totale CF 17. Daarnaast werd een significant verschiltussen S / D-verhouding is waargenomen tussen normale en zieke slagaders 18. A cut-off waarde van S / D ratio 0,58 voorgesteld onderscheid tussen significante en niet-significante afwijkingen.

Zoals getoond in figuur 5, deze S / D-waarde aanzienlijk toegenomen in de gestreepte groep toepassen, zowel bij aanvang en in het hyperemic staat. Er was een significante daling van de diastolische coronaire stroomsnelheid na aorta banding. Dit mede bijgedragen aan de verheffing van S / D ratio (D0 tot D13, 0,45 ± 0,05-0,83 ± 0,02 bij baseline en 0,27 ± 0,02-0,27 ± 0,01 in hyperemic status). Als compensatiemechanisme in reactie op zuurstof verminderd en verminderde myocardiale perfusie, LV contractiliteit verhoogd, waardoor een gelijktijdige toename van coronaire systolische stroomsnelheid (D0 tot D13, 89,2 ± 3,2-202,5 ​​± 0,85 mm / sec).

De echo gegevens werden vergeleken met histopathologische gegevens te verkrijgened van de harten die werden geoogst op dag 14, van alle dieren. De laatste techniek is de huidige gouden standaard voor het coronaire functie assessment 11. De hemodynamische parameters in de studie evalueerde correleerde goed met histopathologische veranderingen in de muis SCA. Zoals getoond in figuur 6, Masson's Trichrome kleuring op het hart gedeelten onthulde een verhoogde myocardiale en peri-coronaire arteriële fibrose in de gestreepte groep (n = 4) vergeleken met de placebo groep (n = 2).

Zoals getoond in figuur 7, werd intra- en inter-observer variabiliteit beoordeeld. Voor intra-observer variabiliteit, werden 20 willekeurige golfvormen en afbeeldingen voor elke muis geselecteerd voor herhaalde metingen die een week uit elkaar werden uitgevoerd. Er waren geen significante verschillen in de piek snelheden gemeten. Voor variabiliteit inter-observer, twee ervaren radiologen beoordeelden de golfvorm opnames in een geblindeerde wijze. Er waren geen significante differences de waarden verkregen.

Bovendien werden geen significante veranderingen waargenomen in de traditionele echocardiografische parameters voor LV functie of hart fysiologie gedurende 14 dagen (figuren 8 en 9).

Samengevat, de resultaten van de studie toonde significante veranderingen in coronaire circulatie in SCA in alle muizen. Het is ook opmerkelijk dat de echo basis-veranderingen in CF voorafgegaan veranderingen in conventioneel beoordeeld LV functie, hetgeen aansluit bij de gevoeligheid van de methode. Hoewel de studie werd uitgevoerd op een klein aantal muizen, de resultaten nog steeds bleek een hoge mate van significantie tussen de twee groepen met betrekking tot alle relevante parameters.

Figuur 1
Figuur 1:. Ultrasound-gebaseerde beoordeling van coronaire doorstroming De rode lijn geeft the positie van de probe voor het verkrijgen van (A) parasternale lange as (PSLAX) van het hart, en (B) Gewijzigd parasternale korte as view (mod-PSALX). De gestippelde als blijkt dat door het roteren van de sonde 15 ° rechtsom van positie (A), CF kan worden gedetecteerd in SCA dicht aorta sinus en RVOT; (C) Korte-as view (SAX) vergemakkelijkt de beeldvorming van CF met de dwarse aorta-level view (D) De xy richting van de sonde wordt aangegeven.

Figuur 2
Figuur 2. De coronaire flow (CF) detectie met behulp van de mod-PSLAX en SAX uitzicht. (A) De mod-PSLAX weergave toont CF in het lumen van de SCA parallel aan de lange as van het hart, en om 10 uur positie langs de IVS, in de buurt van AV (B) De illustratie van de mod-PSLAX aan de loca geventie van SCA en de omliggende structuren (C) De korte as toont de CF oorsprong van de aortaklep in de richting van 01:00 positie. (D) De illustratie van de korte as oog op de identificatie van SCA vergemakkelijken. Belangrijke bezienswaardigheden zijn in de tabel van de afkortingen.

Figuur 3
Figuur 3: verzwakte verandering van coronaire flow (CF) snelheid in gestreepte muizen onder hyperemie vergeleken met Sham (A) De gele lijn wijst op de CF-piek in systole (S) en diastole (D). (B) De figuur geeft de piek systolische en diastolische stroomsnelheid. Ook shown veranderingen van diastolische CF in de sham muizen, onder (C) 1% en (D) 2,5% isofluraan suggereert een hyperemic inductie van CF kransslagader in de sham groep. De basislijn diastolische CF gedetecteerd is ~ 200 mm / sec en stijgt tot> 600 mm / sec onder hyperemie Veranderingen diastolische CF in gestreepte muizen onder (E) 1% en (F) 2,5% isofluraan. Zoals in deze groep, de veranderingen in (E) voor en na hyperemie, waren vergelijkbaar met de sham groep. Na banding echter (F) werd sterk verzwakt (vanaf 600 m / sec <200 m / sec), met name onder hyperemie.

Figuur 4
Figuur 4: Vergelijking van CF snelheid en CFR veranderingen in de sham en gestreepte muizen. (A) CF snelheidsverandering in beide groepen, onder 1% isofluraan. De CF werd gemeten als ~ 200 mm / sec in zowel sham en gestreepte muizen, voordat hyperemic inductie. (B) CF snelheidsverandering bij muizen, onder de 2,5% isofluraan. De CF-snelheid werd continu gereduceerd over dagen na aorta banding. On D13, the CF van sham en gestreepte muizen bleek significant verschil (*: p <0,05). (C) Samenvatting van de verandering in de CFR in sham en gestreepte muizen. In vergelijking met de sham muizen, de CFR van gestreepte muizen continu gedaald, correleren met de daling van de CF-snelheid. Dit verschijnsel geeft aorta banding geïnduceerde toename van afterload en dit droeg coronaire dysfunctie. (N = 8, *: p <0,05). CFR = CF 2,5% / CF 1,5%)

Figuur 5
Figuur 5: De verandering van de S / D-verhouding minder dan 1% en 2,5% isofluraan in sham en gestreepte muizen (A) De verandering van S / D-verhouding in beide groepen op niet-hyperemie (1% isoflorane).. De S / D ratio steeg na operatie en was significant op D9 en D13, zelfs in rust (n = 11, *: p <0,05). (B) De verandering van de S / D-verhouding in beide groepen onder hyperemie (2,5% isofluraan). De S / D-verhouding ook significant toe na de operatie in de hyperemic toestand (n = 11, *: p <0,05). S / D = coronaire stroomsnelheid in systole / coronaire stroomsnelheid in de diastole.

Figuur 6
Figuur 6:. Myorcardial en pericoronary slagader fibrose gedetecteerd door Masson trichroomkleuring kleuring werd uitgevoerd in sham en gestreepte muizen, twee weken na de aorta banding. (A) slechts beperkte fibrose waargenomen in het midden-holte van de LV in sham muizen (20X). (B) De beelden onder hogere vergroting (400X) toonde ook karige fibrose rond peri-kransslagader gebied (witte pijl aangegeven fibrose). (C) In de muis hart volgende aorta banding, de blauwe fibrotische gebied aanzienlijk toegenomen (20X). (D) Peri-kransslagader fibrose was ook significantly uitgebreid in deze groep (pijlpunt) (X400). De histologie gegevens samen correleren met onze echo-gebaseerde observatie van coronaire disfunctie.

Figuur 7
Figuur 7:. Intra- en inter-observer betrouwbaarheid van CF meting (A) De betrouwbaarheid intra-observer aangegeven hoog significante correlatie (R2 = 0,92). Betrouwbaarheid (B) De inter-observer toonde ook sterke correlatie tussen verschillende waarnemers (R2 = 0,88).

Figuur 8
Figuur 8:. Het hart tot lichaamsgewicht (HW / BW) verhouding en na droging (W / D) long gewichtsverhouding sham en gestreepte muizen (A) HW / BW-verhouding was niet significant verschillend tussen sham en banded muizen op dag 15 (n= 11, p> .05). (B) De W / D long verhouding vergelijkbaar in beide groepen.

Figuur 9
Figuur 9: De hartslag (HR) en conventionele echocardiografische parameters (A) De HR was niet significant veranderd.. Zoals weergegeven in (B) linker ventrikel ejectiefractie (LVEF) was niet significant verminderd. (C) fractionele verkorting (FS) was vergelijkbaar in beide groepen. (D) Linker ventrikel massa (LVM) geen significant verschil zien in de twee groepen, op 13 dagen na de banding.

Volledige naam Afkorting
Aortastenose AS
Aortaklep EEN V
Coronaire flow reserve CFR
Congestief hartfalen CHF
Fractionele verkorting FS
Hartslag HR
Heart lichaam gewichtsverhouding HW / BW
Inter-ventriculaire septum IVS
Linkerboezem LA
Linker anterior afdalende LAD
Linker kransslagader LCA
Linkerventrikel ejectiefractie LVEF
Linker ventrikel LV
Linker ventrikel hypertrofie LVH
Linker ventrikel massa LVM
Parasternale lange as uitzicht PSLAX
Longslagader PA
Rechterboezem RA
Rechter ventrikel RV
Korte as view SAX
Septum kransslagader SCA
Systolische diastolische stroming verhoudingen S / D
Transthoracale Doppler Echocardiografische TTDE
Snelheid tijdsintegraal VTI
Nat long gewichtsverhouding droog W / D

Tabel 1: Afkortingen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

In deze ultrageluid gebaseerd onderzoek, werd niet-invasieve evaluatie van coronaire stroming reproduceerbaar onmiddellijk plaats, over dagen, in levende proefmuizen; voorts het protocol aangetoond potentieel kransslagader stoornis die in een vroeg stadium was en is geassocieerd met deficiëntie myocardiale perfusie detecteren. Deze methode zou uiteindelijk kunnen worden ingezet als klinisch hulpmiddel voor cardiovasculaire risicostratificatie en / of beoordelen van respons op therapeutische interventie.

Eerst wordt een gedetailleerd protocol beschreven voor het visualiseren van de anatomische en functionele veranderingen in coronaire slagader van de kleine muizenhart, sequentiële weergave tijd hoogfrequent kleur Doppler echocardiografie. Door het zorgvuldig pre-selectie van een reeks elkaar aanvullende akoestische ramen met een hoge axiale resolutie, strak afgesteld monstervolume, en de juiste verdoving controle, elke operator (met enige training op de echo machine) kan perform alle aanbevolen stappen van de beeldvormingstechniek en de post-hoc offline analyse van de verkregen gegevens. De werkwijze maakt reproduceerbare visualisatie van de linker coronaire en maakt modulering van de gevisualiseerde coronaire functie. Dit protocol kan worden uitgevoerd in kleine dieren zoals muizen of ratten, hoge hart en ademhaling. Het is mogelijk om betrouwbare data van sequentiële beeldvorming gedurende dagen of weken, waarmee onderzoekers functie niet-invasieve en longitudinaal volgen een bepaald experimenteel model te verkrijgen.

Ten tweede studie wil kleine vaartuigen die tiekritische hartfunctie zijn geëvalueerd door het evalueren van de kleine en vroege veranderingen in intra-coronaire fysiologie (optredend binnen minuten) binnen het kader van de algemene toestand van cardiale fysiologie (bijvoorbeeld LV functie). De stappen van het protocol kan worden uitgevoerd in een niet-invasieve, nauwkeurige en reproduceerbare wijze. De metingen in real timekan worden verkregen door een exploitant met wat training op de machine en de basis anatomie. Bovendien is het specifieke vasculaire indices hierin gemeten, zoals CFR en S / D, kan worden verkregen met behulp van een offline meetsoftware, en niet alleen de eigen software van de fabrikant van de machine. Deze indices kunnen bovendien worden toegepast op elk diermodel van belang, zoals de ApoE - / - of LDR R - / - modellen, die kan worden gebruikt om atherosclerose te bestuderen. Derhalve is de werkwijze is een zeer vertaalbaar hulpmiddel voor gebruik in studies van diverse cardiovasculaire fenotypes.

De nieuwheid van de werkwijze ligt in de behendigheid. Het is ook gemakkelijk aanpasbaar door middel van kleine aanpassingen, zoals het veranderen van sonde plaatsing, keuze van de sonde frequentie (hoogste centrum-frequentie moet worden opgehaald voor lage snelheid stroom beoordelingsinstrumenten zoals ischemie studies), sample-volume (kleinere sample-volume opbrengst nauwkeuriger piek NL) en hoekcorrectie (0 ° tot 60 °PW hoek, dichter bij 0 ° is nauwkeuriger), zodanig dat elke marktdeelnemer kunnen worden opgeleid om nauwkeurige absolute snelheden van de kransslagader, septum of de links-main te verkrijgen door het volgen van de anatomische oriëntatiepunten zoals PA of aorta wortel.

Kleine en tijdelijke veranderingen kunnen over het algemeen moeilijk te meten en kan een hoog foutenpercentage, gerelateerd aan fysiologische veranderingen in de ademhaling of hartslag te betrekken. Problemen omvat gewoonlijk geïdentificeerd juiste oriëntatiepunten proximaal van de oorsprong van de coronaire slagader en instandhouding van normale fysiologische hartslag. Door het monitoren dierenfysiologie met een ECG-signaal monitoring tool, die wordt geassocieerd met de beeldvormende inrichting, het protocol kan elke operator vervolgens het effect van eventuele vasomodulator (vasoconstrictor of dilatator) tijdens beeldvorming.

Goede keuze, route en de dosis van anesthesie niveaus kan worden beschouwd als kritische determinanten juiste inschatting van stroom dynamiek. Eén limitatiop de studie kan het gebruik van isofluraan zijn. Het is bekend om cardiale depressie en verandering lumen diameter in sommige studies op een dosisafhankelijke wijze 7,10. Echter, de beelden die in dit onderzoek zijn verkregen binnen enkele minuten, en met behulp van een strak gecontroleerde anesthesie-systeem, kan men nauwkeurig inschatten CF, CFR en S / O in elk toestand van de muis fysiologie waaronder hypoxie, normoxia, vaatverwijding of vaatvernauwing, met minimaal effect van de hartslag. Een andere beperking is het gebrek aan gouden standaard correlatie tussen CFR en coronaire lumendiameter in vivo bij muizen, wegens de zeer kleine monstervolume dat kan worden verkregen uit muizen. Zoals getoond in mensen dit nadeel kan worden overwonnen door eventueel histologische beoordeling van coronaire morfologie kwantitatieve echocardiografie coronaire aderdiameter 4,24 schaffen.

Door het gebruik van alle noodzakelijke stappen in de beeldvorming protocol (Stap 2.1.1-2.3.4), CFR en S/ D verhoudingswaarden muizen worden verkregen binnen enkele minuten. Beelden van hoge kwaliteit te maken van de gegevens robuust en met weinig intra- en inter-observer.

Samengevat, de imaging-protocol, hierin afgebakend, geeft een nauwkeurige diagnose-instrument vertegenwoordigt een alternatief voor de bestaande invasieve opties zoals coronaire catheterisatie, Doppler-wire of post-mortem histopathologische studies.

Alles bij elkaar genomen van de bevindingen van deze studie blijkt dat een niet-invasieve methode van coronaire functionele beoordeling als een haalbare en levensvatbare klinische diagnostische tool die gebruikt kan worden in kleine proefdieronderzoek. Een dergelijk niet-invasieve methode zou kunnen helpen om de eis van dierlijke gebruik, euthanasie, of obductie in experimentele modellen aanzienlijk beperken.

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