Ultraljud Baserat Bedömning av kranskärls Flow och Coronary Flow Reserve Använda tryckÖverbelastnings Model hos möss

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

Klinisk aortastenos (AS) är välkänt för att främja en progressiv ökning av vänster kammare (LV) afterload. För att kompensera för detta kroniskt ökande hemodynamisk belastning, LV hypertrofi (LVH) inträder som en adaptiv respons 1,2. Utvecklingen av LVH förknippas ofta med avvikelser i kranskärlsmikrocirkulation. Man tror att mikrovaskulära dysfunktion bidrar till kronisk ischemi hos dessa patienter 5. Förutom koronarflödet 3,4, koronar flödesreserv (CFR) representerar funktionell förändring av kranskärl 1,3 och definieras som förhållandet mellan maximal strömningshastighet i hyperemi till baslinjen flödeshastighet eller vilande flödeshastighet 4,6,7. CFR minskas under LV ombyggnad 1-3,5-9 och används som ett index för graden av funktionell svårighetsgrad av koronar dysfunktion 1,10,17. Det är känt att försämras i många former av dilaterad kardiomyopati 10 och även koronara stenosis 6. CFR är också en prognostisk markör för dåliga kliniska resultat 12.

LV ombyggnad i inställningen av hjärtdysfunktion såsom ischemi eller LVH åtföljs också av omfattande fibros, förändringar i koronarmikrocirkulation och förtjockning av hjärtats kranskärl 1,2. Som ett resultat av dessa förändringar i koronar fysiologi, det är troligt ombyggnad av kranskärlen. Detta hjälper till att minska effekterna av låga syrediffusion och LV diastolisk dysfunktion som kan resultera i känslighet för myokardischemi 1,2,13.

Genetiskt modifierade möss är nu en allmänt utbredd prövnings verktyg för att härma mänskliga sjukdomstillstånd såsom koronar ateroskleros 5,7,10,12,17. Speciellt trycköverbelastningsmodell i möss har studerats 14,17. Den transaorta sammandragning modell (TAC) har visat sig vara associerade med omfattande fibros, och coronary stenos resulte, delvis från mediala förtjockning av hjärtats kranskärl och med åtföljande förändringar i koronarflödesmönster 1,11,17,19 liknar vad som ses i inställningen av LVH hos människor. Även om det är känt att långvarig tryck överbelastning leder till dekompenserad hjärtsvikt i ca 4-8 veckor, effekterna på koronarflödesdynamik och strömnings reserv i dessa modeller, tidigt i processen för sjukdomsprogression, och på olika stadier efter banding, är ännu vara tydligt fördelade.

Många stammar av möss är för närvarande tillgängliga för forskningsändamål, inklusive välkarakteriserad LDLR - / - eller ApoE - / - möss 10-12, och dessa har fått utveckla känsliga tekniker för bedömning kardiovaskulär funktion och morfologi i levande möss 11-15. Sådana tekniker inkluderar MRI, PET, kontrast CT, högfrekvent ultraljud, och elektronstråle tomografi 2,9,17,19, som alla ger lovande alternativ till invasivametoder såsom hjärt kateterisering och koronarangiografi 12. Men i möss med mycket liten storlek på hjärtats kranskärl och höga hjärtfrekvenser (HR), utgör avbildning av koronar cirkulation fortfarande en teknisk utmaning för många närvarande tillgängliga tekniker 4,12. Intressant nog har det skett en exponentiell ökning av tekniska framsteg inom området för transtorakal Doppler ekokardiografi (TTDE), inklusive utveckling av högfrekventa array scan huvuden med mittfrekvenser från 15 till 50 MHz möjliggör axiella resolutioner av ca 30-100 pm, på djup 8-40 mm, och bildhastighet som är större än 400 bildrutor fångas / sek. I sin tur har TTDE baserade tekniker dykt upp som ett potentiellt kraftfullt verktyg för avbildning större 2 eller till och med mindre fartyg som kranskärl 5,12.

En annan kritisk förväg att har tillåtit utredare att genomföra diagnostiska imaging studier av kärl i litennimals är noggrant kontrollerad användning av bedövningsmedel som upprätthåller hjärtat och andningsfrekvens av djuren under avbildning 11. Kontrollerad anestesi underhåll är särskilt viktigt för studier relaterade till vasodilation i möss, och effekten av anestesi behöver också undersökas närmare i detta sammanhang 10,11. I människor, å andra sidan, har mätningar TTDE-härledda CFR blivit ett mer vanligt förekommande verktyg för utvärdering av förträngda och icke-blocke epikardiella kranskärl, övervägande i vänstra främre nedåtgående (LAD) kransartären 5,16. Dock har den prognostiska betydelsen av CFR och koronara flödesförändringar i asymptomatiska patienter eller möss med bevarad systolisk funktion i vila varit mycket mindre utfors 16. Därför var syftet med studien var att först etablera ett tydligt steg-för-steg-protokollet, för att utvärdera förändringar i koronarflödet med hjälp TTDE i en trycköverbelastnings musmodell; andra, undersökte denna studie prognos teckenificance av CFR och koronara flödesförändringar till följd av påtryckningar överbelastnings stress i dessa möss. Vi antog att TTDE baserad bedömning av CFR och koronarflöde kan vara användbart vid tidig upptäckt av koronar dysfunktion som kan föregå LV dysfunktion.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

OBS: Alla procedurer utfördes på möss enligt American Veterinary Medical Association (AVMA) riktlinjer och godkända Institutional Animal Care och användning kommittéer (IACUC) protokoll.

1. Studera Design

  1. Använd 8-10 veckor gammal hane C57BL / 6-möss (BW ~ 25 g) i studien.
  2. Slumpmässig möss (n = 11) i två grupper, studiegruppen ut för aorta banding (n = 8), och kontrollgruppen (n = 3) att genomgå skenoperation via torakotomi.
  3. Förbered djuret för avbildning genom att ta bort hår från bröstet med hjälp hårborttagningskräm som är medicinsk kvalitet.
  4. Utför en första ultraljud (avsnitt 2) 24 h före aorta banding att bestämma utgångsvärdet vid dag -1, mellan ett intervall på 1% och 2,5% isofluran (blandat med 100% O2 via noskon) inducerad anestesi.
  5. Välj en medicinskt godkänd anestesimedel (dvs isofluran) och övervaka graden av anestesi (2-3% till induce, och 1,0% för att upprätthålla).
    OBS: Korrekt anestesi är avgörande i underhållet av hjärtslag vid normala fysiologiska hastigheter (ca 500 slag / min).
  6. Bekräfta anestesidjupet genom förlust av rörelse från djuret som svar på en pedal-tillbakadragande reflexen. Använd paralube veterinär salva på ögonen för att förhindra torrhet under narkos.
  7. Operera vid dag 0 20,21.
  8. För aorta banding, ligate aorta med hjälp av en 7-0 siden sutur runt en avsmalnande 26 G nål placeras på bågen.
    OBS: Uppgifter om försöksprotokollet, inklusive kirurgiska aorta banding förfaranden, har beskrivits tidigare 20,21.
  9. Utför efter operationen ultraljud (avsnitt 2) vid dag (ar) 2, 6 och 13.
  10. Euthanize mössen på dag 14 och skörda hjärtan för histologisk bedömning. Euthanize djuren med användning av en överdos av pentobarbital följt av avlägsnande av ett vitalt organ, såsom hjärtat. Gripande hjärtan i diastole och fixa med formalin Använd proceduren hjärtats skörd som har beskrivits tidigare 22.
  11. Fixa alla hjärtvävnad med buffrad 10% formalinlösning. För trikromfläckning, bädda vävnader i paraffin innan snittning. Använd detaljerna i trikromfläckning som har illustreras väl tidigare 14,23.
  12. Analysera data med hjälp offline programvara (avsnitt 3).

2. bildprotokoll

  1. Långa och korta axel bilder av septal kranskärl (SCA) (B- Mode)
    1. Använda MS550D sond med centerfrekvens av 40 MHz anslutna till aktiva-port, ange det förinställda program till "cardiac imaging".
    2. Med djuret liggande på den uppvärmda plattformen, och under anestesi styrs via noskon, placera sonden med hjälp av järnvägssystemet för att erhålla parasternal långa axeln view (PSLAX) (Figur 1A). Se alltid till att djuret hålls varm på förvärmd platform och kroppstemperatur upprätthålles vid fysiologiska nivåer.
    3. Vrid sonden (med skåra pekar kaudalt) medurs så att sondvinkeln är 15 ° till vänster parasternal linjen (långaxel view) (Figur 1B).
    4. Justera sondvinkeln genom att luta en aning längs y-axeln av sonden för att erhålla en fullängds longitudinell vy av SCA i mitten av skärmen (Figur 1B).
    5. När de riktiga landmärken (aortaklaffen och lungartären) ses, cine lagra bilden med högsta bildhastigheten möjligt.
    6. Genom att använda "xy" yxor mikro manipulatorer (Figur 1D), justera sondläget att få den tydligaste bilden av SCA.
    7. Rotera sond 90 ° (med skåra pekar kaudalt) medurs så att skårade änden av sonden är till vänster om mittlinjen (kort axel) (Figur 1C).
  2. Långa och korta axelbilder av SCA (färg-Doppler Mode)
    1. När ett B-läge bild tas eller cine-lagrad, klicka på färgdoppler tangent på tangentbordet för att slå på färgdoppler akustiskt fönster (Figur 2).
      NOTERA: Detta bidrar till att isolera kranskärl (vit pil anger SCA) antingen i det långa (figur 2A) eller i den korta axeln (figur 2C). Röd färg som kan ses i realtid och är indikativ för flödesriktningen (bort från aortaklaffen).
    2. Se till att fokus djupet (indikeras med en gul pilspets på höger på bildskärmen), ligger i centrum av kranskärl.
    3. Se till att data registreras med hjälp av cine-butiken nyckel, på högsta möjliga bildhastighet (> 100 bilder / sek).
  3. PW Doppler avbildning av SCA (Pulsed-Wave eller PW Mode)
    1. Även i färg-Doppler-läge, klicka på PW-knappen för att få upp en gul-indikator linjen på kranskärl (Figur 2, som visas i rött).
    2. Placera den gulaPW linje i mitten av kransartären i vy, i en vinkel som är parallell med riktningen på flödet. Observera att hastighetsmätningar är starkt beroende på vinkeln bilden förvärvet.
    3. Justera vinkeln på flödet (PW vinkelnyckel) och provvolym (SV-tangenten) så att PW vinkeln nyckeln är 60 ° eller mindre och provvolym fångar flöda mitt i centrum av SCA.
    4. Använd cine lager för att fånga de vågformer som indikerar hastigheten av kranskärlsflöde vid topp systole (S) och diastole (D) (fig 3A och 3B), med användning av ett% och 2,5% isofluran.

3. Data Beräkning och analys

  1. Välj den hastighet tidsintegralen (VTI) verktyg för att erhålla topp systoliska och diastoliska hastigheter från de bilder som visas i figurerna 3A och 3B.
  2. Beräkna koronarflödesreserven index (CFR) som förhållandet mellan hyperemiska (2,5% isofluran) maximala diastoliska flåg hastighet till baslinjen (1% isofluran) maximala diastoliska flödeshastighet.
  3. Beräkna S / D-förhållande som topp systolisk koronarflödeshastighet / maximala diastoliska koronarflödeshastighet. Bestäm förhållandet vid baslinjen (1% isofluran) och vid hyperemia (2,5% isofluran).
  4. För vanliga hjärtfunktionsparametrar såsom FS, FAC, LVM, se handböckerna från tillverkaren för att utföra dataanalys med hjälp proprietär programvara eller hänvisa till Chengs JUPITER papper 2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Av de 11 möss som studerades (bandad, n = 8 och bluff, n = 3), var tillräckliga och reproducerbara bilder som erhållits genom en enda observatör vid flera tidpunkter: vid baslinjen (D-1), D2, D6 och D13 . Dessutom var flödeshastigheten vid trängda plats mätt som 2225 ± 110,9 mm / s, jämfört med 277,5 ± 10.51 mm / s på bluff möss på dagen efter operationen (p <0,05). Ökningen av hastigheten var kontrollen av den framgångsrika etableringen av trycköverbelastningsmodellen. SCA strömningshastighet, även kallad här som CF hastigheten, CFR, och S / D-förhållanden framgångsrikt bedömas vid baslinjen och under hyperemi i alla möss. Visat i figur 3 är CF förändringar i sken möss under 1% och 2,5% isofluran. Den sken gruppen visade baslinjen diastoliska CF hastighet av ~ 200 mm / s och hyperemi som inducerats CF hastighet av> 600 mm / s. Ökningen av diastoliska CF hastighet och bibehölls vid 13 dagar i alla möss (n = 3, p> 0,05). Visati figurerna 3E och 3F är CF förändringar noteras i de bandade möss, vid 1% och vid 2,5% isofluran, respektive. Dessa möss visar ett liknande mönster av induktion av hyperemisk (2,5%) över baslinjen (1%) CFvelocity. Men i denna grupp, det diastoliska CF hastigheten visade en dramatisk och en systematisk minskning under 14-dagars utvärderingsperiod. Specifikt var det diastoliska CF hastigheten i denna grupp dämpas från 600 mm / s (baseline) till <200 mm / sek (Dag 13, post banding). Figur 4B sammanfattar den hyperemisk respons som ses i CF hastighetsförändringar, i de två grupperna möss, utvärderas under 14 dagar.

CFR beräknas som förhållandet mellan maximala diastoliska flödeshastighet i SCA under maximal vasodilatation inducerad med 2,5% isofluran till vila flödeshastigheten under minimal 1% isofluran. Figur 4C sammanfattar de förändringar som ses i CFR som utvärderats i bluff och bandad möss. Till skillnad från den skengruppen, den bandade möss visade enmärkta och kontinuerlig nedgång i den gemensamma referensramen, med början vid dag 3 efter kirurgi och ihållande genom Dag 13. Detta stadig minskning av CFR var suggestiva av progressiv krans dysregulation orsakar en minskning av myokardperfusion, förmodligen framkallad av ökningen i efterbelastning på grund av aorta banding ( n = 4, p <0,05). Innan banding, var genomsnitts CFR för mössen beräknat som 2,53 ± 0,47, men med 13 dagar efter banding, CFR i samma möss minskade till 0,59 ± 0,27.

Det systoliska till diastoliska koronarhastighetsförhållande (S / D-förhållande) representerar en annan indikator på koronar dysfunktion. CF uppträder huvudsakligen under diastole jämfört med systole. Som sådan, CF i diastole spelar en framträdande roll för att upprätthålla myocardial perfusion 9,15. Det har rapporterats att den distala till stället för koronär stenos, det finns en trend mot en utjämning av systoliskt och diastoliskt bidrag till den totala CF 17. Dessutom kan en signifikant skillnad varalan S / D-förhållande har observerats mellan normala och sjuka artärer 18. En cut-off värde på S / D-förhållande som 0,58 slogs att skilja mellan väsentliga och icke-signifikanta lesioner.

Som visas i figur 5, är detta / D-värde ökat markant under den bandade gruppen endast, både vid baslinjen och i hyperemiska tillståndet. Det fanns en signifikant minskning av diastoliskt koronarflödeshastighet efter aorta banding. Detta delvis bidragit till förhöjning av S / D-förhållande (D0 till D13, 0,45 ± 0,05 till 0,83 ± 0,02 i baslinjen och 0,27 ± 0,02 till 0,27 ± 0,01 i hyperemisk status). Som en kompensationsmekanism som svar på minskad syretillförsel och minskad myokardperfusion, LV kontraktilitet ökat, vilket resulterar i en samtidig ökning av koronar systolisk flödeshastighet (D0 till D13, 89,2 ± 3,2 till 202,5 ​​± 0,85 mm / sek).

De ekodata ades jämföras med histopatologiska uppgifter erhållaed från hjärtan som skördats vid dag 14, från alla djur. Den senare tekniken är den nuvarande standarden för kranskärlsfunktionsbedömning 11. De hemodynamiska parametrar utvärderades i studien korrelerade väl med histopatologiska förändringar i musens SCA. Såsom visas i fig 6, Massons Trichrome färgning på hjärtsektioner avslöjade en ökad myokardial och peri-koronär arteriell fibros i den bandade gruppen (n = 4) jämfört med skengruppen (n = 2).

Som visas i figur 7, var inom och mellan observatör variabilitet bedömas. För intra-observatör variabilitet har 20 slumpmässiga vågformer och bilder för varje mus ut för upprepade mätningar som utfördes med en veckas mellanrum. Det fanns inga signifikanta skillnader i topphastigheter uppmätta. För inter observatör variabilitet, två erfarna observatörer utvärderade vågformen inspelningar i en blindad sätt. Det fanns ingen signifikant differenCES i de värden som erhållits.

Därutöver har inga väsentliga förändringar ses i de traditionella ekokardiografiska parametrar som används för att bedöma LV funktion eller hjärtfysiologi under de 14 dagar (figur 8 och 9).

Sammantaget visar resultaten av studien visade signifikanta förändringar i koronarcirkulationen i SCA i alla möss. Det är också värt att notera att de ultraljudsbaserade-förändringar i CF föregås förändringar i konventionellt bedömt LV-funktion, vilket återspeglar hur känsligt metoden. Trots att studien utfördes på ett mycket litet antal möss, fortfarande visade resultaten en hög nivå av signifikans mellan de två grupperna med avseende på alla relevanta parametrar.

Figur 1
Figur 1:. Ultraljudsbaserad bedömning av koronarflöde Den röda linjen visar the positionen av sonden för att erhålla (A) parasternal långa axeln (PSLAX) av hjärtat, och (B) Modifierad parasternal kort axel vy (mod-PSALX). Den prickade som visar att genom att vrida sonden 15 ° medurs från position (A), kan CF detekteras i SCA, nära aorta sinus och RVOT; (C) Kort-axeln view (SAX) underlättar avbildning av CF använder tvär uppfattning aorta-nivå (D) Den xy riktning sonden indikeras.

Figur 2
Figur 2. koronarflödet (CF) detektion med användning av de mod-PSLAX och SAX vyer. (A) Den mod-PSLAX vy visar CF i lumen av SCA parallell med den långa axeln av hjärtat, och vid 10:00 läge utmed IVS, nära AV (B) illustration av mod-PSLAX att indikera locaning av SCA och omgivande strukturer (C) Den korta axel uppfattning visar ursprunget CF från aortaklaffen mot 1:00 position. (D) Bilden av kort axel för att underlätta identifieringen av SCA. Populära sevärdheterna finns i tabellen över förkortningar.

Figur 3
Figur 3: Dämpad förändring av koronar flöde (CF) hastighet i bandad möss under hyperemia jämfört med Sham (A) Den gula linjen belyser CF topp i systole (S) och diastole (D). (B) Illustrationen visar topp systoliska och diastoliska flödeshastighet. Dessutom visas förändringar i diastoliskt CF i sken möss, under (C) 1% och (D) 2,5% isofluran antyder en hyperemisk induktion av CF i kranskärl i skengruppen. Baslinjen diastoliska CF detekteras är ~ 200 mm / sek och stiger till> 600 mm / sek enligt hyperemia Förändringar av diastolisk CF i bandad möss under (E) 1% och (F) 2,5% isofluran. Såsom visas i denna grupp, de förändringar i (E) före och efter hyperemi, liknade den skengruppen. Efter banding, emellertid, (F) var markant försvagade (från 600 m / sek till <200 m / sek), i synnerhet under hyperemi.

Figur 4
Figur 4: Jämförelse av CF hastighets- och CFR förändringar i bluff och bandad möss. (A) CF hastighetsförändring i båda grupperna, under 1% isofluran. CF mättes som ~ 200 mm / sek i både bluff och bandad möss, innan hyperemisk induktion. (B) CF hastighetsförändring hos möss, i 2,5% isofluran. CF Hastigheten kontinuerligt minskat under dagarna efter aorta banding. På D13, the CF av falskt och bandad möss visade signifikant skillnad (*: p <0,05). (C) Sammanfattning av förändringen i referensramen med sham och bandad möss. Jämfört med bluff möss, CFR av bandad möss minskade kontinuerligt, korrelerar med nedgången i CF hastighet. Detta fenomen visar aorta banding inducerad ökning av afterload och detta bidrog till krans dysfunktion. (N = 8, *: p <0,05). CFR = CF 2,5% / CF 1,5%)

Figur 5
Figur 5: Förändringen av S / D-förhållande under 1% och 2,5% isofluran i sham och bandad möss (A) Förändringen av S / D-förhållande i båda grupperna till icke-hyperemi (en% isoflorane).. S / D-förhållande ökade efter kirurgi och var signifikant på D9 och D13, även vid vila (n = 11, *: p <0,05). (B) Förändringen S / D-förhållande av i båda grupper under hyperemi (2,5% isofluran). S / D-förhållande också signifikant ökad efter operation i hyperemiska tillståndet (n = 11, *: p <0,05). S / D = koronarflödeshastighet i systole / koronarflödeshastighet i diastole.

Figur 6
Figur 6:. Myorcardial och pericoronary artär fibros upptäcktes av Masson trikromfläckning Färgning utfördes i bluff och bandad möss, två veckor efter aorta banding. (A) Endast begränsad fibros observerades i mitten av hålrum av LV i sken möss (20X). (B) De bilder under högre förstoring (400X) visade också knappa fibros runt peri-koronarartärområde (vit pil indikerade fibros). (C) I musen hjärtat efter aorta banding, ökade blå fibrotiska området avsevärt (20X). (D) Peri-kranskärls fibros var också Significantly augmented i gruppen (pilspets) (X400). De histologiska data som tas tillsammans korrelerar med vår eko baserad observation av koronar dysfunktion.

Figur 7
Figur 7:. Inom och mellan observatör tillförlitlighet CF måttet (A) Den intra-observatör tillförlitlighet anges högt en signifikant korrelation (R 2 = 0,92). (B) Den inter observatör tillförlitlighet visade också hög korrelation mellan olika observatörer (R 2 = 0,88).

Figur 8
Figur 8:. Hjärtat till kroppsvikten (HW / BW) förhållandet och våt till torr (W / D) lungviktförhållande på bluff och bandad möss (A) HW / BW förhållandet var ingen signifikant skillnad mellan bluff och bandad möss vid dag 15 (n= 11, p> .05). (B) W / D lung förhållandet var lika i två grupper.

Figur 9
Figur 9: Den hjärtfrekvens (HR) och konventionella ekokardiografiska parametrar (A) HR ändrades inte signifikant.. Såsom visas i (B) vänstra kammarens ejektionsfraktion (LVEF) var inte signifikant. (C) Fractional förkortning (FS) var likartad i de två grupperna. (D) Vänster kammarmassa (LVM) visade inte signifikant skillnad i de två grupperna, på 13 dagar efter banding.

Fullständigt namn Förkortning
Aorta stenos AS
Aorta ventil AV
Coronary flöde reserv CFR
Hjärtsvikt CHF
Fraktionerad matfett FS
Hjärtfrekvenser HR
Hjärta kroppsviktförhållande till HW / BW
Inter-ventrikulär septum IVS
Vänster förmak LA
Vänstra främre nedåtgående YNGLING
Vänstra kransartären LCA
Vänsterkammarens ejektionsfraktion LVEF
Vänster kammare LV
Vänster ventrikulär hypertrofi LVH
Vänster kammarmassa LVM
Parasternal långa axeln vy PSLAX
Lungartären PA
Höger förmak RA
Höger ventrikel RV
Short-axeln vy SAX
Septal kransartär SCA
Systoliskt till diastoliska flödesförhållanden S / D
Transtorakal Doppler ekokardiografisk TTDE
Velocity Time Integral VTI
Våt till torr lungvikt förhållande W / D

Tabell 1: Förkortningar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I detta ultraljudsbaserad studie, var icke-invasiv bedömning av koronarflödet reproducerbart utförs i realtid, över dagar, i levande försöksmöss; dessutom visade protokollet potential att detektera kranskärls dysfunktion som var närvarande i ett tidigt skede och var associerad med brist på myokardial perfusion. Denna metod kan i slutändan tas tillvara som en klinisk verktyg för kardiovaskulär risk stratifiering och / eller bedömning svar på terapeutisk intervention.

Först ett detaljerat protokoll beskrivs för att visualisera de anatomiska och funktionella förändringar i kranskärl för det lilla mus hjärta, med hjälp av sekventiell avbildning över tiden med hög frekvens färgdoppler ekokardiografi. Genom att noggrant i förväg välja ut en rad kompletterande akustiska fönster med hög axiell upplösning, tätt justerade provvolym, och korrekt anestesi kontroll, alla aktörer (med lite träning på ultraljudsmaskinen) kan perform alla de föreslagna stegen i bildprotokoll samt post-hoc offline analyser av de förvärvade data. Metoden möjliggör reproducerbar visualisering av vänstra huvudkoronar och tillåter modulering av visualiseras koronar funktionen. Detta protokoll kan utföras i små djur, såsom möss eller råttor, med höga hjärt och andningsfrekvenser. Det är möjligt att få tillförlitliga uppgifter från sekventiell avbildning över dagar eller veckor, vilket gör att utredarna att följa funktionen icke-invasivt och längsgående i en given experimentell modell.

För det andra försöker studie för att utvärdera små fartyg som är kritiska för korrekt hjärtfunktion, genom att utvärdera de små och tidiga förändringar i intra-koronar fysiologi (inträffar inom några minuter) inom ramen för det allmänna läget för hjärtfysiologi (t.ex. LV-funktion). Stegen i protokoll kan utföras i en icke-invasiv, noggrann och reproducerbart sätt. Mätvärdena i realtidkan erhållas genom någon operatör med lite träning på maskinens drift och grundläggande anatomi. Dessutom de specifika vaskulära index mätt häri, såsom CFR och S / D, kan erhållas med hjälp av någon offline mätning programvara, och inte bara den egenutvecklade programvara som tillhandahålls av maskintillverkaren. Dessa index kan dessutom tillämpas på alla djurmodell av intresse, såsom ApoE - / - eller LDR R - / - modeller, som kan användas för att studera åderförkalkning. Därför representerar förfarandet ett mycket translaterbar verktyg för användning i studier av ett antal olika hjärt-fenotyper.

Det nya med den metod ligger i dess smidighet. Det är också lätt modifierbar genom mindre justeringar som att ändra sondplacering, val av sondfrekvensen (högsta center-frekvensen bör plockas för bedömning låg hastighet flöde såsom ischemi studier), prov-volym (mindre provvolym avkastning mer exakt peak bedömning) och vinkelkorrektion (0 ° till 60 °PW vinkel, är närmare 0 ° mer exakt), så att alla aktörer som kan tränas att få korrekta absoluta hastigheter av kranskärl, septal eller vänsterhuvud genom att följa anatomiska landmärken som PA eller aortaroten.

Små och tidsmässiga förändringar kan vara allmänt svårt att mäta och kan innebära en hög felfrekvens, relaterat till fysiologiska förändringar i andning eller hjärtfrekvens. Felsökning innebär vanligtvis att identifiera lämpliga landmärken proximalt ursprung kranskärls och underhåll av normal fysiologisk hjärtfrekvens. Genom att övervaka djurens fysiologi använder en EKG-signal övervakningsverktyg, som är associerat med bildalstringsapparaten, medger protokollet varje aktör att övervaka effekterna av eventuella vasomodulator (vasokonstriktor eller dilator), under avbildning.

Korrekt val, rutt och dos av anestesinivåer kan anses som kritiska determinanter korrekt uppskattning av flödesdynamik. En limitatipå av en undersökning kunna vara användning av isofluran. Det är känt för att orsaka hjärtdepression och ändra lumendiameter i vissa studier på ett dosberoende sätt 7,10. Men bilderna i denna studie erhålls inom några minuter, och genom att använda en hårt kontrollerad anestesisystemet, kan man exakt uppskatta CF, CFR och S / D på någon stat av mus fysiologi inklusive hypoxi, normoxi, vasodilatation, eller kärlsammandragning, med minimal effekt på hjärtfrekvensen. En annan begränsning är att det saknas guldmyntfoten i samband mellan CFR och kranskärlslumendiameter in vivo i möss, på grund av mycket liten provvolym som kan erhållas från möss. Emellertid, såsom visas i människor denna nackdel kan potentiellt övervinnas genom histologisk bedömning av koronar morfologi med kvantitativ ekokardiografi att anskaffa kranskärlsdiameter 4,24.

Genom att använda alla nödvändiga åtgärder som beskrivs i bildprotokoll (steg 2.1.1-2.3.4), CFR och S/ D-förhållande-värden hos möss kan erhållas inom några minuter. Högkvalitativa bilder gör data robust och med låg intra- och inter-observatör variabilitet.

Sammanfattningsvis bildprotokoll, avgränsat häri, ger en exakt diagnostiskt verktyg som representerar ett alternativ till befintliga invasiva alternativ såsom koronar kateterisering, Doppler-tråd eller efter slakt histopatologiska studier.

Sammantaget resultaten av denna studie visar att en icke-invasiv metod för koronar funktionell bedömning som en genomförbar och livskraftig klinisk diagnostiskt verktyg som kan användas i små djurförsök. En sådan icke-invasiv metod kan bidra till att väsentligen minimera kravet på djur, för eutanasi, eller obduktion i experimentella modeller.

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