Évaluation Basé échographie de l'artère coronaire de débit et de Flow Reserve coronaire Utilisation de la surcharge de pression modèle chez la souris

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

Clinique sténose aortique (AS) est bien connu pour favoriser une augmentation progressive du ventricule gauche (VG) postcharge. Pour compenser cette augmentation chronique charge hémodynamique, l'hypertrophie ventriculaire gauche (HVG) se ensuit comme une réponse adaptative de 1,2. Le développement de LVH est souvent associée à des anomalies de la microcirculation coronaire. On pense que la dysfonction microvasculaire contribue à l'ischémie chronique chez ces patients 5. En plus de débit coronaire 3,4, réserve coronaire (CFR) représente changement fonctionnel des artères coronaires 1,3 et est défini comme le rapport entre la vitesse d'écoulement maximale dans hyperémie à la vitesse d'écoulement de base ou de débit reposant 4,6,7 de vitesse. CFR est diminuée pendant le remodelage du VG 1-3,5-9 et est utilisé comme un indice de l'ampleur de la gravité du dysfonctionnement fonctionnel coronaire 1,10,17. Il est connu pour être altérée dans de nombreuses formes de cardiomyopathie dilatée 10 s et aussi coronairestenosis 6. CFR est aussi un marqueur pronostique pour mauvais résultats cliniques 12.

Le remodelage du VG dans le cadre d'un dysfonctionnement cardiaque tel que l'ischémie ou l'hypertrophie ventriculaire gauche est également accompagnée d'une fibrose extensive, les variations de la microcirculation coronaire et l'épaississement des artères coronaires 1,2. En raison de ces changements dans la physiologie coronaire, il est probable remodelage des artères coronaires. Cela contribue à atténuer les effets de la faible diffusion de l'oxygène et LV dysfonction diastolique qui pourrait résulter dans la susceptibilité à l'ischémie myocardique 1,2,13.

Les souris génétiquement modifiées sont désormais un outil expérimental très répandue pour mimer les conditions de maladies humaines telles que l'athérosclérose coronarienne 5,7,10,12,17. En particulier, le modèle de surcharge de pression chez la souris a été largement étudiée 14,17. Le modèle de constriction trans-aortique (TAC) a été montré pour être associée à une fibrose extensive, et coronary sténose résulte, en partie, à partir de l'épaississement médian des artères coronaires et avec accompagnement des changements dans les profils de débit coronaire 1,11,17,19 semblables à ce qui est considéré dans le cadre de l'hypertrophie ventriculaire gauche chez les humains. Bien qu'il soit connu que la surcharge de pression prolongée conduit à une insuffisance cardiaque décompensée dans environ 4-8 semaines, les effets sur la dynamique des flux coronaire et la réserve de débit dans ces modèles, tôt dans le processus de progression de la maladie, et à différents stades après le baguage, sont encore être clairement délimitée.

De nombreuses souches de souris sont actuellement disponibles pour l'utilisation de la recherche, y compris bien caractérisé LDLR - / - ou ApoE - / - souris 10-12, et ceux-ci ont incité le développement de techniques sensibles pour évaluer la fonction cardiovasculaire et la morphologie chez les souris vivant 11-15. Ces techniques comprennent l'IRM, PET, CT contraste, des ultrasons à haute fréquence et la tomographie par faisceau d'électrons 2,9,17,19, qui offrent tous des alternatives prometteuses à invasiveméthodes telles que cathétérismes cardiaques et coronarographie 12. Cependant, chez les souris avec de très petite taille des artères coronaires et le rythme cardiaque élevé (HR), l'imagerie de la circulation coronarienne constitue encore un défi technique pour de nombreuses techniques actuellement disponibles 4,12. Fait intéressant, il ya eu une augmentation exponentielle des progrès techniques dans le domaine de l'échocardiographie Doppler transthoracique (TTDE), y compris le développement de la haute fréquence de balayage de réseau têtes avec des fréquences centrales de 15 à 50 MHz permettant résolutions axiales d'environ 30 à 100 um, à des profondeurs de 8-40 mm, et des cadences de plus de 400 cadres-capturés / sec. À son tour, techniques basées TTDE-ont émergé comme un outil potentiellement puissant pour l'imagerie de grands navires 2 ou même plus petits comme les artères coronaires 5,12.

Une autre avancée critique qui a permis aux enquêteurs de mener des études d'imagerie diagnostique du système vasculaire dans un petitnimals est l'utilisation soigneusement contrôlée des anesthésiques qui maintiennent la rythme cardiaque et respiratoire des animaux lors de l'imagerie 11. L'entretien de l'anesthésie contrôlée est particulièrement important pour les études liées à la vasodilatation chez la souris, et l'effet de l'anesthésie doit également être explorées plus avant dans ce contexte 10,11. Chez l'homme, d'autre part, les mesures de CFR TTDE dérivés sont devenus un outil plus couramment utilisée pour l'évaluation des artères coronaires sténosées épicardiques et non obstrué, principalement dans descendante antérieure gauche (LAD) de l'artère coronaire 5,16. Cependant, le rôle pronostique du CFR et les changements de débit coronaire chez les patients asymptomatiques ou souris avec fonction systolique préservée LV au repos a été beaucoup moins exploré 16. Par conséquent, le but de l'étude était d'abord établir un protocole clair, étape par étape, pour évaluer les changements dans le débit coronarien utilisant TTDE dans un modèle de souris de surcharge de pression; secondes, cette étude a examiné le signe pronostiqueificance du CFR et les changements de débit coronaire en réponse à la pression de surcharge de stress chez ces souris. Nous émettons l'hypothèse que l'évaluation du CFR et de débit coronaire à base TTDE peut être utile dans la détection précoce de la dysfonction coronarienne qui peut précéder une dysfonction ventriculaire gauche.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

NOTE: Toutes les procédures ont été réalisées chez des souris en conformité avec American Veterinary Medical Association (AVMA) directives et approuvés institutionnel de protection des animaux et l'utilisation comités (IACUC) protocoles.

1. Conception de l'étude

  1. Utilisez ancienne 8-10 semaines mâle C57BL / 6 (BW ~ 25 g) dans l'étude.
  2. Aléatoire souris (n = 11) en deux groupes, le groupe d'étude sélectionné pour baguage aortique (n = 8), et le groupe de contrôle (n = 3) à subir opération fictive par thoracotomie.
  3. Préparer l'animal pour l'imagerie par enlever les poils de la poitrine à l'aide crème dépilatoire qui est de qualité médicale.
  4. Effectuez une première échographie (section 2) 24 heures avant baguage aortique pour déterminer les paramètres de base au Jour 1, entre une fourchette de 1% et 2,5% d'isoflurane (mélangé avec 100% d'O 2 par ogive) de l'anesthésie induite.
  5. Choisir un agent anesthésique médicalement approuvé (isoflurane) et surveiller le degré d'anesthésie (2-3% à induCE, et 1,0% pour maintenir).
    REMARQUE: l'anesthésie adéquate est crucial dans le maintien de rythme cardiaque à des taux physiologiques normaux (environ 500 battements / min).
  6. Confirmer la profondeur de l'anesthésie par une perte de mouvement de l'animal en réponse à un réflexe pédale retrait. Utilisez paralube vétérinaire onguent sur les yeux pour prévenir la sécheresse sous anesthésie.
  7. Effectuer la chirurgie au jour 0 20,21.
  8. Pour cerclage aortique, ligaturer l'aorte en utilisant une suture 7-0 en soie autour d'une aiguille 26 G conique placé sur l'arc.
    NOTE: Les détails concernant le protocole expérimental, y compris les procédures de baguage aortiques chirurgicales, ont été précédemment décrit 20,21.
  9. Effectuer échographie post-chirurgie (section 2) lors de la Journée (s) 2, 6 et 13.
  10. Euthanasier les souris le jour 14 et récolter les cœurs pour l'évaluation histologique. Euthanasier les animaux en utilisant une surdose de pentobarbital suivie de l'élimination d'un organe vital tel que le cœur. Arrêter les cœurs dans diastole et fixer avec du formol. Utilisez la procédure de la récolte de cœur qui a été décrit précédemment 22.
  11. Fixer tous les tissus cardiaques avec une solution de formaline tamponnée à 10%. Pour trichrome coloration, intégrer tissus dans de la paraffine avant la coupe. Utilisez les détails de coloration trichrome qui ont été bien illustré précédemment 14,23.
  12. Analyser les données en utilisant un logiciel hors ligne (section 3).

2. Protocole Imaging

  1. Images d'axes long et court de l'artère coronaire septale (SCA) (mode B)
    1. Utilisation de la sonde MS550D avec une fréquence de 40 MHz centre de connectés au port actif, définir le préréglage pour "imagerie cardiaque" de l'application.
    2. Avec la position couchée animale sur la plate-forme chauffée, et sous anesthésie contrôlée par cône de nez, positionner la sonde à l'aide du système ferroviaire pour obtenir la vue parasternale long axe (de PSLAX) (figure 1A). Toujours se assurer que l'animal est gardé au chaud sur le platfor préchauffém et la température corporelle est maintenue à des niveaux physiologiques.
    3. Tournez la sonde (avec encoche pointant caudale) vers la droite de telle sorte que l'angle de la sonde est de 15 ° à la ligne gauche parasternal (grand axe vue) (figure 1B).
    4. Ajustez l'angle de la sonde en inclinant légèrement le long de l'axe y de la sonde pour obtenir une vue longitudinale sur toute la longueur de la SCA dans le centre de l'écran (figure 1B).
    5. Une fois les sites appropriés (valve aortique et l'artère pulmonaire) sont considérés, magasin ciné l'image en utilisant le taux de rafraîchissement le plus élevé possible.
    6. En utilisant le "xy" axes micro-manipulateurs (figure 1D), ajuster la position de la sonde pour obtenir l'image la plus claire de la SCA.
    7. Tournez la sonde 90 ° (avec encoche pointant caudale) dans le sens horaire de sorte que fin crantée de la sonde se trouve à gauche de la ligne médiane (axe court) (figure 1C).
  2. Images de l'axe longues et courtes de SCA (Color-Doppler Mode)
    1. Une fois une image de mode B est capturé ou stocké cine, cliquez sur la touche Doppler couleur sur le clavier pour activer la couleur Doppler fenêtre acoustique (figure 2).
      REMARQUE: Cela permet d'isoler l'artère coronaire (flèche blanche indique SCA) soit à la longue (figure 2A) ou à l'axe court (figure 2C). La couleur rouge est vu en temps réel et est indicative de la direction d'écoulement (éloignement de la valve aortique).
    2. Assurez-vous que la profondeur de mise au point (indiqué par une flèche jaune sur la droite de l'écran d'image), se trouve au centre de l'artère coronaire.
    3. Assurez-vous que les données sont enregistrées, en utilisant la clé ciné-magasin, à la fréquence d'image le plus élevé possible (> 100 images / s).
  3. PW imagerie Doppler du SCA (pulsé-Wave ou en mode PW)
    1. En mode Doppler couleur, cliquez sur la clé PW pour faire apparaître une ligne jaune-indicateur sur l'artère coronaire (figure 2, en rouge).
    2. Placer le jaunePW ligne au milieu de l'artère coronaire en vue, à un angle qui est parallèle à la directivité de l'écoulement. Notez que les mesures de vitesse sont fortement dépendantes de l'angle d'acquisition d'image.
    3. Ajustez l'angle de flux (touche d'angle PW) et le volume de l'échantillon (touche SV) tel que la clé d'angle PW est de 60 ° ou moins et le volume de l'échantillon capture circuler dans le centre de la SCA.
    4. Utilisation magasin ciné pour capturer les formes d'onde qui indiquent la vitesse de l'écoulement coronaire au pic de systole (S) et la diastole (D) (figures 3A et 3B), en utilisant 1% et 2,5% d'isoflurane.

3. Calcul et analyse des données

  1. Sélectionnez le temps de vitesse intégrante outil (VTI) pour obtenir le pic systolique et diastolique vitesses des images présentées sur les figures 3A et 3B.
  2. Calculer l'indice de la réserve coronaire (CFR) comme le rapport de hyperémique (2,5% d'isoflurane) crête diastolique ffaible vitesse de ligne de base (1% d'isoflurane) de la vitesse d'écoulement diastolique maximale.
  3. Calculer le rapport S / D que la vitesse de pointe de vitesse de débit coronaire systolique / diastolique pic coronarienne flux. Déterminer le rapport au départ (1% d'isoflurane) et au hyperémie (2,5% d'isoflurane).
  4. Pour les paramètres de la fonction cardiaque standard tels que FS, FAC, LVM, reportez-vous aux manuels du fabricant pour effectuer l'analyse des données en utilisant un logiciel propriétaire ou reportez-vous au document JoVE de Cheng 2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Parmi les 11 souris qui ont été étudiés (bagués, n = 8 et faux, n = 3), les images adéquates et reproductibles ont été obtenus par un seul observateur à plusieurs points dans le temps: au départ (D-1), D2, D6 et D13 . En outre, la vitesse d'écoulement au niveau du site a été mesurée comme constrictive 2225 ± 110,9 mm / s, par rapport à 277,5 ± 10,51 mm chez les souris sham le jour / s après la chirurgie (p <0,05). L'augmentation de la vitesse est la vérification de la mise en place réussie du modèle de surcharge de pression. La vitesse d'écoulement de l'ALC, également désigné ici comme la vitesse CF, CFR, et les rapports S / D ont été évaluées avec succès à la base et sous l'hyperémie chez toutes les souris. Présentés dans la figure 3 sont des changements FC chez la souris des simulacres de moins de 1% et 2,5% d'isoflurane. Le groupe témoin a montré la vitesse CF diastolique de base de ~ 200 mm / s et hyperémie induite vitesse de> 600 mm / s FC. L'augmentation de la vitesse de CF diastolique et a été maintenue à 13 jours chez toutes les souris (n = 3, p> 0,05). Affichédans les figures 3E et 3F sont les changements de FC constatées chez les souris bagués, à 1% et à 2,5% d'isoflurane, respectivement. Ces souris montrent une tendance similaire d'induction de hyperémique (2,5%) sur la ligne de base (1%) CFvelocity. Cependant, dans ce groupe, la vitesse de CF diastolique a montré une spectaculaire et une réduction systématique sur la période d'évaluation de 14 jours. Plus précisément, la vitesse de CF diastolique dans ce groupe a été atténuée à partir de 600 mm / s (de base) à <200 mm / sec (Jour 13, après le baguage). Figure 4B résume la réponse hyperémique comme on le voit dans les changements de vitesse FC, dans les deux groupes de souris, évalué plus de 14 jours.

CFR est calculé comme le rapport de la vitesse d'écoulement diastolique pic dans la SCA au cours vasodilatation maximale induite par 2,5% d'isoflurane à la vitesse d'écoulement repos sous minime 1% d'isoflurane. Figure 4C résume les changements observés dans CFR évaluée dans le simulacre et souris bagués. Contrairement au groupe témoin, les souris ont montré une baguésmarqué et déclin continu dans le CFR, à partir de la chirurgie de poste Jour 3 et persistant à la fête du 13. Cette réduction constante CFR était suggestive de dysrégulation coronarienne progressive provoquant une diminution de la perfusion myocardique, probablement induite par l'augmentation de la post-charge en raison de baguage aortique ( n = 4, p <0,05). Avant de baguage, CFR moyenne de la souris a été calculée comme 2,53 ± 0,47, mais par 13 jours après le baguage, la CFR dans la même souris a diminué à 0,59 ± 0,27.

Le systolique diastolique à rapport de vitesse coronaire (rapport S / D) représente un autre indicateur de dysfonctionnement coronaire. CF se produit essentiellement pendant la diastole par rapport à la systole. En tant que tel, CF en diastole joue un rôle de premier plan dans le maintien de la perfusion myocardique 9,15. Il a été rapporté que distale sur le site de sténose coronaire, il ya une tendance à l'égalisation de la contribution systolique et diastolique à un total de 17 FC. En outre, une différence significative soitentre le rapport S / N a été observée entre les artères normales et malades 18. Une valeur de seuil de rapport S / N de 0,58 a été proposé de faire la distinction entre les lésions significatives et non significatives.

Comme le montre la Figure 5, ce S / valeur D a augmenté de façon significative dans le groupe bandes seulement, à la fois au départ et à l'état d'hyperémie. Il y avait une réduction significative de la vitesse de débit coronaire diastolique après cerclage aortique. Ceci contribue en partie à l'élévation du rapport S / D (D0 à D13, 0,45 ± 0,05 à 0,83 ± 0,02 à la ligne de base et 0,27 ± 0,02 à 0,27 ± 0,01 dans l'état d'hyperémie). Comme un mécanisme de compensation en réponse à une diminution de l'apport d'oxygène et réduit la perfusion myocardique, LV contractilité accrue, conduisant à une augmentation concomitante de la vitesse du flux coronaire systolique (D0 à D13, 89,2 ± 3,2 à 202,5 ​​± 0,85 mm / sec).

Les données ont été comparés à ceux d'écho données histopathologiques obtenired des cœurs qui ont été récoltés au Jour 14, de tous les animaux. Cette dernière technique est la norme de référence actuelle pour l'évaluation de la fonction coronarienne 11. Les paramètres hémodynamiques évalués dans l'étude étaient bien corrélés avec les changements histopathologiques dans le SCA de la souris. Comme le montre la figure 6, la coloration trichrome de Masson sur les sections de coeur a révélé un infarctus artériel et péri-coronaire fibrose accrue dans le groupe bandes (n = 4) par rapport au groupe témoin (n = 2).

Comme le montre la figure 7, la variabilité intra et inter-observateur a été évaluée. Pour variabilité intra-observateur, 20 formes d'ondes aléatoires et images pour chaque souris ont été sélectionnés pour des mesures répétées qui ont été effectuées une semaine d'intervalle. Il n'y avait aucune différence significative entre les vitesses maximales mesurées. Pour variabilité inter-observateur, deux observateurs expérimentés ont évalué les enregistrements de forme d'onde d'une manière aveugle. Il n'y avait pas différen significativeCES dans les valeurs obtenues.

En outre, aucun changement significatif n'a été observé dans les paramètres échocardiographiques traditionnelles utilisées pour évaluer la fonction LV ou physiologie cardiaque pendant les 14 jours (figures 8 et 9).

Pris ensemble, les résultats de l'étude ont révélé des changements significatifs dans la circulation coronarienne dans le SCA chez toutes les souris. Il est également à noter que les ultrasons-changements basés dans les FC précédés modifications de la fonction LV classiquement évaluée, reflétant ainsi la sensibilité de la méthode. Bien que l'étude a été réalisée sur un très petit nombre de souris, les résultats ont révélé encore un niveau élevé d'importance entre les deux groupes à l'égard de tous les paramètres pertinents.

Figure 1
Figure 1:. Évaluation du débit coronaire à base d'ultrasons La ligne rouge indique èmee position de la sonde pour l'obtention de (A) grand axe parasternale (PSLAX) du cœur, et (B) Modifié parasternal vue axe court (mod-PSALX). Le pointillé montre que comme en tournant la sonde 15 ° vers la droite de la position (A), CF peut être détecté dans le SCA, près de sinus aortique et RVOT; (C) de la vue à court axe (SAX) facilite l'imagerie des FC en utilisant la vue de niveau aortique (D) La direction xy de la sonde est indiqué.

Figure 2
Figure 2. Le débit coronaire (CF) de détection utilisant les points de vue mod-PSLAX et SAX. (A) Le point de vue mod-PSLAX démontre CF dans la lumière de la SCA parallèle à l'axe longitudinal du cœur, et à 10 heures position le long de l'IVS, près AV (B) L'illustration de mod-PSLAX pour indiquer la location du SCA et les structures environnantes (C) Le point de vue de l'axe court montre l'origine du FC valve aortique vers 1 heures de position. (D) L'illustration de courte vue de l'axe afin de faciliter l'identification des SCA. Les principaux sites sont dans le tableau des abréviations.

Figure 3
Figure 3: Changement atténuée de débit coronaire (FC) la vitesse chez les souris bagués dans hyperémie rapport à Sham (A) La ligne jaune met en évidence le pic FC en systole (S) et la diastole (D). (B) L'illustration montre la pression systolique de pointe et de la vitesse d'écoulement diastolique. Sont également indiquées les modifications de CF diastolique chez les souris factices, sous (C) 1% et (D) de 2,5% d'isoflurane suggérant une induction hyperémique de la mucoviscidose dans l'artère coronaire dans le groupe témoin. Le FC diastolique base détectée est ~ 200 mm / s et se élève à> 600 mm / s sous hyperémie changements de CF diastolique chez des souris sous bagués (E) 1% et (F) 2,5% d'isoflurane. Comme indiqué dans ce groupe, les changements dans (E) avant et après hyperémie, étaient similaires au groupe de simulacre. A la suite de champ, cependant, (F) a été nettement atténuée (à partir de 600 m / sec à <200 m / sec), en particulier sous l'hyperémie.

Figure 4
Figure 4: Comparaison de la vitesse et CFR changements FC en trompe-le oeil et souris bagués. Changement de vitesse (A) dans les deux groupes CF, moins de 1% d'isoflurane. Le CF a été mesurée comme ~ 200 mm / s dans les deux souris imposture et bagués, avant l'induction hyperémique. (B) de changement de vitesse CF chez la souris, moins de 2,5% d'isoflurane. La vitesse CF a été continuellement réduit au cours des jours suivants cerclage aortique. Le D13, ee FC imposture et souris bagués a montré de différence significative (*: p <0,05). (C) Résumé du changement de CFR dans imposture et souris bagués. En comparaison avec les souris de faux, le CFR de souris bagués cessé de diminuer, en corrélation avec la baisse de la vitesse FC. Ce phénomène indique augmentation de baguage induite aortique de la post-charge et cela a contribué à un dysfonctionnement coronaire. (N = 8, *: p <0,05). CFR = CF 2,5% / 1,5% CF)

Figure 5
Figure 5: Le changement de rapport S / D inférieur à 1% et 2,5% d'isoflurane dans imposture et souris bagués (A) Le changement de rapport S / D dans les deux groupes au non-hyperémie (1% de isoflorane).. Le rapport S / N a augmenté après la chirurgie et était significative sur D9 et D13, même au repos (n = 11, *: p <0,05). (B) Le changement de rapport S / D dans les deux groupes sous hyperémie (2,5% d'isoflurane). Le rapport S / N a également augmenté de façon significative après l'opération dans l'état d'hyperémie (n = 11, *: p <0,05). Vitesse d'écoulement coronaire S / D = la vitesse d'écoulement systole / diastole dans coronaire.

Figure 6
Figure 6:. Myorcardial et la fibrose de l'artère pericoronary détecté par coloration trichrome de Masson coloration a été réalisée en trompe-le oeil et souris bagués, deux semaines après cerclage aortique. (A) Seulement la fibrose limitée a été observée à la mi-cavité de la LV chez les souris factices (20X). (B) Les images sous plus fort grossissement (400X) ont également montré une fibrose peu autour de la zone de l'artère péri-coronaires (flèche blanche indique la fibrose). (C) Dans le coeur de souris après cerclage aortique, la zone bleue fibrotique augmenté de manière significative (20X). Fibrose de l'artère (D) Peri-coronaire a également été sigtivement augmentée dans ce groupe (tête de flèche) (X400). Les données histologiques pris ensemble en corrélation avec notre observation basée écho de la dysfonction coronarienne.

Figure 7
Figure 7:. Intra et la fiabilité inter-observateur de mesure FC (A) La fiabilité intra-observateur ont indiqué une forte corrélation significative (R 2 = 0,92). La fiabilité (B) L'inter-observateur a également montré une forte corrélation entre les différents observateurs (R 2 = 0,88).

Figure 8
Figure 8:. Le ratio coeur au poids corporel (/ BW HW) rapport et humide à sécher (W / D) de poids du poumon chez imposture et souris bagués (A) HW / BW ne était pas significativement différente entre imposture et bagués souris à Jour 15 (n= 11, p> 0,05). (B) Le rapport du poumon W / D était similaire dans les deux groupes.

Figure 9
Figure 9: La fréquence cardiaque (HR) et les paramètres échocardiographiques classiques (A) Le HR n'a pas changé de manière significative.. Comme représenté en (B) la fraction d'éjection ventriculaire gauche (FEVG) n'a pas été significativement réduite. (C) la fraction de raccourcissement (FS) était similaire dans les deux groupes. (D) de masse ventriculaire gauche (LVM) ne ont pas montré de différence significative dans les deux groupes, à 13 jours post-bandes.

Nom et prénom Abréviation
Sténose aortique AS
La valve aortique AV
Réserve coronaire CFR
Insuffisance cardiaque congestive CHF
La fraction de raccourcissement FS
Les fréquences cardiaques RH
Coeur au rapport de poids de corps HW / BW
Inter-ventriculaire septum IVS
Oreillette gauche LA
Descendante antérieure gauche CONT
Artère coronaire gauche LCA
La fraction d'éjection ventriculaire gauche FEVG
Ventricule gauche LV
Hypertrophie ventriculaire gauche LVH
La masse ventriculaire gauche LVM
Parasternal vision à long de l'axe PSLAX
Artère pulmonaire Pennsylvanie
Oreillette droite RA
Ventricule droit RV
Petit axe SAX
Artère coronaire septale SCA
Systolique ratios de flux diastolique S / D
Échocardiographie Doppler transthoracique TTDE
Velocity Temps intégral VTI
Wet au rapport de poids du poumon sec W / D

Tableau 1: abréviations.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Dans cette étude sur la base d'ultrasons, l'évaluation non invasive de l'écoulement coronaire a été réalisée de façon reproductible en temps réel, au fil des jours, chez des souris expérimentales en direct; En outre, le protocole a démontré le potentiel de détecter un dysfonctionnement de l'artère coronaire qui était présent à un stade précoce et a été associée à une carence en perfusion myocardique. Cette méthode pourrait finalement être exploité comme outil clinique pour la stratification du risque cardiovasculaire et / ou de la réponse à l'évaluation de l'intervention thérapeutique.

Tout d'abord, un protocole détaillé est décrit pour visualiser les changements anatomiques et fonctionnels dans l'artère coronaire du cœur de petite taille souris, en utilisant l'imagerie séquentielle au fil du temps à haute fréquence Doppler couleur échocardiographie. En soigneusement pré-sélectionner un ensemble de fenêtres complémentaires acoustiques à haute résolution axiale, le volume de l'échantillon bien ajusté, et le contrôle de l'anesthésie appropriée, tout opérateur (avec une formation sur la machine à ultrasons) peuvent perform toutes les étapes suggérées du protocole d'imagerie ainsi que le déconnecté analyses post-hoc des données acquises. Le procédé permet la visualisation de reproductible coronaire gauche principale et permettant la modulation de la fonction coronaire visualisée. Ce protocole peut être effectuée chez les petits animaux, tels que des souris ou des rats, à des rythmes cardiaques et respiratoires hautes. Il est possible d'obtenir des données fiables de l'imagerie séquentielle quelques jours ou semaines, qui permet aux enquêteurs de suivre fonction non-invasive et longitudinalement dans un modèle expérimental donné.

Deuxièmement, l'étude tente d'évaluer les petits navires qui sont essentielles à la fonction cardiaque adéquate, en évaluant les petites et les premiers changements dans la physiologie intra-coronaire (survenant dans minutes) dans le contexte de l'état général de la physiologie cardiaque (par exemple, de la fonction VG). Les étapes du protocole peuvent être effectuées d'une manière non invasive, précise et reproductible. Les mesures obtenues en temps réelpeut être obtenu par ne importe quel opérateur avec une certaine formation sur le fonctionnement de la machine et l'anatomie de base. En outre, les indices vasculaires spécifiques mesurées ici, comme CFR et S / D, peuvent être obtenus en utilisant ne importe quel logiciel de mesure hors ligne, et pas seulement le logiciel propriétaire fourni par le fabricant de la machine. Ces indices peuvent être appliqués en outre à ne importe quel modèle animal d'intérêt, tel que le ApoE - / - ou LDR R - / -, des modèles qui peuvent être utilisés pour étudier l'athérosclérose. Par conséquent, le procédé représente un outil très translation destiné à être utilisé dans des études d'une variété de phénotypes cardiovasculaires.

La nouveauté de la méthodologie réside dans son agilité. Il est également facilement modifiables par le biais d'ajustements mineurs tels que l'évolution de placement de la sonde, le choix de la fréquence de la sonde (plus la fréquence centrale doit être choisi pour l'évaluation des flux faible vitesse telles que les études d'ischémie), l'échantillon volume (rendement échantillon plus petit volume plus précis évaluation de crête) et correction de l'angle (0 ° à 60 °PW angle, plus proche de 0 ° est plus précis), de sorte que ne importe quel opérateur peut être formé pour obtenir des vitesses absolues précises de l'artère coronaire, septale ou-principal gauche en suivant les repères anatomiques tels que le PA ou de la racine aortique.

Les petites et temporelles changements peuvent être généralement difficiles à mesurer et peuvent impliquer un taux d'erreur élevé, lié à des changements physiologiques dans la respiration ou du rythme cardiaque. Dépannage implique généralement l'identification des sites appropriés proximale à l'origine de l'artère coronaire et l'entretien de la fréquence cardiaque physiologique normale. En surveillant la physiologie animale au moyen d'un outil de surveillance de signal d'ECG, qui est associé à l'appareil d'imagerie, le protocole permet à tout opérateur de surveiller l'effet de toute vasomodulateur potentiel (vasoconstricteur ou dilatateur), lors de l'imagerie.

Choix judicieux, route et la dose de niveaux anesthésie peuvent être considérés comme des facteurs déterminants bonne estimation de la dynamique des flux. Un Limitatisur de l'étude pourrait être l'utilisation de l'isoflurane. Il est connu de provoquer une dépression cardiaque et changer diamètre lumière dans certaines études d'une manière dépendante de la dose de 7,10. Cependant, les images dans cette étude sont obtenus en quelques minutes, et en utilisant un système d'anesthésie étroitement contrôlé, on peut estimer avec précision CF, CFR et S / D à ne importe quel état de la physiologie de la souris, y compris l'hypoxie, normoxie, vasodilatation, ou de constriction vasculaire, avec effet minime de la fréquence cardiaque. Une autre limitation est l'absence de norme en or corrélation entre l'artère coronaire et CFR diamètre de la lumière in vivo chez la souris, en raison du volume d'échantillon très petit qui peut être obtenu à partir de souris. Cependant, comme montré chez l'homme à cet inconvénient peut être surmonté en potentiellement évaluation histologique de la morphologie coronaire quantitative avec l'échocardiographie de procurer diamètre de l'artère coronaire 4,24.

En utilisant toutes les mesures nécessaires décrites dans le protocole d'imagerie (étape 2.1.1-2.3.4), CFR et S/ D valeurs de rapport chez la souris peuvent être obtenus en quelques minutes. Images de haute qualité rendent les données robuste et avec de faibles variations intra et variabilité inter-observateur.

En résumé, le protocole d'imagerie, délimitée ici, fournit un outil diagnostique précis représentant une alternative aux options envahissantes existantes, telles que le cathétérisme coronaire, Doppler-fil ou des études histopathologiques post-mortem.

Pris ensemble, les résultats de cette étude démontrent que une méthode non-invasive de l'évaluation fonctionnelle coronarienne comme un outil de diagnostic clinique faisable et viable qui peut être utilisé dans la recherche du petit animal. Une telle méthode non-invasive pourrait aider à réduire sensiblement l'exigence de l'utilisation des animaux, l'euthanasie, ou de l'autopsie dans des modèles expérimentaux.

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