Valutazione Ecografia base di coronaropatia Flow e flusso coronarico Reserve Utilizzando la pressione Sovraccarico modello nei topi

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
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Medicine

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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).

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Abstract

Introduction

Clinical stenosi aortica (AS) è ben noto per promuovere un progressivo aumento del ventricolo sinistro (LV) post-carico. Per compensare questo carico emodinamico cronicamente in aumento, ipertrofia ventricolare sinistra (IVS) ne consegue come 1,2 risposta adattativa. Lo sviluppo di IVS è spesso associata ad anomalie nel microcircolo coronarico. Si pensa che la disfunzione microvascolare contribuisce a ischemia cronica in questi pazienti 5. Oltre a flusso coronarico 3,4, riserva di flusso coronarico (CFR) rappresenta modifica funzionale delle arterie coronarie 1,3 ed è definito come il rapporto tra la velocità di flusso massima in iperemia alla velocità di flusso basale o di riposo flusso velocità 4,6,7. CFR diminuisce durante LV rimodellamento 1-3,5-9 ed è usato come indice del grado di severità funzionale della disfunzione coronarica 1,10,17. E 'noto per essere compromessa in molte forme di cardiomiopatia dilatativa 10 e anche s coronarichetenosis 6. CFR è anche un marker prognostico per i poveri risultati clinici 12.

Rimodellamento LV nella cornice di una disfunzione cardiaca, come ischemia o LVH è accompagnato anche da una fibrosi, cambiamenti nel microcircolo coronarico e l'ispessimento delle arterie coronarie 1,2. Come risultato di questi cambiamenti nella fisiologia coronarica, è probabile rimodellamento delle arterie coronarie. Questo aiuta a mitigare gli effetti della bassa diffusione di ossigeno e disfunzione diastolica ventricolare sinistra che potrebbe provocare suscettibilità alla miocardica ischemia 1,2,13.

I topi geneticamente modificati sono ormai uno strumento di sperimentazione ampiamente prevalente per mimare patologie umane, come l'aterosclerosi coronarica 5,7,10,12,17. Particolarmente il modello sovraccarico pressorio nei topi è stato ampiamente studiato 14,17. Il modello di costrizione trans-aortica (TAC) ha dimostrato di essere associato con estesa fibrosi, e coronary stenosi conseguente, in parte, da ispessimento mediale delle arterie coronarie e con accompagnamento di cambiamenti nei modelli di flusso coronarico 1,11,17,19 simile a ciò che si vede nel setting di IVS in esseri umani. Mentre è noto che il sovraccarico di pressione prolungata porta a insufficienza cardiaca scompensata in circa 4-8 settimane, gli effetti sulla dinamica del flusso coronarico e riserva di flusso in questi modelli, nelle prime fasi del processo di progressione della malattia, e nelle diverse fasi dopo banding, sono ancora essere chiaramente delineata.

Numerosi ceppi di topi sono attualmente disponibili per scopi di ricerca, tra cui ben caratterizzato LDLR - / - o ApoE - / - mice 10-12, e questi hanno spinto lo sviluppo di tecniche sensibili per valutare la funzione cardiovascolare e la morfologia nei topi che vivono 11-15. Tali tecniche includono MRI, PET, contrasto CT, ultrasuoni ad alta frequenza e fascio elettronico tomografia 2,9,17,19, tutti che forniscono alternative promettenti invasivametodi come catheterizations cardiaco e angiografia coronarica 12. Tuttavia, in topi con dimensioni molto piccole delle arterie coronarie e frequenza cardiaca elevata (HR), l'imaging di circolazione coronarica costituisce ancora una sfida tecnica per molte tecniche attualmente disponibili 4,12. È interessante notare che c'è stato un aumento esponenziale progressi tecnici nel campo della transtoracica Doppler (TTDE), compreso lo sviluppo di teste di scansione gamma ad alta frequenza con frequenze centrali da 15 a 50 MHz permette risoluzioni assiali di circa 30-100 micron, a profondità di 8-40 mm, e frame rate superiore a 400 fotogrammi catturati / sec. A sua volta, tecniche basate TTDE-sono emersi come uno strumento potenzialmente potente per l'imaging grandi 2 o ancora più piccoli vasi, come le arterie coronarie 5,12.

Un altro progresso fondamentale che ha permesso ai ricercatori di condurre studi di diagnostica per immagini del sistema vascolare in piccolo unnimals è l'uso attentamente controllata di anestetici che mantengono il cuore e la frequenza respiratoria degli animali durante l'imaging 11. Manutenzione dell'anestesia controllata è particolarmente importante per gli studi relativi alla vasodilatazione nei topi, e l'effetto dell'anestesia deve inoltre essere ulteriormente esplorato in questo contesto 10,11. Nell'uomo, invece, misurazioni CFR TTDE-derivati ​​sono diventati uno strumento più comunemente usato per la valutazione delle arterie coronarie epicardiche stenotiche e non ostacolato, prevalentemente discendente anteriore sinistra (LAD) arteria coronaria 5,16. Tuttavia, il ruolo prognostico di CFR e cambiamenti flusso coronarico nei pazienti asintomatici o topi con preservata funzione sistolica LV a riposo è stato molto meno esplorato 16. Pertanto, lo scopo dello studio era quello di stabilire prima un protocollo chiaro passo-passo, per valutare le variazioni di flusso coronarico utilizzando TTDE in un modello di topo di pressione di sovraccarico; secondo, questo studio ha esaminato il segno prognosticoificance di CFR e cambiamenti del flusso coronarico in risposta alla pressione di stress da sovraccarico in questi topi. Abbiamo ipotizzato che la valutazione in base TTDE di CFR e del flusso coronarico può essere utile per la diagnosi precoce di disfunzione coronarica che può precedere disfunzione ventricolare sinistra.

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Protocol

NOTA: Tutte le procedure sono state eseguite in topi in accordo con American Veterinary Medical Association (AVMA) le linee guida e approvati Istituzionale cura degli animali e Usa Comitati (IACUC) protocolli.

1. Disegno dello studio

  1. Utilizzare 8-10 settimana vecchio maschio C57BL / 6 topi (BW ~ 25 g) nello studio.
  2. Randomizzare topi (n = 11) in due gruppi, il gruppo di studio selezionato per bande aortico (n = 8), e il gruppo di controllo (n = 3) sottoporsi operazione sham via toracotomia.
  3. Preparare l'animale per l'imaging dalla depilazione petto con crema depilatoria che è di grado medico.
  4. Eseguire una prima ultrasuoni (sezione 2) 24 ore prima bendaggio aortico per determinare i parametri di base al giorno -1, tra una gamma di 1% e 2,5% isoflurano (miscelato con 100% O 2 tramite nosecone) anestesia indotta.
  5. Scegli un anestetico medicalmente approvato (cioè isoflurano) e monitorare il grado di anestesia (2-3% a induce, e 1,0% per mantenere).
    NOTA: anestesia corretta è fondamentale per il mantenimento della battito cardiaco a tassi fisiologici normali (circa 500 battiti / min).
  6. Conferma la profondità di anestesia da perdita di movimento dall'animale in risposta ad un riflesso pedale recesso. Utilizzare paralube pomata veterinario sugli occhi per prevenire la secchezza mentre sotto anestesia.
  7. Eseguire l'intervento chirurgico al Giorno 0 20,21.
  8. Per banding aortico, legare l'aorta con una sutura 7-0 seta intorno ad un rastremato 26 G ago inserito sull'arco.
    NOTA: I dettagli riguardanti il protocollo sperimentale, comprese le procedure chirurgiche bendaggio aortiche, sono stati descritti in precedenza 20,21.
  9. Eseguire post-chirurgia ad ultrasuoni di imaging (sezione 2) a Day (s) 2, 6 e 13.
  10. Eutanasia i topi al giorno 14 e raccogliere i cuori per la valutazione istologica. Euthanize gli animali con una overdose di pentobarbital seguita dalla rimozione di un organo vitale come il cuore. Arrestate i cuori in diastole e fissare con formalina. Utilizzare la procedura di raccolta del cuore che è stato descritto in precedenza 22.
  11. Fissare tutti i tessuti del cuore con tamponata formalina al 10%. Per la colorazione tricromica, incorporare tessuti in paraffina prima sezionamento. Utilizzare i dettagli di colorazione tricromica che sono stati ben illustrato in precedenza 14,23.
  12. Analizzare i dati utilizzando il software offline (sezione 3).

2. Imaging Protocol

  1. Immagini lunghe e corte degli assi del setto coronarica (SCA) (Modalità B-)
    1. Utilizzando la sonda MS550D con frequenza centrale di 40 MHz collegati alla porta attiva, impostare il preset applicazione di "imaging cardiaco".
    2. Con la supina animale sulla piattaforma riscaldata, sotto anestesia e controllato tramite cono, posizionare la sonda con il sistema ferroviario avere la vista parasternale asse lungo (PSLAX) (Figura 1A). Verificare sempre che l'animale è tenuto caldo sul platfor preriscaldatam e la temperatura corporea è mantenuta a livelli fisiologici.
    3. Ruotare la sonda (con tacca rivolta caudalmente) in senso orario in modo che l'angolo della sonda è di 15 ° rispetto alla linea di sinistra parasternale (lungo l'asse view) (Figura 1B).
    4. Regolare l'angolo della sonda inclinando leggermente lungo l'asse y della sonda per ottenere un full-length vista longitudinale della SCA al centro dello schermo (Figura 1B).
    5. Una volta che i punti di riferimento adeguati (valvola aortica e l'arteria polmonare) sono visti, negozio cine l'immagine utilizzando il più alto frame-rate possibile.
    6. Usando il "xy" assi micro-manipolatori (Figura 1D), regolare la posizione della sonda per ottenere l'immagine più chiara della SCA.
    7. Ruotare la sonda di 90 ° (con tacca rivolta caudalmente) in senso orario in modo che estremità del modulo sonda è a sinistra della linea mediana (asse corto) (Figura 1C).
  2. Immagini lunghe e corte assi di SCA (Color-Doppler Mode)
    1. Una volta che l'immagine modalità B viene catturata o memorizzato cine-fare clic sul tasto di colore Doppler sulla tastiera per attivare il color Doppler finestra acustica (Figura 2).
      NOTA: Questo aiuta ad isolare coronarica (freccia bianca indica SCA) sia a lungo (Figura 2A) o in asse corto (Figura 2C). Colore rosso è come visto in tempo reale ed è indicativo della direzione del flusso (lontano dalla valvola aortica).
    2. Assicurarsi che il centro di profondità (indicato da una freccia gialla sulla destra dello schermo dell'immagine), si trova nel centro di arteria coronaria.
    3. Assicurarsi che i dati vengono registrati, con il tasto cine-store, al più alto frame rate possibile (> 100 fotogrammi / sec).
  3. PW Doppler Imaging di SCA (Pulsed-Wave o modalità PW)
    1. In modalità color-Doppler, clicca sul tasto PW per aprire una linea gialla-indicatore coronaria (Figura 2, mostrato in rosso).
    2. Posizionare il gialloLinea PW nel mezzo dell'arteria coronaria in vista, ad un angolo che porta alla direzionalità del flusso. Si noti che le misure di velocità sono altamente dipendente dall'angolo di acquisizione dell'immagine.
    3. Regolare l'angolo di flusso (Rif angolo PW) e il volume del campione (Rif SV) tale che l'angolo di chiave PW è di 60 ° o meno ed il volume del campione cattura fluire nel centro della SCA.
    4. Utilizzare deposito cine per catturare le forme d'onda che indicano la velocità del flusso coronarico al picco sistole (S) e diastole (D) (Figure 3A e 3B), usando 1% e 2,5% isoflurano.

3. Calcolo dei dati e analisi

  1. Selezionare il tempo di velocità integrale (VTI) strumento per ottenere la sistolica di picco e velocità diastolica rispetto alle immagini riportate nelle Figure 3A e 3B.
  2. Calcolare l'indice di riserva di flusso coronarico (CFR) come il rapporto di iperemia (2,5% isoflurano) di picco diastolico fbassa velocità di linea di base (1% isoflurano) velocità di flusso diastolica di picco.
  3. Calcolare il rapporto S / D, come la velocità di picco di velocità di flusso coronarico sistolica / diastolica picco flusso coronarico. Determinare il rapporto al basale (1% isoflurano) e iperemia (2,5% isoflurano).
  4. Per i parametri standard cardiaci funzionali quali FS, FAC, LVM, consultare i manuali del costruttore per eseguire l'analisi dei dati utilizzando il software proprietario o fare riferimento a Giove carta di Cheng 2.

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Representative Results

Delle 11 topi che sono stati studiati (hanno legato, n = 8 e fittizie, n = 3), sono stati ottenuti immagini adeguate e riproducibili da un singolo osservatore in diversi punti temporali: al basale (D-1), D2, D6 e D13 . Inoltre, la velocità di flusso nel sito costrittiva è stata misurata come 2225 ± 110,9 millimetri / s, rispetto a 277,5 ± 10,51 millimetri / s nei topi sham il giorno dopo l'intervento (p <0.05). L'aumento della velocità è la verifica dello stabilimento successo del modello sovraccarico di pressione. La velocità di flusso SCA, indicato anche qui come la velocità CF, il CFR, ed i rapporti S / D sono stati valutati con successo al basale e sotto iperemia in tutti i topi. Mostrato in Figura 3 sono cambiamenti CF nei topi sham sotto 1% e il 2,5% isoflurano. Il gruppo sham ha mostrato la velocità CF diastolica basale di ~ 200 mm / s ed iperemia indotta CF velocità> 600 mm / s. L'aumento della velocità CF diastolica e si è mantenuto a 13 giorni in tutti i topi (n = 3, p> 0.05). Mostratonelle Figure 3E e 3F sono i cambiamenti CF evidenziati nei topi banda, a 1% e al 2,5% isoflurano, rispettivamente. Questi topi mostrano un modello simile di induzione di iperemia (2,5%) rispetto al basale (1%) CFvelocity. Tuttavia, in questo gruppo, la velocità CF diastolica mostrato un drammatico e una riduzione sistematica nel periodo di valutazione di 14 giorni. In particolare, la velocità CF diastolica in questo gruppo è stato attenuato da 600 mm / s (basale) a <200 mm / sec (giorno 13 post strisce). Figura 4B riassume la risposta iperemica, come mostrato nella CF variazioni di velocità, nei due gruppi di topi, valutato più di 14 giorni.

CFR è calcolato come rapporto tra il picco di velocità di flusso diastolico nella SCA durante vasodilatazione indotta massimo del 2,5% isoflurano per la velocità del flusso di riposo sotto il minimo 1% isoflurano. Figura 4C riassume i cambiamenti osservati in CFR valutata nella finzione e topi bande. A differenza del gruppo sham, i topi hanno mostrato un bandemarcato e continuo calo del CFR, a partire dal 3 ° giorno post chirurgia e persistenti attraverso Day 13. Questa costante riduzione CFR era indicativo di progressiva disregolazione coronarica causando una riduzione della perfusione miocardica, presumibilmente indotta dall'aumento dei post-carico a causa di banding aortico ( n = 4, p <0,05). Prima di banding, CFR media per i topi è stato calcolato come 2.53 ± 0.47, ma da 13 giorni dopo banding, il CFR nello stesso topi è sceso a 0,59 ± 0,27.

La pressione sistolica di diastolica rapporto di trasmissione coronarica (rapporto S / D) rappresenta un altro indicatore di disfunzione coronarica. CF avviene essenzialmente durante la diastole rispetto alla sistole. Come tale, CF in diastole svolge un ruolo di primo piano nel mantenimento della perfusione miocardica 9,15. E 'stato riportato che distale al sito della stenosi coronarica, vi è una tendenza verso una equalizzazione del contributo sistolica e diastolica a CF totale 17. Inoltre, una differenza significativa siaRapporto S / D tween è stata osservata tra le arterie normali e malati 18. È stato proposto un valore di cut-off del rapporto S / D da 0,58 a distinguere tra lesioni significative e non significative.

Come mostrato in figura 5, questo S / D valore aumentato significativamente nel gruppo bande unica, sia al basale e nello stato iperemica. C'è stata una significativa riduzione della velocità del flusso coronarico diastolico dopo bendaggio aortico. Questo in parte contribuito alla elevazione di rapporto S / D (D0 a D13, 0,45 ± 0,05-0,83 ± 0,02 in basale e 0,27 ± 0,02-0,27 ± 0,01 nello stato iperemica). Come un meccanismo di compensazione in risposta alla diminuzione apporto di ossigeno e ridotta perfusione miocardica, contrattilità LV aumentata, determinando un aumento concomitante di velocità di flusso coronarico sistolica (D0 a D13, 89,2 ± 3,2-202,5 ​​± 0,85 millimetri / sec).

I dati eco sono stati raffrontati con i dati istopatologici ottenerecato dal cuore che sono state raccolte in occasione della Giornata 14, da tutti gli animali. Quest'ultima tecnica è il gold standard attuale per la valutazione funzione coronarica 11. I parametri emodinamici valutati nello studio correlato bene con i cambiamenti istopatologici nel SCA mouse. Come mostrato in figura 6, colorazione tricromica di Masson sulle sezioni cardiache rivelato un aumento miocardica e coronarica arteriosa peri-fibrosi nel gruppo bande (n = 4) rispetto al gruppo sham (n = 2).

Come mostrato in figura 7, è stata valutata la variabilità intra e inter-osservatore. Per la variabilità intra-osservatore, 20 forme d'onda casuali e immagini per ogni mouse sono stati selezionati per misure ripetute che sono state realizzate una settimana di distanza. Non ci sono state differenze significative nelle velocità di picco misurate. Per la variabilità inter-osservatore, due osservatori esperti hanno valutato le registrazioni delle forme d'onda in modo cieco. Non ci sono state significative differences nei valori ottenuti.

Inoltre, cambiamenti significativi sono stati osservati nei parametri ecocardiografici tradizionali utilizzati per valutare la funzione ventricolare sinistra o di fisiologia cardiaca durante i 14 giorni (figure 8 e 9).

Presi insieme, i risultati dello studio hanno rivelato cambiamenti significativi nella circolazione coronarica in SCA in tutti i topi. E 'anche interessante notare che i ultrasuoni basato su variazioni di CF preceduti cambiamenti nella funzione LV convenzionalmente valutata, riflettendo così la sensibilità del metodo. Sebbene lo studio è stato eseguito su un piccolo numero di topi, risultati ancora rivelato un elevato livello di significatività tra i due gruppi rispetto a tutti i parametri pertinenti.

Figura 1
Figura 1:. Valutazione basata-Ecografia del flusso coronarico La linea rossa indica the la posizione della sonda per ottenere (A) l'asse lungo parasternale (PSLAX) del cuore, e (B) Modificato parasternale asse corto (mod-PSALX). Il punteggiato come dimostra che ruotando la sonda 15 ° in senso orario dalla posizione (A), CF può essere rilevato in SCA, vicino al seno aortico e RVOT; (C) asse corto (SAX) facilita l'imaging del CF utilizzando la visualizzazione a livello aortico trasversale (D) La direzione xy della sonda è indicata.

Figura 2
Figura 2. Il flusso coronarico (CF) rivelazione utilizzando le viste mod-PSLAX e SAX. (A) La vista mod-PSLAX dimostra CF nel lume della SCA parallelamente all'asse longitudinale del cuore, e alle 10 posizione lungo l'IVS, nei pressi di AV (B) L'illustrazione di mod-PSLAX per indicare la locazione di SCA e delle strutture circostanti (C) L'asse corto mostra l'origine CF dalla valvola aortica verso 1 posizione ore. (D) L'illustrazione di asse corto per facilitare l'identificazione di SCA. Punti di riferimento principali sono nella tabella di abbreviazioni.

Figura 3
Figura 3: variazione attenuata di flusso coronarico (CF) Velocità in topi banda sotto iperemia rispetto Sham (A) La linea gialla evidenzia il picco CF in sistole (S) e diastole (D). (B) L'illustrazione indica la pressione sistolica di picco e velocità del flusso diastolica. Indicati sono anche cambi di CF diastolica nei topi sham, sotto (C) 1% e (D) 2,5% isoflurano suggeriscono una induzione di iperemia di CF in coronarica nel gruppo sham. Il CF diastolica basale rilevato è ~ 200 mm / sec e sale a> 600 mm / sec sotto iperemia Variazioni di CF diastolica in topi banda punto (E) 1% e (F) 2,5% isoflurano. Come mostrato in questo gruppo, le variazioni (E) prima e dopo iperemia, erano simili al gruppo sham. Dopo strisce, tuttavia, (F) è stato notevolmente attenuato (da 600 m / sec per <200 m / sec), in particolare sotto iperemia.

Figura 4
Figura 4: Confronto tra CF velocità e CFR cambiamenti nella finzione e topi bande. (A) CF variazione di velocità in entrambi i gruppi, sotto 1% isoflurano. Il CF è stata misurata come ~ 200 mm / sec sia sham e topi bande, prima dell'induzione iperemica. (B) CF variazione di velocità nei topi, sotto 2,5% isoflurano. La velocità CF è stato continuamente ridotto nei giorni successivi banding aortico. Il D13, the CF di sham e topi fasciato hanno mostrato differenze significative (*: p <0.05). (C) Sintesi della variazione CFR in sham e topi bande. Rispetto ai topi sham, il CFR di topi bande continuamente diminuito, correlando con il calo della velocità CF. Questo fenomeno indica aortica banding indotto incremento del post-carico e questo ha contribuito alla disfunzione coronarica. (N = 8, *: p <0.05). CFR = CF 2,5% / 1,5% CF)

Figura 5
Figura 5: Il cambio di rapporto S / D sotto l'1% e il 2,5% isoflurano in sham e topi bande (A) Il cambiamento del rapporto S / D in entrambi i gruppi a non iperemia (1% isoflorane).. Il rapporto S / D aumentato dopo la chirurgia e era significativo sulla D9 e D13, anche a riposo (n = 11, *: p <0.05). (B) La variazione del rapporto S / D in entrambi i gruppi sotto iperemia (2,5% isoflurano). Il rapporto S / D anche significativamente aumentata dopo la chirurgia nella condizione iperemica (n = 11, *: p <0.05). Velocità di flusso coronarico S / D = in velocità di flusso sistole / coronarico in diastole.

Figura 6
Figura 6:. Myorcardial e fibrosi arteria pericoronary rilevato da Masson Trichrome colorazione colorazione è stata effettuata in sham e topi bande, due settimane dopo banding aortico. (A) solo la fibrosi limitata è stata osservata a metà cavità del LV nei topi sham (20X). (B) Le immagini sotto alto ingrandimento (400X) hanno mostrato scarsa fibrosi intorno peri-coronarico zona arteria (freccia bianca indica fibrosi). (C) Nel cuore del mouse seguente banding aortico, la zona fibrotica blu è aumentato significativamente (20X). Fibrosi arteria (D) Peri-coronarico è stato anche signifcativamente aumentato in questo gruppo (freccia) (X400). I dati istologici presi insieme correlano con la nostra osservazione basata eco-di disfunzione coronarica.

Figura 7
Figura 7:. Intra- ed affidabilità Inter-osservatore di misura CF (A) L'affidabilità intra-osservatore indicato alta una correlazione significativa (R 2 = 0,92). Affidabilità (B) L'inter-osservatore ha anche mostrato un'elevata correlazione tra i diversi osservatori (R 2 = 0.88).

Figura 8
Figura 8:. Il cuore rapporto al peso corporeo (/ BW HW) il rapporto e bagnato all'asciutto (W / D) rapporto peso polmonare nei topi sham e bande (A) HW / BW non era significativamente differente tra farsa e bande topi a Day 15 (n= 11, p> .05). (B) Il rapporto polmone W / D era simile in due gruppi.

Figura 9
Figura 9: La frequenza cardiaca (HR) e parametri ecocardiografici convenzionali (A) L'HR non è stata significativamente modificata.. Come mostrato in (B) della frazione di eiezione ventricolare sinistra (FEVS) non è stata significativamente ridotta. (C) accorciamento frazionale (FS) è stata simile nei due gruppi. (D) massa ventricolare sinistra (LVM) non ha mostrato differenze significative nei due gruppi, a 13 giorni dopo banding.

Nome e cognome Abbreviazione
La stenosi aortica AS
Valvola aortica AV
Riserva di flusso coronarico CFR
Insufficienza cardiaca congestizia CHF
Accorciamento frazionale FS
Le frequenze cardiache HR
Cuore in rapporto al peso corporeo HW / BW
Inter-ventricolare setto IVS
Atrio sinistro LA
Discendente anteriore LAD
Coronaria sinistra LCA
Frazione di eiezione ventricolare sinistra FEVS
Ventricolo sinistro LV
Ipertrofia ventricolare sinistra LVH
Massa ventricolare sinistra LVM
Parasternale lungo vista l'asse PSLAX
Arteria polmonare PA
Atrio destro RA
Ventricolo destro RV
Asse corto SAX
Setto coronarica SCA
Sistolica ai rapporti di flusso diastolica S / D
Transtoracica Doppler ecocardiografica TTDE
Velocità Tempo integrale VTI
Wet asciugare rapporto peso polmone W / D

Tabella 1: Abbreviazioni.

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Discussion

In questo studio basato ultrasuoni, la valutazione non invasiva del flusso coronarico è riproducibile eseguita in tempo reale, per giorni, nei topi sperimentali vivi; Inoltre, il protocollo ha dimostrato la capacità di rilevare la disfunzione coronarica arteria che era presente in una fase iniziale ed è stata associata a deficit di perfusione miocardica. Questo metodo potrebbe in definitiva essere sfruttato come strumento clinico per la stratificazione del rischio cardiovascolare e / o la risposta a valutare un intervento terapeutico.

Innanzitutto, un protocollo dettagliato è descritto per visualizzare i cambiamenti anatomici e funzionali in arteria coronaria del piccole dimensioni cuore del mouse, utilizzando immagini sequenziale nel tempo con frequenza elevata di colore Doppler. Con attenzione pre-selezione di una serie di finestre acustiche complementari con elevata risoluzione assiale, volume del campione strettamente regolato, e proprio controllo di anestesia, qualsiasi operatore (con un po 'di formazione sulla macchina ad ultrasuoni) può peffettuare la giusta tutti i passi suggeriti del protocollo di imaging nonché la linea post-hoc analisi dei dati acquisiti. Il metodo permette la visualizzazione riproducibile di sinistra coronarica principale e consente la modulazione della funzione coronarica visualizzato. Questo protocollo può essere eseguita in piccoli animali, come topi o ratti, con frequenza cardiaca e la respirazione elevati. È possibile ottenere dati affidabili da immagini sequenziale per giorni o settimane, che consente di seguire investigatori funzione non-invasivo e longitudinalmente in un dato modello sperimentale.

In secondo luogo, lo studio cerca di valutare i piccoli vasi che sono fondamentali per una corretta funzione cardiaca, valutando le piccole e primi cambiamenti nella fisiologia intra-coronarico (che si verificano in pochi minuti), nel contesto dello stato generale della fisiologia cardiaca (ad esempio la funzione LV). Le fasi del protocollo possono essere eseguite in modo non invasivo, accurati e riproducibili. Le misurazioni ottenute in tempo realepuò essere ottenuto da qualsiasi operatore con una formazione sul funzionamento della macchina e anatomia di base. Inoltre, gli indici vascolari specifici misurati qui, come la CFR e S / D, possono essere ottenuti utilizzando qualsiasi software di misura in linea, e non solo il software proprietario fornito dal costruttore della macchina. Questi indici possono essere applicati in aggiunta a qualsiasi modello animale di interesse, come la ApoE - / - o LDR R - / - modelli, che possono essere utilizzati per studiare aterosclerosi. Pertanto, il metodo rappresenta uno strumento altamente traslabile per uso in studi di una varietà di fenotipi cardiovascolari.

La novità della metodologia risiede nella sua flessibilità. Inoltre, è facilmente modificabile attraverso piccole modifiche come cambiare il posizionamento della sonda, la scelta della frequenza di sonda (più alto centro di frequenza deve essere scelto per la valutazione del flusso a bassa velocità come studi ischemia), campione di volume (resa del campione-volume più piccolo più accurata la valutazione di picco) e la correzione angolo (0 ° a 60 °Angolo PW, più vicino a 0 ° è più accurata), tale che ogni operatore può essere addestrato per ottenere le velocità assolute accurate dell'arteria coronaria, settale o-principale sinistra seguendo i punti di riferimento anatomici come PA o radice aortica.

Modifiche piccole e temporali possono essere generalmente difficili da misurare e possono comportare un alto tasso di errore, relativi a cambiamenti fisiologici nella respirazione o della frequenza cardiaca. Risoluzione dei problemi di solito comporta l'identificazione dei punti di riferimento adeguati prossimale all'origine dell'arteria e mantenimento della normale frequenza cardiaca fisiologica coronarica. Monitorando fisiologia animale usando uno strumento di monitoraggio del segnale ECG, che è associato con l'apparecchiatura di imaging, il protocollo consente qualsiasi operatore di monitorare l'effetto di qualsiasi vasomodulator potenziale (vasocostrittore o dilatatore), durante l'imaging.

La corretta scelta, percorso e dosaggio dei livelli di anestesia possono essere considerati come fattori determinanti la corretta stima della dinamica dei flussi. Uno LIMITAZIONI D'sulla dello studio potrebbe essere l'uso di isoflurano. E 'noto per causare depressione cardiaca e cambiare diametro del lume in alcuni studi in modo dose-dipendente 7,10. Tuttavia, le immagini in questo studio si ottengono in pochi minuti, e usando un sistema di anestesia strettamente controllato, si può stimare con precisione CF, CFR e S / D in qualsiasi stato di topo fisiologia compreso ipossia, normossia, vasodilatazione, o costrizione vascolare, con effetto minimo della frequenza cardiaca. Un'altra limitazione è la mancanza di gold standard in correlazione tra CFR e coronarica lume diametro in vivo nei topi, causa molto piccolo volume di campione che può essere ottenuto da topi. Tuttavia, come illustrato negli esseri umani questo inconveniente può essere potenzialmente superata valutazione istologica della morfologia coronarico con ecocardiografia quantitativa procurare diametro dell'arteria coronaria 4,24.

Utilizzando tutte le misure necessarie indicate nel protocollo di imaging (Passo 2.1.1-2.3.4), CFR e S/ D valori del rapporto di topi sono ottenibili in pochi minuti. Immagini di alta qualità rendono i dati robusta e con scarsa variabilità intra- ed inter-osservatore.

In sintesi, il protocollo di imaging, delineati qui, fornisce uno strumento diagnostico accurata rappresenta un'alternativa alle opzioni invasive esistenti quali cateterizzazione coronarica, Doppler fili o studi istopatologici post-mortem.

Nel loro insieme, i risultati di questo studio dimostrano che un metodo non invasivo di valutazione funzionale coronarica come strumento diagnostico clinico fattibile e vitale che può essere utilizzato in piccole ricerca animale. Tale metodo non-invasivo potrebbe contribuire a ridurre sostanzialmente l'esigenza di utilizzo degli animali, l'eutanasia, o necroscopia in modelli sperimentali.

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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

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