Echocardiografische benaderingen en protocollen voor Comprehensive Fenotypische karakterisering van Valvular hart-en vaatziekten in Muizen

JoVE Journal
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:

 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Casaclang-Verzosa, G., Enriquez-Sarano, M., Villaraga, H. R., Miller, J. D. Echocardiographic Approaches and Protocols for Comprehensive Phenotypic Characterization of Valvular Heart Disease in Mice. J. Vis. Exp. (120), e54110, doi:10.3791/54110 (2017).

Please note that all translations are automatically generated.

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

Abstract

Introduction

Veroudering is geassocieerd met toenemende verhoging van cardiovasculaire verkalking 1. Hemodynamisch significant aortaklepstenose treft 3% van de bevolking ouder dan 65 2, en patiënten met zelfs een matige aortaklepstenose (pieksnelheid van 3-4 m / s) een 5 jaargebeurtenis overleving van minder dan 40% 3. Momenteel zijn er geen effectieve behandeling voor de progressie van aortaklep calcificatie remmen en chirurgische aorta klepvervanging de enige beschikbare behandeling van gevorderde aortaklepstenose 4.

Studies om een dieper begrip van de mechanismen die bijdragen aan de ontwikkeling en progressie van aortaklep calcificatie is een belangrijke eerste stap in de richting van farmacologische en niet-chirurgische methoden aortaklepstenose 5, 6 beheren. genetischly-gemanipuleerde muizen hebben een belangrijke rol bij de ontwikkeling van ons begrip van de mechanismen die bijdragen aan een verscheidenheid van ziekten en komen nu op de voorgrond van mechanistische studies gericht op het begrijpen van de biologie van aortaklepstenose 6, 7, 8 gespeeld. In tegenstelling tot andere cardiovasculaire ziekten zoals atherosclerose en hartfalen-wanneer standaardprotocollen gaan vasculaire en ventrikelfunctie zijn grotendeels gevestigde-er unieke uitdagingen in verband met in vivo fenotypering van hartklep functie in muizen. Terwijl recente beoordelingen grondige discussies over de voor- en nadelen van tal van imaging en invasieve modaliteiten gebruikt om de klep functie bij knaagdieren 9, 10, 11 te beoordelen hebben zorg, tot nu toe, we zijn niet op de hoogte van een publicatie die een compre biedtgerealiseerde, stap-voor-stap protocol voor fenotypering hartklep functie bij muizen.

Het doel van dit manuscript moet de methoden en protocollen beschrijven hartklep functie fenotype bij muizen. Alle methoden en procedures zijn goedgekeurd door de Mayo Clinic Institutional Animal Care en gebruik Comite. Belangrijke onderdelen van dit protocol zijn de diepte van de anesthesie, de evaluatie van de hartfunctie, en de evaluatie van de hartklep functie. We hopen dat dit rapport zal niet alleen dienen om de onderzoekers geïnteresseerd zijn in het nastreven van onderzoek op het gebied van de hartklep en vaatziekten leiden, maar zal ook beginnen met een nationale en internationale dialoog met betrekking tot protocol standaardisatie van gegevens reproduceerbaarheid en validiteit te garanderen in deze snel groeiende veld. Belangrijk is dat succesvolle beeldvorming met behulp van ultrasone systemen met een hoge resolutie vereist een praktische kennis van de beginselen van echografie (en terminologie vaak gebruikt in echografie), een goed begrip van de fundamentele Principles van cardiale fysiologie, en aanzienlijke ervaring met echografie te zorgen voor een nauwkeurige en tijd-efficiënte evaluatie van de hartfunctie bij knaagdieren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Bereid de materialen en apparatuur (tabel 1 en figuur 1)

  1. Zet het echoapparaat. Voer het dier ID, datum en tijd (voor seriële imaging experimenten) en andere relevante informatie.
  2. Gebruik een hoogfrequente ultrasone transducer, 40 MHz voor imaging muizen minder dan ~ 20 g of 30 MHz voor muizen meer dan ~ 20 g.
  3. Sluit het platform om het elektrocardiogram (ECG) monitor voor ECG gating van beeldvorming voor bepaalde modaliteiten.
    OPMERKING: Kritisch Dit maakt ook de momentane berekening van de hartfrequentie (HR), die kan worden gebruikt als één van de indices van een juiste hoogte van anesthesie.
  4. Verwarm het platform 37 ° C.
    LET OP: Alle in de handel verkrijgbare ultrasound machines hebben een bedieningspaneel dat beeldacquisitie controles en onderzoek beheersmaatregelen voorziet in B-mode, M-modus en Doppler echocardiografie. Een cardiale meetinstrument is ingebed in de machine voor de automatische metingen berekening van gemeenschappelijke echocardiografische parameters van cardiale en valvulaire functies.

2. Bereid de Mouse for Imaging en de inductie van de anesthesie

  1. Voorzichtig pak de muis bij zijn staart en stevig vast te houden het dier bij de nek van haar nek.
  2. Leid de neus van het dier in de neuskegel. Begin anesthesie stroom bij 1% isofluraan. Zorgen dat het dier verdoofd binnen 3-5 s blootstelling aan het gas.
  3. Snel en nauwkeurig lag het dier op het platform in een liggende positie, zorg ervoor dat de voorpoten en achterpoten liggen op de ECG-sensoren van het platform.
  4. Voorzichtig zet het dier met plakband op alle vier de ledematen, licht toe te passen plakband op het hoofd in de neuskegel apparaat te stabiliseren, en breng plakband aan de staart te stabiliseren. Zowel de achterpoten en voorpoten moeten plat liggen om een ​​stabiele en duidelijke ECG-signaal overname door de fysiologische imaging-systeem te waarborgen.
  5. Controleer de HR. Doe dit met behulp van een imaGing platform met ECG-mogelijkheden of met externe ECG-apparaten. Zorg ervoor dat de uitgangssituatie HR ligt tussen de 600-700 bpm. Zorg ervoor dat de HR niet onder de 450 slagen per minuut valt onder alle omstandigheden.
    OPMERKING: Tijdens de procedure kan de HR dalen licht door narcose, maar het moet boven de 500 slagen per minuut in de meeste gevallen.
  6. Pas de anesthesie stroom van kleine stappen dienovereenkomstig (~ 0,1% stappen van elk 15 s totdat een stabiele toestand van de anesthesie is bereikt).
    Opmerking: Een stabiele toestand van anesthesie is een aandoening waarbij de genoemde cardiale parameters gehandhaafd (zie stap 2,5) en het dier niet openlijk reageren op prikkels uit de plaatsing van de sonde op verschillende beeldvormende ramen. Belangrijk is dat deze geen chirurgische vlak van anesthesie, waardoor aanzienlijke cardiodepression in muizen. Voor langdurig beeldvorming sessies wordt de toepassing van dierenarts zalf voor de ogen te voorkomen droogheid bevelen.
  7. Controleer de lichaamstemperatuur met een rectale thermometer. Houd de temperatuur tussen 36,5 ° C en 38 ° C.
    Opmerking: In een geschikt milieu-gecontroleerde kamers en een verwarmd platform, de lichaamstemperatuur (rectaal gemeten) blijft constant gedurende de gehele procedure en dus geen storende factor cardiovasculaire hemodynamica tijd.
  8. Afscheren het haar van de borst met een elektrische tondeuse voor gebruik met fijn haar. Veeg de borst met een vochtige papieren handdoek. Het dier is klaar voor beeldvorming.
    OPMERKING: Terwijl de chemische verwijdering van het haar ook kan worden uitgevoerd, te voorkomen dat het gebruik van dergelijke verbindingen, zoals ze significante huidirritatie kunnen veroorzaken na verloop van tijd in de lange termijn experimenten. Bovendien kan de juiste toepassing en verwijdering van een dergelijk chemisch-gebaseerde ontharing producten de duur van de blootstelling anesthesie te verlengen met 2-3 min (~ 10-20%). De totale tijd van de inductie van de anesthesie aan de voltooiing van de huid voorbereiding moet minder dan 3 minuten duren.
_title "> 3. Volg de Basic Principles and Guidelines in het verwerven van Cardiac Ultrasound Images

LET OP: Er zijn drie echografie modaliteiten gebruikt bij het verwerven van de beelden: B-mode / 2-D, M-mode, en Doppler (spectrale pulsed-wave Doppler en kleur stroom Doppler imaging). Er zijn twee fundamentele transducer posities gebruikt om beelden van het hart en de hartkleppen te verwerven: de parasternale en apicale vensters (figuur 2).

  1. Van elke transducer positie, het verkrijgen van meerdere tomografische beelden van het hart ten opzichte van de lange en korte assen door het handmatig draaien en angulaire beweging van de transducer.
    OPMERKING: Rotatie verwijst naar zwenken of draaien van de transducer vanaf een vaste positie op de borstwand, terwijl angulatie verwijst naar de zij aan zij verplaatsing van de transductor op een vaste plaats op de borstwand. Alle ultrasone sensoren hebben een beeld index marker in de vorm van een groef (inkeping), externe profilering, of de knop.
  2. Zorg ervoor dat de echografie signal loodrecht op de beoogde structuur door dienovereenkomstig aanpassend transducer positie.
  3. Optimaliseren van de kleurstromingssignalen en pieksnelheid signalen door het richten van de uitgezonden ultrasone bundel evenwijdig aan de stroming. De hoek tussen de ultrasone bundel en de stroom moet minder zijn dan 60 °.
  4. Optimaliseer de beeldkwaliteit met de bedieningselementen bedieningspaneel. Alleen op het gebied van verhoor moet vullen de beeldweergave.
    LET OP: Fijn aanpassingen in transducer en platform posities zijn vrijwel altijd noodzakelijk om heldere beelden te verkrijgen. Zelfs tijdens optimale omstandigheden, respiratoire bewegingen, borstwand anatomie (bijvoorbeeld kleine rib afstand), en variatie van de inwendige anatomie (zowel inherente en ziekte-geïnduceerde) kan het akoestische venster te beperken en maken beeldacquisitie zeer uitdagend.
  5. Bij het meten van de linker ventrikel dimensies in M-modus en 2-D / B-mode, plaatst u de meting remklauw in de meest continue echo lijn.
  6. Pas de Doppler sector kleur eend monstervolume het gebied ondervraging door aanpassing van de sector control, dat zich op het paneel.
    OPMERKING: De kleurcodering regeling Doppler studies geeft de snelheid en richting van de bloedstroom. Doppler signalen die rode zijn vermeld laminaire bloedstroom naar de transducer. Doppler signalen die blauw zijn aangeven laminaire stroming weg van de transducer. A "mozaïek" kleurpatroon geeft gebieden van turbulente of niet-laminaire bloedstroom (die voorkomt bij valvulaire stenose of valvulaire regurgitatie).
  7. Neem een ​​minimum van twee 5 s stroken (of 100 frames) van de real-time B-mode / 2D echo van elkaar imaging venster voor offline analyse.
    LET OP: In de handel verkrijgbare echo machines hebben beeldaanwinst instellingen die een vooraf bepaald aantal frames of cine-loop maten vast te leggen. Het beeld overname instellingen kunnen worden gewijzigd zodat langer cine loops kunnen worden verworven. Overname van beelden van hoge kwaliteit vergt veel ervaring en experimenteren. Investigators moet de juiste combinatie van transducer plaatsing en platform hoek beelden van vele meningen en akoestische ramen te verkrijgen te vinden.

4. Evaluatie van de aortaklep (AV) Functie

OPMERKING: Beoordelingen van de aortaklep functie omvatten kwalitatieve evaluaties van de klep (bijvoorbeeld waargenomen cusp dikte, verhoogde echogeniciteit door valvulaire verkalking, en de aanwezigheid of afwezigheid van regurgitatie jets gebruik van kleur Doppler) en kwantitatieve metingen van ventielfunctie (bijv piek transvalvular snelheid en cusp tussenafstand).

  1. Begin met het imago van de aortaklep door het selecteren van B-mode beeld acquisitie.
  2. Met het dier stevig bevestigd op het platform en de kop afgekeerd van de onderzoeker, kantelt de tafel 15-20 ° naar links. Dit zal het hart naar voren en naar links, dichter bij de borstwand te brengen. Smeer ultrasone gel op de transducer of direct op de eennimal borst.
  3. Plaats de transducer parasternaal ongeveer 90 ° loodrecht op de lange as van het hart, met de afbeelding indexmarkering van de transducer wijzend naar achteren (figuur 2). Terwijl in 2D / B-mode, schuif de transducer craniale tot de AV in zicht komt. Dit is de "korte as" Gezien de aortaklep.
    OPMERKING: Een normale aortaklep drie dunne slippen die wijd open tijdens systole en sluit afdoende tijdens diastole zodat er geen regurgitatie van bloed terug naar het linker ventrikel. De slippen erg dun, zeer snel bewegen, en kunnen vaak uitdagend om te visualiseren.
  4. Draai de transducer met de klok mee totdat het beeld index marker punten caudale. Let op de aortawortel, aortaklep, linker ventrikel outflow tract, mitralisklep, linker atrium, en een deel van de rechter ventrikel outflow tract op de beeldweergave.
    LET OP: Dit is de "parasternale lange as" uitzicht op de AV. De sonographer moetnagaan of er twee aortaklep knobbels toegankelijk gedurende de hartcyclus in de B-modus beelden, waardoor voor de volgende M-modus beeldvorming en analyse (zie hieronder).
  5. Evalueer de aortawortel in deze weergave. vegen voorzichtig heen en weer zodat de aortawortel afbeeldingen bevatten de grootste afmetingen van de aortawortel. Meet de grootste antero-posteriore aspect van de aorta met de elektronische schuifmaat verband met de meetgereedschap ingebed in het apparaat.
  6. Zoek de aortaklep in de lange as. Verminder de breedte van de afbeelding, zodat alleen de aortaklep is op de beeldweergave door het aanpassen van het breedte-knop in het controlepaneel. Plaats de M-mode lijn ondervraging bij de kruising van de uiteinden van de aortaklep nauwkeurig vast te aortaklep cusp scheiding.
  7. In de M-mode display van de aortaklep, meet de cusp scheidingsafstand (doosvormige verschijning in de systole) met de elektronische schuifmaat verband met de MEASURement hulpmiddel ingebed in de machine.
    Opmerking: Het grootste voordeel van M beeldvormende is de zeer hoge tijdsresolutie, die essentieel is voor de evaluatie van de aortaklep functie. Terwijl de M-modus beelden van het AV met de opvattingen korte en lange as kan worden verkregen, wordt de parasternale lange as view algemeen de voorkeur omdat het afbeeldingsvlak kan de sonograaf de oriëntatie en locatie van de uiteinden van de gemakkelijk te identificeren knobbels tijdens systole.
  8. Hoewel nog steeds in de parasternale lange as uitzicht op de aortaklep, drukt u op de kleur Doppler control-toets in het bedieningspaneel. Toepassen kleur Doppler op het gebied van de aortaklep.
    OPMERKING: normale stroming van de linker ventrikel via de aortaklep in systole is naar de transducer en aldus wordt gecodeerd rood.
  9. Noteer de aanwezigheid of afwezigheid van aortaklep regurgitatie.
    OPMERKING: Aortaklep regurgitatie is een abnormale stroom die optreedt tijdens diastole en wordt van de omvormers gerichter; aldus wordt gecodeerd blauw.
  10. Druk op de pulsed-wave Doppler-control-toets. Met de trackball in het bedieningspaneel, plaatst de gepulseerde golven monstervolume in de proximale aorta ascendens, net boven de aortaklep en zorg ervoor dat de hoek tussen de ultrasone bundel en de bloedstroom is dan 60 ° door het kantelen van de platform en / of de transducer. Indien mogelijk, het verkrijgen van de pieksnelheid over de aortaklep uit de suprasternal notch venster.
  11. Meet de pieksnelheid van de spectrale display met de elektronische remklauwen in verband met het meetinstrument ingebed in de machine (Figuur 3C en 3F).
    LET OP: Een mozaïek kleur geeft een hoge stroomsnelheid die waarschijnlijk niet-laminaire stroming patronen bevatten.

5. Evaluatie van de mitralisklep (MV) Functie

OPMERKING: Evaluatie van de mitralisklep functie omvat kwalitatieve evaluaties van de klep (bijvoorbeeld perceived cusp dikte, verhoogde echogeniciteit door valvulaire verkalking, aanwezigheid of afwezigheid van regurgitatie jets gebruik van kleur Doppler) en kwantitatieve metingen van klepfunctie.

  1. Plaats de transducer in de apicale positie in B-modus. Plaats de transducer, zodat deze een hoek richting het hoofd van de muis (Figuur 2C). Houd u aan de rechter ventrikel (RV), linker ventrikel (LV), rechter atrium (RA), en linker atrium (LA) op de beeldweergave. Handmatig tilt het platform enigszins zodat het dier zich in een 'head-down "positie om de mitralisklep visualiseren omdat hierdoor in de LV.
    OPMERKING: De apicale 4-kamermuziek is optimaal zicht voor de behandeling bloedsnelheid in de mitralisklep en de tricuspidalisklep, alsmede het weefsel snelheid van de mitrale annulus. Dit is ook een goed zicht op de beweging en de grootte van de RV en septum beoordelen.
  2. Vanaf het apicale 4-kamer uitzicht, breng de mitralisklep in beeld door het verminderen van de breedte van het beeld.Op dat de mitrale klepbladen worden weergegeven met twee dunne, mobiele filamenten openen en sluiten tijdens elke cardiale cyclus.
    OPMERKING: mitrale folders van een "normale" muis kan moeilijk te visualiseren als beeldvorming geschiedt bij fysiologische HR (dat wil zeggen,> 450 bpm).
  3. Plaats de M-modus cursor over de mitralisklep de dikte van de bladen te beoordelen.
    OPMERKING: De achterste blad is het best weergegeven in systole, wanneer deze loodrecht op de ultrasone stralen (figuur 4).
  4. Met behulp van de apicale 4-kamer uitzicht, gelden kleur Doppler het imago van de stroom uit de linkerboezem via de mitralisklep tijdens diastole. Let op voor mitralisklep regurgitatie.
    LET OP: Flow is gericht op de transducer en wordt daarom rood gecodeerd. Regurgitant stroom zal blauw worden gecodeerd en optreedt tijdens systole (Figuur 5).
  5. Met behulp van de apicale view lange as, over te schakelen naar gepulste-wave-modus. Verplaats de Doppler monstervolume aan de uiteinden van demitralisklep bijsluiter. Let op de twee toppen van de mitralisklep instroom spectrale display. Als de folders zijn niet goed zichtbaar, gebruik kleur Doppler om regio's te identificeren met heldere rode of mozaïek kleurpatronen en zet het volume monster op dat punt.
    LET OP: De spectrale weergave van de mitralisklep stroom heeft twee pieken in slow HRs (<450 bpm). In normale HRs (> 450 slagen per minuut), de vroeg-(E) en late-vulling (A) stromen gesmolten. De spectrale Doppler weergave van stroom over de mitralisklep wordt gebruikt bij de beoordeling van de linker ventriculaire diastolische functie (zie stap 7,5).

6. Evaluatie van de rechts-zijdige Heart Valve Functie

LET OP: De tricuspid en pulmonic kleppen bestaan ​​uit de rechts-zijdige hartkleppen. De tricuspidalisklep kan gemakkelijk worden gevisualiseerd in de apicale lange as uitzicht, terwijl de pulmonaalklep kunnen worden gevisualiseerd in zowel de parasternale lange en korte as uitzicht.

  1. Vanaf het apicale lange as te bekijken, te kantelen of richt de transducer tip uzingen een schommelende beweging, zodat de rechter ventrikel is in het centrum van de beeldweergave. Verminder de breedte van de afbeelding, zodat alleen het rechterventrikel zichtbaar is in de beeldweergave.
  2. In hetzelfde beeldvlak, breng de tricuspidalisklep bladen, die zo dun, mobiele filamenten tussen rechteratrium en rechterventrikel en die open en dicht in de loop van elke hartcyclus weergegeven.
  3. Toepassen kleur Doppler in het gebied van de tricuspidalisklep. Noot voor de tricuspidalisklep regurgitatie.
    OPMERKING: normale stroming optreedt tijdens diastole, is gericht op de transducer, en daarom wordt gecodeerd rood. Abnormale regurgitant stroming optreedt tijdens systole, wordt van de transducer gericht, en daarom blauw gecodeerd. De piek snelheid van de regurgitant jet wordt gebruikt om rechter ventrikel systolische druk te schatten.
  4. Verplaats de transducer en parasternale korte aspositie ter hoogte van de aortaklep. Boven de aortaklep de rechter ventrikel outflage darmkanaal, de pulmonaalklep, het proximale belangrijkste longslagader en de linker en rechter longslagader (figuur 6).
  5. Draai de transducer met de klok mee om een ​​gewijzigd parasternale lange-as positie. Vervolgens zet men de transductor iets boven een korte as aanzicht van de longklep verkrijgen.
  6. In deze visie passen M beeldvormende de scheidingsafstand van de longklep slippen (figuur 7) te evalueren.
  7. Solliciteer kleur Doppler in de regio van de longklep om te beoordelen voor valvulaire regurgitatie (een mozaïek-patroon, met hoge snelheid jet tijdens diastole) en stenose (een mozaïek-patroon, met hoge snelheid jet tijdens systole).
  8. Druk op de gepulste-wave control-toets en plaats het monster volume net na de pulmonaalklep.
    OPMERKING: Analyse van de spectrale Doppler weergave van stroom wordt gebruikt om de pulmonale arteriële druk (figuur 8) te schatten.

7. Evaluatie van de hartfunctie

(bijvoorbeeld visuele schatting van de ejectiefractie, de regionale wandbeweging afwijking en de waargenomen dikte van de wanden) en kwantitatieve metingen van de linker ventriculaire functie (bijvoorbeeld de ejectiefractie, linkerventrikelmassa, linker ventriculaire diastolische functie en indices van hartspierprestatie).

  1. Verkrijgen van een korte as aanzicht van de LV in 2D / B-modus, waarbij de transducer in de parasternale korte aspositie ter hoogte van de papillaire spieren. Beweeg de transducer op en neer om de LV scannen van de basis naar de top. Let op voor wandbeweging afwijkingen.
  2. Vanuit een parasternale korte-as weergave van de linker hartkamer, drukt u op de M-modus op, in het bedieningspaneel. Met de trackball Plaats de M-modus cursor in het midden van de linker ventriculaire holte ter hoogte van de papillaire spieren en obtain M-modus beelden.
  3. Meet de linker ventriculaire holte dimensie eind diastole, wanneer de afstand tussen de voorwand en de achterwand is de grootste en in end-systole, waarbij de binnenwaartse beweging van zowel de voorste en achterste wanden maximaal is (figuur 9).
  4. Meet de voorste en achterste wanddikte eind diastole en end-systole.
    LET OP: Terwijl de papillairspieren zijn een essentiële mijlpaal om de correcte beeldvorming vliegtuig te verzekeren, wees voorzichtig niet op te nemen in de metingen.
  5. Verplaats de transducer tot de apicale venster. Zie stap 5.1. Beoordelen van de diastolische linker ventrikel functie met behulp van pulsed-wave Doppler van de bloedstroom over de mitralisklep in het apicale lange as uitzicht.
  6. De volume-monster bij de uiteinden van de mitrale klepbladen. Meet de piek mitralisklep instroom velocity van de spectrale weergave van pulsed-wave Doppler snelheden over de mitralisklep.
  7. Plaats het volume monster tussen LV inflow en uitstroom. Let op de mitralisklep en de aortaklep sluiten en openen signalen. Meet de isovolumische ontspanning tijd, isovolumetrische contractie tijd, en linkerventrikelejectiefractie tijd (Figuur 10).
  8. Voer tissue Doppler imaging (TDI) van de mitrale annulus in de apicale lengteas view. Druk op de TDI-control-toets en plaats het monster volume op de mediale aspect van de mitrale annulus. Zorg ervoor dat het monster volume niet inbreuk maken op de mitralisklep folders. Houd het Doppler monstervolume grootte tussen 0,21 mm en 0,27 mm. Meet de vroege diastolische snelheid (e) van de mitrale annulus (figuur 11).

8. Final Steps

  1. Geef je mening over de verkregen beelden. Vergewissen dat alle vereiste afbeeldingen werden verkregen.
  2. Verwijder overtollig ultrasound gel uit de borst van de muis en verwijder voorzichtig de tape waarmee het dier op zijn plaats. Schakel de narcose.
  3. Leg het dier op een absorberende papieren handdoek(Niet beddengoed, die kan worden weggezogen of kan de luchtwegen tijdens het herstel te blokkeren). Observeer het dier tot borstligging wordt bereikt. Als de juiste anesthesie wordt toegediend, moet herstel plaatsvinden binnen 30 tot 60 s.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Voorbeelden van beelden die routinematig worden verkregen uit dierlijke cardiale ultrageluid beeldvorming zijn in dit manuscript. Een illustratie van transducer plaatsing op de borst van het dier wordt verstrekt om de lezer een duidelijk inzicht waar de transducent gepositioneerd om de beelden te verkrijgen zoals beschreven geven. Een foto van de ultrasone laboratorium set-up is ook opgenomen om te benadrukken het belang van de juiste apparatuur, met name de ultrasone transducer te gebruiken en de wijze van anesthesie. De 2D / B-modus, M-modus en kleur Doppler displays van de normale en abnormale kleppen, rechter en linker ventrikels en aortawortel correct geëtiketteerd. Hoewel strain-rate imaging wordt niet routinematig uitgevoerd, is een voorbeeld ook opgenomen.

Mitralisklepregurgitatie wordt gekenmerkt door een hoge, gewoonlijk niet-laminaire bloedstroomsnelheid (mozaïek kleurstoffen) over de klep tijdens systole (Figuur 5). De aanwezigheid van dergelijke mozaïek-color Doppler stromingspatroon van de linker hartkamer naar de linker atrium in het MV, die na de QRS complex in het ECG, maakt een eenduidige diagnose van MR. Wanneer dit gebeurt in afwezigheid van aortaklep regurgitatie en / of linkerventrikeldisfunctie, kan deze worden gekarakteriseerd als geïsoleerde mitralisklepprolaps. Als er aanzienlijke verwijding van de linker ventrikel (wegens experimenteel geïnduceerde hartfalen of overmatige diepte van anesthesie), kan deze worden gekarakteriseerd als ischemische mitrale regurgitatie (overgeven of secundair aan cardiale dysfunctie). Een gepulseerde golfspectrale Doppler display kan worden gebruikt om de aanwezigheid en de timing van een regurgitant straal bloedstroom bevestigen.

Een normale aortaklep heeft drie dunne, buigzame knobbels die openen en sluiten voldoende tijdens elke cardiale cyclus. Aortaklep knobbel scheiding wordt gemeten in 2D-begeleideM-modus van de aortaklep in de lengteas view. Elektronische remklauwen worden gebruikt voor het meten van de voorste rand van het recht aorta knobbel op de voorste rand van de aorta knobbel links (figuur 3). Aortaklep cusp-afstand in normale muizen is 0,9-1,3 mm. Color Doppler toont een laminaire stroming over de klep en in de aortawortel tijdens systole. Turbulente stroming kan worden gewaardeerd in omstandigheden van verhoogde stroming, zoals in aortaklep regurgitatie of verhoogde druk, zoals in aortaklep stenose. Dit blijkt als mozaïek kleuring in het uitstroomkanaal. Zelfs kleine hoeveelheden aortaklep regurgitatie kan leiden tot een aanzienlijke toename in piek transvalvular snelheid door hyperdynamische hartfunctie en verhoogde linker ventriculaire preload. Piek aorta snelheid in normale muizen varieert van 0,90 m / s tot 1,50 m / s. Extra aortaklep snelheid van> 5 m / s is opgenomen in muizen met ernstige aortaklepstenose.

12 (figuur 8) te verstrekken. Longslagader aanlooptijd is het tijdsinterval vanaf het begin van de systolische pulmonale arteriële stroom naar de top stroomsnelheid. Rechter ventrikel ejectie tijd is het interval tussen het begin van de rechter ventrikel ejectie tot het punt waarop er stopzetting van de systolische pulmonale systolische flow. De combinatie van een verkorte longslagader acceleratie met een daling in de verhouding van longslagader acceleratie rechter ventriculaire ejectietijd suggereert de aanwezigheid van pulmonale arteriële hypertensie (die kan worden bevestigd met invasieve of directe metingen van pulmonale arteriële of rechter ventriculaire druk) .

Figuur 1
Figuur 1: Animal Cardiac Ultrasound Laboratory. Het laboratorium is uitgerust met het dierenverblijf speciale ultrageluidapparaat met een hoge frequentie (30 MHz en 40 MHz) transducers (MS 400 en MS 550D), isofluraan diffuser, dier platform, temperatuur en hartslagmeter, 1% tot 1,5% isofluraan gemengd met 1 l / min 100% O 2, neuskegel en slangen verbonden met isofluraan diffuser en 100% O 2, haar scheermes, ultrasound gel, elektrode gel, plakband, en papieren handdoekjes. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2
Figuur 2: Basic transducer posities. (A) parasternal venster. De transducer hoofd is gepositioneerd in het linker parasternale grens, met de afbeelding index markering van de transducer caudaal gericht. FrOM deze positie, de lange as aanzicht van het linker ventrikel, aortaklep en aortawortel en de korte as aanzicht van de longklep worden verkregen. (B) in het parasternale window, wordt de transductorkop linksom gedraaid, met de inkeping naar achter gericht. Vanuit deze positie kan de korte as aanzicht van het linker ventrikel en de aortaklep en de lange as aanzicht van de longklep worden verkregen. (C) apicale venster. De transducer printkop staat de apex van het hart. Vanuit deze positie kan de lange as aanzicht van de rechter en linker ventrikels en mitralis en tricuspidalisklep worden verkregen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 3
Figuur 3: Beoordeling van de aortaklep functie in een Normal Mouse versus aortaklep functie in een muis met calcific aortaklep Disease. (A) 2D afbeelding van een normale aortaklep in de lengteas view. Merk op dat de aortaklep open goed tijdens systole. Afbeelding (B) M-mode beeltenis normale aortaklep-functie (box-achtige uitstraling). Merk op dat de knobbel-scheiding afstand wordt gemeten op 1,12 mm. (C) Spectrale Doppler weergave van pieksnelheid over de normale aortaklep is zoals gemeten bij 1,3 m / s. (D) 2D-afbeelding van een verkalkte aorta klep in de lange as uitzicht vanaf een low-density lipoprotein receptor deficiënte (LDLR - / -) en apolipoproteïne B100-only (apoB 100/100) muizen gevoed met westerse dieet. De knobbels zijn verdikt en zijn toegenomen echogeniciteit, wat resulteert in een beperkte opening tijdens systole. (E) Een beeld M-modus die de zelfde aortaklep vernauwd toont een knobbel-tussenafstand meting van 0,7 mm. (F </ Strong>) De spectrale Doppler weergave van pieksnelheid over de stenotische aortaklep werd zoals gemeten op 4,6 m / s. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 4
Figuur 4: M-modus van een normale mitralisklep. Van het apicale venster, wordt een lange as aanzicht van de mitralisklep verkregen. De M-mode lijn van ondervraging wordt aangelegd over de mitralisklep bijsluiter. Terwijl mitralisklep folder dikte theoretisch kan worden gemeten met behulp van elektronische remklauwen, kan dit zeer uitdagend zijn, gezien de dunne, slecht echogene en snel bewegende folders van de normale mitralisklep. De pijlen wijzen naar de M-modus van de mitralisklep folder in systole. Gelieve click hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 5
Figuur 5: Bewijs van een mitralisklep regurgitant Jet met Color Doppler Imaging. Van het parasternale window, een gemodificeerd lange as aanzicht van de mitralisklep verkregen. Color Doppler verhoor toont een mozaïek-kleur jet op de mitralisklep tijdens systole (gemarkeerd door een pijl). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 6
Figuur 6: Long-as Uitzicht op de Main longslagader en de Major Takken. De lange as aanzicht van de belangrijkste longslagader (MPA) en rechts (RPA) en linker (LPA) takken kunnen worden verkregen bij de paraste rnal venster. De rechter ventrikel outflow tract (RVOT), longklep (PV), en aorta (AO) zijn gedeeltelijk gezien. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 7
Figuur 7: M-modus afbeelding van een normale pulmonic Valve. Vanuit het parasternale venster kunt zowel de korte als de lange as uitzicht op het longklep worden verkregen. De M-mode lijn van ondervraging wordt aangelegd over de pulmonaalklep. De longklep cusp-scheiding (pijlen) afstand kan worden gemeten van deze visie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

10fig8.jpg "/>
Figuur 8: Pulsed-wave Doppler Ondervraging van Flow Across the longklep. De longslagader optrektijd (Paat) is het tijdsinterval vanaf het begin van de systolische pulmonale arteriële stroom naar de piek stroomsnelheid. Rechter ventrikel ejectie tijd (RVET) is het interval tussen het begin van de rechter ventrikel ejectie tot het punt waarop er stopzetting van de flow. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 9
Figuur 9: M-modus afbeelding van een korte-as View van de linker hartkamer. Van het parasternale window, is de korte as aanzicht van het linker ventrikel verkregen door aan de transductorkop linksom zodat het beeld indexmarkering punten posterieur of dorsaal. De M-mode regel voor ondervraging wordt aangelegd over de linker ventrikel ter hoogte van de papillaire spieren. Linker ventrikel eind-diastolische dimensie (LVEDD), linker ventrikel eind-systolische dimensie (LVESD), en de voorste wand (AW) en achterwand (PW) dikten kunnen gemakkelijk worden gemeten. Pas de papillaire spier (*) in de metingen op te nemen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 10

Figuur 10: Color Doppler Evaluatie en Pulsed-wave Doppler Spectral Weergave van de mitralisklep Instroom. (A) Afbeelding van een kleur Doppler evaluatie van de mitralisklep instroom in de apicale lange as uitzicht. Merk op dat de 2D-afbeelding kleur Doppler een instrument van cruciaal belang voor het g kan zijnuiding de juiste monstervolume positie voor de overname van pulsed-wave Doppler traces (afgebeeld in panel B). (B) Spectral weergave van de mitralisklep instroom met behulp van pulsed-wave Doppler. De gepulste-wave Doppler beoordeling van de bloedstroom over de mitralisklep (in de apicale lange as view) wordt uitgevoerd om linker ventrikel de diastolische functie te evalueren. Het monstervolume wordt geplaatst aan de uiteinden van de mitrale klepbladen. De isovolumische relaxatietijd (IVRT), isovolumetrische contractie tijd (IVCT), linkerventrikelejectiefractie tijd (LVET), en de piek mitralisklep instroom velocity (E) kunnen allemaal worden afgeleid uit de spectrale weergave van pulsed-wave Doppler snelheden over de mitralisklep. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 11
Figuur 11: Tissue Doppler Imaging van de Septal mitralisannulus. Van het apicale venster, wordt een lange as aanzicht van de mitralisklep verkregen. De tissue Doppler monstervolume is gepositioneerd aan het septum gebied van de mitrale annulus. De verhouding tussen de piek mitrale instroomsnelheid (variabele E in figuur 10B) en de piek mitralisannulus weefsel velocity (e ', aangegeven met witte pijlen) wordt gebruikt om links diastolische dysfunctie vast (gewoonlijk aangeduid als E / e). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 12
Figuur 12: Evaluatie van de Strain en Strain Rate van de Linksventriculaire myocard. Er zijn gespecialiseerde analyse software pakketten beschikbaar in de handel, en de spanning en reksnelheid variabelen kunnen wordenverkregen als de maatregelen van de vroege of sub-klinische veranderingen in de intrinsieke myocard contractiele eigenschappen. De bovenstaande voorbeelden geven radiale spanning en mate van spanning in het algemeen verworven beeldvorming vliegtuigen bij muizen. Merk op dat deze beeldvlakken (en de daaropvolgende vorm van de stam traces) afwijkt van de beelden bij de mens, die vaak verkregen in de apicale lengteas of 4-chamber view. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Inductie van anesthesie

Goede inductie en instandhouding van anesthesie is essentieel voor nauwkeurige vaststelling van veranderingen in hartklep en hartfunctie in muizen. Gezien de snelle inductie van de anesthesie opgewekt door isofluraan en de relatief lange wash-out tijd van deze verdoving volgende diepe narcose, hebben we geen gebruik maken van een stand-alone anesthesie kamer voor inductie. In plaats daarvan, zoals in detail hierboven dieren rechtstreeks geleid naar de anesthesie kegel, die zorgt voor snelle en geregelde inductie van anesthesie bij relatief lage concentraties van het verdovingsmiddel.

De meeste stammen van muizen verdoofd blijven ruimschoots minder dan 1,5% isofluraan. De cumulatieve effecten van isofluraan op de hartfunctie moet nauwlettend worden gevolgd, echter, en een kleine afname in de concentratie van het anestheticum kan na verloop van tijd nodig zijn. Omgekeerd kunnen kleine verhogingen van de concentratie van anestheticum ook ne wordeneded. nauwlettend het dier voor het eventueel (duiden onvoldoende diepte van de anesthesie) en verhoogt of verlaagt in HR; Dit zorgt voor een snelle en proactief beheer van de diepte van anesthesie.

In tegenstelling tot de mens, isofluraan lokt een afname van HR bij muizen. Terwijl linkerventrikelfunctie aanvankelijk tijden van overmatige toediening anestheticum kan worden behouden, worden reducties in HR bijna alomtegenwoordig gevolgd door linker ventriculaire dilatatie secundair aan de onderdrukking van cardiale contractiliteit. Bijgevolg is de ejectiefractie afneemt, transvalvular (aortaklep en mitralisklep) peak stroomsnelheden vallen, aortaklep sluiting optreedt vroeg op, en tissue Doppler snelheden te verlagen. Het is daarom noodzakelijk om continu de fysiologische toestand van het dier om de HR ruim boven 450 bpm. Voor personen die geen ervaring in imaging muizen, een aanpak die een toegewijde sonographer omvat eneen tweede onderzoeker gewijd aan het toezicht op de diepte van de anesthesie wordt aanbevolen.

Analyse van AV functie

Klinisch, de American Society of richtlijnen Echocardiografie 13 raden overname van de linker ventrikel outflow tract diameter en de linker ventrikel outflow tract snelheid met behulp van pulsed-wave Doppler. De piek trans-aortaklep snelheid shuld worden gemeten met behulp van speciale continue-wave Doppler aan de aortaklep gebied met behulp van de continuïteit vergelijking te berekenen: AVA = (CSA LVOT x VTI LVOT) / VTI AV. Aangezien deze Doppler data, wordt de anatomische (geometrisch) dwarsdoorsnedeoppervlak van de aortaklep opening zoals gemeten met 2D of 3D aanbevolen. Hoewel de transducent hoge ruimtelijke en temporele resolutie, de aortaklep slippen kan niet consequent worden afgebakend in de korte-as view. Dus de AV openingsgebied niet nauwkeurig worden getraceerd. Furthermore, en misschien nog belangrijker, momenteel beschikbare hoogfrequente kleine dieren gewijd ultrageluid is niet uitgerust met speciale continuous wave Doppler vermogen. De identificatie van een "echte" piek transvalvular velocity voor gebruik met de continuïteitsvergelijking buitengewoon uitdagend (en niet klinisch geaccepteerd). Evenzo kunnen andere in de handel verkrijgbare ultrasound probes niet de mogelijkheid tot zeer hoge snelheden opnemen en zijn dus beperkt tot lagere snelheden. Gezien deze belangrijke beperkingen, klinische beeldvorming protocollen het gebruik van systemen gericht op hoge resolutie beeldvorming in kleine dieren kan niet volledig worden opgevangen.

Analyse van MV functie

In het algemeen, muizen zijn zeer resistent tegen de ontwikkeling van mitralisklep prolaps. Visualisatie van een regurgitant jet over de mitralisklep in de setting van een snelle HR kan zeer uitdagend zijn. Bovendien, in menselijke echocardiografie, de anteriof en posterieure mitralisklep folders zijn duidelijk te zien en de verzakte of dorsvlegel bijsluiter is gemakkelijk gewaardeerd. Echter, bij muizen, mitralisklep folders kunnen niet goed worden afgebakend in de voorste en achterste, en het vinden van een dorsvlegel of verzakte folder is bijzonder uitdagend, gezien het lage niveau van de echogeniciteit van niet-verkalkte, dunne weefsels. Zo is het gebruik van kleur Doppler een regurgitatie jet's tonen de meest nuttige middelen mitralisklep functie getest in muizen. Een diagnose van geïsoleerde mitralisklep insufficiëntie mag alleen worden gemaakt na een zorgvuldige beoordeling van de linker hartkamer functie, aortaklep functie en mitralisklep functie.

Tot op heden zijn er geen robuuste muismodellen van mitralisklep. Verhoogde echo dichtheid van de mitralisklep kan suggereren verkalking, maar lokalisatie aan ofwel de voorste of achterste folder is moeilijk. Klinisch wordt de diagnose mitralisklep stenose in de omgeving van dikke, verkalkte folders met beperkened beweging. Meting van dikte bijsluiter kan door M-modus (figuur 4). Doppler gebruikt, is de piek E velocity gewoonlijk verhoogd en wordt geassocieerd met verlengingen van de druk rust. Zo heroveren deze functies zal van cruciaal belang bij de evaluatie van nieuwe modellen van de mitralisklep zijn. Terwijl de American Society of Echocardiografie beveelt aan dat de schatting van de mitralisklep gebied wordt gedaan met behulp van de druk half-time (MV gebied = 220 / druk half-time), zijn dergelijke berekeningen niet gevalideerd in muizen 13.

Analyse van tricuspidalis en pulmonic valvulaire functie

De tricuspidalisklep wordt beoordeeld voor leaflet mobiliteit, klepstenose en valvulaire regurgitatie. Meestal worden deze data kwalitatief en in een binaire manier (bijv aanwezigheid of afwezigheid van dysfunctie) uitgedrukt. De piek snelheid van de tricuspidalisklep regurgitant jet wordt gebruikt om estimate rechter ventrikel systolische druk. Daarnaast tricuspid oprispingen is niet ongewoon in normale, onbeklemtoonde muizen.

Longklep functie kan worden beoordeeld door 2D / B-modus, M-modus en kleur-flow imaging (figuren 6 en 7). Deze modaliteiten worden gebruikt om longklep dikte (bijv zicht of echogeniciteit met 2D) te beoordelen, meten pulmonic klepopening opening (vooravond-scheiding afstand), en te beoordelen pulmonic mobiliteit ventiel en coaptatie (2D en kleur Doppler). Longklep regurgitatie zal duidelijk zijn met kleur Doppler, zoals hierboven beschreven. De ernst van longklep regurgitatie kan worden beoordeeld met behulp van de piek retrograde bloedstroom (gemeten met pulsed-wave Doppler) via de pulmonaalklep tijdens diastole.

Analyse van de hartfunctie

2D / B-modus beeldvorming van de linker ventrikel in de korte en lange as uitzicht biedt a vis UAL evaluatie van de hartfunctie. Terwijl deze beeldvormende modaliteit maakt grove evaluatie van de linker ventriculaire functie, M beeldvormende een aanzienlijk hogere resolutie spatiotemporal, waardoor het een superieure techniek in vergelijking met 2D / B-modus beeldvorming. Dit is zeer belangrijk, gezien het feit dat normale muizen HRs variërend 450-700 bpm hebben. Wij handhaven de HR boven 450 bpm zodat de gegevens is een nauwe vertegenwoordiger van de niet-verdoofde cardiale fysiologie en hemodynamiek. Als de HR laten vallen als gevolg van overmatige anesthesie en / of over-sedatie, linker ventriculaire dilatatie, vermindering van ramingen van cardiale contractiliteit en dramatische veranderingen in transvalvular bloed snelheden en andere kwalitatieve karakteriseringen van valvulaire functie (bijvoorbeeld, veranderingen in mitralisklepregurgitatie secundair aan ventriculaire dilatatie, vermindering van de piek aortaklep stroomsnelheid, en de vermindering van de mitralisklep bloed instroom velocity) links worden vaak waargenomen.

tent "> Aangezien segmentale wall-motion afwijkingen, ejectiefractie (EF) en fractionele verkorting (FS) zijn zeer reproduceerbare metingen van linker ventriculaire systolische functie. Met M beeldvormende de maximale diastolische en systolische afmetingen worden verkregen en gebruikt aan de EF, FS en LV massa 14, 15 te berekenen.

Al deze metingen kunnen automatisch worden berekend in het softwarepakket geassocieerd met de ultrasone machine. Terwijl de evaluatie van de cardiale en valvulaire functie kan worden uitgevoerd met behulp van "standaard" klinische ultrasone systemen, de relatief lage resolutie (bv, 12-15 MHz probes) kunnen de nauwkeurige evaluaties van de cardiale en valvulaire functioneren bij muizen uitdagend.

Diastolische functie is een integraal onderdeel van de evaluatie van de functie van de linker ventrikel. In klinische studies is diastolisch hartfalen is gevonden om zeer c zijnorrelated met morbiditeit en mortaliteit. Diastolische functie wordt bepaald door pulsed-wave Doppler echocardiografie en tissue Doppler imaging. De E / A ratio (de verhouding tussen de vroege snelle vullen van golf, E, en de late vullen wave door atriale contractie, A) en E vertragingstijd niet nuttig parameters van de diastolische functie in muizen door de fusie van de E en A golven secundair aan de zeer hoge HRs presenteren geschikte verdoofde muizen.

Om de linker ventrikel de diastolische functie, peak mijtervormige instroom snelheid isovolumische relaxatietijd (IVRT), isovolumetrische contractie tijd (IVCT), linkerventrikelejectiefractie tijd, en mitralisannulus weefsel, de snelheden (e ') worden gebruikt evalueren. Deze Doppler parameters zijn gemakkelijk verkrijgbaar, meetbaar en reproduceerbaar. De vroege diastolische snelheid (e ') van de mitrale annulus gemeten met tissue Doppler imaging is een betrouwbare indicator van de linker ventrikel myocard ontspanning De verhouding tussen de piek mitraal instroom snelheid en het begin van de mitrale annulus weefsel snelheid is aangetoond in klinische studies om goed te correleren met pulmonale capillaire wiggedruk 16.

Global linker ventriculaire functie kan worden vastgesteld met behulp van hartspierprestatie index, ook wel Tei index. Het bevat zowel de systolische als de diastolische tijdsintervallen om een ​​geïntegreerde maat voor zowel de systolische als de diastolische linker ventrikel functie. Systolische dysfunctie verlengt pre-ejectie tijd (IVCT) en verkort de linkerventrikelejectiefractie tijd (ET). Afwijkingen in de diastolische functie of myocard ontspanning kan leiden tot een aanzienlijke verlenging van de IVRT. De linker ventrikel hartspierprestatie index (MPI) worden berekend als MPI = IVCT + IVRT / LVET 17. Hierbij worden reducties in de MPI geassocieerd met verbeteringen in hartfunctie, terwijl een hogere waarde MPI suggereert cardiale dysfunctie.

Opkomende technieken om hart- en valvulaire functie in muizen te beoordelen: toekomstige richtingen

tissue Doppler

Tissue Doppler kan worden gebruikt om diastolische dysfunctie vast met de E, E 'en E / e' variabelen, maar deze methode is momenteel veel gebruikt. Als zodanig, de variabiliteit en reproduceerbaarheid van de metingen in verschillende knaagdier stammen werd niet getest door verschillende onderzoeksgroepen. Niettemin is het gebruik van E / e "en zijn correlatie met het linker atrium druk in klinische omgevingen mogelijkheid van vroegtijdig detecteren van cardiale dysfunctie bij muizen, en de toepassing op ziektemechanisme wil deze een integraal onderdeel maken van het beoordelen van de cardiale gevolgen hartklepafwijkingen in translationeel onderzoek.

Strain rate imaging

Kleine diermodellen hebben bewezen van onschatbare waarde te zijn tool om de mechanismen onderliggende pathofysiologische veranderingen in de hartfunctie te begrijpen. Terwijl 2D- en Doppler echocardiografie bieden brede en niet-invasieve evaluatie van cardiale morfologie, functie en hemodynamica in vivo, missen ze de gevoeligheid voor vroege veranderingen in myocardiale functie in respons op chronische druk of volume overbelasting (twee van de meest voorkomende stressoren geïnduceerde detecteren door hartklepafwijkingen).

Door deze beperkingen is er toenemende belangstelling in de toepassing van klinisch gebruikte indices hartfunctie-zoals myocardiaal rek en reksnelheid, dat het potentieel om nauwkeuriger te detecteren vroege of subklinische veranderingen intrinsieke myocardiale contractiele eigenschappen . Strain en strain rate imaging zijn met succes gebruikt in knaagdieren studies op de progressie van hartfalen 18 en hypertensieve hart-en vaatziekten 19, de omkering van cardiale dissynchroniteiten cardiale dysfunctie 20, en de lengte functie van het hart bij juveniele muizen 21. Aanbevolen wordt strain-rate imaging geacht een aanvullende beeldvormende techniek grondig 2D en weefsel-Doppler afgeleide maten van hartfunctie. Om ervoor te zorgen dat de onderzoekers hebben een basiskennis van de beginselen van de meting van het myocard spanning en mate van spanning, de volgende hoofdstukken gericht op fundamentele beginselen en beperkingen die ten grondslag liggen stam berekening en reksnelheid beeldvorming.

Rek en reksnelheid zijn afgeleid van de lengteverandering van de myocardiale vezel ten opzichte van de oorspronkelijke lengte (in cardiologie, wordt het verschil tussen eind diastolische en eind systolische lengte lengte die voor deze berekening). De precieze meting van veranderingen in myocardiale vezellengte wordt bemoeilijkt door de spiraalvormige structuur van de myocardiale vezelbundels, waardoor multidirectional stam vervorming gedurende systole (bijvoorbeeld spanning in de radiale, longitudinale en rondgaande assen). Recente studies bij muizen suggereren dat weefsel Doppler derived- en speckle-tracking-afgeleide strain en strain rate vervorming parameters nauw betrekking hebben op intrinsieke myocardfunctie 22. Beide technieken vereisen de toevoeging van speciale analysesoftware onderzoek beeldvormingssystemen, waardoor de relatief automatisch genereren van de variabelen van belang (zie voorbeelden in figuur 12) 23.

Hoewel strain imaging houdt belofte, kan de verwerving van hoogwaardige 2D-beelden voor spikkel volgen analyse uitdagend. Verder handmatig opsporen van de endocardiale en epicardiale grenzen voor rekmeting is moeilijk en omslachtig. Een aanzienlijk deel van de praktijk en grondige evaluatie van de reproduceerbaarheid en de consistentie van de intra-onderzoeker metingen (afbeelding met inbegripkwaliteit, consequente beeldvorming vliegtuigen, en off-line-analyse) zijn van cruciaal belang bij de uitvoering van het gebruik van de stam metingen om de hartfunctie te evalueren. Daarom moet strain en strain-rate analyses worden uitgevoerd door volledig verblind, getrainde onderzoekers zorgen voor kwalitatief hoogwaardige en reproduceerbare gegevens.

-ECG-gated hoge resolutie echografie

Tissue Doppler imaging en strain-rate imaging kan de meting van de myocardiale vervormingen over een volledige hartcyclus, maar door hun temporele resolutie (5 ms bij best), zij beperkt blijven tot de algemene beweging van het hart 24. Om een ​​hoge framesnelheid echografie bereiken heeft een andere benadering gebaseerd op het gebruik van ECG-gated data acquisitie onlangs voorgesteld voor cardiale en vasculaire toepassingen. -ECG-gated mechanische en elektromechanische golf beeldvorming van cardiovasculair weefsel is gebaseerd op het afbeelden van het weefsel met behulp van echografie bij hoge framesnelheidprijzen, tot 8.000 frames per s (fps), door het synchroniseren van de 2D-afbeelding acquisitie op de ECG-signalen 24. Dit overtreft duidelijk de 2D / B-mode framesnelheden van ~ 1000 bps (een grotere resolutie onder fysiologische omstandigheden waarbij hartslag ~ 500-650 bpm in een muis) en in vivo imaging haalbaarheid van deze methode voor de evaluatie van ventrikelfunctie heeft aangetoond bij geanesthetiseerde dieren (superieure detectie van cardiale wandbeweging afwijkingen in kleine diermodellen 25).

Stress-geïnduceerde hartfunctie

Terwijl inspanningstest vaak gebruikt om cardiale respons evalueren organismal spanning toegenomen in klinische settings, de noodzaak van sedatie en / of anesthesie in knaagdieren maakt onmiddellijk na de uitoefening evaluatie van de hartfunctie zeer uitdagend. Aldus farmacologische stress testing waarschijnlijk een klinisch-relevant parallel aan de cardiale gevolgen van hartklepafwijkingen (ernstige aortastenose, matige tot ernstige mitralisstenose, en ernstige primaire mitralisinsufficiëntie) te beoordelen. Dit zal een bijzonder belangrijke opkomende gebied van onderzoek, gezien de recente klinische richtlijnen die de rol van de stresstests benadrukken symptoom-status te verduidelijken, dynamische onderdelen van valvular afwijkingen beoordelen en ontmaskeren subklinische myocard dysfunctie die waarschijnlijk te missen in rust 26.

Zoals opgemerkt in de vorige paragrafen, muizen zijn zeer resistent tegen-afterload-geïnduceerde cardiale disfunctie. Zo kan dobutamine stress-echocardiografie een zeer nuttig hulpmiddel voor de vroegtijdige dalingen in de linker hartkamer, die niet duidelijk kunnen zijn bij muizen met verschillende niveaus van hartklepafwijkingen detecteren. Zelfs muizen met ernstige gecalcificeerde aortaklepstenose relatief goed geconserveerd systolische functie en zullen waarschijnlijk een belangrijke basis voor de applicatie van dobutamine stress-echocardiografie om de timing (en vaak zeer snelle) ontstaan ​​van hartfalen bij deze dieren te voorspellen. Tot op heden zijn wij niet op de hoogte van studies naar het gebruik van dobutamine stress-echocardiografie bij muizen met enige mate van hartklepafwijkingen.

3D echocardiografie

Klinisch 3D cardiale beeldvorming is een bijzonder krachtig hulpmiddel dat nauwkeurige metingen van de diastolische en systolische volumes, slagvolume en het hartminuutvolume mogelijk maakt. 3D echocardiografie is uitgegroeid tot een nieuwe klinische standaard in de beoordeling van de ernst van valvulaire stenose via nauwkeurige klep oppervlaktemeting, en maakt de nauwkeurige identificatie en kwantificering van verzakking van afzonderlijke segmenten mitralisklep.

Onderzoek ultrasone systemen met hoge frequentie transducers oog op het verkrijgen van cardische beelden en gedurende de daaropvolgende offline reconstructie van de 3D-beelden met behulp van aangepaste software pakketten. Hoewel het mogelijk is om 3D-beelden van de linker ventrikel verkrijgen door gebruik van deze hardware en software combinatie wordt dit vaak uitgevoerd onder relatief diepe anesthesieniveaus (waarvan de HR verlagen en het minimaliseren van de luchtwegen artefact), waardoor de extrapolatie van de fysiologische betekenis van veranderingen hartfunctie moeilijk.

Met betrekking tot het gebruik van 3D beeldvorming hartklep functie getest in muizen, is dit een bijzonder hele uitdaging gezien de geringe omvang, relatief lage echogeniciteit en hoge snelheid van de hartkleppen onder normale fysiologische omstandigheden. Tot technologische vooruitgang in beeld en -verwerking oog op het duidelijke onderscheiding van hartkleppen onder dergelijke omstandigheden, is onze ervaring dat 3D beeldvorming van beperkt nut in de nauwkeurige en uitvoerige karakterisatie van hartklep functie muizen.

Gezamenlijk techsche vooruitgang in de beeldvorming van kleine proefdieren maken dit een bijzonder spannende tijd om inzicht te krijgen in de pathofysiologische mechanismen die ten grondslag liggen valvulaire hart-en vaatziekten en de cardiale gevolgen te krijgen. Wij zijn ervan beweren dat de grondige evaluatie van zowel hartklep functie en de hartfunctie is van essentieel belang voor het begrijpen van de effecten van genetische, farmacologische, of mechanische manipulaties van de hartklep functie bij muizen. We hopen dat dit manuscript zal niet alleen dienen als een nuttige bron voor onderzoekers het nastreven van het onderzoek naar de pathogenese van hartklep ziekte, maar zal ook de discussie stimuleren over de beste methoden om valvulaire en de hartfunctie te beoordelen in dergelijke studies binnen onze onderzoeksgemeenschap.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
High resolution ultrasound machine VisualSonics, Fujifilm Vevo 2100 
Isoflurane diffuser (capable of delivering 1 % to 1.5 % isoflurane mixed with 1 L/min 100% O2 VisualSonics, Fujifilm N/A
Transducers for small mice (550D) or larger mice (400) MicroScan, VisualSonics, Fujifilm MS 550D, MS 400
Animal platform VisualSonics, Fujifilm 11503
Advanced physiological monitoring unit VisualSonics, Fujifilm N/A
Isoflurane Terrell NDC 66794-019-10
Nose cone and tubing connected to isoflurane diffuser and 100% O2 Custom Engineered in-house --
Hair razor Andis Super AGR+ vet pack clipper AD65340
Ultrasound gel Parker Laboratories REF 01-08
Electrode gel  Parker Laboratories REF 15-25
Adhesive tapes Fisher Laboratories 1590120B
Paper towels

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ngo, D. T., et al. Determinants of occurrence of aortic sclerosis in an aging population. JACC Cardiovasc Imaging. 2, 919-927 (2009).
  2. Nkomo, V. T. Epidemiology and prevention of valvular heart diseases and infective endocarditis in Africa. Heart. 93, 1510-1519 (2007).
  3. Amato, M. C., Moffa, P. J., Werner, K. E., Ramires, J. A. Treatment decision in asymptomatic aortic valve stenosis: role of exercise testing. Heart. 86, 381-386 (2001).
  4. Bonow, R. O., et al. Focused update incorporated into the ACC/AHA 2006 guidelines for the management of patients with valvular heart disease: a report of the American College of Cardiology/American Heart Association Task Force on Practice Guidelines (Writing Committee to Revise the 1998 Guidelines for the Management of Patients With Valvular Heart Disease): endorsed by the Society of Cardiovascular Anesthesiologists, Society for Cardiovascular Angiography and Interventions, and Society of Thoracic Surgeons. Circulation. 118, e523-e661 (2008).
  5. Yutzey, K. E., et al. Calcific aortic valve disease: a consensus summary from the Alliance of Investigators on Calcific Aortic Valve Disease. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 34, 2387-2393 (2014).
  6. Rajamannan, N. M. Calcific aortic valve disease: cellular origins of valve calcification. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 31, 2777-2778 (2011).
  7. Weiss, R. M., Miller, J. D., Heistad, D. D. Fibrocalcific aortic valve disease: opportunity to understand disease mechanisms using mouse models. Circ Res. 113, 209-222 (2013).
  8. Sider, K. L., Blaser, M. C., Simmons, C. A. Animal models of calcific aortic valve disease. Int J Inflam. 2011, 364310 (2011).
  9. Miller, J. D., Weiss, R. M., Heistad, D. D. Calcific aortic valve stenosis: methods, models, and mechanisms. Circ Res. 108, 1392-1412 (2011).
  10. Ram, R., Mickelsen, D. M., Theodoropoulos, C., Blaxall, B. C. New approaches in small animal echocardiography: imaging the sounds of silence. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 301, H1765-H1780 (2011).
  11. Moran, A. M., Keane, J. F., Colan, S. D. Influence of pressure and volume load on growth of aortic annulus and left ventricle in patients with critical aortic stenosis. J Am Coll Cardiol. 37, 471a (2001).
  12. Thibault, H. B., et al. Noninvasive assessment of murine pulmonary arterial pressure: validation and application to models of pulmonary hypertension. Circ Cardiovasc Imaging. 3, 157-163 (2010).
  13. Baumgartner, H., et al. Echocardiographic assessment of valve stenosis: EAE/ASE recommendations for clinical practice. J Am Soc Echocardiogr. 22, quiz 101-102 1-23 (2009).
  14. Lang, R. M., et al. Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. Eur Heart J Cardiovasc Imaging. 16, 233-270 (2015).
  15. Devereux, R. B., Reichek, N. Echocardiographic determination of left ventricular mass in man. Anatomic validation of the method. Circulation. 55, 613-618 (1977).
  16. Ommen, S. R., et al. Clinical utility of Doppler echocardiography and tissue Doppler imaging in the estimation of left ventricular filling pressures: A comparative simultaneous Doppler-catheterization study. Circulation. 102, 1788-1794 (2000).
  17. Tei, C., et al. New index of combined systolic and diastolic myocardial performance: a simple and reproducible measure of cardiac function--a study in normals and dilated cardiomyopathy. J Cardiol. 26, 357-366 (1995).
  18. Koshizuka, R., et al. Longitudinal strain impairment as a marker of the progression of heart failure with preserved ejection fraction in a rat model. J Am Soc Echocardiogr. 26, 316-323 (2013).
  19. Ishizu, T., et al. Left ventricular strain and transmural distribution of structural remodeling in hypertensive heart disease. Hypertension. 63, 500-506 (2014).
  20. Yamada, S., et al. Induced pluripotent stem cell intervention rescues ventricular wall motion disparity, achieving biological cardiac resynchronization post-infarction. J Physiol. 591, 4335-4349 (2013).
  21. Andrews, T. G., Lindsey, M. L., Lange, R. A., Aune, G. J. Cardiac Assessment in Pediatric Mice: Strain Analysis as a Diagnostic Measurement. Echocardiography. 31, 375-384 (2014).
  22. Ferferieva, V., et al. Assessment of strain and strain rate by two-dimensional speckle tracking in mice: comparison with tissue Doppler echocardiography and conductance catheter measurements. Eur Heart J Cardiovasc Imaging. 14, 765-773 (2013).
  23. Fine, N. M., et al. Left and right ventricular strain and strain rate measurement in normal adults using velocity vector imaging: an assessment of reference values and intersystem agreement. Int J Cardiovasc Imaging. 29, 571-580 (2013).
  24. Pernot, M., Fujikura, K., Fung-Kee-Fung, S. D., Konofagou, E. E. ECG-gated, mechanical and electromechanical wave imaging of cardiovascular tissues in vivo. Ultrasound Med Biol. 33, 1075-1085 (2007).
  25. Liu, J. H., Jeng, G. S., Wu, T. K., Li, P. C. ECG triggering and gating for ultrasonic small animal imaging. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 53, 1590-1596 (2006).
  26. Monin, J. L., et al. Low-gradient aortic stenosis: operative risk stratification and predictors for long-term outcome: a multicenter study using dobutamine stress hemodynamics. Circulation. 319-324 (2003).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

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

    Usage Statistics