Ekkokardiografiske tilnærminger og protokoller for omfattende Fenotypisk Karakterisering av hjerteklaffsykdom i Mus

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

Aldring er assosiert med en progressiv økning i hjerte- forkalkning en. Hemodynamisk signifikant aortaklaffen stenose rammer 3% av befolkningen over 65 år to, og pasienter med moderate aortaklaffen stenose (topphastighet på 3-4 m / s) har en 5 år overlevelse på mindre enn 40% 3. For tiden er det ingen effektiv behandling for å bremse utviklingen av aortaventilen forkalkning, og kirurgisk pulsåreklappen erstatning er den eneste tilgjengelige behandling av avansert aorta stenosis 4.

Studier som tar sikte på å få en dypere forståelse av mekanismene som bidrar til initiering og progresjon av aortaklaffen forkalkning er en viktig første skritt i går mot farmakologiske og ikke-kirurgiske metoder for å håndtere aortaklaffen stenose 5, 6. genetiskely-endret mus har spilt en viktig rolle i utviklingen av vår forståelse av mekanismene som bidrar til en rekke sykdommer og nå kommer i forkant av mekanistiske studier som tar sikte på å forstå biologien til aortaklaffen stenose 6, 7, 8. I motsetning til andre kardiovaskulære sykdommer slik som aterosklerose og hjertesvikt-, hvor standardprotokoller for evaluering av vaskulær og ventrikulær funksjon er for det meste godt etablerte-er det unike utfordringer knyttet til in vivo fenotyping av hjerteventilfunksjonen hos mus. Mens nyere vurderinger har gitt grundige diskusjoner om fordeler og ulemper for mange bildebehandling og invasive modaliteter brukes til å vurdere ventil funksjon hos gnagere 9, 10, 11, til dags dato, er vi ikke klar over en publikasjon som gir en omfattende, trinn-for-trinn-protokollen for fenotyping hjerte ventil funksjon i mus.

Hensikten med dette manuskriptet er å beskrive de metoder og protokoller for å fenotype hjerteventilfunksjonen hos mus. Alle metoder og prosedyrer har blitt godkjent av Mayo Clinic Institutional Animal Care og bruk komité. Viktige komponenter i denne protokollen omfatter anestesidybden, evaluering av hjertefunksjon, og evalueringen av hjerteklaffen funksjon. Vi håper denne rapporten vil ikke bare tjene til å veilede etterforskerne interessert i å forfølge forskning innen hjerteklaffsykdommer, men vil også starte en nasjonal og internasjonal dialog knyttet til protokollen standardisering for å sikre data reproduserbarhet og validitet i dette raskt voksende feltet. Viktigere, vellykket avbildning ved hjelp høyoppløselige ultralydsystemer krever en fungerende kunnskap om prinsippene for sonography (og terminologi som vanligvis brukes i sonography), en forståelse av de grunnleggende principles av hjertefysiologi, og betydelig erfaring med sonography å tillate nøyaktig og tidseffektive vurdering av hjertefunksjon hos gnagere.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Forbered Materialer og utstyr (Tabell 1 og figur 1)

  1. Slå på ultralyd maskin. Skriv inn dyret ID, dato og tid (for serie bildebehandling eksperimenter) og annen relevant informasjon.
  2. Bruk en høyfrekvent ultralyd transducer, 40 MHz for bildebehandling mus mindre enn ~ 20 g eller 30 MHz for mus større enn ~ 20 g.
  3. Koble plattformen til elektrokardiogram (EKG) overvåke EKG gating av bildebehandling for enkelte modaliteter.
    MERK: Kritisk, dette gjør det også mulig for den øyeblikkelige beregning av hjertefrekvens (HR), som kan brukes som ett av flere indekser av en egnet dybde på anestesi.
  4. Forvarm plattformen til 37 ° C.
    MERK: Alle kommersielt tilgjengelige ultralyd maskiner har et kontrollpanel som gir bildetakingskontroller og studere ledelseskontroller for B-mode, M-modus, og Doppler ekkokardiografi. En hjertemåleverktøy er innebygd i maskinen for automatisk målingog beregning av felles ekkokardiografiske parametre for hjerte- og ventilfunksjoner.

2. Klargjør Mouse for Imaging og innledning av anestesi

  1. Forsiktig plukke opp musen ved halen og fast holde dyret på nakke av halsen.
  2. Lede nesen på dyret inn i den koniske nese. Begynn anestesi strømning ved 1% isofluran. Sikre at dyret er bedøvet innen 3-5 s eksponering for gass.
  3. Raskt og nøyaktig lå dyret på plattformen i liggende stilling, og pass på at forpotene og bakbeina ligge på EKG sensorer av plattformen.
  4. Forsiktig feste dyret med tape på alle fire lemmer, lett bruke tape for å stabilisere hodet i nesekonusen apparat, og anvende tape for å stabilisere halen. Begge bakbeina og forpotene bør ligge flatt for å sikre stabil og klar EKG signal oppkjøpet av fysiologiske imaging system.
  5. Sjekk HR. Gjør dette ved å bruke en imaging plattform med EKG evner eller med eksterne EKG-enheter. Kontroller at baseline HR er mellom 600-700 bpm. Sørg for at HR ikke faller under 450 bpm under noen omstendigheter.
    MERK: Under prosedyren, kan HR avta noe som følge av anestesi, men det bør være over 500 bpm i de fleste tilfeller.
  6. Juster anestesi flyten av små trinn tilsvar (~ 0,1% intervaller hver 15 s inntil en stabil tilstand av anestesi er nådd).
    MERK: En stabil tilstand av anestesi er en tilstand i hvilken de ovennevnte hjerteparametere opprettholdt (se trinn 2.5) og dyret ikke åpenlyst reagerer på stimuli fra plassering av sonden på ulike bildevinduer. Viktigere, er dette ikke en kirurgisk plan av anestesi, noe som resulterer i markert cardiodepression i mus. For langvarig bilde økter, er anvendelsen av veterinær salve til øynene for å hindre tørrhet anbefales.
  7. Sjekk kroppstemperaturen ved hjelp av en rektal termometer. Hold temperaturen mellom 36,5 ° C og 38 ° C.
    MERK: I en hensiktsmessig miljøkontrollert rom og på en oppvarmet plattform, kroppstemperatur (målt rektalt) forblir konstant under hele prosedyren, og følgelig er ikke en problemfaktor som påvirker hjerte- hemodynamikk over tid.
  8. Barbere bort hår fra brystet ved hjelp av en elektrisk klipper beregnet for bruk med fine hår. Tørk av brystet med en fuktig papirhåndkle. Dyret er klar for avbilding.
    MERK: Selv om kjemisk fjerning av hår kan også utføres, unngå bruk av slike forbindelser, som de kan forårsake betydelig hudirritasjon over tid i langsiktige eksperimenter. Videre kan den aktuelle applikasjonen og fjerning av slike kjemisk-baserte hårfjerningsprodukter forlenger varigheten av anestesi eksponering av 2-3 min (~ 10-20%). Den totale tid fra induksjon av anestesi til fullføring av hud preparat bør ta mindre enn 3 min.
_title "> 3. Følg grunnleggende prinsipper og retningslinjer i Innhente Images Cardiac Ultralyd

MERK: Det er tre ultralyd modaliteter som brukes ved anskaffelse av bilder: B-mode / 2-D, M-modus, og Doppler (spektral pulset-bølge Doppler og farge Doppler Imaging). Det er to grunnleggende svinger stillinger som brukes for å skaffe bilder av hjertet og hjerteklaffene: den parasternal og apikale vinduer (figur 2).

  1. Fra hver transduser posisjon, få flere tomographic bilder av hjertet i forhold til sine lange og korte aksene manuelt roterende og angulating svingeren.
    MERK: Rotasjon refererer til svingning eller vridning transduseren fra en fast posisjon på brystveggen, mens vinkling refererer til side-til-side bevegelse av svingeren fra et fast punkt på brystveggen. Alle ultralyd transdusere har et bilde indeks markør i form av et spor (hakk), ekstern ribbing, eller knappen.
  2. Pass på at ultralyd signal er vinkelrett på målstrukturen ved justering av transduktoren stilling tilsvarende.
  3. Optimalisere fargen flyt og topphastighetssignaler ved å justere den overførte ultralydstrålen parallelt med strømmen. Vinkelen mellom ultralydstrålen og strømningen bør være mindre enn 60 °.
  4. Optimalisere bildekvaliteten ved hjelp av kontrollpanelet kontroller. Bare den delen av avhøret skal fylle opp bildevisningen.
    MERK: finjusteringer i svinger og plattform stillinger er nesten alltid nødvendig for å oppnå klare bilder. Selv under optimale forhold, respiratoriske bevegelser, brystveggen anatomi (f.eks liten ribbeavstand), og variasjoner i indre anatomi (både iboende og sykdom-indusert) kan begrense den akustiske vinduet og lage image oppkjøpet svært utfordrende.
  5. Ved måling venstre ventrikkel dimensjoner i M-modus og 2-D / B-mode, plasserer målingen caliper på en mest mulig sammenhengende ekko linje.
  6. Juster fargedoppler sektoren end prøvevolum til arealet av utspørrings ved å justere kontrollsektor, som finnes på panelet.
    MERK: Den fargekoding ordningen i Doppler studier indikerer hastigheten og retningen av blodstrøm. Doppler signaler som er rødt indikerer laminær blodstrømmen mot svingeren. Doppler-signaler som er blå indikere laminær strømning bort fra transduseren. En "mosaikk" fargemønsteret indikerer regioner av turbulent eller ikke-laminær blodstrøm (som ofte oppstår i valvulær stenose eller regurgitasjon).
  7. Spill minimum to 5 s strimler (eller 100 bilder) av sanntids B-mode / 2D ekko fra hvert bildevindu for offline analyse.
    MERK: Kommersielt tilgjengelige ekko maskinene har Image Acquisition innstillinger som fanger en pre-set antall rammer eller cine-sløyfe størrelser. Bildeinnlastingen innstillingene kan endres slik at lengre cine sløyfer kan bli kjøpt opp. Erverv av bilder av høy kvalitet krever lang erfaring og eksperimentering. Investigators må finne den rette kombinasjonen av svinger plassering og plattform vinkel for å få bilder fra mange synspunkter og akustisk vinduer.

4. Evaluering av aortaklaffareal (AV) Funksjon

MERK: Vurdering av aortaklaffen funksjon inkludere kvalitative vurderinger av ventilen (f.eks oppfattet cusp tykkelse, økt ekkogenisitet grunn av klaffe forkalkning, og tilstedeværelse eller fravær av regurgitant jets bruker fargedoppler) og kvantitative mål på ventilfunksjon (f.eks peak transvalvular hastighet og spiss avstand).

  1. Begynn å avbilde aortaklaffen ved å velge B-mode bilde oppkjøpet.
  2. Med dyret sikkert festet på plattformen, og et innlegg som vender bort fra undersøkeren, vipper bordet 15-20 ° mot venstre. Dette vil bringe hjertet fremover og mot venstre, nærmere brystveggen. Påfør en generøs mengde ultralyd gel på svingeren eller direkte på enNimal bryst.
  3. Plassere transduseren parasternally, omtrent 90 ° vinkelrett på lengdeaksen av hjerte, med indeks markør av svingeren peker bakover (figur 2). Mens i 2D / B-modus, skyv svingeren cephalic til AV kommer til syne. Dette er den "korte aksen" visning av aortaklaffen.
    MERK: En normal aortaventilen har tre tynne spisser som kan åpnes vidt under systolen og lukke tilstrekkelig under diastole, slik at det ikke er noen oppgulping av blod tilbake inn i venstre hjertekammer. Cusps er svært tynn, beveger seg svært raskt, og kan ofte være utfordrende å visualisere.
  4. Roter svingeren med urviseren til bildeindeksmerkepunkter caudad. Observer aortarot, aortaklaffen, venstre ventrikkel utløpskanalen, mitralklaffen, venstre atrium, og en del av høyre ventrikkel utløpskanalen på bildevisningen.
    MERK: Dette er "parasternal lange aksen" visning av AV. Den bør sonographerforvisse seg om at det finnes to Aortaklaffefeil spisser synlige gjennom hjertesyklusen i B-mode-bilder, noe som vil tillate etterfølgende M-modus avbildning og analyse (se nedenfor).
  5. Vurdere aortarot i denne visningen. Nøye feie frem og tilbake slik at aortarot bilder inneholder de største dimensjonene av aortarot. Måle den største antero-posterior dimensjon av aorta ved hjelp av elektroniske målepunktet som er knyttet til måleverktøyet innleiret i maskinen.
  6. Lokal aortaventilen i den lange aksen. Reduser bildebredden slik at bare aortaklaffen er på bildevisning ved å justere bildebredde knappen i kontrollpanelet. Plasser M-modus linje med avhør der den krysser tips av aortaklaffen å nøyaktig vurdere aortaklaffen cusp separasjon.
  7. I M-modus visning av aorta-ventilen, måle det spissseparasjonsavstand (bokslignende utseende i den systole) ved hjelp av elektroniske målepunktet som er knyttet til Måltement verktøy innebygd i maskinen.
    MERK: Den største fordelen med M-modus bildebehandling er svært høy tidsoppløsning, som er avgjørende for vurderingen av aortaklaffen funksjon. Mens M-mode bilder av AV kan skaffes i både kort og lang akse utsikt, er parasternal lang akse syn generelt foretrukket fordi bildeplanet lar sonographer å lett identifisere retningen og plasseringen av tips av cusps under systole.
  8. Mens han fortsatt i parasternal lang akse utsikt over aortaklaffen, trykker du på styretasten fargedoppler i kontrollpanelet. Gjelde fargedoppler til det område av aortaventilen.
    MERK: Normal flyt fra venstre ventrikkel gjennom aortaklaffen under systolen er mot svingeren og dermed er kodet rødt.
  9. Dokument nærvær eller fravær av aorta oppgulp.
    MERK: pulsåreklappen regurgitasjon er en unormal strømnings som oppstår under diastole og er rettet bort fra sensorer,er; Således er det kodet blått.
  10. Trykk på Doppler styretasten pulset-bølge. Bruke sporet ballen ligger i kontrollpanelet, plasserer du pulsbølgeprøvevolum i proksimale stigende aorta, like ovenfor aortaklaffen, og pass på at vinkelen mellom ultralydstrålen og blodstrømmen er mindre enn 60 ° ved å vippe plattform og / eller svingeren. Hvis mulig, få topphastighet over aortaklaffen fra suprasternal hakk vinduet.
  11. Mål topphastighet fra den spektrale skjermen ved hjelp av elektroniske kalippere forbundet med måleverktøy innebygd i maskinen (Figur 3C og 3F).
    MERK: En mosaikk farge betyr høy strømningshastighet som er sannsynlig å inneholde ikke-laminære strømningsmønster.

5. Evaluering av Mitralklaffeareal (MV) Funksjon

MERK: Vurdering av mitralklaffen funksjon omfatter kvalitative vurderinger av ventilen (f.eks permottatte cusp tykkelse, økt ekkogenisitet grunn av klaffe forkalkning, tilstedeværelse eller fravær av regurgitant jets bruker fargedoppler) og kvantitative mål på ventilfunksjon.

  1. Plasser svingeren i apikale posisjon i B-mode. Plasser svingeren slik at den er vinklet mot hodet til musen (Figur 2C). Observer høyre ventrikkel (RV), venstre ventrikkel (LV), høyre atrium (RA), og venstre atrium (LA) på bildevisningen. vippe manuelt plattformen litt slik at dyret er i en "head-down" for å visualisere mitralklaffen som det åpnes i LV.
    MERK: apikale 4-kammer vis er den optimale visningen for å undersøke blod hastighet på tvers av mitral- og trikuspidalklaff, samt hastigheten av mitralannulus vev. Dette er også en god utsikt for å vurdere bevegelse og størrelsen av RV og interventrikulære septum.
  2. Fra den apikale 4-kammer visning, ta mitralklaffen i fokus ved å redusere bildebredde.Observer at mitralklaffen brosjyrer vises som to tynne, mobile filamenter åpne og lukke i løpet av hver hjertesyklus.
    MERK: Mitral flygeblader av en "normal" mus kan være vanskelig å visualisere hvis bildebehandling er gjort ved fysiologisk HR (dvs.> 450 bpm).
  3. Plasser M-modus markør på tvers av hjerteoperasjon vurdere tykkelsen av klaffene.
    MERK: Den fremre pakningsvedlegget er best visualisert i systolen når det er vinkelrett på ultralydstrålen (figur 4).
  4. Bruke den apikale 4-kammer visning, gjelder fargedoppler til bilde strømmen fra venstre atrium gjennom mitralklaffen under diastolen. Observer for mitralklaffen oppstøt.
    MERK: Strømnings er rettet mot transduseren og blir derfor kodet rødt. Regurgitant strømningen blir kodet blå og oppstår under systolen (figur 5).
  5. Bruke den apikale lang akse visning, bytte til pulsbølgemodus. Flytt Doppler prøvevolumet til tips avmitralklaffen pakningsvedlegget. Legg merke til de to toppene i mitral tilsig spektrale display. Dersom flygeblader ikke er godt visualisert, bruke fargedoppler å identifisere områder med lyse rødt eller mosaikk farge mønstre og plassere prøvevolumet på det tidspunktet.
    MERK: spektral visning av mitral strømmen har to topper i sakte timer (<450 bpm). I normale timer (> 450 bpm), den tidlig-(E) og sen-fylling (A) Mene er smeltet. Den spektrale Doppler fremvisning av strømningen over mitralklappen anvendes ved vurdering av venstre ventrikkel diastolisk funksjon (se trinn 7.5).

6. Evaluering av høyresidig hjerteVentilFunksjon

MERK: trikuspidalklaff og pulmonal ventiler omfatter høyresidig hjerteklaffer. Trikuspidalklaffen lett kan visualiseres i apikale lang akse visning, mens pulmonal ventilen kan visualiseres i både parasternal lange og korte aksen utsikt.

  1. Fra den apikale lang akse visning, tilt eller peke svinger tips usynge en vuggende bevegelse, slik at høyre hjertekammer er i sentrum av biletet. Reduser bildebredden slik at bare høyre ventrikkel er synlig i bildevisningen.
  2. I samme bildeplanet, visual trikuspidalklaffen brosjyrer, som vises som tynne, mobile filamenter mellom høyre atrium og høyre ventrikkel og som åpner og lukker i løpet av hver hjertesyklus.
  3. Påfør farge Doppler i regionen trikuspidalklaffen. Merknad for trikuspidalklaff oppstøt.
    MERK: Normal strømning finner sted under diastole, er rettet mot svingeren, og derfor er kodet rødt. Unormal regurgitant strømning finner sted under systole, er rettet bort fra svingeren, og derfor er kodet blått. Toppen hastighet av regurgitant strålen blir brukt til å estimere høyre ventrikulære systoliske trykket.
  4. Bevege transduseren til den parasternal kort-aksen stilling på nivået av aortaventilen. Over aortaklaffen er høyre ventrikkel outflav kanalen, pulmonal ventilen, den proksimale viktigste lungearterien, og høyre og venstre lunge arterier (figur 6).
  5. Roter svingeren med klokken til en modifisert parasternal lang-aksen stilling. Deretter vipper svinger litt oppover for å få en kort-aksen visning av pulmonal ventilen.
  6. I denne visningen bruke M-modus bildebehandling for å vurdere avstand av pulmonal ventil cusps (figur 7).
  7. Påfør farge Doppler i området ved pulmonal ventilen for å vurdere for regurgitasjon (en mosaikk-mønster, høy hastighet jet under diastole) og stenose (en mosaikk-mønster, høy hastighet jet under systole).
  8. Trykk på styretasten pulset-bølge og plassere prøvevolumet like etter pulmonal ventilen.
    MERK: Analyse av spektral doppler-visning av strømningen blir brukt til å estimere pulmonalt arterietrykk (figur 8).

7. Evaluering av hjertefunksjonen

(f.eks visuell estimering av ejeksjonsfraksjon, regionalt veggen bevegelse unormalt, og det som oppfattes som tykkelsen på veggene) og kvantitative mål på venstre ventrikkel funksjon (f.eks, ejeksjonsfraksjon, venstre ventrikkel masse, venstre ventrikkel diastolisk funksjon, og indekser av hjerteinfarkt ytelse).

  1. Oppnå en kort akse riss av LV i 2D / B-modus, med svingeren i parasternal kort-aksen stilling på nivå med papillemusklene. Flytt svinger opp og ned for å skanne LV fra basen til spissen. Observer for veggbevegelse unormalt.
  2. Fra en parasternal kort-aksen visning av venstre ventrikkel, trykker du på M-modus knappen i kontrollpanelet. Ved hjelp av spor ball, plassere M-modus markøren på midten av venstre hjertekammer hulrom på nivået av papillemusklene og obtain M-mode bilder.
  3. Måle det venstre ventrikulære hulrom dimensjon ved utgangen av diastole, hvor avstanden mellom den fremre vegg og bakre vegg er det største, og i slutt-systole, hvor den innadrettede bevegelse av både fremre og bakre vegger er maksimal (figur 9).
  4. Mål fremre og bakre veggtykkelse ved utgangen av diastole og slutt systole.
    MERK: Mens papillemusklene er en viktig landemerke for å sikre korrekt avbildning flyet, være forsiktig med å inkludere dem i noen målinger.
  5. Flytt svingeren til den apikale vinduet. Se trinn 5.1. Vurdere venstre ventrikkel diastolisk funksjon ved hjelp av pulset-bølge Doppler blodstrømmen over mitralklaffen i den apikale lang akse visning.
  6. Plasser prøvevolum på tuppen av mitralklaffen brosjyrer. Mål peak mitral tilsig hastighet fra spektral visning av pulsbølge Doppler hastigheter over mitralklaffen.
  7. Plasser prøvevolumet mellom LV inflow og avløp. Merk mitral og aorta ventil lukking og åpning signaler. Mål Isovolumisk tid for avslapping, Isovolumisk sammentrekning tid, og venstre ventrikkel utstøting tid (Figur 10).
  8. Utfør vevsdoppleravbildning (TDI) av mitralannulus i den apikale lang akse visning. Trykk på TDI styretasten og plassere prøvevolumet på den mediale aspekt av mitralannulus. Påse at prøvevolumet ikke foregripe på mitral flygeblader. Hold Doppler prøvevolumet størrelse mellom 0,21 mm og 0,27 mm. Måle den tidlige diastolisk hastighet (e ') av mitralannulus (figur 11).

8. Endelige Steps

  1. Gjennomgå de oppkjøpte bilder. Forvisse seg om at alle nødvendige bildene ble oppnådd.
  2. Fjern overflødig ultralyd gel fra brystet av musen og fjern forsiktig tapen som fester dyret på plass. Slå av anestesi.
  3. Plasser dyret på et absorberende tørkepapir(Ikke sengetøy, som kan suges eller kan blokkere luftveiene under gjenoppretting). Observere dyret til sternal recumbency er oppnådd. Hvis anestesi administreres riktig, bør utvinning skje innen 30 til 60 s.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Eksempler på bilder som er rutinemessig innhentet fra dyr hjerteultralydavbildning er inkludert i dette manuskriptet. En illustrasjon av transduser plassering på dyrets bryst er anordnet for å gi leseren en klar forståelse av hvor transduseren er posisjonert for å oppnå de bildene som beskrevet. Et fotografi av ultralyd laboratorium set-up er også inkludert for å understreke viktigheten av riktig utstyr, særlig ultralyd transducer som skal brukes og metoden for anestesi. 2D / B-mode, M-modus, og farge og Doppler viser av normale og unormale ventiler, høyre og venstre ventrikkel og aorta rot er riktig merket. Selv om belastningen-rate avbildning er ikke rutinemessig utført, er et eksempel også inkludert.

Mitralinsuffisiens er karakterisert ved en høy, vanligvis ikke-laminær blodstrømningshastigheten (mosaikk fargestoffer) over ventilen under systole (figur 5). Tilstedeværelsen av en slik mosaikk-fargedoppler strømningsmønster fra venstre ventrikkel til venstre atrium over MV, som forekommer etter QRS-komplekset i EKG, tillater en utvetydig diagnose av MR. Når dette skjer i fravær av aortaklaffen oppstøt og / eller venstre ventrikkel dysfunksjon, kan dette karakteriseres som isolert mitralklaffen prolaps. Dersom det er en betydelig utvidelse av venstre ventrikkel (på grunn av eksperimentelt indusert hjertesvikt eller overdreven anestesidybden), kan dette karakteriseres som ischemisk mitralinsuffisiens (eller regurgitasjon sekundær til kardial dysfunksjon). En pulset bølge spektral doppler skjerm kan brukes for å bekrefte tilstedeværelse og timingen av en regurgitant stråle av blodstrøm.

En normal aortaklaffen har tre tynne, bøyelige spisser som kan åpnes og lukkes tilstrekkelig i løpet av hver hjertesyklus. Aortaklaffen cusp separasjon måles i 2D-styrtM-modus i aortaventilen i en lang-aksen vis. Elektroniske calipers brukes til å måle fra den fremre kant av høyre aortaspiss til den fremre kant av den venstre aortaspiss (figur 3). Aortaklaffen spiss avstanden i normal mus er 0,9 til 1,3 mm. Doppler-farge viser en laminær strømning over ventilen og inn i aortarot under systolen. Turbulent strømning kan forstås under forhold med økt strømning, slik som i aortaventilen oppstøt, eller øket trykk, som i aorta stenose. Dette er vist som mosaikk fargestoffer i utløpskanalen. Selv små mengder av aortaklaffen oppstøt kan føre til betydelige økninger i peak transvalvular hastighet på grunn av hyperdynamic hjertefunksjon og økt venstre ventrikkel forspenning. Topp aorta hastighet hos normale mus varierer fra 0,90 m / s til 1,50 m / s. Peak aortaklaffen hastighet på> 5 m / s er registrert hos mus med alvorlig aortaklaffen stenose.

12 (figur 8). Lungearterien akselerasjonstiden er tidsintervallet fra begynnelsen av systoliske pulmonal arteriell strømmen til toppstrømningshastighet. Høyre ventrikkel utstøting tiden er intervallet mellom starten av høyre ventrikkel utstøting til det punktet hvor det er opphør av systolisk lungearterie systolisk strømning. Kombinasjonen av en forkortet lungearterie akselerasjonstiden med en reduksjon i forholdet mellom lungearterien akselerasjonstiden til høyre ventrikkel utstøting tid tyder på tilstedeværelsen av pulmonal arteriell hypertensjon (som kan bekreftes ved hjelp av invasive eller direkte målinger av pulmonal arteriell eller høyre ventrikulær trykk) .

Figur 1
Figur 1: Animal Cardiac Ultralyd Laboratory. Laboratoriet er utstyrt med den lille dyre dedikert ultralyd maskin med høy frekvens (30 MHz og 40 MHz) transdusere (MS 400 og MS 550D), isofluran diffuser, dyr plattform, temperatur og pulsmåler, 1% til 1,5% isofluran blandet med en L / min 100% O 2, nese kjegle og slange koblet til isofluran diffuser og 100% O 2, hår barberhøvel, ultralyd gel, elektrodegel, selvklebende tape og papirhåndklær. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2
Figur 2: Grunnleggende Svinger posisjoner. (A) parasternal vindu. Svingeren hodet er plassert i venstre parasternal grensen, med bildeindeks markør av svingeren rettet caudally. From denne stillingen kan oppnås en lang-aksen riss av venstre ventrikkel, aorta-ventilen, og aortarot og den korte aksen riss av pulmonal ventilen. (B) Fra parasternal vinduet, er svingeren hodet dreies mot klokken, med hakket rettet posteriorly. Fra denne stilling kan oppnås den korte aksen riss av venstre ventrikkel og aorta ventil og den lange aksen riss av pulmonal ventilen. (C) Apical vindu. Transduseren hodet er plassert på toppen av hjertet. Fra denne posisjonen, kan fås på lang akse syn på høyre og venstre ventrikkel og mitral og trikuspidalklaff. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3
Figur 3: Vurdering av aortaklaffareal Funksjon i en Normal Mouse versus aortaklaffareal funksjon i en mus med Kalsifiserte aortaklaffareal Disease. (A) 2D-bilde av en normal aorta ventil i den lange aksen vis. Merk at aortaklaffen åpner godt under systole. (B) M-modus bilde som viser normal aortaklaffen funksjon (boks-lignende utseende). Legg merke til at det spiss avstanden måles til 1,12 mm. (C) Spectral Doppler visning av topphastighet tvers over den normale aortaventilen ble meaured ved 1,3 m / s. (D) 2D-bilde av en forkalket aortaklaffen i det lange aksen utsikt fra en low-density lipoprotein receptor mangel (ldlr - / -) og apolipoprotein B100-only (apoB 100/100) mus matet med vestlig kosthold. Cusps er tykkere og har økt ekkogenisitet, noe som resulterer i begrenset åpning under systolen. (E) En M-modus bilde som viser den samme stenotiske aortaventilen viser et spiss-separasjonsavstandsmåling på 0,7 mm. (F </ Strong>) Den spektrale Doppler visning av topphastighet over stenotisk aortaklaffen ble meaured på 4,6 m / s. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 4
Figur 4: M-modus for en normal Mitralklaffeareal. Fra den apikale vinduet, er en langakse riss av mitral ventil oppnådd. M-modus linje med avhør brukes på tvers mitralklaffen pakningsvedlegget. Mens mitral pakningsvedlegget tykkelse kan teoretisk bli målt ved hjelp av elektroniske calipers, kan dette være svært utfordrende gitt den tynne, dårlig ekkogene, og raskt flytte brosjyrer over det normale mitralklaffen. Pilene peker til M-modus for mitralklaffen heftet i systole. Vennligst CLIck her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 5
Figur 5: Bevis for en Mitralklaffeareal regurgitant Jet bruker Color Doppler Imaging. Fra parasternal vinduet, er en modifisert lang-aksen riss av mitral ventil oppnådd. Color Doppler avhør viser en mosaikk-farge jet på mitralklaffen under systolen (markert med en pil). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 6
Figur 6: Long-aksen visning av hovedlungearterien og dens store grener. Den lange aksen utsikt over hovedlungepulsåren (MPA) og høyre (RPA) og venstre (LPA) grener kan fås fra paraste rnal vinduet. Retten ventrikkel utløpskanalen (RVOT), pulmonal ventilen (PV), og aorta (AO) er delvis sett. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 7
Figur 7: M-modus Bildet viser en normal pulmonal Valve. Fra parasternal vinduet kan fås både kort og lang akse utsikt over pulmonal ventilen. M-modus linje av utspørrings blir påført på tvers av pulmonal ventilen. Den pulmonal ventilen spiss separasjon (piler) avstand kan måles fra denne visningen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

10fig8.jpg "/>
Figur 8: Pulsed-bølge Doppler Interrogation av Flow Across the pulmonal Valve. Lungearterien akselerasjonstiden (Paat) er tidsintervallet fra begynnelsen av systoliske pulmonal arteriell strømmen til toppstrømningshastighet. Høyre ventrikkel utstøting tid (RVET) er intervallet mellom starten av høyre ventrikkel utstøting til det punktet hvor det er opphør av strømningen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 9
Figur 9: M-modus Bildet viser en Short-aksen Utsikt mot venstre ventrikkel. Fra parasternal vinduet, er den korte aksen visning av venstre ventrikkel oppnås ved å dreie svingeren hodet mot klokken, slik at bildeindeksmerkepunktene bakenfor eller dorsally. M-mode linje av utspørrings tilføres over venstre ventrikkel ved nivået for papillemusklene. Venstre ventrikkel ende-diastolisk dimensjon (LVEDD), venstre ventrikkel ende-systolisk dimensjon (LVESD), og fremre vegg (AW) og bakre vegg (PW) tykkelser lett kan måles. Vær forsiktig med å inkludere papillemuskel (*) i noen målinger. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 10

Figur 10: Color Doppler Evaluering og Pulsed-bølge Doppler Spectral Visning av Mitralklaffeareal Tilsig. (A) Bildet viser en fargedoppler evaluering av mitralklaffen tilsig i den apikale lang akse visning. Legg merke til at den 2D-fargedoppler Bildet kan være et viktig redskap for guiding riktig prøvevolum posisjon for kjøp av pulsbølge Doppler tracings (avbildet i panel B). (B) Spectral visning av mitralklaffen tilsig ved hjelp av pulset-bølge Doppler. Den pulsede bølge Doppler vurdering av blodstrømmen på tvers av mitral ventil (i det apikale lange aksen syn) utføres for å vurdere venstre ventrikkel diastolisk funksjon. Prøvevolumet er plassert på tuppen av mitralklaffen brosjyrer. Den Isovolumisk avslapping tid (IVRT), Isovolumisk sammentrekning tid (IVCT), venstre ventrikkel utstøting tid (LVET), og topp mitral tilsig hastighet (E) kan alle bli avledet fra spektral visning av pulsbølge Doppler hastigheter over mitralklaffen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 11
Fifigur 11: vevsdoppleravbildning av septal mitralannulus. Fra den apikale vinduet, er en langakse riss av mitral ventil oppnådd. Vevet Doppler-prøvevolumet er plassert på den septale region av mitralannulus. Forholdet mellom topp mitral innstrømningshastigheten (variabel E i figur 10B) og toppen mitral hastighet ringrom vev (e ', betegnet med hvite piler) blir brukt for å vurdere venstre ventrikkel diastolisk funksjon (ofte referert til som E / e'). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 12
Figur 12: Vurdering av Strain og Strain Rate av Venstre ventrikulære myokard. Det finnes spesialiserte analyse programvarepakker tilgjengelig kommersielt, og strekk og tøyning variabler kan væreoppnås som tiltak av tidlig eller sub-kliniske endringer i indre hjerteinfarkt kontraktile egenskaper. De eksemplene som er vist ovenfor skildre radial belastning og tøyning i vanlig-ervervet bilde fly i mus. Merk at disse bilde fly (og den påfølgende form av strekk tracings) kan variere fra bildene i mennesker, som ofte anskaffet i den apikale lang-aksen eller 4-kammer visning. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Induksjon av anestesi

Riktig induksjon og opprettholdelse av anestesi er kritisk for nøyaktig vurdering av forandringer i hjerteklaffen og hjertefunksjon hos mus. Gitt den raske induksjon av anestesi fremkalt av isofluran og den relativt lange utvaskings tiden dette bedøvelse følgende dyp anestesi, bruker vi ikke en frittstående anestesi kammer for induksjon. I stedet, som angitt i detalj ovenfor, er dyr ført direkte til det anestesi kjeglen, noe som gir mulighet for hurtig og kontrollert induksjon av anestesi ved forholdsvis lave konsentrasjoner av narkosen.

De fleste stammer av mus forbli rikelig bedøvet på mindre enn 1,5% isofluran. Den kumulative effekten av isofluran på hjertefunksjon bør overvåkes nøye, men og små reduksjoner i konsentrasjonen av bedøvelse kan være nødvendig over tid. Gjensidig, kan små trinn i konsentrasjonen av bedøvelse også være neerD cEDED. Følg nøye med dyret for enhver bevegelse (som tyder på utilstrekkelig anestesidybden) og for økning eller reduksjon i HR; Dette gir mulighet for hurtig og forebyggende behandling av anestesidybden.

I motsetning til mennesker, utløser isofluran en reduksjon i HR i mus. Mens venstre ventrikkel funksjon kan i utgangspunktet bli bevart i perioder med sterk bedøvelse administrasjon, er reduksjon i HR nesten overalt fulgt av venstre ventrikkel dilatasjon sekundært til undertrykkelse av hjertets kontraktilitet. Følgelig ejeksjonsfraksjon minker, transvalvular (aortaklaffen og mitralklaffen) peak strømningshastigheter faller, oppstår aortaklaffen nedleggelse tidlig, og vev Doppler hastigheter reduseres. Det er derfor viktig kontinuerlig å overvåke den fysiologiske tilstand til dyret for å sikre at HR fortsatt er godt over 450 slag per minutt. For personer som ikke er erfarne innen bilde mus, en tilnærming som inkluderer en dedikert sonographer ogen andre søkeren dedikert til å overvåke anestesidybden er anbefalt.

Analyse av AV-funksjon

Klinisk, American Society of Echocardiography retningslinjer 13 anbefaler kjøp av venstre ventrikkel utløpskanalen diameter og venstre ventrikkel utløpskanalen hastighet ved hjelp av pulset-bølge Doppler. Toppen trans-aortaklaff hastighet shuld måles ved hjelp av dedikerte kontinuerlig-bølge Doppler å beregne aortaklaffen området ved hjelp av kontinuitetsligningen: AVA = (CSA LVOT x VTI LVOT) / VTI AV. I fravær av disse Doppler-data, blir den anatomiske (geometrisk) tverrsnittsarealet av aorta ventilåpningen som målt ved 2D eller 3D anbefalt. Selv om transduseren har høy romlig og tidsmessig oppløsning, aorta ventil spisser kan ikke konsekvent beskrevne i den korte aksen vis. Således AV munningsareal kan ikke være nøyaktig spores. furthermore, og kanskje enda viktigere, for tiden tilgjengelig høyfrekvente små-dyr-dedikert ultralyd er ikke utstyrt med dedikert kontinuerlig bølge Doppler evne. Dermed er identifisering av en "ekte" peak transvalvular hastighet for bruk med kontinuitetsligningen eksepsjonelt utfordrende (og ikke ville bli akseptert klinisk). Likeledes kan andre kommersielt tilgjengelige ultralyd prober ikke har evnen til å ta opp meget høye hastigheter, og er således begrenset til lavere hastigheter. Gitt disse store begrensninger, kliniske avbildnings protokoller ved hjelp av systemer rettet mot høyoppløselig bilde i små dyr kan ikke være fullt fanget.

Analyse av MV funksjon

Vanligvis mus er meget motstandsdyktig mot utvikling av mitralklaffprolaps. Visualisering av en regurgitant jet over mitralklaffen i innstillingen for en rask HR kan være svært utfordrende. Videre, i human ekkokardiografi, den anterieller og bakre Mitralklaffefeil brosjyrer ses tydelig og prolapsed eller flail pakningsvedlegget er lett verdsatt. Men i mus, Mitralklaffefeil brosjyrer kan ikke være godt avgrenset til fremre og bakre, og finne en slag eller prolapsed pakningsvedlegget er svært utfordrende, gitt det lave nivået av ekkogenisitet av ikke-forkalket, tynne vev. Således vil bruken av fargedoppler for å vise en regurgitant stråle er den mest nyttige middel for å vurdere mitral ventilfunksjonen hos mus. Diagnosen isolert mitralklaffen oppstøt bør gjøres først etter nøye vurdering av venstre ventrikkel funksjon, aortaklaffen funksjon, og mitralklaffen funksjon.

Til dags dato er det ingen robuste musemodeller av mitralstenose. Økt ekko tetthet av mitralklaffen kan foreslå forkalkning, men lokalisering til enten fremre eller bakre pakningsvedlegget er vanskelig. Klinisk er en diagnose av mitralstenose gjort i innstillingen for tykke, forkalkede brosjyrer med begrenseed bevegelse. Måling av pakningstykkelsen kan gjøres ved M-modus (figur 4). Ved hjelp av Doppler blir topp E hastigheten vanligvis økt og er forbundet med forlengelser i trykk halv-tid. Dermed vil gjenerobre disse funksjonene være avgjørende i vurderingen av nye modeller av mitralstenose. Mens American Society of Ekkokardiografi anbefaler at estimering av mitralklaffearealet skjer ved hjelp av trykk pause (MV areal = 220 / trykk halv tid), har slike beregninger ikke validert hos mus 13.

Analyse av trikuspidalklaff og pulmonal klaffefunksjon

Trikuspidalklaffen vurderes for pakningsvedlegget mobilitet, valvulær stenose, og regurgitasjon. Vanligvis blir disse data uttrykt kvalitativt og på en binær måte (dvs. nærvær eller fravær av dysfunksjon). Toppen hastighet av trikuspidalklaff regurgitant jet brukes til Estimate høyre ventrikkel systolisk trykk. I tillegg er trikuspidalklaff oppstøt ikke uvanlig i normal, trykksvake mus.

Pulmonal ventilfunksjonen kan vurderes ved 2D / B-modus, M-modus, og farge-strømningsbildedannende (figur 6 og 7). Disse modaliteter brukes til å vurdere pulmonal ventilen tykkelse (f.eks synlighet eller ekkogenisitet med 2D), måle pulmonal ventilåpningen åpning (spiss avstand), og vurdere pulmonal ventilen mobilitet og coaptation (2D og fargedoppler). Pulmonal ventil oppstøt kan lett forstås med fargedoppler, som beskrevet ovenfor. Alvorlighetsgraden av pulmonal ventil oppstøt kan vurderes ved hjelp toppen retrograd blodstrøm (målt med pulset bølgedoppler) gjennom pulmonal ventilen under diastolen.

Analyse av hjertefunksjon

2D / B-mode avbildning av venstre ventrikkel i kort og lang akse utsikt gir et vis UAL vurdering av hjertefunksjon. Selv om dette avbildningsfunksjonalitet åpner for grove vurderinger av venstre ventrikkel funksjon, M-modus bildebehandling gir betydelig høyere spatiotemporal oppløsning, noe som gjør den til en overlegen teknikk i forhold til 2D / B-modus bildebehandling. Dette er veldig viktig, med tanke på at normale mus kan ha HRS spenner 450-700 bpm. Vi opprett HR over 450 slag per minutt, slik at dataene er en nær representant for ikke-bedøvet kardial fysiologi og hemodynamikk. Hvis HR er lov til å falle på grunn av overdreven anestesi og / eller over-sedasjon, venstre ventrikkel dilatasjon, reduksjoner i estimater av hjertets kontraktilitet, og dramatiske endringer i transvalvular blodhastigheter og andre kvalitative karakterisering av klaffefunksjon (f.eks endringer i mitralinsuffisiens sekundært til venstre ventrikkel dilatasjon, reduksjoner i peak aortaklaffen strømningshastighet, og reduksjoner i mitral blod tilsig hastighet) blir ofte observert.

telt "> I fravær av segment vegg-motion unormalt, ejeksjonsfraksjon (EF) og fraksjonert forkorting (FS) er svært reproduserbare målinger av venstre ventrikkel systolisk funksjon. Bruke M-modus bildebehandling, er den maksimale diastolisk og systolisk dimensjoner innhentet og brukt å beregne EF, FS, og LV masse 14, 15.

Alle disse målinger kan beregnes automatisk i programvarepakken som er knyttet til ultralyd maskin. Selv om evaluering av hjerte- og ventilfunksjonen kan utføres ved bruk av "standard" kliniske ultralydsystemer, de relativt lave nivåer av oppløsning (for eksempel 12-15 MHz prober) kan gjøre nøyaktige vurderinger av hjertesvikt og ventilfunksjon i mus utfordrende.

Diastolisk funksjon er en integrert del av vurdere funksjon av venstre ventrikkel. I kliniske studier har diastolisk hjertesvikt er funnet å være svært correlated med sykelighet og dødelighet. Diastolisk funksjon er vurdert av pulset-bølge Doppler ekkokardiografi og vevsdoppleravbildning. E / A-forhold (forholdet mellom den tidlige hurtig fyller bølge, E, og den sen-fylling bølge på grunn av atrial sammentrekning, A) og E retardasjon tid ikke er nyttige parametere for diastolisk funksjon hos mus på grunn av fusjon av E og A bølger sekundære til de svært høye HRS presenterer i riktig-bedøvet mus.

For å evaluere venstre ventrikkel diastolisk funksjon, peak mitral tilsig hastighet, Isovolumisk avslapping tid (IVRT), Isovolumisk sammentrekning tid (IVCT), venstre ventrikkel utstøting tid, og mitralannulus vev, hastighetene (e ') blir utnyttet. Disse Doppler parametrene er lett oppnåelig, målbare, og reproduserbar. Den tidlige diastolisk hastighet (e ') av mitralannulus målt med vevsdoppleravbildning er en pålitelig indikator for venstre ventrikkel hjerteinfarkt avslapping Forholdet mellom de travleste mitral tilsig hastighet og hastigheten tidlig mitralannulus vev har vært vist i kliniske studier å korrelere godt med lungekapillære innkilingstrykk 16.

Globalt venstre ventrikkel funksjon kan vurderes ved hjelp av hjerteinfarkt ytelsen indeksen, også kjent som Tei indeksen. Den inneholder både systolisk og diastolisk tidsintervaller for å muliggjøre en integrert måling av både systolisk og diastolisk venstre ventrikkel funksjon. Systolisk dysfunksjon forlenger forhånds utstøting tid (IVCT) og forkorter venstre ventrikkel utstøting tid (ET). Unormalt i diastolisk funksjon eller hjerteinfarkt avslapping kan føre til signifikant forlengelse av IVRT. Den venstre ventrikkel hjerteinfarkt Performance Index (MPI) kan beregnes som MPI = IVCT + IVRT / LVET 17. I denne sammenheng blir reduksjoner i MPI assosiert med forbedringer i hjertefunksjon, mens en høyere MPI verdi tyder på hjerteproblemer.

Emerging teknikker for å vurdere hjerte og klaffefunksjon hos mus: fremtidige retninger

tissue Doppler

Vevsdoppler kan brukes til å vurdere diastolisk funksjon ved hjelp av e, e ', og e / e' variabler, men denne fremgangsmåte er ikke i dag mye brukt. Som sådan, variabilitet og reproduserbarheten av målingene i forskjellige gnager-stammer er ikke blitt grundig testet av flere forskningsgrupper. Likevel er sannsynlig å gjøre dette til en integrert del av vurderingen av hjerte konsekvensene av bruken av E / e 'og dens korrelasjon med venstre atrial press i kliniske miljøer, potensialet for tidlig påvisning av hjerteproblemer hos mus, og søknaden til sykdomsmekanismer hjerteklaffsykdom i translasjonell forskning.

Tøyning bildebehandling

Små dyremodeller har vist seg å være et uvurderlig tOOL å forstå mekanismene bak patofysiologiske endringer i hjertefunksjon. Mens 2D og Doppler ekkokardiografi gi omfattende og ikke-invasive vurderinger av hjerte morfologi, funksjon, og hemodynamikk in vivo, de mangler sensitivitet for å oppdage tidlige forandringer i myokardfunksjon svar på kronisk trykk eller volum overbelastning (to av de vanligste stressutløst ved hjerteklaffsykdom).

Som et resultat av disse begrensninger, er det en økende interesse i bruk av klinisk brukte indekser av hjertefunksjonen, for eksempel myokardialt belastning og påkjenning hastighets som har potensial for mer nøyaktig å detektere tidlige eller subkliniske forandringer i indre myokardiale kontraktile egenskaper . Sil og tøyning bildebehandling har vært brukt med hell i gnagere på progresjon av hjertesvikt 18 og hypertensive hjertesykdom 19, reversering av hjerte dysynchronyog hjertesvikt 20, og den langsgående funksjon av hjertet i juvenile mus 21. Det anbefales at belastningen-rate avbildning anses som en supplerende avbildningsteknikk til grundige 2D og vevsdoppler-avledet tiltak av hjertefunksjonen. For å sikre at etterforskerne har en grunnleggende forståelse av prinsippene ligger til grunn for måling av hjerteinfarkt belastning og tøyning, de påfølgende avsnittene tar sikte på å gi grunnleggende prinsipper og begrensninger som ligger til grunn belastning beregning og tøyning bildebehandling.

Belastning og tøyning er utledet fra endring i lengden av myocardial fiberen i forhold til den opprinnelige lengde (i kardiologi, blir differansen mellom ende diastolisk lengde og ende systolisk lengde brukes for denne beregning). Den nøyaktige måling av forandringer i myokardial fiberlengden er komplisert ved det spiral arkitekturen av myokardielle fiberbunter, noe som resulterer i multidirectional belastning deformasjon i hele systolen (for eksempel stamme i radiell, langsgående og omkrets akser). Nyere studier på mus tyder på at vevsdoppler derived- og flekk sporing-avledet belastningsskader og tøyning deformasjoner parametere stemme godt overens med egenverdi myokardfunksjon 22. Begge teknikker krever tillegg av spesialiserte analyseprogramvare til forskningsbildesystemer, som gjør det mulig for den relativt automatisert generering av variablene av interesse (se eksempler i figur 12) 23.

Selv om belastningen bildebehandling holder løftet, kan oppkjøpet av høykvalitets 2D-bilder for prikk sporing analyse være utfordrende. Videre manuelt tracing endokardiale og epikardiale grenser for belastning måling er vanskelig og tungvint. En betydelig mengde praksis og robust evaluering av reproduserbarhet og konsistens av intra-søkerens målinger (inkludert bildekvalitet, konsekvent bildeplan, og off-line-analyse) er kritiske når man implementerer bruken av strekkmålinger for å evaluere hjertefunksjonen. Derfor bør belastning og påkjenning rente analysene utføres av helt blindet, trente etterforskere for å sikre høy kvalitet og reproduserbare data.

EKG-gated høy oppløsning ultralydavbildning

Vevsdoppleravbildning og strekkhastighet bildebehandling tillater måling av hjerteinfarkt deformasjoner enn en fullstendig hjertesyklus, men på grunn av deres tidsoppløsning (5 ms i beste fall), forblir de begrenset til global bevegelse av hjertet 24. For å oppnå høy bildefrekvens ultralydavbildning, har en annen tilnærming basert på bruk av EKG-gated datainnsamling nylig blitt foreslått for hjerte- og kar-applikasjoner. EKG-gated mekaniske og elektromekaniske bølge avbilding av hjerte-vev er basert på bildebehandling vev ved hjelp av ultralyd ved høy bildepriser, opptil 8000 bilder per s (fps), ved å synkronisere 2D-bildet oppkjøpet på EKG-signalene 24. Dette overgår klart 2D / B-mode bildefrekvens på ~ 1000 fps (som gir større oppløsning under fysiologiske forhold der pulsen er ~ 500-650 bpm i en mus), og in vivo gjennomførbarheten av denne avbildningsmetode for vurdering av ventrikkelfunksjon har blitt demonstrert i bedøvede dyr (som gir overlegen påvisning av hjertevegg bevegelse abnormiteter i små dyremodeller 25).

Stress-indusert hjertefunksjon

Mens trening testing er ofte brukt for å vurdere hjerte svar til økt organisme stress i kliniske settinger, behovet for sedasjon og / eller anestesi hos gnagere gjør umiddelbar etter trening evaluering av hjertefunksjon meget utfordrende. Det er således sannsynlig å være et klinisk farmakologisk stresstesting-relevant parallelt for å vurdere hjerte konsekvensene av hjerteklaffsykdom (alvorlig aortastenose, moderat til alvorlig mitralstenose og alvorlig primær mitralinsuffisiens). Dette vil være en særlig viktig voksende forskningsområde, gitt de siste kliniske retningslinjer som legger vekt på rollen til stresstesting for å avklare symptom status, vurdere dynamiske komponenter av klaffefeil, og avsløre subklinisk hjerteinfarkt dysfunksjon som sannsynligvis vil bli savnet i ro 26.

Som nevnt i forrige avsnitt, mus er svært motstandsdyktig mot afterload-indusert hjerteproblemer. Dermed kan dobutamin stressekkokardiografi være et svært nyttig verktøy for å oppdage tidlig fall i venstre ventrikkel som kanskje ikke er synlig i mus med varierende grad av hjerteklaffsykdom. Selv mus med alvorlig calcific aortaklaffen stenose kan ha relativt godt bevart systolisk funksjon og vil trolig gi en nyttig plattform for Application av dobutamin spenning ekkokardiografi for å forutsi det tidspunkt (og ofte meget hurtig) inntreden av hjertesvikt hos disse dyrene. Til dags dato er vi ikke kjent med undersøkelser om bruk av dobutamin stressekkokardiografi hos mus med noen grad av hjerteklaffsykdom.

3D ekkokardiografi

Klinisk, er 3D hjerteavbildning en spesielt kraftig verktøy som gjør det mulig for nøyaktige målinger av diastolisk og systolisk volum, slagvolum og minuttvolum. 3D ekkokardiografi har blitt en ny klinisk standard i vurderingen av alvorlighetsgraden av valvulær stenose ved hjelp av nøyaktig ventil arealmåling, og det gir mulighet for nøyaktig identifisering og kvantifisering av fremfall av enkelte segmenter i mitralklaffen sykdom.

Forskning ultralydsystemer med høyfrekvente svingere tillate oppkjøpet av hjerte-gated bilder og for den påfølgende offline reconstrucsjon av 3D-bilder ved hjelp av tilpassede programvarepakker. Selv om det er mulig å få 3D bilder av venstre ventrikkel ved hjelp av denne maskinvaren og programvaren kombinasjon, er dette ofte utført under relativt dype nivåer av anestesi (som senker HR og minimere luft artefakt), noe som gjør ekstrapolering av den fysiologiske betydningen av endringene i hjertefunksjon vanskelig.

Med hensyn til bruken av 3D-avbildning for å bestemme hjerteventilfunksjon i mus, er dette en svært utfordrende forslag gitt den lille størrelsen, forholdsvis lav ekkogenisitet, og høy hastighet av hjerteklaffer under normale fysiologiske betingelser. Inntil teknologiske fremskritt i bildeinnsamling og behandling tillate den klare dømmekraft av hjerteklaffer under slike forhold, har vår erfaring vært at 3D avbildning er av begrenset nytte i nøyaktig og grundig karakterisering av hjerteklaff funksjon i mus.

Kollektivt, techgiske fremskritt i små dyr bildebehandling gjør dette til en usedvanlig spennende tid å få innsikt i patofysiologiske mekanismene bak hjerteklaffsykdommer og deres hjerte konsekvenser. Vi har fast hevder at grundig evaluering av både hjerte ventil funksjon og hjertefunksjon er viktig for å forstå effekten av genetiske, farmakologiske, eller mekaniske manipulasjoner av hjertet ventil funksjon i mus. Vi håper at dette manuskriptet ikke bare vil tjene som en nyttig ressurs for etterforskere forfølge forskning på patogenesen av hjerteklaffsykdom, men vil også anspore diskusjon om de beste metodene for å vurdere klaffe og hjertefunksjon i slike studier innen vårt fagmiljø.

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 sign in or create an account.

    Usage Statistics