Evaluación de la cardíaco morfológica y funcional Los cambios en el modelo de ratón de la constricción de la aorta transversa por ecocardiográfico Imaging

Resumen

El objetivo de este protocolo es evaluar de forma no invasiva los cambios estructurales y funcionales cardiacas en un modelo de ratón de la enfermedad cardíaca creado por constricción de la aorta transversal, utilizando B y en modo M ecocardiografía y color / de pulso Doppler de onda.

Resumen

Transverse aortic constriction (TAC) in mice has been used as a valuable model to study mechanisms of cardiac hypertrophy and heart failure¹. A reliable noninvasive method is essential to assess real-time cardiac morphological and functional changes in animal models of heart disease. Transthoracic echocardiography represents an important tool for noninvasive assessment of cardiac structure and function². Here we used a high-resolution ultrasound imaging system to monitor myocardial remodeling and heart failure progression over time in a mouse model of TAC. B-mode, M-mode, and Doppler imaging were used to precisely assess cardiac hypertrophy, ventricular dilatation, and functional deterioration in mice following TAC. Color and pulse wave (PW) Doppler imaging was used to noninvasively measure pressure gradient across the aortic constriction created by TAC and to assess transmitral blood flow in mice. Thus transthoracic echocardiographic imaging provides comprehensive noninvasive measurements of cardiac dimensions and function in mouse models of heart disease.

Introducción

Mouse models of heart disease, such as TAC and myocardial infarction (MI), have been proven to be valuable to study disease mechanisms as well as to develop novel therapeutic strategies³. TAC initially induces compensatory hypertrophy, but prolonged pressure overload leads to cardiac dilatation and heart failure⁴. The tightness of the aortic constriction directly determines the degree of cardiac hypertrophy and its transition to heart failure. Noninvasive and reliable measurement of pressure gradient across the aortic constriction is essential for the success of these studies. Doppler imaging has been used to assess pressure gradient produced by TAC⁵, which is a noninvasive alternative for catheter-based pressure measurement.

Echocardiography has been widely used to noninvasively measure cardiac morphology as well as systolic and diastolic function in mice^6-8. Two-dimensional B-mode imaging is used to detect abnormal movements or structural changes of the heart. One-dimensional M-mode imaging is used for quantification of cardiac dimensions and contractility. Color and PW Doppler imaging has recently been used on rodent ultrasound, which has broad applications for echocardiography, including measurement of flow directionality and velocity, as well as systolic and diastolic performance⁹.

Longitudinal real-time monitoring of cardiac function using echocardiography in B-mode, M-mode, color and PW Doppler mode provides comprehensive assessment of cardiac structure and function in mice under physiological and pathological conditions. Here we provide a detailed description of the use of echocardiographic imaging to monitor dynamic cardiac morphological and functional changes in mice following TAC or sham surgery.

Protocolo

El protocolo sigue las directrices del Comité para el Cuidado y Uso de Animales Institucional de la Universidad de Washington.

1. Procedimiento Quirúrgico y preparación de la Imagen

1. Asunto C57BL / 6 ratones para TAC o cirugía simulada como se describió previamente ^10.
2. Una semana después de TAC o cirugía simulada, anestesiar el ratón en la cámara de inducción con 2% de isoflurano mezclado con 1 L / min O _2. Confirmar la anestesia adecuada por falta de respuesta a los pies o pellizcar la cola. Utilice la pomada veterinaria en los ojos para evitar la sequedad, mientras que bajo anestesia. Quitar el pelo en el pecho mediante la aplicación de crema de depilación. Desinfectar la piel del ratón con un 70% de etanol.
3. Asegure el ratón a una plataforma de manejo de los animales en la posición supina. Para mantener un nivel constante de anestesia, utilizar un cono de nariz para entregar 0,5-1% de isoflurano mezclado con 1 L / min O _2.
4. Aplicar el gel de electrodos a las patas del ratón y papeles pegados a la almohadilla de electrodo.
5. Insertar una sonda rectal para controlar la temperatura del cuerpo. Se mantiene la temperatura corporal a 37 ° C a través de una almohadilla térmica o una lámpara.
6. Aplicar una capa de gel de ultrasonido pre-calentado en el pecho ratón, principalmente la zona que recubre el corazón. Nota: remover el gel de ultrasonido y secar el ratón con una gasa estéril después del procedimiento de formación de imágenes.

2. En el arco aórtico ver, utilizar el modo B y Doppler Imaging para Evaluar constricción de la aorta transversa

1. Use la configuración en modo B para obtener el punto de vista del arco aórtico con el fin de visualizar la aorta, las principales ramas arteriales, y el sitio de la constricción.
   1. Incline el lado izquierdo de la plataforma hasta la medida de lo posible girar el ratón en posición de decúbito izquierdo. Mantener el transductor de ultrasonido por stand en posición vertical y colocarlo en el pecho a lo largo de la línea paraesternal derecha, con la que apunta la muesca hacia la barbilla del ratón. Nota: No comprimir el tórax del ratón al bajar el TRANSDucer; Se requiere cantidad mínima de presión.
   2. Inclinar el transductor al nivel de la escápula y gire ligeramente hacia la derecha hasta el arco aórtico está a la vista. Observe el sitio de constricción de la aorta transversal, que se encuentra entre la bifurcación de la arteria innominada (IA) e izquierda de la arteria carótida común (ACCV) (Figura 1).
      Nota: No se constricción se detecta en ratones con operación simulada.
2. Haga clic en el botón "Doppler color" en la estación de trabajo para cambiar al modo Doppler color para controlar la direccionalidad y la velocidad del flujo sanguíneo a través del sitio de la constricción. Adquirir y almacenar las imágenes haciendo clic en el botón de "tienda de cine".
3. Haga clic en el botón "Doppler" para cambiar al por pulso Doppler de onda, y el volumen de ejemplo de lugar (el cursor de cuadro de trazos) inmediatamente distal al lugar de la constricción para buscar el chorro estenótica con la velocidad más alta, a continuación, haga clic en el botón "Doppler" para obtener formas de onda de fl aórticala velocidad de pico flujo y medir (Figura 2).
4. Calcula gradiente de presión a través del sitio de la constricción del uso de Bernoulli modificada ecuación: gradiente de presión = 4 x ² V _máx. Sólo incluir ratones con un gradiente de presión que varía de 40 a 80 mmHg para su posterior análisis.

3. En el eje paraesternal largo ver, utilizar el modo B y M-modo de imagen para valorar la contractilidad cardíaca y Dimensiones

1. Con el ratón tumbado en posición supina en la plataforma, mantener el transductor de forma vertical con la muesca apuntando a la cabeza del ratón. Bajar el transductor sobre el tórax paralela a la línea paraesternal izquierda y girar 30 ° en sentido antihorario.
2. Usar imágenes en modo B para obtener un eje largo completo "sagital" del corazón. Ajuste el ángulo del transductor y centrarse profundidad de visualizar ventrículo izquierdo, la pared septal intraventricular, y una ligera parte de la pared ventricular derecha. Save las imágenes para las mediciones posteriores de espesor de la pared cardíaca y dimensión de la cámara. El uso de "paquete cardiaca", seleccionar parámetros tales como IVS o LVAW, DdV y VEPP, y haga clic en la imagen para dibujar líneas correspondientes de cada parámetro para obtener las mediciones.
3. Observar los patrones de movimiento de la pared cardíaca y controlar los posibles anomalías en el movimiento, incluyendo la acinesia, hipocinesia, y la asincronía.
   Nota: acinesia e hipocinesia denotar pérdida completa y parcial de movimiento de la pared cardíaca, respectivamente. Asincronía denota movimiento irregular, falta de coordinación cardiaca pared.
4. Cambiar al modo M, el modo M-lugar del cursor perpendicular a las paredes del LV a nivel del músculo papilar, y adquirir imágenes para la medición posterior de las dimensiones cardíacas y la fracción de acortamiento (Figura 3).

4. En el eje corto paraesternal ver, utilizar el modo B y M-modo de imagen para valorar la función cardiaca y Morfología

1. from el eje longitudinal paraesternal, obtener paraesternal eje corto rotando el transductor 90 ° en sentido horario. Ajuste el transductor para dar una visión horizontal de la sección transversal "transversal" del corazón en modo B, con las dos músculos papilares claramente visibles y situados a la derecha (la posición 2 y 4 en punto).
2. Cambiar al modo M y colocar el eje en modo M en el nivel medio del ventrículo izquierdo. Adquirir y almacenar imágenes para mediciones posteriores del espesor de la pared cardiaca, dimensión de la cámara, y la fracción de acortamiento (Figura 4). El uso de "paquete cardiaca", seleccionar los parámetros en SAX (eje corto) incluyendo IVS o LVAW, DdV y VEPP, y haga clic en la imagen para dibujar líneas que corresponden a cada parámetro para obtener las mediciones.
   Nota: Las mediciones obtenidas aquí deben correlacionarse estrechamente con los obtenidos en el eje largo paraesternal (Figura 5).

5. En el apical de cuatro cámaras Vista, usoDoppler para evaluar la función sistólica y diastólica

1. Obtener el plano apical de cuatro cámaras para visualizar los ventrículos derecho e izquierdo con las aurículas en la parte inferior de la pantalla. En el modo B, desde el punto de vista de eje corto, incline la esquina superior izquierda de la plataforma al ángulo de la cabeza del ratón y orientar el transductor hacia el hombro derecho del ratón. Esto es esencialmente a lograr una visión "corona" del corazón mirando hacia el ápice.
2. Visualizar la válvula mitral en modo B, y cambiar al modo Doppler color, colocando el volumen de muestra (el cursor de cuadro de trazos) en la punta de la válvula mitral.
3. Cambiar a modo Doppler para evaluar los patrones de flujo a través de la válvula mitral. Alinear la sonda Doppler cursor paralelo a la dirección del flujo sanguíneo mitral. Utilice un ángulo de sonda de menos de 20 ° para determinar la velocidad de pico (Figura 6).
4. Guardar las imágenes para las mediciones posteriores. Use "paquete cardiaco" y seleccione "flujo MV. "Haga clic en cada parámetro y trazar líneas correspondientes para obtener las mediciones mediciones disponibles incluyen:. Pico de la onda E mitral (a principios de llenado con la relajación ventricular activo), velocidad máxima de la (finales de llenado con la contracción auricular), la relajación isovolumétrica mitral y tiempos de contracción (TRIV y IVCT respectivamente), y el tiempo de eyección (ET).
5. Calcular el índice de función miocárdica (MPI) MPI = (+ IVCT TRIV) / ET.

6. Tratamiento Post-procesal de los Animales

1. Dar analgesia y / o solución salina estéril por vía intraperitoneal a los animales quirúrgicos cuando sea necesario.
2. Deje que el animal se recupere en una almohadilla térmica en la posición prona. No deje un animal sin vigilancia hasta que se haya recuperado el conocimiento suficiente para mantener decúbito esternal. No devuelva un animal que ha sido sometido al procedimiento de la compañía de otros animales hasta que esté completamente recuperado.

Resultados

La figura 1 muestra las imágenes en modo B de la vista del arco aórtico del corazón de ratón sometido a tratamiento simulado (Figura 1A) o cirugía TAC (Figura 1B). El arco de la aorta, la arteria innominada, arteria carótida común izquierda y la arteria subclavia izquierda se muestran. Tenga en cuenta que la constricción de la aorta es claramente visible en la TAC, pero no simulado corazón. Las imágenes en color Doppler de vist...

Discusión

La ecocardiografía se ha utilizado ampliamente para evaluar la función cardíaca en modelos de roedores de ^2,6 enfermedades del corazón. En comparación con los métodos invasivos o terminales tales como presión-volumen de medición de bucle ¹¹ y ex vivo de trabajo del corazón ^12, ecocardiografía proporciona una herramienta poderosa, no invasivo para evaluar los cambios estructurales y funcionales cardíacos en curso en animales vivos. Para obtener datos fiables, es import...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Anesthesia equipment	Harvard Apparatus, 84 October Hill Road Holliston, MA	723015
Vevo 2100 Imaging System	VisualSonics Inc., 3080 Yonge Street Suite 6100, Box 66, Toronto, Ontario, Canada	Vevo 2100
Aquasonic ultrasound gel	Parker Laboratories, 286 Eldridge Rd, Fairfield, NJ	03-50
Isoflurane	Piramal Healthcare, Inc, 3950 Schelden Circle Bethlehem, PA	NDC 66794-017-25
F/air anesthesia gas filter unit	A.M. Bickford, Inc, 12318 Big Tree Rd, Wales Center, NY	80120