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Method Article
La disfunción ventricular izquierda constituye la última vía común para una serie de trastornos cardíacos. Aquí proporcionamos un protocolo detallado del enfoque de ecocardiografía de esfuerzo transtorácico con dobutamina para la evaluación integral de la función ventricular izquierda de modelos murinos de enfermedad cardíaca, así como el fenotipado cardíaco.
La disfunción del ventrículo izquierdo (VI) allana el camino final para una multitud de trastornos cardíacos. Con la ecocardiografía de esfuerzo transtorácica no invasiva de alta frecuencia con dobutamina en humanos, se ha hecho posible un enfoque de investigación reduccionista para desenmascarar los cambios sutiles en la función cardíaca. Aquí, proporcionamos un protocolo para el uso de esta técnica en ratones para facilitar un análisis ampliado de la arquitectura y la función del VI en fisiología y patología, permitiendo la observación de alteraciones en modelos de enfermedad cardíaca oculta en corazones no estresados. Esta investigación se puede realizar en un mismo animal y permite realizar mediciones tanto basales como farmacológicas inducidas por estrés. Describimos criterios detallados para la anestesia adecuada, el análisis del VI basado en imágenes, la consideración de la variabilidad intra e interobservador y la obtención de una respuesta inotrópica positiva que se puede lograr en ratones después de la inyección intraperitoneal de dobutamina en condiciones fisiológicas cercanas. Para recapitular las características de la fisiología y la enfermedad humanas en modelos de animales pequeños, destacamos los escollos críticos en la evaluación, por ejemplo, un pronunciado efecto Bowditch en ratones. Para cumplir aún más con los objetivos traslacionales, comparamos los efectos inducidos por el estrés en humanos y ratones. Cuando se utiliza en estudios traslacionales, se debe prestar atención a las diferencias fisiológicas entre ratones y humanos. El rigor experimental dicta que algunos parámetros evaluados en pacientes solo pueden usarse con precaución debido a las restricciones en la resolución espacial y temporal en modelos de ratón.
La característica distintiva de muchas enfermedades cardíacas en humanos es un deterioro funcional sistólico y/o diastólico del ventrículo izquierdo (VI). Para la detección de anomalías estructurales, el diagnóstico y el tratamiento de la insuficiencia cardíaca sistólica, así como la evaluación de la función diastólica en pacientes con síntomas de insuficiencia cardíaca, la ecocardiografía se utiliza como una modalidad de evaluación fundamental.
Dado que los síntomas son inespecíficos y que más de un tercio de los pacientes con el síndrome clínico de insuficiencia cardíaca pueden no padecer la insuficiencia cardíaca real, es importante encontrar un correlato ecocardiográfico objetivo para la presentación clínica del paciente1. Además, algunos síntomas que son ocultos en el estado de reposo o estático pueden ocurrir en condiciones de actividad o estrés. En los pacientes con enfermedad de las arterias coronarias, los cambios ya menores en la perfusión coronaria pueden provocar anomalías en el movimiento de la pared regional. Sin embargo, estos cambios sutiles no se pueden evaluar mediante la ecocardiografía convencional, ya que las alteraciones de la enfermedad cardíaca pueden ocultarse en los corazones no estresados. Para obtener una comprensión más profunda de la fisiopatología cardíaca, la ecocardiografía de esfuerzo proporciona una evaluación dinámica de la estructura y función miocárdica en condiciones de ejercicio o estrés inducido farmacológico, lo que permite hacer coincidir los síntomas con los hallazgos cardíacos2. Además, en pequeños animales, este método representa una herramienta in-vivo confiable y no invasiva 3,4,5. Al igual que en los humanos, la reacción de estrés del miocardio puede inducirse a través de agentes farmacológicos en ratones y ratas. La dobutamina es un fármaco de uso frecuente y la ecocardiografía de estrés con dobutamina se realiza ampliamente en humanos 6,7 pero solo a veces se utiliza en modelos de animales pequeños para evaluar la reacción de estrés cardíaco 8,9,10,11. La dobutamina es una catecolamina sintética con un efecto predominantemente β1-agonístico que da lugar a una inotropía y cronotropía positivas del corazón. Para lograr una traducción correcta de humano a ratón, la tecnología y el marco conceptual de la ecocardiografía, se deben tener en cuenta las limitaciones técnicas relacionadas, por ejemplo, con el pequeño tamaño y la frecuencia cardíaca rápida en el ratón. La frecuencia cardíaca objetivo humana en la ecocardiografía de esfuerzo con dobutamina es [(220-edad) x 0,85], lo que resulta en un aumento promedio de la frecuencia cardíaca de aproximadamente 150 ± 10% en voluntarios sanos12,13. En el caso de los ratones, falta una fórmula de este tipo. Se ha descrito que la fracción de eyección (FE) se incrementa mediante ecocardiografía de esfuerzo en humanos en un 5-20%12,14. La FE en ratones, dependiendo de la frecuencia cardíaca, se reporta entre 58 ± 11% (< 450 lpm) y 71 ± 11% (≥ 450 lpm) y cambia en casi un 20% con frecuencias cardíacas más altas4. El principal mecanismo en ratones para aumentar el gasto cardíaco es un aumento de la frecuencia cardíaca. Parcialmente responsable de este mecanismo es el efecto Bowditch o fenómeno de escalera, una respuesta cardíaca inotrópica positiva mediada por calcio dependiente de la frecuencia, que es más pronunciada en ratones que en humanos 15,16. Además, la ecocardiografía (de esfuerzo) subyace a la variabilidad intra e interobservador. Por lo tanto, es indispensable un procedimiento altamente estandarizado17,18.
Aquí presentamos el procedimiento detallado de la ecocardiografía de estrés con dobutamina para adquirir imágenes estandarizadas para desentrañar cambios sutiles en la función cardíaca en ratones en modelos de salud y enfermedad. Los componentes clave incluyen una anestesia adecuada, un monitoreo adecuado de la frecuencia cardíaca y posibles dificultades en las imágenes inducidas por el estrés en ratones. Los parámetros clave son la evaluación de la función sistólica y diastólica, incluida la consideración de la FEVI. Debido a que los ratones son resistentes a la disfunción cardíaca inducida por la poscarga17, este protocolo puede agregar información valiosa para su uso también en modelos de enfermedad cardíaca valvular.
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Todos los métodos y procedimientos se llevaron a cabo de acuerdo con todas las regulaciones pertinentes ('Convenio Europeo para la Protección de los Animales Vertebrados Utilizados para Experimentación y otros Fines Científicos' (Directiva 2010/63/UE) y el cuidado de los animales se realizó de acuerdo con las directrices institucionales. Los datos de los sujetos humanos se analizaron de acuerdo con todas las directrices institucionales, nacionales e internacionales para el bienestar humano y fueron aprobados por el Comité de Ética Local (20-9218-BO). Todos los experimentos se han realizado con machos C57BL/6JRj a la edad de 12 semanas.
1. Preparación de materiales y equipos
NOTA: La Figura 1 muestra un ejemplo de un lugar de trabajo de ultrasonido para animales pequeños.
Figura 1: Lugar de trabajo de ecografía cardíaca en animales pequeños. Un entorno ergonómico es indispensable para la ecocardiografía de esfuerzo en animales pequeños, ya que los tiempos de examen deben ser cortos. El lugar de trabajo consta de una máquina de ultrasonidos, un sistema de anestesia para pequeños animales con suministro de oxígeno y escape de gas activo, una plataforma de ecocardiografía calefactada con ECG integrado y capacidades de movimiento a través de micromanipuladores como parte de un sistema de rieles integrado, así como una unidad de monitoreo fisiológico. Un calentador de gel para calentar el gel de ultrasonido y una lámpara de calor son ayudas útiles. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
2. Preparación del ratón para la obtención de imágenes y la inducción de la anestesia
Figura 2: Posicionamiento del animal y del transductor. (A) El ratón está unido a la plataforma calentada con las cuatro extremidades fijadas en los electrodos de ECG plateados. Se inserta un termómetro rectal para medir la temperatura corporal. El hocico se inserta suavemente en el cono de la nariz del sistema de anestesia. (B) Orientación de la sonda para la vista del eje largo paraesternal (PSLAX); Consulte el paso 3.2. (C) Orientación de la sonda para la vista del eje corto paraesternal (PSSAX); Consulte el paso 3.3. (D) Orientación de la sonda para la vista apical de cuatro cámaras (4CH); Consulte el paso 3.4. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
3. Imágenes cardiovasculares básicas
NOTA: Las imágenes se pueden adquirir utilizando dos posiciones básicas del transductor (ventana de ultrasonido paraesternal y apical) (Figura 2) y al menos tres modalidades de ultrasonido (modo B(rectitud), modo M(otion) y modo Doppler (Doppler color y Doppler de onda pulsada (PW)) (Figura 3, Figura 4, Figura 5). Para conocer los conceptos básicos de imagen, consulte los artículospublicados anteriormente 16,18. Es fundamental obtener imágenes claras para la comparación con las imágenes de estrés adquiridas posteriormente.
4. Imágenes de estrés con dobutamina
NOTA: Una vez que se alcanza la frecuencia cardíaca objetivo, se deben adquirir vistas estandarizadas siempre que la frecuencia cardíaca objetivo sea estable. Por lo general, esto requiere más de un cambio entre PSLAX y PSSAX. Debido a que el cambio entre PSLAX y PSSAX solo requiere una rotación de 90°, las vistas se pueden visualizar fácilmente.
5. Pasos finales
6. Evaluación fuera de línea
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En la Figura 3 se muestra una imagen ecocardiográfica fisiológica sin estrés adquirida en PSLAX. En la diástole, las paredes del ventrículo aparecen uniformemente (Figura 3A) y se engrosan hasta cierto punto (Figura 3B, C). La inyección de 5 μg/g de dobutamina i.p. en el peso corporal conduce a un aumento significativo de la frecuencia cardía...
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La evaluación de la función cardíaca inducida por el estrés es ampliamente utilizada en humanos en un entorno clínico mediante pruebas de esfuerzo o pruebas de esfuerzo farmacológico 6,7. Debido a que la ecocardiografía inmediata después del ejercicio en ratones es muy limitada debido a la necesidad de sedación, es probable que la ecocardiografía de esfuerzo inducida por dobutamina sea el método más traslacional para ...
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Los autores no tienen nada que revelar.
Los autores mencionan las siguientes fuentes de financiación: Fundación Alemana de Investigación (UMEA Junior Clinician Scientist, Stephan Settelmeier; LR 969/12-1, Tienush Rassaf; HE 6317/2-1, Ulrike Hendgen-Cotta), Else-Kroener-Fresenius-Stiftung (2014_A216, Tienush Rassaf).
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
Activated Charcoal Filter | UNO BV | 180000140 | http://www.unobv.com/Rest%20Gas%20Filters.html |
Aquasonic 100 Ultrasound Transmission Gel | Parker Laboratories | 001-02 | https://www.parkerlabs.com/aquasonic-100.asp |
Chemical Hair removal lotion | General Supply | - | |
Cotton Swaps | General Supply | - | |
ddH2O | General Supply | - | |
Dobutamine | Carinopharm | 71685.00.00 | https://www.carinopharm.de/stammsortiment/#103 |
Flowmeter for laboratory animal anesthesia | UNO BV | SF3 | http://www.unobv.com/Flowmeters.html |
Gas Exhaust Unit | UNO BV | - | http://www.unobv.com/Gas%20Exhaust%20Unit.html |
Heating Lamp | Philips | - | |
Induction Box | UNO BV | - | http://www.unobv.com/Induction%20box.html |
Medical Sharps Container | BD | 305626 | https://legacy.bd.com/europe/safety/de/products/sharps/ |
MX400 ultrasound transducer (20-46 Mhz) | VisualSonics | MX400 | https://www.visualsonics.com/product/transducers/mx-series-transducers |
Octenisept disinfectant | Schuelke | 173711 | https://www.schuelke.com/de-de/produkte/octenisept.php |
Omnican F syringe with needle 1ml | B. Braun | 9161502S | https://www.bbraun.de/de/products/b60/omnican-f.html |
Paper Towels | General Supply | - | |
Signacreme Electrode Cream | Parker Laboratories | 017-05 | https://www.parkerlabs.com/Signacreme.asp |
Standard Gauze Pads | BeeSana Meditrade | 4852728 | https://www.meditrade.de/de/wundversorgung/verbandstoffe/beesana-mullkompresse/ |
Thermasonic Gel Warmer | Parker Laboratories | 82-03-20 CE | https://www.parkerlabs.com/thermasonic_apta_sbp.asp |
Transpore Tape | 3M | 1527NP-0 | https://www.3mdeutschland.de/3M/de_DE/unternehmen-de/produkte/~/3M-Transpore-Fixierpflaster/ |
Vaporizer Sigma Delta | UNO BV | - | http://www.unobv.com/Vaporizers.html |
Vevo 3100 high-frequency preclinical ultrasound imaging system | VisualSonics | Vevo3100 | https://www.visualsonics.com/product/imaging-systems/vevo-3100 * required software package: Cardiovascular package; B-mode, M-mode, pulsed-wave doppler mode |
Vevo Imaging Station with integrated rail system, heated platform and physiological monitoring unit | VisualSonics | - | https://www.visualsonics.com/product/accessories/imaging-stations |
VevoLab Analysis Software | VisualSonics | Vers. 3.2.5 | https://www.visualsonics.com/product/software/vevo-lab *required software package: Vevo Strain, LV analysis |
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