Évaluation des cardiaques morphologiques et fonctionnelles changements dans le modèle de souris de Transverse Aortic Constriction par échocardiographie Imaging

Résumé

L'objectif de ce protocole est d'évaluer de manière non invasive des changements structurels et fonctionnels cardiaques dans un modèle murin de maladie cardiaque créée par constriction aortique transverse, en utilisant B et M-Mode échocardiographie et la couleur / impulsion Doppler imagerie.

Résumé

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.

Introduction

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.

Protocole

Le protocole suit les directives du soin et l'utilisation des animaux Commission institutionnelle de l'Université de Washington.

1. Procédure chirurgicale et préparation pour l'imagerie

1. Sujet C57BL / 6 au TAC ou une intervention chirurgicale fictive comme décrit précédemment ^10.
2. Une semaine après le CAT ou une intervention chirurgicale fictive, anesthésier la souris dans la chambre d'induction avec 2% d' isoflurane mélangé avec 1 L / min de O _2. Confirmer anesthetization appropriée par insensibilité aux pieds ou de la queue de pincement. Utilisez une pommade vétérinaire sur les yeux pour prévenir la sécheresse sous anesthésie. Retirez les cheveux de la poitrine en appliquant la crème d'épilation. Désinfecter la peau de souris avec 70% d'éthanol.
3. Fixer la souris à une plate-forme d'animaux de manutention en position couchée. Pour maintenir un niveau stable de l' anesthésie, utilisez un nosecone pour fournir de 0,5 à 1% d' isoflurane mélangé avec 1 L / min O _2.
4. Appliquer le gel d'électrode sur les pattes de la souris et les enregistrer sur le plot d'électrode.
5. Insérez une sonde rectale pour surveiller la température du corps. Maintenir la température du corps à 37 ° C au moyen d'un coussin chauffant ou une lampe.
6. Appliquer une couche de gel à ultrasons préchauffée à la poitrine de la souris, principalement la zone recouvrant le coeur. Remarque: retirer le gel échographique et sécher la souris avec de la gaze stérile après la procédure d'imagerie.

2. Dans la Aortic Arc View, utilisation en mode B et Doppler Imaging pour l'évaluation des Transverse Aortic Constriction

1. Utilisez le réglage en mode B pour obtenir le point de vue de l'arc aortique afin de visualiser l'aorte, les principales branches artérielles, et le site de constriction.
   1. Inclinaison vers le côté gauche de la plate-forme aussi loin que possible de faire tourner la souris en position de décubitus gauche. Tenez le transducteur ultrasonore par support en position verticale et placez-le sur la poitrine le long de la ligne parasternale droite, avec le pointage de cran vers le menton de la souris. Note: Ne pas comprimer le thorax de la souris lors de la descente du TRANSDUcer; quantité minimale de pression est nécessaire.
   2. Inclinez le transducteur vers le haut au niveau de l'omoplate et de tourner légèrement vers la droite jusqu'à l'arc aortique est en vue. Observez le site de constriction aortique transverse, qui est situé entre la ramification de l' artère iliaque (IA) et gauche artère carotide commune (ACCV) (Figure 1).
      Remarque: Aucun constriction est détecté dans la souris opération fictive.
2. Cliquez sur le bouton "Doppler couleur" sur le poste de travail pour passer en mode Doppler couleur pour surveiller la directivité et la vitesse du flux sanguin à travers le site de constriction. Acquérir et stocker des images en cliquant sur le bouton "magasin de cine".
3. Cliquez sur le bouton "Doppler" pour passer à l'impulsion mode Doppler, et le volume lieu de l'échantillon (la boîte de curseur en pointillés) immédiatement distal du site de constriction à la recherche du jet sténosée avec la plus grande vitesse, puis cliquez sur le bouton "Doppler" pour obtenir des formes d'onde de fl aortiquela vitesse de pointe ow et mesurer (Figure 2).
4. Calculer un gradient de pression à travers le site de restriction en utilisant l' équation de Bernoulli modifiée: gradient de pression = 4 x V _max ^2. inclure uniquement les souris avec un gradient de pression allant de 40 à 80 mmHg pour une analyse ultérieure.

3. Dans le parasternale long Axis View, utilisation en mode B et M-Mode d'imagerie pour évaluer cardiaques Dimensions et contractilité

1. Avec la souris se trouvant dans la position couchée sur la plate-forme, maintenez le transducteur de façon verticale avec le pointage de cran à la tête de la souris. Abaisser le transducteur sur le thorax parallèle à la ligne parasternale gauche et tourner à 30 ° dans le sens antihoraire.
2. Utilisez l'imagerie en mode B pour obtenir un plein axe vision à long terme "sagittal" du cœur. Ajustez l'angle du transducteur et concentrer la profondeur pour visualiser ventricule gauche, la paroi septale intraventriculaire, et une légère partie de la paroi ventriculaire droite. Save les images pour les mesures ultérieures de l'épaisseur de la paroi cardiaque et la dimension de la chambre. Utilisation de "package cardiaque", sélectionnez des paramètres tels que IVS ou LVAW, lvid et LVPW, puis cliquez sur l'image pour dessiner des lignes correspondantes pour chaque paramètre pour obtenir les mesures.
3. Observer les habitudes de déplacement de la paroi cardiaque et vérifier les anomalies de mouvement possibles, y compris l'akinésie, hypokinésie et asynchronisme.
   Note: akinésie et hypokinesia désignent la perte totale et partielle du mouvement de la paroi cardiaque, respectivement. Asynchronisme dénote irrégulière, non coordonnée mouvement de la paroi cardiaque.
4. Passez en mode M, le lieu M mode curseur perpendiculaire aux parois BT au niveau du muscle papillaire, et acquérir des images pour la mesure ultérieure des dimensions cardiaques et la fraction de raccourcissement (figure 3).

4. Dans le parasternale court Axis View, utilisation en mode B et M-Mode d'imagerie pour évaluer cardiaque Morphologie et fonction

1. From la vue parasternale long axe, obtenir parasternale vue axe court en faisant tourner le transducteur de 90 ° dans le sens horaire. Ajustez le transducteur pour donner un "transversal" vue en coupe horizontale du cœur en mode B, avec les deux muscles papillaires clairement visibles et situés à droite (la position 2 et 4 heures).
2. Passez en mode M et placez l'axe en mode M à la mi-niveau du ventricule gauche. Acquérir et stocker des images pour des mesures ultérieures de l' épaisseur de la paroi cardiaque, dimension de la chambre, et la fraction de raccourcissement (figure 4). Utilisation de "package cardiaque", sélectionnez les paramètres dans SAX (axe court), y compris IVS ou LVAW, lvid et LVPW, et cliquez sur l'image pour tracer des lignes correspondantes pour chaque paramètre pour obtenir les mesures.
   Remarque: Les mesures obtenues ici devraient correspondre étroitement à ceux obtenus dans la vue de l' axe à long parasternale (Figure 5).

5. Dans la vue apicale Quatre-chambre, utilisationDoppler Imaging pour évaluer la fonction diastolique et systolique

1. Obtenir la vue apicale quatre cavités pour visualiser ventricules gauche et droit avec les oreillettes au bas de l'écran. En mode B, du point de vue de l'axe court, inclinez le coin supérieur gauche de la plate-forme à l'angle de la tête de la souris vers le bas et orienter le transducteur vers l'épaule droite de la souris. Ceci est essentiellement de parvenir à une vue "coronal" du cœur regardant vers le sommet.
2. Visualisez la valve mitrale en mode B, et passer en mode Doppler couleur, en plaçant le volume de l'échantillon (la boîte de curseur en pointillés) à la pointe de la valve mitrale.
3. Passer en mode Doppler pour évaluer les modèles d'écoulement à travers la valvule mitrale. Aligner la sonde Doppler curseur parallèlement à la direction du flux sanguin mitrale. Utilisez un angle de la sonde inférieure à 20 ° pour déterminer la vitesse de pointe (figure 6).
4. Enregistrez les images pour les mesures ultérieures. Utilisez "package cardiaque" et sélectionnez "flux MV». Cliquez sur chaque paramètre et tracer des lignes correspondant à obtenir les mesures des mesures disponibles comprennent:. E vitesse de pointe (remplissage précoce avec la relaxation ventriculaire active), pic Une vitesse (remplissage en retard avec la contraction auriculaire), la relaxation isovolumique mitrale et temps de contraction (IVRT et IVCT respectivement), et le temps d'éjection (eT).
5. Calculer l'indice de performance myocardique (MPI) par MPI = (IVCT + IVRT) / ET.

Traitement 6. post-procédurale des animaux

1. Donnez l'analgésie et / ou une solution saline stérile intrapéritonéale aux animaux chirurgicaux lorsque cela est nécessaire.
2. Laisser l'animal de récupérer sur un coussin chauffant en position couchée. Ne pas laisser un animal sans surveillance jusqu'à ce qu'il ait repris connaissance suffisante pour maintenir décubitus sternale. Ne retournez pas un animal qui a subi la procédure à la compagnie d'autres animaux jusqu'à guérison complète.

Résultats

La figure 1 montre les images en mode B de la vue de l' arc aortique du coeur de souris soumis à sham (figure 1A) ou la chirurgie TAC (figure 1B). La crosse de l'aorte, l'artère iliaque, gauche artère carotide commune et gauche artère sous-clavière sont présentés. Notez que la constriction aortique est clairement visible dans TAC mais pas feignants cœur. Images Doppler couleur de la vue de l' aorte sont présenté...

Discussion

L' échocardiographie a été largement utilisé pour évaluer la fonction cardiaque dans des modèles rongeurs de ^2,6 de maladie cardiaque. Par rapport aux méthodes invasives ou terminaux comme pression-volume de mesure de la boucle ¹¹ et ex vivo travaillant coeur ^12, l' échocardiographie fournit un outil puissant, non invasive pour évaluer les changements structurels et fonctionnels cardiaques en cours chez les animaux vivants. Pour obtenir des données fiables, il ...

matériels

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