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Method Article
La dysfonction ventriculaire gauche constitue la dernière voie commune à une foule de troubles cardiaques. Nous fournissons ici un protocole détaillé de l’approche d’échocardiographie transthoracique de stress à la dobutamine pour une évaluation complète de la fonction ventriculaire gauche de modèles murins de maladies cardiaques ainsi que du phénotypage cardiaque.
Le dysfonctionnement ventriculaire gauche (VG) ouvre la voie finale à une multitude de troubles cardiaques. Avec l’échocardiographie de stress transthoracique non invasive à haute fréquence à la dobutamine chez l’homme, une approche d’investigation réductionniste pour démasquer les changements subtils de la fonction cardiaque est devenue possible. Ici, nous fournissons un protocole pour l’utilisation de cette technique chez la souris afin de faciliter une analyse élargie de l’architecture et de la fonction du VG en physiologie et en pathologie permettant l’observation d’altérations dans des modèles de maladies cardiaques cachées dans des cœurs non stressés. Cette investigation peut être réalisée chez un seul et même animal et permet des mesures à la fois induites par le stress basal et pharmacologique. Nous décrivons des critères détaillés pour une anesthésie appropriée, une analyse VG basée sur l’imagerie, la prise en compte de la variabilité intra- et inter-observateur et l’obtention d’une réponse inotrope positive qui peut être obtenue chez la souris après une injection intrapéritonéale de dobutamine dans des conditions physiologiques proches. Pour récapituler les caractéristiques de la physiologie humaine et de la maladie dans les modèles de petits animaux, nous soulignons les pièges critiques de l’évaluation, par exemple, un effet Bowditch prononcé chez la souris. Pour répondre davantage aux objectifs translationnels, nous comparons les effets induits par le stress chez l’homme et la souris. Lorsqu’il est utilisé dans des études translationnelles, une attention particulière doit être portée aux différences physiologiques entre la souris et l’homme. La rigueur expérimentale dicte que certains paramètres évalués chez les patients ne peuvent être utilisés qu’avec prudence en raison des restrictions de résolution spatiale et temporelle dans les modèles murins.
La caractéristique de nombreuses maladies cardiaques chez l’homme est une déficience fonctionnelle systolique et/ou diastolique du ventricule gauche (VG). Pour la détection d’anomalies structurelles, le diagnostic et la prise en charge de l’insuffisance cardiaque systolique ainsi que l’évaluation de la fonction diastolique chez les patients présentant des symptômes d’insuffisance cardiaque, l’échocardiographie est utilisée comme modalité d’évaluation fondamentale.
Étant donné que les symptômes ne sont pas spécifiques et que plus d’un tiers des patients atteints du syndrome clinique de l’insuffisance cardiaque peuvent ne pas souffrir de l’insuffisance cardiaque réelle, il est important de trouver un corrélat échocardiographique objectif pour la présentation clinique du patient1. De plus, certains symptômes occultes à l’état de repos ou statique peuvent survenir dans des conditions d’activité ou de stress. Chez les patients atteints d’une maladie coronarienne, des changements déjà mineurs dans la perfusion coronaire peuvent entraîner des anomalies régionales du mouvement de la paroi. Cependant, ces changements subtils ne peuvent pas être évalués à l’aide de l’échocardiographie conventionnelle, car les altérations des maladies cardiaques peuvent être cachées dans les cœurs non stressés. Pour mieux comprendre la physiopathologie cardiaque, l’échocardiographie de stress fournit une évaluation dynamique de la structure et de la fonction du myocarde dans des conditions d’exercice ou de stress induit par la pharmacologie, ce qui permet de faire correspondre les symptômes aux résultats cardiaques2. De plus, chez les petits animaux, cette méthode représente un outil in-vivo non invasifet fiable 3,4,5. Comme chez l’homme, la réaction de stress du myocarde peut être induite par des agents pharmacologiques chez la souris et le rat. La dobutamine est un médicament fréquemment utilisé et l’échocardiographie de stress à la dobutamine est largement réalisée chez l’homme 6,7, mais seulement parfois utilisée dans de petits modèles animaux pour évaluer la réaction au stress cardiaque 8,9,10,11. La dobutamine est une catécholamine synthétique avec un effet principalement β1-agoniste entraînant une inotropie et une chronotropie positives du cœur. Pour obtenir une traduction correcte de l’homme à la souris, la technologie et le cadre conceptuel de l’échocardiographie, les limitations techniques liées par exemple à la petite taille et à la fréquence cardiaque rapide de la souris doivent être prises en compte. La fréquence cardiaque cible humaine dans l’échocardiographie de stress à la dobutamine est de [(220-âge) x 0,85], ce qui entraîne une augmentation moyenne de la fréquence cardiaque d’environ 150 ± 10 % chez les volontaires en bonne santé12,13. Pour les souris, une telle formule fait défaut. La fraction d’éjection (FE) est décrite comme étant augmentée par l’échocardiographie de stress chez l’homme de 5 à 20 %12,14. La FE chez la souris est, en fonction de la fréquence cardiaque, rapportée entre 58 ± 11 % (< 450 bpm) et 71 ± 11 % (≥ 450 bpm) et change de près de 20 % avec des fréquences cardiaques plus élevées4. Le principal mécanisme chez la souris pour augmenter le débit cardiaque est une augmentation de la fréquence cardiaque. Ce mécanisme est en partie responsable de l’effet Bowditch ou phénomène d’escalier, une réponse cardiaque inotrope positive médiée par le calcium dépendant de la fréquence, qui est plus prononcée chez la souris que chez l’homme15,16. De plus, l’échocardiographie (de stress) est à l’origine de la variabilité intra et inter-observateur. Par conséquent, une procédure hautement normalisée est indispensable17,18.
Nous présentons ici la procédure détaillée de l’échocardiographie de stress à la dobutamine pour acquérir des images standardisées afin de démêler les changements subtils de la fonction cardiaque chez la souris dans des modèles de santé et de maladie. Les éléments clés comprennent une anesthésie adéquate, une surveillance adéquate de la fréquence cardiaque et les pièges possibles de l’imagerie induite par le stress chez la souris. Les paramètres clés sont l’évaluation de la fonction systolique et diastolique, y compris la prise en compte de la FEVG. Étant donné que les souris sont résistantes à la dysfonction cardiaque induite par la postcharge17, ce protocole peut ajouter des informations précieuses pour l’utilisation dans des modèles de cardiopathie valvulaire.
Toutes les méthodes et procédures ont été mises en œuvre conformément à toutes les réglementations pertinentes (« Convention européenne pour la protection des animaux vertébrés utilisés à des fins expérimentales et à d’autres fins scientifiques » (Directive 2010/63/UE) et les soins aux animaux ont été effectués conformément aux directives institutionnelles. Les données provenant de sujets humains ont été analysées conformément à toutes les directives institutionnelles, nationales et internationales en matière de bien-être humain et ont été approuvées par le Comité d’éthique local (20-9218-BO). Toutes les expériences ont été réalisées avec des hommes C57BL/6JRj à l’âge de 12 semaines.
1. Préparation des matériaux et des équipements
REMARQUE : La figure 1 montre un exemple de lieu de travail pour l’échographie de petits animaux.
Figure 1 : Lieu de travail de l’échographie cardiaque chez les petits animaux. Un réglage ergonomique est indispensable pour l’échocardiographie d’effort chez les petits animaux, car les temps d’examen doivent rester courts. Le lieu de travail se compose d’un appareil à ultrasons, d’un système d’anesthésie pour petits animaux avec alimentation en oxygène et évacuation active des gaz, d’une plate-forme d’échocardiographie chauffée avec ECG intégré et de capacités de mouvement via des micromanipulateurs dans le cadre d’un système de rail intégré ainsi que d’une unité de surveillance physiologique. Un chauffe-gel pour réchauffer le gel à ultrasons et une lampe chauffante sont des aides utiles. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
2. Préparation de la souris pour l’imagerie et l’induction de l’anesthésie
Figure 2 : Positionnement de l’animal et du transducteur. (A) La souris est attachée à la plate-forme chauffée avec les quatre membres fixés sur les électrodes ECG argentées. Un thermomètre rectal est inséré pour la mesure de la température corporelle. Le museau est doucement inséré dans le cône nasal du système d’anesthésie. (B) Orientation de la sonde pour la vue parasternale grand axe (PSLAX) ; Voir l’étape 3.2. (C) Orientation de la sonde pour la vue parasternale sur l’axe court (PSSAX) ; Voir l’étape 3.3. (D) Orientation de la sonde pour une vue apicale à quatre chambres (4CH) ; Voir l’étape 3.4. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
3. Imagerie cardiovasculaire de base
REMARQUE : Les images peuvent être acquises à l’aide de deux positions de base de la sonde (fenêtre d’échographie parasternale et apicale) (Figure 2) et d’au moins trois modalités d’échographie (mode B (justesse), mode M (otion) et mode Doppler (doppler couleur et doppler à ondes pulsées (PW)) (Figure 3, Figure 4, Figure 5). Pour les bases de l’imagerie, veuillez vous référer aux articles16,18 précédemment publiés. Il est essentiel d’obtenir des images claires pour la comparaison avec les images de contraintes acquises ultérieurement.
4. Imagerie du stress à la dobutamine
REMARQUE : Une fois la fréquence cardiaque cible atteinte, des vues standardisées doivent être acquises tant que la fréquence cardiaque cible est stable. Cela nécessite généralement plus d’un commutateur entre PSLAX et PSSAX. Étant donné que le basculement entre PSLAX et PSSAX ne nécessite qu’une rotation de 90°, les vues peuvent être facilement imagées.
5. Dernières étapes
6. Évaluation hors ligne
Une image échocardiographique physiologique non stressée acquise dans PSLAX est illustrée à la figure 3. Dans la diastole, les parois du ventricule apparaissent uniformément (Figure 3A) et s’épaississent dans une certaine mesure (Figure 3B,C). L’injection de 5 μg/g de poids corporel de dobutamine i.p. entraîne une augmentation significati...
L’évaluation de la fonction cardiaque induite par le stress est largement utilisée chez l’homme dans un cadre clinique à l’aide de tests d’effort ou de tests de stress pharmacologique 6,7. Étant donné que l’échocardiographie post-exercice immédiate chez les souris est très limitée en raison de la nécessité d’une sédation, l’échocardiographie de stress induite par la dobutamine est probablement la métho...
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Les auteurs remercient les sources de financement suivantes : Fondation allemande pour la recherche (UMEA Junior clinician scientist, Stephan Settelmeier ; RA 969/12-1, Tienush Rassaf ; HE 6317/2-1, Ulrike Hendgen-Cotta), Else-Kroener-Fresenius-Stiftung (2014_A216, Tienush Rassaf).
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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