Valutazione del Cardiac morfologiche e funzionali Variazioni modello murino di trasversale aortica costrizione da parte ecocardiografica Imaging

Riepilogo

L'obiettivo di questo protocollo è quello di valutare in modo non invasivo i cambiamenti strutturali e funzionali cardiaci in un modello murino della malattia di cuore creato da trasversali costrizione aortica, con B e M-mode ecocardiografia e colore / impulsi di imaging onda Doppler.

Abstract

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.

Introduzione

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.

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Protocollo

Il protocollo segue le linee guida del Comitato Cura e uso istituzionale animali dell'Università di Washington.

1. Procedura chirurgica e preparazione per l'imaging

1. Soggetto C57BL / 6 topi per TAC o la chirurgia sham come descritto in precedenza ^10.
2. Una settimana dopo la TAC o la chirurgia sham, anestetizzare il mouse nella camera di induzione con il 2% isoflurano mescolato con 1 L / min O _2. Verificare il corretto anestesia per mancanza di risposta alla punta o la coda pizzicare. Usare pomata veterinario occhi per prevenire la secchezza mentre sotto anestesia. Rimuovere i peli del torace applicando crema depilatoria. Disinfettare la pelle del mouse con il 70% di etanolo.
3. Fissare il mouse per una piattaforma di gestione degli animali in posizione supina. Per mantenere un livello costante di anestesia, utilizzare un nosecone per fornire 0,5-1% isoflurano mescolato con 1 L / min O _2.
4. Applicare il gel degli elettrodi alle zampe del mouse e incollate al pad elettrodi.
5. Inserire una sonda rettale per controllare la temperatura del corpo. Mantenere la temperatura corporea a 37 ° C tramite una piastra elettrica o lampada.
6. Applicare uno strato di gel ultrasuoni pre-riscaldato al petto mouse, principalmente zona sovrastante cuore. Nota: rimuovere gel per ultrasuoni e asciugare il mouse con garza sterile dopo la procedura di imaging.

2. Nella aortico vista, utilizzare B-mode e Doppler Imaging per valutare trasversale aortica Costrizione

1. Utilizzare l'impostazione B-mode per ottenere la vista arco aortico per visualizzare l'aorta, grandi rami arteriosi, e il sito costrizione.
   1. Inclinare il lato sinistro della piattaforma fino, per quanto possibile ruotare il mouse in decubito partita. Tenere il trasduttore a ultrasuoni dal basamento in posizione verticale e posizionarlo sul petto lungo la linea parasternale destra, con la tacca di mira verso il mento del mouse. Nota: Non comprimere il torace del mouse quando si abbassa il trasducer; è necessaria quantità minima di pressione.
   2. Inclinare il trasduttore fino al livello della scapola e ruotare leggermente in senso orario fino a quando aortico entra in vista. Osservare il sito costrizione aortica trasversale, che si trova tra la ramificazione di innominate dell'arteria (IA) e di sinistra arteria carotide comune (LCCA) (Figura 1).
      Nota: Non costrizione viene rilevato nel topo sham-operated.
2. Fare clic sul pulsante "color Doppler" sulla stazione di lavoro per passare alla modalità Doppler colore per monitorare la direzionalità e la velocità del flusso di sangue attraverso il sito costrizione. Acquisire e memorizzare le immagini facendo clic sul pulsante "store cine".
3. Fare clic sul pulsante "PW Doppler" per passare a pulsare modalità onda Doppler, e il volume posto del campione (la casella del cursore tratteggiata) immediatamente distale al sito di costrizione per cercare il getto stenotica con la più alta velocità, quindi fare clic sul pulsante "PW Doppler" per ottenere forme d'onda di fl aorticavelocità di picco ow e misurare (Figura 2).
4. Calcola gradiente di pressione attraverso il sito costrizione utilizzando il modificata di Bernoulli equazione: gradiente di pressione = 4 x V _max ^2. includere solo topi con un gradiente di pressione compresa da 40 a 80 mmHg per ulteriori analisi.

3. Nella parasternale asse lungo View, Usa B-mode e M-mode Imaging per valutare cardiache Dimensioni e della contrattilità

1. Con il mouse giace in posizione supina sulla piattaforma, tenere il trasduttore in modo verticale con la punta tacca alla testa del mouse. Abbassare il trasduttore sul torace parallelo alla linea parasternale sinistra e ruotare di 30 ° in senso antiorario.
2. Utilizzare immagini B-mode per ottenere un asse lungo pieno "sagittale" del cuore. Regolare l'angolo del trasduttore e concentrarsi profondità di visualizzare ventricolo sinistro, la parete del setto intraventricolare, e un leggero porzione della parete ventricolare destra. Save le immagini per le misurazioni successive di spessore della parete cardiaca e dimensione della camera. Utilizzando "pacchetto cardiaco", selezionare i parametri come IVS o LVAW, LVID e LVPW, quindi fare clic sull'immagine per disegnare le linee corrispondenti per ogni parametro per ottenere le misurazioni.
3. Osservare schemi di movimento della parete cardiaca e verificare la presenza di eventuali anomalie di movimento, tra cui acinesia, ipocinesia, e asincronia.
   Nota: Acinesia e ipocinesia denotare perdita totale e parziale di movimento della parete cardiaca, rispettivamente. Asincronia denota irregolare, scoordinato movimento della parete cardiaca.
4. Passare M-mode, posto cursore M-mode perpendicolare alle pareti LV a livello del muscolo papillare, e acquisire immagini per la misurazione successiva di dimensioni cardiaci e accorciamento frazionale (Figura 3).

4. Nella parasternale asse corto View, Usa B-mode e M-mode Imaging cardiaco per valutare Morfologia e funzione

1. from la vista parasternale asse lungo, ottenere parasternale asse corto ruotando il trasduttore di 90 ° in senso orario. Regolare il trasduttore che invia un trasversale vista orizzontale "trasversale" del cuore in B-mode, con entrambi i muscoli papillari chiaramente visibili e situati a destra (posizione 2 e 4:00).
2. Passare M-mode e posizionare l'asse M-mode a metà del livello del ventricolo sinistro. Acquisire e memorizzare immagini per le misure successive di spessore della parete cardiaca, dimensione della camera, e un accorciamento frazionale (Figura 4). Utilizzando "pacchetto cardiaco", selezionare i parametri in SAX (asse corto) tra cui IVS o LVAW, LVID, e LVPW, e fare clic sull'immagine per disegnare linee corrispondenti per ogni parametro per ottenere le misurazioni.
   Nota: Le misurazioni ottenute qui devono correlare strettamente a quelli ottenuti nel lungo vista dell'asse parasternale (Figura 5).

5. Nella vista apicale quattro camere, UsaDoppler Imaging Per valutare sistolica e funzione diastolica

1. Ottenere la vista apicale quattro camere di visualizzare ventricoli destro e sinistro con atri in basso dello schermo. In B-mode, dal asse corto, inclinare l'angolo superiore sinistro della piattaforma di angolo di testa del mouse e orientare il trasduttore verso la spalla destra del mouse. Ciò è essenzialmente di ottenere una vista "coronale" del cuore guardando verso l'apice.
2. Visualizzare la valvola mitrale in B-mode, e passare alla modalità colore Doppler, ponendo il volume del campione (casella cursore tratteggiata) alla punta della valvola mitrale.
3. Passa alla modalità PW Doppler per valutare schemi di flusso attraverso la valvola mitrale. Allineare la sonda Doppler cursore parallelo alla direzione del flusso sanguigno mitrale. Utilizzare un angolo sonda meno di 20 ° per determinare la velocità di picco (Figura 6).
4. Salvare le immagini per le misurazioni successive. Utilizzare "pacchetto cardiaco" e selezionare "flusso MV. "Fare clic su ogni parametro e disegnare linee corrispondenti per ottenere le misure misure disponibili sono:. Velocità e di picco (riempimento iniziale con il rilassamento ventricolare attiva), il picco una velocità (in ritardo di riempimento con la contrazione atriale), mitrale relax isovolumetrico e tempi di contrazione (IVRT e IVCT, rispettivamente), e il tempo di eiezione (ET).
5. Calcolare l'indice prestazioni miocardica (MPI) di MPI = (IVCT + IVRT) / ET.

Trattamento 6. post-procedurale di Animal

1. Dare analgesia e / o soluzione salina sterile per via intraperitoneale ad animali chirurgiche quando necessario.
2. Lasciare che l'animale di recuperare su una piastra elettrica in posizione prona. Non lasciare un animale incustodito fino a quando non ha ripreso conoscenza sufficiente a mantenere decubito sternale. Non restituire un animale che ha subito la procedura per la compagnia di altri animali fino alla completa guarigione.

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Risultati

La figura 1 mostra le immagini B-mode della vista aortico del cuore del mouse sottoposti a sham (Figura 1A) o la chirurgia TAC (Figura 1B). L'arco aortico, arteria anonima, ha lasciato l'arteria carotide comune, e l'arteria succlavia sinistra sono mostrati. Si noti che costrizione aortica è chiaramente visibile nel TAC, ma non sham cuore. Immagini Color Doppler da vista aortica sono mostrati nella Figura 2A....

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Discussione

L'ecocardiografia è stato ampiamente utilizzato per valutare la funzione cardiaca in modelli di roditori di malattie cardiache ^2,6. Rispetto alle metodologie invasive o terminali, come la pressione-volume di misura del ciclo ¹¹ e ex vivo di lavoro del cuore ^12, l'ecocardiografia fornisce un potente, strumento non invasivo per valutare i cambiamenti strutturali e funzionali cardiache in corso in animali viventi. Per ottenere dati affidabili, è importante mantenere la te...

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Materiali

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