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Method Article
La disfunzione ventricolare sinistra costituisce l'ultima via comune per una serie di disturbi cardiaci. Forniamo qui un protocollo dettagliato di approccio transtoracico all'ecocardiografia da stress con dobutamina per una valutazione completa della funzione ventricolare sinistra di modelli murini di malattia cardiaca e della fenotipizzazione cardiaca.
La disfunzione ventricolare sinistra (LV) apre la strada finale a una moltitudine di disturbi cardiaci. Con l'ecocardiografia transtoracica da stress con dobutamina ad alta frequenza non invasiva nell'uomo, è diventato possibile un approccio di indagine riduzionista per smascherare sottili cambiamenti nella funzione cardiaca. Qui, forniamo un protocollo per l'utilizzo di questa tecnica nei topi per facilitare l'analisi estesa dell'architettura e della funzione del ventricolo sinistro in fisiologia e patologia, consentendo l'osservazione di alterazioni in modelli di malattia cardiaca nascosti in cuori non stressati. Questa indagine può essere eseguita in uno stesso animale e consente misurazioni sia basali che farmacologicamente indotte dallo stress. Delineiamo criteri dettagliati per un'anestesia appropriata, l'analisi LV basata sull'imaging, la considerazione della variabilità intra e interosservatore e l'ottenimento di una risposta inotropa positiva che può essere raggiunta nei topi dopo l'iniezione intraperitoneale di dobutamina in condizioni quasi fisiologiche. Per ricapitolare le caratteristiche della fisiologia umana e della malattia nei modelli di piccoli animali, evidenziamo le insidie critiche nella valutazione, ad esempio un pronunciato effetto Bowditch nei topi. Per raggiungere ulteriormente gli obiettivi traslazionali, confrontiamo gli effetti indotti dallo stress nell'uomo e nei topi. Quando viene utilizzato negli studi traslazionali, è necessario prestare attenzione alle differenze fisiologiche tra topi e uomo. Il rigore sperimentale impone che alcuni parametri valutati nei pazienti possano essere utilizzati solo con cautela a causa delle restrizioni nella risoluzione spaziale e temporale nei modelli murini.
Il segno distintivo di molte malattie cardiache nell'uomo è una compromissione funzionale sistolica e/o diastolica del ventricolo sinistro (LV). Per l'individuazione di anomalie strutturali, la diagnosi e la gestione dell'insufficienza cardiaca sistolica, nonché la valutazione della funzione diastolica nei pazienti con sintomi di insufficienza cardiaca, l'ecocardiografia viene utilizzata come modalità di valutazione fondamentale.
Poiché i sintomi sono aspecifici e più di un terzo dei pazienti con la sindrome clinica da scommesso cardiaco può non soffrire dell'insufficienza cardiaca vera e propria, è importante trovare un correlato ecocardiografico oggettivo per la presentazione clinica del paziente1. Inoltre, alcuni sintomi occulti nello stato di riposo o statico possono verificarsi in condizioni di attività o stress. Nei pazienti con malattia coronarica, cambiamenti già minori nella perfusione coronarica possono portare ad anomalie del movimento della parete regionale. Tuttavia, questi sottili cambiamenti non possono essere valutati utilizzando l'ecocardiografia convenzionale poiché le alterazioni della malattia cardiaca possono essere nascoste nei cuori non stressati. Per ottenere una comprensione più approfondita della fisiopatologia cardiaca, l'ecocardiografia da sforzo fornisce una valutazione dinamica della struttura e della funzione miocardica in condizioni di esercizio o stress farmacologico, consentendo di abbinare i sintomi con i reperti cardiaci2. Inoltre, nei piccoli animali, questo metodo rappresenta uno strumento in-vivo affidabile e non invasivo 3,4,5. In linea con l'uomo, la reazione allo stress del miocardio può essere indotta tramite agenti farmacologici nei topi e nei ratti. La dobutamina è un farmaco di uso frequente e l'ecocardiografia da stress con dobutamina è ampiamente eseguita nell'uomo 6,7, ma solo a volte utilizzata in piccoli modelli animali per valutare la reazione cardiaca allo stress 8,9,10,11. La dobutamina è una catecolamina sintetica con un effetto prevalentemente β1-agonistico che determina inotropia positiva e cronotropia del cuore. Per ottenere una corretta traduzione dall'uomo al topo, alla tecnologia e al quadro concettuale dell'ecocardiografia, devono essere prese in considerazione le limitazioni tecniche relative, ad esempio, alle piccole dimensioni e alla frequenza cardiaca rapida nel topo. La frequenza cardiaca target umana nell'ecocardiografia da stress con dobutamina è [(220-età) x 0,85] con un conseguente aumento medio della frequenza cardiaca di circa il 150 ± 10% in volontari sani12,13. Per i topi, manca una formula del genere. Si dice che la frazione di eiezione (EF) sia aumentata dall'ecocardiografia da sforzo nell'uomo del 5-20%12,14. La FE nei topi, a seconda della frequenza cardiaca, è riportata tra il 58 ± l'11% (< 450 bpm) e il 71 ± l'11% (≥ 450 bpm) e cambia di quasi il 20% con frequenze cardiache più elevate4. Il meccanismo principale nei topi per aumentare la gittata cardiaca è un aumento della frequenza cardiaca. Parte responsabile di questo meccanismo è l'effetto Bowditch o fenomeno della scala, una risposta cardiaca positiva-inotropa mediata dal calcio dipendente dalla frequenza, che è più pronunciata nei topi che nell'uomo 15,16. Inoltre, l'ecocardiografia (da stress) è alla base della variabilità intra e interosservatore. Pertanto, una procedura altamente standardizzata è indispensabile17,18.
Qui presentiamo la procedura dettagliata dell'ecocardiografia da stress con dobutamina per acquisire immagini standardizzate per svelare sottili cambiamenti nella funzione cardiaca nei topi in modelli di salute e malattia. I componenti chiave includono un'adeguata anestesia, un adeguato monitoraggio della frequenza cardiaca e possibili insidie nell'imaging indotto dallo stress nei topi. I parametri chiave sono la valutazione della funzione sistolica e diastolica, compresa la considerazione della LVEF. Poiché i topi sono resistenti alla disfunzione cardiaca indotta dal postcarico17, questo protocollo può aggiungere informazioni preziose per l'uso anche in modelli di cardiopatia valvolare.
Tutti i metodi e le procedure sono stati eseguiti in conformità e nel rispetto di tutte le normative pertinenti ("Convenzione europea per la protezione degli animali vertebrati utilizzati a fini sperimentali e altri scopi scientifici" (Direttiva 2010/63/UE) e la cura degli animali è stata conforme alle linee guida istituzionali. I dati provenienti da soggetti umani sono stati analizzati in conformità con tutte le linee guida istituzionali, nazionali e internazionali per il benessere umano e sono stati approvati dal Comitato Etico Locale (20-9218-BO). Tutti gli esperimenti sono stati eseguiti con maschio C57BL/6JRj all'età di 12 settimane.
1. Preparazione dei materiali e delle attrezzature
NOTA: La Figura 1 mostra un esempio di postazione di lavoro ecografica per piccoli animali.
Figura 1: Postazione di lavoro per ecografia cardiaca per piccoli animali. Un'impostazione ergonomica è indispensabile per l'ecocardiografia da sforzo di piccoli animali, poiché i tempi di esame devono rimanere brevi. La postazione di lavoro è composta da una macchina a ultrasuoni, un sistema di anestesia per piccoli animali con alimentazione di ossigeno e scarico attivo del gas, una piattaforma di ecocardiografia riscaldata con ECG incorporato e capacità di movimento tramite micromanipolatori come parte di un sistema ferroviario integrato e un'unità di monitoraggio fisiologico. Uno scaldagel per riscaldare il gel per ultrasuoni e una lampada termica sono aiuti utili. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
2. Preparazione del topo per l'imaging e l'induzione dell'anestesia
Figura 2: Posizionamento dell'animale e del trasduttore. (A) Il topo è fissato alla piattaforma riscaldata con tutti e quattro gli arti fissati sugli elettrodi ECG d'argento. Per la misurazione della temperatura corporea è inserito un termometro rettale. Il muso viene inserito delicatamente nel cono nasale del sistema di anestesia. (B) Orientamento della sonda per la vista parasternale dell'asse lungo (PSLAX); Vedere il passaggio 3.2. (C) Orientamento della sonda per la vista parasternale dell'asse corto (PSSAX); Vedere il passaggio 3.3. (D) Orientamento della sonda per la vista apicale a quattro camere (4CH); Vedere il passaggio 3.4. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
3. Imaging cardiovascolare di base
NOTA: Le immagini possono essere acquisite utilizzando due posizioni di base del trasduttore (finestra ecografica parasternale e apicale) (Figura 2) e almeno tre modalità ecografiche (modalità B(destra), modalità M(ozione) e modalità Doppler (color doppler e doppler a onde pulsate (PW)) (Figura 3, Figura 4, Figura 5). Per le basi dell'imaging, fare riferimento agli articoli16,18 pubblicati in precedenza. È fondamentale ottenere immagini chiare per il confronto con le immagini di stress acquisite successivamente.
4. Imaging dello stress da dobutamina
NOTA: Una volta raggiunta la frequenza cardiaca target, è necessario acquisire visualizzazioni standardizzate purché la frequenza cardiaca target sia stabile. Ciò richiede in genere più di un passaggio tra PSLAX e PSSAX. Poiché il passaggio tra PSLAX e PSSAX richiede solo una rotazione di 90°, le viste possono essere facilmente visualizzate.
5. Passaggi finali
6. Valutazione offline
Un'immagine ecocardiografica fisiologica non stressata acquisita in PSLAX è mostrata nella Figura 3. Nella diastole, le pareti del ventricolo appaiono uniformemente (Figura 3A) e si ispessiscono in una certa misura (Figura 3B, C). L'iniezione di 5 μg/g di peso corporeo di dobutamina i.p. porta a un aumento significativo della frequenza cardiaca (ef...
La valutazione della funzione cardiaca indotta dallo stress è ampiamente utilizzata nell'uomo in ambito clinico utilizzando test da sforzo o test da sforzo farmacologico 6,7. Poiché l'ecocardiografia post-esercizio immediata dei topi è molto limitata a causa della necessità di sedazione, è probabile che l'ecocardiografia da stress indotta da dobutamina sia il metodo più traslazionale per valutare la fisiopatologia cardiaca ...
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Gli autori riconoscono le seguenti fonti di finanziamento: Fondazione tedesca per la ricerca (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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