心臓形態学的および心エコーイメージングによって横大動脈狭窄のマウスモデルにおける機能の変更の評価

要約

このプロトコルの目的は、非侵襲的B-およびMモード心エコー法およびカラー/脈波ドップラーイメージングを用いて、横方向の大動脈狭窄によって作成された心臓病のマウスモデルにおいて心臓の構造的および機能的変化を評価することです。

要約

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.

概要

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.

プロトコル

プロトコルは、ワシントン大学の施設内動物管理使用委員会のガイドラインに従います。

1.手術手順およびイメージングのための準備

1. TACまたは偽手術の対象とC57BL / 6マウスは、以前に^10を説明しました。
2. 一週間TACまたは偽手術後、1リットル/分のO ₂を混合し、2％イソフルランで誘導チャンバ内でマウスを麻酔。つま先や尾のピンチに無反応により適切な麻酔を確認してください。麻酔下ながら乾燥を防ぐために、目に獣医の軟膏を使用してください。脱毛クリームを適用することにより、胸毛を削除してください。 70％エタノールでマウスの皮膚を消毒します。
3. 仰臥位で動物取扱プラットフォームにマウスを固定します。 1リットル/分のO ₂と混合した1％イソフルラン-麻酔の安定したレベルを維持するために、0.5を提供するためにノーズコーンを使用しています。
4. マウスの足に電極ゲルを適用し、電極パッドにそれらをテープ。
5. 体温を監視するための直腸プローブを挿入します。加熱パッドまたはランプを経由して37℃の体温を維持。
6. マウス胸、心臓を覆う主領域に予熱した超音波ゲルの層を適用します。注：超音波ゲルを除去し、イメージング処理後、滅菌ガーゼでマウスを乾かします。

大動脈弓ビューで、[使用するBモードとドップラーイメージングは​​、横大動脈狭窄を評価します

1. 大動脈、主要幹線分岐し、狭窄部位を可視化するために、大動脈弓のビューを取得するためにBモードの設定を使用します。
   1. 左側臥位にマウスを回転させることが可能な限りプラットフォームの左側を傾けます。垂直位置で待機することにより、超音波トランスデューサを持ち、ノッチがマウスのあごに向いて、右傍胸骨ラインに沿って胸の上に置きます。注：transdを下げたときに、マウスの胸部を圧縮しないでください。ucer;圧力の最小量が必要とされます。
   2. 肩甲骨のレベルでトランスデューサを傾け、大動脈弓が見えてくるまで少し時計回りに回転。腕頭動脈（IA）および左総頸動脈（LCCA）（ 図1）の分岐との間に配置される横方向の大動脈狭窄部位を観察します。
      注：いいえくびれは、偽手術マウスでは検出されませんでした。
2. 狭窄サイト全体の血流の方向と速度を監視するために、カラードプラモードに切り替えるには、ワークステーションの「カラードップラー」ボタンをクリックします。 「シネストア」ボタンをクリックして画像を取得し、保存します。
3. 最高速度で狭窄ジェットを検索するための狭窄部位のすぐ遠位波ドプラモード、および場所のサンプルボリューム（破線のカーソルボックス）パルスに切り替えるに「PWドップラー」ボタンをクリックし、「PWド​​ップラー」ボタンをクリックしてください大動脈FLの波形を取得しますOWとメジャーピーク速度（ 図2）。
4. 圧力勾配= 4×V _maxの^2：変更されたベルヌーイの式を用いて狭窄サイト全体の圧力勾配を計算します。唯一の更なる分析のために40〜80 mmHgの範囲の圧力勾配をマウスに含まれています。

傍胸骨長軸ビューで、[使用するBモードとMモードイメージングは​​、心臓寸法及び収縮を評価します

1. マウスがプラットフォーム上で仰臥位で横たわっていると、ノッチは、マウスの頭を指している垂直な方法でトランスデューサーを保持します。左胸骨傍のラインに胸部平行にトランスデューサを下げ、30°反時計回りに回転させます。
2. 心の完全長軸「サジタル」ビューを得るために、Bモードイメージングを使用してください。トランスデューサの角度を調整し、左心室、室内隔壁、および右心室壁のわずかな部分を可視化する深さに焦点を当てます。 S心臓壁の厚さおよびチャンバ寸法の後の測定用の画像をaveの。このようなIVSまたはLVAW、LVID、およびLVPWなどの選択パラメータは、「心臓パッケージ」を使用して、その後、測定値を得るために、各パラメータに対応する線を描画するには画像をクリックしてください。
3. 心臓壁運動パターンを観察し、無動、運動低下、および非同期性を含む可能性運動異常、かどうかを確認します。
   注：無動と運動低下は、心臓壁の動きの完全および部分的な損失を示し、それぞれ。非同期は、不規則な、まとまりのない心臓壁の動きを示しています。
4. 乳頭筋のレベルでLVの壁に垂直にMモード、場所Mモードカーソルに切り替えて、心臓の寸法および短縮率（ 図3）の後の測定のための画像を取得します。

傍胸骨短軸ビュー、心臓形態と機能を評価するために使用するBモードとMモードイメージング4.

1. 金曜日オム傍胸骨長軸ビューは、トランスデューサ90°時計回りに回転させることにより、胸骨傍短軸像を得ます。はっきりと見えると右（2と4時の位置）に位置する乳頭筋の両方で、Bモードで心臓の水平断面「横」ビューを提供するために、トランスデューサを調整します。
2. Mモードに切り替えて、左心室のミッドレベルでMモードの軸を配置します。心臓壁の厚さ、チャンバーの寸法、および短縮率（ 図4）の後の測定のために画像を取得して保存。 IVSまたはLVAW、LVID、およびLVPW含む「心臓パッケージ」、SAXでの選択パラメータ（短軸）を使用し、測定値を得るために、各パラメータに対応する線を描画するには画像をクリックしてください。
   注：ここで得られた測定値は、傍胸骨長軸ビュー（ 図5）で得られたものと密接に相関するはずです。

アピカル四腔像、使用5.収縮期および拡張期機能を評価するためにドップラーイメージング

1. 画面下部の心房と左と右の両方の心室を視覚化するために心尖部四腔像を取得します。 Bモードでは、短軸像から、ダウン角にマウスの頭を、プラットフォームの左上隅を傾け、マウスの右の肩に向けてトランスデューサを向けます。これは頂点に向かって見上げる心の「冠状」ビューを達成するために本質的です。
2. Bモードで僧帽弁を可視化し、カラードプラモードに切り替えて、僧帽弁の先端に試料容量（破線カーソルボックス）を配置します。
3. 僧帽弁を横切る流れのパターンを評価するためにPWドプラモードに切り替えます。僧帽弁血流の方向にドップラープローブカーソルを平行に合わせます。ピーク速度（ 図6）を決定するためにプローブの角度20°未満を使用してください。
4. 後で測定のための画像を保存します。 「心臓パッケージ」を使用し、選択して "MV流れ。「各パラメータをクリックして、測定値を得るために、対応する線を描画可能な測定は、次のとおりです。ピークE速度（初期のアクティブ心室弛緩を充填）、速度（心房収縮と後半充填）ピーク、僧帽弁等容性弛緩と収縮時間（IVRTをし、それぞれIVCT）、および駆出時間（ET）。
5. MPI =（IVCT + IVRT）/ ETにより心筋の性能指数（MPI）を計算します。

動物の6.術後の治療

1. 必要なときに腹腔内手術用動物に鎮痛および/または滅菌生理食塩水を与えます。
2. 動物が腹臥位に加熱パッド上で回復させます。それは胸骨横臥位を維持するのに十分な意識を取り戻したまで無人の動物を放置しないでください。完全に回復するまで、他の動物の会社に手続きを経た動物を返さないでください。

結果

図1は、偽（ 図1A）に供したマウスの心臓またはTAC手術（ 図1B）の大動脈弓図のBモード画像を示しています。大動脈弓、腕頭動脈は、総頸動脈を左、および左鎖骨下動脈が示されています。大動脈狭窄は、TACにはっきりと見えることに注意してくださいが、心を偽ません。大動脈のビューからのカラードップラー画像は、 ?...

ディスカッション

心エコー検査は、広く心疾患^2,6の齧歯類モデルにおいて心機能を評価するために使用されてきました。このような圧力-容積ループ測定¹¹などの侵襲的または端末の方法論などに比べると、ex vivoでの心臓^12は 、心エコー検査は、生きている動物で進行中の心臓の構造的および機能的変化を評価するための強力な、非侵襲的なツールを提供して取り組んでいます。...

資料

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