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要約

心臓解剖学の胸部心エコー検査評価と成人ラットの機能に対する非侵襲的プロトコルが現在の研究で提示されている。心臓弁は、4つの心臓室および上行大動脈、大動脈弓および下降大動脈を詳細に研究される。

要約

実験動物モデルの使用は、心血管科学において極めて重要になっています。げっ歯類モデルを使用するほとんどの研究は、その寸法を評価するために左心室とMモードエコーの心臓解剖学を研究するために2次元イメージングに焦点を当てています。ただし、これは包括的な研究を制限する可能性があります。本明細書では、心臓室の大きさ、左心室機能(収縮期および拡張期)および弁膜機能の評価を可能にするプロトコルを記述する。従来の医療超音波装置は、このプロトコルで使用され、異なるエコービューは、左のパラステルナル、アピカルおよび超ラスター窓を介して得られました。左の副窓では、左室の寸法、右心室および肺動脈寸法、僧帽弁および大動脈弁機能を分析するために長軸と短軸が取得された。アピカルウィンドウは心臓室の次元の測定および収縮期および拡張期のパラメータの評価を可能にする。また、心臓弁障害(逆流または狭窄)の検出と定量によるドップラー評価を可能にします。左心室の異なるセグメントおよび壁はすべての眺めを通して視覚化される。最後に、上行大動脈、大動脈弓、下降大動脈は、上皮窓を通して画像化することができる。超音波イメージング、ドップラーフローおよび組織ドップラー評価の組み合わせは、心臓形態および機能を研究するために得られた。これは、これらの動物モデルを用いた研究に影響を与える成人ラットにおける心機能の評価を改善するための重要な貢献を表す。

概要

心血管疾患は、近年患者の転帰を改善した治療、診断、モニタリングの進歩にもかかわらず、年間400万人以上の死亡を担当するヨーロッパの主要な死因です。急速な技術進化は、心臓血管患者ケアの進歩に貢献しています。これらの診断ツールの中で、特に注意が払われており、非侵襲的な方法で解剖学的および機能的評価を可能にする1、2、3である。同様に、医学は生物医学研究の結果から利益を得る。実験動物モデルは、臨床設定に由来する仮説をテストし、革新的な治療法を開発するのに非常に有用である4,5.

実験動物モデルの研究ツールとしての心エコー検査の利用に対する関心が高まり、縦方向の研究において1匹の動物から複数の測定値を取得することが可能です。マウスまたはげっ歯類モデルを使用する利点があることに注意することが重要です。短い妊娠期間、繁殖および住宅の低コスト、それらのゲノムの知識およびトランスジェニック動物を開発する可能性は、これらの種の主な利点であり、心血管疾患4、5、6、7、8、9に関与するメカニズムを研究することが魅力的である。ラットとマウスのモデルは同様の利点を示していますが、ラットは、心エコー検査研究4、5、6、7、8、9、10でより良い画像を提供する、より大きな物理的次元と低い心拍数のために心血管研究における古典的な選択である。

従来の医療用超音波装置を用いて、Wistarラットを用いて心臓室や心臓弁(解剖学と機能)を評価する心エコー検査プロトコルについて述べています。これは、オフライン測定を可能にする短時間の取得画像とループのための簡潔で完全なプロトコルであり、後で新しい変数や測定値を時間の経過と共に統合するために改訂することができます。

プロトコル

すべての動物の手順は、指令2010/63/EUに従って行われました。手続きは、DGAV、動物保護のためのポルトガルの管轄当局によってライセンスされた機関動物福祉機関によって承認されました(ライセンス番号0421/000/000/2018)。
注:チャールズリバー研究所(12-16週齢)からの女性ウィスターハンIGS(Crl:WI(漢)が使用されました。このプロトコルは、ラットの株、年齢、性別とは無関係にラットに固有です。

1. 心エコー検査のためのラットの準備:麻酔と復帰プロトコル

  1. ネズミの重さを量る。
  2. ラットの重量に応じて、ミダゾラム(4.76 mg/kg)、メデトミジン(0.356 mg/kg)およびフェンタニル(0.012 mg/kg)によって構成される3成分麻酔薬を調製する。
  3. 腹腔内麻酔を注射する。麻酔の深さを評価するためにペダル離脱反射がないかどうかを確認します。
  4. 胴体から髪を剃ります。
  5. 両眼に耐久性のあるゲルを塗布し、クレラの乾燥を防ぎます。
  6. 体温を維持するために、麻酔ラットを加熱パッドの上の上の位置に置きます(37.0 °C ± 0.5 °C)。
  7. 心臓の上にある領域を中心に、予熱(体温に近い)超音波ゲルの層を胸部に塗布する。超音波イメージングを妨げる可能性のあるゲル中の気泡を避けてください。
  8. 心エコー検査終了直後に、アティパメゾール(0.94mg/kg)とフルマゼニル(0.2532mg/kg)を用いた皮下注射による逆麻酔。
    注:この麻酔の組み合わせは、心エコー検査イメージングのために最大45分を提供します。以下に説明する心エコープロトコルは、他の麻酔プロトコルと互換性があります。

2. 心エコー検査

注:心エコー検査は、12 MHzの心臓プローブを用いた従来の臨床心エコー装置で行われ、パラステルナル(長軸および短軸ビュー)、アピカル(4、5、2および3室)および超ラスタービューで取得された静止画像とループが含まれます。心電図は、末端収縮期および末端拡張期を同定するために記録され、測定手順およびループ獲得(心電図トリガ)11、12である。プリセットは、ラット間の画像定義を安定させるために使用されます:周波数5〜10 MHz、深さ2.5cm、フレームレート125 fps、ドップラーサンプル1.0mmとカラードップラーエイリアシング速度40 cm/sのループは、少なくとも3つの心臓拍で記録されました。

  1. 左のパラステナル長軸ビュー
    メモ:プローブを胸骨の左側に置き、インデックスマークを右肩に変えた。
    1. 大動脈弁、僧帽弁リーフレット、左心室中腔(僧帽弁先端またはコードレベルでカーソル)1、2、3、4でMモード画像を記録する。M モード カーソルは、対象の構造1、3、10に対して垂直である必要があります。
    2. すべてのビューの 2D ループを記録します。
    3. 左心室流出路にズームで2Dループを記録します。
    4. 大動脈弁と僧帽弁で同時にカラードップラーイメージングで2Dループを記録します。
  2. 左のパラステナル短軸ビュー
    メモ:インデックスマークを左肩に回転させたまま、胸骨の左側にプローブを置きます。
    1. プローブをわずかに頭蓋に傾けて大動脈弁レベルで画像を得る。
    2. すべてのビューの 2D ループを記録します。
    3. 大動脈および肺弁で同時にカラードップラーのイメージ投射と2Dループを記録する。
    4. 肺動脈でスペクトルパルスドップラー画像を取得します。カーソルはフロー1、3に平行である必要があります。
    5. プローブを少し下に傾けて乳頭筋レベルで左心室の画像を得る。
    6. すべてのビューの 2D ループを記録します。
  3. アピカル4チャンバービュー
    メモ:前方軸線のアピカル領域にプローブを配置し、インデックスマークを左肩に変えます。
    1. すべてのビューの 2D ループを記録します。
    2. すべての4つの部屋を含む2Dおよびティッシュドップラーのイメージのループを記録する。
    3. 左の心臓室に焦点を当てます。
      1. 左のアトリウムにズームで2Dループを記録します。
      2. 僧帽弁と左アトリウムでカラードップラーイメージングで2Dループを記録します。
      3. 左心室伝播の流れのための同時Mモードおよび色のドップラーのイメージを記録しなさい。
      4. 左心室流入のための僧帽弁でスペクトルパルス波(PW)ドップラーを取得します。完全に開いた拡張期位置1、2、3、11、12の僧帽弁リーフレット先端にサンプルを置きます。
      5. 僧帽弁逆流がある場合は、僧帽弁に連続波(CW)ドップラー画像を追加します。
      6. 僧帽弁側環状(左心室側および中隔壁)でスペクトルパルス組織ドップラー画像を得る。PWドップラーカーソルを心臓の長軸に位置合わせして、最大ドップラー信号1、2、3、13を生成する。
      7. 僧帽弁環状収縮期小足測定のための僧帽弁環状環状のMモードを記録する(横側左心室壁にカーソル)。
    4. 右の心臓室に焦点を当てます。
      1. 右のアトリウムでズームで2Dループを記録します。
      2. 三尖弁と右アトリウムでカラードップラーイメージングで2Dループを記録します。
      3. 三尖環状(右心室壁)でスペクトルパルス組織ドップラー画像を得る。
      4. 三尖横環状環状環状環状環状遠足(TAPSE)のMモードを記録し、2Dカーソルを三尖横環環に置きます。
  4. アピカル5チャンバービュー
    メモ:4チャンバービューから、プローブをわずかに前部に傾けて胸部にします。
    1. すべてのビューの 2D ループを記録します。
    2. 大動脈弁および左心室流出管の色ドップラーのイメージの2Dループを記録しなさい。
    3. 左心室流出路でスペクトルパルス波ドップラー画像を取得します。カーソルをフローに平行に置き、サンプルを左心室流出路4、14に配置する。
    4. 左心室の流入と流出波を同時に行うための左心室中腔でスペクトルパルス波ドップラー画像を取得します。
    5. 大動脈弁でスペクトル連続波ドップラー画像を得る。経対数流れは、ベースラインの下に記録され、逆流(存在する場合)はベースラインの上に記録されます。
  5. アピカル2チャンバービュー
    メモ:4チャンバービューに戻り、プローブを反時計回りに90°回転させます。
    1. すべてのビューの 2D ループを記録します。
    2. 僧帽弁でカラードップラーイメージングで2Dループを記録します。
  6. アピカル3チャンバービュー
    メモ:プローブをわずかに頭蓋に傾けます。
    1. すべてのビューの 2D ループを記録します。
    2. 大動脈弁と僧帽弁で同時にカラードップラーで2Dループを記録します。
  7. [上ラスター] ウィンドウ
    注:プローブが下向きの上手間のスペースの左側
    1. 大動脈弓の2Dループを記録します。
    2. 上行大小オルタでスペクトルパルス波ドップラー画像を取得します。
    3. 下降大小オルタでスペクトルパルス波ドップラー画像を取得します。

3. 測定

  1. グローバル縦ひずみを含む測定に進みます。麻酔時間を短縮するために、これらの測定をオフラインで実行します。

結果

図1は、パラスターンウィンドウの長軸ビューを表示する胸部のプローブ位置を示しています(図2)。このビューは、左心室の空洞および壁の厚さ、収縮期機能(図3)、左心室流出直径(心拍出量などの他の式で適用する)、大動脈直径および左心房径の上昇の正確な測定を可能にする。すべてのチャンバー寸法は体重にインデックス付けされた。パラステルル長軸ビューは、大動脈弁および僧帽弁の解剖学的(2Dエコー付き)および機能的(カラードップラーイメージング付き)評価を可能にする。このビューはまた、心膜流出の同定および測定を可能にする(存在する場合)。Mモードは、左心室測定に使用することができる(図3):中隔および後壁寸法、左心室寸法、左心室収縮期機能および左心室収縮期機能および左心室塊1、3、4、10、14。

左心室収縮期機能は、分数短縮およびまた、心周期中の壁の遠足および肥厚を視覚化することによって評価される(心電図によって評価される)。左心室質量は、式によって得られる:
LV質量 = 0.8 x 1.04 x [(IVS + LVID + PWT)3 - LVID3]
(IVS: 心室中隔厚;LVID: 左心室内径;PWT:後壁厚さ、末拡張期で行われた測定と)1、3、4、10、14。

図4は、パラステルニアルウィンドウの短軸ビューを表示する胸部上のプローブ位置を示す。このビューは、右心室流出、大動脈弁、肺動脈、肺動脈(図5)、および左心室中腔サイズ(図6)および機能(セグメント収縮の2D可視化を伴う)1、3、4、10、11の可視化を可能にする。

図7は、胸部上のプローブ位置を示し、アピカルビューを表示する。アピカル4チャンバービュー(図8)では、すべての4チャンバー寸法(すべての4室の領域と左心室の体積)および機能を評価することができます。僧帽弁および三尖弁の解剖学的および機能的特徴付けはまた評価することができる。左心室流出、大動脈弁流れ及び上昇大動脈を、アピカル5チャンバービューで得た。アピカル2チャンバービュー(図9)は、左心房および心室の大きさと機能に焦点を当てています。アピカル3チャンバーと5チャンバービューは、大動脈弁および左心室流出評価を可能にします。すべてのビューを組み合わせることで、異なる左心室壁およびセグメントの評価と、異なる収縮期および拡張期関数パラメータの研究が可能となり、1、3、4、10、11。

左心室拡張期機能は、僧帽弁におけるパルスドップラーイメージング(図10)、左心室の等角緩和時間、および僧帽弁環状環状1、3、12における組織ドップラーイメージングによって評価することができる。正常な僧帽弁流入は、左心房から左心室への二面性流れから成る。通常の状態では、E波と一致する初期の流れは、心房収縮(A波)で生じる後の流れよりも高い。

左心室拡張期機能は、心筋速度を分析する組織ドップラーイメージングで研究することもできる(図11)。スペクトル組織ドップラーイメージング研究は、心周期上の収縮期および拡張期機能を研究し、3つのピークを有する:心筋収縮を表す1つの陽性収縮期ピーク(s'wave)と2つの陰性拡張期ピーク(早期拡張期心弛緩のe'波と後期期膜期下包の活性心収縮の波)をミトラールレベルで評価した。 中隔または横環1、3、4、10、14から。

僧帽弁におけるパルスドップラーイメージングによる左心室拡張期機能の特性評価には、僧帽弁でのパルスドップラーイメージングとミトラール環状の組織ドップラーイメージングに対するパラメータを含める必要があります: E波速度、A波速度、E/A比、e'速度、a'速度、E/e'比およびE波1の減速時間

左心室収縮期機能は、僧帽弁環状収縮期遠足測定、分数短縮(図3)、射出分率、脳卒中体積、心拍出量、収縮期組織の波速(図11)、及び歪みおよびひずみ速度分析による心筋変形による世界長手方向ひずみ(図12)1、3、4、10によって研究することができる。

射出分率は、アピカル4および2チャンバービューを使用した血液および組織界面の視覚的なトレースに基づいて、修正されたシンプソン法によって体積で計算される。基底弁レベルまたは僧帽弁レベルでは、僧帽状輪の2つの反対側の断面を直線1、3、4、10と接続することにより、輪郭を閉じる。射出分率を形成する血液の体積は、脳卒中体積を表す。僧帽弁が有能な場合は、心拍数を掛けて心拍出力1、3、4を計算することができます。脳卒中量は、この式を使用して、心周期中に左心室出口管を通る血流の測定値に基づいています。
SV = π x (LVOT 直径 /2)2 x VTI (LVOT)
(LVOT: 左心室流出路;LVOT直径は、パラステルン長軸ビューで測定されます。VTI(LVOT):アピカル5チャンバービューのLVOTでパルス波ドップラーからトレースされる速度時間積分)1、3.

LVグローバル収縮期関数の最も一般的に使用されるひずみベースの尺度は、歪みおよびひずみ速度分析1、3、4、10を有する心筋変形によって得られるグローバル長手ひずみである。これは通常、世界的な縦方向株のピークが末端拡張期と末腸炎の間のLV心筋の相対的な長さの変化を記述する斑点追跡心エコー検査によって評価される:
GLS(%) = (モル - MLd)/MLd
(MLs: 末端収縮期の心筋長;MLd: 末端拡張期の心筋長さ)。

測定は、大動脈弁閉鎖を視覚化するためのアピカル3チャンバービューから始めるべきである, スペクトルドップラーイメージングまたは大動脈弁の開閉で大動脈弁のクリックを使用して Mモードイメージング1,3,4,10.アピカル4および2チャンバービューも評価され、3つのビューの測定値がすべて平均化されます。右心室収縮期機能は、三尖環状環状環状遠足(TAPSE)および三尖環状での組織ドップラーイメージングによって評価される。すべてのバルブは、色ドップラーイメージングによって研究され、狭窄または逆流の直接可視化を可能にする(図13)。大動脈弁逆流が存在する場合、連続ドップラーイメージング(図14)15を用いてベナ契約及び半圧時間により研究及び定量することができる。図15は、上行大動脈、大動脈弓および近位下降大動脈を過小窓で可視化する。

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図1:パラステルン長軸ビューのプローブ位置決めこの図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

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図2:左心房(LA)、左心室(LV)、大動脈弁、上行大動脈(Ao)及び僧帽弁(MV)の2D副視神経長軸図。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

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図3:拡張期の心室中隔厚(IVSd)、拡張期の左心室内径(LVIDd)および収縮期(LVID)、後壁厚さ(LVIPWd)、分数短縮(%FS)、テイヒホルツ法で計算された吐出率(EF(Teich))を含む測定値を有する左心室のMモード 左心室質量(LVdMass)、頭頂部厚さ(EPR)およびげっ歯類に適応した計算と左心室の質量(LVMマウス)。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

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図4:パラステル短軸図のプローブ位置決めこの図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

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図5:大動脈弁(Ao)、左心房(LA)、右心房(RA)、右心室(RV)および肺動脈(PA)における2D副視神経節短軸図。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

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図6:左心室乳頭筋レベルでのパラステナル短軸図この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

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図7:アピカル4チャンバービューのプローブ位置決め。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

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図8:左心房(LA)、左心室(LV)、右心房(RA)および右心室(RV)を含む4チャンバービューの2D。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

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図9:左心房(LA)、心室(LV)および僧帽弁(MV)を含むアピカル2チャンバービューの2Dエコー。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

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図10:僧帽弁におけるパルス波ドップラー、E波速度=0.49 m/s、A波速度=0.33m/s、E波減速時間=35ms及びE/A比=1.48を示す。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

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図11:中隔僧性僧帽弁膜におけるスペクトルドップラー組織は、拡張期の心筋組織波(e'およびa')および収縮期(s')を示す。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

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図12:4チャンバービューで評価した縦方向ひずみを用いた心筋変形解析この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

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図13:カラードップラーを使用した大動脈逆流の可視化この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

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図14:アピカル5チャンバービューで大動脈弁の連続ドップラーは、95ミリ秒の半圧時間でベースラインの上の逆流を示しています。

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図15:上行大動脈(Asc)、大動脈弓(アーチ)および下降大動脈(Desc)の上順図。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

ディスカッション

このプロトコルは、従来の医療超音波装置と成体ラットの高周波プローブを使用した完全な心エコー研究を可能にします。これは、小動物専用の超音波装置は高価であり、投資が常に正当ではないので、プロトコルの重要な側面です。

縦方向のイメージング研究は、繰り返し麻酔を必要とするので、ウィスターラットにおけるイソフルランまたはケタミンキシラジンの混合物と比較して連続使用に適しているので、このプロトコルではメデトミジン-ミダゾラムフェンタニルの組み合わせが提案された。しかしながら、提案された心エコープロトコルは、他の麻酔プロトコル16と互換性がある。説明したように、当社の心エコー検査プロトコルには、解剖学的および機能的な心臓変化の同定を可能にするいくつかのパラメータの評価が含まれています。

解剖学的特性に着目し、すべての心臓室とその拡張、左心室肥大、弁膜線維症または石灰化の寸法を評価することができる。心臓機能に関しては、左心室収縮期および拡張期機能および右心室収縮期機能を分析することができる。また、心臓弁の解剖学と機能は、解剖学的特性評価(線維化、石灰化または異常開口を同定する)のための2Dエコーを使用し、狭窄または逆流の機能特性評価および検出のためのドップラーイメージングを使用して研究される。カラードップラーイメージングは、流れ方向および乱流およびスペクトルドップラー波の検出を可能にし、速度および勾配1、3の測定を可能にする。

十分な画質は、ほぼすべてのラット(200gの最小重量)で得られたが、解剖学における個体間の違いのために、心エコー図図はラット間でまったく同じ定義で得られない可能性があり、これは空洞寸法測定に影響を与える可能性がある。左心室Mモード測定に5%の観測域内報告変動17.特に、左心室測定にMモードを使用する場合、次の制限があります:垂直角度を得ることの困難。基礎セグメントのみを含む(非対称肥大または局所収縮期機能障害の存在下で不正確な測定をもたらす)幾何学的仮定(左心室が2:1の長い/短い軸比と肥大の対称分布を有するプロレート楕円体であることを考慮する)。また、立方体測定を含めることは、寸法のわずかな誤差であっても質量1、3、10が過大評価される可能性があるため、精度に影響を与える可能性があります。シンプソンの方法で計算されたボリュームと射出分数を使用する場合でも、頂点は頻繁に短縮されるという欠点があります。心内膜ドロップアウトは測定に偏ることができ、アピカル4および2チャンバビュー1、3、10で可視化されない形状歪みに盲目である。

重要なことに、このプロトコルは、心筋線維挙動1、3に関するより完全な情報を達成するために、スペックルトラッキングによって評価される左心室ひずみおよびひずみ速度などの高度な測定および評価の使用を強調する。より正確なひずみとひずみ速度の評価を行うには、画質の最適化、フレームレートの最大化、頂点の短縮の最小化が必要です。ミッドウォールグローバル縦方向株は、より公開された利用可能なデータと合意し、堅牢で再現性のあるいくつかの臨床研究で示されている10.装置に統合される心電図の監視は制約であるアーティファクトに非常に起こりやすい。また、ラットの機能的または血行力学的心臓状態が、温度、血圧および心拍数4、5、6、7、8、9、13、14、17などの変数に依存し得ることを述べることは非常に重要である。

解像度はプローブ周波数に関連しているため、今後の開発により、小型動物における非侵襲的な心血管イメージングにおいて、より高い周波数プローブと高解像度および画像定義の開発が期待され、このタイプの機器。この研究分野では、この研究分野では方法と測定の標準化が重要と考えられており、実験ラットモデルのより正確な心エコー診断に達し、ヒト心血管の分子生物学をより深く理解する病気。

開示事項

著者たちは何も開示する必要はない。

謝辞

ARSPとATPは、フンダソン・パラ・ア・シエンシア・エ・テクノロジアから、それぞれフェローシップSFRH/BD/121684/2016およびSFRH/BPD/123181/2016によってサポートされています。

資料

NameCompanyCatalog NumberComments
12S-RS ProbeGE Medical SystemsH44901AB
Antisedan (5 mg/mL)EsteveP01B9003
EKG monitoring unitGE Medical SystemsN/A
ElectrodesFIABF9089/100
Fentanilo (0.05 mg/mL)B.BraunBB3644960
Flumazenilo (0.1 mg/mL)GenerisMUEH5933080
Insuline Syringe 1 mLSOL M1612912
Lubrithal gel (10 mg)DechraNC519
Medetor (1 mg/mL)VibarcP01B0308
Midazolan (5 mg/mL)LabesfalMUEH5506191
Shaver Razor AESCULAP Isis GT608Braun90200714
Small Animal Heated Pad 120 VK&H Manufacturing inc.655199010608
Ultrasound GelParker LaboratoriesREF 01-08
Ultrasound machineGE Medical SystemsVIVID T8
UnderpadsHenry Schein900-8132

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