This work was supported by a National Heart, Lung, and Blood Institute grant 1RO1-HL-105296-01 (to D.E. Berkowitz) and an Australian Research Council Grant DP110101134 (to A. Avolio).

このプロトコルは、ジョンズ·ホプキンス大学の施設内動物管理使用委員会によって承認されています。 ソリューション、材料、及び動物の作製<ol><li>フェニレフリン（PE）および0.9％生理食塩水でニトロプルシドナトリウム（SNP）の300 / mlの溶液を300 / mlの溶液を調製する。 0.9％生理食塩水10mlの中に千U / mlのヘパリンの1ミリリットルを混合することにより独立したヘパリン生理食塩溶液を調製する。 注：薬物は使用前に室温にあるべきである。 </li><li> 2 30 Gのx½ &quot;皮下注射針とPE 10ポリエチレン管から静脈内薬剤注入用のカテーテルを作成します。カテーテルを作るために、チューブの一端に1針を挿入します。他の皮下注射針の針部を外し、チューブのもう一方の端に平滑末端を挿入します。 1ミリリットルシリンジにカテーテルを接続し、ヘパリン生理食塩液でカテーテルを埋める。 </li><li>麻酔導入室Cでマウスを置きます100％酸素で2から2.5パーセントイソフルランをontaining。それは外部の刺激に応答しなくなるまで誘導チャンバ内でマウスのままにしておきます。 </li><li>誘導室からマウスを外し、加熱された心電図（ECG）パッドの上に置きます。 2％のイソフルランで動物を維持する。 </li><li>手順中の乾燥を防止するために、動物の目に獣医軟膏または生理食塩水を適用する。 </li></ol>尾静脈にカテーテルを挿入2. <ol><li>尾静脈尾の両側に横方向に配置されているので、より良いアクセスのためにその側に動物を置く。テープでECGパッド上にマウスを固定します。動物が尾静脈の血管拡張を促進するために保温することを確認してください。 </li><li>止血帯としてシラスティックチューブの一部を使用して、尾の付け根の周りに止血帯を結ぶ。静脈を崩壊するのに十分タイトが、動脈循環を遮断するのに十分ではない止血帯を結ぶ。 2-3分後、静脈が出膨らみ、より見えるようになる必要があります。 </li><li>静かに尾の緊張状態に引き出します。ベンド片手で角度で尾と他の尾に針を平行に保持する。ピアース尾が静脈に皮膚を介して折り曲げられている針。針が静脈に挿入されると、血液がカテーテル内に押し戻します。 </li><li>針は、カテーテルを固定するために挿入されている組織接着剤の一滴を置きます。止血帯を外し、ほとんど抵抗と生理食塩水を注入することによって開通性を確認する。 </li></ol>大腿動脈を通る血液圧力カテーテルの3の挿入<ol><li>蒸留水で満たされた30ミリリットル注射器に圧力カテーテルを配置し、圧力制御ユニットにカテーテルを接続する。水でカテーテルを浸し、セットアップ、手術処置中に30〜45分間、差し込ま。 </li><li>動物の仰臥位を置き、ECGパッド上にその足をテープで固定します。大腿動脈を介して胸や面積に脱毛クリームを適用します。 <ol><li> 3-5分待ってから、クリームと髪を取り除く。目oroughly超音波中にアーチファクトを防ぐために、胸から毛を取り除く。過剰脱毛クリームを除去するために湿らせたパッドで胸と後肢領域の両方を拭きます。 </li></ol></li><li>細かいハサミを使用して、大腿動脈の位置の上の皮膚に切開する。大腿動脈を明らかに皮下脂肪組織を切開。大腿動脈を部分的に腹部で覆われている。腹部を離れて移動するために止血剤を使用してください。湿ったガーゼで覆うか、代わりに乾燥から組織を防ぐために、定期的にその上に生理食塩水を滴下することによって湿った組織にしてください。 </li><li>細かい鉗子を使用して、動脈静脈バンドルから離れて神経を分離する。ゆっくりと静脈から動脈を分離するために動脈 - 静脈バンドルの周りにシースを貫通。近位端で動脈の周りに1縫合糸をパスし、遠位端に2本の縫合糸を置く。 </li><li>しっかりと遠位の血流を停止するための最も遠位の縫合糸を結び目。 Pを引っ張って止血剤を使用して、roximal縫合糸を一時的に大腿動脈内の血流を停止させる。大腿動脈に小さな切開を作るためにmicroscissorsを使用してください。遠位結び目の近くに切開を行います。 </li><li>圧力制御ユニットのキャリブレーション設定を使用してカテーテルにデータ収集ソフトウェアを較正する。バック変換器を読みに圧力制御ユニットを切り替えて、水充填されたシリンジ、カテーテルを出力0ミリメートルHgのように、圧力カテーテルのバランスをとる。 </li><li>大腿動脈にカテーテルを挿入します。片手で細かい鉗子で切開を開き、もう一方の手で動脈にカテーテルヘッドを挿入します。 <ol><li>動脈にカテーテルを固定するためにカテーテルワイヤの周りに中間縫合結び目。近位縫合糸をリラックスして、腹部大動脈に前進カテーテルを前進させる。さらに、カテーテルを固定するための出血を防ぐために、近位縫合糸結び目。 </li></ol></li><li>慎重にマウス圧力カテーテルおよび生理食塩水でのECGパッドを移動させる超音波撮像段階へyringe。圧力制御ユニットに血圧カテーテルを接続する。シリンジポンプに生理食塩水の注射器を置きます。動物とカテーテルが20分間平衡化させます。 </li></ol> 4.血圧の範囲にわたって大動脈直径を測定する<ol><li> 1.5％イソフルランを減らします。長軸ビューを使用して、Bモード上で長手方向に上行大動脈を可視化。同じビューは実験期間中維持されるように、レールシステム上にトランスデューサをマウントします。 </li><li>超音波メインフレーム上、追跡する大動脈の部分の上にMモードカーソルを置きます。 Mモードを使用して心周期にわたる大動脈直径の変更を追跡します。 </li><li> PE溶液に注射器で生理食塩水を変更し、シリンジポンプにシリンジを配置します。 <ol><li>ベースライン大動脈圧での録音Mモード。 360μgの/ kg /分で注入を開始し、プラトーに到達するための大動脈圧のために1分間注入する。 25gのマウスの場合、これは何SEは30μL/分に相当します。 </li><li> Mモードを記録し、その後の注入を停止し、ベースラインに戻るには血圧のために2分待ちます。 </li></ol></li><li> 240μgの/ kg /分の低い注入速度。 25グラムのマウスの場合は、この用量は20μL/分に相当します。高原に血圧、およびレコードMモード用に1分間注入する、注入を開始します。注入を停止し、血圧がベースラインに戻るのを2分待ちます。 </li><li> 120μgの/ kg /分PE（25グラムのマウス用10μL/分）を繰り返し手順4.4。 </li><li>生理食塩水でPEを交換し、360μgの/ kg /分の注入（25グラムのマウス用30μL/分）のために使用されるレートで生理食塩水を注入する。さらに注入は大動脈圧と圧力の上昇がベースラインに戻って生成しなくなるまで、2〜3分間吹き込む。ベースライン時に安定化するための血圧のために5分待ってください。 </li><li> SNPと生理食塩水を交換してください。 <ol><li>ベースライン大動脈圧での録音Mモード。 240μgの/ kg /分（25グラムのマウス用に20μl/分）で注入を開始1分間吹き込む。大動脈圧がプラトーに達すると、Mモードを記録。注入を停止し、血圧がベースラインに戻るのを2分待ちます。 </li></ol></li><li> 120μgの/ kg /分（25グラムのマウス用10μL/分）の下注入速度。高原に血圧、およびレコードMモード用に1分間注入する、注入を開始します。注入を停止し、血圧がベースラインに戻るのを2分待ちます。 </li><li> 60μgの/ kg /分のSNP（25グラムのマウスのための5μL/分）を繰り返し手順4.8。 </li></ol> 5.実験の終了<ol><li>動物を安楽死させるために、4％にイソフルランを増やす。鈍化している呼吸するとき、通常は1〜2分で、胸腔を開き、心臓を露出させハサミで胸骨を切断。 </li><li>メディア鉗子で心をつかみ、ハサミで上行大動脈で切断することにより、身体からそれを切り出す。 </li></ol>

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</ol>

著者らは、開示することは何もない。

圧力値の広い範囲にわたって、いくつかの圧力増分で直径の測定を取ること圧力径関係の正確な特徴付けが必要である。薬理学的に誘導することができ、上下の圧力限界は、実験群によって異なる場合がありますが、理想的な範囲は約125ミリメートルHgの拡張期と200ミリメートルHgの収縮期に50ミリメートルHgまで25ミリメートルHgのである。 360μgの/ kg /分PEおよび240μgの/ kgの用量/分SNPは、一般に圧力範囲の限界を引き出す。しかし、PEの用量は、限界に達したことを確認するために、360μgの/ kg /分に480μgの/ kg /分、およびSNPを増加させることができる。 PEとSNPの使用濃度は、より細かい圧力増分を達成するために減少させることができる。直径は、大動脈圧に応じて変化するように、動物及び実験群の間で同じ圧力値を誘導することは重要ではない。 静脈および動脈カニューレ挿入は、同一のouと他の場所で行うことができる。tcomes。尾静脈カニューレ挿入が原因尾静脈のサイズが小さい挑戦することができる。また、尾静脈は暗い色のマウスでは容易には表示されません。大腿静脈代替とし​​てカニューレ挿入することができる。大腿静脈は、よりアクセス可能ですので、このルートは、簡単な場合があります。圧力カテーテル挿入のために、大腿動脈に加えて、カテーテルを頸動脈を介して挿入することができる。胸部超音波イメージングのための無傷のままであるため、大腿動脈は、しかし、頸動脈よりも好ましい。大腿動脈のカニューレ挿入は大腿動脈の方が小さいため、より困難である。 1.2 Fカテーテルを用いてカニューレ挿入プロセスを容易にする腹腔下に近位大腿動脈にカテーテルを導入する。大腿動脈へのリドカインのような血管拡張剤を数滴を配置すること、カテーテルイントロデューサを使用した場合も、カテーテルの挿入を容易にするために容器を大きく助けることができる。圧力カテーテルは、取り扱い、使用されるべきである製造業者の説明書に従って行った。 大動脈内の圧力低下がわずかであるように大動脈内のカテーテルの位置は、動物の間で一貫している必要はありません。しかし、腹部大動脈にカテーテルを配置することは胸部大動脈の超音波イメージングとの干渉を最小限にすることが望ましい場合がある。一部の超音波のメインフレームは、それによって、Mモードで測定され、すべての直径のための圧力測定を与えて、Mモードトレースで圧力をリアルタイムで記録することができます。残念ながら、直径が測定される場所は、圧力が記録されている場合、遅延は、カテーテルに記録された圧力と上行大動脈内の実際の圧力との間に存在するのと同じ位置ではないからである。結果として、唯一の最大値と最小直径の測定は、データ解析のために使用することができる。 この方法の主な制限は、O内外シフト大動脈によって導入された測定の不確かさである心周期中の超音波面F。モーション導入される誤差は、MRIやCTなど、すべてのイメージングベースの研究に共通している。補償戦略が動き18と基準フレームをシフトし、データ処理中に実装されている解剖学的特徴を使用することを含む。動き補償ソフトウェアは容易に入手できないので、研究者は、血圧上昇などの大動脈の位置の変化を追跡し、減少するため、プローブの位置調整について警戒する必要がある。直径の測定は、大動脈の中心を通って取られるべきである。ただし、Mモード記録位置が中心を通るかどうかを決定することは、特に大動脈のシフト位置と、超音波画像上で判断することは困難であることができる。 図6に明らかなように、データのばらつきの程度のマニフェストこれらの制限によって導入不確か。ascendiの長手方向の軸の代わりに、断面の画像を取得するNGの大動脈は、ソリューションである可能性があります。しかし、このビューを得ることは、時にはそれ以上に挑戦することができ、得られるMモードトレースはそれほど明確であることができます。 Bモード画像から断面の円周の代わりにMモード画像の直径を測定することができる。しかし、最大値と最小周長が達成されたときを決定することは、Bモードフレームレートによって制限され、Mモードよりも判断することがより困難であり得る。 圧力 - 直径プロットの複数の測定を行うと、実験グループのサイズを大きくすると、データの精度を向上させることができる。圧力 - 直径データは、胸に沿って複数の場所から採取することができる。このプロトコルは、最初の胸部にある位置に配置されているプローブを用いて実施されるであろう。大動脈は、別の場所と繰り返しプロトコル上に置かれたプローブを用いて可視化されることになる。 血圧を調節するために使用される血管作用薬は、潜在的に大動脈平滑MUSCに影響を与える可能性今度は剛性に影響を与えるルトーン、。しかし、静脈還流による大動脈圧の操作は、ラットにおける薬理学的操作として侵襲的に測定PWVにおいて同様の変化をもたらすことが示されている。これらの知見は、血管作用薬の注入は、末梢抵抗動脈に主に作用し、有意に血管平滑筋緊張19に影響を与えないことを示している。 このプロトコルは、いくつかのマイナーな修正をしたラットで実施することができる。胸は脱毛クリームを適用する前削られる。市販の27 Gのx½ &quot;カテーテルは薬物注入のために使用される。大動脈圧を調節するために使用される薬物の用量は、40、80、及びPE120μgの/ kg /分及び40、80、およびSNPの120μgの/ kg /分である。 上行大動脈のほかに、大動脈の剛性の地域差は、このプロトコルを用いて決定することができる。測定は、Arなどのこのアプローチによって測定された地域の剛性はPWVによってよりも正確になるPWVのための2つの場所に反対するようにeが一つの場所から撮影。しかし、この技術を用いて測定することができる大動脈に沿った領域を超音波で可視化することができるものに限定される。 壁の厚さ測定値を得ることができる場合、弾性率はまた、この方法によって収集されたデータから計算することができる。マウス大動脈の生体内測定の正確な、現在の超音波技術の解像限界によって制限される。超音波技術の将来の改善は、 インビボ壁厚測定においてより実現可能にする可能性がある。代替として、厚さ測定は、ex vivoで行うことができる。厚さは、各圧力増分で測定することができるので、圧力筋運動記録法は、最も正確な測定値を提供するであろう。

増加した大動脈の剛性は、心血管疾患の特徴である。 、1エージング2喫煙 、糖尿3、高脂血症4、および心血管疾患の他の危険因子は、大動脈の剛性を高めることが示されている。疫学的研究は、冠状動脈性心臓病や脳卒中の発症ならびに心血管イベントおよび死亡5-8発生の強力な独立予測因子として、大動脈の剛性を示した。が増加するため、大動脈剛性の臨床および公衆衛生意義を、現在の研究は、血管硬化の発症および進行のメカニズムを理解することに焦点を当てています。大きな関心は、したがって、心血管疾患の実験モデルにおいて血管硬化の正確な施策を展開中に存在する。 材料の剛性は、その応力 - 歪み関係によって特徴付けられ、弾性のMODとして定量化することができるウルス。線形弾性材料が可逆的に変形し、そのストレスがひずみに比例して増加する。大動脈と大動脈が非線形の弾性体である：伸ばしたとき、動脈の剛性は一定のままであるが、膨満の程度と増加しません。大動脈の機械的特性のこの非線形性は、血管壁を構成する耐荷重要素、すなわちエラスチン及びコラーゲンの異なる剛性特性によるものである。エラスチンは、0.6メガパスカルの弾性率と高い拡張可能です。比較において、コラーゲンは1 GPaの9の弾性率と非常に硬い。高い歪み値で展示高い剛性がコラーゲンに起因しながら低い歪み値で大動脈によって示される初期剛性は、エラスチンに起因する。容器はdistendsとして負荷がコラーゲン、エラスチンから転送され、血管系が動作する場合に荷重伝達のこの領域である。したがって、生理学的圧力で、動脈硬化エラスチンとコラーゲン10の両方の寄与に依存します。 エラスチンとコラーゲンの分布と向きは、動脈壁内の層によって異なります。メディアには、エラスチン、コラーゲン、および平滑筋細胞は、同心円状に積層されたタイトなヘリックスにバンドルされる。この構成は、動脈が周方向に高い荷重に耐えることを可能にする。外膜は少しエラスチンで主にコラーゲンで、コラーゲン繊維をネット状に編成されている。これらのコラーゲン繊維は、応力を受けていない状態では波状であり、負荷が増加するようにまっすぐ。コラーゲン繊維として剛性が増加することにより、過延伸と破裂動脈を防ぐ、まっすぐ。そのため、コラーゲン繊維の構造組織と様々な向きに、動脈は異方性である：容器を縦または円周方向に11引き伸ばされている場合に発揮剛性が依存するインビボ stiffnesが。sはしたがって、大動脈の長手方向及び周方向の剛性の複合体である。 動脈硬化は、一般にコンプライアンスまたは脈波伝播速度（PWV）としてインビボで定量化される。動脈コンプライアンスは、ΔDが径の変化で、ΔPは圧力の対応する変化であるC =ΔD/ΔPとして定義されている。コンプライアンスの低い値はより硬い血管を示している。コンプライアンスは、動脈の圧力 - 寸法関係から計算し、従って剛性の直接的な尺度である。剛性が血管系12内の非均一配布されるように、コンプライアンスは、実験群間の意味のある比較を行うために、各被験者における類似/同一の位置で測定されるべきである。 コンプライアンス及び弾性率の違いは、弾性率は、材料の寸法に正規化されることである。適合性は、したがって、弾性率REFのに対し、構造的剛性を反映している材料剛性をlects。加齢に伴って、動脈壁の厚さが増加し、エラスチン/コラーゲン比が低下するので、構造的剛性、材料の剛性の両方が大きい。 コンプライアンスと比較して、PWVは動脈硬化の間接的な尺度である。 PWVは、圧力パルスは、動脈の長さに沿って移動し、血管壁の性質によって影響される速度である。メーンズ·コルテベークの式は、PWVと弾性率との間の関係をモデル化するために使用される：E増分弾性係数であり、hは壁厚でありPWV 2 = Eさh /（2ρr）は、ρは血液粘度であり、rは血管半径。高いPWV値は、したがってより硬い血管を示唆している。 コンプライアンス及び弾性率は、血管の切除されたセグメントにex vivoで実験的に測定することができる。コンプライアンスを決定するために、血管セグメントは、圧力ミオグラフ13,14に取り付けられている。容器内の圧力は段階的と目を増加させる直径の変化を生じた電子は、ビデオ顕微鏡を使用して追跡される。コンプライアンスは、圧力径データから決定される。増分弾性率は、引張試験によって測定することができる。これらの実験では、容器は引き離す段階的および力 - 変位のデータは、血管リングが破断するまで収集される。応力と歪み値を計算し、増分弾性係数を決定するためにプロットすることができる。これらのex vivoでのアプローチは、剛性に影響を受動的特性の変化を評価するために用いることができる。 インビボでは 、コンテンツの壁に加えて、血管硬化、平滑筋緊張と血圧13,15,16によって動的に影響される。 PWVは、実験モデルにおいてインビボ大動脈剛性で測定するための最も広く用いられている方法である。 PWVは、ドップラー超音波または圧平眼圧計17を用いて非侵襲的に測定することができる。圧力パルスは、2つの別々の場所で測定され、時間が必要とされる距離を通過するパルスは、パルス波の速度である。 PWVは、大動脈の長さにわたって測定されているので、剛性の平均値である。大動脈弾性非線形なので、剛性であり、従って、PWVは、動脈圧に応じて変化する。高いPWV値は、したがって増加剛性または高圧から発生する可能性があります。 PWV値は、したがって、容器の剛性についての結論を導き出すために血圧を正規化する必要があります。血管壁の受動的な性質と音色を変化させる血管作動性メディエーターの効果と血圧の影響を組み込んだ測定方法は、動脈硬化の生理学的に関連する指標をもたらすであろう。このアプローチは、侵襲的に一定の距離13で分離された二つの圧力センサを有するカテーテルを使用して、PWVを測定することによって実現される。この二重の圧力カテーテルは、大動脈に挿入され、そのようなフェニレフリンまたはニトロプルシドナトリウムのような血管作用薬は、を介して静脈内に注入されている動脈圧を上げると下げる静脈カテーテル。 このプロトコルは、マウスモデルにおけるその圧力次元関係から、生体内での大動脈の剛性を決定するための方法を記載する。このアプローチは、侵襲的なPWVの測定に比べていくつかの利点を提供しています。コンプライアンスなどの剛性指数は、この手順によって収集された圧力 - 寸法データから計算することができる。剛性が単一の位置から測定されるので、また、この技術は、ローカル大動脈剛性の測定を可能にする。このアプローチは、この領域の短い長さを得ることがPWV測定を困難にするように大動脈の剛性昇順の測定に特に有用である。その機械的特性は、冠循環の灌流及び血管機能不全に対する心臓応答に影響を与えるので、研究の関心は、上行大動脈で特異的に存在している。 インビボでの大動脈の圧力-直径関係を測定する</em&gt;は、上行大動脈が可視化され、その直径は、超音波イメージングによって測定される。大動脈血圧を圧力カテーテル侵襲的に測定される。血圧は、血管作用薬の静脈内注入による増分変更される。フェニレフリンは、血管を収縮し、大動脈圧を上昇させるために使用される。ニトロプルシドナトリウムは、血管を拡張し、大動脈圧を低下させるために使用される。収縮期および拡張期の大動脈の直径と対応する大動脈の圧力は各圧力の増加量を測定する。コンプライアンスは、収集された圧力 - 直径データから計算することができる。

<table><tbody><tr><td>Equipment</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>High-resolution ultrasound machine</td><td>Visual Sonics</td><td>Vevo2100</td><td></td></tr><tr><td>13-24 MHz transducer</td><td>Visual Sonics</td><td>MS250</td><td>Used for imaging rats</td></tr><tr><td>22-55 MHz transducer</td><td>Visual Sonics</td><td>MS550D</td><td>Used for imaging mice</td></tr><tr><td>Imaging Station</td><td>Visual Sonics</td><td>Imagine Station 1</td><td></td></tr><tr><td>1.2F Pressure catheter</td><td>Transonic</td><td>FTH-1211B-0018</td><td></td></tr><tr><td>SP200 pressure control unit</td><td>Transonic</td><td>FFS-095-DP01</td><td></td></tr><tr><td>Standard Infusion Only Harvard Pump 11 Plus syringe pump</td><td>Harvard Apparatus</td><td>702208</td><td></td></tr><tr><td>Isoflurane vaporizer</td><td>VetEquip</td><td>911103</td><td></td></tr><tr><td>Induction chamber</td><td>VetEquip</td><td>941443</td><td></td></tr><tr><td>100% O&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td>Airgas</td><td>OX USP200</td><td></td></tr><tr><td>Single Stage Brass 0-50 psi General Purpose Cylinder Regulator CGA540</td><td>Airgas</td><td>Y11215B540</td><td></td></tr><tr><td>Stereo Boom Stand Microscope</td><td>National Optical</td><td>420-BMSQ</td><td></td></tr><tr><td>Fiber optic illuminator &amp;amp; light pipe</td><td>Cole Palmer</td><td>EW-41500-50</td><td></td></tr><tr><td>Supplies</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>30G x 1/2&quot; BD PrecisionGlide Needle</td><td>BD</td><td>305106</td><td>For tail vein cannulation in mice</td></tr><tr><td>Polyethylene Tubing PE10</td><td>Becton Dickinson</td><td>427401</td><td>For tail vein cannulation in mice</td></tr><tr><td>27G x 1/2&quot; Surfloe winged infusion set</td><td>Terumo</td><td>SV*27EL</td><td>For tail vein cannulation in rats</td></tr><tr><td>Signa Gel Electrode Gel</td><td>Parker</td><td>15-25</td><td>Use for ECG recording</td></tr><tr><td>Aquasonic Clear Ultrasound Gel</td><td>Parker</td><td>03-08</td><td>Use for ultrasound</td></tr><tr><td>1ml Sub-Q Syringes, 26G x 5/8&quot;</td><td>BD</td><td>309597</td><td></td></tr><tr><td>Nair</td><td>Nair</td><td></td><td>Depilatory cream</td></tr><tr><td>Histoacryl</td><td>TissueSeal</td><td>TS1050071FP</td><td>Tissue glue</td></tr><tr><td>Braided Silk Suture 6-0</td><td>Teleflex</td><td>104-S</td><td></td></tr><tr><td>Dumostar P55 fine forceps</td><td>Roboz</td><td>RS-4984</td><td></td></tr><tr><td>Microscissors</td><td>WPI</td><td>501839</td><td></td></tr><tr><td>Fine scissors</td><td>FST</td><td>14060-11</td><td></td></tr><tr><td>Medium forceps</td><td>Ted Pella</td><td>5665</td><td></td></tr><tr><td>Hemostatic forceps</td><td>Roboz</td><td>RS-7131</td><td></td></tr><tr><td>Non-sterile cotton gauze sponge</td><td>Fisherbrand</td><td>22-362-178</td><td></td></tr><tr><td>Cotton tipped applicators</td><td>Oritan</td><td>803-WC</td><td></td></tr><tr><td>Label tape</td><td>Fisherbrand</td><td>15-901-20</td><td></td></tr><tr><td>Drugs</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sodium chloride</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S7653</td><td></td></tr><tr><td>R-Phenylephrine hydrochloride</td><td>Sigma Aldrich</td><td>P6126</td><td></td></tr><tr><td>Sodium nitroprusside dihydrate</td><td>Sigma Aldrich</td><td>71778</td><td></td></tr><tr><td>Software</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Prism</td><td>GraphPad</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Excel</td><td>Microsoft</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

measuring ascending aortic stiffness in vivo in mice using ultrasound

我々は、高解像度超音波イメージングを用いて、マウスにおいてインビボ大動脈の剛性を測定するためのプロトコルを提示する。大動脈の直径は、超音波によって測定され、大動脈血圧は、固体圧力カテーテルを侵襲的に測定される。血圧はその後血管作動薬のフェニレフリンおよびニトロプルシドナトリウムの静脈内注入によって段階的に低下が発生します。大動脈の直径は、上行大動脈の圧力 - 直径関係を特徴付ける各圧力段階のために測定される。圧力 - 直径関係から導出剛性指数は、収集されたデータから計算することができる。動脈コンプライアンスの計算は、このプロトコルに記載されている。 この技術は、心血管疾患および老化に関連する増大した大動脈の剛性のメカニズムを調査するために使用することができる。技術がphので近づいてex vivoでのに比べて剛性の生理学的に関連する指標を作成する大動脈の剛性にysiological影響を測定に組み込まれている。この技術の主な制限は、心周期中に大動脈の動きから導入された測定誤差である。この動きは、大動脈の動きを有するプローブの位置を調整するだけでなく、大動脈圧小径関係の複数の測定を行うと、実験群のサイズを拡大することによって補償することができる。

図1に示すように、左心室および上行大動脈の長手方向の画像は、Bモードでキャプチャされる。代替的に、唯一の大動脈の長手方向の画像を得ることができる、 図2のように、大動脈壁の運動を心臓の中に図3に示すように、サイクルは、Mモードの2つの白い線として現れる。大動脈内腔線の間での領域である。大動脈圧は、血管作動薬の注入によって変調される。 図4Aに示すように、PEは、大動脈圧を上昇させ、 図4Bに示すように、SNPは、圧力を低下させる。 Mモードが記録されるときの血圧プラトー、注入の開始後1分。 図5に示すように、大動脈圧は、投与された薬物の量を変えることを通して漸増的に変化される。薬物の用量は、注入速度によって制御される。すべての薬物用量はμgの/ kg /分である。最大値と最小直径は、tから測定されている彼Mモード、 図3に示す。これらの直径は、収縮期および圧力カテーテルにより記録された拡張期大動脈圧に対応している。 3心周期の収縮期および拡張期の直径と圧力の値は、ベースライン時および各PEおよびSNP線量を測定する。つの薬剤用量三つの直径の測定値間の標準偏差は、0.01ミリメートルから0.04ミリメートルの範囲である。 図6（a）に示すように大動脈の直径は、圧力-直径の関係を説明するための、その対応する大動脈圧に対してプロットすることができる。 これらの圧力直径値は、大動脈コンプライアンスを計算するために使用される。動脈コンプライアンスは次式で計算されます C =（D sys の - D DIA）/（P sysの -のP DIA）（1） DのSYSとD DIAは、収縮期および拡張期の直径とP SYSおよびP DIAどこ収縮期および拡張期の圧力がある。コンプライアンスと大動脈圧（MAP）を意味するが、ベースライン時および各PEおよびSNP線量を計算する。コンプライアンスは、剛性の圧力依存性を実証するためにMAPに対してプロットされている。なぜなら、大動脈の非線形弾性挙動のコンプライアンスは、 図6Bに示すように、MAPの増加とともに減少する。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/52200/52200fig1highres.jpg" /> 図1：Bモード上行大動脈の長手方向の図直径の測定は、左心室を残して上行大動脈の縦画像から取られている。 LV：左心室。 PA：肺動脈。 AA：昇順大動脈。肺動脈の可視化は、プローブの配置に依存します。大動脈直径は、大動脈弁の遠位に測定されます。この画像をキャプチャするために使用されるプローブの周波数は40MHzである。 図2：Bモード上行大動脈の代替ビュー上行大動脈は、より顕著に特色と左心室と心の壁が少なく区別されている。 AA：昇順大動脈。 LV：左心室。この画像を記録するために使用されるプローブの周波数は40MHzである。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/52200/52200fig3highres.jpg" /> 図3：Mモード上で可視化大動脈大動脈直径はMモード画像から測定される。大動脈壁の動きは2波線として表示されます。 2ライン間のスペースは、大動脈内腔である。 3心周期の収縮期および拡張期の大動脈直径は、Mモードから測定されます。この画像では、圧力カテーテル、ECG信号及び呼吸サイクルによって記録された大動脈圧は、Mモードで、赤、緑、黄色で表示されている。プローブFREQUENCこの画像を記録するために使用されるyは40MHzであり、取得掃引速度は、1200 Hzである。 <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/52200/52200fig4highres.jpg" /> 図4：段階的に大動脈圧を変更するには、大動脈圧は注入された薬物の投与量によって段階的に変更されます。薬物の用量は、注入速度によって変調される。すべての用量はμgの/ kg /分である。 <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/52200/52200fig5highres.jpg" /> 図5：。血管作動薬による大動脈圧の調節大動脈圧は、血管収縮薬フェニレフリン（PE）の注入に伴って増加し、血管拡張ニトロプルシドナトリウム（SNP）の注入で減少している。 1分間の薬剤注入開始後の大動脈圧プラトー。大動脈直径のMモードがプラトーに記録される。（A）大動脈圧の上昇を示している360μgの/ kg /分PE注入と、（B）240μgの/ kg /分SNP注入と大動脈圧の減少を示している。時間は、注入が開始され、Mモードが記録されている時間は、トレース上のラベルが付いています。 &#160;大動脈圧は注入された薬物の投与量によって段階的に変更されます。薬物の用量は、注入速度によって変調される。すべての用量はμgの/ kg /分である。 <img alt="図6" src="/files/ftp_upload/52200/52200fig6highres.jpg" /> 図6：圧力およびコンプライアンス対対直径は、大動脈圧のプロットを意味する大動脈の直径は圧力径の関係（A）を示すために、対応する大動脈圧に対してプロットすることができる。コンプライアンスは、それぞれの圧力増加のために計算され、大動脈の剛性（B）の圧力依存性を示すために、平均大動脈圧（MAP）に対してプロットすることができる。

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Measuring Ascending Aortic Stiffness In Vivo in Mice Using Ultrasound

We describe a technique for measuring aortic stiffness from its pressure-diameter relationship in vivo in mice. Aortic diameter is recorded by ultrasound and aortic pressure is measured invasively with a solid-state pressure catheter. Blood pressure is changed incrementally and the resulting diameter is measured.

昇順大動脈剛性の測定<em&gt;インビボ</em&gt;超音波​​を使用したマウスにおける

We present a protocol for measuring in vivo aortic stiffness in mice using high-resolution ultrasound imaging. Aortic diameter is measured by ultrasound ...

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Research

JoVE Journal

Medicine

Measuring Ascending Aortic Stiffness In Vivo in Mice Using Ultrasound

16.0K ビュー.  Johns Hopkins University. We describe a technique for measuring aortic stiffness from its pressure-diameter relationship in vivo in mice. Aortic diameter is recorded by ultrasound and aortic pressure is measured invasively with a solid-state pressure catheter. Blood pressure is changed incrementally and the resulting diameter is measured.

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Murine Echocardiography and Ultrasound Imaging

Rodent models of cardiac pathophysiology represent a valuable research tool to investigate mechanism of disease as well as test new therapeutics.1 Echocardiography provides a powerful, non-invasive tool to serially assess cardiac morphometry and function in a living animal.2 However, using this technique on mice poses unique challenges owing to the small size and rapid heart rate of these animals.3 Until recently, few ultrasound systems were capable of performing quality echocardiography on mice, and those generally lacked the image resolution and frame rate necessary to obtain truly quantitative measurements. Newly released systems such as the VisualSonics Vevo2100 provide new tools for researchers to carefully and non-invasively investigate cardiac function in mice. This system generates high resolution images and provides analysis capabilities similar to those used with human patients. Although color Doppler has been available for over 30 years in humans, this valuable technology has only recently been possible in rodent ultrasound.4,5 Color Doppler has broad applications for echocardiography, including the ability to quickly assess flow directionality in vessels and through valves, and to rapidly identify valve regurgitation. Strain analysis is a critical advance that is utilized to quantitatively measure regional myocardial function.6 This technique has the potential to detect changes in pathology, or resolution of pathology, earlier than conventional techniques. Coupled with the addition of three-dimensional image reconstruction, volumetric assessment of whole-organs is possible, including visualization and assessment of cardiac and vascular structures. Murine-compatible contrast imaging can also allow for volumetric measurements and tissue perfusion assessment.

This video demonstrates use of a rail-mounted high-frequency ultrasound probe to perform echocardiography on an anesthetized mouse. The methods describe both conventional two-dimensional and M-mode measurements of cardiac function in addition to newer, more powerful tools such as color Doppler, strain analysis, as well as general and targeted contrast imaging.

マウス心エコー検査と超音波イメージング

Rodent models of cardiac pathophysiology represent a valuable research tool to investigate mechanism of disease as well as test new therapeutics.1  ...

医学

Ultrasound Based Assessment of Coronary Artery Flow and Coronary Flow Reserve Using the Pressure Overload Model in Mice

Transthoracic Doppler echocardiography (TTDE) is a clinically useful, noninvasive tool for studying coronary artery flow velocity and coronary flow reserve (CFR) in humans. Reduced CFR is accompanied by marked intramyocardial and pericoronary fibrosis and is used as an indication of the severity of dysfunction. This study explores, step-by-step, the real-time changes measured in the coronary flow velocity, CFR and systolic to diastolic peak velocity (S/D) ratio in the setting of an aortic banding model in mice. By using a Doppler transthoracic imaging technique that yields reproducible and reliable data, the method assesses changes in flow in the septal coronary artery (SCA), for a period of over two weeks in mice, that previously either underwent aortic banding or thoracotomy. 
During imaging, hyperemia in all mice was induced by isoflurane, an anesthetic that increased coronary flow velocity when compared with resting flow. All images were acquired by a single imager. Two ratios, (1) CFR, the ratio between hyperemic and baseline flow velocities, and (2) systolic (S) to diastolic (D) flow were determined, using a proprietary software and by two independent observers. Importantly, the observed changes in coronary flow preceded LV dysfunction as evidenced by normal LV mass and fractional shortening (FS). 
The method was benchmarked against the current gold standard of coronary assessment, histopathology. The latter technique showed clear pathologic changes in the coronary artery in the form of peri-coronary fibrosis that correlated to the flow changes as assessed by echocardiography. 
The study underscores the value of using a non-invasive technique to monitor coronary circulation in mouse hearts. The method minimizes redundant use of research animals and demonstrates that advanced ultrasound-based indices, such as CFR and S/D ratios, can serve as viable diagnostic tools in a variety of investigational protocols including drug studies and the study of genetically modified strains.

Coronary flow reserve (CFR) is useful for assessment of myocardial oxygen demand and evaluation of cardiovascular risk. This study establishes a step-by-step transthoracic Doppler echocardiographic (TTDE) method for longitudinal monitoring of the changes in CFR, as measured from coronary artery in mice, under the experimental pressure overload of aortic banding.

マウスの圧負荷モデルを用いた冠動脈の流れと冠血流準備の超音波ベースのアセスメント

Transthoracic Doppler echocardiography (TTDE) is a clinically useful, noninvasive tool for studying coronary artery flow velocity and coronary flow ...

Assessment of Cardiac Morphological and Functional Changes in Mouse Model of Transverse Aortic Constriction by Echocardiographic Imaging

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.

The goal of this protocol is to noninvasively assess cardiac structural and functional changes in a mouse model of heart disease created by transverse aortic constriction, using B- and M-mode echocardiography and color/pulse wave Doppler imaging.

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

Transverse aortic constriction (TAC) in mice has been used as a valuable model to study mechanisms of cardiac hypertrophy and heart failure1. A reliable ...

Echocardiographic Approaches and Protocols for Comprehensive Phenotypic Characterization of Valvular Heart Disease in Mice

The aim of this manuscript and accompanying video is to provide an overview of the methods and approaches used for imaging heart valve function in rodents, with detailed descriptions of the appropriate methods for anesthesia, the echocardiographic windows used, the imaging planes and probe orientations for image acquisition, the methods for data analysis, and the limitations of emerging technologies for the evaluation of cardiac and valvular function. Importantly, we also highlight several future areas of research in cardiac and heart valve imaging that may be leveraged to gain insights into the pathogenesis of valve disease in preclinical animal models. We propose that using a systematic approach to evaluating cardiac and heart valve function in mice can result in more robust and reproducible data, as well as facilitate the discovery of previously underappreciated phenotypes in genetically-altered and/or physiologically-stressed mice.

This protocol provides a detailed description of the echocardiographic approach for comprehensive phenotyping of heart and heart valve function in mice.

マウスの弁膜症の包括的表現型の特徴のための心エコーアプローチとプロトコル

The aim of this manuscript and accompanying video is to provide an overview of the methods and approaches used for imaging heart valve function in ...

Ultrasound-based Pulse Wave Velocity Evaluation in Mice

Arterial stiffness can be evaluated by calculating pulse wave velocity (PWV), i.e., the speed with which the pulse wave travels in a conduit vessel. This parameter is being increasingly investigated in small rodent models in which it is used for assessing alterations in vascular function related to particular genotypes/treatments or for characterizing cardiovascular disease progression. This protocol describes an image processing algorithm which leads to non-invasive arterial PWV measurement in mice using ultrasound (US) images only. The proposed technique has been used to assess abdominal aorta PWV in mice and evaluate its age-associated changes.
Abdominal aorta US scans are obtained from mice under gaseous anesthesia using a specific US device equipped with high-frequency US probes. B-mode and Pulse-Wave Doppler (PW-Doppler) images are analyzed in order to obtain diameter and mean velocity instantaneous values, respectively. For this purpose, edge detection and contour tracking techniques are employed. The single-beat mean diameter and velocity waveforms are time aligned and combined in order to achieve the diameter-velocity (lnD-V) loop. PWV values are obtained from the slope of the linear part of the loop, which corresponds to the early systolic phase.
With the present approach, anatomical and functional information about the mouse abdominal aorta can be non-invasively achieved. Requiring the processing of US images only, it may represent a useful tool for the non-invasive characterization of different arterial sites in the mouse in terms of elastic properties. The application of the present technique can be easily extended to other vascular districts, such as the carotid artery, thus providing the possibility to obtain a multi-site arterial stiffness assessment.

Arterial stiffness represents a key factor in cardiovascular disease and pulse wave velocity (PWV) can be considered as a surrogate index for arterial stiffness. This protocol describes an image processing algorithm for calculating PWV in mice based on ultrasound image processing that is applicable at different arterial sites.

マウスにおける超音波ベースのパルス波速度の評価

Arterial stiffness can be evaluated by calculating pulse wave velocity (PWV), i.e., the speed with which the pulse wave travels in a conduit vessel. This ...

Ultrasound Assessment of Flow-Mediated Dilation of the Brachial and Superficial Femoral Arteries in Rats

Arterial vasodilation to increases in wall shear rate is indicative of vascular endothelial function. In humans, the non-invasive measurement of endothelial function can be achieved by employing the flow-mediated dilation technique, typically performed in the brachial or superficial femoral artery. Briefly, a blood pressure cuff placed distal to an ultrasound probe is inflated to a suprasystolic pressure, which results in limb ischemia. After 5 min of occlusion the cuff is deflated, resulting in reactive hyperemia and increases in wall shear rate that signal vasodilatory molecules to be released from the endothelium eliciting vasodilation. Despite the thousands of studies performing flow-mediated dilation in humans, surprisingly, no studies have performed this technique non-invasively in living rats. Considering the recent shift in focus to translational research, the establishment of guidelines for non-invasive measurement of flow-mediated dilation in rats and other rodents would be extremely valuable. In the following article, a protocol is presented for the non-invasive measurement of flow-mediated dilation in brachial and superficial femoral arteries of rats, as those sites are most commonly measured in humans.

Non-invasive assessment of endothelial function in humans can be determined by the flow-mediated dilation technique. Although thousands of studies have used this technique, no study has performed this technique non-invasively in rats. The following article describes non-invasive measurement of flow-mediated dilation in the brachial and superficial femoral arteries of rats.

ラットにおける上腕と浅大腿動脈のフロー依存性血管拡張の超音波評価

Arterial vasodilation to increases in wall shear rate is indicative of vascular endothelial function. In humans, the non-invasive measurement of ...

Minimally Invasive Transverse Aortic Constriction in Mice

Minimally invasive transverse aortic constriction (MTAC) is a more desirable method for the constriction of the transverse aorta in mice than standard open-chest transverse aortic constriction (TAC). Although transverse aortic constriction is a highly functional method for the induction of high pressure in the left ventricle, it is a more difficult and lengthy procedure due to its use of artificial ventilation with tracheal intubation. TAC is oftentimes also less survivable, as the newer method, MTAC, neither requires the cutting of the ribs and intercostal muscles nor tracheal intubation with a ventilation setup. In MTAC, as opposed to a thoracotomy to access to the chest cavity, the aortic arch is reached through a midline incision in the anterior neck. The thyroid is pulled back to reveal the sternal notch. The sternum is subsequently cut down to the second rib level, and the aortic arch is reached simply by separating the connective tissues and thymus. From there, a suture can be wrapped around the arch and tied with a spacer, and then the sternal cut and skin can be closed. MTAC is a much faster and less invasive way to induce left ventricular hypertension and enables the possibility for high-throughput studies. The success of the constriction can be verified using high-frequency trans-thoracic echocardiography, particularly color Doppler and pulsed-wave Doppler, to determine the flow velocities of the aortic arch and left and right carotid arteries, the dimension of the blood vessels, and the left ventricular function and morphology. A successful constriction will also trigger significant histopathological changes, such as cardiac muscle cell hypertrophy with interstitial and perivascular fibrosis. Here, the procedure of MTAC is described, demonstrating how the resulting flow changes in the carotid arteries can be examined with echocardiography, gross morphology, and histopathological changes in the heart.

Minimally invasive transverse aortic constriction (MTAC) conserves the essentials of regular transverse aortic constriction (TAC) while eliminating the use of a ventilator with tracheal intubation. It proves to be a highly desirable method for high-throughput studies on left ventricular overload, particularly in translational studies.

マウスにおける低侵襲横大動脈狭窄

Minimally invasive transverse aortic constriction (MTAC) is a more desirable method for the constriction of the transverse aorta in mice than standard ...

Measurement of Pulse Propagation Velocity, Distensibility and Strain in an Abdominal Aortic Aneurysm Mouse Model

An abdominal aortic aneurysm (AAA) is defined as a localized dilation of the abdominal aorta that exceeds the maximal intraluminal diameter (MILD) by 1.5 times of its original size. Clinical and experimental studies have shown that small aneurysms may rupture, while a subpopulation of large aneurysms may remain stable. Thus, in addition to the measurement of intraluminal diameter of the aorta, knowledge of structural traits of the vessel wall may provide important information to assess the stability of the AAA. Aortic stiffening has recently emerged as a reliable tool to determine early changes in the vascular wall. Pulse propagation velocity (PPV) along with the distensibility and radial strain are highly useful ultrasound-based methods relevant for assessing aortic stiffness. The primary purpose of this protocol is to provide a comprehensive technique for the use of ultrasound imaging system to acquire images and analyze the structural and functional properties of the aorta as determined by MILD, PPV, distensibility and radial strain.

This manuscript describes a detailed protocol for using high frequency ultrasound imaging to measure luminal diameter, pulse propagation velocity, distensibility and radial strain on a mouse model of abdominal aortic aneurysm.

腹部大動脈瘤マウスモデルにおける脈拍伝播速度、分解性およびひずみの測定

An abdominal aortic aneurysm (AAA) is defined as a localized dilation of the abdominal aorta that exceeds the maximal intraluminal diameter (MILD) by 1.5 ...

免疫・感染学

Ultrasound Imaging of the Thoracic and Abdominal Aorta in Mice to Determine Aneurysm Dimensions

Contemporary high-resolution ultrasound instruments have sufficient resolution to facilitate the measurement of mouse aortas. These instruments have been widely used to measure aortic dimensions in mouse models of aortic aneurysms. Aortic aneurysms are defined as permanent dilations of the aorta, which occur most frequently in the ascending and abdominal regions. Sequential measurements of aortic dimensions by ultrasound are the principal approach for assessing the development and progression of aortic aneurysms in vivo. Although many reported studies used ultrasound imaging to measure aortic diameters as a primary endpoint, there are confounding factors, such as probe position and cardiac cycle, that may impact the accuracy of data acquisition, analysis, and interpretation. The purpose of this protocol is to provide a practical guide on the use of ultrasound to measure the aortic diameter in a reliable and reproducible manner. This protocol introduces the preparation of mice and instruments, the acquisition of appropriate ultrasound images, and data analysis.

Ultrasound imaging has become a common modality to determine the luminal dimensions of thoracic and abdominal aortic aneurysms in mice. This protocol describes the procedure to acquire reliable and reproducible two-dimensional ultrasound images of the ascending and abdominal aorta in mice.

マウス脳動脈瘤のサイズを調べるために胸部、腹部の大動脈の超音波断層像

Contemporary high-resolution ultrasound instruments have sufficient resolution to facilitate the measurement of mouse aortas. These instruments have been ...

Measuring the Stiffness of Ex Vivo Mouse Aortas Using Atomic Force Microscopy

Arterial stiffening is a significant risk factor and biomarker for cardiovascular disease and a hallmark of aging. Atomic force microscopy (AFM) is a versatile analytical tool for characterizing viscoelastic mechanical properties for a variety of materials ranging from hard (plastic, glass, metal, etc.) surfaces to cells on any substrate. It has been widely used to measure the stiffness of cells, but less frequently used to measure the stiffness of aortas. In this paper, we will describe the procedures for using AFM in contact mode to measure the ex vivo elastic modulus of unloaded mouse arteries. We describe our procedure for isolation of mouse aortas, and then provide detailed information for the AFM analysis. This includes step-by-step instructions for alignment of the laser beam, calibration of the spring constant and deflection sensitivity of the AFM probe, and acquisition of force curves. We also provide a detailed protocol for data analysis of the force curves.

Measuring the Stiffness of Ex Vivo Mouse Aortas Using Atomic Force Microscopy

We present detailed protocols for isolation of aortas from mouse and measurement of their elastic modulus using atomic force microscopy.

の剛性を測定します<em&gt; ex vivoで</em原子間力顕微鏡を使用&gt;マウス大動脈

Arterial stiffening is a significant risk factor and biomarker for cardiovascular disease and a hallmark of aging. Atomic force microscopy (AFM) is a ...

昇順大動脈剛性の測定

要約

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