심 초음파 이미징에 의해 가로 대동맥 수축의 마우스 모델에서 심장 형태 학적 평가 및 기능 변경

요약

이 프로토콜의 목적은 비 침습적 및 M B- 모드 초음파 심장 검진 및 컬러 / 맥파 도플러 촬상을 이용하여 횡 대동맥 수축에 의해 생성 된 심장 질환의 마우스 모델에서 심장 구조적 및 기능적 변화를 평가하는 것이다.

초록

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.

서문

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.

프로토콜

이 프로토콜은 워싱턴 대학의 기관 동물 관리 및 사용위원회의 가이드 라인을 따른다.

1. 수술 절차 및 이미징을위한 준비

1. TAC 또는 가짜 수술에 따라 C57BL / 6 마우스는 이전 ^{10 설명했다.}
2. 일주일 TAC 또는 가짜 수술 후, 1 L / 분 O ₂ 혼합 2 % 이소 플루 란을 유도 챔버에 마우스를 마취. 발가락이나 꼬리 끼에 응답하지 않는하여 적절한 마취를 확인합니다. 마취 동안 건조를 방지하기 위해 눈에 수의학 연고를 사용합니다. 제모 크림을 적용하여 가슴 털을 제거합니다. 70 % 에탄올로 마우스 피부를 소독.
3. 앙와위에서 동물 처리 플랫폼에 마우스를 고정합니다. 1 L / _{분, O2와} 혼합 1 % 이소 플루 란 - 마취 일정한 수준을 유지하기 위해, 0.5을 제공하는 원추형 두부를 사용한다.
4. 마우스의 발에 전극 젤을 적용하고는 전극 패드에 테이프.
5. 체온을 모니터링하는 직장​​ 프로브를 삽입한다. 가열 패드 또는 램프를 통해 37 ℃의 체온을 유지한다.
6. 마우스 가슴, 심장 위에 놓인 주로 지역에 미리 예열 초음파 젤의 레이어를 적용합니다. 주 : 초음파 젤을 제거하고 이미지를 만드는 절차 후 멸균 거즈와 마우스를 건조.

대동맥 궁보기 2. 사용 B 모드 및 도플러 영상은 가로 대동맥 수축을 평가하는

1. 대동맥, 동맥 주요 가지, 및 협착 부위를 시각화하기 위해 대동맥 궁보기를 얻기 위해 B-모드 설정을 사용한다.
   1. 욕창 좌측 위치로 마우스를 회전 가능한 한 최대 플랫폼의 왼쪽을 기울인다. 수직으로 독립하여 초음파 변환기를 잡고 마우스의 턱을 향해 노치 가리키는 오른쪽 흉골 라인을 따라 가슴에 놓습니다. 참고 : 마우스 흉부를 압축하지 마십시오 transd을 내릴 때ucer; 압력의 최소량이 요구된다.
   2. 견갑골의 수준에서 변환기를 기울여 대동맥 궁이보기에 올 때까지 약간 시계 방향으로 회전한다. 무명 동맥 (IA)과 왼쪽 경동맥 (LCCA) (그림 1)의 분기 사이에있는 가로 대동맥 수축 사이트를 관찰합니다.
      참고 : 수축이 가짜로 작동하는 마우스에서 검출되지 않는다.
2. 수축 사이트에서 혈액 흐름의 방향성과 속도를 모니터링하는 컬러 도플러 모드로 전환하기 위해 워크 스테이션에서 "컬러 도플러"버튼을 클릭합니다. 취득하고 "시네 저장"버튼을 클릭하여 이미지를 저장합니다.
3. 최고 속도로 협착 제​​트를 검색 할 수축 사이트에 바로 원위부 웨이브 도플러 모드, 장소 샘플 볼륨 (점선 커서 상자) 펄스로 전환하기 위해 "PW 도플러"버튼을 클릭 한 다음 "PW 도플러"버튼을 클릭 대동맥 FL 파형을 구하는흐름 및 측정 최대 속도 (그림 2).
4. 압력 구배 = 4 × V의 _최대 ² : 변성 베르누이의 식을 이용하여 수축 위치에 걸쳐 압력 차이를 계산한다. 만 추가 분석을 위해 40 ~ 80 mmHg의 범위의 압력 구배와 마우스를 포함한다.

흉골 긴 축보기 3. 사용 B-모드와 M 모드 이미징 심장 크기 및 수축성을 평가하기

1. 마우스가 플랫폼에서 앙와위로 누워, 마우스의 머리에 노치 가리키는 수직 방식으로 변환기를 개최합니다. 왼쪽 흉골 라인에 가슴 평행에 변환기를 낮 춥니 30 ° 시계 반대 방향으로 돌립니다.
2. 심장의 전체 장축 "시상"보기를 얻기 위해 B 모드 이미지를 사용합니다. 트랜스 듀서의 각도를 조정하고 좌심실의 심실 중격 벽, 오른쪽 심실 벽의 약간의 부분을 시각화하는 깊이 초점을 맞 춥니 다. 에스심장 벽 두께 및 챔버 치수 이상 측정 이미지 집결지. "심장 패키지"를 사용하여 선택한 다음과 같은 IVS 또는 LVAW, LVID 및 LVPW 등의 매개 변수 및 측정을 얻기 위해 각각의 매개 변수에 해당하는 선을 그릴 이미지를 클릭.
3. 심장 벽의 움직임 패턴을 관찰하고 무 운동, 운동 감소증 및 비동기를 포함한 가능한 운동 이상, 확인합니다.
   주 : 무 운동 각각 심장 벽의 이동 전체 및 부분 손실을 나타낸다 운동 감소증. 비동기 불규칙, 조정되지 않은 심장 벽의 움직임을 나타낸다.
4. 젖꼭지 근육의 수준에서 LV 벽에 수직으로 M 모드, 장소 M 모드 커서로 전환, 심장 크기와 분수 단축 (그림 3) 이후 측정을위한 이미지를 수집.

흉골 짧은 축보기, 심장 형태와 기능을 평가하기 위해 사용 B-모드와 M 모드 이미징 4.

1. FR옴 흉골 긴 축보기, 트랜스 듀서 시계 방향으로 90 ° 회전하여 흉골 단축보기를 얻을 수 있습니다. 명확하게 보이는 오른쪽 (2, 4시 방향)에있는 유두 근육 모두, B-모드에서 마음의 수평 단면 "가로"보기를 제공하기 위해 변환기를 조정합니다.
2. M 모드로 전환 좌심실의 중간 수준에서 M 모드 축에 배치합니다. 취득 및 심장 벽의 두께, 실 치수 및 소수 단축 (그림 4) 이후 측정을위한 저장 이미지. "심장 패키지"를 사용하여, SAX IVS 또는 LVAW, LVID 및 LVPW 포함 (단축), 이미지를 클릭에서 선택 매개 변수 측정을 얻기 위해 각각의 매개 변수에 해당하는 선을 그립니다.
   참고 : 여기에서 얻어진 측정은 흉골 긴 축보기 (그림 5)에서 얻은 것과 밀접하게 연관되어야합니다.

꼭대기 개의 챔버보기, 사용 5.수축기 및 이완기 기능을 평가하기 위해 도플러 영상

1. 화면 하단의 심방과 왼쪽과 오른쪽 심실을 시각화 꼭대기 사 실 뷰를 얻습니다. B 모드에서, 단축의 관점에서, 아래 각도로 마우스의 머리 플랫폼의 상부 좌측 코너를 기울 마우스의 오른쪽 어깨쪽으로 배향 변환기. 이 정점을 향해 찾고 마음의 "코로나"보기를 달성하기 위해 필수적이다.
2. B 모드에서 승모판 시각화 및 승모판의 끝에 샘플 볼륨 (점선 커서 박스)를 배치하는, 컬러 도플러 모드로 전환.
3. PW 도플러 모드로 전환 승모판을 통해 흐름 패턴을 평가합니다. 승모판 혈류의 방향 도플러 프로브 커서 평행 정렬. 최고 속도 (그림 6)를 결정하기 위해 프로브 각도보다 20 °를 사용합니다.
4. 나중에 측정을 위해 이미지를 저장합니다. "심장 패키지"를 사용하여 "MV 흐름을 선택. "각 매개 변수를 클릭하고 측정 값을 얻기 위해 줄을 해당 그릴 가능한 측정은 다음과 같습니다. 피크 E 속도 (초기 활성 심실 휴식과 충전을), (IVRT를 속도 (후반 심방 수축으로 작성), 승모판 isovolumic 이완과 수축 시간을 정점 IVCT 각각), 및 배출 시간 (ET).
5. MPI = (IVCT + IVRT) / ET에 의한 심근 성능 지수 (MPI)를 계산합니다.

동물의 6. 사후 절차 처리

1. 필요한 경우 복강 수술 동물에 진통 및 / 또는 멸균 생리 식염수를 제공합니다.
2. 동물이 발생하기 쉬운 위치에 가열 패드에 복구 할 수 있습니다. 이 흉골 드러 누움을 유지하기 위해 충분한 의식을 회복 할 때까지 무인 동물을 두지 마십시오. 완전히 회복 될 때까지 다른 동물의 회사에 절차를 거친 동물을 반환하지 않습니다.

결과

그림 1은 가짜 (그림 1A)를 실시 마우스 심장이나 TAC 수술 (그림 1B)의 대동맥 궁보기의 B 모드 이미지를 보여줍니다. 대동맥 궁, 무명 동맥, 경동맥을 왼쪽, 왼쪽 쇄골 하 동맥이 표시됩니다. 대동맥 협착이 TAC에 명확하게 볼 수 있습니다하지만 마음을 가짜 없습니다. 대동맥보기에서 컬러 도플러 이미지는 그림 2A에 표시됩?...

토론

심장 초음파 널리 심장병 ^2,6의 설치류 모델에서 심장 기능을 평가하기 위해 사용되었다. 이러한 압력 볼륨 루프 측정 ⁽¹¹⁾ 침입 또는 터미널 방법 비교 및 생체 심장 ^(12), 심 초음파가 살고있는 동물의 지속적인 심장 구조 및 기능 변화를 평가하기위한 강력하고 비 침습적 인 도구를 제공 작동합니다. 신뢰성있는 데이터를 얻기 위해,주의가 가열 장치 및 마취 레벨을 ...

자료

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