Beurteilung der Herz Morphologische und funktionelle Veränderungen in Maus-Modell der Quer Aortakonstriktion durch Echokardiographie

Zusammenfassung

Das Ziel dieses Protokolls ist es, nicht-invasiven Herz strukturelle und funktionelle Veränderungen in einem Mausmodell der Herzkrankheit durch Quer Aortakonstriktion geschaffen beurteilen zu können, unter Verwendung von B- und M-Mode-Echokardiographie und Farbe / Puls-Doppler-Bildgebung.

Zusammenfassung

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.

Einleitung

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.

Protokoll

Das Protokoll folgt den Richtlinien der Institutional Animal Care und Use Committee der University of Washington.

1. Chirurgische Verfahren und Vorbereitung für die Imaging

1. Gegenstand C57BL / 6 - Mäusen zu TAC oder Scheinoperation , wie zuvor beschrieben ^10.
2. Eine Woche nach der TAC oder Scheinoperation, betäuben die Maus in die Induktionskammer mit 2% Isofluran gemischt mit 1 l / min O _2. Bestätigen Sie die richtige anesthetization durch Teilnahmslosigkeit bis Fuß oder Schwanz einklemmen. Verwenden Veterinär Salbe auf die Augen Trockenheit während der Narkose zu verhindern. Entfernen Sie die Brusthaare durch Enthaarungscreme Anwendung. Desinfizieren Sie die Haut von Mäusen mit 70% Ethanol.
3. Sichern Sie die Maus auf ein Tier-Handling-Plattform in der Rückenlage. Um einen konstanten Niveau der Narkose erhalten, verwenden Sie eine nosecone 0,5 zu liefern - 1% Isofluran mit 1 l / min O ₂ gemischt.
4. Bewerben Elektroden-Gel auf die Pfoten der Maus und klebt sie an die Elektroden-Pad.
5. Legen Sie eine rektale Sonde Körpertemperatur zu überwachen. Aufrechterhaltung der Körpertemperatur bei 37 ° C über ein Heizkissen oder eine Lampe.
6. Tragen Sie eine Schicht vorgewärmten Ultraschall-Gel auf die Maus Brust, vor allem der Bereich des Herzens liegt. Hinweis: Entfernen Sie Ultraschall-Gel und trocknen Sie die Maus mit steriler Gaze nach dem Bildgebungsverfahren.

2. Geben Sie im Aortenbogen Ansicht, Verwenden B-Mode und Doppler-Imaging Quer Aortakonstriktion zur Bewertung

1. Verwenden Sie die B-Modus-Einstellung, um den Aortenbogen Ansicht zu erhalten, um die Aorta, Hauptarterienäste und die Verengung Ort zu visualisieren.
   1. Kippen Sie die linke Seite der Plattform so weit wie möglich mit der Maus in die linke Dekubitus Position zu drehen. Halten Sie den Ultraschallwandler durch Ständer in vertikaler Position und legen Sie es auf der Brust auf der rechten Parasternallinie, mit der Kerbe zeigt in Richtung Kinn der Maus. Hinweis: Verwenden Sie die Maus nicht Thorax komprimieren, wenn die TRANSD SenkungÜçer; minimale Menge an Druck erforderlich.
   2. Kippen Sie den Wandler auf der Ebene der Skapula und drehen leicht nach rechts, bis Aortenbogen in Sicht kommt. Beachten Sie die Quer Aortakonstriktion Stelle, die zwischen der Verzweigung der Truncus (IA) und linken Arteria carotis communis (LCCA) (Abbildung 1) befindet.
      Hinweis: Keine Verengung in Sham-Maus erkannt wird.
2. Auf den "Farb-Doppler" -Taste auf der Arbeitsstation zu Farb-Doppler-Modus zu wechseln Direktionalität und die Geschwindigkeit des Blutflusses über der Verengungsstelle zu überwachen. Erwerben und Speichern von Bildern von den "cine speichern" klicken.
3. Klicken Sie auf die "PW-Doppler" Taste zum Wechseln zwischen Welle Doppler-Modus zu pulsieren, und Platz Probenvolumen (die gestrichelte Cursor-Box) unmittelbar distal der Engstelle Stelle für den stenotischen Strahl mit der höchsten Geschwindigkeit zu suchen, klicken Sie auf die "PW-Doppler" Taste zu erhalten, Wellenformen von Aorten-flow und messen Spitzengeschwindigkeit (Abbildung 2).
4. Berechnen Druckgradienten über die Website Engstelle unter Verwendung der modifizierten Bernoulli-Gleichung: Druckgefälle = 4 x V _max ^2. Nur gehören Mäuse mit einem Druckgradienten von 40 bis 80 mmHg für eine weitere Analyse reichen.

3. Im Parasternal langen Achse, den Einsatz B-Modus und M-Modus Bildgebung zur Beurteilung Cardiac Dimensions und Kontraktilität

1. Mit der Maus auf die Plattform in der Rückenlage liegen, halten Sie die Wandler in vertikaler Art und Weise mit der Kerbe zeigt auf den Kopf der Maus. Senken Sie den Wandler auf dem Thorax parallel zur linken Parasternallinie und drehen 30 ° gegen den Uhrzeigersinn.
2. Verwenden B-Modus-Bildgebung eine volle lange Achse "sagittal" Ansicht des Herzens zu erhalten. Stellen Sie den Winkel des Wandlers und Fokustiefe linken Ventrikels sichtbar zu machen, die intraventrikuläre septalen Wand und einen kleinen Teil der rechten Ventrikelwand. Save die Bilder für die spätere Messungen der Herzwanddicke und Kammer Dimension. Mit "Herz-Paket", wählen Sie Parameter wie IVS oder LVAW, LVID und LVPW, und klicken Sie dann auf das Bild für jeden Parameter entsprechenden Linien zu zeichnen, um die Messungen zu erhalten.
3. Beobachten Herzwandbewegungsmuster und prüfen, ob mögliche Bewegungsstörungen, einschließlich Akinese, Hypokinesie und Asynchronität.
   Hinweis: Akinese und Hypokinesie bezeichnen vollständige und teilweise Verlust der Bewegung der Herzwand sind. Asynchrony bezeichnet unregelmäßig, unkoordinierte Herzwandbewegung.
4. Schalter zu M-Modus, place M-mode - Cursor senkrecht zu den LV Wänden auf Höhe der Papillarmuskel und erfassen Bilder für die spätere Messung des Herzabmessungen und fractional shortening (Abbildung 3).

4. Im Parasternal Kurzachsenansicht, den Einsatz B-Modus und M-Modus Imaging Herz Morphologie beurteilen und Funktion

1. From die parasternal langen Achse, erhalten parasternal Kurzachsenansicht des Wandlers 90 ° im Uhrzeigersinn durch Drehen. Einstellen der Wandler eine horizontale Querschnitts "quer" Ansicht des Herzens, in B-Modus zu geben, wobei beide Papillarmuskeln deutlich sichtbar und auf der rechten Seite (der 2 und 4-Uhr-Position).
2. Wechseln Sie in den M-Modus und legen Sie die M-Mode-Achse in der mittleren Ebene des linken Ventrikels. Erwerben und Speichern von Bildern für die spätere Messungen der Herzwanddicke, Kammer Dimension und fraktionelle Verkürzung (Abbildung 4). Mit "Herz-Paket", wählen Sie Parameter in SAX (kurze Achse) einschließlich IVS oder LVAW, LVID und LVPW, und klicken Sie auf das Bild für jeden Parameter entsprechenden Linien zu zeichnen, um die Messungen zu erhalten.
   Hinweis: Die Messungen hier erhalten eng mit denen in der parasternal langen Achse (Abbildung 5) korrelieren sollte.

5. Im Apikale Vierkammerblick, VerwendenDoppler-Bildgebung zur Beurteilung systolisch und diastolisch Funktion

1. Erhalten, die apikalen Vierkammerblick beide linken und rechten Ventrikel mit den Vorhöfen am unteren Rand des Bildschirms sichtbar zu machen. Im B-Modus, von der kurzen Achse Ansicht, kippen Sie die linke obere Ecke der Plattform Winkel der Kopf der Maus nach unten und den Wandler in Richtung der rechten Schulter der Maus orientieren. Dies ist im Wesentlichen eine "koronalen" Ansicht des Herzens gegen die Spitze oben schauen zu erreichen.
2. Visualisieren Sie die Mitralklappe in B-Modus, und schalten Sie auf Farb-Doppler-Modus, indem die Probe Volumen (die gestrichelte Cursor-Box) an der Spitze der Mitralklappe.
3. Wechseln Sie in den PW-Doppler-Modus Strömungsmuster über die Mitralklappe zu beurteilen. Ausrichten der Doppler-Sonde Cursor parallel zur Richtung der Mitral Blutung. Verwenden einer Sondenwinkel von weniger als 20 ° zur Spitzengeschwindigkeit (6) bestimmen.
4. Speichern Sie die Bilder für die spätere Messungen. Verwenden Sie "Herz-Paket" und wählen Sie "MV Flow. "Jeden Parameter Klicken Sie auf und ziehen Linien entsprechen, um die Messungen zu erhalten Verfügbare Messungen umfassen:. Peak E Geschwindigkeit (früh mit aktiver ventrikuläre Entspannung Füllung), Peak A Geschwindigkeit (spät mit Vorhofkontraktion Füllung), Mitral isovolumetrischen Entspannung und Kontraktionszeiten (IVRT und IVCT jeweils) und Auswurfzeit (ET).
5. Berechnen myokardiale Performance-Index (MPI) von MPI = (IVCT + IVRT) / ET.

6. Post-Verfahrens Behandlung von Tier

1. Geben Analgesie und / oder steriler Kochsalzlösung intraperitoneal chirurgische Tiere, wenn notwendig.
2. Lassen Sie das Tier auf einem Heizkissen in Bauchlage zu erholen. Verwenden Sie kein Tier unbeaufsichtigt lassen, bis es genügend Bewusstsein zu halten Brustlage wiedergewonnen hat. Nicht ein Tier zurück, die das Verfahren für die Gesellschaft von anderen Tieren unterzogen wurde, bis sie vollständig erholt.

Ergebnisse

Figur 1 zeigt B-Modus - Bilder des Aortenbogens Ansicht Maus Herz unterworfen sham (1A) oder TAC Chirurgie (1B). Der Aortenbogen, Truncus, links Arteria carotis communis und linken Schlüsselbeinarterie gezeigt. Beachten Sie, dass Aortakonstriktion in TAC deutlich sichtbar ist, aber nicht Schein-Herz. Farb - Doppler - Bilder von Aorten - Ansicht sind in 2A gezeigt. Die Wellenformen des Aorten - Strömung über die Einsch...

Diskussion

Echokardiographie wurde in großem Umfang verwendet , um die Herzfunktion in Nagetiermodellen von Herzerkrankungen ^2,6 beurteilen. Im Vergleich zu invasiven oder Terminal - Methoden wie Druck-Volumen - Schleifenmessung ¹¹ und ex vivo Arbeits Herz ^12, Echokardiographie bietet eine leistungsfähige, nichtinvasive Werkzeug zur Beurteilung laufenden Herz strukturelle und funktionelle Veränderungen in lebenden Tieren. Zur Gewinnung zuverlässiger Daten ist es wichtig , die Körperte...

Materialien

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