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.
Biz yüksek çözünürlüklü ultrason görüntüleme kullanılarak farelerde in vivo aort sertliği ölçmek için bir protokol mevcut. Aort çapı ultrason ile ölçülür ve aort kan basıncı katı-hal basınç kateteri ile invazif ölçülür. Kan basıncı daha sonra vazoaktif ilaçlar fenilefrin ve sodyum nitroprusid intravenöz infüzyon ile adım adım alçaltılmış yükseltilir. Aort çapı çıkan aort basıncı çaplı ilişkiyi tanımlamak için her bir baskı aşaması için ölçülmektedir. Basınç çaplı bir ilişki elde edilen Sertlik endeksleri toplanan verilerden hesaplanabilir. Arteriyel uyum hesaplanması bu protokol açıklanmıştır.
Bu teknik, kardiyovasküler hastalık ve yaşlanma ile ilişkili artmış aort sertliği altında yatan mekanizmaları araştırmak için kullanılabilir. teknik pH için yaklaşımlar, ex vivo kıyasla sertlik fizyolojik olarak uygun bir ölçüm ortayaaort sertliği üzerine ysiological etkiler ölçüm dahil edilmiştir. Bu tekniğin temel sınırlama kalp döngüsü sırasında aortun hareketinden tanıttı ölçüm hatasıdır. Bu hareket, aort hareket probunun konumuna ayarlanması aynı zamanda aort basıncı çaplı ilişkisinin çoklu ölçümler yapmak ve deney grubu boyutunu artırma ile telafi edilebilir.
Artan aort sertliği kardiyovasküler hastalık işaretidir. 1 Yaşlanma hiperlipidemi 4 2, diyabet 3, sigara, ve kardiyovasküler hastalığın diğer risk faktörleri aort sertliği artırmak için gösterilmiştir. Epidemiyolojik çalışmalar, koroner kalp hastalığı ve inme başlangıcından güçlü bir bağımsız belirleyicisi, yanı sıra kardiyovasküler olay ve mortalite 5-8 meydana aort sertliği göstermiştir. Çünkü artan aort sertliğinin klinik ve halk sağlığı önemi, güncel araştırma vasküler sertlik gelişimini ve ilerlemesini mekanizmasının anlaşılması üzerine odaklanmıştır. Büyük ilgi dolayısıyla kardiyovasküler hastalık deneysel modellerinde vasküler sertlik doğru tedbirler geliştirilmesi bulunmaktadır.
Bir malzemenin sertliği stres-streyn ilişki, özelliği ve elastik mod olarak tayin edilebilirulus. Bir doğrusal elastik malzeme geri dönüşümlü olarak deforme ve stres gerginlik orantılı artar. Aort ve büyük arterler doğrusal elastik organları şunlardır: gergin olduğunda, arter sertliği sabit kalır, ancak gerilmenin derecesi ile artar değildir. Büyük damarların mekanik özellikler bu doğrusal olmayan damar duvarı oluşturan taşıyıcı elemanlarının, yani elastin ve kollajen, farklı sertlik özelliklerine bağlıdır. Elastin 0.6 Mpa'lık bir esneme modülü olan çok esnektir. Buna karşılık, kolajen 1 lik bir elastik modül GPa 9 ile çok serttir. Yüksek gerilme değerleri sergilendi yüksek sertlik kollajen nedeniyle ise daha düşük gerilme değerleri aort tarafından sergilenen ilk sertlik elastin atfedilir. Gemi yayılmakta olarak yük kollajen elastin aktarılır ve damar sistemi çalışır nerede transfer yük bu bölgedir. Bu nedenle, fizyolojik basınçlarda, arteriyel sertlikelastin ve kollajen 10 hem de katkısıyla bağlıdır.
Dağıtım ve elastin ve kollajen yönlendirme arter duvarı içinde tabakası ile değişir. Medyada, elastin, kolajen, ve düz kas hücreleri eş katmanlı sıkı heliksler bindirildiğini. Bu düzenleme arter çevresel yönde yüksek yüklere karşı olanak sağlar. Adventisya az elastin ile kolajen ağırlıklı ve kollajen lifler net gibi moda düzenlenmiştir. Bu kollajen lifleri bir stressiz durumda dalgalı ve yük arttıkça düzeltmek. Kollajen lifleri gibi Rijitlik artar ve böylece gerilmeden ve kırılmasını önleyen arter, düzeltmek. Çünkü kollajen liflerinin yapısal organizasyonu ve değişen yönelimi, arterler anizotropik şunlardır: damar uzunlamasına veya dairesel 11 gerilir ise sergilenen sertlik bağlıdır in vivo sertlikleri.s nedenle aorta boyuna ve çevresel sertlik bir bileşik olduğunu.
Arteriyel sertlik genellikle uyum ya da nabız dalga hızı (NDH) in vivo olarak ölçülür. ΔD çapı değişimidir ve Ap basınç karşılık gelen bir değişiklik olduğu Arteriyel uyum C = ΔD / Ap olarak tanımlanır. Uyum düşük değerler sert damarları gösterir. Uyum arter basıncı boyut ilişkisi hesaplandı ve bu nedenle sertlik doğrudan bir ölçüsüdür edilir. Sertlik damar 12 eşit olmayan yaygın olarak, uyum deney grupları arasında anlamlı karşılaştırmalar yapmak için her konu aynı / benzer yerde ölçülmelidir.
uyum ve elastik modülü arasındaki fark elastik modülü malzemenin boyutlarına normalize olmasıdır. Uyum nedenle elastik modülü ref ise yapısal sertlik, yansıtırmalzeme sertliği lects. Yaşlanma, arter duvar kalınlığı artar ve elastin ile / kollajen oranı azalır, bu nedenle yapısal sertlik ve malzeme sertliği hem de büyüktür.
Uyum ile karşılaştırıldığında, PWV arteriyel sertlik dolaylı bir ölçüsüdür. PWV bir basınç impulsu arterin uzunluğu boyunca hareket eder ve damar duvarının özellikleri tarafından etkilenir hızıdır. Moens-Korteweg denklemi PWV ve elastik modülü arasındaki ilişkinin model kullanılır:, ρ kan viskozitesi PWV, h duvar kalınlığı E artan esneklik katsayısı = E-h / (2 ρ r) 2 'dir ve r, damar yarıçapıdır . Daha yüksek bir PWV değeri, bundan dolayı daha sert bir kap göstermektedir.
Uyum ve elastik modülü kabın bir kesilmiş kesiminde deneysel ex vivo olarak ölçülebilir. Uygunluğunu belirlemek için, gemi kademeli bir basınç myograph 13,14 üzerine monte edilir. Geminin içindeki basınç adım adım ve inci artarçapında değişim sonuçlanan e Video mikroskopi kullanılarak izlenir. Uyum basınç çaplı verilerden belirlenir. Artan esneklik katsayısı çekme testi ile ölçülebilir. Bu deneylerde, damar ayrı çekilir adım adım ve kuvvet-deplasman veri damar halka kırılana kadar toplanır. Stres ve gerginlik değerleri hesaplanmış ve artan elastik modülü belirlemek için çizilen olabilir. Bu ex vivo yaklaşımlar sertliği etkileyen pasif özelliklerinde değişiklikleri değerlendirmek için kullanılabilir.
In vivo olarak, ek içeriği duvara, damar sertliği düz kas tonusu ve kan basıncı 13,15,16 ile dinamik etkilenir. PWV deneysel modellerde in vivo aort sertliği ölçmek için en yaygın kullanılan yöntemdir. PWV Doppler ultrasonografi veya aplanasyon tonometrinin 17 kullanılarak noninvaziv tespit edilebilir. Basınç darbe iki ayrı noktada ölçülen ve zaman için gereklidirmesafe geçiş için nabız nabız dalga hızıdır. PWV aort bir uzunlukta olduğundan, sertliğinin bir ortalama değerdir. PWV arter basıncı ile değişecektir sertlik, böylece ve bu nedenle büyük arterler, elastik doğrusal olmayan vardır. Daha yüksek PWV değeri dolayısıyla artan sertlik veya yüksek basınç ortaya çıkabilecek. PWV değerleri dolayısıyla geminin sertlik ilgili sonuçlar elde etmek tansiyon normalize edilmelidir. Damar duvarının pasif özellikleri ve sesi arteriyel sertlik fizyolojik endeks doğuracak değiştiren vazoaktif mediatörlerin etkisi ile kan basıncı etkisi dahil ölçüm yöntemleri. Bu yaklaşım, invaziv sabit bir mesafeye 13 de ayrılmış iki basınç sensörleri ile bir kateter kullanarak NDH ölçerek uygulanmaktadır. Bu ikili basınç kateteri, örneğin fenilefrin veya sodyum nitroprusid gibi aort ve vazoaktif ilaçlar sokulur yoluyla damar içine infüzyonvenöz kateter yükseltmek ve alt arteriyel basıncı.
Bu protokol, bir fare modelinde, basıncı boyut ilişkisinden in vivo aort sertliğini tespit etmek için bir yöntem tarif etmektedir. Bu yaklaşım, invaziv PWV ölçümü üzerinde çeşitli avantajlar sunuyor. Böyle uyum gibi Sertlik endeksleri, bu prosedür ile toplanan basınç boyut verilerinden hesaplanabilir. Sertlik tek bir yerden ölçülür çünkü Ayrıca, bu teknik, yerel aort sertliğinin ölçümü için izin verir. Bu yaklaşım, bu bölgenin kısa uzunluğu elde etmek için bir PWV ölçümü zorlaştırır aort sertliği artan ölçülmesi de yararlıdır. Mekanik özellikleri koroner dolaşım perfüzyon ve vasküler disfonksiyon kalp yanıtı etkileyen çünkü Araştırma faiz çıkan aort özel olarak var.
Aort in vivo basınç çaplı ilişkisini ölçmek için </em> çıkan aorta görüntülenmiştir ve çapı, ultrasonlu görüntüleme ile ölçülür. Aort kan basıncı bir basınç kateteri ile invazif ölçülür. Kan basıncı, vazoaktif ilaçlar intravenöz infüzyon ile aşamalı olarak değiştirilir. Fenilefrin kan damarlarını daraltır ve aort basıncını yükseltmek için kullanılır. Sodyum nitroprussid kan damarlarını genişletir ve aort basıncı düşürmek için kullanılır. Sistolik ve diyastolik aort çapları ve ilgili aort basınçları her basınç artışı için ölçülür. Uyum toplanan basınç çaplı verilerinden hesaplanabilir.
Basınç, geniş bir değerler aralığı boyunca birkaç basınç artışları çap ölçümlerinin alınması basınç çaplı ilişki doğru karakterizasyonu için gereklidir. farmakolojik bağlı olabilir üst ve alt basınç limitleri deney grubu ile değişebilir ama ideal aralık yaklaşık 125 mm Hg diastolik ve 200 mm Hg sistolik 50 mm Hg 25 mm Hg. 360 ug / kg / dakika PE ve 240 ug / kg doz / dakika SNP genel olarak da basınç alanının sınırlarını ortaya çıkarmaktadır. Ancak, PE dozları 360 ug / kg / dk sınırları ulaşıldı olduğunu doğrulamak için 480 ug / kg / dk ve SNP artış olabilir. PE ve SNP Çalışma konsantrasyonları ince basınç artışlarını ulaşmak için azaltılabilir. Çap hayvanlar ve deney grupları arasında aynı basınç değerlerini teşvik, aort basınç ile değişecek gibi önemli değildir.
Venöz ve arteriyel kanülasyon aynı ou ile diğer yerlerde yapılabilirtcomes. Kuyruk ven kateterizasyonu nedeniyle kuyruk ven küçük boyutta zor olabilir. Ayrıca, kuyruk damarı koyu renkli farelerde kolaylıkla görülemez. Femoral damar alternatif olarak kanül edilebilir. Femoral damar daha erişilebilir olduğu için bu yol daha kolay olabilir. Basınç kateter takılması için femoral arter, yanı sıra, kateter karotis yoluyla sokulabilir. Göğüs alanı bu alanda ultrason görüntüleme için olduğu gibi kalır ve femoral arter, bununla birlikte, karotid arteri fazla tercih edilir. Femoral arter kanülasyon femoral arter küçük olduğu için daha zor olabilir. 1.2 F kateter kullanarak ve kanülasyon sürecini kolaylaştıracak karın boşluğuna altında proksimal femoral arter kateteri tanıtan. Femoral arter üzerine Lidokain gibi damar genişletici ajanın birkaç damla Yerleştirme veya ayrıca kateter yerleştirilmesini kolaylaştırmak için geminin büyütmek yardımcı olabilecek bir kateter introducer kullanarak. basınç kateteri ele ve kullanılmalıdırüreticinin talimatlarına göre aktifleştirilir.
Aort içindeki basınç düşmesinin önemsiz olduğu gibi aort içinde kateterin yer hayvanlar arasında tutarlı olması gerekmez. Ancak abdominal aorta kateter yerleştirerek torasik aorta ultrason görüntüleme ile etkileşimi en aza indirmek için daha iyi olabilir. Bazı ultrason büyük boy böylece M-mod ölçülen her çap için bir basınç ölçümü vererek, M-mod iz basınç gerçek zamanlı kaydedebilirsiniz. Çapı ölçülür konum basıncı kaydedildi nerede aynı konum değil, çünkü ne yazık ki, bir gecikme kateter kaydedilen basınç ve çıkan aorta gerçek basınç arasında var. Bunun bir sonucu olarak, sadece en yüksek ve en düşük çap ölçümü veri analizi için kullanılabilir.
Bu yöntemin temel sınırlama ve o dışarı değişen aort tarafından tanıtıldı ölçüm belirsizlikKalp döngüsü sırasında ultrason düzlemi f. Hareket-tanıtıldı hata MRG ve BT dahil olmak üzere tüm görüntüleme bazlı çalışmalarda, ortak olduğunu. Tazminat stratejileri hareketi 18 ile referans çerçevesini kaydırmaya ve veri işleme sırasında uygulanan anatomik özelliklerini kullanarak içerir. Hareket dengeleme yazılımı hazır değil gibi, araştırmacı kan basıncı yükselir gibi aort yerde kaymasını izlemek ve azalır prob konumunu ayarlama hakkında uyanık olmak zorundadır. Çapı ölçümleri de aort merkezinden alınmalıdır. Ancak, M-mod kayıt yeri merkezinden geçen olup olmadığını belirleyen özellikle aort değişen pozisyonları ile, ultrason görüntüsünde yargılamak için zor olabilir. Şekil 6 'da açık olarak, veri dağılım derecesi tezahür Bu kısıtlamalar getirdiği belirsizlik. ascendi uzunlamasına ekseni yerine enine kesitinin bir görüntüsünün elde edilmesing aort çözüm olabilir. Ancak, bu görünüm elde bazen daha zor olabilir ve ortaya çıkan M-mod iz daha az net olabilir. B-mod görüntüden kesit çevresi yerine M-mod görüntü arasında bir çap ölçülebilir. Maksimum ve minimum çevre B-mod kare hızı ile sınırlı olacaktır elde edilmiştir ve M-modu daha hakim daha zor olabilir, ancak belirlenmesi.
Basınç çaplı arsa çoklu ölçümler yapma ve verilerin doğruluğunu artırabilir deney grubu boyutunu artırarak. Basınç-çap veri göğüs boyunca çeşitli yerlerde toplanan alınabilir. Bu protokol, ilk göğüs bir yere yerleştirilen prob ile yürütülen olacaktır. Aort sonra başka bir yere ve tekrarlanan protokol yerleştirilen prob ile görüntülendi olacaktır.
Kan basıncını modüle kullanılan vazoaktif ajanlar potansiyel aort yumuşak musc etkileyebilirda sertliğini etkileyecek le sesi. Ancak, venöz dönüş aort basınç manipülasyonu sıçanlarda farmakolojik manipülasyon gibi invaziv ölçülen PWV benzer değişimlere neden olduğu gösterilmiştir. Bu bulgular, vazoaktif ilaçlar enfüzyon periferal direnç arterlerinin üzerinde etki önemli ölçüde aortik düz kas tonu 19 etkilemez göstermektedir.
Bu protokol, bir kaç küçük modifikasyonlarla sıçanlarda gerçekleştirilebilir. göğüs tüy dökücü krem uygulamadan önce traş. Bir ticari olarak temin edilebilen, 27 G x ½ "kateter ilaç infüzyonu için kullanılmaktadır. aort basıncı modüle etmek için kullanılan ilaç dozları 40, 80, PE ve 40, 80, 120 ug / kg / dakika, ve 120 ug / kg / SNP dak.
Çıkan aort yanı sıra, aort sertliği bölgesel farklılıklar bu protokol ile tespit edilebilir. Ölçümler ar gibi bu yaklaşım ile ölçülen Bölgesel sertliği PWV tarafından daha hassas olacaktırPWV iki yerlere karşı e bir yerden alınan. Ancak, bu teknik ile ölçülebilir aorta boyunca bölgeler ultrason tarafından görülebilecek olanlar sınırlıdır.
Elastik modül, aynı zamanda, bir duvar kalınlığı ölçümü elde edilebilir, bu yöntem ile elde edilen verilerden hesaplanabilmektedir. Fare aorta in vivo ölçümünde Doğru akım ultrason teknolojisi çözünürlüğü sınırları ile sınırlıdır. Ultrason teknolojisinin gelecekteki gelişme daha uygun in vivo duvar kalınlığı ölçümü yapabilir. Bir alternatif olarak, kalınlık ölçümleri ex vivo olarak gerçekleştirilebilir. Kalınlığı her basınç artışında ölçülebilir çünkü Basınç myography en doğru ölçümleri sağlayacaktır.
The authors have nothing to disclose.
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).
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
Equipment | |||
High-resolution ultrasound machine | Visual Sonics | Vevo2100 | |
13-24 MHz transducer | Visual Sonics | MS250 | Used for imaging rats |
22-55 MHz transducer | Visual Sonics | MS550D | Used for imaging mice |
Imaging Station | Visual Sonics | Imagine Station 1 | |
1.2F Pressure catheter | Transonic | FTH-1211B-0018 | |
SP200 pressure control unit | Transonic | FFS-095-DP01 | |
Standard Infusion Only Harvard Pump 11 Plus syringe pump | Harvard Apparatus | 702208 | |
Isoflurane vaporizer | VetEquip | 911103 | |
Induction chamber | VetEquip | 941443 | |
100% O2 | Airgas | OX USP200 | |
Single Stage Brass 0-50 psi General Purpose Cylinder Regulator CGA540 | Airgas | Y11215B540 | |
Stereo Boom Stand Microscope | National Optical | 420-BMSQ | |
Fiber optic illuminator & light pipe | Cole Palmer | EW-41500-50 | |
Supplies | |||
30G x 1/2" BD PrecisionGlide Needle | BD | 305106 | For tail vein cannulation in mice |
Polyethylene Tubing PE10 | Becton Dickinson | 427401 | For tail vein cannulation in mice |
27Gx1/2" Surfloe winged infusion set | Terumo | SV*27EL | For tail vein cannulation in rats |
Signa Gel Electrode Gel | Parker | 15-25 | Use for ECG recording |
Aquasonic Clear Ultrasound Gel | Parker | 03-08 | Use for ultrasound |
1mL Sub-Q Syringes, 26G x 5/8" | BD | 309597 | |
Nair | Nair | Depilatory cream | |
Histoacryl | TissueSeal | TS1050071FP | Tissue glue |
Braided Silk Suture 6-0 | Teleflex | 104-S | |
Dumostar P55 fine forceps | Roboz | RS-4984 | |
Microscissors | WPI | 501839 | |
Fine scissors | FST | 14060-11 | |
Medium forceps | Ted Pella | 5665 | |
Hemostatic forceps | Roboz | RS-7131 | |
Non-sterile cotton gauze sponge | Fisherbrand | 22-362-178 | |
Cotton tipped applicators | Oritan | 803-WC | |
Label tape | Fisherbrand | 15-901-20 | |
Drugs | |||
Sodium chloride | Sigma Aldrich | S7653 | |
R-Phenylephrine hydrochloride | Sigma Aldrich | P6126 | |
Sodium nitroprusside dihydrate | Sigma Aldrich | 71778 | |
Software | |||
Prism | GraphPad | ||
Excel | Microsoft |