في فيفو التقييم الكمي للبنية عضلة القلب، وظيفة، الإرواء والجدوى عن طريق احتساب الصغرى القلب المقطعي
Summary
This method outlines the use of Quantum Micro-Computed Tomography (MicroCT) to assess cardiac morphology, function, perfusion, metabolism and viability with iodinated contrast agent in mice with experimentally-induced myocardial ischemia. The technique can be applied for non-destructive high-throughput longitudinal in vivo imaging of various animal models of human heart disease.
Abstract
The use of Micro-Computed Tomography (MicroCT) for in vivo studies of small animals as models of human disease has risen tremendously due to the fact that MicroCT provides quantitative high-resolution three-dimensional (3D) anatomical data non-destructively and longitudinally. Most importantly, with the development of a novel preclinical iodinated contrast agent called eXIA160, functional and metabolic assessment of the heart became possible. However, prior to the advent of commercial MicroCT scanners equipped with X-ray flat-panel detector technology and easy-to-use cardio-respiratory gating, preclinical studies of cardiovascular disease (CVD) in small animals required a MicroCT technologist with advanced skills, and thus were impractical for widespread implementation. The goal of this work is to provide a practical guide to the use of the high-speed Quantum FX MicroCT system for comprehensive determination of myocardial global and regional function along with assessment of myocardial perfusion, metabolism and viability in healthy mice and in a cardiac ischemia mouse model induced by permanent occlusion of the left anterior descending coronary artery (LAD).
Introduction
لا يزال مرض نقص التروية القلبية (جمعية حقوق الإنسان) ليكون أكبر سبب منفرد للمراضة ووفيات بين الرجال والنساء في جميع أنحاء العالم 1. بسبب التعقيدات والعلاقات المتبادلة القائمة بين الأجهزة والأنظمة على المستوى العضوي، واستخدام الحيوان كله كنموذج للجمعية حقوق الإنسان لا تزال ذات الصلة وليس فقط لدينا فهم أفضل للالفيزيولوجيا المرضية المرض، ولكن أيضا السماح تقييم الاستراتيجيات الوقائية والعلاجية جديدة . نماذج الماوس، على وجه الخصوص، قد ساهمت في معرفتنا التنمية القلب، والتسبب في احتشاء عضلة القلب، وتضخم عضلة القلب، التهاب عضلة القلب، والآفات أمدمي 2-7. المعلمات التي تحدد أداء القلب ومفيدة من حيث التشخيص وخيارات التدخل العلاجي هي كتلة القلب والهندسة، وظيفة العالمية والإقليمية، والتوزيع المكاني للتدفق الدم عضلة القلب وحيوية عضلة القلب.
ومع ذلك، فإن معظم التقليديهل طرق الفحص المستخدمة في نماذج الفئران من أمراض القلب وتشمل القياسات الغازية التي تتطلب ساعات لإكمال، وبالتالي لا يمكن استخدام الحيوان للقياسات المتكررة، أو أن طريقة تتطلب الحيوان التضحية 8-12. على سبيل المثال، لقياس التروية القلبية الإقليمي، وتستخدم المجهرية المسمى بالإشعاع أو fluorescently حيث تم الكشف عن عدد المشع أو إشارات الفلورسنت على القلب تشريح جسديا أو في الموقع 13،14.
وبالمثل، يتم إجراء تقييم حجم احتشاء في النماذج الحيوانية من احتشاء عضلة القلب الأكثر شيوعا triphenyltetrazolium كلوريد (TTC) تلطيخ، ومن أجل تحديد دوام التطور احتشاء وتأثير التدخلات العلاجية، هذا الأسلوب يتطلب أن الحيوانات تحتاج إلى لا بد من التضحية لقلب فحص الأنسجة في نقاط مختلفة الساعة 15. على هذا النحو، غير مدمرة وإنسانية التقنيات التي من شأنها أن تسمح quantitativه وتحليل طولية من التشكل القلب، وظيفة، والتمثيل الغذائي وقدرتها على البقاء لهما أهمية قصوى. في هذا السياق، والتصوير قبل السريرية هي ذات أهمية كبيرة. بين طرائق التصوير المتوفرة حاليا التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) وتخطيط صدى القلب هي الأكثر استخداما 16،17،18 شيوعا.
ومع ذلك، وعلى الرغم من أن التصوير بالرنين المغناطيسي تعتبر طريقة مرجعية في كل من العمل السريري وقبل السريرية، وارتفاع تكلفة للحصول على وصيانة أنظمة مخصصة التصوير بالرنين المغناطيسي الحيوانات الصغيرة، فضلا عن تعقيد هذه التكنولوجيا للمستخدمين غير المتقدمين للعمل ، وجعل التصوير بالرنين المغناطيسي باهظة التكاليف للاستخدام الروتيني. وفيما يتعلق ضربات القلب، توجد عيوب كبيرة في الطريقة التي يتم بها قياس وظيفة القلب. البيانات التي تنتجها معظم الامتحانات تخطيط صدى القلب هي ثنائية الأبعاد، ومن أجل استخلاص كميات، تحتاج إلى إجراء 19 افتراضات هندسية. وبالإضافة إلى ذلك، وسوء repr داخل الأقاليم وفيما بين المراقبoducibility هو الحد هاما آخر لهذه التقنية. النظائر المشعة التصوير مع الفوتون التصوير المقطعي واحد محسوب (SPECT) والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) وتستخدم في الغالب لتقييم نضح عضلة القلب والتمثيل الغذائي 17،20،21. ومع ذلك، يقتصر القرار المكانية من هذه الطرائق التصوير يجعل تصوير القلب في الفئران التحدي.
من ناحية أخرى، مع ظهور مسطحة تكنولوجيا للكشف عن لوحة تسمح أفضل حساسية للأشعة السينية والأوقات قراءات أسرع، الحالة الراهنة للفن ويمكن لنظم MicroCT الآن توفير القلب والجهاز التنفسي عن طريق بوابة ثلاثي الأبعاد (3D) ورباعي الأبعاد ( 4D) صور من جودة التصوير بالرنين المغناطيسي الصف. فهي تكاد تكلفة صيانة مجانية وسهلة التشغيل من قبل المستخدمين غير متقدمة. وهكذا، هذه الصكوك MicroCT يمكن أن تكون مناسبة أيضا للفحص الروتيني من الحيوانات الصغيرة كنماذج من الأمراض التي تصيب البشر. الأهم من ذلك، مع تطور وكيل النقيض المعالج باليود قبل السريرية الرواية، قأصبح تقييم وظيفي والتمثيل الغذائي imultaneous من القلب الممكن 22-24.
يحتوي هذا عامل تباين على نسبة عالية من اليود (160 ملغ / مل)، وإنتاج قوي على النقيض من الدم تجمع بعد الحقن الوريدي للتمكن في التصوير المجراة من الأوعية الدموية وحجرات القلب. في غضون ساعة بعد تناوله، والزيادة المستمرة في المقابل عضلة القلب المرتبطة امتصاص لها الأيض ويمكن ملاحظة، وبالتالي فإن عامل تباين نفسه يمكن أن تستخدم لتقييم عضلة القلب مذهلة وقدرتها على البقاء.
والهدف من هذه التقنية الواردة في هذا المخطوط هو لتمكين الباحثين من استخدام نظام MicroCT عالية السرعة مع جوهري النابضة القلب والجهاز التنفسي، بالتزامن مع الدم تجمع عامل تباين المعالج باليود، لتحديد وظيفة العالمية والإقليمية عضلة القلب جنبا إلى جنب مع نضح عضلة القلب و الجدوى في الفئران السليمة وفي نموذج الفأر نقص التروية القلبية الناجمة عن انسداد دائممن الأمامي الأيسر النازل الشريان التاجي (LAD). باستخدام هذا النموذج الحيواني والتصوير تقنية والتقييم السريع للمعلمات القلب أهم لا يمكن أن يؤديها بشكل متكرر مع طريقة التصوير واحدة ودون الحاجة إلى إجراءات الغازية أو الحاجة للتضحية الحيوانات. هذه التقنية يمكن القيام بها لتقييم استراتيجيات وقائية وعلاجية جديدة.
Protocol
Representative Results
Discussion
على مدى السنوات القليلة الماضية أصبحت MicroCT طريقة العديد من الأبحاث النظر في توصيف بنية القلب ووظيفته في الحيوانات الصغيرة 26-29،30. ومع ذلك، فإن الأجهزة المستخدمة في عمل مسبق وإما مخصصة بناء أو لم تعد متوفرة تجاريا. على هذا النحو، وتهدف هذه الدراسة إلى توفير بروتوكول بسيط وشامل لاستخدام نظام MicroCT عالية السرعة مع جوهري النابضة القلب والجهاز التنفسي لتحديد وظيفة العالمية والإقليمية القلب جنبا إلى جنب مع نضح عضلة القلب وقدرتها على البقاء في الحيوانات الصغيرة كنماذج من قلب الإنسان مرض.
واحدة من أهم المتطلبات لدراسة بنية وظيفة القلب وهو القدرة الماسح الضوئي لحساب حركات القلب الفسيولوجية. تحقيقا لهذه الغاية، ECG المستندة إلى تقنيات النابضة المحتملين وبأثر رجعي يمكن استخدامها. ومع ذلك، يعتمد المحتملين (خطوة وتبادل لاطلاق النار) المحاصرة على فترات محددة مسبقا من دورة القلب، لامتحانسبيل أثناء انبساط، وعندما حركة القلب هي الأقل. مع هذا النهج يتم الحصول على صورة واحدة فقط لكل دورة القلب ومرحلة واحدة فقط من دورة القلب يمكن إعادة بنائها. على هذا النحو، بالإضافة إلى كونه مضيعة للوقت لتوليد وإعادة بناء بوابات مستقبلي تنتج سوى بيانات واحدة، والذي حرم من المعلومات الوظيفية. النابضة بأثر رجعي، من ناحية أخرى، ويسمح لإعادة بناء قواعد بيانات متعددة في كل جزء من دورة القلب، مما يتيح التحليل الوظيفي العالمي والإقليمي البطين الأيسر.
العمل الحالي يعمل اعادة البناء القلبية التنفسية مع النابضة بأثر رجعي جوهري. النابضة بأثر رجعي جوهري يستخدم الملكية البرمجيات على الصورة لإعادة بناء الانبساطي نهاية ونهاية الانقباضي مراحل القلب دون الحاجة إلى التنفس مخصص وأجهزة المراقبة القلبية 29،31،32. اتفاق ممتاز للجوهري النابضة بأثر رجعي بأثر رجعي وخارجي ECG-تعتمد لstudyiوقد تجلى ظيفة القلب نانوغرام في الفئران والجرذان التي كتبها DINKEL وآخرون. 29. خلال هذا العمل الحالي، النابضة بأثر رجعي جوهري ليس فقط التقليل بشكل كبير من الوقت اللازم لإعداد المسح الضوئي، ولكن أيضا القضاء على الاعتماد على رصد الأجهزة، مثل الخيوط تخطيط القلب وأجهزة الاستشعار هوائي الجهاز التنفسي، فضلا عن المهارات مشغل إضافي لتعيينها بشكل صحيح حتى.
بعد إعادة الإعمار، تم العثور على جودة الصورة من كل من مجموعات البيانات الانبساطي نهاية ونهاية الانقباض مرضية لتحليل القلبية. أثناء فحص الصور، وأولي اهتمام خاص لالحركة الفنية التي قد تحدث خلال عدم كفاية مستوى التخدير، وتسليط الضوء على الأعمال الفنية التي يمكن أن يحدث نتيجة لتوقعات المفقودة في الحيوانات مع التحف ارتفاع معدل التنفس، وانخفاض توهين التي تنتج عادة من قبل الهياكل العظمية ويمكن أن تحاكي العيوب نضح، والتحف حلقة التي يمكن أن تنشأ من سوء المعايرة أو فشل واحد أو أكثر للكشف ايلىالإدلاء بالبيانات.
قدرة MicroCT لإنتاج المعلومات الهيكلية والوظيفية القلب هي أيضا تعتمد على توافر عامل تباين داخل الأوعية الدموية مناسبة. معظم حاليا التناقضات MicroCT المتاحة تجاريا يمكن تقسيمها عموما في الجسيمات بلعم غير التمثيلية محددة وpolydisperse التناقضات القائمة على اليود التمثيلية 23،33-36. على الرغم من وكلاء الجسيمات توفر قدر أكبر من الأشعة السينية عتامة بسبب عددهم أعلى الذري (الباريوم، Z = 56، والذهب، Z = 79)، فإنها لا يمكن أن تستخدم لتقييم الأيض. وعلاوة على ذلك، ينظر إلى هذه العوامل كما ضارة للكائن الحي وإزالة من قبل الضامة الكبد (خلايا كوبفر)، وخلايا مسح للنظام شبكية (RES). بسبب طبيعتها غير التمثيلية، هذه العوامل تحدث تغييرات على دوران الأوعية الدقيقة يصاحب ذلك الكبد مع تلف الكبد 37.
التمثيلية التناقضات القائمة على اليود، من ناحية أخرى، ليست المستهدفينتيد لإزالة RES محددة، وبالتالي يجب تقديم صورة الأمان أفضل وتجنب سمية الكبد. بالإضافة إلى التعريف سلامة أفضل، وتؤخذ هذه التناقضات من قبل الأنسجة النشطة في عملية الأيض، وبالتالي يمكن استخدامها لتقييم الجدوى 22،23. ولهذه الغاية، تم اختيار وكيل النقيض المعالج باليود لهذه الدراسة. كانت تدار على النقيض بجرعة 5 أو 10 ميكرولتر لكل غرام من وزن جسم الحيوان باعتباره الحقن في الوريد بلعة واحدة. على الرغم من أن كلا جرعات حققت نتائج مرضية تعزيز، لوحظ وجود زيادة تعتمد على الجرعة في اليسار البطين ومستويات عضلة القلب على النقيض من ذلك عندما تم حقن 10 ميكرولتر / غرام من التباين. من الفائدة، مع جرعة أكبر، وكانت مدة تجمع الدم لفترات طويلة وكان تأخر ذروة الإقبال على النقيض من عضلة القلب. وأعقب حيوان واحد (ماوس 1) لمدة 10 أسابيع بعد الجراحة، وخلال هذه الفترة تم تصوير كل أسبوع الثاني. من التجربة، ليس له آثار ضارة تتعلق المقابل (ما مجموعه 5jections) أو الناجمة عن التعرض لأشعة إكس (ما مجموعه 10 بالاشعة MicroCT) لوحظت في هذه الفأرة خلال فترة الرصد. واحدة من الآثار السلبية وذكرت الأكثر شيوعا للتعرض اليود على المدى الطويل هو اضطراب الغدة الدرقية الذي لم يكن لوحظ ظاهريا على فحوص ما بعد الوفاة. مانهايم وآخرون درسوا مستويات هرمون الغدة الدرقية بعد 3 إدارات النقيض متتالية وجدت لا فرق عندما تمت مقارنة مستويات للضوابط 37. مع استخدام نفس البيانات MicroCT، تم الكشف عن أي علامات على التليف الرئوي الناتج عن الإشعاع في هذا الحيوان (لا تظهر البيانات)، مطابقة سلامة الإجراء.
يعتبر تقييم وظيفة البطين القلب العالمية والإقليمية أقوى العوامل المحددة للأداء القلب وأهمية من حيث التشخيص وخيارات التدخل العلاجي 38،39. وتشمل المؤشرات الفنية البطين الأيسر العالمية يقم حجم نهاية الانبساط البطيني (LVEDV)، يسار البطين حجم نهاية الانقباض (LVESV)، يسار حجم البطين السكتة الدماغية (LVSV)، البطين الأيسر الكسر القذفي (LVEF)، والنتاج القلبي (CO). أكدت الدراسات MicroCT السابقة أن التقييم الكمي من وظيفة القلب العالمي هو ممكن في نماذج مرض القلب والأوعية الدموية الفئران وأن انخفاض واضح في وظائف القلب عالمية يحدث بعد فترة وجيزة انسداد الشريان LAD. هذه النتائج تتفق مع التقارير السابقة في هذا انخفاض ملحوظ في LVSV، LVEF، وقعت شركة بالفعل في يوم 1 بعد انسداد 29،40-43. ومن الجدير بالذكر الإشارة إلى أن الأداء الوظيفي القلب يعتمد على نوع ودرجة من التخدير، وبالتالي لقياسات دقيقة يجب أن تبقى في معدل ضربات القلب أثناء الحصول على الصور كما الفسيولوجية ممكن 44.
التقييم الكمي من البطين الأيسر كتلة عضلة القلب (LVMM) مهم لتقييم تضخم البطين الأيسر وأجريت في المقام الأول باستخدام MRأنا 11،43،45،46. في كثير من الأحيان تصحيح LVMM لوزن الجسم وكما عرضت البطين الأيسر مؤشر كتلة عضلة القلب (LVMMI) للسماح للتطبيع من وزن القلب بين الفئران من مختلف الأعمار وخلقة. تقدير دقيق لهذه المعايير هو المهم، حيث أن الفئران مع احتشاء عضلة القلب تطوير LV كبير تضخم 47. تقييم هندسة LVMM، LVMMI، وLV مهم لتشخيص تضخم القلب وخلل التنسج 11 أيضا. على هذا النحو، فإن تحديد هذه المعايير أن يكون مفيدا بالإضافة إلى التفريق ظروف مثل تضخم متحدة المركز، وتضخم غريب الأطوار، أو إعادة متحدة المركز. في هذا العمل، تم تحديد كل من LVMM والقيم LVMMI في تعرض الفئران للغلام ربط الشريان وفي الحيوانات الشام التي تديرها. وفي وقت لاحق، تم تحديد حجم احتشاء عضلة القلب وتستخدم لحساب النسبة المئوية من حجم احتشاء. على الرغم من خلال عملية جراحية كان ضمد إلى الشريان التاجي LAD تطبيق ورقةالعبوات الناسفة في نفس المستوى، وانسداد لدت عوائق مع بعض التباين: 13.3٪، 15.8٪، و 22.4٪ (الجدول 1). أحد التفسيرات المحتملة لهذا التغير قد ينبع من اختلافات في تشريح الشريان التاجي وإمدادات الدم الإقليمي من بين الحيوانات، وبالاتفاق مع التقارير السابقة 48. الطريقة الأكثر شيوعا لتقييم حجم احتشاء في نموذج الفأر من احتشاء عضلة القلب هو من خارج الحي ثلاثي فينيل كلوريد نتروبلو (TTC) تلطيخ، والتقنية التي لن تسمح لمراقبة الطولي للمرض في نفس الحيوان. في سياق العمل في وقت سابق من قبل أشتون وآخرون. 22 وهذا الحاضر، من الجدير بالذكر أن MicroCT بالتزامن مع وكيل النقيض المعالج باليود يمكن توفير بديل وطريقة غير المدمرة لتحديد حجم احتشاء طوليا.
ميزة إضافية لهذه التقنية MicroCT تكمن في تحديد دقيق للغاية من نقص التروية الإقليمي. ليكه في البشر الشريان التاجي الأيسر من الانقسامات الماوس إلى الشريان النازل (LAD) وفرع الحاجز (LCX). ومع ذلك، في الفئران، تشريح الرياحات جانب LAD وLCX يختلف اختلافا كبيرا بين الحيوانات 48. الرياحات واسعة من LCX أحيانا موازية عن كثب LAD ومنذ الشرايين التاجية من الفئران داخل عضلة القلب وبالتالي غير مرئية، الأقواس الجانبية للLCX هم في بعض الأحيان عن طريق الخطأ ولكن حتما المدرجة في انسداد الشريان التاجي أثناء إجراء الفأر احتشاء. على هذا النحو، وخريطة القطبية circumferentional تم الحصول عليها بعد MicroCT يمكن استخدامها لتحديد بالضبط التي تم المغطي الشرايين التاجية، منذ نضح وعلى النقيض من امتصاص في القطاعات 2 و 3 و 8 و 9 تتأثر LCX حين أن قطاعات 7، 10، 11، 12 ، يتم تزويد 13 و 15 و 16 و 17 من قبل اللاعب. وعليه، فإن خريطة القطبية هي ذات فائدة كبيرة لتحديد دقيق للشرايين المغطي وفقا لذلك الإيدز الأهم في التفسير الصحيح للآثار myocaاحتشاء rdial من وظيفة القلب وتطور المرض.
نموذج احتشاء عضلة القلب الماوس تستخدم يقلد عاليا الحالة السريرية البشري حيث تصبح الأوعية التاجية المغطي فجأة نتيجة لتمزق لوحة الحاد وغير هذا النحو من فائدة كبيرة لدراسة تطور المرض من القلب محتشية 49. بينما في علاج البلدان الغربية المتقدمة من المرضى الذين يعانون من احتشاء عضلة القلب والتي تهدف إلى استعادة بسرعة إعادة تدوير السفينة التاجية، في مناسبات عديدة، ولا سيما في أقل البلدان نموا اقتصاديا حيث حدوث احتشاء عضلة القلب يتزايد بسرعة، وانسداد لا يمكن annulated في الساعة 1،50. هذا يدفع في احتشاء البطين الكبيرة التي غالبا ما تؤدي إلى فشل القلب المزمن، وتمثل عبئا هائلا على الصحة العامة. ونتيجة لذلك، أساليب التشخيص غير الغازية طولية باستخدام نموذج احتشاء عضلة القلب مع أورينت الشريان التاجي دائمlusion واحتشاء البطين كبيرة ذات أهمية كبيرة لتطوير استراتيجيات علاجية جديدة ضد هذا المرض.
عضلة القلب CT نضح التصوير هو أسلوب التطور السريع الذي يتيح التقييم الكمي للشذوذ الإقليمية تدفق الدم التاجي وصلتها وظيفة القلب وقدرتها على البقاء. خفضت الدراسات على الحيوانات الصغيرة أحدث فجوة بين MicroCT وSPECT، والطريقة المفضلة لنضح وقدرتها على البقاء تقييم 22. بهدف تقييم مدى ضعف تدفق الدم الإقليمي الناجم عن الفتى انسداد الشريان التاجي، تم تقييم البيانات MicroCT أيضا للحصول على معلومات التروية القلبية. ومن المعروف الشريان LAD ligated لتوفير إمدادات الدم على الجدار الحر، جزء من الحاجز، والمنطقة القمية من البطين الأيسر. وتظهر العيوب نضح عضلة القلب (المناطق hypoenhanced) من الماوس 1 في القطب تنسيق نظام واضح في منتصف الأمامي، منتصف السفلي الجانبي، في منتصف أمامي وحشي، قميالأمامي، وشرائح جانبية قمي، والنتائج تتفق مع توزيع التاجي نفسه (الشكل 3). لم يوجد فرق بين العيوب نضح المستمدة من الصور الانبساطي نهاية ونهاية الانقباض في homosegments. وترد نضح عضلة القلب يعرض خريطة القطبية نهاية الانبساط ونهاية الانقباضي الحيوان الشام التي تديرها في الشكل (4). اختلافات طفيفة في تدفق الدم عضلة القلب بين شرائح الحيوان سيطرة ضئيلة على كل من تمثيلات الانبساطي نهاية ونهاية الانقباض . ومن المثير للاهتمام، ومجالات hypoenhancement يمكن أن ينظر بصريا على المقطع العرضي الصور قصيرة المحورية (الشكل 1) ويمكن قياسها بسهولة كما هو مبين في الشكل (3). ولم يكن هذا ممكنا في الدراسة التي Befeda وآخرون. ويمكن تفسير ذلك أكبر ضجيج الصك MicroCT تستخدم 22. من أجل تمييزها بصريا، يجب أن تكون الاختلافات إشارة أكبر على الأقل 3-5 مراتمن الضوضاء (الانحراف المعياري) في الصورة 51. انخفاض مستوى الضجيج من MicroCT المستخدمة في هذه الدراسة يسمح الكشف عن الفرق إشارة صغيرة بين عضلة القلب وضعف وperfused عادة (127HU ± 23HU مقابل 217HU ± 29HU)، مما يتيح تقييم ناجح لعيوب نمط التروية القلبية.
واحدة من المزايا الرئيسية لاستخدام عامل تباين المعالج باليود هو القدرة على تقييم قابلية عضلة القلب والتمثيل الغذائي بسبب المتعلقة تعزيز النقيض عضلة القلب. على حد علمنا، والقدرة على النقيض لتعزيز عضلة القلب وصفت لأول مرة من قبل Detombe وآخرون. 23 وذكرت أول استخدام لها للتصوير احتشاء عضلة القلب عن طريق أشتون وآخرون. 22. على الرغم من أن مجموعة اشارت الى ان عضلة القلب perfused في الفئران مع احتشاء عضلة القلب أظهر تعزيز مماثل للضوابط، وأن عضلة القلب محتشية لم تظهر أي زيادة، وتقييم كمي له عضلة القلب القطعيولم يتم الابلاغ nhancement. لمزيد من التحقيق ما إذا كان تعزيز عضلة القلب يمكن تقييمها كميا، وreimaged كل الفئران باستخدام نفس بروتوكول التصوير 3 – بعد 4 ساعات من الإدارة النقيض من ذلك، عندما كانت تعزيز عضلة القلب بالنسبة إلى تجويف القصوى.
وقد لوحظت عضلة القلب عيوب امتصاص النقيض بصريا على المقطع العرضي الصور قصيرة المحورية نهاية الانبساطي والانقباضي نهاية للقلب الفأر مع احتشاء عضلة القلب (الشكل 5)، ولكن ليس في الحيوانات الشام التي تديرها (الشكل 6). تم تقييم امتصاص عضلة القلب من الناحية الكمية في كل جزء عضلة القلب من كل من عمليات إعادة البناء الانبساطي نهاية ونهاية الانقباضي وقدمت في نظام الإحداثيات القطبية (الشكل 7 و 8). وكانت القيم homosegmental الانبساطي نهاية ونهاية الانقباض تم الحصول عليها من نفس الحيوان لا تختلف. ومع ذلك، أظهرت المؤامرات القطبية كفافي الشذوذات شريحة معينة (شملت رقمه 7) مع أنماط مماثلة لتلك التي تظهر على الخرائط التروية القلبية (الشكل 2). ولم يشاهد النقيض من عيوب امتصاص على قطع الأراضي القطبية كفافي من الفأرة الشام التي تديرها (الشكل 8). وكانت بيانات امتصاص عضلة القلب من نوعية كافية لإجراء تحليل وظيفي العالمي والتقييم الكمي للكتلة عضلة القلب الوقف وحجم احتشاء (لا يظهر). وإن لم يكن ذات الصلة إلى النموذج المستخدم حاليا مع الفتى دائم انسداد الشريان التاجي، ونحن نعتقد أن المقابل استخراج عضلة القلب يمكن أن تكون ذات صلة ليس فقط لإحداث تغييرات في تدفق الدم عضلة القلب الإقليمي، ولكن أيضا لوضع العضلية (مثل ندوب، الذهول والسبات عضلة القلب) . لاختبار هذه الفرضية، فإن العمل في المستقبل توظيف نموذج مع نقص تروية عضلة القلب مؤقتا وضخه.
انكماش نشط النتائج عضلة القلب في حركة جدار عضلة القلب وسماكة التي تخدم علامات مهمة للو الانقباضيمرهم وقابلية عضلة القلب. تقييم الحركة الإقليمية الجدار، سماكة، وجزء طرد يساعد على تمييز السلبي الحركة الانقباضي جدار من تقلص عضلة القلب النشط. من أجل تمكين الكمي موحد من مدى وشدة الآفة، الحركة الجدار، وسماكة الجدار، والجزء المقذوف الإقليمية يتم تعيينها عادة إلى خرائط القطبية. شذوذ الحركة جدار البطين الإقليمية هي علامات مهمة من نقص تروية عضلة القلب التي يتم تقييمها الأكثر شيوعا طريق التصوير بالرنين المغناطيسي 52. وترد الحركة LV الجدار، سماكة وجزء طرد الإقليمي عشرات لكل قطاع على فأرة الحاسوب مع وبدون احتشاء عضلة القلب في الشكل (9) والشكل (10). وكما كان متوقعا، أدى LAD ربط الشريان التاجي في انخفاض ملحوظ في مؤشرات الفنية الإقليمية LV ( الشكل 9)، في حين لم يلاحظ أي تأثير في الماوس الشام التي تديرها (الشكل 10). هذه النتائج هي في التوافق معذكرت سابقا البيانات.
في الختام، وقد أثبت هذا العمل أول استخدام الناجح لنظام MicroCT عالية السرعة لتقرير شامل من المعلمات الوظيفية العالمية والإقليمية عضلة القلب جنبا إلى جنب مع تقييم نضح عضلة القلب وقدرتها على البقاء في صحة جيدة وفي نموذج الفأر من احتشاء عضلة القلب. يمكن كذلك تمديد هذا العمل نحو توصيف نماذج أخرى من أمراض القلب والأوعية الدموية، مما يسمح لتقييم دقيق وغير مدمرة من التغييرات الوظيفية والمرضية القلب، وتقييم استراتيجيات وقائية وعلاجية جديدة.
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل من قبل STICHTING Lijf أون ليفين، مشروع معلقا مقابل التضيق أمراض الشرايين.
Materials
| Quantum FX MicroCT Imaging System | PerkinElmer, Hopkinton, MA, USA | Micro Computed Tomography System | |
| XGI-8 Anesthesia System | PerkinElmer, Hopkinton, MA, USA | Cat. No. 118918 | Gas Anesthesia System |
| Analyze 12.0 Software | Analyze Direct, Overland Park, KS, USA | Visualization and Analysis Software for Imaging | |
| eXIA160 MicroCT Contrast | Binitio Biomedical, Ottawa, ON, CANADA | Cat. No. eXIA160-01; eXIA160-02; eXIA160-03; eXIA160-04; eXIA160-05 | Iodine based Radiocontrast for MicroCT Imaging |
| Isoflurane | Pharmachemie BV, Haarlem, Netherlands |
Cat. No. 45.112.110 | inhalation anesthesia |
| 1/2CC U-100 28G1/2 Insulin Syringe | Becton Dickinson and Company, USA |
Cat. No. 329461 | Insulin syringes with sterile interior |
| Leica microscope type M80 | Leica Microsystems BV, Eindhoven, Netherlands | Stereo zoom microscope |
References
- Finegold, J. A., Asaria, P., Francis, D. P. Mortality from ischaemic heart disease by country, region, and age: statistics from World Health Organisation and United Nations. Int J Cardiol. 168, 934-945 (2013).
- Briaud, S. A., et al. Leukocyte trafficking and myocardial reperfusion injury in ICAM-1/P-selectin-knockout mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 280, H60-H67 (2001).
- Heymans, S., et al. Inhibition of plasminogen activators or matrix metalloproteinases prevents cardiac rupture but impairs therapeutic angiogenesis and causes cardiac failure. Nat Med. 5, 1135-1142 (1999).
- Kaijzel, E. L., et al. Multimodality imaging reveals a gradual increase in matrix metalloproteinase activity at aneurysmal lesions in live fibulin-4 mice. Circ Cardiovasc Imaging. 3, 567-577 (2010).
- MacLellan, W. R., Schneider, M. D. Genetic dissection of cardiac growth control pathways. Annu Rev Physiol. 62, 289-319 (2000).
- Michael, L. H., et al. Myocardial ischemia and reperfusion: a murine model. Am J Physiol. 269, H2147-H2154 (1995).
- Zhang, D., et al. TAK1 is activated in the myocardium after pressure overload and is sufficient to provoke heart failure in transgenic mice. Nat Med. 6, 556-563 (2000).
- Feldman, M. D., et al. Validation of a mouse conductance system to determine LV volume: comparison to echocardiography and crystals. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 279, H1698-H1707 (2000).
- Kolwicz, S. C., Tian, R. Assessment of cardiac function and energetics in isolated mouse hearts using 31P NMR spectroscopy. J Vis Exp. , (2010).
- Kubota, T., et al. End-systolic pressure-dimension relationship of in situ mouse left ventricle. J Mol Cell Cardiol. 30, 357-363 (1998).
- Lorell, B. H., Carabello, B. A. Left ventricular hypertrophy: pathogenesis, detection, and prognosis. Circulation. 102, 470-479 (2000).
- Pacher, P., Nagayama, T., Mukhopadhyay, P., Batkai, S., Kass, D. A. Measurement of cardiac function using pressure-volume conductance catheter technique in mice and rats. Nat Protoc. 3, 1422-1434 (2008).
- Buckberg, G. D., et al. Some sources of error in measuring regional blood flow with radioactive microspheres. J Appl Physiol. 31, 598-604 (1971).
- Krueger, M. A., Huke, S. S., Glenny, R. W. Visualizing regional myocardial blood flow in the mouse. Circ Res. 112, e88-e97 (2013).
- Vivaldi, M. T., Kloner, R. A., Schoen, F. J. Triphenyltetrazolium staining of irreversible ischemic injury following coronary artery occlusion in rats. Am J Pathol. 121, 522-530 (1985).
- Johnson, K. Introduction to rodent cardiac imaging. ILAR J. 49, 27-34 (2008).
- Buonincontri, G., et al. MRI and PET in mouse models of myocardial infarction. J Vis Exp. , e50806 (2013).
- Respress, J. L., Wehrens, X. H. Transthoracic echocardiography in mice. J Vis Exp. , (2010).
- Gao, S., Ho, D., Vatner, D. E., Vatner, S. F. Echocardiography in Mice. Curr Protoc Mouse Biol. 1, 71-83 (2011).
- Stillman, A. E., Wilke, N., Jerosch-Herold, M. Myocardial viability. Radiol Clin North Am. 37, 361-378 (1999).
- Lahoutte, T. Monitoring left ventricular function in small animals. J Nucl Cardiol. 14, 371-379 (2007).
- Ashton, J. R., et al. Anatomical and functional imaging of myocardial infarction in mice using micro-CT and eXIA 160 contrast agent. Contrast Media Mol Imaging. 9, 161-168 (2014).
- Detombe, S. A., Dunmore-Buyze, J., Drangova, M. Evaluation of eXIA 160 cardiac-related enhancement in C57BL/6 and BALB/c mice using micro-CT. Contrast Media Mol Imaging. 7, 240-246 (2012).
- Prajapati, S. I., Keller, C. Contrast enhanced vessel imaging using microCT. J Vis Exp. , (2011).
- Cerqueira, M. D., et al. Standardized myocardial segmentation and nomenclature for tomographic imaging of the heart. A statement for healthcare professionals from the Cardiac Imaging Committee of the Council on Clinical Cardiology of the American Heart Association. Circulation. 105, 539-542 (2002).
- Badea, C. T., Fubara, B., Hedlund, L. W., Johnson, G. A. 4-D micro-CT of the mouse heart. Mol Imaging. 4, 110-116 (2005).
- Bartling, S. H., et al. Retrospective motion gating in small animal CT of mice and rats. Invest Radiol. 42, 704-714 (2007).
- Clark, D., Badea, A., Liu, Y., Johnson, G. A., Badea, C. T. Registration-based segmentation of murine 4D cardiac micro-CT data using symmetric normalization. Phys Med Biol. 57, 6125-6145 (2012).
- Dinkel, J., et al. Intrinsic gating for small-animal computed tomography: a robust ECG-less paradigm for deriving cardiac phase information and functional imaging. Circ Cardiovasc Imaging. 1, 235-243 (2008).
- Drangova, M., Ford, N. L., Detombe, S. A., Wheatley, A. R., Holdsworth, D. W. Fast retrospectively gated quantitative four-dimensional (4D) cardiac micro computed tomography imaging of free-breathing mice. Invest Radiol. 42, 85-94 (2007).
- Boileau, C., et al. TGFB2 mutations cause familial thoracic aortic aneurysms and dissections associated with mild systemic features of Marfan syndrome. Nat Genet. 44, 916-921 (2012).
- Kachelriess, M., Sennst, D. A., Maxlmoser, W., Kalender, W. A. Kymogram detection and kymogram-correlated image reconstruction from subsecond spiral computed tomography scans of the heart. Med Phys. 29, 1489-1503 (2002).
- Boll, H., et al. Comparison of Fenestra LC, ExiTron nano 6000, and ExiTron nano 12000 for micro-CT imaging of liver and spleen in mice. Acad Radiol. 20, 1137-1143 (2013).
- Ford, N. L., et al. Time-course characterization of the computed tomography contrast enhancement of an iodinated blood-pool contrast agent in mice using a volumetric flat-panel equipped computed tomography scanner. Invest Radiol. 41, 384-390 (2006).
- Hainfeld, J. F., Smilowitz, H. M., O’Connor, M. J., Dilmanian, F. A., Slatkin, D. N. Gold nanoparticle imaging and radiotherapy of brain tumors in mice. Nanomedicine (Lond). 8, 1601-1609 (2013).
- Willekens, I., et al. Time-course of contrast enhancement in spleen and liver with Exia 160, Fenestra LC, and VC. Mol Imaging Biol. 11, 128-135 (2009).
- Mannheim, J. G., Schlichthärle, T., Pichler, B. J. Possible toxicological side effects after i.v. administration of iodine CT contrast agents. World Molecular Imaging Conference. , P400 (2012).
- White, H. D., et al. Left ventricular end-systolic volume as the major determinant of survival after recovery from myocardial infarction. Circulation. 76, 44-51 (1987).
- Sheehan, F. H., et al. Advantages and applications of the centerline method for characterizing regional ventricular function. Circulation. 74, 293-305 (1986).
- Nahrendorf, M., et al. High-resolution imaging of murine myocardial infarction with delayed-enhancement cine micro-CT. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 292, H3172-H3178 (2007).
- Sheikh, A. Y., et al. Micro-CT for characterization of murine CV disease models. JACC Cardiovasc Imaging. 3, 783-785 (2010).
- Young, A. A., Barnes, H., Davison, D., Neubauer, S., Schneider, J. E. Fast left ventricular mass and volume assessment in mice with three-dimensional guide-point modeling. J Magn Reson Imaging. 30, 514-520 (2009).
- Young, A. A., et al. Reperfused myocardial infarction in mice: 3D mapping of late gadolinium enhancement and strain. J Cardiovasc Magn Reson. 8, 685-692 (2006).
- Roth, D. M., Swaney, J. S., Dalton, N. D., Gilpin, E. A., Ross, J. Impact of anesthesia on cardiac function during echocardiography in mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 282, H2134-H2140 (2002).
- Dall’Armellina, E., et al. Improved method for quantification of regional cardiac function in mice using phase-contrast MRI. Magn Reson Med. 67, 541-551 (2012).
- Shapiro, E. P. Evaluation of left ventricular hypertrophy by magnetic resonance imaging. Am J Card Imaging. 8, 310-315 (1994).
- Michael, L. H., et al. Myocardial infarction and remodeling in mice: effect of reperfusion. Am J Physiol. 277, 660-668 (1999).
- Salto-Tellez, M., et al. Myocardial infarction in the C57BL/6J mouse: a quantifiable and highly reproducible experimental model. Cardiovasc Pathol. 13, 91-97 (2004).
- van Deel, E. D., et al. Extracellular superoxide dismutase protects the heart against oxidative stress and hypertrophy after myocardial infarction. Free Radic Biol Med. 44, 1305-1313 (2008).
- Forouzanfar, M. H., et al. Assessing the global burden of ischemic heart disease, part 2: analytic methods and estimates of the global epidemiology of ischemic heart disease in 2010. Glob Heart. 7, 331-342 (2012).
- Rose, A. The sensitivity performance of the human eye on an absolute scale. J Opt Soc Am. 38, 196-208 (1948).
- Befera, N. T., Badea, C. T., Johnson, G. A. Comparison of 4D-microSPECT and microCT for murine cardiac function. Mol Imaging Biol. 16, 235-245 (2014).
