En el estudio actual se presenta un protocolo no invasivo para la evaluación de la ecocardiografía transtorácica de la anatomía cardíaca y la función de las ratas adultas. Las válvulas cardíacas, las cuatro cámaras cardíacas y la aorta ascendente, el arco aórtico y la aorta descendente se estudian en detalle.
El uso de modelos animales experimentales se ha vuelto crucial en la ciencia cardiovascular. La mayoría de los estudios que utilizan modelos de roedores se centran en imágenes bidimensionales para estudiar la anatomía cardíaca del ventrículo izquierdo y el eco en modo M para evaluar sus dimensiones. Sin embargo, esto podría limitar un estudio exhaustivo. Aquí, describimos un protocolo que permite una evaluación del tamaño de la cámara cardíaca, la función ventricular izquierda (sistólica y diastólica) y la función valvular. En este protocolo se utilizó una máquina de ultrasonido médico convencional y se obtuvieron diferentes vistas de eco a través de ventanas parasternales, apicales y suprasternales izquierdas. En la ventana parasternal izquierda, el eje largo y corto se adquirieron para analizar las dimensiones de la cámara izquierda, las dimensiones del ventrículo derecho y de la arteria pulmonar, y la función de la válvula mitral, pulmonar y aórtica. La ventana apical permite la medición de las dimensiones de la cámara cardíaca y la evaluación de parámetros sistólicos y diastólicos. También permite la evaluación de Doppler con detección y cuantificación de alteraciones de la válvula cardíaca (regurgitación o estenosis). Diferentes segmentos y paredes del ventrículo izquierdo se visualizan a través de todas las vistas. Finalmente, la aorta ascendente, el arco aórtico y la aorta descendente se pueden imaginar a través de la ventana suprasternal. Se ha obtenido una combinación de imágenes por ultrasonido, flujo Doppler y evaluación de Doppler de tejido para estudiar la morfología y la función cardíaca. Esto representa una contribución importante para mejorar la evaluación de la función cardíaca en ratas adultas con impacto para la investigación utilizando estos modelos animales.
Las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de muerte en Europa, responsable de más de 4 millones de muertes anuales, a pesar de los avances en la terapia, el diagnóstico y el seguimiento que han mejorado los resultados de los pacientes en los últimos años. Una rápida evolución tecnológica ha contribuido al progreso en la atención de pacientes cardiovasculares. Dentro de estas herramientas de diagnóstico, se ha prestado especial atención a las imágenes biomédicas, lo que permite una evaluación anatómica y funcional de forma no invasiva1,2,3. Del mismo modo, la medicina se beneficia de los resultados de la investigación biomédica. Los modelos animales experimentales son muy útiles para probar hipótesis derivadas del entorno clínico y para desarrollar terapias innovadoras4,5.
Cada vez hay más interés en el uso de la ecocardiografía como herramienta de investigación en modelos animales experimentales, permitiendo la adquisición de múltiples mediciones de un solo animal en estudios longitudinales. Es importante tener en cuenta que hay algunas ventajas en el uso de modelos murinos o roedores. El corto periodo de gestación, bajo coste de cría y vivienda, el conocimiento de su genoma y la posibilidad de desarrollar animales transgénicos son las principales ventajas de estas especies, haciéndolas atractivas para estudiar los mecanismos implicados en las enfermedades cardiovasculares4,5,6,7,8,9. Aunque los modelos de rata y ratón muestran ventajas similares, las ratas son la opción clásica en estudios cardiovasculares debido a su mayor dimensión física y menor frecuencia cardíaca que proporciona mejores imágenes en estudios de ecocardiografía4,5,6,7,8,9,10.
Describimos un protocolo de ecocardiografía utilizando equipos de ultrasonido médico convencionales para evaluar cámaras cardíacas y válvulas cardíacas (anatomía y función) utilizando ratas Wistar. Este es un protocolo conciso y completo para imágenes de adquisición de corto plazo y bucles que permiten mediciones fuera de línea, que se pueden revisar posteriormente para integrar nuevas variables o mediciones a lo largo del tiempo.
Este protocolo permite un estudio ecocardiográfico completo utilizando equipos de ultrasonido médico convencionales y una sonda de alta frecuencia en ratas adultas. Este es un aspecto importante del protocolo, ya que los equipos de ultrasonido dedicados a animales pequeños son caros y la inversión no siempre es justificable.
Como los estudios por imágenes longitudinales requieren anestesia repetida, se propuso en este protocolo una combinación de medetomidina-midazolam-fentanyl, ya que es más adecuado para su uso en serie en comparación con el isoflurano o una mezcla de ketamina-xilazina, en ratas Wistar. Sin embargo, el protocolo ecocardiográfico propuesto es compatible con cualquier otro protocolo de anestesia16. Como se describe, nuestro protocolo de ecocardiografía incluye la evaluación de varios parámetros que permite la identificación de cambios cardíacos anatómicos y funcionales.
Centrándose en la caracterización anatómica, es posible evaluar las dimensiones de todas las cavidades cardíacas y sus dilataciones, hipertrofia del ventrículo izquierdo, fibrosis valvular o calcificaciones. En cuanto a la función cardíaca, la función sistólica y diastólica ventricular izquierda y la función sistólica ventricular derecha se pueden analizar1,3,4. Además, se estudia la anatomía y la función de la válvula cardíaca, utilizando 2D-echo para la caracterización anatómica (identificación de fibrosis, calcificación o apertura anormal) y utilizando imágenes Doppler para la caracterización funcional y la detección de estenosis o regurgitaciones. Las imágenes Doppler en color permiten la detección de la dirección del flujo y las turbulencias y las ondas Doppler espectrales permiten mediciones de velocidades y gradientes1,3.
Se obtuvo una calidad de imagen adecuada en casi todas las ratas (peso más pequeño de 200 g), aunque debido a diferencias interindividuales en la anatomía, es posible que no se obtengan vistas ecocardiográficas con la misma definición exacta entre ratas, lo que puede tener un impacto en las mediciones de la dimensión de la cavidad. Hay un 5% de variabilidad notificada por el intraobservador en las mediciones del modo M del ventrículo izquierdo17. En particular, cuando se utiliza el modo M para mediciones ventriculares izquierdas, pueden existir las siguientes limitaciones: dificultades para obtener un ángulo perpendicular; incluyendo sólo segmentos basales (resultando en mediciones inexactas en presencia de hipertrofia asimétrica o disfunción sistólica regional); y suposiciones geométricas (considerando que el ventrículo izquierdo es un elipsoide prolato con una relación de eje largo/corto 2:1 y distribución simétrica de la hipertrofia). Además, la inclusión de mediciones en cubos puede afectar a la precisión, ya que incluso un pequeño error en las dimensiones puede conducir a una masa sobreestimada1,3,10. Incluso cuando se utilizan volúmenes y la fracción de eyección calculada por el método de Simpson, hay desventajas: el ápice se acorta con frecuencia; la deserción endocardial puede sesgar la medida y es ciega para dar forma a distorsiones no visualizadas en las vistas apicales 4 y 2 cámaras1,3,10.
Es importante destacar que este protocolo destaca el uso de mediciones y evaluaciones avanzadas, como la tensión del ventrículo izquierdo y la tasa de tensión, evaluada por el seguimiento de manchas, para lograr información más completa sobre el comportamiento de las fibras miocárdicas1,3. Para una evaluación más precisa de la tensión y la velocidad de deformación unitaria, se requiere la optimización de la calidad de imagen, las maximizaciones de la velocidad de fotogramas y la minimización del escorzante del ápice. La tensión longitudinal global de Midwall se utiliza, ya que está de acuerdo con más datos disponibles publicados y se ha demostrado en varios estudios clínicos como robusta y reproducible10. La monitorización electrocardiográfica integrada en el equipo es muy propensa a los artefactos, lo que es una restricción. Además, es muy importante afirmar que el estado cardíaco funcional o hemodinámico de la rata puede depender de variables como la temperatura, la presión arterial y la frecuencia cardíaca4,5,6,7,8,9,13,14,17.
Dado que la resolución está relacionada con la frecuencia de la sonda, se espera que los desarrollos futuros desarrollen sondas de mayor frecuencia y, por consiguiente, una mayor resolución y definición de imagen en imágenes cardiovasculares no invasivas en animales pequeños, con este tipo de Equipo. La estandarización de métodos y mediciones se considera crítica en este campo de investigación, alcanzando un diagnóstico ecocardiográfico más preciso de los modelos experimentales de ratas y dando como resultado una mejor comprensión de la biología molecular de las Enfermedades.
The authors have nothing to disclose.
ARSP y ATP cuentan con el apoyo de las becas SFRH/BD/121684/2016 y SFRH/BPD/123181/2016, respectivamente, de la Fundación para la Ciencia y la Tecnología.
12S-RS Probe | GE Medical Systems | H44901AB | |
Antisedan (5 mg/ml) | Esteve | P01B9003 | |
EKG monitoring unit | GE Medical Systems | N/A | |
Electrodes | FIAB | F9089/100 | |
Fentanilo (0.05 mg/ml) | B.Braun | BB3644960 | |
Flumazenilo (0.1 mg/ml) | Generis | MUEH5933080 | |
Insuline Syringe 1ml | SOL M | 1612912 | |
Lubrithal gel (10mg) | Dechra | NC519 | |
Medetor (1 mg/ml) | Vibarc | P01B0308 | |
Midazolan (5 mg/ml) | Labesfal | MUEH5506191 | |
Shaver Razor AESCULAP Isis GT608 | Braun | 90200714 | |
Small Animal Heated Pad 120volts | K&H Manufacturing inc. | 655199010608 | |
Ultrasound Gel | Parker Laboratories | REF 01-08 | |
Ultrasound machine | GE Medical Systems | VIVID T8 | |
Underpads | Henry Schein | 900-8132 |