ECHO cardiografische beoordeling van cardiale anatomie en functie bij volwassen ratten
Summary
Een niet-invasief protocol voor transthoracische echocardiografie beoordeling van cardiale anatomie en functie voor volwassen ratten wordt gepresenteerd in de huidige studie. De hartkleppen, alle vier hartkamers en de opgaande aorta, aortische boog en aflopende aorta worden in detail bestudeerd.
Abstract
Het gebruik van experimentele diermodellen is cruciaal geworden in de cardiovasculaire wetenschap. De meeste studies met behulp van knaagdieren modellen zijn gericht op tweedimensionale beeldvorming te bestuderen van de cardiale anatomie van de linker ventrikel en M-mode ECHO om de afmetingen te beoordelen. Dit kan echter een uitgebreide studie beperken. Hierin beschrijven we een protocol dat een beoordeling van de grootte van de hartkamer, linker ventriculaire functie (systolische en diastolische) en valvulaire functie mogelijk maakt. Een conventionele medische echografie machine werd gebruikt in dit protocol en verschillende echo views werden verkregen door linker parasternal, apicale en suprasternal Windows. In de linker parasternal venster, de lange en korte as werden verworven om te analyseren linker kamer afmetingen, rechter ventrikel en pulmonale slagader afmetingen, en mitralisklep, pulmonale en aorta ventiel functie. Het apicale venster maakt de meting van de afmetingen van de hartkamer en de evaluatie van systolische en diastolische parameters mogelijk. Het maakt ook Doppler-beoordeling mogelijk met detectie en kwantificering van hartklep storingen (regurgitatie of stenose). Verschillende segmenten en wanden van de linker ventrikel worden in alle weergaven gevisualiseerd. Ten slotte, de stijgende aorta, aortaboog, en aflopend aorta kan worden gefotografeerd door de suprasternal Window. Een combinatie van ultrasone beeldvorming, Doppler-stroming en weefsel Doppler-beoordeling zijn verkregen om cardiale morfologie en functie te bestuderen. Dit vormt een belangrijke bijdrage aan het verbeteren van de beoordeling van de hartfunctie bij volwassen ratten met impact voor onderzoek met behulp van deze diermodellen.
Introduction
Hart-en vaatziekten is de belangrijkste doodsoorzaak in Europa, verantwoordelijk voor meer dan 4.000.000 jaarlijkse sterfgevallen, ondanks vooruitgang in de therapie, diagnose, en monitoring die de resultaten van de patiënt in de afgelopen jaren hebben verbeterd. Een snelle technologische evolutie heeft bijgedragen aan de vooruitgang in cardiovasculaire patiëntenzorg. Binnen deze diagnostische instrumenten is bijzondere aandacht besteed aan biomedische beeldvorming, die een anatomische en functionele evaluatie op een niet-invasieve manier mogelijk maakt1,2,3. Evenzo profiteert geneeskunde van de resultaten van biomedisch onderzoek. Experimentele diermodellen zijn zeer nuttig voor het testen van hypotheses die zijn afgeleid van de klinische setting en voor het ontwikkelen van innovatieve therapieën4,5.
Er is een toenemende belangstelling voor het gebruik van echocardiografie als een onderzoeksinstrument in experimentele diermodellen, waardoor de verwerving van meerdere metingen van een enkel dier in longitudinale studies. Het is belangrijk op te merken dat er enkele voordelen in het gebruik van Murine of knaagdieren modellen. De korte drachtperiode, lage kosten van fokken en huisvesting, de kennis van hun genoom en de mogelijkheid om transgene dieren te ontwikkelen zijn de belangrijkste voordelen van deze soorten, waardoor ze aantrekkelijk zijn om de mechanismen te bestuderen die betrokken zijn bij cardiovasculaire aandoeningen4,5,6,7,8,9. Hoewel rat en Muismodellen vergelijkbare voordelen vertonen, zijn ratten de klassieke keuze in cardiovasculaire studies vanwege hun grotere fysieke dimensie en lagere hartslag die betere beelden biedt in echocardiografie studies4,5,6,7,8,9,10.
We beschrijven een echocardiografie protocol met behulp van conventionele medische echografie apparatuur om cardiale kamers en hartkleppen (anatomie en functie) te evalueren met behulp van Wistar Rats. Dit is een beknopt en volledig protocol voor korte tijd acquisitie-afbeeldingen en loops die offline metingen toestaan, die later kunnen worden herzien om nieuwe variabelen of metingen in de loop van de tijd te integreren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit protocol maakt een volledige ECHO cardiografische studie met behulp van conventionele medische echografie apparatuur en een hoogfrequente sonde bij volwassen ratten. Dit is een belangrijk aspect van het Protocol, omdat ultrasone apparatuur die bestemd is voor kleine dieren duur is en de investering niet altijd verdedigbaar is.
Aangezien longitudinale beeldvormingsonderzoeken herhaalde anesthesie vereisen, werd een combinatie van Medetomidine-midazolam-fentanyl in dit protocol voorgesteld omdat het meer geschikt is voor serieel gebruik in vergelijking met Isofluraan of een mengsel van ketamine-xylazine, bij Wistar ratten. Het voorgestelde ECHO cardiografische protocol is echter compatibel met elk ander anesthesie protocol16. Zoals beschreven, omvat ons echocardiografie protocol de evaluatie van verschillende parameters die de identificatie van anatomische en functionele cardiale veranderingen mogelijk maakt.
Gericht op de anatomische karakterisering, is het mogelijk om de afmetingen van alle hartkamers en hun verwijdingen te evalueren, linker ventrikel hypertrofie, valvulaire fibrose of calcificaties. Wat de hartfunctie betreft, kunnen de linker ventriculaire systolische en diastolische functie en rechter ventriculaire systolische functie1,3,4worden geanalyseerd. Ook worden de anatomie en functie van de hartklep bestudeerd, met behulp van 2D-ECHO voor anatomische karakterisering (het identificeren van fibrose, calcificatie of abnormale opening) en het gebruik van Doppler-Beeldvorming voor functionele karakterisering en detectie van stenose of regurgitaties. Kleur Doppler-Beeldvorming maakt detectie van stromingsrichting en turbulenties en spectrale Doppler golven mogelijk metingen van snelheden en hellingen1,3.
Adequate beeldkwaliteit werd verkregen bij bijna alle ratten (kleinste gewicht van 200 g), hoewel als gevolg van Inter-individuele verschillen in anatomie, echocardiografische weergaven niet kunnen worden verkregen met exact dezelfde definitie tussen ratten, die een invloed kunnen hebben op de afmetingen van de holte dimensie. Er is 5% intra-waarnemer gerapporteerde variabiliteit op linker ventrikel M-modus metingen17. Met name bij het gebruik van M-modus voor linker ventriculaire metingen kunnen de volgende beperkingen bestaan: moeilijkheden bij het verkrijgen van een loodrechte hoek; inclusief alleen basale segmenten (resulterend in onnauwkeurige metingen in de aanwezigheid van asymmetrische hypertrofie of regionale systolische disfunctie); en geometrische veronderstellingen (gezien het feit dat de linker ventrikel is een prolate ellipsoïde met een 2:1 lange/korte as ratio en symmetrische verdeling van hypertrofie). Ook kan de opname van Cubed metingen de nauwkeurigheid beïnvloeden, aangezien zelfs een kleine fout in afmetingen kan leiden tot overgeschatte massa1,3,10. Zelfs bij het gebruik van volumes en de ejectiefractie, berekend door de Simpson-methode, zijn er nadelen: de Apex wordt vaak ingekort; de endocard dropout kan de meting bias en is blind voor vorm vervormingen niet gevisualiseerd in de apicale 4 en 2-kamer weergaven1,3,10.
Belangrijk is dat dit protocol het gebruik van geavanceerde metingen en evaluaties benadrukt, zoals de linker ventrikel stam en de belasting snelheid, beoordeeld door spikkel tracking, om vollediger informatie te verkrijgen over het gedrag van myocardiale vezels1,3. Voor een nauwkeurigere beoordeling van stam-en belastingtarief zijn de optimalisatie van de beeldkwaliteit, maximisaties van de framesnelheid en minimalisering van het voor inkorten van Apex vereist. Midwall Global longitudinale stam wordt gebruikt omdat het akkoord gaat met meer gepubliceerde beschikbare gegevens en in verschillende klinische studies is aangetoond dat het robuust en reproduceerbaar10is. De elektrocardiografische monitorisatie geïntegreerd in de apparatuur is zeer gevoelig voor artefacten, dat is een beperking. Ook is het zeer belangrijk om te verklaren dat de functionele of hemodynamische cardiale status van de rat kan afhangen van variabelen zoals temperatuur, bloeddruk en hartslag4,5,6,7,8,9,13,14,17.
Aangezien de resolutie gerelateerd is aan de sonde frequentie, wordt verwacht dat toekomstige ontwikkelingen hogere frequentie voelers ontwikkelen en bijgevolg een hogere resolutie en beelddefinitie in niet-invasieve cardiovasculaire beeldvorming bij kleine dieren, met dit soort Apparatuur. Standaardisatie van methoden en metingen wordt beschouwd als kritisch op dit gebied van onderzoek, het bereiken van preciezere ECHO cardiografische diagnose van experimentele rat modellen en resulterend in een beter begrip van moleculaire biologie van menselijke cardiovasculaire Ziekten.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Arsp en ATP worden ondersteund door de beurzen sfrh/BD/121684/2016 en sfrh/bpd/123181/2016, respectievelijk van Fundação para a Ciência e Tecnologia.
Materials
| 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 |
References
- Armstrong, W. F., Ryan, T. . Feigenbaum’s Echocardiography. , (2010).
- Douglas, P. S., et al. ACCF/ASE/ACEP/ASNC/SCAI/SCCT/SCMR 2007 appropriateness criteria for transthoracic and transesophageal echocardiography: a report of the American College of Cardiology Foundation Quality Strategic Directions Committee Appropriateness Criteria Working Group, American Society of Echocardiography, American College of Emergency Physicians, American Society of Nuclear Cardiology, Society for Cardiovascular Angiography and Interventions, Society of Cardiovascular Computed Tomography, and the Society for Cardiovascular Magnetic Resonance endorsed by the American College of Chest Physicians and the Society of Critical Care Medicine. Journal of the American College of Cardiology. 50 (2), 187-204 (2007).
- Otto, M. C. . Textbook of Clinical Echocardiography. , (2018).
- Liu, J., Rigel, D. F. Echocardiographic examination in rats and mice. Cardiovascular Genomics. Methods in Molecular Biology (Methods and Protocols). 573, 139-155 (2009).
- Ram, R., Mickelsen, D. M., Theodoropoulos, C., Blaxall, B. C. New approaches in small animal echocardiography: imaging the sounds of silence. American Jounal of Physiology- Heart and Circulatory Physiology. 301 (5), H1765-H1780 (2011).
- Aronsen, J. M., et al. Noninvasive stratification of postinfarction rats based on the degree of cardiac dysfunction using magnetic resonance imaging and echocardiography. American Jounal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 312 (5), H932-H942 (2017).
- Forman, D. E., Cittadini, A., Azhar, G., Douglas, P. S., Wei, J. Y. Cardiac morphology and function in senescent rats: gender-related differences. Journal of the American College of Cardiology. 30 (7), 1872-1877 (1997).
- Walker, E. M., et al. Age-associated changes in hearts of male Fischer 344/Brown Norway F1 rats. Annals Of Clinical And Laboratory Science. 36 (4), 427-438 (2006).
- Watson, L. E., Sheth, M., Denyer, R. F., Dostal, D. E. Baseline echocardiographic values for adult male rats. Journal of the American Society of Echocardiography. 17 (2), 161-167 (2004).
- Lang, R. M., et al. Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. Journal of the American Society of Echocardiography. 28 (1), 1-39 (2015).
- Galderisi, M., et al. Standardization of adult transthoracic echocardiography reporting in agreement with recent chamber quantification, diastolic function, and heart valve disease recommendations: an expert consensus document of the European Association of Cardiovascular Imaging. European Heart Journal – Cardiovascular Imaging. 18 (12), 1301-1310 (2017).
- Nagueh, S. F., et al. Recommendations for the Evaluation of Left Ventricular Diastolic Function by Echocardiography: An Update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. European Heart Journal – Cardiovascular Imaging. 29 (4), 277-314 (2016).
- Weytjens, C., et al. Doppler myocardial imaging in adult male rats: reference values and reproducibility of velocity and deformation parameters. European Journal of Echocardiography. 7 (6), 411-417 (2006).
- Scheer, P., et al. Basic values of M-mode echocardiographic parameters of the left ventricle in outbreed Wistar rats. Veterinarni Medicina. 57 (1), 42-52 (2012).
- Lancellotti, P., et al. Recommendations for the echocardiographic assessment of native valvular regurgitation: an executive summary from the European Association of Cardiovascular Imaging. European Heart Journal – Cardiovascular Imaging. 14 (7), 611-644 (2013).
- Albrecht, M., Henke, J., Tacke, S., Markert, M., Guth, B. Influence of repeated anaesthesia on physiological parameters in male Wistar rats: a telemetric study about isoflurane, ketamine-xylazine and a combination of medetomidine, midazolam and fentanyl. BMC Veterinary Research. 10, 310 (2014).
- Dragoi Galrinho, R., et al. New Echocardiographic Protocol for the Assessment of Experimental Myocardial Infarction in Rats. Maedica (Bucharest). 10 (2), 85-90 (2015).
