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Avaliações dinâmicas da reserva de fluxo coronariano após reperfusão de isquemia miocárdica em camundongos

Published: August 25, 2023
doi:
10.3791/65391
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1Department of Cardiology,Peking University China-Japan Friendship School of Clinical Medicine, 2Department of Physiology and Pathophysiology, School of Basic Medical Sciences,Peking University, Key Laboratory of Molecular Cardiovascular Science, Ministry of Education, 3Department of Cardiology,China-Japan Friendship Hospital. No 2 Yinghua Dongjie, 4Graduate School of Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College

Summary

O presente protocolo descreve uma visão paraesternal modificada do eixo longo para localização rápida e precisa da artéria descendente anterior. Essa abordagem foi projetada para ser mais simples e fácil de usar, facilitando o exame de mudanças dinâmicas na reserva de fluxo coronariano após isquemia-reperfusão miocárdica em camundongos.

Abstract

Após a isquemia cardíaca, muitas vezes há perfusão miocárdica insuficiente, mesmo que o fluxo tenha sido restaurado com sucesso e completamente em uma artéria a montante. Esse fenômeno, conhecido como “fenômeno sem refluxo”, é atribuído à disfunção microvascular coronariana e tem sido associado a resultados clínicos ruins. Na prática clínica, a redução da reserva de fluxo coronariano (RFC) é frequentemente utilizada como indicador de doença arterial coronariana. A taxa de letalidade é definida como a razão entre a velocidade de pico de fluxo induzida por fatores farmacológicos ou metabólicos e a velocidade de fluxo de repouso.

Este protocolo teve como foco avaliar as alterações dinâmicas na RFC antes e após a isquemia-reperfusão (RI) por meio de medidas de Doppler de onda de pulso. Neste estudo, camundongos normais exibiram a capacidade de aumentar a velocidade de pico do fluxo sanguíneo coronariano até duas vezes maior do que os valores de repouso sob estimulação com isoflurano. No entanto, após isquemia-reperfusão, o CFR em 1 h diminuiu significativamente em comparação com a linha de base pré-operatória. Com o tempo, o CFR mostrou recuperação gradual, mas permaneceu abaixo do nível normal. Apesar da preservação da função sistólica, a detecção precoce da disfunção microvascular é crucial, e o estabelecimento de um guia prático pode auxiliar os médicos nessa tarefa, além de facilitar o estudo da progressão da doença cardiovascular ao longo do tempo.

Introduction

A doença coronariana é uma das principais causas de mortalidade em todo o mundo1. Mesmo quando a artéria coronária culpada é reaberta por meio de intervenção coronária percutânea primária (ICP) após isquemia cardíaca, a perfusão microvascular coronariana geralmente permanece diminuída. Além disso, não há garantia de reperfusão nos capilares a jusante que suprem o miocárdio1. Esse fenômeno, conhecido como “fenômeno sem refluxo”, está ligado à evolução clínica e a um prognóstico ruim. Consequentemente, alcançar um refluxo microvascular adequado após uma terapia de reperfusão bem-sucedida torna-se fundamental para o salvamento miocárdico. Portanto, a avaliação precoce da função microvascular após a revascularização é crucial para as práticas clínicas.

Várias técnicas, como fio-guia invasivo de temperatura/pressão intracoronária para índice de resistência microcirculatória (IMR) e resistência microvascular hiperêmica (HMR), ressonância magnética cardiovascular não invasiva (RMC), tomografia computadorizada por emissão de fóton único (SPECT) e tomografia por emissão de pósitrons (PET), podem ser empregadas para avaliar a função microvascular2. No entanto, esses métodos são invasivos ou semi-invasivos, caros e muitas vezes não estão prontamente disponíveis, limitando sua utilidade clínica. Por outro lado, a avaliação da reserva de fluxo coronariano (RFC) pelo ecocardiograma transtorácico com Doppler oferece uma abordagem não invasiva, relativamente simples e econômica, sem expor os pacientes à radiação ionizante, como visto em outros métodos3.

Embora estudos anteriores tenham empregado a ecocardiografia Doppler transtorácica para medir a taxa de letalidade em camundongos e ratos, ainda há desafios para os operadores localizarem os ângulos complexos entre a plataforma, os camundongos e a sonda. Este protocolo supera esse problema, fornecendo um método mais fácil de localizar a artéria coronária da artéria descendente anterior esquerda (LAD) e medir a CFR rapidamente usando a visão de eixo longo paraesternal modificada (PLAX).

Além disso, a RFC obtida na artéria relacionada ao infarto (IRA) distal à lesão culpada mostrou uma forte correlação com o estado de perfusão avaliado pela ecocardiografia com contraste miocárdico (ECM)4. Também foi identificado como um marcador preditivo para a recuperação da viabilidade e da função ventricular esquerda (VE) após um infarto agudo do miocárdio (IAM)5. Além disso, a CFR foi estabelecida como um marcador confiável para mortalidade por todas as causas e desfechos cardiovasculares adversos 6,7. Relatos anteriores descreveram o uso da ecocardiografia para avaliar a taxa de letalidade em modelos de infarto do miocárdioem ratos 8. No entanto, a RFC no estágio inicial da isquemia-reperfusão não foi completamente estudada. Portanto, este estudo fornece um valor de referência para o diagnóstico de disfunção microvascular e avaliação do efeito terapêutico da isquemia-reperfusão por meio de testes dinâmicos em camundongos IR na fase inicial da reperfusão.

Protocol

Todos os experimentos foram aprovados pelo Comitê de Cuidados e Uso de Animais da Universidade de Pequim. Camundongos C57 machos de 8 a 12 semanas de idade foram usados para o presente estudo. Os animais foram obtidos de uma fonte comercial (ver Tabela de Materiais). 1. Preparação animal Remova os pelos da área precordial usando creme depilatório (ver Tabela de Materiais). Em seguida, prossiga com a aquisição das imagens de ultrassom seguindo a etapa 2. 2. Imagem de ultrassom antes da cirurgia de IR Anestesiar o camundongo colocando-o na câmara de indução de isoflurano (ver Tabela de Materiais) e iniciar a administração de isoflurano a uma concentração de 1,5% com fluxo de 1,5-2,0 L/min O2 . Posicione o camundongo anestesiado em decúbito dorsal na plataforma de monitoramento fisiológico (plataforma de imagem do sistema de ultrassom, consulte a Tabela de Materiais). Aplique uma pequena quantidade de gel condutor na folha de cobre da mesa de monitoramento fisiológico e prenda as patas do camundongo com fita adesiva baixa para obter informações fisiológicas sobre ECG e respiração. Mantenha a temperatura corporal em 37-38 °C usando a plataforma de aquecimento integrada.NOTA: Mude a chave de controle da máquina de anestesia com gás da câmara para a máscara e mantenha a dose de anestésico constante em 1.5% durante esse período. A frequência cardíaca dos camundongos neste momento deve ser de aproximadamente 350-450 batimentos / min. Aplique pomada veterinária oftálmica nos olhos antes da imagem para evitar o ressecamento. Realize a ecocardiografia transtorácica usando uma sonda linear de 40 MHz9 (por exemplo, sonda MS550 para camundongos) (Figura 1A).NOTA: A máquina de ultrassom está equipada com a sonda MS550. Aplique generosamente gel de transmissão de ultrassom (consulte a Tabela de Materiais) para garantir a qualidade ideal da imagem. Ajuste a posição da sonda e da plataforma para formar uma visão de eixo longo paraesternal modificada (PLAX)9 (Figura 1A) para examinar a artéria descendente anterior esquerda (DA) no modo B. Resumidamente, faça uma imagem do coração usando uma visão paraesternal de eixo longo com a plataforma alinhada lateralmente e posicionada em um pequeno ângulo entre a sonda e a plataforma. Localize a seção cardíaca adequada no modo B e ative o Doppler colorido na tela sensível ao toque (Figura 1B). A DA (seta branca) pode ser identificada dentro da parede do ventrículo esquerdo (Figura 1B). A cor vermelha em tempo real indica a direção do fluxo sanguíneo (ou seja, o fluxo sanguíneo é em direção à sonda).NOTA: Ao ajustar o eixo x, o Doppler colorido permite a visualização da DA completa (do seio aórtico ao local do ramo distal) dentro desta janela de imagem. Mova levemente a sonda para encontrar a posição correta e reduzir a influência do fluxo sanguíneo da veia pulmonar.NOTA: Para reduzir a influência do fluxo sanguíneo da veia pulmonar, ajuste levemente a sonda e diferencie a DAE da veia pulmonar. A DA corre na parede ventricular esquerda, enquanto a veia pulmonar drena para o átrio esquerdo. Localize o LAD usando o Doppler colorido e use o modo B para selecionar a seção adequada. Depois de visualizar o LAD no modo Doppler colorido, pressione o botão Pulse Wave (PW) e mude para o modo PW. Posicione a linha indicadora amarela na artéria coronária, certificando-se de que esteja paralela à direção do fluxo. Em seguida, pressione o botão Salvar clipe para gravar os dados da linha de base. Aumente a concentração de isoflurano para 3% e aguarde 30 s. Certifique-se de que a velocidade do fluxo aumente gradualmente com o tempo. Pressione o botão Salvar clipe com frequência para capturar a maior velocidade do fluxo sanguíneo.NOTA: O estímulo do isoflurano faz com que o coração trabalhe mais, levando a um possível movimento do coração e do LAD. Depois que a imagem no modo PW for capturada ou armazenada, clique no modo PW para garantir que a linha indicadora amarela esteja no LAD. Se ocorrer deslocamento, ajuste a linha indicadora amarela ligeiramente até o ponto de fluxo sanguíneo e continue gravando. Este processo requer domínio e troca rápidos. Depois de coletar imagens do fluxo sanguíneo coronário, desligue o anestésico e ajuste a sonda para a visualização normal do PLAX. Aguarde até que a frequência cardíaca do camundongo aumente lentamente para cerca de 500 bpm e, em seguida, meça a função cardíaca do camundongo alternando a sonda para a seção do eixo curto paraesternal (PSAX). Ao concluir a imagem ecocardiográfica, remova o animal da plataforma e deixe-o se recuperar em sua gaiola doméstica. Remova o gel e deixe o animal secar para evitar hipotermia. Use as ferramentas de função Peak Vel e LV para obter as velocidades diastólicas de pico e a função sistólica do coração a partir das imagens, respectivamente. Calcule o CFR como a razão entre o pico diastólico de velocidade do fluxo coronariano (CFV) no fluxo máximo e o pico diastólico do CFV no início do estudo. 3. Procedimento de isquemia-reperfusão miocárdica NOTA: A medida inicial foi basal e, em seguida, a cirurgia foi realizada no mesmo animal. Anestesiar os camundongos com pentobarbital sódico (60 mg/kg) e administrar o analgésico carprofeno (5 mg/kg, injeção subcutânea). Use uma almofada de aquecimento pré-aquecida (37 °C) durante todo o procedimento cirúrgico. Garanta a profundidade adequada da anestesia pela ausência de um reflexo de retirada para beliscar os dedos dos pés e os reflexos de piscar. Coloque o rato em decúbito dorsal na almofada de aquecimento e aplique pomada oftálmica nos olhos para evitar que sequem. Realize a intubação endotraqueal para ventilação mecânica: desinfete a área com 3 esfoliações alternadas de betadina ou clorexidina e álcool 70% antes e depois de remover os pelos do pescoço. Localize a traqueia e insira suavemente o cateter. Em seguida, conecte os camundongos ao ventilador (volume corrente inspiratório de 250 μL a 120 respirações / min) (consulte a Tabela de Materiais). Desinfete a pele da área precordial com 3 esfoliações alternadas de betadina ou clorexidina e álcool 70%. Exponha o coração realizando uma toracotomia esquerda10 no quarto espaço intercostal. Ligue a artéria descendente anterior esquerda (DAE) com um nó corrediço usando uma sutura de seda 5-0 (ver Tabela de Materiais), inserindo 1-2 mm abaixo da raiz do apêndice atrial esquerdo. Certifique-se de que a direção da costura seja paralela à borda inferior do apêndice atrial esquerdo. Confirme visualmente a isquemia em todos os camundongos por meio do escurecimento local da cor do miocárdio isquêmico. Ocluir a artéria LAD por 30 min11. Após 30 min, solte a ligadura e verifique a reperfusão observando a vermelhidão da área previamente descolorida do músculo cardíaco por 1-2 min. Após a oclusão/reperfusão coronariana, feche o tórax em camadas e deixe os camundongos se recuperarem por cerca de meia hora11. 4. Imagem de ultrassom após cirurgia de IR Meça o CFR novamente em 1 h, 3 h, 5 h, 8 h, 24 h e 48 h após a reperfusão, respectivamente, seguindo as etapas descritas na seção 2. Compare essas medidas com os valores de CFR obtidos antes do procedimento de isquemia-reperfusão (IR). 5. Análise estatística Realize análises estatísticas usando o software de análise estatística apropriado (consulte a Tabela de Materiais).NOTA: Para comparação de variáveis contínuas entre amostras pareadas, utilize testes t pareados se os dados forem normalmente distribuídos. Para dados não normalmente distribuídos ou quando as suposições de normalidade não são atendidas, use a ANOVA de Friedman. Considere p < 0,05 como estatisticamente significativo.

Representative Results

Este estudo utilizou camundongos C57 machos (BW ~ 18-20 g) para caracterizar a mudança dinâmica do CFR. A imagem PLAX modificada foi empregada para avaliar as características de fluxo da artéria coronária da DA (Figura 1A,B). A RFC foi calculada como a razão entre a velocidade máxima do fluxo durante a vasodilatação máxima induzida por isoflurano a 3% e a velocidade máxima do fluxo em uma concentração basal de isoflurano a 1,5,13. Todas as medidas e cálculos foram repetidos ao longo de três ciclos cardíacos consecutivos e calculados em média, com resultados representativos mostrados na Figura 2. Antes da cirurgia de IR, o CFR basal foi medido e os camundongos tinham um valor normal de CFR próximo a 2,14 ± 0,43. No entanto, após a cirurgia de IR, a RFC diminuiu significativamente na reperfusão 1 h em comparação com antes da cirurgia de RI (1,18 ± 0,14 vs. 2,14 ± 0,43) (Figura 3A). Essa redução indicou que a microcirculação não foi restaurada imediatamente, mesmo após a abertura do vaso culpado. Como o tempo de reperfusão foi prolongado, os valores de CFR permaneceram em um nível consistentemente baixo, com valores de 1,21 ± 0,20 em 3 h, 1,39 ± 0,33 em 5 h, 1,44 ± 0,38 em 8 h, 1,34 ± 0,36 em 24 h e 1,48 ± 0,47 em 48 h após a reperfusão, sugerindo que a hipoperfusão poderia persistir por pelo menos dois dias (Figura 3A). Além disso, não houve significância estatística entre os valores de CFR em 1 h, 3 h, 5 h, 8 h, 24 h e 48 h. Os camundongos também foram monitorados quanto à função cardíaca, e observou-se que não houve alterações significativas na função cardíaca ventricular esquerda quando a CFR foi significativamente reduzida nos camundongos (Figura 3B). Figura 1: Visão paraesternal de eixo longo modificada. (A) ilustra o posicionamento da sonda e da plataforma durante a obtenção da velocidade da artéria coronária da DA. (B) mostra a colocação do sensor de velocidade da onda de pulso na artéria coronária LAD. A cor azul indica movimento para longe da sonda de ultrassom, enquanto a cor laranja indica movimento em direção à sonda de ultrassom. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 2: Visualização e registro da imagem de velocidade da onda de pulso da LAD. (A) Imagem da onda de pulso durante a condição de repouso da artéria coronária LAD. (B) Imagem de onda de pulso coronária hiperêmica máxima da artéria coronária ADA. A cor azul ilustra o movimento para longe da sonda de ultrassom, enquanto a cor laranja ilustra o movimento em direção à sonda de ultrassom. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 3: Medida da reserva de fluxo coronariano e da fração de ejeção. (A) Análise estatística da RFC em animais antes da isquemia e em 1 h, 3 h, 5 h, 8 h, 24 h e 48 h após a reperfusão, respectivamente (n = 9). (B) Avaliação da fração de ejeção de cada grupo em cada momento (n = 9). *p < 0,05; dados apresentados como média ± DP, analisados com testes t pareados e ANOVA de Friedman. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Discussion

Este estudo apresenta um protocolo que utiliza uma visão paraesternal modificada de eixo longo para avaliar dinamicamente a RFC após isquemia-reperfusão. Os principais achados indicam uma diminuição significativa no CFR em camundongos IR, com a redução mais pronunciada observada em 1 h após a reperfusão. No entanto, a função cardíaca não foi afetada em 48 h.

O CFR serve como um indicador do suprimento sanguíneo miocárdico, oferecendo uma abordagem não invasiva para avaliar a estenose da artéria coronária e a circulação microvascular coronariana. Estudos clínicos demonstraram que valores mais baixos de RFC estão associados a piores prognósticos 14,15,16, e um valor de corte de 1,75 foi estabelecido como ideal para estratificação de risco 14. Uma meta-análise recente mostrou ainda que o risco de morte aumenta em 16% para cada diminuição de 0,1 unidade na RFC, indicando que a RFC representa um continuum de risco, com níveis mais baixos predispondo os pacientes a piores resultados clínicos17. Neste estudo, a RFC mostrou uma tendência de aumento com a extensão do tempo de reperfusão, mas manteve-se menor do que antes do procedimento, enfatizando a importância do acompanhamento dos pacientes não apenas imediatamente após a abertura do vaso culpado por meio da ICP, mas também em 48 h. Além disso, a RFC serve como uma medida da disfunção microvascular coronariana, integrando os efeitos hemodinâmicos da doença focal, difusa e de pequenos vasos na perfusão tecidual miocárdica18. Portanto, a CFR é uma técnica não invasiva crucial para o diagnóstico de doenças microvasculares coronarianas. Como a taxa de letalidade na DA é um indicador forte e independente de mortalidade 6,7, este estudo tem como objetivo fornecer valores de referência para decisões clínicas. Além disso, o uso de máquinas de ultrassom pode potencialmente reduzir a necessidade de angiografia coronária em um ambiente de contenção de custos de saúde. Ao treinar e atualizar adequadamente a tecnologia, a estratificação de risco pode ser adaptada às necessidades individuais do paciente.

A visualização PLAX modificada oferece maior conveniência e economia de tempo para pesquisadores científicos. O aprimoramento contínuo dessa tecnologia facilitará sua aplicação mais ampla em outras doenças microvasculares coronarianas. As principais etapas deste protocolo incluem a visualização da artéria coronária e a obtenção de imagens de velocidade PW de alta qualidade. A velocidade do fluxo sanguíneo aumenta gradualmente com o aumento da concentração de anestésico, portanto, a captura contínua é recomendada para evitar a perda da velocidade máxima do fluxo sanguíneo. Como o aumento da concentração de anestésico pode alterar a frequência cardíaca, recomenda-se retornar brevemente ao modo Doppler colorido durante a medição para garantir um posicionamento consistente antes e depois da medição.

É essencial reconhecer as limitações, incluindo as limitações inerentes à medida ultrassonográfica da RFC. Devido à curvatura da artéria coronária, não é possível exibir toda a artéria, levando à medição em apenas um segmento. Os operadores devem ter como objetivo medir o início da artéria coronária para identificar o ponto de velocidade máxima do fluxo sanguíneo coronário com a maior precisão possível. Além disso, o CFR deve ser determinado idealmente com base nas mudanças no volume do fluxo sanguíneo coronário, mas este estudo usa a velocidade do fluxo sanguíneo em vez do volume do fluxo sanguíneo, ignorando o efeito do diâmetro do vaso. No entanto, estudos anteriores demonstraram uma forte correlação entre a RFC e a CFVR (reserva de velocidade de fluxo coronariano)19. Pesquisas adicionais sobre a função microvascular coronariana podem ajudar a entender as complexas alterações na isquemia e melhorar nossa compreensão da disfunção microvascular coronariana.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (Grant No. 82270352), Projeto de Pesquisa Clínica de Construção de Enfermarias de Pesquisa de Pequim (2022-YJXBF-04-03), Financiamento Nacional de Pesquisa Clínica Hospitalar de Alto Nível (2022-NHLHCRF-YSPY-01), Capital’s Founds for Health Improvement and Research (No. 2022-1-4062), Programa Nacional de Construção de Disciplinas de Especialidades Clínicas Chave (Grant No. 2020-QTL-009) e Fundação da Sociedade Chinesa de Cardiologia (No. CSCF2021B02).

Materials

5-0 silk suture Ningbo MEDICAL Needle Co., Ltd. 210322
C57 mice Peking University Health Science Center Department of Laboratory Animal Science
Depilating agent Nair NAR-255-1
Electrode gel Cofoe
High Frequency Ultrasound FUJIFILM VisualSonics, Inc. Vevo3100
Isoflurane REWARD R510-22-10
Linear array high frequency transducer FUJIFILM VisualSonics, Inc. MS550
Rodent Ventilator Shanghai Alcott Biotech ALC-V9
Small Animal Anesthesia Machine REWARD R530
SPSS IBM Corp, Armonk, NY, USA version 23.0  statistical analysis software
Ultrasound Gel Cofoe
Vevo Lab Software FUJIFILM VisualSonics, Inc. Verison 5.7.0
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References

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Guo, Z., Wang, A., Gao, Y., Xie, E., Ye, Z., Li, Y., Zhao, X., Shen, N., Zheng, J. Dynamic Assessments of Coronary Flow Reserve after Myocardial Ischemia Reperfusion in Mice. J. Vis. Exp. (198), e65391, doi:10.3791/65391 (2023).
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