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Biology

Evaluaciones dinámicas de la reserva de flujo coronario después de la reperfusión de isquemia miocárdica en ratones

Published: August 25, 2023
doi:
10.3791/65391
, , , , , , , ,
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

El presente protocolo describe una visión paraesternal modificada de eje largo para una localización rápida y precisa de la arteria descendente anterior izquierda. Este enfoque está diseñado para ser más simple y fácil de usar, al tiempo que facilita el examen de los cambios dinámicos en la reserva de flujo coronario después de la isquemia-reperfusión miocárdica en ratones.

Abstract

Después de la isquemia cardíaca, a menudo no hay suficiente perfusión miocárdica, incluso si el flujo se ha restablecido con éxito y por completo en una arteria aguas arriba. Este fenómeno, conocido como “fenómeno sin reflujo”, se atribuye a la disfunción microvascular coronaria y se ha asociado con malos resultados clínicos. En la práctica clínica, la reducción de la reserva de flujo coronario (CFR) se utiliza con frecuencia como indicador de enfermedad de las arterias coronarias. La CFR se define como la relación entre la velocidad máxima del flujo inducida por factores farmacológicos o metabólicos y la velocidad del flujo en reposo.

Este protocolo se centró en evaluar los cambios dinámicos en la CFR antes y después de la isquemia-reperfusión (IR) mediante mediciones Doppler de ondas de pulso. En este estudio, los ratones normales mostraron la capacidad de aumentar la velocidad máxima del flujo sanguíneo coronario hasta dos veces más que los valores en reposo bajo la estimulación con isoflurano. Sin embargo, después de la isquemia-reperfusión, la CFR a 1 h disminuyó significativamente en comparación con el valor basal preoperatorio. Con el tiempo, el CFR mostró una recuperación gradual, pero se mantuvo por debajo del nivel normal. A pesar de la preservación de la función sistólica, la detección precoz de la disfunción microvascular es crucial, y el establecimiento de una guía práctica podría ayudar a los médicos en esta tarea, al tiempo que facilita el estudio de la progresión de la enfermedad cardiovascular a lo largo del tiempo.

Introduction

La enfermedad coronaria es una de las principales causas de mortalidad en todo el mundo1. Incluso cuando la arteria coronaria culpable se reabre a través de una intervención coronaria percutánea primaria (ICP) después de la isquemia cardíaca, la perfusión microvascular coronaria a menudo permanece disminuida. Además, no hay garantía de reperfusión en los capilares posteriores que irrigan el miocardio1. Este fenómeno, conocido como “fenómeno sin reflujo”, está relacionado con la progresión clínica y un mal pronóstico. En consecuencia, lograr un reflujo microvascular adecuado después de una terapia de reperfusión exitosa se vuelve crítico para el rescate miocárdico. Por lo tanto, la evaluación temprana de la función microvascular después de la revascularización es crucial para las prácticas clínicas.

Para evaluar la función microvascular se pueden emplear diversas técnicas, como la guía invasiva de temperatura/presión intracoronaria para el índice de resistencia microcirculatoria (IMR) y resistencia microvascular hiperémica (HMR), la resonancia magnética cardiovascular (RMC) no invasiva, la tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT) y la tomografía por emisión de positrones (PET)2. Sin embargo, estos métodos son invasivos o semiinvasivos, caros y, a menudo, no están fácilmente disponibles, lo que limita su utilidad clínica. Por otro lado, la evaluación de la reserva de flujo coronario (RCF) mediante ecocardiografía Doppler transtorácica ofrece un abordaje no invasivo, relativamente sencillo y costo-efectivo sin exponer a los pacientes a radiaciones ionizantes, como se observa en otros métodos3.

Aunque estudios anteriores han empleado la ecocardiografía Doppler transtorácica para medir la CFR en ratones y ratas, los operadores siguen teniendo dificultades para localizar los complejos ángulos entre la plataforma, los ratones y la sonda. Este protocolo supera este problema al proporcionar un método más fácil para localizar la arteria coronaria descendente anterior (LAD) izquierda y medir la CFR rápidamente utilizando la vista paraesternal modificada de eje largo (PLAX).

Además, la CFR obtenida en la arteria relacionada con el infarto (IRA) distal a la lesión culpable ha mostrado una fuerte correlación con el estado de perfusión evaluado por ecocardiografía con contraste miocárdico (ECM)4. También se ha identificado como un marcador predictivo de viabilidad y recuperación de la función ventricular izquierda (VI) después de un infarto agudo de miocardio (IAM)5. Además, se ha establecido que la CFR es un marcador fiable de mortalidad por todas las causas y resultados cardiovasculares adversos 6,7. Informes previos han descrito el uso de la ecocardiografía para evaluar la CFR en modelos de infarto de miocardio en ratas8. Sin embargo, la CFR en la etapa temprana de la isquemia-reperfusión no ha sido estudiada a fondo. Por lo tanto, este estudio proporciona un valor de referencia para el diagnóstico de la disfunción microvascular y la evaluación del efecto terapéutico de la isquemia-reperfusión mediante pruebas dinámicas en ratones IR en la etapa temprana de la reperfusión.

Protocol

Todos los experimentos fueron aprobados por el Comité de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Pekín. Para el presente estudio se utilizaron ratones machos C57 de 8 a 12 semanas de edad. Los animales se obtuvieron de una fuente comercial (ver Tabla de Materiales). 1. Preparación animal Retirar el vello de la zona precordial con crema depilatoria (ver Tabla de Materiales). A continuación, proceda a adquirir las imágenes de ultrasonido siguiendo el paso 2. 2. Imágenes de ultrasonido antes de la cirugía IR Anestesiar al ratón colocándolo en la cámara de inducción de isoflurano (ver Tabla de Materiales) e iniciar la administración de isoflurano a una concentración de 1,5% con un flujo de 1,5-2,0 L/min deO2 . Coloque el ratón anestesiado en posición supina en la plataforma de monitorización fisiológica (plataforma de imágenes del sistema de ultrasonido, ver Tabla de Materiales). Aplique una pequeña cantidad de gel conductor a la lámina de cobre de la mesa de monitoreo fisiológico y asegure las patas del ratón con cinta adhesiva baja para obtener información fisiológica sobre el ECG y la respiración. Mantenga la temperatura corporal a 37-38 °C utilizando la plataforma de calentamiento incorporada.NOTA: Cambie el interruptor de control de la máquina de anestesia gaseosa de la cámara a la mascarilla, y mantenga la dosis de anestésico constante al 1.5% durante este tiempo. La frecuencia cardíaca de los ratones en este punto debe ser de aproximadamente 350-450 latidos/min. Aplique ungüento veterinario oftálmico en los ojos antes de tomar imágenes para evitar la sequedad. Realizar ecocardiografía transtorácica con una sonda lineal de 40 MHz9 (p. ej., sonda MS550 para ratones) (Figura 1A).NOTA: El ecógrafo está equipado con la sonda MS550. Aplique generosamente gel de transmisión de ultrasonido (consulte la Tabla de materiales) para garantizar una calidad de imagen óptima. Ajuste la posición de la sonda y la plataforma para formar una vista paraesternal modificada de eje largo (PLAX)9 (Figura 1A) para examinar la arteria descendente anterior izquierda (LAD) en modo B. Brevemente, tome una imagen del corazón utilizando una vista paraesternal de eje largo con la plataforma alineada lateralmente y colocada en un ángulo pequeño entre la sonda y la plataforma. Localice la sección cardíaca adecuada en el modo B y active el Doppler color en la pantalla táctil (Figura 1B). La LAD (flecha blanca) se puede identificar dentro de la pared del ventrículo izquierdo (Figura 1B). El color rojo en tiempo real indica la dirección del flujo sanguíneo (es decir, el flujo sanguíneo es hacia la sonda).NOTA: Al ajustar el eje x, el Doppler color permite la visualización de la DA completa (desde el seno aórtico hasta el sitio de la rama distal) dentro de esta ventana de imagen. Mueva ligeramente la sonda para encontrar la posición correcta y reducir la influencia del flujo sanguíneo de las venas pulmonares.NOTA: Para reducir la influencia del flujo sanguíneo de la vena pulmonar, ajuste ligeramente la sonda y diferencie la DA de la vena pulmonar. La DA discurre por la pared ventricular izquierda, mientras que la vena pulmonar drena hacia la aurícula izquierda. Localice el LAD usando Doppler Color y use el Modo B para seleccionar la sección adecuada. Después de visualizar el LAD en modo Doppler color, presione el botón de onda de pulso (PW) y cambie al modo PW. Coloque la línea indicadora amarilla en la arteria coronaria, asegurándose de que esté paralela a la dirección del flujo. A continuación, pulse el botón Guardar clip para registrar los datos de referencia. Aumente la concentración de isoflurano al 3% y espere 30 s. Asegúrese de que la velocidad del flujo aumente gradualmente con el tiempo. Presione el botón Guardar clip con frecuencia para capturar la velocidad de flujo sanguíneo más alta.NOTA: El estímulo del isoflurano hace que el corazón trabaje más, lo que lleva a un posible movimiento del corazón y de la DA. Una vez que la imagen en modo PW se haya capturado o almacenado, haga clic en el modo PW para asegurarse de que la línea indicadora amarilla esté en el LAD. Si se produce un desplazamiento, ajuste la línea indicadora amarilla ligeramente hasta el punto de flujo sanguíneo y continúe registrando. Este proceso requiere un dominio y un cambio rápidos. Después de recolectar imágenes del flujo sanguíneo coronario, apague el anestésico y ajuste la sonda a la vista normal del PLAX. Espere a que la frecuencia cardíaca del ratón aumente lentamente hasta aproximadamente 500 lpm, luego mida la función cardíaca del ratón cambiando la sonda a la sección paraesternal del eje corto (PSAX). Al completar la imagen ecocardiográfica, retire al animal de la plataforma y permita que se recupere en su jaula de origen. Retire el gel y deje que el animal se seque para evitar la hipotermia. Utilice las herramientas de función Peak Vel y LV para obtener las velocidades diastólicas máximas y la función sistólica cardíaca a partir de las imágenes, respectivamente. Calcule la CFR como la relación entre la velocidad de flujo coronario pico diastólico (CFV) en el flujo máximo y el CFV pico diastólico al inicio. 3. Procedimiento de isquemia-reperfusión miocárdica NOTA: La medición inicial fue basal, y luego se realizó la cirugía en el mismo animal. Anestesiar a los ratones con pentobarbital sódico (60 mg/kg) y administrar el analgésico carprofeno (5 mg/kg, inyección subcutánea). Utilice una almohadilla térmica precalentada (37 °C) durante todo el procedimiento quirúrgico. Asegure la profundidad adecuada de la anestesia mediante la ausencia de un reflejo de retirada para pellizcar los dedos de los pies y los reflejos de parpadeo. Coloque el ratón en decúbito supino sobre la almohadilla térmica y aplique ungüento oftálmico en los ojos para evitar que se sequen. Realizar intubación endotraqueal para ventilación mecánica: desinfectar la zona con 3 exfoliantes alternos de betadine o clorhexidina y alcohol al 70% antes y después de retirar el vello del cuello. Localice la tráquea e inserte suavemente el catéter. A continuación, conecte los ratones al ventilador (volumen corriente inspiratorio de 250 μL a 120 respiraciones/min) (véase la tabla de materiales). Desinfectar la piel de la zona precordial con 3 exfoliantes alternos de betadine o clorhexidina y alcohol al 70%. Exponer el corazón realizando una toracotomía izquierda10 en el cuarto espacio intercostal. Libar la arteria descendente anterior (DA) izquierda con un nudo corredizo utilizando una sutura de seda 5-0 (ver Tabla de Materiales), insertando 1-2 mm por debajo de la raíz de la orejuela auricular izquierda. Asegúrese de que la dirección de sutura sea paralela al borde inferior de la orejuela auricular izquierda. Confirmar visualmente la isquemia en todos los ratones mediante el oscurecimiento local del color del miocardio isquémico. Ocluya la arteria LAD durante 30 min11. Después de 30 minutos, suelte la ligadura y verifique la reperfusión observando el enrojecimiento del área previamente descolorida del músculo cardíaco durante 1-2 minutos. Después de la oclusión/reperfusión coronaria, cierre el tórax en capas y permita que los ratones se recuperen durante aproximadamente media hora11. 4. Imágenes de ultrasonido después de la cirugía IR Vuelva a medir la CFR 1 h, 3 h, 5 h, 8 h, 24 h y 48 h después de la reperfusión, respectivamente, siguiendo los pasos descritos en la sección 2. Compare estas mediciones con los valores de CFR obtenidos antes del procedimiento de isquemia-reperfusión (IR). 5. Análisis estadístico Realizar análisis estadísticos utilizando un software de análisis estadístico adecuado (ver Tabla de Materiales).NOTA: Para la comparación de variables continuas entre muestras emparejadas, utilice pruebas t emparejadas si los datos se distribuyen normalmente. Para datos distribuidos no normalmente o cuando no se cumplen los supuestos de normalidad, utilice el ANOVA de Friedman. Considere p < 0,05 como estadísticamente significativo.

Representative Results

Este estudio utilizó ratones machos C57 (BW ~ 18-20 g) para caracterizar el cambio dinámico de CFR. La imagen PLAX modificada se empleó para evaluar las características del flujo de la arteria coronaria de la DA (Figura 1A,B). La CFR se calculó como la relación entre la velocidad máxima del flujo durante la vasodilatación máxima inducida por el 3% de isoflurano y la velocidad máxima del flujo a una concentración basal de 1,5% de isoflurano12,13. Todas las mediciones y cálculos se repitieron durante tres ciclos cardíacos consecutivos y se promediaron, con resultados representativos que se muestran en la Figura 2. Antes de la cirugía de RI, se midió la CFR basal y los ratones tenían un valor normal de CFR cercano a 2,14 ± 0,43. Sin embargo, después de la cirugía de RI, la CFR disminuyó significativamente a la reperfusión 1 h en comparación con antes de la cirugía de RI (1,18 ± 0,14 vs. 2,14 ± 0,43) (Figura 3A). Esta reducción indicó que la microcirculación no se restableció inmediatamente incluso después de abrir el vaso culpable. A medida que se prolongaba el tiempo de reperfusión, los valores de CFR se mantuvieron en un nivel consistentemente bajo, con valores de 1,21 ± 0,20 a las 3 h, 1,39 ± 0,33 a las 5 h, 1,44 ± 0,38 a las 8 h, 1,34 ± 0,36 a las 24 h y 1,48 ± 0,47 a las 48 h después de la reperfusión, lo que sugiere que la hipoperfusión podría persistir durante al menos dos días (Figura 3A). Además, no hubo significación estadística entre los valores de CFR a 1 h, 3 h, 5 h, 8 h, 24 h y 48 h. También se monitorizó la función cardíaca de los ratones, y se observó que no había cambios significativos en la función cardíaca del ventrículo izquierdo cuando la CFR se redujo significativamente en los ratones (Figura 3B). Figura 1: Vista paraesternal modificada del eje largo. (A) ilustra el posicionamiento de la sonda y la plataforma mientras se obtiene la velocidad de la arteria coronaria de la DA. (B) muestra la ubicación del sensor de velocidad de onda de pulso en la arteria coronaria LAD. El color azul indica un movimiento que se aleja de la sonda de ultrasonido, mientras que el color naranja indica un movimiento hacia la sonda de ultrasonido. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 2: Visualización y registro de la imagen de la velocidad de la onda de pulso de la LAD. (A) Imagen de la onda de pulso durante el estado de reposo de la arteria coronaria de la LAD. (B) Imagen de onda de pulso coronaria hiperémica máxima de la arteria coronaria LAD. El color azul ilustra el alejamiento de la sonda de ultrasonido, mientras que el color naranja ilustra el movimiento hacia la sonda de ultrasonido. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 3: Medición de la reserva de flujo coronario y de la fracción de eyección. (A) Análisis estadístico de la CFR en animales antes de la isquemia y a 1 h, 3 h, 5 h, 8 h, 24 h y 48 h después de la reperfusión, respectivamente (n = 9). (B) Evaluación de la fracción de eyección de cada grupo en cada punto de tiempo (n = 9). *p < 0,05; los datos se presentan como media ± DE, analizados con t-tests pareados y ANOVA de Friedman. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Discussion

Este estudio presenta un protocolo que utiliza una vista de eje largo paraesternal modificada para evaluar dinámicamente la CFR después de la isquemia-reperfusión. Los principales hallazgos indican una disminución significativa de la CFR en ratones IR, con la reducción más pronunciada observada 1 h después de la reperfusión. Sin embargo, la función cardíaca no se vio afectada en 48 h.

La CFR sirve como indicador del suministro de sangre miocárdica, ofreciendo un enfoque no invasivo para evaluar tanto la estenosis de las arterias coronarias como la circulación microvascular coronaria. Estudios clínicos han demostrado que valores más bajos de CFR se asocian con peores pronósticos 14,15,16, y se ha establecido un valor de corte de CFR de 1,75 como óptimo para la estratificación del riesgo 14. Un metaanálisis reciente mostró además que el riesgo de muerte aumenta en un 16% por cada disminución de 0,1 unidades en la CFR, lo que indica que la CFR representa un continuo de riesgo, con niveles más bajos que predisponen a los pacientes a peores resultados clínicos17. En este estudio, la CFR mostró una tendencia creciente con la extensión del tiempo de reperfusión, pero se mantuvo más baja que antes del procedimiento, enfatizando la importancia del seguimiento de los pacientes no solo inmediatamente después de la apertura del vaso culpable a través de la ICP, sino también a las 48 h. Además, la CFR sirve como medida de la disfunción microvascular coronaria, integrando los efectos hemodinámicos de la enfermedad focal, difusa y de pequeños vasos sobre la perfusión del tejido miocárdico18. Por lo tanto, la CFR es una técnica no invasiva crucial para el diagnóstico de enfermedades microvasculares coronarias. Dado que la CFR sobre la DA es un indicador fuerte e independiente de mortalidad 6,7, este estudio tiene como objetivo proporcionar valores de referencia para la toma de decisiones clínicas. Además, el uso de máquinas de ultrasonido puede reducir potencialmente la necesidad de angiografía coronaria en un entorno de contención de costos de atención médica. Mediante la capacitación y la actualización adecuadas de la tecnología, la estratificación del riesgo se puede adaptar a las necesidades individuales de los pacientes.

La vista PLAX modificada ofrece una mayor comodidad y ahorro de tiempo para los investigadores científicos. La mejora continua de esta tecnología facilitará su aplicación más amplia en otras enfermedades microvasculares coronarias. Los pasos clave de este protocolo incluyen la visualización de la arteria coronaria y la obtención de imágenes de alta calidad de la velocidad de PW. La velocidad del flujo sanguíneo aumenta gradualmente con el aumento de la concentración de anestésico, por lo que se recomienda la captura continua para evitar perder la velocidad máxima del flujo sanguíneo. Dado que el aumento de la concentración de anestésico puede alterar la frecuencia cardíaca, se recomienda volver brevemente al modo Doppler color durante la medición para garantizar una posición constante antes y después de la medición.

Es esencial reconocer las limitaciones, incluidas las limitaciones inherentes a la medición ecográfica de la CFR. Debido a la curvatura de la arteria coronaria, no es posible visualizar toda la arteria en su totalidad, lo que lleva a la medición en un solo segmento. Los operadores deben tratar de medir el comienzo de la arteria coronaria para identificar el punto de velocidad máxima del flujo sanguíneo coronario con la mayor precisión posible. Además, lo ideal es determinar la CFR en función de los cambios en el volumen del flujo sanguíneo coronario, pero este estudio utiliza la velocidad del flujo sanguíneo en lugar del volumen del flujo sanguíneo, pasando por alto el efecto del diámetro de los vasos. Sin embargo, estudios previos han demostrado una fuerte correlación entre la CFR y la CFVR (reserva de velocidad de flujo coronario)19. La investigación adicional sobre la función microvascular coronaria puede ayudar a comprender las complejas alteraciones de la isquemia y mejorar nuestra comprensión de la disfunción microvascular coronaria.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabajo contó con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (Subvención Nº 82270352), el Proyecto de Investigación Clínica de la Construcción de la Sala de Investigación de Beijing (2022-YJXBF-04-03), la Financiación Nacional de Investigación Clínica de Hospitales de Alto Nivel (2022-NHLHCRF-YSPY-01), los Fondos de Capital para la Mejora de la Salud y la Investigación (Nº 2022-1-4062), el Programa Nacional de Construcción de Disciplinas de Especialidades Clínicas Clave (Subvención Nº 2020-QTL-009) y la Fundación de la Sociedad China de Cardiología (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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