Эхокардиографическая оценка сердечной анатомии и функции у взрослых крыс
Özet
Неинвазивный протокол для трансторакальной эхокардиографии оценки сердечной анатомии и функции для взрослых крыс представлен в текущем исследовании. Сердечные клапаны, все четыре сердечные камеры и восходящая аорта, аортальная арка и нисходящая аорта изучены в деталях.
Abstract
Использование экспериментальных моделей животных стало решающим в сердечно-сосудистой науке. Большинство исследований с использованием моделей грызунов сосредоточены на двумерном изображении для изучения сердечной анатомии левого желудочка и эхо М-режима для оценки его размеров. Однако это может ограничить всестороннее исследование. При этом мы описываем протокол, который позволяет оценить размер камеры сердца, функцию левого желудочка (систолическую и диастолическую) и функцию на вместительных уляриях. В этом протоколе использовался обычный медицинский ультразвуковой аппарат, и различные эхо-виды были получены через левые парастернальное, априческое и супрастернальное окна. В левом парастеральном окне была приобретена длинная и короткая ось для анализа размеров левой камеры, размеров правого желудочка и легочной артерии, а также функции митрального, легочного и аортального клапанов. Апическое окно позволяет измерять размеры сердечной камеры и оценивать систолические и диастолические параметры. Он также позволяет доплеровской оценки с обнаружением и количественной оценки нарушений сердечного клапана (регургитация или стеноз). Различные сегменты и стенки левого желудочка визуализированы во всех видах. Наконец, восходящая аорта, аортальная арка и нисходящая аорта могут быть изображены через супрастернальное окно. Сочетание ультразвуковой визуализации, доплеровского потока и оценки тканей Доплера было получено для изучения морфологии сердца и функции. Это представляет собой важный вклад в улучшение оценки сердечной функции у взрослых крыс с воздействием на исследования с использованием этих моделей животных.
Introduction
Сердечно-сосудистые заболевания являются основной причиной смерти в Европе, что является причиной более 4 миллионов ежегодных смертей, несмотря на достижения в области терапии, диагностики и мониторинга, которые улучшили исходы пациентов в последние годы. Быстрая технологическая эволюция способствовала прогрессу в области сердечно-сосудистой помощи пациентам. В рамках этих диагностических средств особое внимание уделяется биомедицинской визуализации, что позволяет анатомическую и функциональную оценку неинвазивным способом1,2,3. Аналогичным образом, медицина выигрывает от результатов биомедицинских исследований. Экспериментальные модели животных очень полезны для тестирования гипотез, полученных из клинических условий и разработки инновационных методов лечения4,5.
Растет интерес к использованию эхокардиографии в качестве исследовательского инструмента в экспериментальных моделях животных, что позволяет получать множественные измерения от одного животного в продольных исследованиях. Важно отметить, что есть некоторые преимущества в использовании моделей мурин или грызунов. Короткий период беременности, низкая стоимость размножения и жилья, знание их генома и возможность развития трансгенных животных являются основными преимуществами этих видов, что делает их привлекательными для изучения механизмов, связанных с сердечно-сосудистыми заболеваниями4,5,6,7,9. Хотя крысы и мыши модели показывают аналогичные преимущества, крысы являются классическим выбором в сердечно-сосудистых исследований из-за их большего физического измерения и более низкой частоты сердечных приступов, что обеспечивает лучшие изображения в эхокардиографии исследований4,5,6,7,9,10.
Мы описываем протокол эхокардиографии с помощью обычного медицинского ультразвукового оборудования для оценки сердечных камер и сердечных клапанов (анатомии и функции) с использованием крыс Wistar. Это краткий и полный протокол для коротких изображений приобретения времени и циклов, которые позволяют автономные измерения, которые могут быть позже пересмотрены для интеграции новых переменных или измерений с течением времени.
Protocol
Representative Results
Discussion
Этот протокол позволяет полное эхокардиографическое исследование с использованием обычного медицинского ультразвукового оборудования и высокочастотного зонда у взрослых крыс. Это важный аспект протокола, так как ультразвуковое оборудование, предназначенное для мелких животных, является дорогостоящим и инвестиции не всегда оправданы.
Поскольку продольные исследования изображений требуют повторной анестезии, в этом протоколе была предложена комбинация медетомидина-мидазолама-фентанила, поскольку она больше подходит для последовательного использования по сравнению с изофлураном или смесью кетамина-ксилазина у крыс Wistar. Тем не менее, предлагаемый эхокардиографический протокол совместим с любым другим протоколом анестезии16. Как описано, наш протокол эхокардиографии включает в себя оценку нескольких параметров, которые позволяют выявить анатомические и функциональные сердечные изменения.
Ориентируясь на анатомическую характеристику, можно оценить размеры всех сердечных камер и их расширение, гипертрофию левого желудочка, фитроз на вялом или кальцификации. Что касается сердечной функции, систолическая и диастолическая функция левого желудочка и систолическая функция правого желудочка могут быть проанализированы1,3,4. Кроме того, анатомия и функция сердечного клапана изучаются, используя 2D-эхо для анатомической характеристики (выявление фиброза, кальцификации или ненормальное открытие) и с помощью доплеровской визуализации для функциональной характеристики и обнаружения стеноза или регургитации. Цвет доплеровская визуализация позволяет обнаруживать направление потока и турбулентности, а спектральные доплеровские волны позволяют измерять скорости и градиенты1,3.
Адекватное качество изображения было получено почти у всех крыс (наименьший вес 200 г), хотя из-за межиндивидуальных различий в анатомии эхокардиографические виды не могут быть получены с точно таким же определением между крысами, которые могут иметь влияние в измерениях измерения полости. Существует 5% внутри-наблюдатель сообщили изменчивости на левом желудочке M-режим измерений17. В частности, при использовании M-Mode для измерений левого желудочка могут существовать следующие ограничения: трудности в получении перпендикулярного угла; включая только базальные сегменты (в результате неточных измерений при наличии асимметричной гипертрофии или региональной систолической дисфункции); и геометрические предположения (учитывая, что левый желудочек является пролатным эллипсоидом с соотношением длинной/короткой оси 2:1 и симметричным распределением гипертрофии). Кроме того, включение кубических измерений может повлиять на точность, так как даже небольшая погрешность в размерах может привести к завышению массы1,3,10. Даже при использовании объемов и фракции выброса, рассчитанной по методу Симпсона, есть недостатки: вершина часто предуконцентрирована; эндокардиальный отсев может смещения измерения и слеп, чтобы формировать искажения не визуализированы в apical 4 и 2-камерных просмотров1,3,10.
Важно отметить, что этот протокол подчеркивает использование передовых измерений и оценок, таких как деформация левого желудочка и скорость деформации, оцениваемые пятнышко отслеживания, для достижения более полной информации о поведении миокардаволокна 1,3. Для более точной оценки нагрузки и оценки нагрузки требуется оптимизация качества изображения, максимизация частоты кадров и минимизация предтегения вершины. Midwall глобальной продольной деформации используется, как он согласен с более опубликованными имеющимися данными и было показано в нескольких клинических исследованиях, чтобы быть надежным и воспроизводимым10. Электрокардиографическое наблюдение, интегрированное в оборудование, очень подвержено артефактам, что является ограничением. Также очень важно заявить, что функциональный или гемодинамический сердечный статус крысы может зависеть от таких переменных, как температура, кровяное давление и частота сердечных приступов4,5,6,7,8,9,13,14,17.
Поскольку разрешение связано с зонд-частотой, ожидается, что будущие разработки будут разрабатывать более высокочастотные зонды и, следовательно, более высокое разрешение и определение изображения в неинвазивных сердечно-сосудистых изображений у мелких животных, с этим типом Оборудование. Стандартизация методов и измерений считается критической в этой области исследований, достигнув более точной эхокардиографической диагностики экспериментальных моделей крыс и в результате чего лучше понять молекулярную биологию сердечно-сосудистой системы человека Заболеваний.
Açıklamalar
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ARSP и ATP поддерживаются стипендиями SFRH/BD/121684/2016 и SFRH/BPD/123181/2016, соответственно, от Фонда пара Ci’ncia 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 |
Referanslar
- 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).
