Transthorakale Echokardiographie in Mäuse

Summary

Transthorakale Echokardiographie bietet eine nichtinvasive Methode zur Beurteilung der Herzfunktion bei Mäusen. Eine Kombination aus Ultraschall und Doppler bildgebenden Verfahren kann verwendet werden, um dreidimensionale Messungen der Herz-und intrakardialen Blutflusses, die zusammen eine Beurteilung der kardialen systolischen und diastolischen Leistung zu erzielen.

Abstract

In den letzten Jahren haben Mausmodellen werden die primäre Weg für die Untersuchung der molekularen Mechanismen der kardialen Dysfunktion, die sich aus Veränderungen in der Genexpression. Transgene und Gen-Targeting-Methoden können verwendet werden, um Mäuse mit veränderten kardialen Größe und Funktion zu erzeugen,^1-3 Und als Ergebnis,<em> In vivo</em> Techniken sind erforderlich, um ihre Herz-Phänotyp zu bewerten. Transthorakale Echokardiographie, PW-Doppler (PWD) und Tissue Doppler Imaging (TDI) kann verwendet werden, um dreidimensionale Messungen der Maus Herz geben und den Grad der kardialen systolischen und diastolischen Leistung zu quantifizieren. Zwei-dimensionale Bildgebung wird verwendet, um abnorme Anatomie und Bewegungen des linken Ventrikels zu erkennen, während M-Mode-Echo für die Quantifizierung der kardialen Dimensionen und Kontraktilität verwendet wird.^4,5 Darüber hinaus ist PWD verwendet, um lokale Geschwindigkeit der turbulenten Strömung zu quantifizieren,⁶ Während TDI wird verwendet, um die Geschwindigkeit der myokardialen Bewegung zu messen.⁷ So bietet transthorakale Echokardiographie eine umfassende Methode zur nicht-invasiven Beurteilung der Herzfunktion bei Mäusen.

Protocol

1. Vorbereitung Mice for Imaging Studies Vor der Bildgebung, betäuben die Maus (2% Isofluran mit 0,5 L / min 100% O 2) in der Induktion Kammer. Achten Sie darauf, Abgas für die Sicherheit des Bedieners zu filtern. Entfernen Sie das Tier aus der Induktion Kammer und die Nutzung Haarschneidemaschinen, um das Fell vom Halsausschnitt bis Mitte Brusthöhe rasieren. Dann entfernen Sie die restlichen Körperbehaarung mit Enthaarungscreme. Diese Vorbereitung kann durchgeführt werden, einen Tag vor der bildgebenden Verfahren, um potenzielle unerwünschte Stressreaktionen bei den Mäusen zu minimieren. Bewerben duralube Gel, beide Augen zu verhindern Trocknung der Lederhaut (vermeiden Sie Kontakt mit der Hornhaut mit dem Gel-Applikator). Setzen Sie den narkotisierten Maus in Rückenlage auf einem Heizkissen mit integrierten EKG-Ableitungen, um die Körpertemperatur aufrecht zu erhalten. Legen Sie die Schnauze in einem Nasenkonus mit dem Anästhesie-System zu einem steady-state Sedierung während des gesamten Verfahrens (1,0% bis 1,5% Isofluran mit 0,5 L / min 100% O 2 gemischt) aufrecht zu erhalten. Führen Sie eine Zehe oder Schwanz kneifen, um zu Sedierung zu bestätigen. Falls erforderlich, kann das Niveau der Anästhesie eingestellt, um eine Herzfrequenz von 450 ± 50 Schläge pro Minute (bpm) zu erhalten. Schieben Sie eine rektale Sonde (nach Schmieröl) ständig zu überwachen und anzupassen Körpertemperatur über das Heizkissen. Es ist wichtig, um die Körpertemperatur in einem engen Bereich zu halten (37,0 ° C ± 0,5 ° C), als auch moderate Änderungen in der Temperatur und Herzfrequenz beeinflussen die Herzfunktion bei Mäusen. Elektroden-Gel auf die vier Pfoten und klebt sie auf die EKG-Elektroden. 2. Auswertung systolische Funktion des Herzens Zu Beginn dieses Verfahrens, eine Schicht vorgeheizten Ultraschallgel auf die Brust, vor allem der Bereich über dem Herzen. Gel soll die Angleichung der Körpertemperatur erwärmt werden. Ein Volumen von kaltem Gel kann schnell auf die Rate der Körpertemperatur Verlust hinzuzufügen. Vermeiden Sie Luftblasen im Gel, das mit Ultraschall-Bildgebung stören können. Immobilisierung der Maus in einen leichten Aufwärtstrend Position (Kopf) unter einem leichten Winkel. Mit einem Mikromanipulator, immobilisieren die Ultraschallsonde mit einem 90 ° Winkel zwischen der Sonde und des Herzens. Zu Beginn macht kurzen Achse echokardiographischen Messungen niedriger die Sonde auf den Brustkorb parasternally. Vermeiden Sie es, die Sonde direkt über dem Brustbein oder auf die Haut, da dies das Signal verzerrt wird. Zunächst führen wir zweidimensionale (2D)-Bildgebung ("B-mode '), um eine Ansicht entlang der parasternal kurzen Achse zu erhalten. Passen Sie die Anzeige der Sonde zu einem kompletten Bild je nach Größe des Tieres das Herz zu erhalten. Ein richtiges Bild in dieser Ausrichtung wird auch die linke Herzkammer und ein geringer Teil der rechten Ventrikelwand. Der Pfeil (siehe Video) zeigt die anterolaterale und posteromedial Papillarmuskeln, die hinteren und vorderen Wand des LV, das intraventrikuläre Septum und ein geringer Teil der rechten Ventrikelwand. Bei diesen Messungen, besonderes Augenmerk auf potenzielle Wandbewegungsstörungen (zB Hypokinesie, akinasia, Asynchronie) oder Aneurysmen. Als nächstes werden wir M-Mode-Echokardiographie, die eine 1-dimensional (1D) Ansicht bietet, zu feinen Messungen der kardialen Dimensionen und Kontraktilität zu erhalten. Shop erworbenen Bilder für die spätere Auswertung der Parameter der systolischen Funktion des linken Ventrikels. 3. Auswertung diastolische Funktion des Herzens Noch während der Anzeige der parasternal kurzen Achse, können wir durchführen Gewebe-Doppler-Bildgebung (TDI), um die Geschwindigkeit der myokardialen Bewegung zu messen. Die Region von Interesse ist markiert, um eine hintere Wand des linken Ventrikels für radiale Achse Auswertung einzubeziehen. Die Wellenform erhalten haben vier Peaks diastolischen Funktion auswerten: IVRT, E ', A', und IVCT. S 'steht für systolische. (3B) Diese Parameter werden später in die repräsentative Ergebnisse beschrieben werden. Pulse-Wave-Doppler (PWD) kann verwendet werden, um den Blutfluss Geschwindigkeit innerhalb einer kleinen Fläche zu messen in einer bestimmten Tiefe in das Herzmuskelgewebe werden. Um das Bild der trans-Mitral Strömungsmuster, kippen das Tier rückwärts in die Trendelenburg-Position. Kippen Sie die Sonde nach oben, so dass die Sonde senkrecht mit der Spitze des Herzens ist. Jetzt erhöhen die Isofluran-Ebene, um die Herzfrequenz auf 300-350 bpm, die die Bewegung der Mitralklappe langsam senkt. Zum Vergleich: Studien, ist es wichtig, ähnliche Herzfrequenzen zwischen Tieren aufrecht zu erhalten. Visualisieren Sie die Bewegungen der Mitralklappe als Bezugspunkt, um den Fluss durch das Ventil zu messen. Legen Sie die Probe Volumen an der Spitze der Mitralklappe. Messen Sie die Strömungsmuster über der Mitralklappe unter Verwendung PWD. Zwei Wellen sind charakteristisch gesehen, eine Vertretung passive Füllung des Ventrikels (frühe [E] Welle), undeine konsistente mit aktiven Füllung mit Vorhofsystole (atrial [A]-Welle). In einem gesunden Herzen ist die E-Wellengeschwindigkeit etwas größer als die der A-Welle (Abbildung 3C). Nachdem alle Messungen abgeschlossen sind, entfernen Sie die Elektroden-Gel (durch vorsichtiges Abwischen mit Standard-Gaze-Pads) und Beschränkungen aus dem Tierreich. Lassen Sie die hemmungslose Tier oben auf dem beheizten EKG-Pad in eine aufrechte Position zu erholen und Ausschalten der Anästhesie. Wenn die Maus weckt, senden Sie es an seinem Käfig. 4. Vertreter transthorakale Echokardiographie Ergebnisse Nichtinvasive echokardiographische Studien lässt sich die linksventrikuläre Morphologie und Funktion in Mausmodellen von Herzerkrankungen zu beurteilen. 4,5 Diese Technik ist weit verbreitet und stellt eine Alternative zum Terminal Verfahren zur LV-Funktion zu beurteilen, wie intrakardiale Druck-Volumen-Schleife measurements.8 oder die ex vivo arbeiten Herzmodell. 9 Beurteilung der LV Kammer Dimensionen transthorakale M-Mode-Echokardiographie ermöglicht zum Nachweis von abnormalen LV Kammer Erweiterung oder erhöhte Wandstärke in verschiedenen Modellen von Herzerkrankungen. 5 So, transthorakale Echokardiographie, mit PW-Doppler kombiniert , stellt eine umfassende Allee für die nicht-invasive Beurteilung der systolischen und diastolischen Herzfunktion bei Mäusen. Abbildung 1. Übersicht der Vevo 770 Hohe Auflösung In Vivo Micro-Imaging-System für die Echokardiographie und Doppler Imaging. (A) Wir verwenden die VisualSonics integrierten Schienensystem mit physiologischen Überwachungseinheit, EKG Bord, und RMV 30MHz Scan-Kopf. (B) Die Maus ist so positioniert und richtig Zurückhaltung auf die Heizung mit integrierten EKG-Elektroden (goldfarben). Die vier Gliedmaßen werden in die EKG-Elektroden geklebt. (CD) Fotografien richtigen Winkel für Puls-Doppler verwendet werden, um die diastolische Funktion Messungen, wie in Abschnitt 4 des Protokolls beschrieben erhalten. Probe Orientierung für den systolischen Funktion Messungen zeigen im Video-Protokoll. Abbildung 2. Vertreter 2D-Echokardiographie Bilder (B-Modus). (A) Para-sternalen kurzen Achse zeigt die linksventrikuläre anterior (AW) und posterioren (PW) Wände, die intraventrikuläre Septum (SW) und Seitenwand (LW). Der Durchmesser der linksventrikulären Lumen kann der linksventrikulären Innendurchmesser (LVID) gemessen werden. Der Stern zeigt die posteromedial Papillarmuskel. (B) Apical Vier-Kammer-Blick mit einem Sichtfenster über der Mitralklappe zur Bestimmung der E / A Spitzengeschwindigkeiten. MVAL, Mitralklappe anterioren Segels; MVPL, Mitralklappe posterioren Segels; RV, rechte Herzkammer; LV, linken Ventrikels. Abbildung 3. Erwerb und Quantifizierung der Echokardiographie und Doppler-Daten. Diese Zahl enthält repräsentative Bilder der erfassten Daten entspricht der 2D-Echokardiographie Bilder in Abbildung 2 dargestellt. (A) M-Mode-Tracing mit Linien, die end-systolischen (ESD) und enddiastolische Durchmesser (EDD). LVAWD / S, der linksventrikulären Vorderwand Dicke (Diastole / Systole); LVPWD / S, der linksventrikulären Hinterwand Dicke (Diastole / Systole). (B) Repräsentative Kurven für die Gewebe-Doppler-Bildgebung des LV Hinterwand. IVRT, isovolumetrischen Relaxationszeit; IVCT, isovolumetrischen Kontraktion Zeit. Die E-Welle entspricht der Bewegung des Mitralannulus während der frühen diastolischen Füllung des LV, und die A 'Welle stammt aus Vorhofsystole während der späten Füllung des LV. S 'darstellen systolische. (C) Pulse Doppler Aufzeichnung Mitralklappensegel Tipps bietet Mitral Einströmgeschwindigkeit Muster, aus denen Anfang der diastolische (E), spät diastolische mit diastolischer Kontraktion (A), und die E / A-Verhältnis abgeleitet werden kann. Die IVRT ist auch eine nützliche Variable, um die diastolische Funktion und Füllungsdrücke charakterisieren. ET zeigt Auswurf Zeit.

Discussion

Es ist wichtig, das Niveau der Anästhesie, ¹⁰ Körpertemperatur und Herzfrequenz innerhalb einer Kohorte von Mäusen zu standardisieren, um den Vergleich zwischen verschiedenen Gruppen oder Genotypen von Mäusen zu erleichtern, wenn mit M-Mode-Echokardiographie. Für PWD Beurteilung der diastolischen Funktion, müssen Herzfrequenz abgesenkt, um den diastolischen Eigenschaften des murinen Herzen zu bewerten. Die Vitalfunktionen des Tieres muss genau beobachtet werden, um hämodynamische Scheitern und Tod zu verhindern. Auf der anderen Seite, kann für den systolischen Funktion Messungen mit M-Modell Echokardiographie, Herzfrequenz unter 400 Schlägen pro Minute führen enddiastolischen Durchmesser zu erhöhen aufgrund erhöhter Füllung des LV.

Materials

Material Name	Type	Company	Catalogue Number	Comment
Vevo 770 high-resolution in vivo micro-imaging system *		VisualSonics		www.visualsonics.com/products
RMV (Real-time MicroVisualization) 707B 30MHz ccanhead with encapsulated transducer		VisualSonics		www.visualsonics.com/products
Vevo integrated rail system including physiological monitoring unit		VisualSonics		www.visualsonics.com/products
Vevo compact anesthesia system		VisualSonics		www.visualsonics.com/products
Heating lamp		General Supply
Hair removal lotion (Nair)		General Supply
Sigma créme (electrode cream)		Parker Labs		Part#17-05; www.cardioogyshop.com
Ecogel 100 ultrasound gel		Eco-Med Pharmaceuticals Inc.		Code 30GB; www.eco-med.com
Standard gauze pads		Safe Cross First Aid
Tape/ cotton swabs/ heating pads (x2)/ Clidox/ ddH2O		General Supply

* Required software is Vevo software including B-Mode application, pulse wave Doppler application, and cardiovascular analysis tools package.