تقييم الموجات فوق الصوتية وبناء من الشريان التاجي تدفق وتدفق التاجي الاحتياطي باستخدام نموذج الزائد الضغط في الفئران

Summary

Coronary flow reserve (CFR) is useful for assessment of myocardial oxygen demand and evaluation of cardiovascular risk. This study establishes a step-by-step transthoracic Doppler echocardiographic (TTDE) method for longitudinal monitoring of the changes in CFR, as measured from coronary artery in mice, under the experimental pressure overload of aortic banding.

Abstract

Transthoracic Doppler echocardiography (TTDE) is a clinically useful, noninvasive tool for studying coronary artery flow velocity and coronary flow reserve (CFR) in humans. Reduced CFR is accompanied by marked intramyocardial and pericoronary fibrosis and is used as an indication of the severity of dysfunction. This study explores, step-by-step, the real-time changes measured in the coronary flow velocity, CFR and systolic to diastolic peak velocity (S/D) ratio in the setting of an aortic banding model in mice. By using a Doppler transthoracic imaging technique that yields reproducible and reliable data, the method assesses changes in flow in the septal coronary artery (SCA), for a period of over two weeks in mice, that previously either underwent aortic banding or thoracotomy.

During imaging, hyperemia in all mice was induced by isoflurane, an anesthetic that increased coronary flow velocity when compared with resting flow. All images were acquired by a single imager. Two ratios, (1) CFR, the ratio between hyperemic and baseline flow velocities, and (2) systolic (S) to diastolic (D) flow were determined, using a proprietary software and by two independent observers. Importantly, the observed changes in coronary flow preceded LV dysfunction as evidenced by normal LV mass and fractional shortening (FS).

The method was benchmarked against the current gold standard of coronary assessment, histopathology. The latter technique showed clear pathologic changes in the coronary artery in the form of peri-coronary fibrosis that correlated to the flow changes as assessed by echocardiography.

The study underscores the value of using a non-invasive technique to monitor coronary circulation in mouse hearts. The method minimizes redundant use of research animals and demonstrates that advanced ultrasound-based indices, such as CFR and S/D ratios, can serve as viable diagnostic tools in a variety of investigational protocols including drug studies and the study of genetically modified strains.

Introduction

السريرية تضيق الأبهر (AS) هو معروف جيدا لتعزيز زيادة مطردة في البطين الأيسر (LV) حمولة تلوية. للتعويض عن هذا ارتفاع مزمن تحميل الدورة الدموية، LV تضخم (LVH) تستتبعه باعتباره ^1،2 ردا على التكيف. وكثيرا ما يرتبط تطور تضخم البطين الأيسر مع تشوهات في دوران الأوعية الدقيقة التاجي. ويعتقد أن خلل الأوعية الدموية الدقيقة يساهم في نقص التروية المزمن في هؤلاء المرضى ^5. بالإضافة إلى تدفق التاجي ^3،4، احتياطي تدفق التاجي (CFR) يمثل التغيير الوظيفي للشرايين التاجية ^1،3 ويعرف بأنه نسبة القصوى سرعة تدفق في احتقان في الأساس سرعة تدفق أو يستريح تدفق سرعة ^4،6،7. وانخفضت CFR خلال LV إعادة عرض ^1-3،5-9، ويستخدم كمؤشر لمدى شدة وظيفية من اختلال وظيفي التاجي ^1،10،17. ومن المعروف أن يكون ضعف في أشكال عديدة من تمدد عضلة القلب ¹⁰ وأيضا الصورة التاجيةtenosis ^6. CFR هو أيضا علامة النذير لنتائج سريرية الفقيرة ^12.

ويرافق إعادة عرض LV في تحديد الخلل في القلب مثل نقص التروية أو LVH أيضا تليف واسع النطاق، والتغيرات في دوران الأوعية الدقيقة التاجي وسماكة الشرايين التاجية ^1،2. ونتيجة لهذه التغييرات في علم وظائف الأعضاء التاجي، هناك إعادة عرض المرجح الشرايين التاجية. وهذا يساعد على التخفيف من آثار انخفاض انتشار الأوكسجين وLV اختلال وظيفي الانبساطي التي يمكن أن تؤدي في التعرض للعضلة القلب نقص تروية ^1،2،13.

الفئران المعدلة وراثيا هي الآن أداة الفحص سائدة على نطاق واسع لمحاكاة الظروف الأمراض البشرية مثل تصلب الشرايين التاجية ^{5،7،10،12،17.} ولا سيما نموذج الزائد الضغط في الفئران وقد درس على نطاق واسع ^14،17. وقد تبين أن نموذج انقباض عبر الأبهر (TAC) لتترافق مع تليف واسع النطاق، وcoronarذ تضيق الناتجة عن ذلك، في جزء منه، من سماكة وسطي من الشرايين التاجية ومع المرافق التغيرات في أنماط تدفق التاجية ^{1،11،17،19} مماثلة إلى ما ينظر إليه في تحديد LVH في البشر. في حين أنه من المعروف أن الضغط الزائد لفترات طويلة يؤدي إلى قصور في القلب اللا تعويضية في حوالي 4-8 أسابيع، وآثار على ديناميات تدفق التاجية واحتياطي التدفق في هذه النماذج، في وقت مبكر من عملية تطور المرض، وفي مراحل مختلفة بعد النطاقات، هي حتى الآن ليتم محددة بوضوح.

هي سلالات عديدة من الفئران المتاحة حاليا للاستخدام البحوث، بما في ذلك جيدا اتسم LDLR – / – أو APOE – / – الفئران ^10-12، ودفعت هذه تطوير تقنيات حساسة لتقييم وظيفة القلب والأوعية الدموية والتشكل في الفئران التي تعيش ^11-15. وتشمل هذه التقنيات التصوير بالرنين المغناطيسي، PET، وعلى النقيض CT، وارتفاع الموجات فوق الصوتية تردد، والإلكترون شعاع التصوير المقطعي ^{2،9،17،19،} كل منها توفير بدائل واعدة لالغازيةأساليب مثل قسطرة القلب وتصوير الأوعية التاجية ^12. ومع ذلك، في الفئران مع حجم صغير جدا من الشرايين التاجية وارتفاع معدل ضربات القلب (HR)، والتصوير من الدوران التاجي لا يزال يشكل تحديا تقنيا للعديد من التقنيات المتاحة حاليا ^4،12. ومن المثير للاهتمام، كان هناك ارتفاع هائل في التقدم التقني في مجال تخطيط صدى القلب عبر الصدر دوبلر (TTDE)، بما في ذلك تطوير عالية التردد رؤساء مجموعة المسح الضوئي مع ترددات مركز 15-50 ميجا هرتز مما يسمح القرارات المحورية حوالي 30-100 ميكرون، في أعماق 8-40 ملم، ومعدلات الإطار أكبر من 400 إطارات القبض على / ثانية. في المقابل، ظهرت تقنيات القائم على TTDE كأداة قوية لتصوير الأوعية الكبيرة ² أو حتى أصغر مثل الشرايين التاجية ^5،12.

آخر مسبقا الحرج الذي سمح للمحققين لإجراء دراسات التصوير التشخيصي من الأوعية الدموية في صغيرnimals هو استخدام تسيطر عليها بعناية من التخدير التي تحافظ على القلب ومعدل التنفس من الحيوانات أثناء التصوير ^11. تسيطر صيانة التخدير أهمية خاصة للدراسات المتعلقة توسع الأوعية في الفئران، ويحتاج تأثير التخدير أيضا إلى مزيد من استكشافها في هذا السياق ^10،11. في البشر، من ناحية أخرى، أصبحت القياسات CFR TTDE المستمدة من أداة أكثر شيوعا لتقييم الشرايين التاجية النخابية stenosed وغير عرقلت، في الغالب في الأمامي الأيسر النازل (LAD) الشريان التاجي ^5،16. ومع ذلك، فإن دور النذير من CFR والتغيرات تدفق التاجية في المرضى الذين يعانون أعراض أو الفئران مع الحفاظ على وظيفة LV الانقباضي في بقية أقل بكثير استكشاف ^16. ولذلك، كان الهدف من هذه الدراسة لإنشاء أول بروتوكول واضح خطوة بخطوة، لتقييم التغيرات في تدفق التاجية باستخدام TTDE في نموذج الضغط الزائد الماوس؛ الثانية، وتناولت هذه الدراسة علامة النذيرificance من CFR والتغيرات تدفق التاجية في استجابة للضغط الإجهاد الزائد في هذه الفئران. لقد افترضنا أن تقييم TTDE أساس من CFR وتدفق التاجي قد تكون مفيدة في الكشف المبكر عن ضعف التاجي التي قد تسبق ضعف LV.

Protocol

ملاحظة: تم تنفيذ كافة الإجراءات في الفئران وفقا للجمعية الأميركية للطب البيطري (اخر احصاء) المبادئ التوجيهية وافق المؤسسي رعاية الحيوان واستخدام اللجان (IACUC) البروتوكولات. 1. تصميم الدراسة <li style=";text-align:right…

Representative Results

من 11 الفئران التي تمت دراستها (النطاقات، ن = 8 و صورية، ن = 3)، تم الحصول على صور مناسبة وقابلة للتكرار من قبل مراقب واحد في عدة نقاط في الوقت: في الأساس (D 1)، D2، D6 وD13 . أيضا، تم قياس سرعة تدفق في موقع التضييقية كما 2225 ± 110.9 ملم / ثانية، مقارنة مع 277.5 ± 10.51 ملم / ثانية في الفئران ?…

Discussion

في هذه الدراسة على أساس الموجات فوق الصوتية، تم إجراء تقييم غير الغازية من تدفق التاجي بتكاثر في الوقت الحقيقي، على مدى أيام، في فئران التجارب الحية. وعلاوة على ذلك، تظاهر بروتوكول القدرة على كشف الخلل الشريان التاجي التي كانت موجودة في مرحلة مبكرة وكان مرتبطا مع نق?…

Materials

 

Name of the Reagent	Company	Catalogue Number	Comments
Depilatory cream	Miltex, Inc.	Surgi-Prep	Apply 24 hours prior to imaging
Isoflurane	Baxter International Inc.	NDC 10019-773-40	2-3% for induction, and 1-1.5 % for maintenance; heart beats will be maintained at above 500 beats per minute
	Table of equipments
Material Name	Company	Catalogue Number	Comments
High Frequency Ultrasound	FUJIFILM VisualSonics, Inc.	Vevo 2100
High-frequency Mechanical Transducer	FUJIFILM VisualSonics, Inc.	MS250, MS550D, MS400