Valutazione Ecografia base di coronaropatia Flow e flusso coronarico Reserve Utilizzando la pressione Sovraccarico modello nei topi

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

Clinical stenosi aortica (AS) è ben noto per promuovere un progressivo aumento del ventricolo sinistro (LV) post-carico. Per compensare questo carico emodinamico cronicamente in aumento, ipertrofia ventricolare sinistra (IVS) ne consegue come ^1,2 risposta adattativa. Lo sviluppo di IVS è spesso associata ad anomalie nel microcircolo coronarico. Si pensa che la disfunzione microvascolare contribuisce a ischemia cronica in questi pazienti ^5. Oltre a flusso coronarico ^3,4, riserva di flusso coronarico (CFR) rappresenta modifica funzionale delle arterie coronarie ^1,3 ed è definito come il rapporto tra la velocità di flusso massima in iperemia alla velocità di flusso basale o di riposo flusso velocità ^4,6,7. CFR diminuisce durante LV rimodellamento ^1-3,5-9 ed è usato come indice del grado di severità funzionale della disfunzione coronarica ^1,10,17. E 'noto per essere compromessa in molte forme di cardiomiopatia dilatativa ¹⁰ e anche s coronarichetenosis ^6. CFR è anche un marker prognostico per i poveri risultati clinici ^12.

Rimodellamento LV nella cornice di una disfunzione cardiaca, come ischemia o LVH è accompagnato anche da una fibrosi, cambiamenti nel microcircolo coronarico e l'ispessimento delle arterie coronarie ^1,2. Come risultato di questi cambiamenti nella fisiologia coronarica, è probabile rimodellamento delle arterie coronarie. Questo aiuta a mitigare gli effetti della bassa diffusione di ossigeno e disfunzione diastolica ventricolare sinistra che potrebbe provocare suscettibilità alla miocardica ischemia ^1,2,13.

I topi geneticamente modificati sono ormai uno strumento di sperimentazione ampiamente prevalente per mimare patologie umane, come l'aterosclerosi coronarica ^{5,7,10,12,17.} Particolarmente il modello sovraccarico pressorio nei topi è stato ampiamente studiato ^14,17. Il modello di costrizione trans-aortica (TAC) ha dimostrato di essere associato con estesa fibrosi, e coronary stenosi conseguente, in parte, da ispessimento mediale delle arterie coronarie e con accompagnamento di cambiamenti nei modelli di flusso coronarico ^1,11,17,19 simile a ciò che si vede nel setting di IVS in esseri umani. Mentre è noto che il sovraccarico di pressione prolungata porta a insufficienza cardiaca scompensata in circa 4-8 settimane, gli effetti sulla dinamica del flusso coronarico e riserva di flusso in questi modelli, nelle prime fasi del processo di progressione della malattia, e nelle diverse fasi dopo banding, sono ancora essere chiaramente delineata.

Numerosi ceppi di topi sono attualmente disponibili per scopi di ricerca, tra cui ben caratterizzato LDLR – / – o ApoE – / – mice ^10-12, e questi hanno spinto lo sviluppo di tecniche sensibili per valutare la funzione cardiovascolare e la morfologia nei topi che vivono ^11-15. Tali tecniche includono MRI, PET, contrasto CT, ultrasuoni ad alta frequenza e fascio elettronico tomografia ^2,9,17,19, tutti che forniscono alternative promettenti invasivametodi come catheterizations cardiaco e angiografia coronarica ^12. Tuttavia, in topi con dimensioni molto piccole delle arterie coronarie e frequenza cardiaca elevata (HR), l'imaging di circolazione coronarica costituisce ancora una sfida tecnica per molte tecniche attualmente disponibili ^4,12. È interessante notare che c'è stato un aumento esponenziale progressi tecnici nel campo della transtoracica Doppler (TTDE), compreso lo sviluppo di teste di scansione gamma ad alta frequenza con frequenze centrali da 15 a 50 MHz permette risoluzioni assiali di circa 30-100 micron, a profondità di 8-40 mm, e frame rate superiore a 400 fotogrammi catturati / sec. A sua volta, tecniche basate TTDE-sono emersi come uno strumento potenzialmente potente per l'imaging grandi ² o ancora più piccoli vasi, come le arterie coronarie ^5,12.

Un altro progresso fondamentale che ha permesso ai ricercatori di condurre studi di diagnostica per immagini del sistema vascolare in piccolo unnimals è l'uso attentamente controllata di anestetici che mantengono il cuore e la frequenza respiratoria degli animali durante l'imaging ^11. Manutenzione dell'anestesia controllata è particolarmente importante per gli studi relativi alla vasodilatazione nei topi, e l'effetto dell'anestesia deve inoltre essere ulteriormente esplorato in questo contesto ^10,11. Nell'uomo, invece, misurazioni CFR TTDE-derivati ​​sono diventati uno strumento più comunemente usato per la valutazione delle arterie coronarie epicardiche stenotiche e non ostacolato, prevalentemente discendente anteriore sinistra (LAD) arteria coronaria ^5,16. Tuttavia, il ruolo prognostico di CFR e cambiamenti flusso coronarico nei pazienti asintomatici o topi con preservata funzione sistolica LV a riposo è stato molto meno esplorato ^16. Pertanto, lo scopo dello studio era quello di stabilire prima un protocollo chiaro passo-passo, per valutare le variazioni di flusso coronarico utilizzando TTDE in un modello di topo di pressione di sovraccarico; secondo, questo studio ha esaminato il segno prognosticoificance di CFR e cambiamenti del flusso coronarico in risposta alla pressione di stress da sovraccarico in questi topi. Abbiamo ipotizzato che la valutazione in base TTDE di CFR e del flusso coronarico può essere utile per la diagnosi precoce di disfunzione coronarica che può precedere disfunzione ventricolare sinistra.

Protocol

NOTA: Tutte le procedure sono state eseguite in topi in accordo con American Veterinary Medical Association (AVMA) le linee guida e approvati Istituzionale cura degli animali e Usa Comitati (IACUC) protocolli. 1. Disegno dello studio Utilizzare 8-10 settimana vecchio maschio C57BL / 6 topi (BW ~ 25 g) nello studio. Randomizzare topi (n = 11) in due gruppi, il gruppo di studio selezionato per bande aortico (n = 8), e il gruppo di controllo (n = 3) sottoporsi operazione sh…

Representative Results

Delle 11 topi che sono stati studiati (hanno legato, n = 8 e fittizie, n = 3), sono stati ottenuti immagini adeguate e riproducibili da un singolo osservatore in diversi punti temporali: al basale (D-1), D2, D6 e D13 . Inoltre, la velocità di flusso nel sito costrittiva è stata misurata come 2225 ± 110,9 millimetri / s, rispetto a 277,5 ± 10,51 millimetri / s nei topi sham il giorno dopo l'intervento (p <0.05). L'aumento della velocità è la verifica dello stabilimento successo del modello sovraccarico d…

Discussion

In questo studio basato ultrasuoni, la valutazione non invasiva del flusso coronarico è riproducibile eseguita in tempo reale, per giorni, nei topi sperimentali vivi; Inoltre, il protocollo ha dimostrato la capacità di rilevare la disfunzione coronarica arteria che era presente in una fase iniziale ed è stata associata a deficit di perfusione miocardica. Questo metodo potrebbe in definitiva essere sfruttato come strumento clinico per la stratificazione del rischio cardiovascolare e / o la risposta a valutare un inter…

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