Echocardiografische benaderingen en protocollen voor Comprehensive Fenotypische karakterisering van Valvular hart-en vaatziekten in Muizen
Summary
This protocol provides a detailed description of the echocardiographic approach for comprehensive phenotyping of heart and heart valve function in mice.
Abstract
The aim of this manuscript and accompanying video is to provide an overview of the methods and approaches used for imaging heart valve function in rodents, with detailed descriptions of the appropriate methods for anesthesia, the echocardiographic windows used, the imaging planes and probe orientations for image acquisition, the methods for data analysis, and the limitations of emerging technologies for the evaluation of cardiac and valvular function. Importantly, we also highlight several future areas of research in cardiac and heart valve imaging that may be leveraged to gain insights into the pathogenesis of valve disease in preclinical animal models. We propose that using a systematic approach to evaluating cardiac and heart valve function in mice can result in more robust and reproducible data, as well as facilitate the discovery of previously underappreciated phenotypes in genetically-altered and/or physiologically-stressed mice.
Introduction
Veroudering is geassocieerd met toenemende verhoging van cardiovasculaire verkalking 1. Hemodynamisch significant aortaklepstenose treft 3% van de bevolking ouder dan 65 2, en patiënten met zelfs een matige aortaklepstenose (pieksnelheid van 3-4 m / s) een 5 jaargebeurtenis overleving van minder dan 40% 3. Momenteel zijn er geen effectieve behandeling voor de progressie van aortaklep calcificatie remmen en chirurgische aorta klepvervanging de enige beschikbare behandeling van gevorderde aortaklepstenose 4.
Studies om een dieper begrip van de mechanismen die bijdragen aan de ontwikkeling en progressie van aortaklep calcificatie is een belangrijke eerste stap in de richting van farmacologische en niet-chirurgische methoden aortaklepstenose 5, 6 beheren. genetischly-gemanipuleerde muizen hebben een belangrijke rol bij de ontwikkeling van ons begrip van de mechanismen die bijdragen aan een verscheidenheid van ziekten en komen nu op de voorgrond van mechanistische studies gericht op het begrijpen van de biologie van aortaklepstenose 6, 7, 8 gespeeld. In tegenstelling tot andere cardiovasculaire ziekten zoals atherosclerose en hartfalen-wanneer standaardprotocollen gaan vasculaire en ventrikelfunctie zijn grotendeels gevestigde-er unieke uitdagingen in verband met in vivo fenotypering van hartklep functie in muizen. Terwijl recente beoordelingen grondige discussies over de voor- en nadelen van tal van imaging en invasieve modaliteiten gebruikt om de klep functie bij knaagdieren 9, 10, 11 te beoordelen hebben zorg, tot nu toe, we zijn niet op de hoogte van een publicatie die een compre biedtgerealiseerde, stap-voor-stap protocol voor fenotypering hartklep functie bij muizen.
Het doel van dit manuscript moet de methoden en protocollen beschrijven hartklep functie fenotype bij muizen. Alle methoden en procedures zijn goedgekeurd door de Mayo Clinic Institutional Animal Care en gebruik Comite. Belangrijke onderdelen van dit protocol zijn de diepte van de anesthesie, de evaluatie van de hartfunctie, en de evaluatie van de hartklep functie. We hopen dat dit rapport zal niet alleen dienen om de onderzoekers geïnteresseerd zijn in het nastreven van onderzoek op het gebied van de hartklep en vaatziekten leiden, maar zal ook beginnen met een nationale en internationale dialoog met betrekking tot protocol standaardisatie van gegevens reproduceerbaarheid en validiteit te garanderen in deze snel groeiende veld. Belangrijk is dat succesvolle beeldvorming met behulp van ultrasone systemen met een hoge resolutie vereist een praktische kennis van de beginselen van echografie (en terminologie vaak gebruikt in echografie), een goed begrip van de fundamentele Principles van cardiale fysiologie, en aanzienlijke ervaring met echografie te zorgen voor een nauwkeurige en tijd-efficiënte evaluatie van de hartfunctie bij knaagdieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Inductie van anesthesie
Goede inductie en instandhouding van anesthesie is essentieel voor nauwkeurige vaststelling van veranderingen in hartklep en hartfunctie in muizen. Gezien de snelle inductie van de anesthesie opgewekt door isofluraan en de relatief lange wash-out tijd van deze verdoving volgende diepe narcose, hebben we geen gebruik maken van een stand-alone anesthesie kamer voor inductie. In plaats daarvan, zoals in detail hierboven dieren rechtstreeks geleid naar de an…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by NIH grants HL111121 (JDM) and TR000954 (JDM).
Materials
| High resolution ultrasound machine | VisualSonics, Fujifilm | Vevo 2100 | |
| Isoflurane diffuser (capable of delivering 1 % to 1.5 % isoflurane mixed with 1 L/min 100% O2 | VisualSonics, Fujifilm | N/A | |
| Transducers for small mice (550D) or larger mice (400) | MicroScan, VisualSonics, Fujifilm | MS 550D, MS 400 | |
| Animal platform | VisualSonics, Fujifilm | 11503 | |
| Advanced physiological monitoring unit | VisualSonics, Fujifilm | N/A | |
| Isoflurane | Terrell | NDC 66794-019-10 | |
| Nose cone and tubing connected to isoflurane diffuser and 100% O2 | Custom Engineered in-house | — | |
| Hair razor | Andis Super AGR+ vet pack clipper | AD65340 | |
| Ultrasound gel | Parker Laboratories | REF 01-08 | |
| Electrode gel | Parker Laboratories | REF 15-25 | |
| Adhesive tapes | Fisher Laboratories | 1590120B | |
| Paper towels |
References
- Ngo, D. T., et al. Determinants of occurrence of aortic sclerosis in an aging population. JACC Cardiovasc Imaging. 2, 919-927 (2009).
- Nkomo, V. T. Epidemiology and prevention of valvular heart diseases and infective endocarditis in Africa. Heart. 93, 1510-1519 (2007).
- Amato, M. C., Moffa, P. J., Werner, K. E., Ramires, J. A. Treatment decision in asymptomatic aortic valve stenosis: role of exercise testing. Heart. 86, 381-386 (2001).
- Bonow, R. O., et al. Focused update incorporated into the ACC/AHA 2006 guidelines for the management of patients with valvular heart disease: a report of the American College of Cardiology/American Heart Association Task Force on Practice Guidelines (Writing Committee to Revise the 1998 Guidelines for the Management of Patients With Valvular Heart Disease): endorsed by the Society of Cardiovascular Anesthesiologists, Society for Cardiovascular Angiography and Interventions, and Society of Thoracic Surgeons. Circulation. 118, e523-e661 (2008).
- Yutzey, K. E., et al. Calcific aortic valve disease: a consensus summary from the Alliance of Investigators on Calcific Aortic Valve Disease. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 34, 2387-2393 (2014).
- Rajamannan, N. M. Calcific aortic valve disease: cellular origins of valve calcification. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 31, 2777-2778 (2011).
- Weiss, R. M., Miller, J. D., Heistad, D. D. Fibrocalcific aortic valve disease: opportunity to understand disease mechanisms using mouse models. Circ Res. 113, 209-222 (2013).
- Sider, K. L., Blaser, M. C., Simmons, C. A. Animal models of calcific aortic valve disease. Int J Inflam. 2011, 364310 (2011).
- Miller, J. D., Weiss, R. M., Heistad, D. D. Calcific aortic valve stenosis: methods, models, and mechanisms. Circ Res. 108, 1392-1412 (2011).
- Ram, R., Mickelsen, D. M., Theodoropoulos, C., Blaxall, B. C. New approaches in small animal echocardiography: imaging the sounds of silence. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 301, H1765-H1780 (2011).
- Moran, A. M., Keane, J. F., Colan, S. D. Influence of pressure and volume load on growth of aortic annulus and left ventricle in patients with critical aortic stenosis. J Am Coll Cardiol. 37, 471a (2001).
- Thibault, H. B., et al. Noninvasive assessment of murine pulmonary arterial pressure: validation and application to models of pulmonary hypertension. Circ Cardiovasc Imaging. 3, 157-163 (2010).
- Baumgartner, H., et al. Echocardiographic assessment of valve stenosis: EAE/ASE recommendations for clinical practice. J Am Soc Echocardiogr. 22, 1-23 (2009).
- 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. Eur Heart J Cardiovasc Imaging. 16, 233-270 (2015).
- Devereux, R. B., Reichek, N. Echocardiographic determination of left ventricular mass in man. Anatomic validation of the method. Circulation. 55, 613-618 (1977).
- Ommen, S. R., et al. Clinical utility of Doppler echocardiography and tissue Doppler imaging in the estimation of left ventricular filling pressures: A comparative simultaneous Doppler-catheterization study. Circulation. 102, 1788-1794 (2000).
- Tei, C., et al. New index of combined systolic and diastolic myocardial performance: a simple and reproducible measure of cardiac function–a study in normals and dilated cardiomyopathy. J Cardiol. 26, 357-366 (1995).
- Koshizuka, R., et al. Longitudinal strain impairment as a marker of the progression of heart failure with preserved ejection fraction in a rat model. J Am Soc Echocardiogr. 26, 316-323 (2013).
- Ishizu, T., et al. Left ventricular strain and transmural distribution of structural remodeling in hypertensive heart disease. Hypertension. 63, 500-506 (2014).
- Yamada, S., et al. Induced pluripotent stem cell intervention rescues ventricular wall motion disparity, achieving biological cardiac resynchronization post-infarction. J Physiol. 591, 4335-4349 (2013).
- Andrews, T. G., Lindsey, M. L., Lange, R. A., Aune, G. J. Cardiac Assessment in Pediatric Mice: Strain Analysis as a Diagnostic Measurement. Echocardiography. 31, 375-384 (2014).
- Ferferieva, V., et al. Assessment of strain and strain rate by two-dimensional speckle tracking in mice: comparison with tissue Doppler echocardiography and conductance catheter measurements. Eur Heart J Cardiovasc Imaging. 14, 765-773 (2013).
- Fine, N. M., et al. Left and right ventricular strain and strain rate measurement in normal adults using velocity vector imaging: an assessment of reference values and intersystem agreement. Int J Cardiovasc Imaging. 29, 571-580 (2013).
- Pernot, M., Fujikura, K., Fung-Kee-Fung, S. D., Konofagou, E. E. ECG-gated, mechanical and electromechanical wave imaging of cardiovascular tissues in vivo. Ultrasound Med Biol. 33, 1075-1085 (2007).
- Liu, J. H., Jeng, G. S., Wu, T. K., Li, P. C. ECG triggering and gating for ultrasonic small animal imaging. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 53, 1590-1596 (2006).
- Monin, J. L., et al. Low-gradient aortic stenosis: operative risk stratification and predictors for long-term outcome: a multicenter study using dobutamine stress hemodynamics. Circulation. , 319-324 (2003).
