Summary
Koronare Strömungsreserve (CFR), ist definiert als das Verhältnis des maximalen koronaren Blutflusses zum ruhenden koronaren Blutfluss. Wir präsentieren ein Protokoll zur Bewertung von CFR bei Ratten mittels Ultraschall, das die Möglichkeit bietet, kardiovaskuläre Risikofaktoren in Ermangelung einer obstruktiven koronaren Erkrankung vorherzusagen.
Abstract
Koronare Herzkrankheit ist die häufigste Todesursache weltweit. Nach einem akuten Myokardinfarkt ist eine frühe und erfolgreiche Myokardintervention durch Rekanalisierung der Herzkranzgefäße die effektivste Strategie zur Reduzierung der Größe des ischämischen Myokards. Die koronare Mikrovaskulatur kann nicht in vivovisualisiert und abgebildet werden, aber es gibt mehrere invasive und nichtinvasive Techniken, die verwendet werden können, um Parameter zu bewerten, die direkt von der koronaren mikrovaskulären Funktion abhängen. Die endotheliale Funktion nach Ischämie-Reperfusion kann auch auf Der koronaren Zirkulation über das koronare Strömungsreserve (CFR) beurteilt werden. In dieser Studie wurde die Spitzengeschwindigkeit der linken vorderen absteigenden (LAD) Koronararterien bei Ratten in vivo über die Transthoracic Doppler Echocardiographie während der Ruhe- und Stressherausforderung (induziert durch Dobutamin) gemessen. Ein normales Herz kann seinen koronaren Blutfluss bis zu viermal über den Ruhewerten während der Stressinduktion erhöhen. Nach der Ischämie-Reperfusion fanden wir eine signifikant verminderte CFR, die als Marker für koronare mikrovaskuläre Dysfunktion verwendet werden kann. CFR hat ein Fenster über die Bedeutung der mikrovaskulären Dysfunktion geöffnet und hat gezeigt, dass kardiovaskuläre Sadiovaskuläres Risiko unabhängig davon, ob die schwere obstruktive Erkrankung vorhanden ist, vorhergesagt wird.
Introduction
Myokardiale Ischämie-Reperfusion (IR) ist ein Zustand, bei dem die Blutversorgung auf das Herz beschränkt ist, gefolgt von der Wiederherstellung der Perfusion und gleichzeitige Reoxygenierung1. Okklusion der Koronararterien kann durch eine Embolie oder Cholesterin Plaque Bruch verursacht werden, was zu einem schweren Ungleichgewicht der metabolischen Angebot und Nachfrage führt, verursacht Gewebehypoxie. Die Rettung des gefährdeten Myokards, die Verbesserung der linksventrikulären Funktion und die Verbesserung des Überlebens bei Patienten mit akutem Myokardinfarkt wurden durch die Reperfusionstherapie beobachtet. Nach der Rekanalisierung der Herzkranzgefäße können jedoch funktionelle Anomalien kleiner Herzkranzgefäße auftreten2,3,4,5. Ein signifikanter Anteil der Patienten, vielleicht sogar 40 %, gewinnt trotz der Wiederherstellung des koronaren Flusses keine mikrovaskuläre und myokardische Perfusion zurück. Die Visualisierung und Auswertung der koronaren Mikrovaskulatur kann in vivo schwierig sein, aber es gibt eine Reihe von invasiven und nichtinvasiven Techniken, die verwendet werden können, um Parameter direkt abhängig von der koronaren mikrovaskulären Funktion zu bewerten6 ,7. Auch die Endothelfunktion kann auf der Ebene der koronaren Zirkulation über den CFR5beurteilt werden.
Transthoracic Doppler Echokardiographie ist ein nichtinvasives Werkzeug, mit dem wir koronare Arterienströmungsgeschwindigkeit und CFR5untersuchen können. CFR stellt das Verhältnis des maximalen koronaren Blutflusses zum ruhenden koronaren Blutfluss8dar. Während der Stress-Herausforderung erhöht ein normales Herz den koronaren Blutfluss bis zu viermal über dem Ruhewert. Herz-Kreislauf-Risiko erhöht, wenn CFR verringert wird9. Ishihara et al zeigten, dass der CFR unmittelbar nach der koronaren Angioplastie5stark beeinträchtigt war. In Ermangelung einer koronaren Herznstenose nimmt CFR während der koronaren mikrovaskulären Dysfunktion ab und ist bei etwa der Hälfte der Patienten mit stabiler koronarer Herzkrankheit10vorhanden.
Das übergeordnete Ziel dieser Methode ist die nichtinvasive Visualisierung der linken vorderen absteigenden koronaren Herzkranzgefäßfunktion (LAD) bei Ratten über die Echokardiographie, die zur Berechnung von CFR verwendet werden kann. Dies bietet ein wichtiges Bewertungsinstrument zur Diagnose mikrovaskulärer Dysfunktion und zur Bewertung potenzieller therapeutischer Behandlungen.
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Protocol
Alle Verfahren wurden in Übereinstimmung mit Protokollen durchgeführt, die vom Institutional Animal Care and Use Committee der University of Louisville (IACUC-genehmigtes Protokoll 18223) und dem NIH-Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren11genehmigt wurden.
1. Tiere
- Verwenden Sie für die Studie die 4 Monate alte Hündin Fisher 344 Ratten (BW-150-180 g).
2. Ultraschall-Bildgebung vor IR-Operation
- Anästhetisieren Sie die Ratte mit Isofluran - Induktionskammer bei 5% mit 1,5–2,0 l/min O2 Durchfluss, gefolgt von 1,5–2,0% mit 1,5–2,0 L/min O2 Durchfluss. Diese Anästhesie wird während des gesamten Experiments, während der Ruhe- und Stressphasen aufrechterhalten.
- Legen Sie das Tier in eine Supine-Position und rasieren Sie den Thorax. Halten Sie die Körpertemperatur bei 37-38 °C mit der eingebauten Wärmeplattform. Überwachen Sie die Herzfrequenz mit der Software.
HINWEIS: Eine richtige Anästhesie ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Herzfrequenz bei normalen physiologischen Raten (zwischen 295-350 Schlägen/min). - Tragen Sie die ophthalmologische Tierarztsalbe auf, um die Trockenheit der Augen vor der Bildgebung zu verhindern.
- Durchführen der Echokardiographie mit einer linearen Sonde mit 13–24 MHz (z. B. MS250) (Abbildung 1A).
- Legen Sie das Tier in die Supine-Position auf der beheizten Plattform. Stellen Sie sicher, dass die Anästhesie über den Nasenkegel gesteuert wird. Positionieren Sie dann die Sonde, um die parasternale Kurzachsenansicht (PSAX) mit dem Schienensystem zu erhalten (Abbildung 1B).
- Bewegen Sie die Sonde in rostrale Richtung von der PSAX, lokalisieren Sie die Lungenarterie (Abbildung 1B).
- Bewegen Sie die Sonde leicht in die Richtung kaudal von der Lungenarterie, um den LAD anzuzeigen und das Bild zu speichern.
HINWEIS: Der LAD ist ohne Color Doppler schwer zu finden, so dass B-Mode-Bilder des LAD nicht immer möglich sind. - Wenn individuelle Unterschiede es schwierig machen, die LAD-Herzkranzgefäße zu lokalisieren, folgen Sie der unten genannten Technik:
- Bewegen Sie die Sonde seitlich auf die Lungenarterie.
- Winkeln Sie die Plattform so, dass das Tier geneigt, invertiert oder leicht zur rechten Seite geneigt ist, so dass der linke Ventrikel mit der Sonde besser sichtbar ist.
- Sobald das Bild im B-Modus erfasst oder gespeichert wurde, klicken Sie auf dem Touchscreen auf den Farbdoppler (Abbildung 1C). Visualisieren Sie die Herzkranzgefäße (weißer Pfeil zeigt LAD) in der kurzen Achse (Abbildung 1C). Die rote Farbe, wie in Echtzeit gesehen, ist bezeichnend für die Richtung des Flusses (d.h. der Blutfluss ist in Richtung der Sonde).
- Nachdem Sie LAD im Farb-Doppler-Modus visualisiert haben, ändern Sie den Modus in den Pulswellenmodus (PW). Achten Sie auf das Vorhandensein einer gelben Anzeigelinie auf der Herzkranzgefäße (Abbildung 2A).
- Legen Sie die gelbe PW-Linie in die Mitte der Herzkranzgefäße. Stellen Sie sicher, dass der Winkel parallel zur Strömungsrichtung verläuft.
HINWEIS: Die Geschwindigkeit des Durchflusses ist stark vom Winkel der PW-Linie abhängig, also stellen Sie sicher, dass Sie den Winkel der On-Screen-Sonde mit dem Winkel des LAD übereinstimmen. Verwenden Sie den Touchscreen, um den Winkel anzupassen; PW-Winkel sollte kleiner als 60° sein. - Verwenden Sie cine store, um die Geschwindigkeit des ruhenden LAD-Koronarflusses an der Spitzendiastole als Wellenformen zu erfassen (Abbildung 2B).
- Messen Sie nach Erhalt der ruhenden LAD-Fließgeschwindigkeit die maximale Strömungsgeschwindigkeit von LAD während der Spannung, um CFR zu berechnen. Um die maximale Strömungsgeschwindigkeit während der Spannung zu messen, infundieren Sie Dobutamin in einer Dosis von 20 g/kg/min über die Schwanzvene8 (Abbildung 2C).
HINWEIS: Dobutamin-Infusion sollte nicht mehr als 8 min. Verwenden Sie eine Infusionspumpe und stellen Sie den Durchmesser der Infusionspumpe auf 14,43 für BD 10 ml Spritze.- Verwenden Sie 25-G-Infusions-Schmetterlings-Set für die Schwanzvenenkanulation. Um die Infusionsnadel zu platzieren, legen Sie einen kleinen Streifen Gaze um die Basis des Schwanzes der Ratte, dann greifen Sie mit Hämostaten und drehen Sie das Tourniquet, um Druck auszuüben und die Vene zu vergrößern.
- Legen Sie die Nadel, während Sie direkt mit dobutamin Spritze verbunden.
HINWEIS: Achten Sie besonders darauf, bei der Blutentnahme kein Medikament einzuführen, um eine ordnungsgemäße Platzierung der Nadel in der Schwanzvene zu gewährleisten. Achten Sie auch darauf, eine Luftblase in die Vene zu vermeiden, da eine Embolie für das Tier tödlich sein kann. - Sobald die Nadel platziert ist, stabilisieren Sie sie mit einem Kleber und einem Stück chirurgischem Klebeband, um die Infusionsleitung am Schwanz zu sichern.
- Entfernen Sie die Hämostate und Tourniquet, um den Fluss wiederzuerlangen.
- Dobutamin-Spritze in die Infusionspumpe geben und auf 20 g/kg/min injizieren.
- Während der Dobutamin-Infusion, sorgfältig überwachen Sie die LAD-Spitze und Herzfrequenz. Zeichnen Sie regelmäßig LAD PW-Peaks im Doppler-Modus auf, insbesondere wenn sie als Reaktion auf Dobutamin zunimmt.
HINWEIS: Die Stress-Herausforderung durch Dobutamine induziert verursacht das Herz härter zu arbeiten; dies führt oft zur Bewegung des Herzens und des LAD. Seien Sie bereit, das Tier, die Sonde oder beides zu bewegen, um den LAD im Blick zu behalten. - Nachdem LAD-Spitzen und Herzfrequenz während der Herausforderung Plateaus haben, stoppen Sie die Dobutamin-Infusion, entfernen Sie die Schwanzvene Infusion set und entfernen Sie das Tier von der Plattform. Lassen Sie das Tier in seinem Hauskäfig erholen.
- Wählen Sie Peak Vel-Werkzeug aus, um die Spitzendiastolischen Geschwindigkeiten aus den Inbildern 2B und C zu erhalten.
- Berechnen Sie den CFR-Index als Verhältnis der lad-Spannung (Dobutamin) Peak diastolischen Strömungsgeschwindigkeit zur ruhenden LAD-Spitzen-diastolischen Strömungsgeschwindigkeit (Abbildung 2A).
3. Ischemia Reperfusionsverletzung
- Anästhesisiert Ratte mit Isofluran - Induktionskammer bei 5% mit 1,5–2,0 L/min O2 Durchfluss, gefolgt von 1,5–2,0% mit 1,5–2,0 L/min O2 Durchfluss.
- Bestätigen Sie die Tiefe der Anästhesie durch das Fehlen des Pedalentzugsreflexes. Verwenden Sie ophthalmologische Tierarztsalbe an den Augen, um Trockenheit zu verhindern. Halten Sie die richtige Körpertemperatur von 37-38 °C mit einem Heizkissen oder einem Tiertemperaturregler.
- Verabreichen Sie prächirurgische Meloxicam, 5 mg/kg intramuskulär, 15 min vor der Operation, gefolgt von 2 ml subkutanem Bolus von 0,9% Saline, um Eine Dehydrierung während der Operation zu verhindern. Sterile Handschuhe und Instrumente wurden verwendet, und aseptische Techniken wurden eingesetzt. Mit Hilfe der lichtoptischen Lichtquelle intubate Ratte mit 18-Spur IV Katheter und anschluss an das Beatmungsgerät.
- Ligate LAD mit 8-0 Monofilament-Nähte durch 15 mm Öffnung im 5. interkostalen Raum. Binden Sie einen einfachen Knoten und lassen Sie für 30 min. Visuell bestätigen Ischämie bei allen Ratten durch Verfärbung der Herzoberfläche12. Lassen Sie die Ligatur nach 30 min los und überprüfen Sie die Reperfusion durch Rötung des zuvor verfärbten Bereichs des Herzmuskels für 1-2 min12.
- Schließen Sie den Rippenkäfig mit 4-0 resorbierbaren Nähten mit einem unterbrochenen Nahtmuster, und schließen Sie dann die Haut mit 5-0 nicht resorbierbaren Seidennähten mit kontinuierlichem Nahtmuster.
- Entfernen Sie das Tier aus der Anästhesie. Lassen Sie das Tier im Heimischen Käfig erholen. 5mg/kg Meloxicam wurde alle 24 Stunden vor der Einschlässe des Tieres intramuskulär injiziert (72 Stunden nach der Operation).
4. Ultraschall-Bildgebung nach IR-Operation
- 72 h nach IR-Operation, messen Sie den Koronarfluss und CFR wieder. Vergleichen Sie die Messungen mit vor IR-Messungen. Wiederholen Sie die Schritte 2.1 bis 2.15 wie oben beschrieben.
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Representative Results
Für diese Studie haben wir 12 weibliche Fisher 344 Ratten verwendet. Wir führten einen Stresstest mit Dobutamin durch und maßen die Geschwindigkeit der LAD-Herzkranzgefäße vor und 72 Stunden nach der IR-Operation. Vor der IR-Operation wurde die ruhende Lad-Koronararteriengeschwindigkeit mit 423 x 59 mm/s gemessen, die nach der Dobutamin-Infusion (1005 x 77 mm/s) erhöht wurde (Abbildung 3A). Nach 72 h Ischämie-Reperfusion war die ruhende Lad-Koronararteriengeschwindigkeit deutlich höher als die ruhende LAD-Koronararteriengeschwindigkeit vor der IR-Operation (743 x 40 mm/s vs 423 x 59 mm/s) (Abbildung3A). Die Stressreaktion auf den Dobutamin-Test nach der IR-Operation war im Vergleich zu den Reaktionen vor der IR-Operation signifikant reduziert (937 x 67 ms/s vs 1005 x 77 mm/s) (Abbildung3A).
CFR wird als Verhältnis der Spitzenströmungsgeschwindigkeit während der Spannung (Dobutamin) zur Ruheströmungsgeschwindigkeit (gemessen vor Dobutamin-Infusion)8berechnet. CFR war 2,1 x 0,35 bei jungen Ratten vor der IR-Operation (Abbildung3B), aber signifikant reduziert (1,1 x 0,25) nach 72 h der IR-Operation, obwohl die ruhende LAD Koronararteriengeschwindigkeit bei diesen Ratten höher war als die Daten, die vor der IR-Operation ( Abbildung 3C). Darüber hinaus gab es keine signifikanten Veränderungen in der systolischen Funktion der linken Herzkammer bei Ratten nach 72 h der IR-Operation (Abbildung 3C).
Abbildung 1: Koronare Arterienlage. A. Sondenposition auf der Ratte, während die Lad-Koronararteriengeschwindigkeit erreicht wird. B. Anatomische Kurzachsdarstellung der Lungenarterie, Aorta und LAD-Herzkranzgefäße. C. Anatomische Visualisierung der LAD-Herzkranzgefäße zur Echokardiographie. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: Die Pulswellengeschwindigkeit der LAD-Herzkranzgefäße. A. Darstellung der Pulswellen-Geschwindigkeitssensorplatzierung auf der LAD-Herzkranzgefäße. B. LAD koronare Arterie Pulswellenbild während der Ruhezustand. C. LAD koronare Arterie Pulswellenbild während der Stress (Dobutamin) Zustand. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3. Messung des koronaren Flusses mit Doppler-Echokardiographie. A. Pulswellengeschwindigkeit gemessen in Control während des Rests (Cont B) und während der Dobutaminininfusion (Cont D) und bei Tieren nach 72 h IR-Operation während des Rests (IR B) und während der Dobutamin-Herausforderung (IR D), p < 0,05 Cont B vs. Ischämie-Reperfusion B (*). B. CFR wurde aus Pulswelle bei den Versuchstieren (n=9), p < 0,05 Cont vs. IR (*) berechnet. C. Fractional Shortening Assessment aus den versuchsgreifenden Gruppen (n=9). Die Daten werden als mittlere SD dargestellt und mit einwegs ANOVA analysiert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
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Discussion
Die wichtigsten Ergebnisse der vorliegenden Studie sind, dass IR die ruhende LAD-Herzkranzgefäßgeschwindigkeit erhöht und CFR beeinträchtigt, selbst wenn keine restliche angiographische Stenose vorhanden ist.
Das Verständnis der koronaren Physiologie ist ein wesentlicher Bestandteil der klinischen Entscheidungsfindung für Kardiologen zur Behandlung von koronaren Herzerkrankungen. CFR ist einer der wichtigen funktionellen Parameter beim Verständnis der Pathophysiologie der koronaren Mikrozirkulation7,13. CFR ist eine nichtinvasive Methode zur Beurteilung sowohl der koronaren Arterienstenose als auch der koronaren mikrovaskulären Zirkulation und ist ein Indikator für die Myokardblutversorgung, explizit die Fähigkeit der Koronare, den Blutfluss unter Stressbedingungen zu erhöhen7. Ein normaler CFR (>2.0) spiegelt oft eine gute Prognose wider, während CFR unter 1,90 inkrementelle diagnostische Informationen zur Identifizierung von hochriskanten koronaren Herzerkrankungen14,15,16liefert.
Unsere Ergebnisse zeigen, dass, obwohl die systolische Funktion nach Ischämie-Reperfusion erhalten blieb (Abbildung 3C), CFR deutlich niedriger war (Abbildung 3B). So verbessert die Rekanalisierung der stenotischen Herzkranzgefäße die mikrovaskuläre Perfusion nicht. Verminderter CFR ermöglicht den Nachweis einer beeinträchtigten mikrovaskulären Vasodilatation nach Derischämie-Reperfusion.
Diese Studie zeigt die seriellen CFR-Bewertungen, um die Wirkung verschiedener pharmakologischer Therapien mit nichtinvasiver transthorakaler Doppler-Echokardiographie zu untersuchen. Diese Methode der koronaren funktionellen Bewertung kann in der Kleintierforschung als praktikables und praktikables klinisches Diagnoseinstrument eingesetzt werden. Dies wird dazu führen, dass die Anforderungen an den Einsatz von Tieren, Euthanasie oder Nekropsie in den Kleintiermodellen minimiert werden. Kritische Schritte in diesem Protokoll sind die Visualisierung der Herzkranzgefäße und die Erlangung der PW-Geschwindigkeitsbilder von guter Qualität. Ein weiterer wichtiger Schritt ist die Aufrechterhaltung der LAD-Visualisierung während des Spannungszustands. Während Dobutamin Herausforderung, die Herzfrequenz erhöht und die LAD kann aus dem Sichtfeld bewegen; Forscher sollten bereit sein, das Feld zu bewegen, um der Herzkranzgefäße zu folgen. Zu den Einschränkungen in der aktuellen Studie gehören die relativ geringe Stichprobengröße, das Fehlen einer Korrelation zwischen CFR und dem koronaren Lumendurchmesser in vivo bei Ratten, da es schwierig ist, eine genaue Visualisierung für die Größenmessung der Koronare. Die hier beschriebenen Methoden sind jedoch zuverlässig, reproduzierbar und bieten aufschlussreiche Informationen über die Schäden, die der Herzmikrovaskulatur nach der Ischämie-Reperfusion zugefügt wurden.
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Disclosures
Die Autoren haben nichts zu verraten
Acknowledgments
Wir danken der Helmsley-Stiftung für die Bereitstellung von Ultraschallgeräten für unsere Experimente. Diese Arbeit wurde durch den Nia R01 053585 Zuschuss unterstützt.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 10 mL syringe | BD Syringe | 302995 | |
| 250S 13–24 MHz linear probe | FUJIFILM VisualSonics Inc | ||
| Dobutamine hydrochloride | Sigma | D0676-10mg | |
| Isoflurane | RRC | 27376 | |
| Legato 100 Syringe pump | KD Scientific | 788100 | |
| Vevo 3100 | FUJIFILM VisualSonics Inc | ||
| Winged infusion set, 27G x 1/2", | Medline.com | TMOSV27ELZ |
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