Avaliação ultra-som base de Artéria Coronária Flow e Fluxo Coronariano Reserve Usando o modelo de sobrecarga de pressão no Mice

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

Estenose aórtica clínica (AS) é bem conhecido para promover um aumento progressivo no ventrículo esquerdo (VE) da pós-carga. Para compensar essa carga hemodinâmica cronicamente crescente, hipertrofia ventricular esquerda (HVE) segue como um ^1,2 resposta adaptativa. O desenvolvimento de HVE é frequentemente associada a alterações na microcirculação coronária. Pensa-se que a disfunção microvascular contribui para isquemia crónica nesses pacientes ^5. Além de fluxo coronário ^3,4, a reserva de fluxo coronário (CFR) representa a mudança funcional das artérias coronárias ^1,3 e é definido como a razão da velocidade de fluxo máxima em hiperemia a velocidade de fluxo da linha de base ou de repouso velocidade de fluxo ^4,6,7. CFR é diminuída durante a remodelação do VE ^1-3,5-9 e é usado como um índice da extensão da gravidade funcional da disfunção coronária ^1,10,17. Ele é conhecido por ser prejudicada em muitas formas de cardiomiopatia dilatada ¹⁰ e também s coronáriastenosis ^6. CFR também é um marcador de prognóstico para desfechos clínicos ^12.

Remodelamento do VE no cenário de disfunção cardíaca, como isquemia ou LVH também é acompanhado por extensa fibrose, alterações na microcirculação coronariana e espessamento das artérias coronárias ^1,2. Como resultado destas alterações na fisiologia coronária, é provável que exista remodelação das artérias coronárias. Isso ajuda a atenuar os efeitos da baixa difusão de oxigênio e disfunção diastólica do VE que poderia resultar em susceptibilidade a ^1,2,13 isquemia miocárdica.

Camundongos geneticamente modificados são agora uma ferramenta de investigação amplamente predominante para imitar condições de doenças humanas, tais como a aterosclerose coronária ^{5,7,10,12,17.} Particularmente o modelo de sobrecarga de pressão em ratos tem sido amplamente estudada ^14,17. O modelo de constrição trans-aórtico (TAC) tem demonstrado estar associada com fibrose extensiva, e coronary estenose resultante, em parte, do espessamento médio das artérias coronárias e com acompanhamento de mudanças nos padrões de fluxo coronariano ^1,11,17,19 semelhantes ao que é visto no cenário de HVE em seres humanos. Embora se saiba que a sobrecarga de pressão prolongada leva à insuficiência cardíaca descompensada em cerca de 4-8 semanas, os efeitos sobre a dinâmica de fluxo coronariano e reserva de fluxo nesses modelos, no início do processo de progressão da doença, e em diferentes fases após a bandagem, são ainda ser claramente delineados.

Numerosas espécies de ratos estão atualmente disponíveis para fins de pesquisa, incluindo bem caracterizado LDLR – / – ou ApoE – / – ratos ^10-12, e estes têm solicitado o desenvolvimento de técnicas sensíveis para avaliar a função cardiovascular e morfologia em ratos vivos ^11-15. Essas técnicas incluem ressonância magnética, PET, contraste CT, ultra-som de alta freqüência, e feixe de elétrons tomografia ^2,9,17,19, todos os quais oferecem alternativas promissoras para invasivamétodos como cateterismos cardíacos e cineangiocoronariografia ^12. No entanto, nos ratos com tamanho muito pequeno das artérias coronárias e os batimentos cardíacos elevados (HR), a imagem latente de circulação coronariana ainda constitui um desafio técnico para muitas técnicas disponíveis atualmente ^4,12. Curiosamente, tem havido um aumento exponencial avanços técnicos na área de ecocardiografia transtorácica com Doppler (TTDE), incluindo o desenvolvimento de alta freqüência cabeças de digitalização matriz com frequências centrais de 15 a 50 MHz, permitindo resoluções axiais de aproximadamente 30-100 mm, em profundidades de 8-40 mm, e taxas de quadro superior a 400 quadros-capturado / sec. Por sua vez, as técnicas baseadas em TTDE surgiram como uma ferramenta de enorme potencial para geração de imagens navios maiores ² ou até menores, como artérias coronárias ^5,12.

Outro avanço fundamental que tem permitido os investigadores a realizar estudos de diagnóstico por imagem da vasculatura em um pequenonimals é o uso cuidadosamente controlada de anestésicos que mantêm a frequência cardíaca e respiratória dos animais durante o exame ^11. Manutenção da anestesia controlada é particularmente importante para os estudos relacionados à vasodilatação em camundongos, e o efeito da anestesia também precisa ser mais explorado neste contexto ^10,11. Nos seres humanos, por outro lado, as medições do CFR TTDE derivados tornaram-se uma ferramenta mais comumente utilizado para avaliação das artérias coronárias epicárdicas estenosadas e não obstruídos, predominantemente na descendente anterior esquerda (LAD) artéria coronária ^5,16. No entanto, o papel prognóstico do CFR e mudanças na circulação coronariana em pacientes assintomáticos ou camundongos com função sistólica preservada LV em repouso tem sido muito menos explorado ^16. Portanto, o objetivo do estudo foi, primeiramente, estabelecer um protocolo passo-a-passo claro, para avaliar mudanças no fluxo coronariano, por meio TTDE em um modelo de sobrecarga de pressão do mouse; segundo, este estudo examinou o sinal prognósticoificance do CFR e alterações de fluxo coronariano em resposta à pressão estresse sobrecarga nesses camundongos. Nossa hipótese é que a avaliação com base TTDE do CFR e do fluxo coronário pode ser útil na detecção precoce de disfunção coronária que pode preceder a disfunção ventricular esquerda.

Protocol

NOTA: Todos os procedimentos foram realizados em ratos de acordo com a American Veterinary Medical Association (AVMA) orientações e aprovado Institutional Animal Care e usar os comités (IACUC) protocolos. 1. Projeto de Estudo Use 8-10 semanas de idade do sexo masculino camundongos C57BL / 6 (BW ~ 25 g) no estudo. Aleatória a ratinhos (n = 11) em dois grupos, o grupo de estudo seleccionados para bandeamento aórtico (n = 8), e o grupo de controlo (n = 3) se submeter a…

Representative Results

Dos 11 ratos que foram estudados (faixas, n = 8 e sham, n = 3), imagens adequadas e reprodutíveis foram obtidos por um único observador em vários pontos de tempo: na linha de base (D-1), D2, D6 e D13 . Além disso, a velocidade de fluxo no local constritiva foi medida como 2225 ± 110,9 milímetros / s, em comparação com 277,5 ± 10,51 milímetros / s nos ratos sham no dia após a cirurgia (p <0,05). O aumento da velocidade era a verificação do estabelecimento bem sucedido do modelo de sobrecarga de pressão. …

Discussion

Neste estudo de base de ultra-som, a avaliação não-invasiva da circulação coronária foi reprodutivelmente realizado em tempo real, ao longo de dias, em ratos experimentais vivos; Além disso, o protocolo demonstraram o potencial para detectar a disfunção da artéria coronária que estava presente numa fase precoce e foi associada com deficiência de perfusão miocárdica. Este método poderia finalmente ser aproveitado como uma ferramenta clínica para estratificação de risco cardiovascular e / ou resposta ava…

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