Meting van pulse propagatiesnelheid, distensibiliteit en spanning in een abdominale aortaaneurysma muismodel
Summary
Dit manuscript beschrijft een gedetailleerd protocol voor het gebruik van hoge frequentie echografie om luminale diameter, puls vermeerderingssnelheid, distensibiliteit en radiale belasting op een muis model van abdominale aorta aneurysma te meten.
Abstract
Een abdominale aorta-aneurysma (AAA) wordt gedefinieerd als een gelokaliseerde verwijding van de abdominale aorta die de maximale intraluminale diameter (MILD) overschrijdt met 1,5 keer van zijn oorspronkelijke grootte. Klinische en experimentele studies hebben aangetoond dat kleine aneurysma’s kunnen scheuren, terwijl een subpopulatie van grote aneurysma’s stabiel kan blijven. Zo kan kennis van de structurele eigenschappen van de vaatwand, naast de meting van de intraluminale diameter van de aorta, belangrijke informatie verschaffen om de stabiliteit van de AAA te beoordelen. Aorta versteviging is onlangs naar voren gekomen als een betrouwbaar instrument om vroege veranderingen in de vaatwand te bepalen. Pulsvermeerderingssnelheid (PPV) samen met de distensibility en radiale belasting zijn zeer nuttige echografie-gebaseerde methoden die relevant zijn voor de beoordeling van aortastijfheid. Het primaire doel van dit protocol is om een uitgebreide techniek voor het gebruik van echografie systeem om beelden te verwerven en analyseren van de structurele en functionele eigenschappen van de aorta zoals bepaald door MILD, PPV, distensibility en radiale stam.
Introduction
Een abdominale aorta-aneurysma (AAA) vertegenwoordigt een significante hart-en vaatziekten gekenmerkt door een permanente gelokaliseerde verwijding van de aorta overschrijding van de oorspronkelijke diameter van het vat met 1,5 keer1. AAA behoort tot de top 13 oorzaken van sterfte in de Verenigde Staten2. De progressie van AAA wordt toegeschreven aan de degeneratie van de aortawand en elastine fragmentatie, wat uiteindelijk leidt tot aortabreuk. Deze veranderingen in de aortawand kunnen optreden zonder een significante toename van de maximale intraluminale diameter (MILD), wat erop wijst dat MILD alleen niet voldoende is om de ernst van de ziekte te voorspellen3. Daarom moeten aanvullende factoren worden geïdentificeerd om de eerste veranderingen in de aortawand te detecteren, wat de opties voor vroegtijdige behandeling kan leiden. Het algemene doel van dit protocol is om een praktische handleiding te bieden voor het beoordelen van aortafunctionele eigenschappen met behulp van echografie zoals gekenmerkt door metingen van de pulsvermeerderingssnelheid (PPV), distensibility en radiale belasting.
Een goed gekarakteriseerd experimenteel model om AAA te bestuderen, voor het eerst beschreven door Daugherty en collega’s, omvat onderhuidse infusie van angiotensine II (AngII) via osmotische pompen in Apoe-/- muizen4. Nauwkeurige meting van MILD met behulp van echografie is instrumenteel geweest bij het karakteriseren van AAA in dit muismodel5. Hoewel histologische veranderingen tijdens de ontwikkeling van AAA uitgebreid zijn bestudeerd, zijn veranderingen in de functionele eigenschappen van de vaatwand zoals aortastijfheid niet goed gekarakteriseerd. Dit protocol benadrukt het gebruik van hoogfrequente echografie in combinatie met de geavanceerde analyses als krachtige instrumenten voor het bestuderen van de temporele progressie van AAA. Met name deze benaderingen stellen ons in staat om de functionele eigenschappen van de vaatwand te beoordelen, gemeten door PPV, distensibility en radiale belasting.
Recente klinische studies bij proefpersonen met AAA, evenals in het door murine elastase geïnduceerde AAA-model, wijzen op een positieve correlatie tussen aortastijfheid en aortadiameter6,7. PPV, een indicator van aortastijfheid, wordt aanvaard als een uitstekende meting voor het kwantificeren van veranderingen in stijfheid in vaatwand6,8. PPV wordt berekend door de transittijd van de pulsgolfvorm te meten op twee plaatsen langs de vasculatuur, waardoor een regionale beoordeling van aortastijfheid wordt gegeven. We hebben onlangs aangetoond dat verhoogde aortastijfheid zoals gemeten door PPV, en op cellulair niveau zoals bepaald met behulp van atoomkracht microscopie, positief correleert met aneurysma ontwikkeling9. Verder suggereert de literatuur dat aortastijfheid kan voorafgaan aan aneurysmale dilatatie en dus nuttige informatie kan geven over regionale intrinsieke eigenschappen van de vaatwand tijdens de ontwikkeling van AAA10. Op dezelfde manier zijn distensibility- en stammetingen de kwantificeringsinstrumenten om eerdere veranderingen in arteriële fitness te meten. Gezonde slagaders zijn flexibel en elastisch, terwijl met verhoogde stijfheid en minder elasticiteit, distensibility en spanning wordt verminderd. Hier bieden we een praktische gids en stap voor stap protocol voor het gebruik van een hoogfrequent echografisch systeem om MILD, PPV, distensibility en radiale belasting bij muizen te meten. Het protocol biedt technische benaderingen die moeten worden gebruikt in combinatie met de basisinformatie die door handleidingen voor specifieke echografie-instrumenten en de bijbehorende video tutorial. Belangrijk is dat in onze handen het beschreven beeldvormingsprotocol reproduceerbare en nauwkeurige gegevens biedt die waardevol lijken in de studie van de ontwikkeling en progressie van experimentele AAA.
Om het nut van echografie verder aan te tonen, bieden we voorbeeldbeelden en metingen uit onze eigen studies gericht op het gebruik van farmacologische benaderingen voor het voorkomen van experimentele AAA11. Specifiek, inkeping signalering is voorgesteld om betrokken te zijn bij meerdere aspecten van vasculaire ontwikkeling en ontsteking12. Met behulp van genhaploinsiënsiciëntie en farmacologische benaderingen hebben we eerder aangetoond dat Notch-remming de ontwikkeling van AAA bij muizen vermindert door infiltratie van macrofagen op de plaats van vasculaire schade13,14,15te voorkomen. Voor het huidige artikel, met behulp van de farmacologische benadering voor Notch remming richten we ons op de relatie tussen aortastijfheid en factoren met betrekking tot AAA. Deze studies illustreren dat Notch remming vermindert aortastijfheid, dat is een maatregel van AAA progressie11.
Protocol
Representative Results
Discussion
Echografie biedt een krachtige techniek voor het bepalen van functionele eigenschappen van de aorta door metingen van PPV, distensibility en radiale belasting. Deze metingen zijn bijzonder leerzaam voor het bestuderen van muismodellen van AAA en de in vivo benadering maakt het mogelijk om longitudinale gegevens te verzamelen die potentieel belangrijk zijn voor het begrijpen van de temporele ontwikkeling van de aortapathologie. Met name metingen van in vivo aortastijfheid worden lokaal bepaald in de abdominale aorta door …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door R01HL124155 (CPH) en financiering van het Research Institute van de Universiteit van Missouri aan CPH.
Materials
| Angiotensin II | Sigma | A9525 | |
| Apoe-/- mice | The Jackon lab |  |
|
| Clippers | WAHL | 1854 | |
| Cotton swab | Q-tips | ||
| DAPT | Sigma | D5942 | |
| Depilatory cream | Nair | LL9038 | |
| Electrode cream | Sigma | 17-05 | |
| Gel warmer | Thermasonic (Parker) | 82-03 (LED) | |
| Heating pad | Stryker | T/pump professional | |
| Isoflurane | VetOne | Fluriso TM | |
| Isoflurane vaporizer | Visualsonics | VS4244 | |
| Lubricating ophthalmic ointment | Lacri-lube | ||
| Osmotic pumps | Alzet | Model 2004 | |
| Oxygen tank | Air gas | ||
| Tranducer | Visualsonics | MS-400 or MS550D | |
| Ultrasonic gel | Parker | Aquasonic clear | |
| Ultrasound Imaging System | Visualsonics | Vevo 2100 | |
| Vevo Vasc Software | Visualsonics |
Riferimenti
- Wanhainen, A. How to Define an Abdominal Aortic Aneurysm — Influence on Epidemiology and Clinical Practice. Scandinavian Journal of Surgery. 97, 105-109 (2008).
- Benjamin, E. J., et al. Heart Disease and Stroke Statistics—2018 Update: A Report From the American Heart Association. Circulation. 137, 67 (2018).
- Xu, J., Shi, G. -. P. Vascular wall extracellular matrix proteins and vascular diseases. Biochimica et biophysica acta. 1842, 2106-2119 (2014).
- Daugherty, A., Manning, M. W., Cassis, L. A. Angiotensin II promotes atherosclerotic lesions and aneurysms in apolipoprotein E-deficient mice. Journal of Clinical Investigation. 105, 1605-1612 (2000).
- Au – Sawada, H., et al. Ultrasound Imaging of the Thoracic and Abdominal Aorta in Mice to Determine Aneurysm Dimensions. Journal of Visualized Experiments. , 59013 (2019).
- Raaz, U., et al. Segmental Aortic Stiffening Contributes to Experimental Abdominal Aortic Aneurysm Development. Circulation. 131, 1783-1795 (2015).
- van Disseldorp, E. M. J., et al. Influence of limited field-of-view on wall stress analysis in abdominal aortic aneurysms. Journal of Biomechanics. 49, 2405-2412 (2016).
- Miyatani, M., et al. Pulse wave velocity for assessment of arterial stiffness among people with spinal cord injury: a pilot study. Journal of Spinal Cord Medicine. 32, 72-78 (2009).
- Sharma, N., et al. Deficiency of IL12p40 (Interleukin 12 p40) Promotes Ang II (Angiotensin II)-Induced Abdominal Aortic Aneurysm. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 39, 212-223 (2019).
- Raaz, U., et al. Segmental Aortic Stiffening Contributes to Experimental Abdominal Aortic Aneurysm Development. Circulation. 131, 1783-1795 (2015).
- Sharma, N., et al. Pharmacological inhibition of Notch signaling regresses pre-established abdominal aortic aneurysm. Scientific Reports. , (2019).
- Bray, S. J. Notch signalling: a simple pathway becomes complex. Nature Reviews Molecular and Cell Biology. 7, 678-689 (2006).
- Hans, C. P., et al. Inhibition of Notch1 signaling reduces abdominal aortic aneurysm in mice by attenuating macrophage-mediated inflammation. Arteriosclerosis, Thrombosis and Vascular Biology. 32, 3012-3023 (2012).
- Cheng, J., Koenig, S. N., Kuivaniemi, H. S., Garg, V., Hans, C. P. Pharmacological inhibitor of notch signaling stabilizes the progression of small abdominal aortic aneurysm in a mouse model. Journal of American Heart Association. 3, 001064 (2014).
- Hans, C. P., et al. Transcriptomics analysis reveals new insights into the roles of Notch1 signaling on macrophage polarization. The Journal of Immunology. 200, (2018).
- Paraskevas, K. I., et al. Evaluation of aortic stiffness (aortic pulse-wave velocity) before and after elective abdominal aortic aneurysm repair procedures: a pilot study. Open Cardiovascular Medicine Journal. 3, 173-175 (2009).
- Fortier, C., Desjardins, M. P., Agharazii, M. Aortic-Brachial Pulse Wave Velocity Ratio: A Measure of Arterial Stiffness Gradient Not Affected by Mean Arterial Pressure. Pulse. 5, 117-124 (2017).
- Golledge, J. Abdominal aortic aneurysm: update on pathogenesis and medical treatments. Nature Reviews Cardiology. 16 (4), 225-242 (2019).
- Choksy, S. A., Wilmink, A. B., Quick, C. R. Ruptured abdominal aortic aneurysm in the Huntingdon district: a 10-year experience. Annals of the Royal College of Surgeons of England. 81, 27-31 (1999).
- Luo, F., Zhou, X. -. L., Li, J. -. J., Hui, R. -. T. Inflammatory response is associated with aortic dissection. Ageing Research Reviews. 8, 31-35 (2009).
