마우스의 압력 과부하 모델을 사용하여 관상 동맥 흐름 및 관상 동맥 흐름 준비 제도 이사회의 초음파를 바탕으로 평가

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

임상 대동맥 협착 (AS)가 잘 좌심실 후 부하의 점진적 증가를 촉진하는 것으로 알려져있다. 이 만성적으로 상승 혈역학 적 부하를 보상하기 위해, 좌심실 비대 (LVH)는 적응 응답 ^1,2로 계속된다. LVH의 개발은 종종 관상 미세 순환에 이상과 연관된다. 그것은 미세 혈관 기능 장애 환자 ⁵ 만성 허혈에 기여하는 것으로 생각된다. 관상 동맥 유량 ^3,4- 외에도 혈류 보호구 (CFR)는 관상 동맥 ^1,3 기능적 변화를 나타내고, 기준 유속 또는 휴식 유속 ^4,6,7에 충혈에서 최대 유동 속도의 비율로 정의된다. CFR은 LV 리모델링 ^1-3,5-9 동안 감소 관상 ^1,10,17의 기능적 장애 심각성의 정도의 지표로서 사용된다. 이는 팽창 된 심근증 ^(10)의 다양한 형태 및 관상 (S)에 손상되는 것으로 알려진tenosis ^6. CFR은 가난한 임상 결과 ¹² 예후 마커입니다.

이러한 허혈 또는 ​​좌심실 비대로 심장 기능 장애의 설정에서 LV 리모델링은 광범위한 섬유화, 관상 동맥 ^1,2의 관상 동맥 미세와 농축의 변화를 동반한다. 관상 생리학 이러한 변화의 결과로서, 관상 동맥의 리모델링 가능성이있다. 이것은 낮은 산소 확산 및 심근 허혈 ^1,2,13 감수성이 발생할 수 좌심실 이완기 기능 장애의 영향을 완화하는 데 도움이됩니다.

유전자 변형 마우스는 관상 동맥 경화 ^{5,7,10,12,17로} 지금 인간의 질병 상태를 모방하는 데 널리 널리 임상 도구입니다. 특히, 마우스에서의 압력 과부하 ^{모델을 14,17} 널리 연구되고있다. 트랜스 대동맥 협착 모델 (TAC)는 광범위한 섬유증 및 coronar과 연관된 것으로 밝혀졌다Y 협착 관상 동맥의 내측 두껍게에서 인간의 좌심실 비대의 설정에서 본 것과 유사한 관상 동맥 흐름 패턴 ^{1,11,17,19의} 변화를 동반, 부분적으로, 결과. 이 장시간 압력 과부하 4-8 주간 부전 심부전에 이르게하는 것이 알려져 있지만, 밴딩 후 혈류 역학 및 조기 질병 진행 과정에서 이러한 모델 플로우 보호구에 그리고 다른 단계에서 효과가 아직 명확하게 묘사한다.

마우스의 수많은 변종이 잘 특성화 LDLR을 포함하여 연구 사용하기 위해 현재 사용할 수있는 – / – 또는 아포 – / – 마우스 ^10-12, 이들은 살아있는 쥐 ^11-15 심혈관 기능과 형태를 평가하기위한 중요한 기술의 개발을하라는 메시지가있다. 이러한 기술은 침습적 유망한 대안을 제공 모두 MRI, PET, 콘트라스트 CT, 초음파, 고주파, 전자빔 단층 ^{2,9,17,19 포함}이러한 심장 catheterizations 및 관상 동맥 조영술 ⁽¹²⁾ 등의 방법. 그러나, 관상 동맥의 매우 작은 크기와 높은 심박수 (HR)와 쥐, 관상 동맥 순환의 이미지는 여전히 많은 현재 기술 ^4,12에 대한 기술적 인 도전을 구성한다. 흥미롭게도, 15에서 약 30 ~ 100 μm의 축 방향 해상도를 허용하는 50 MHz의 중심 주파수와 높은 주파수 배열 스캔 헤드의 개발을 포함한 흉부 심 초음파 (TTDE) 분야의 기술 발전, 기하 급수적으로 증가되고있다, 8-40mm의 깊이 및 프레임 속도보다 큰 400 / 초 프레임 – 캡처. 차례로, TTDE 기반 기술은 관상 동맥 ^{5,12-으로이} 더 크거나 더 작은 혈관을 영상화 잠재적으로 강력한 도구로 등장했다.

연구자들은 작은에서 혈관의 진단 영상 연구를 수행 할 수 또 다른 중요한 사전nimals ¹¹ 이미징 동안 마음과 동물의 호흡 속도를 유지 마취제의주의 깊게 제어를 사용하는 것이다. 제어 마취 유지 마우스에서 혈관 확장에 관련된 연구에 특히 중요하며, 마취 효과도 더욱 이러한 맥락 ^10,11 탐구 할 필요가있다. 인간에서, 반면에, TTDE 유래 CFR 측정은 주로 좌전 하행 (LAD) 관상 동맥 ^5,16에서 협착 및 비 – 방해 외막 관상 동맥의 평가보다 일반적으로 사용되는 도구가되었다. 그러나, CFR 무증상 환자 또는 휴식 보존 좌심실 수축기 기능과 마우스에서 관상 동맥 흐름 변화의 예후 역할은 훨씬 덜되어 ^(16)을 탐험했다. 따라서, 연구의 목적은 첫 ​​번째 압력 과부하 마우스 모델을 이용 TTDE 관류 량의 변화를 평가하기 위해, 명확한 단계별 프로토콜을 확립되었다; 둘째,이 연구는 예후 기호를 조사CFR 및 응답에서 관상 동맥 흐름의 변화 ificance이 마우스에 과부하 스트레스를 압박한다. 우리는 CFR 및 관상 동맥 흐름의 TTDE 기반 평가는 좌심실 기능 장애에 선행 할 수있다 관상 동맥 장애의 조기 발견에 유용 할 수 있다는 가설을 세웠다.

Protocol

참고 : 모든 절차는 미국 수의학 협회 (AVMA) 지침에 따라 마우스의 수행 기관 동물 관리 및 사용위원회 (IACUC) 프로토콜을 승인했다. 1. 연구 설계 연구 8-10 주 오래 된 남성 C57BL / 6 마​​우스 (BW ~ 25g)를 사용합니다. 두 그룹으로 마우스 (N = 11), 대동맥 밴딩 선정 연구 군을 랜덤 (N = 8)과 대조군 (n = 3) 개흉술을 통해 모의 동작을 받도록. 의료 학년 제모 크?…

Representative Results

몇 시간에 단일 지점에서 관찰자에 의해 연구 (줄무늬, N = 8, 가짜, N = 3), 및 적절한 재현 화상을 얻었다 된 마우스의 11 : 기준선 (D-1), D2, D6 및 D13 . 또한, 협착 부위 유속 수술 (p <0.05) 후 당일 가짜 마우스 277.5 ± 10.51 mm / s와 비교하여 110.9 mm / s ± 2,225으로 측정 하였다. 속도의 증가는 압력 과부하 모델의 성공적인 수립 검증했다. 또한 CF 속도, CFR 및 S / D 비율로 여기서 말하는 SCA 유속은 성공적 기?…

Discussion

이 초음파 기초 연구에서, 관상 동맥 유량의 비 침습적 평가는 라이브 재현성 실험 쥐에서, 일 동안 실시간으로 수행 하였다; 또한, 프로토콜은 초기에 존재하고 심근 관류 결핍 연관되었다 관상 동맥 장애를 검출 할 가능성을 보여 주었다. 이 방법은 궁극적으로 심혈관 질환의 위험 계층화 및 / 또는 치료 적 개입에 대한 평가 대응을위한 임상 도구로 활용 될 수있다.

먼저, ?…

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