Ultralyd Basert Vurdering av Coronary Artery Flow og Coronary Flow Reserve Bruke Trykkload Model i Mus

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

Klinisk aortastenose (AS) er kjent for å fremme en progressiv økning i venstre ventrikkel (LV) load. For å kompensere for dette kronisk stigende hemodynamisk belastning, LV hypertrofi (VVH) følger som en adaptiv respons ^1,2. Utviklingen av VVH er ofte forbundet med unormalt i koronar mikrosirkulasjonen. Det er antatt at mikrovaskulær dysfunksjon bidrar til kronisk iskemi hos disse pasientene ^fem. I tillegg til den koronare strømmen ^3,4, koronar strømning reserve (CFR) representerer funksjonelle forandring av koronararteriene ^1,3 og er definert som forholdet mellom maksimal strømningshastighet i hyperemia til referansestrømningshastighet eller hviler strømningshastigheten ^4,6,7. CFR blir redusert under LV ombygging ^1-3,5-9 og anvendes som en indeks for den grad av funksjonell alvorlighetsgraden av koronar dysfunksjon ^1,10,17. Det er kjent for å være svekket i mange former for dilatert kardiomyopati ¹⁰ og også koronar stenosis ^6. CFR er også en prognostisk markør for dårlige kliniske resultater ^12.

LV ombygging i innstillingen av hjerteproblemer som for eksempel iskemi eller VVH er også ledsaget av omfattende fibrose, endringer i koronar mikrosirkulasjonen og fortykkelse av koronararteriene ^1,2. Som et resultat av disse endringene i koronar fysiologi, er det sannsynlig at ombygging av koronararteriene. Dette bidrar til å dempe virkningene av lav oksygendiffusjon og LV diastolisk dysfunksjon som kan resultere i mottakelighet for myokardiskemi ^1,2,13.

Genmodifiserte mus er nå en utbredt utprøvende verktøy for å etterligne menneskelige sykdomstilstander som for eksempel koronar aterosklerose ^{5,7,10,12,17.} Spesielt trykk overbelastning modell i mus har blitt mye studert ^14,17. Den trans-aorta-modell innsnevring (TAC) er blitt vist å være assosiert med omfattende fibrose og KORONARy stenose resulterer delvis fra mediale fortykkelse av koronararteriene og med tilhørende endringer i koronar strømningsmønster ^1,11,17,19 ligner på det som er sett i innstillingen av VVH hos mennesker. Mens det er kjent at langvarig trykkoverskudd fører til dekompensert hjertesvikt i omtrent 4-8 uker, virkningene på koronare strømningsdynamikk og strømnings reserve i disse modellene, tidlig i prosessen med sykdomsprogresjon, og på forskjellige stadier etter banding, er ennå å være tydelig avgrenset.

Mange stammer av mus er for tiden tilgjengelige for bruk undersøkelser, inkludert godt karakterisert LDLR – / – eller ApoE – / – mus ^10-12, og disse har bedt om utviklingen av følsomme teknikker for å vurdere kardiovaskulær funksjon og morfologi i levende mus ^11-15. Slike teknikker innbefatter MR, PET, kontrast CT, høyfrekvent ultralyd, og elektronstråle-tomografi ^2,9,17,19, som alle gir lovende alternativer til invasivmetoder som hjerte catheterizations og koronar angiografi ^12. Men i mus med svært liten størrelse av koronararteriene og høy hjertefrekvens (HR), avbildning av koronar sirkulasjon fortsatt utgjør en teknisk utfordring for mange tilgjengelige teknikker ^4,12. Interessant nok har det vært en eksponentiell økning i tekniske fremskritt innen transtorakal Doppler ekkokardiografi (TTDE), herunder utvikling av høyfrekvente rekke skanne hoder med senterfrekvenser fra 15 til 50 MHz slik aksiale oppløsning på ca 30-100 mikrometer, på dybder på 8-40 mm, og bildefrekvenser høyere enn 400 frames-fanget / sek. I sin tur, har TTDE-baserte teknikker dukket opp som et potensielt kraftig verktøy for bildebehandling større ^세스 eller enda mindre fartøyer som koronararteriene ^5,12.

En annen kritisk forhånd som har tillatt etterforskerne å gjennomføre diagnostiske imaging studier av blodkar i liten ennimals er nøye kontrollert bruk av bedøvelse som opprettholder hjerte og respirasjonsfrekvens av dyrene under bildebehandling ^11. Kontrollert anestesi vedlikehold er spesielt viktig for studier relatert til vasodilatasjon hos mus, og effekten av anestesi må også bli ytterligere undersøkt i denne sammenheng ^10,11. Hos mennesker, derimot, har TTDE-avledet CFR målinger blitt en mer vanlig verktøy for evaluering av forsnevrede og ikke-hindret epikardiale koronararteriene, hovedsakelig i venstre fremre nedstigende (LAD) koronar ^5,16. Imidlertid har prognostisk rolle CFR og koronare strømnings endringer i asymptomatiske pasienter eller mus med bevart LV systolisk funksjon i ro vært mye mindre utforsket ^16. Derfor er målet med denne studien var å først etablere en klar trinn-for-trinn-protokollen, for å evaluere endringer i hjertestrømmen ved hjelp TTDE i en trykk overbelastning musemodell; andre, denne studien undersøkte prognostisk tegnificance av CFR og koronare strømnings endringer i respons til press overbelastning stress i disse musene. Vi antok at TTDE basert vurdering av CFR og koronar flyt kan være nyttig i tidlig deteksjon av koronar dysfunksjon som kan gå forut LV dysfunksjon.

Protocol

MERK: Alle prosedyrer ble utført på mus i samsvar med American Veterinary Medical Association (AVMA) retningslinjer og godkjent Institutional Animal Care og Bruk komiteer (IACUC) protokoller. 1. Studer Design Bruk 8-10 uker gamle hann C57BL / 6 mus (BW ~ 25 g) i studien. Randomisere mus (n = 11) i to grupper, studiegruppen er valgt for aorta banding (n = 8) og kontrollgruppen (n = 3) for å undergå falske operasjon via toraktomi. Forberede dyret for bildebeh…

Representative Results

Av de 11 mus som ble studert (banded, n = 8 og humbug, n = 3), tilstrekkelig og reproduserbare bildene ble innhentet av en enkelt observatør på flere tidspunkter: i utgangspunktet (D-1), D2, D6 og D13 . Også, strømningshastigheten ved konstriktiv området ble målt til 2225 ± 110,9 mm / sek, sammenlignet med 277,5 ± 10,51 mm / s i sham mus på dagen etter kirurgi (p <0,05). Økningen i hastighet var verifisering av vellykket etablering av trykk overbelastning modell. SCA strømningshastighet, også referert til…

Discussion

I denne ultralydbasert studie, ble ikke-invasiv vurdering av koronare strømmen reproduserbart utført i sann tid, i løpet av dager, i levende eksperimentelle mus; Videre demonstrerte protokollen potensialet til å detektere koronar dysfunksjon som var til stede på et tidlig stadium og er forbundet med mangel på myokardial perfusjon. Denne metoden kan til slutt bli utnyttet som et klinisk verktøy for kardiovaskulær risiko stratifisering og / eller vurdere respons på terapeutisk intervensjon.

<p class="jove_con…

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