Evaluación Ultrasonido base de la arteria coronaria de flujo y la reserva coronaria Utilizando la sobrecarga Modelo Presión en ratones

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

Estenosis aórtica Clínica (AS) es bien conocido por promover un aumento progresivo en ventricular izquierda (LV) poscarga. Para compensar este aumento de la carga hemodinámica crónica, hipertrofia ventricular izquierda (HVI) se produce como una respuesta adaptativa ^1,2. El desarrollo de la HVI se asocia a menudo con alteraciones en la microcirculación coronaria. Se piensa que la disfunción microvascular contribuye a la isquemia crónica en estos pacientes ^5. Además de flujo coronario ^3,4, la reserva de flujo coronario (CFR) representa el cambio funcional de las arterias coronarias ^1,3 y se define como la relación de la velocidad de flujo máxima en la hiperemia de la velocidad de flujo de línea de base o descansando velocidad de flujo ^4,6,7. CFR se disminuyó durante LV remodelación ^1-3,5-9 y se utiliza como un índice del grado de gravedad de la disfunción funcional coronaria ^1,10,17. Se sabe que hay impedimento en muchas formas de miocardiopatía dilatada ¹⁰ y también s coronariastenosis ^6. CFR es también un marcador pronóstico de pobres resultados clínicos ^12.

La remodelación del VI en el contexto de la disfunción cardiaca tales como isquemia o HVI también se acompaña de fibrosis extensa, los cambios en la microcirculación coronaria y engrosamiento de las arterias coronarias ^1,2. Como resultado de estos cambios en la fisiología coronaria, es probable remodelación de las arterias coronarias. Esto ayuda a mitigar los efectos de la difusión de oxígeno baja y disfunción diastólica del VI que podría resultar en la susceptibilidad a ^1,2,13 isquemia miocárdica.

Ratones genéticamente modificados son ahora una herramienta de investigación muy extendido para imitar las condiciones de enfermedades humanas como la aterosclerosis coronaria ^{5,7,10,12,17.} En particular, el modelo de sobrecarga de presión en ratones ha sido ampliamente estudiado ^14,17. El modelo de constricción trans-aórtica (TAC) se ha demostrado que se asocia con fibrosis extensa, y coronary estenosis resultante, en parte, de engrosamiento de la media de las arterias coronarias y con el acompañamiento de los cambios en los patrones de flujo coronario ^1,11,17,19 similares a lo que se ve en el contexto de la HVI en los seres humanos. Aunque se sabe que la sobrecarga de presión prolongada conduce a la insuficiencia cardiaca descompensada en alrededor de 4-8 semanas, los efectos sobre la dinámica de flujo y la reserva de flujo coronario en estos modelos, temprano en el proceso de progresión de la enfermedad, y en diferentes etapas después de bandas, son todavía estar claramente delineado.

Numerosas cepas de ratones están disponibles actualmente para su uso en investigación, incluyendo la bien caracterizada LDLR – / – o ApoE – / – ratones ^10-12, y estos han impulsado el desarrollo de técnicas sensibles para evaluar la función cardiovascular y la morfología en ratones vivos ^11-15. Tales técnicas incluyen MRI, PET, contraste CT, ultrasonidos de alta frecuencia, y tomografía de haz de electrones ^2,9,17,19, todos los cuales proporcionan alternativas prometedoras a invasivamétodos tales como cateterismos cardíacos y la angiografía coronaria ^12. Sin embargo, en ratones con muy pequeño tamaño de las arterias coronarias y las altas tasas de corazón (HR), imágenes de la circulación coronaria sigue constituyendo un reto técnico para muchas técnicas disponibles en la actualidad ^4,12. Curiosamente, se ha producido un aumento exponencial de los avances técnicos en el campo de la ecocardiografía Doppler transtorácica (EDT), incluyendo el desarrollo de alta frecuencia cabezales del escáner matriz con frecuencias centrales de 15 a 50 MHz que permite resoluciones axiales de aproximadamente 30 a 100 micras, a profundidades de 8-40 mm, y velocidades de fotogramas-capturados cuadros / seg mayor que 400. A su vez, las técnicas basadas en TTDE han surgido como una herramienta potencialmente poderosa para obtener imágenes de los vasos más grandes ² o incluso más pequeños, tales como arterias coronarias ^5,12.

Otro avance importante que ha permitido a los investigadores a realizar estudios de diagnóstico por imágenes de la vasculatura en un pequeñonimals es el uso cuidadosamente controlada de anestésicos que mantienen el corazón y el ritmo respiratorio de los animales durante la formación de imágenes ^11. Mantenimiento anestesia controlada es particularmente importante para los estudios relacionados con la vasodilatación en ratones, y el efecto de la anestesia también tiene que estudiar más a fondo en este contexto ^10,11. En los seres humanos, por otro lado, las mediciones CFR derivados de TTDE se han convertido en una herramienta más comúnmente utilizado para la evaluación de las arterias coronarias epicárdicas estenosis y no obstruido, predominantemente en descendente anterior izquierda (LAD) de la arteria coronaria ^5,16. Sin embargo, el papel pronóstico de CFR y cambios en el flujo coronario en pacientes asintomáticos o ratones con preservada la función sistólica del VI en reposo ha sido mucho menos explorado ^16. Por lo tanto, el objetivo del estudio fue establecer primero un protocolo claro paso a paso, para evaluar los cambios en el flujo coronario mediante TTDE en un modelo de ratón de la sobrecarga de presión; en segundo lugar, este estudio examinó el signo de pronósticoificance de CFR y cambios en el flujo coronario en respuesta a la presión de sobrecarga de estrés en estos ratones. La hipótesis de que la evaluación basada TTDE de CFR y el flujo coronario puede ser útil en la detección precoz de la disfunción coronaria que puede preceder a la disfunción del VI.

Protocol

NOTA: Todos los procedimientos se realizaron en ratones de acuerdo con la Asociación Americana de Medicina Veterinaria (AVMA) directrices y aprobados Institucional Use Comités (IACUC) protocolos y Cuidado de Animales. 1. Diseño del estudio Utilice 8-10 semanas de edad macho C57BL / 6 ratones (BW ~ 25 g) en el estudio. Selección aleatoria de los ratones (n = 11) en dos grupos, el grupo de estudio seleccionado por constricción aórtica (n = 8), y el grupo de control (…

Representative Results

De los 11 ratones que fueron estudiados (anillados, n = 8 y la falsa, n = 3), se obtuvieron imágenes adecuadas y reproducibles por un solo observador en varios puntos de tiempo: al inicio del estudio (D-1), D2, D6 y D13 . Además, la velocidad de flujo en el sitio constrictiva se midió como 2,225 ± 110,9 mm / s, en comparación con 277,5 ± 10,51 mm / s en los ratones sham en el día después de la cirugía (p <0,05). El aumento en la velocidad era la verificación de la creación exitosa del modelo de sobrecarga …

Discussion

En este estudio basado en la ecografía, la evaluación no invasiva del flujo coronario se realizó de forma reproducible en tiempo real, durante días, en ratones experimentales en vivo; Además, el protocolo demostró el potencial para detectar la disfunción de la arteria coronaria que estaba presente en una etapa temprana y se asoció con deficiencia en la perfusión miocárdica. Este método, en última instancia podría ser aprovechada como herramienta clínica para la estratificación del riesgo cardiovascular y …

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