Summary

Måling af pulse formeringshastighed, distensibility og stamme i en abdominal aorta Aneurisme Mus Model

Published: February 23, 2020
doi:

Summary

Dette manuskript beskriver en detaljeret protokol for brug af højfrekvent ultralydsscanning til måling af luminal diameter, pulsformeringshastighed, distensibility og radial belastning på en musemodel af abdominal aorta aneurisme.

Abstract

En abdominal aorta aneurisme (AAA) er defineret som en lokaliseret dilatation af abdominal aorta, der overstiger den maksimale intraluminale diameter (MILD) med 1,5 gange af sin oprindelige størrelse. Kliniske og eksperimentelle undersøgelser har vist, at små aneurismer kan briste, mens en delpopulation af store aneurismer kan forblive stabil. Ud over målingen af aortaens intraluminale diameter kan kendskabet til fartøjets vægs strukturelle træk således give vigtige oplysninger til vurdering af AAA’s stabilitet. Aorta afstivning har for nylig vist sig som et pålideligt værktøj til at bestemme tidlige ændringer i den vaskulære væg. Pulse formering hastighed (PPV) sammen med distensibility og radial stamme er meget nyttige ultralyd-baserede metoder, der er relevante for vurdering af aorta stivhed. Det primære formål med denne protokol er at give en omfattende teknik til brug af ultralydimaging system til at erhverve billeder og analysere de strukturelle og funktionelle egenskaber af aorta som bestemt af MILD, PPV, distensibility og radial stamme.

Introduction

En abdominal aorta aneurisme (AAA) repræsenterer en betydelig hjerte-kar-sygdom karakteriseret ved en permanent lokaliseret dilatation af aorta overstiger den oprindelige beholder diameter med 1,5 gange1. AAA rangerer blandt de 13 hyppigste årsager til dødelighed i USA2. Udviklingen af AAA tilskrives degeneration af aortavæggen og elastin fragmentering, i sidste ende fører til aorta brud. Disse ændringer i aortavæggen kan forekomme uden en signifikant stigning i den maksimale intraluminale diameter (MILD), hvilket tyder på, at MILD alene ikke er tilstrækkelig til at forudsige sygdommens sværhedsgrad3. Derfor skal der identificeres yderligere faktorer for at påvise indledende ændringer i aortavæggen, hvilket kan være retningsgivende for tidlige behandlingsmuligheder. Det overordnede mål med denne protokol er at give en praktisk vejledning til vurdering af aorta funktionelle egenskaber ved hjælp af ultralydsscanning som karakteriseret ved målinger af pulsformeringshastighed (PPV), distensibility og radial stamme.

En velkarakteriseret eksperimentel model til at studere AAA, først beskrevet af Daugherty og kolleger, indebærer subkutan infusion af angiotensin II (AngII) via osmotiske pumper i Apoe-/- mus4. Præcis måling af MILD ved hjælp af ultralydsscanning har været medvirkende til at karakterisere AAA i denne musemodel5. Selv om histologiske ændringer under udviklingen af AAA er blevet grundigt undersøgt, ændringer i de funktionelle egenskaber af fartøjet væggen såsom aorta stivhed har ikke været godt karakteriseret. Denne protokol understreger brugen af højfrekvent ultralyd i kombination med de avancerede analyser som effektive værktøjer til at studere den tidsmæssige progression af AAA. Konkret giver disse tilgange os mulighed for at vurdere beholdervæggens funktionelle egenskaber målt ved PPV, distensibility og radial belastning.

Nylige kliniske undersøgelser hos forsøgspersoner med AAA, samt i murine elastase-induceret AAA model, tyder på en positiv sammenhæng mellem aorta stivhed og aorta diameter6,7. PPV, en indikator for aortastivhed, accepteres som en fremragende måling til kvantificering af ændringer i stivhed i beholderens væg6,8. PPV beregnes ved at måle impulsbølgeformens transittid på to steder langs vaskulaturen, hvilket giver en regional vurdering af aortastivhed. Vi har for nylig vist, at øget aortastivhed målt ved PPV, og på celleniveau som bestemt ved hjælp af atomkraft mikroskopi, positivt korrelerer med aneurisme udvikling9. Endvidere tyder litteraturen på, at aortastivhed kan gå forud for aneurisk dilatation og dermed kan give nyttige oplysninger om fartøjets vægs regionale iboende egenskaber under udviklingen af AAA10. Tilsvarende, distensibility og stamme målinger er kvantificering værktøjer til at måle tidligere ændringer af arteriel fitness. Sunde arterier er fleksible og elastiske, mens med øget stivhed og mindre elasticitet, distensibility og stamme er faldet. Her giver vi en praktisk vejledning og trin for trin protokol til brug af et højfrekvent ultralydssystem til at måle MILD, PPV, distensibility og radial stamme i mus. Protokollen indeholder tekniske tilgange, der bør anvendes i forbindelse med de grundlæggende oplysninger fra manualer til specifikke ultralydsbilledinstrumenter og den medfølgende videotutorial. Det er vigtigt, at den beskrevne billedprotokol i vores hænder giver reproducerbare og nøjagtige data, der forekommer værdifulde i studiet af udviklingen og udviklingen af eksperimentelle AAA.

For yderligere at demonstrere nytten af ultralydsscanning, giver vi eksempel billeder og målinger taget fra vores egne undersøgelser med henblik på at bruge farmakologiske tilgange til forebyggelse af eksperimentelle AAA11. Specifikt, hak signalering er blevet foreslået at være involveret i flere aspekter af vaskulær udvikling og betændelse12. Ved hjælp af genhaploinsufficiens og farmakologiske tilgange, har vi tidligere vist, at Notch hæmning reducerer udviklingen af AAA i mus ved at forhindre infiltration af makrofager på det sted, vaskulær skade13,14,15. For den aktuelle artikel, ved hjælp af farmakologiske tilgang til Notch hæmning vi fokusere på forholdet mellem aorta stivhed og faktorer i forbindelse med AAA. Disse undersøgelser viser, at Notch hæmning reducerer aorta stivhed, som er et mål for AAA progression11.

Protocol

Protokollen for håndtering af mus og ultralydsscanning blev godkendt af University of Missouri Institutional Animal Care and Use Committee (dyreprotokol nummer 8799) og blev udført i henhold til AAALAC International. 1. Udstyr opsætning og forberedelse af mus Opsætning af udstyr Tænd ultralydinstrumentet, ultralydsgelvarmeren og varmepuden. Åbn ultralydsprogrammet, og indtast undersøgelsesnavnet og descriptive oplysninger for hver mus. Vælg progr…

Representative Results

Repræsentative M-mode billeder af den normale og aneurysmal abdominal aorta fra mus er vist i figur 2A og figur 2B, henholdsvis. Den suprarenal abdominal aorta er identificeret ved sin placering ved siden af højre nyrearterie og den overlegne mesenteriske arterie (Figur 2A). Repræsentative billeder, der anvendes til beregning af MILD, på tre forskellige hjerteslag af den systoli…

Discussion

Ultralydsscanning giver en kraftfuld teknik til bestemmelse af aortas funktionelle egenskaber gennem målinger af PPV, distensibility og radial stamme. Disse målinger er særligt lærerige for at studere musemodeller af AAA og in vivo tilgang giver mulighed for indsamling af langsgående data, der er potentielt vigtigt at forstå tidsmæssige udvikling af den aortiske patologi. Specifikt bestemmes målinger af in vivo aorta stivhed lokalt i abdominal aorta af PPV, distensibility og radial stamme ved at analysere EKV-dat…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dette arbejde blev støttet af R01HL124155 (CPH) og finansiering fra Forskningsinstituttet ved University of Missouri til 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

References

  1. Wanhainen, A. How to Define an Abdominal Aortic Aneurysm — Influence on Epidemiology and Clinical Practice. Scandinavian Journal of Surgery. 97, 105-109 (2008).
  2. Benjamin, E. J., et al. Heart Disease and Stroke Statistics—2018 Update: A Report From the American Heart Association. Circulation. 137, 67 (2018).
  3. Xu, J., Shi, G. -. P. Vascular wall extracellular matrix proteins and vascular diseases. Biochimica et biophysica acta. 1842, 2106-2119 (2014).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Raaz, U., et al. Segmental Aortic Stiffening Contributes to Experimental Abdominal Aortic Aneurysm Development. Circulation. 131, 1783-1795 (2015).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Raaz, U., et al. Segmental Aortic Stiffening Contributes to Experimental Abdominal Aortic Aneurysm Development. Circulation. 131, 1783-1795 (2015).
  11. Sharma, N., et al. Pharmacological inhibition of Notch signaling regresses pre-established abdominal aortic aneurysm. Scientific Reports. , (2019).
  12. Bray, S. J. Notch signalling: a simple pathway becomes complex. Nature Reviews Molecular and Cell Biology. 7, 678-689 (2006).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. Golledge, J. Abdominal aortic aneurysm: update on pathogenesis and medical treatments. Nature Reviews Cardiology. 16 (4), 225-242 (2019).
  19. 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).
  20. 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).

Play Video

Cite This Article
Sharma, N., Sun, Z., Hill, M. A., Hans, C. P. Measurement of Pulse Propagation Velocity, Distensibility and Strain in an Abdominal Aortic Aneurysm Mouse Model. J. Vis. Exp. (156), e60515, doi:10.3791/60515 (2020).

View Video