Ultralyd funderet vurdering af koronararterie Flow og koronar Flow Reserve Brug af trykoverbelastning 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 godt kendt for at fremme en gradvis stigning i venstre ventrikel (LV) afterload. For at kompensere for dette kronisk stigende hæmodynamisk belastning, LV hypertrofi (LVH) ensues som en adaptiv respons ^1,2. Udviklingen af ​​LVH er ofte forbundet med abnormiteter i koronar mikrocirkulationen. Det menes, at mikrovaskulær dysfunktion bidrager til kronisk iskæmi hos disse patienter ^5. Ud over koronar flow ^3,4 koronar flow reserve (CFR), repræsenterer funktionelle ændringer af koronararterier ^1,3 og er defineret som forholdet mellem maksimale strømningshastighed i hyperæmi til baseline strømhastighed eller hvilende strømningshastighed ^4,6,7. CFR er faldet i LV ombygning ^1-3,5-9 og bruges som et indeks for omfanget af funktionel sværhedsgrad af koronar dysfunktion ^1,10,17. Det er kendt at blive forringet i mange former for dilateret kardiomyopati ¹⁰ og også koronar stenosis ^6. CFR er også en prognostisk markør for fattige kliniske resultater ^12.

LV remodeling i fastsættelsen af kardial dysfunktion såsom iskæmi eller LVH er også ledsaget af en omfattende fibrose, ændringer i koronar mikrocirkulationen og fortykkelse af kranspulsårerne ^1,2. Som et resultat af disse ændringer i koronar fysiologi, der sandsynligvis ombygning af kranspulsårerne. Dette hjælper afbøde virkningerne af lav ilt diffusion og LV diastolisk dysfunktion, som kan resultere i følsomheden over for myokardieiskæmi ^1,2,13.

Genetisk modificerede mus er nu en almindeligt udbredt testpræparat værktøj til at efterligne sygdomstilstande humane såsom koronar aterosklerose ^{5,7,10,12,17.} Især trykoverbelastning model i mus er blevet bredt undersøgt ^14,17. Er blevet vist trans-Aortakonstriktion model (TAC) at være forbundet med omfattende fibrose og coronary stenose resulterer delvist fra mediale fortykkelse af kranspulsårerne og med tilhørende ændringer i koronare strømningsmønstre ^1,11,17,19 svarer til, hvad der ses i fastsættelsen af LVH hos mennesker. Selv om det er kendt, at langvarig trykoverbelastning fører til dekompenseret hjertesvigt i ca. 4-8 uger, virkningerne på koronar flow dynamik og flow reserve i disse modeller, tidligt i processen for sygdomsudvikling, og på forskellige stadier efter banding, endnu være klart afgrænset.

Adskillige stammer af mus er i øjeblikket tilgængelige til forskningsbrug, herunder velkarakteriseret LDLR – / – eller ApoE – / – mus ^10-12, og disse har bedt udvikling af følsomme teknikker til vurdering kardiovaskulær funktion og morfologi i levende mus ^11-15. Sådanne teknikker indbefatter MRI, PET, kontrast CT, højfrekvent ultralyd, og elektronstråle tomografi ^2,9,17,19, som alle giver lovende alternativer til invasivmetoder såsom hjerte- catheterizations og koronarangiografi ^12. Men i mus med meget lille størrelse af kranspulsårerne og høje puls (HR), billeddannelse af koronar cirkulation stadig udgør en teknisk udfordring for mange i øjeblikket tilgængelige teknikker ^4,12. Interessant, har der været en eksponentiel stigning i de tekniske fremskridt inden for transtorakal Doppler ekkokardiografi (TTDE), herunder udvikling af højfrekvente matrix scanning hoveder med centerfrekvenser fra 15 til 50 MHz tillader aksiale beslutninger af ca. 30-100 um, på dybder 8-40 mm, og frame rates større end 400 frames-fanget / sek. Til gengæld har TTDE teknikker dukket op som et potentielt stærkt værktøj til billeddannelse større ² eller endda mindre fartøjer såsom kranspulsårerne ^5,12.

En anden kritisk forskud, der har givet efterforskerne at foretage billeddiagnostiske undersøgelser af karrene diagnostiske i små ennimals er omhyggeligt kontrolleret brug af bedøvelsesmidler, der opretholder hjerte og respirationsfrekvens af dyrene under billeddannelse ^11. Kontrolleret anæstesi vedligeholdelse er især vigtigt for undersøgelser i forbindelse med vasodilation i mus, og effekten af anæstesi skal også undersøges nærmere i denne sammenhæng ^10,11. Hos mennesker, på den anden side har TTDE-afledte CFR målinger bliver mere almindeligt anvendt værktøj til vurdering af forsnævrede og ikke-obstrueret epikardielle kranspulsårerne, overvejende venstre forreste nedadgående (LAD) koronararterie ^5,16. Imidlertid har den prognostiske rolle CFR og koronar flow ændringer i asymptomatiske patienter eller mus med konserverede LV systolisk funktion i hvile været meget mindre undersøgt ^16. Derfor er formålet med undersøgelsen var først at etablere et klart skridt-for-trin-protokollen, til at vurdere ændringer i koronar flow ved hjælp TTDE i en trykoverbelastning musemodel; sekund, denne undersøgelse undersøgte prognostiske tegnificance af CFR og koronare flow ændringer efter pres overbelastning stress i disse mus. Vi antager, at TTDE funderet vurdering af CFR og koronar flow kan være nyttige i tidlig påvisning af koronar dysfunktion, der kan gå forud LV dysfunktion.

Protocol

BEMÆRK: Alle procedurer blev udført i mus efter American Veterinary Medical Association (AVMA) retningslinjer og godkendt Institutional Animal Care og Brug udvalg (IACUC) protokoller. 1. Undersøgelse Design Brug 8-10 uger gamle C57BL / 6-mus (BW ~ 25 g) i undersøgelsen. Tilfældig musene (n = 11) i to grupper i undersøgelsen udvalgt til aorta banding gruppe (n = 8), og kontrolgruppen (n = 3) at gennemgå skinoperation via torakotomi. Forbered dyret til bil…

Representative Results

Af de 11 mus, som blev undersøgt (banded, n = 8 og humbug, n = 3), var tilstrækkelige og reproducerbare billeder opnået ved en enkelt observatør på flere tidspunkter: ved baseline (D-1), D2, D6 og D13 . Desuden blev flowhastigheden på konstriktiv sted målt 2225 ± 110,9 mm / s, sammenlignet med 277,5 ± 10,51 mm / s i fingeret musene på dagen efter operationen (p <0,05). Stigningen i hastighed var kontrollen af ​​en vellykket oprettelse af trykoverbelastning model. SCA strømningshastighed, også kaldet h…

Discussion

I denne ultralyd baseret undersøgelse blev ikke-invasiv vurdering af koronar flow reproducerbart udføres i realtid, over dage, i levende eksperimentelle mus; I protokollen vist potentiale til at detektere kranspulsåren dysfunktion, der var til stede på et tidligt stadium, og var forbundet med mangel på myocardial perfusion. Denne metode kan i sidste ende udnyttes som et klinisk redskab for kardiovaskulær risiko lagdeling og / eller vurdering af respons på terapeutisk intervention.

Fø…

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