הערכת אולטראסאונד מבוססת של עורקים הכליליים זרימה והזרימה כלילית ריזרב שימוש בדגם עומס יתר הלחץ בעכברים

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

היצרות מסתם אאורטלי קליניים (AS) ידועות היטב לקידום עלייה הדרגתית בחדר שמאל afterload (LV). כדי לפצות על עומס hemodynamic כרונית עולה זה, היפרטרופיה LV (LVH) מתפתחת ^כ1,2 תגובה מסתגל. הפיתוח של LVH קשור לעתים קרובות עם הפרעות בזרימת דם כלילית. הוא חשב כי בעיות בתפקוד כלי דם, תורם לאיסכמיה כרונית בחולים אלו ^5. בנוסף לזרימה כלילית ^3,4, זרימת מילואים כליליים (CFR) מייצגים שינוי תפקודי של עורקים הכליליים ^1,3 ומוגדר כיחס בין מהירות זרימה מקסימלי בhyperemia לנקודת התחלת מהירות זרימה או ^4,6,7 מהירות זרימת מנוחה. CFR הוא ירד במהלך שיפוץ LV ^1-3,5-9 ומשמש כמדד לעומק של חומרה הפונקציונלית של הפרעה בתפקוד לב ^1,10,17. זה ידוע כי הוא פגום בצורות רבות של קרדיומיופתיה המורחבות ¹⁰ וגם של ליליtenosis ^6. CFR הוא גם לחזות את תוצאות קליניות ירודים ^12.

שיפוץ LV בהגדרה של הפרעה בתפקוד לב כגון איסכמיה או LVH מלווה גם סיסטיק הנרחב, שינויים בזרימת דם ועיבוי הכליליים של עורקים הכליליים ^1,2. כתוצאה משינויים אלה בפיזיולוגיה כלילית, יש סיכוי שיפוץ של העורקים הכליליים. זה עוזר למתן את ההשפעות של דיפוזיה חמצן הנמוכה והפרעה בתפקוד הדיאסטולי LV שעלול לגרום לרגישות ^ל1,2,13 איסכמיה לבבית.

עכברים מהונדסים גנטי הם כעת כלי מחקרי נפוץ נרחבת לחיקוי תנאי מחלות של בני אדם כגון טרשת עורקים כלילית ^{5,7,10,12,17.} במיוחד מודל עומס לחץ בעכברים נחקר באופן נרחב ^14,17. מודל התכווצות טרנס-אב העורקים (TAC) הוכח להיות מזוהה עם סיסטיק הנרחב, וcoronary היצרות וכתוצאה מכך, בחלקו, מעיבוי המדיאלי של עורקים הכליליים ועם ליווי שינויים בדפוסי זרימה כלילית ^1,11,17,19 דומים למה שראה בהגדרה של LVH בבני אדם. אמנם ידוע כי עומס יתר לחץ ממושך גורם לאי ספיקת לב מפוצית בכ 4-8 שבועות, ההשפעות על דינמיקה כלילית זרימה וזרימת מילואים במודלים אלה, בשלב מוקדם בתהליך של התקדמות מחלה, ובשלבים שונים לאחר הפסים, עדיין להיות ברור שהותווה.

זנים רבים של עכברים זמינים כעת לשימוש מחקר, כולל LDLR המאופיין היטב – / – או ApoE – / – עכברי ^10-12, ואלה תתבקשו פיתוח של טכניקות רגישות להערכת תפקוד לב וכלי דם ומורפולוגיה בעכברים חיים ^11-15. שיטות אלו כוללות MRI, PET, CT ניגוד, אולטרסאונד בתדר גבוה, וטומוגרפיה אלומת האלקטרונים ^2,9,17,19, שכולן לספק חלופות מבטיחות לפולשניתשיטות כגון צנתורי לב וצנתור לב ^12. עם זאת, בעכברים עם גודל קטן מאוד של העורקים הכליליים וקצב לב גבוה (HR), הדמיה של זרימת דם כלילי עדיין מהווה אתגר טכני לטכניקות זמינות כרגע רבות ^4,12. מעניין, חלה עלייה מעריכית בהתקדמות טכנית בתחום אקו דופלר transthoracic (TTDE), כוללים הפיתוח של ראשי סריקת מערך תדירות גבוהה עם תדרי מרכז 15-50 MHz המאפשר החלטות ציריות של כ 30-100 מיקרומטר, בעומקים של 8-40 מ"מ, ושיעורי מסגרת גדולים יותר מ -400 מסגרות-נתפסו / sec. בתורו, בטכניקות מבוססות TTDE צמחו ככלי פוטנציאלי רב עוצמה להדמית כלי גדול יותר ² או אפילו קטן יותר כגון עורקים הכליליים ^5,12.

אחר מראש קריטי שאפשר לחוקרים לבצע בדיקות הדמית אבחון של כלי הדם בקטניםnimals הוא השימוש מבוקר בקפידה של חומרי הרדמה השומרים על הלב וקצב נשימה של בעלי החיים במהלך ההדמיה ^11. תחזוקת הרדמה מבוקרת היא חשובה במיוחד ללימודים הקשורים להרחבת כלי דם בעכברים, ואת ההשפעה של הרדמה גם צריכה להיחקר נוסף בהקשר זה ^10,11. בבני אדם, לעומת זאת, מדידות CFR נגזרת TTDE הפכו נפוץ יותר כלי להערכה של עורקים הכליליים epicardial stenosed ואינם חסום, בעיקר בקדמית העורק הכלל השמאלי יורד ^5,16 (LAD). עם זאת, התפקיד פרוגנוסטיים של CFR וליליים זרימת שינויים בחולים או עכברים עם תפקוד סיסטולי LV השתמר במנוחה ללא תסמינים היה הרבה פחות חקר ^16. לכן, מטרת המחקר הייתה ראשון להקים פרוטוקול צעד-אחר-צעד ברור, כדי להעריך את השינויים בזרימה כלילית באמצעות TTDE במודל של עכברי עומס לחץ; שני, מחקר זה בחן את הסימן פרוגנוסטייםificance של CFR וליליים זרימת שינויים בתגובה ללחץ מתח עומס בעכברים אלו. חוקרים שערנו כי הערכה של CFR וזרימה כלילית מבוססת TTDE עשויה להיות שימושית באיתור המוקדם של הפרעות בתפקוד לב שעלול להקדים את תפקוד LV.

Protocol

הערה: כל הנהלים בוצעו בעכברים על פי האגודה האמריקנית לרפואת וטרינרית הנחיות (AVMA) ואושרו מוסדי טיפול בבעלי חיים ושימוש הוועדה (IACUC) פרוטוקולים. עיצוב מחקר 1. השתמש זכר 8-10 בן שבוע עכבר…

Representative Results

של העכברים 11 שלמדו (התאגדו, n = 8 והעמדת פן, n = 3), תמונות הולמות ושחזור התקבלו על ידי משקיף יחיד בכמה נקודות זמן: בתחילת המחקר (D-1), D2, D6 וD13 . כמו כן, מהירות הזרימה באתר constrictive נמדדה כ2,225 ± 110.9 מ"מ / s, לעומת 277.5 מ"מ ± 10.51 / s בעכברי הדמה ביום לאחר הניתוח (p <0.05). העלייה במהירות ה…

Discussion

במחקר זה מבוסס אולטרסאונד, הערכה לא פולשנית של זרימה כלילית בוצעה reproducibly בזמן אמת, על פני ימים, בעכברי ניסוי חיים; יתר על כן, הפרוטוקול הפגין הפוטנציאל לזהות בעיות בתפקוד לב כלילית שהיו נוכח בשלב מוקדם והיה קשור למחסור בזלוף שריר לב. שיטה זו סופו של דבר ניתן תהיה למנף כ…

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