Summary
שמורת זרם כלילית (CFR), מוגדרת כיחס של זרימת דם כלילית מירבית לזרימת הדם הכלילית במנוחה. אנו מציגים פרוטוקול להערכת CFR בחולדות באמצעות אולטרסאונד, אשר מציעה את ההזדמנות לחזות גורמי סיכון לב וכלי דם בהעדר מחלה חסימתית כלילית.
Abstract
מחלת עורק כלילית היא הגורם המוביל למוות בכל העולם. לאחר אוטם שריר הלב חריפה, התערבות שריר הלב מוקדם ומוצלח דרך recanalization של עורק הכלילי היא האסטרטגיה האפקטיבית ביותר להפחתת הגודל של שריר הלב האיסכמי. המיקרו-וסקולרית הכלילית לא יכול להיות מדמיין ומvivo, אבל יש כמה טכניקות פולשנית ולא פולשני שניתן להשתמש בהם כדי להעריך את הפרמטרים התלויים ישירות על תפקוד מיקרונימי כלילית. פונקציה אנדותל לאחר reperfusion איסכמיה יכול להיות מוערך גם ברמה של המחזור הכלילי באמצעות שמורת זרם כלילית (CFR). במחקר זה, מהירות השיא של הקדמי השמאלי בירידה (LAD) העורקים הכליליים נמדד חולדות ב vivo via שעבר החזה דופלר אקוקרדיוגרפיה בזמן מנוחה והלחץ (הנגרמת על ידי Dobutamine). לב נורמלי יכול להגביר את זרימת הדם הכלילי שלו עד ארבע פעמים מעל ערכי המנוחה במהלך האינדוקציה הלחץ. בעקבות איסכמיה reperfusion, מצאנו CFR פחתה באופן משמעותי, אשר ניתן להשתמש בו כסמן של תפקוד מיקרונימי כלילית. CFR פתחה חלון על החשיבות של תפקוד מיקרוכלי דם, הוכח לנבא סיכון לב וכלי דם עצמאית אם המחלה חסימתית חמורה היא נוכחת.
Introduction
איסכמיה שריר הלב reperfusion (IR) הוא מצב שבו אספקת הדם מוגבלת ללב ואחריו שחזור של זלוף ו החמצן בו1. חסימה של עורקים כליליים יכולה להיגרם כתוצאה מקרע בפלאק או כולסטרול, מה שמביא לחוסר איזון חמור באספקת מטבולית וביקוש, גרימת היפוקסיה רקמות. הצלה של שריר הלב בסכנה, לשפר פונקציה חדרית שמאל, ולשפר את ההישרדות בחולים עם אוטם שריר הלב חריפה נצפו על ידי טיפול reperfusion. עם זאת, לאחר recanalization של עורק כלילי, מומים פונקציונליים של כלי קיבול כלילית קטנים עשויים להתרחש2,3,4,5. חלק משמעותי מהחולים, אולי ככל 40%, לא להחזיר מיקרוכלי דם ואוטם שריר הלב למרות שחזור של זרימת כלילית. הדמיה והערכה של מיקרוקובלטציה כלילית יכול להיות קשה ב-vivo, אבל יש מספר טכניקות פולשנית ולא פולשני שניתן להשתמש בהם כדי להעריך את הפרמטרים ישירות בהתאם לפונקציה מיקרונימי כלילית6 ,7. כמו כן, ניתן להעריך את תפקוד האנדותל ברמת המחזור הכלילי באמצעות CFR5.
הבית החזה דופלר האקו הוא כלי לא פולשני אשר מאפשר לנו ללמוד תזרים עורק כלילי מהירות ו CFR5. CFR מייצג את היחס של זרימת הדם הכלילית המקסימלית לזרימת הדם הכלילית במנוחה8. במהלך אתגר הלחץ, לב נורמלי מגביר את זרימת הדם כלילית עד ארבע פעמים מעל ערך המנוחה. סיכון לב וכלי דם עולה כאשר CFR הוא פחתה9. אישיהארה ואח ' הראה כי ה-CFR נפגע קשות מיד לאחר הניתוח הכלילי5. בהעדר היצרות של עורק כלילי, CFR פוחתת במהלך תפקוד הכלילי מיקרוכלי דם והוא נוכח כמחצית החולים עם מחלת עורקים יציבה כלילית10.
המטרה הכוללת של שיטה זו היא הדמיה לא פולשנית של עורק שמאלי קדמי כלילי (LAD) הפונקציה בחולדות דרך האקו, אשר עשוי לשמש כדי לחשב CFR. זה מציע כלי הערכה חשובה לאבחון תפקוד מיקרוכלי דם והערכת טיפולים טיפוליים פוטנציאליים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
כל ההליכים בוצעו בהתאם לפרוטוקולים שאושרו על ידי אוניברסיטת לואיוויל טיפול בעלי חיים מוסדיים והוועדה השימוש (IACUC שאושרו על-ידי פרוטוקול 18223) ואת מדריך NIH לטיפול ושימוש בחיות מעבדה11.
1. בעלי חיים
- השימוש 4 חודשים-נקבה פישר 344 חולדות (BW ~ 150-180 גרם) עבור המחקר.
2. הדמיה אולטרסאונד לפני כירורגיה של IR
- לאחר שהחולדה הייתה בחדר האינדוקציה בגודל של 5% עם 1.5 – 2.0 L/min או2 זרימה ואחריו 1.5 – 2.0% עם 1.5 – 2.0 L/min o2 זרימה. הרדמה זו נשמרת במהלך הניסוי, במהלך שלבי המנוחה והמתח.
- מניחים את החיה בתנוחה מספקת ומגלחת את בית החזה. שמרו על טמפרטורת הגוף ב-37-38 ° c באמצעות פלטפורמת ההתחממות המובנית. עקוב אחר קצב הלב באמצעות התוכנה.
הערה: הרדמה נכונה היא חיונית לשמירה על קצב הלב בשיעור פיזיולוגי נורמלי (בין 295-350 פעימות/דקות). - החל משחה וטרינר אופטלמולוגי כדי למנוע יובש של עיניים לפני ההדמיה.
- ביצוע האקו באמצעות 13 – 24 בדיקה לינארית MHz (למשל, MS250) (איור 1A).
- מניחים את החיה במצב פרקדן על הפלטפורמה מחוממת. ודא כי ההרדמה נשלטת באמצעות חרוט האף. ואז למקם את החללית כדי לקבל את תצוגת ציר קצר parasternal (PSAX) באמצעות מערכת המעקה (איור 1B).
- הזזת המקדח לכיוון הrostral מPSAX, אתר את עורק הריאות (איור 1B).
- הזז את המקדח מעט בכיוון caudal מעורק הריאות כדי להציג את LAD ולאחסן את התמונה.
הערה: בחור קשה למצוא ללא צבע דופלר, אז תמונות במצב B של LAD לא תמיד אפשרי. - כאשר הבדלים בודדים להקשות לאתר את העורק הכלילי של LAD, בצע את הטכניקה הנזכרת להלן:
- הזז את המקדח לרוחב. לעורק הריאתי
- זווית הפלטפורמה כך החיה נוטה, הפוכה, או מעט לכיוון הצד הימני, כך החדר השמאלי הוא נראה בקלות יותר עם הגשוש.
- לאחר התמונה במצב B הוא נלכד או cine-מאוחסן, לחץ על הצבע דופלר על מסך המגע (איור 1c). המחש את עורק העורק (חץ לבן מציין LAD) בציר הקצר (איור 1C). הצבע האדום, כפי שנראה בזמן אמת, מעיד על כיוון הזרימה (כלומר, זרימת הדם היא כלפי המקדח).
- לאחר ויזואליזציה בחור על צבע-דופלר מצב, לשנות את המצב גל הדופק (pw)-מצב. חפשו את הנוכחות של קו מחוון צהוב בעורק העורק (איור 2 א).
- הציבו את החוט הצהוב. באמצע עורק העורק ודא שהזווית מקבילה לכיוון הזרימה.
הערה: מהירות הזרימה תלויה מאוד בזווית של קו PW, כדי להיות בטוח להתאים את הזווית של בדיקה על המסך עם זווית של LAD. השתמש במסך המגע כדי לכוונן את הזווית; PW זווית צריך להיות פחות מ 60 °. - השתמש בחנות cine כדי ללכוד את המהירות של הזרם הכלילי במנוחה של LAD ב-the שיא מנוחה כמו צורות גל (איור 2b).
- לאחר קבלת מנוחה מהירות זרימת LAD, למדוד את מהירות הזרימה המקסימלית של LAD במהלך הלחץ כדי לחשב CFR. כדי למדוד את מהירות הזרימה המקסימלית במהלך הלחץ, להחדיר Dobutamine במינון של 20 μg/ק"ג/דקות באמצעות וריד זנב8 (איור 2c).
הערה: עירוי הDobutamine אינו אמור להיות יותר מ-8 דקות. השתמש במשאבת אינפוזיה והגדר את קוטר משאבת העירוי ל-14.43 עבור BD 10 mL.- השתמש בפרפר עירוי של 25 גרם לשימוש בצינורית העורק האחורי. כדי למקם את מחט האינפוזיה, מניחים רצועה קטנה של גזה סביב הבסיס של זנב החולדה, ואז לתפוס עם הומוסטטיסטיקה ולסובב את חוסם העורקים כדי להפעיל לחץ ולגרום לווריד להגדיל.
- מניחים את המחט תוך חיבור ישיר למזרק Dobutamine.
הערה: קח בזהירות לא להציג בטעות תרופה כאשר למשוך דם כדי להבטיח מיקום תקין של המחט בווריד הזנב. כמו כן, הקפידו להימנע מהצגת בועת אוויר לתוך הווריד, כאשר תסחיף עלול להיות קטלני לבעל החיים. - לאחר המחט ממוקם, לייצב אותו עם דבק ופיסת קלטת כירורגית, אבטחת קו העירוי לזנב.
- הסר את הזרם העורקים והחסם כדי לשחזר את הזרימה.
- המקום Dobutamine מזרק במשאבה אינפוזיה ולהגדיר אותו להזריק 20 μg/kg/min.
- במהלך עירוי Dobutamine, בזהירות לפקח על שיא LAD ואת קצב הלב. מעת לעת להקליט בחור PW פסגות במצב דופלר, במיוחד בכל פעם שהוא מגדיל בתגובה Dobutamine.
הערה: אתגר הלחץ הנגרם על ידי Dobutamine גורם ללב לעבוד קשה יותר; לעיתים קרובות התוצאה היא תנועת הלב והנער. היה מוכן להעביר את החיה, את המקדח, או את שניהם כדי לשמור על הנער לראות. - לאחר פסגות LAD וקצב הלב יש plateaued במהלך האתגר, לעצור את העירוי Dobutamine, להסיר את הווריד הזנב ערכת העירוי ולהסיר את החיה מן הפלטפורמה. הניחו לבעל החיים להתאושש בכלוב ביתו.
- בחר הכלי שיא Vel להשיג את המהירויות שיא הדיאסטולי מן התמונות המוצגות באיור 2b ו-C.
- לחשב את המדד CFR כיחס של מתח LAD (Dobutamine) שיא מהירות זרימת הדיאסטולי למנוחה בחור השיא מהירות תזרים הדיאסטולי (איור 2A).
3. Reperfusion איסכמיה פציעה
- חולדה משבית עם לשכת האינדוקציה ב 5% עם 1.5 – 2.0 L/min O2 זרימה ואחריו 1.5 – 2.0% עם 1.5 – 2.0 L/min o2 זרימה.
- לאשר את עומק ההרדמה על ידי חוסר רפלקס נסיגה דוושה. השתמש משחה וטרינר אופטלמולוגי על העיניים כדי למנוע יובש. שמרו על טמפרטורת הגוף הנכונה של 37-38 ° צ' באמצעות משטח חימום או בקר טמפרטורה בעלי חיים.
- ניהול טרום כירורגי מלוקסיעם, 5 מ"ג/ק"ג בתוך הפנים, 15 דקות לפני הניתוח, ואחריו 2 mL תת עורית של 0.9% תמיסת מלח כדי למנוע התייבשות במהלך הניתוח. כפפות וכלים סטריליים שימשו, וטכניקות אספטי המועסקים. באמצעות מקור האור סיב אופטי, העכבר הצנרור באמצעות צנתר 18 מד IV ולהתחבר למכונת ההנשמה.
- ליגייט LAD באמצעות 8-0 תפר מונופינט מבעד לפתיחת 15 מ"מ בחלל האינטרקוסטל ה -5. לקשור קשר פשוט ולעזוב במשך 30 דקות. באופן חזותי לאשר את איסכמיה בכל חולדות באמצעות שינוי צבע של משטח הלב12. שחרר את ליגטורה לאחר 30 דקות ולוודא reperfusion ידי האדמומיות של האזור דהוי בעבר של שריר הלב עבור 1-2 מינימום12.
- סגרו את כלוב הצלעות בעזרת תפר הנספג ב4-0 עם דפוס תפר מקוטע, ולאחר מכן סגרו את העור תוך שימוש ב-5-0 תפר משי שאינו נספג בצורה רציפה עם דפוס תפר רציף.
- . הסר את החיה מהרדמה לאפשר לבעל החיים להתאושש בכלוב הבית. 5mg/kg מלוקסיעם הוזרק תוך שרירי בכל 24 שעות לפני המתת החסד (72 שעות לאחר הניתוח).
4. אולטרסאונד להדמיה לאחר ניתוח IR
- 72 h לאחר ניתוח IR, למדוד את זרם הכלילי ו-CFR שוב. השווה את המידות לפני מדידות IR. חזור על שלבים 2.1 עד 2.15 כמתואר לעיל.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
עבור המחקר הזה, השתמשנו 12 הנקבה פישר 344 חולדות. ביצעת מבחן לחץ עם Dobutamine ומדד מהירות עורק כלילית של LAD לפני ו 72 שעות לאחר ניתוח IR. לפני כירורגיה של IR, מנוחה LAD מהירות עורק כלילית נמדד כמו 423 ± 59 mm/s, אשר הוגדלה לאחר עירוי Dobutamine (1005 ± 77 מ"מ/s) (איור 3A). לאחר 72 h של איסכמיה reperfusion, מנוחה מהירות עורק כלילית של LAD היה גבוה באופן משמעותי לעומת המהירות מנוחה מהירות עורק כלילית לפני הניתוח IR (743 ± 40mm/s vs 423 ± 59 מ"מ/s) (איור 3A). התגובה לחץ על מבחן Dobutamine לאחר ניתוח IR הופחת באופן משמעותי לעומת התגובות ניתוח IR (937 ± 67/s vs 1005 ± 77 מ"מ/s) (איור 3A).
CFR מחושב כיחס של מהירות זרימת השיא במהלך הלחץ (Dobutamine) אל מהירות זרימת המנוחה (נמדד לפני עירוי Dobutamine)8. CFR היה 2.1 ± 0.35 בחולדות צעירות לפני הניתוח IR (איור 3B) אבל מופחת באופן משמעותי (1.1 ± 0.25) לאחר 72 h של ניתוח IR, למרות מהירות מנוחה בעורק העורקים של LAD היה גבוה יותר בחולדות אלה לעומת נתונים שהתקבלו לפני הניתוח IR ( איור 3 ג). בנוסף, לא היו שינויים משמעותיים בתפקוד הסיסטולי של החדר השמאלי בחולדות לאחר 72 h של ניתוח IR (איור 3C).
איור 1: מיקום עורק כלילי. מיקום הבדיקה על החולדה תוך קבלת מהירות עורק כלילית של LAD. ב. התצוגה האנטומית בציר קצר של עורק הריאות, אב העורקים, ו-LAD עורק כלילי. ג. הדמיה אנטומית של עורק בחור כלילי על אקו-קרדיוגרפיה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: מהירות גל הדופק הדמיה של עורק כלילי LAD. A. ייצוג של מהירות גל הדופק חיישן הצבת על עורק כלילי של LAD. B. בחור עורק כלילי הדופק תמונת גל במהלך תנאי השאר. ג. בחור עורק כלילי הדופק תמונת גל במהלך הלחץ (Dobutamine) במצב. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3. מדידה של זרם הכלילי באמצעות האקו דופלר. A. מהירות גל הדופק נמדד בשליטה במהלך השאר (המשך) ובמהלך עירוי Dobutamine (המשך) ובבעלי חיים לאחר 72 h של ניתוח ir במהלך השאר (ir B) ובמהלך האתגר DOBUTAMINE (IR D), p < 0.05 המשך לעומת איסכמיה reperfusion B (*). B. cfr חושב מפני גל הדופק בבעלי חיים ניסיוניים (n = 9), p < 0.05 המשך לעומת IR (*). ג. קיצור הערכה מהקבוצות הנסיוניות (n = 9). נתונים מוצגים כממוצע ± SD, מנותח בכיוון אחד של ANOVA. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
הממצאים העיקריים מן המחקר הנוכחי הם כי IR מגביר את המנוחה מנוחה בעורק העורקים הכליליים ופוגע CFR, אפילו בהעדר כל היצרות אנגקסוגרפית שיורית.
הבנת הפיזיולוגיה של כריתת העורק היא חלק חיוני בקבלת ההחלטות הקליני לטיפול במחלות עורקים כליליות. Cfr הוא אחד הפרמטרים הפונקציונליים החשובים בהבנת הפתופסיולוגיה של מיקרו מחזור כלילית7,13. CFR היא שיטה לא פולשנית כדי להעריך הן היצרות עורק העורקים כלילית מחזור מיקרוכלי הדם והוא מחוון של אספקת דם שריר הלב, במפורש את היכולת של הכריות להגדיל את זרימת הדם תחת תנאי לחץ7. Cfr רגיל (>2.0) משקף לעתים קרובות פרוגנוזה טובה, בעוד cfr פחות מ 1.90 מספק מידע אבחון מצטבר לזיהוי של מחלת עורק כלילית בסיכון גבוה14,15,16.
התוצאות שלנו מראות כי, למרות הפונקציה הסיסטולי נשמרה לאחר reperfusion איסכמיה (איור 3C), cfr היה נמוך באופן משמעותי (איור 3c). לפיכך, recanalization של עורקים stenotic כליליים אינו משפר את הפרזיה המיקרונימי. CFR מופחת מאפשר זיהוי של הreperfusion לקויי וסקולרית אחרי איסכמיה.
מחקר זה מדגים את הערכות CFR סדרתי כדי לחקור את ההשפעה של טיפולים תרופתי שונים באמצעות האקו-החזה של דופלר שאינם פולשנית. שיטה זו של הערכה פונקציונלית כלילית ניתן להשתמש במחקר בעלי חיים קטנים ככלי אבחון קליני אפשרי וקיימא. זה יוביל לצמצום הדרישה לשימוש בבעלי חיים, המתת חסד או נקרופסי במודלים של בעלי חיים קטנים. שלבים קריטיים בפרוטוקול זה מתכננים את העורק הכלילי ומשיגים את תמונות מהירות PW של איכות טובה. צעד קריטי נוסף הוא לשמור על הדמיה של LAD במהלך מצב הסטרס. במהלך האתגר Dobutamine, קצב הלב עולה והנער יכול לעבור משדה הראייה; חוקרים צריכים להיות מוכנים להעביר את השדה כדי לעקוב אחר עורק כלילי. מגבלות במחקר הנוכחי כוללות את גודל מדגם קטן יחסית, חוסר קורלציה בין CFR לבין קוטר עורק כלילי בvivo בחולדות, בשל הקושי בהשגת הדמיה מדויקת עבור המדידה גודל של עורק כלילי. עם זאת, השיטות המתוארות כאן הן אמינות, לאחר הנתונים, ולהציע מידע תובנה על הנזק שנגרם על מיקרוקולטורה הלב לאחר reperfusion איסכמיה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
למחברים אין מה לחשוף
Acknowledgments
היינו רוצים להודות לקרן הלמסלי לספק ציוד אולטרסאונד לביצוע הניסויים שלנו. עבודה זו נתמכת על ידי NIA R01 053585 מענק.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 10 mL syringe | BD Syringe | 302995 | |
| 250S 13–24 MHz linear probe | FUJIFILM VisualSonics Inc | ||
| Dobutamine hydrochloride | Sigma | D0676-10mg | |
| Isoflurane | RRC | 27376 | |
| Legato 100 Syringe pump | KD Scientific | 788100 | |
| Vevo 3100 | FUJIFILM VisualSonics Inc | ||
| Winged infusion set, 27G x 1/2", | Medline.com | TMOSV27ELZ |
References
- Eltzschig, H. K., Eckle, T. Ischemia and reperfusion--from mechanism to translation. Nature medicine. 17 (11), 1391-1401 (2011).
- French, C. J., Zaman, A. K., Sobel, B. E. Failure of erythropoietin to render jeopardized ischemic myocardium amenable to incremental salvage by early reperfusion. Coronary Artery Disease. 20 (4), 295-299 (2009).
- Marzilli, M., Mariani, M. Ischemia-reperfusion and microvascular dysfunction: implications for salvage of jeopardized myocardium and reduction of infarct size. Italian Heart Journal. 2 Suppl 3, 40s-42s (2001).
- Prasad, A., Gersh, B. J. Management of microvascular dysfunction and reperfusion injury. Heart (British Cardiac Society). 91 (12), 1530-1532 (2005).
- Ishihara, M., et al. Impaired coronary flow reserve immediately after coronary angioplasty in patients with acute myocardial infarction. British heart journal. 69 (4), 288-292 (1993).
- Camici, P. G., d'Amati, G., Rimoldi, O. Coronary microvascular dysfunction: mechanisms and functional assessment. Nature Reviews Cardiology. 12 (1), 48-62 (2015).
- Chung, K. S., Nguyen, P. K. Non-invasive measures of coronary microcirculation: Taking the long road to the clinic. Journal of Nuclear Cardiology. , (2017).
- Kelm, N. Q., et al. Adipose-derived cells improve left ventricular diastolic function and increase microvascular perfusion in advanced age. PLoS One. 13 (8), e0202934 (2018).
- Pan, M., et al. Late recovery of coronary flow reserve in patients successfully treated with a percutaneous procedure. Revista Española de Cardiología. 56 (5), 459-464 (2003).
- Samim, A., Nugent, L., Mehta, P. K., Shufelt, C., Bairey Merz, C. N. Treatment of angina and microvascular coronary dysfunction. Current treatment options in cardiovascular medicine. 12 (4), 355-364 (2010).
- Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. , 8th edition, The National Academies Collection: Reports funded by National Institutes of Health (2011).
- Ciuffreda, M. C., et al. Rat experimental model of myocardial ischemia/reperfusion injury: an ethical approach to set up the analgesic management of acute post-surgical pain. PloS one. 9 (4), e95913-e95913 (2014).
- van de Hoef, T. P., Siebes, M., Spaan, J. A. E., Piek, J. J. Fundamentals in clinical coronary physiology: why coronary flow is more important than coronary pressure. European Heart Journal. 36 (47), 3312-3319 (2015).
- Naya, M., et al. Preserved coronary flow reserve effectively excludes high-risk coronary artery disease on angiography. Journal of nuclear medicine : official publication, Society of Nuclear Medicine. 55 (2), 248-255 (2014).
- Cortigiani, L., et al. Diagnostic and prognostic value of Doppler echocardiographic coronary flow reserve in the left anterior descending artery. Heart (British Cardiac Society). 97 (21), 1758 (2011).
- Kawata, T., et al. Prognostic value of coronary flow reserve assessed by transthoracic Doppler echocardiography on long-term outcome in asymptomatic patients with type 2 diabetes without overt coronary artery disease. Cardiovascular diabetology. 12, 121-121 (2013).
