Føtal Ekkokardiografi og Pulserende-bølge Doppler Ultrasound i en kanin Model of Intrauterin vækst Begrænsning
Summary
Vi beskriver undersøgelse af fosterets hjertefunktion med moderne funktionelle føtal ekkokardiografi og fetoplacental Doppler ultralyd med VisualSonics VEVO 2100 microultrasound i en kirurgisk induceret model af intrauterin føtal vækst begrænsning i en kanin.
Abstract
Fosterets udvikling begrænsning (IUGR) resulterer i unormal hjertefunktion Dette fremgår antenatally grund af fremskridt inden fetoplacental Doppler ultralyd og føtal ekkokardiografi. Stigende, er disse billeddiagnostiske metoder bliver ansat klinisk at undersøge hjertets funktion og vurdere trivsel i livmoderen og dermed vejlede timingen af fødslen beslutninger. Her brugte vi en kanin model af IUGR, der tillader analyse af hjertefunktionen i en klinisk relevant måde. Brug isofluran induceret anæstesi er IUGR kirurgisk oprettet på gestationsalder dag 25 ved at udføre en laparotomi, udsætter bicornuate livmoderen og derefter ligere 40-50% af uteroplacentale kar, der forsyner hver amnionsækken i et enkelt livmoderhorn. Den anden horn i kanin bicornuate livmoderen fungerer som interne kontrol fostre. Så efter helbredelse ved gestationsalder dag 30 (fuld tid), gennemgår den samme kanin undersøgelse af fosterets hjertefunktion. Anæstesi induceres med ketamine og xylazin intramuskulært, opretholdes derefter ved en kontinuerlig intravenøs infusion af ketamin og xylazin at minimere iatrogene virkninger på føtal hjertefunktion. En gentagelse laparotomi udføres for at eksponere hver enkelt amnionsækken og et microultrasound eksamen (VisualSonics VEVO 2100) af fosterets hjertefunktion udføres. Placental insufficiens er tydeligt af en hævet Pulsatilitetsindeks eller fraværende eller omvendt slutdiastolisk strøm af navlestrengen arterie Doppler bølgeform. Ductus venosus og midtcerebralarterie Doppler derefter undersøgt. Føtal ekkokardiografi udføres ved at optage B-mode, M-mode og flowhastigheden waveforms i laterale og apikal synspunkter. Offline beregninger fastlægge standardformularer M-mode hjerte variabler, trikuspidal og mitral ringformede plane systolisk udflugt, pletter sporing og stamme analyse, ændres myokardie ydeevne indeks og vaskulære strømningshastighed bølgeformer af interesse. Denne lille dyremodel af IUGR giver derfor undersøgelse af i Utero hjertefunktion, der er i overensstemmelse med nuværende klinisk praksis og er derfor nyttig i en translationel forskning indstilling.
Introduction
Byrden af hjerte-kar-sygdom, der skyldes fosterets udvikling begrænsning (IUGR), ikke kan overvurderes. Det er den hyppigste årsag til dødfødsel efter medfødte misdannelser. 1 vægtretardering refererer til et foster, der undlader at nå sit vækstpotentiale og er almindeligt et resultat af placenta insufficiens. 2. overlevende, kardiovaskulær sygdom er indlysende i hele levetiden med dysfunktion tilsyneladende i barndom og opvækst 3,4 og efterfølgende hypertension 5, diabetes 6 og fedme udvikler sig i voksenlivet – alle akkumulerede kardielle risikofaktorer fra fødsel til tidlig død af iskæmisk hjertesygdom 7..
Udvikling dyremodeller til at karakterisere maternel-føtal kommunikation, der etablerer IUGR og den efterfølgende føtal respons på reduceret substrat tilgængelighed er nødvendigt, hvis vi både bedre at forstå patofysiologi IUGR-relaterede bilDiac nedskrivninger og udvikle hjerte-beskyttende strategier til at forbedre føtal og postnatal sundhed. I denne forbindelse har mange forskellige modeller i forskellige arter blevet beskrevet. 8 vægtretardering almindeligvis fremkaldt af maternel underernæring med en lav protein diæt hos gnavere, 9 kirurgisk ablation eller ligering af blodgennemstrømning i livmoderen hos gnavere og marsvin 10 eller okklusion af navlestrengen arterie hos får. 11. Det er imidlertid tydeligt, at ingen model fuldt rekapitulerer den menneskelige IUGR. 12.
I denne aktuelle metodiske undersøgelse, brugte vi et grundigt valideret tilgang selektiv uteroplacentale vaskulær afbrydelse i en kanin 13-16, der ikke kun producerer føtale kardiovaskulære reaktioner observeret med ultralyd klinisk 14, men giver også mulighed for afhøring af føtal hjertefunktion med nye ekkokardiografi hjælp microultrasound teknologi af VisualSonics VEVO år 2100. Mens Doppler ultralyd af fetoplacental skibe fortsat er hjørnestenen i den nuværende prænatale overvågning af IUGR fostre 17 er funktionel ekkokardiografi stigende grad udnyttet til at give ny indsigt i sygdommen patofysiologi og vurdere fosterets velvære. 18. Derfor, her er vi tager disse fremskridt fra klinisk forskning og beskrive en dyremodel, at havne ikke kun denne imaging raffinement, men giver også den eksperimentelle platform for at undersøge mekanistiske veje og nye lægemidler.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi har brugt en tidligere valideret tilgang kirurgisk reducere blodgennemstrømningen i uterus i en kanin at producere IUGR 13-16 og senere undersøge fostrets hjertefunktion 14 til at beskrive microultrasound teknologi og hjertefunktion analyse tilgængelig på VisualSonics VEVO år 2100. Evnen til at gengive fetoplacental Doppler ændringer af humane IUGR fostre i et lille dyr model og derefter give undersøgelse af hjertefunktionen med nyligt beskrevet ekkokardiografi er sandsynligt at fremskrid…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde understøttes af en Hamilton-Fairley NHMRC Fellowship (RH, AL), den victorianske regering operationelle infrastruktur Support Program (RH, EW) og Marie Curie Industria-Academia partnerskabs-og Pathways tilskud i sponsoreret af Europa-Kommissionen (ME, PD) . Forfatterne vil gerne takke Dr. André Miyague, Dr. Francesca Russo, Ms Rosita Kinnart og Mr. Ivan Laermans for deres tekniske ekspertise i at producere denne video.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| Ketamine | Ceva Sante Animale | http://www.ceva.com/en | |
| Xylazine | Ceva Sante Animale | http://www.ceva.com/en | |
| Depot Provera | Pharmacia Upjohn | ||
| Penicillin G | Kela Pharma | http://www.kela.be | |
| Lidocaine | B Braun Medical | http://www.bbraun.com/ | |
| Temgesic | Schering-Plough | http://www.merck-animal-health-usa.com/ | |
| Isolurane | Isoba Vet; Abbott Laboratories Ltd | http://www.abbottanimalhealth.com/index.html | |
| Ethicon | Johnson and Johnson | http://www.ethiconproducts.co.uk/products/sutures | |
| Ethicon | Johnson and Johnson | http://www.ethiconproducts.co.uk/products/sutures | |
| Ethicon | Johnson and Johnson | http://www.ethiconproducts.co.uk/products/sutures | |
| VEVO 2100 | VisualSonics | SN100-0032 | http://www.visualsonics.com/ |
| Aquasonic Gel | Parker Laboratories | 01 02 | http://www.parkerlabs.com/ultrasound_products.html |
| Nellcor N-20PA Pulse oximeter | Covidien | http://www.nellcor.com/prod/PRODUCT.ASPX?S1=POX&S2=MON&id=282&V |
References
- Bukowski, R. Stillbirth and fetal growth restriction. Clin. Obstet. Gynecol. 53 (3), 673-680 (2010).
- American College of Obstetricians and Gynecologists. Intrauterine growth restriction. ACOG practice bulletin no. 12. 12, (2000).
- Crispi, F., Bijnens, B., et al. Fetal growth restriction results in remodeled and less efficient hearts in children. Circulation. 121 (22), 2427-2436 (2010).
- Cosmi, E., Visentin, S., Fanelli, T., Mautone, A. J., Zanardo, V. Aortic intima media thickness in fetuses and children with intrauterine growth restriction. Obstet. Gynecol. 114 (5), 1109-1114 (2009).
- Ojeda, N. B., Grigore, D., Alexander, B. T. Intrauterine growth restriction: fetal programming of hypertension and kidney disease. Adv. Chronic Kidney Dis. 15 (2), 101-106 (2008).
- Stocker, C. J., Arch, J. R., Cawthorne, M. A. Fetal origins of insulin resistance and obesity. Proc. Nutr. Soc. 64 (2), 143-151 (2005).
- Barker, D. J. Intrauterine programming of coronary heart disease and stroke. Acta Paediatr. Suppl. 423, 178-182 (1997).
- Anthony, R. V., Scheaffer, A. N., Wright, C. D., Regnault, T. R. Ruminant models of prenatal growth restriction. Reprod. Suppl. 61, 183-194 (2003).
- Woods, L. L., Weeks, D. A., Rasch, R. Programming of adult blood pressure by maternal protein restriction: role of nephrogenesis. Kidney Int. 65 (4), 1339-1348 (2004).
- Turner, A. J., Trudinger, B. J. A modification of the uterine artery restriction technique in the guinea pig fetus produces asymmetrical ultrasound growth. Placenta. 30 (3), 236-2340 (2009).
- Miller, S. L., Supramaniam, V. G., Jenkin, G., Walker, D., W, E. M., Wallace, Cardiovascular responses to maternal betamethasone administration in the intrauterine growth-restricted ovine fetus. Am. J. Obstet. Gynecol. 201 (6), 613.e1-613.e8 (2009).
- Barry, J. S., Rozance, P. J., Anthony, R. V. An animal model of placental insufficiency-induced intrauterine growth restriction. Semin. Perinatol. 32 (3), 225-2230 (2008).
- Eixarch, E., Figueras, F., et al. An experimental model of fetal growth restriction based on selective ligature of uteroplacental vessels in the pregnant rabbit. Fetal Diagn. Ther. 26 (4), 203-211 (2009).
- Eixarch, E., Hernandez-Andrade, E., et al. Impact on fetal mortality and cardiovascular Doppler of selective ligature of uteroplacental vessels compared with undernutrition in a rabbit model of intrauterine growth restriction. Placenta. 32 (4), 304-309 (2011).
- Eixarch, E., Batalle, D., et al. Neonatal neurobehavior and diffusion MRI changes in brain reorganization due to intrauterine growth restriction in a rabbit model. PLoS One. 7 (2), e31497 (2012).
- Figueroa, H., Lozano, M., et al. Intrauterine growth restriction modifies the normal gene expression in kidney from rabbit fetuses. Early Hum. Dev. , (2012).
- Alfirevic, Z., Stampalija, T., Gyte, G. M. Fetal and umbilical Doppler ultrasound in high-risk pregnancies. Cochrane Database Syst. Rev. (1), CD007529 (2010).
- Baschat, A. A. Examination of the fetal cardiovascular system. Semin. Fetal Neonatal. Med. 16 (1), 2-12 (2011).
- Rychik, J., Ayres, N., et al. American Society of Echocardiography guidelines and standards for performance of the fetal echocardiogram. J. Am. Soc. Echocardiogr. 17 (7), 803-810 (2004).
- Gnyawali, S. C., Roy, S., Driggs, J., Khanna, S., Ryan, T., Sen, C. K. High-frequency high-resolution echocardiography: first evidence on non-invasive repeated measure of myocardial strain, contractility, and mitral regurgitation in the ischemia-reperfused murine heart. J. Vis. Exp. (41), e1781 (2010).
- Forfia, P. R., Fisher, M. R., et al. Tricuspid annular displacement predicts survival in pulmonary hypertension. Am J Respir Crit Care Med. 174 (9), 1034-1041 (2006).
- Matos, J., Kronzon, I., Panagopoulos, G., Perk, G. Mitral annular plane systolic excursion as a surrogate for left ventricular ejection fraction. J. Am. Soc. Echocardiogr. 25 (9), 969-974 (2012).
- Cruz-Martinez, R., Figueras, F., et al. Normal reference ranges from 11 to 41 weeks’ gestation of fetal left modified myocardial performance index by conventional Doppler with the use of stringent criteria for delimitation of the time periods. Fetal Diagn. Ther. 32 (1-2), 79-86 (2012).
- Edwards, A., Baker, L. S., Wallace, E. M. Changes in umbilical artery flow velocity waveforms following maternal administration of betamethasone. Placenta. 24 (1), 12-16 (2003).
- Edwards, A., Baker, L. S., Wallace, E. M. Changes in fetoplacental vessel flow velocity waveforms following maternal administration of betamethasone. Ultrasound Obstet. Gynecol. 20 (3), 240-244 (2002).
- Neitzke, U., Harder, T., et al. Intrauterine growth restriction in a rodent model and developmental programming of the metabolic syndrome: a critical appraisal of the experimental evidence. Placenta. 29 (3), 246-254 (2008).
- Neitzke, U., Harder, T., Plagemann, A. Intrauterine growth restriction and developmental programming of the metabolic syndrome: a critical appraisal. Microcirculation. 18 (4), 304-311 (2011).
- Maulik, D., Mundy, D., Heitmann, E. Evidence-based approach to umbilical artery Doppler fetal surveillance in high-risk pregnancies: an update. Clin. Obstet. Gynecol. 53 (4), 869-878 (2010).
- Morrow, R. J., Adamson, S. L., Bull, S. B., Ritchie, J. W. Effect of placental embolization on the umbilical arterial velocity waveform in fetal sheep. Am. J. Obstet. Gynecol. 161 (4), 055-60 (1989).
- Kingdom, J. C., Burrell, S. J., Kaufmann, P. Pathology and clinical implications of abnormal umbilical artery Doppler waveforms. Ultrasound Obstet. Gynecol. 9 (4), 271-286 (1997).
- Van Mieghem, T., DeKoninck, P., Steenhaut, P., Deprest, J. Methods for prenatal assessment of fetal cardiac function. Prenat. Diagn. 29 (13), 1193-1203 (2009).
- Van Mieghem, T., Giusca, S., et al. Prospective assessment of fetal cardiac function with speckle tracking in healthy fetuses and recipient fetuses of twin-to-twin transfusion syndrome. J. Am. Soc. Echocardiogr. 23 (3), 301-308 (2010).
- Cruz-Martinez, R., Figueras, F., Hernandez-Andrade, E., Oros, D., Gratacos, E. Changes in myocardial performance index and aortic isthmus and ductus venosus Doppler in term, small-for-gestational age fetuses with normal umbilical artery pulsatility index. Ultrasound Obstet. Gynecol. 38 (4), 400-405 (2011).
- Comas, M., Crispi, F., Cruz-Martinez, R., Figueras, F., Gratacos, E. Tissue Doppler echocardiographic markers of cardiac dysfunction in small-for-gestational age fetuses. Am. J. Obstet. Gynecol. 205 (1), 57.e1-57.e6 (2011).
- Baschat, A. A. Venous Doppler evaluation of the growth-restricted fetus. Clin. Perinatol. 38 (1), 103-112 (2011).
- Hodges, R. J., Wallace, E. M. Mending a growth-restricted fetal heart: should we use glucocorticoids?. J. Matern. Fetal Neonatal. Med. , (2012).
- Miller, S. L., Chai, M., et al. The effects of maternal betamethasone administration on the intrauterine growth-restricted fetus. Endocrinology. 148 (3), 1288-1295 (2007).
- Palahniuk, R. J., Shnider, S. M. Maternal and fetal cardiovascular and acid-base changes during halothane and isoflurane anesthesia in the pregnant ewe. Anesthesiology. 41 (5), 462-472 (1974).
- Baumgartner, C., Bollerhey, M., Ebner, J., Laacke-Singer, L., Schuster, T., Erhardt, W. Effects of ketamine-xylazine intravenous bolus injection on cardiovascular function in rabbits. Can. J. Vet. Res. 74 (3), 200-208 (2010).
- Cruz-Martinez, R., Figueras, F., et al. Learning curve for Doppler measurement of fetal modified myocardial performance index. Ultrasound Obstet. Gynecol. 37 (2), 158-162 (2011).
- Germanakis, I., Gardiner, H. Assessment of fetal myocardial deformation using speckle tracking techniques. Fetal Diagn. Ther. 32 (1-2), 39-46 (2012).
- D’hooge, J., Heimdal, A. Regional strain and strain rate measurements by cardiac ultrasound: principles, implementation and limitations. Eur. J. Echocardiogr. 1 (3), 154-170 (2000).
- Flake, A. W., Villa, R. L., Adzick, N. S., Harrison, M. R. Transamniotic fetal feeding. II. A model of intrauterine growth retardation using the relationship of “natural runting” to uterine position. J. Pediatr. Surg. 22 (9), 816-819 (1987).
