Évaluation Basé échographie de l'artère coronaire de débit et de Flow Reserve coronaire Utilisation de la surcharge de pression modèle chez la souris

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

Clinique sténose aortique (AS) est bien connu pour favoriser une augmentation progressive du ventricule gauche (VG) postcharge. Pour compenser cette augmentation chronique charge hémodynamique, l'hypertrophie ventriculaire gauche (HVG) se ensuit comme une réponse adaptative de ^1,2. Le développement de LVH est souvent associée à des anomalies de la microcirculation coronaire. On pense que la dysfonction microvasculaire contribue à l'ischémie chronique chez ces patients ^5. En plus de débit coronaire ^3,4, réserve coronaire (CFR) représente changement fonctionnel des artères coronaires ^1,3 et est défini comme le rapport entre la vitesse d'écoulement maximale dans hyperémie à la vitesse d'écoulement de base ou de débit reposant ^4,6,7 de vitesse. CFR est diminuée pendant le remodelage du VG ^1-3,5-9 et est utilisé comme un indice de l'ampleur de la gravité du dysfonctionnement fonctionnel coronaire ^1,10,17. Il est connu pour être altérée dans de nombreuses formes de cardiomyopathie dilatée ¹⁰ s et aussi coronairestenosis ^6. CFR est aussi un marqueur pronostique pour mauvais résultats cliniques ^12.

Le remodelage du VG dans le cadre d'un dysfonctionnement cardiaque tel que l'ischémie ou l'hypertrophie ventriculaire gauche est également accompagnée d'une fibrose extensive, les variations de la microcirculation coronaire et l'épaississement des artères coronaires ^1,2. En raison de ces changements dans la physiologie coronaire, il est probable remodelage des artères coronaires. Cela contribue à atténuer les effets de la faible diffusion de l'oxygène et LV dysfonction diastolique qui pourrait résulter dans la susceptibilité à l'ischémie myocardique ^1,2,13.

Les souris génétiquement modifiées sont désormais un outil expérimental très répandue pour mimer les conditions de maladies humaines telles que l'athérosclérose coronarienne ^{5,7,10,12,17.} En particulier, le modèle de surcharge de pression chez la souris a été largement étudiée ^14,17. Le modèle de constriction trans-aortique (TAC) a été montré pour être associée à une fibrose extensive, et coronary sténose résulte, en partie, à partir de l'épaississement médian des artères coronaires et avec accompagnement des changements dans les profils de débit coronaire ^1,11,17,19 semblables à ce qui est considéré dans le cadre de l'hypertrophie ventriculaire gauche chez les humains. Bien qu'il soit connu que la surcharge de pression prolongée conduit à une insuffisance cardiaque décompensée dans environ 4-8 semaines, les effets sur la dynamique des flux coronaire et la réserve de débit dans ces modèles, tôt dans le processus de progression de la maladie, et à différents stades après le baguage, sont encore être clairement délimitée.

De nombreuses souches de souris sont actuellement disponibles pour l'utilisation de la recherche, y compris bien caractérisé LDLR – / – ou ApoE – / – souris ^10-12, et ceux-ci ont incité le développement de techniques sensibles pour évaluer la fonction cardiovasculaire et la morphologie chez les souris vivant ^11-15. Ces techniques comprennent l'IRM, PET, CT contraste, des ultrasons à haute fréquence et la tomographie par faisceau d'électrons ^2,9,17,19, qui offrent tous des alternatives prometteuses à invasiveméthodes telles que cathétérismes cardiaques et coronarographie ^12. Cependant, chez les souris avec de très petite taille des artères coronaires et le rythme cardiaque élevé (HR), l'imagerie de la circulation coronarienne constitue encore un défi technique pour de nombreuses techniques actuellement disponibles ^4,12. Fait intéressant, il ya eu une augmentation exponentielle des progrès techniques dans le domaine de l'échocardiographie Doppler transthoracique (TTDE), y compris le développement de la haute fréquence de balayage de réseau têtes avec des fréquences centrales de 15 à 50 MHz permettant résolutions axiales d'environ 30 à 100 um, à des profondeurs de 8-40 mm, et des cadences de plus de 400 cadres-capturés / sec. À son tour, techniques basées TTDE-ont émergé comme un outil potentiellement puissant pour l'imagerie de grands navires ² ou même plus petits comme les artères coronaires ^5,12.

Une autre avancée critique qui a permis aux enquêteurs de mener des études d'imagerie diagnostique du système vasculaire dans un petitnimals est l'utilisation soigneusement contrôlée des anesthésiques qui maintiennent la rythme cardiaque et respiratoire des animaux lors de l'imagerie ^11. L'entretien de l'anesthésie contrôlée est particulièrement important pour les études liées à la vasodilatation chez la souris, et l'effet de l'anesthésie doit également être explorées plus avant dans ce contexte ^10,11. Chez l'homme, d'autre part, les mesures de CFR TTDE dérivés sont devenus un outil plus couramment utilisée pour l'évaluation des artères coronaires sténosées épicardiques et non obstrué, principalement dans descendante antérieure gauche (LAD) de l'artère coronaire ^5,16. Cependant, le rôle pronostique du CFR et les changements de débit coronaire chez les patients asymptomatiques ou souris avec fonction systolique préservée LV au repos a été beaucoup moins exploré ^16. Par conséquent, le but de l'étude était d'abord établir un protocole clair, étape par étape, pour évaluer les changements dans le débit coronarien utilisant TTDE dans un modèle de souris de surcharge de pression; secondes, cette étude a examiné le signe pronostiqueificance du CFR et les changements de débit coronaire en réponse à la pression de surcharge de stress chez ces souris. Nous émettons l'hypothèse que l'évaluation du CFR et de débit coronaire à base TTDE peut être utile dans la détection précoce de la dysfonction coronarienne qui peut précéder une dysfonction ventriculaire gauche.

Protocol

NOTE: Toutes les procédures ont été réalisées chez des souris en conformité avec American Veterinary Medical Association (AVMA) directives et approuvés institutionnel de protection des animaux et l'utilisation comités (IACUC) protocoles. 1. Conception de l'étude Utilisez ancienne 8-10 semaines mâle C57BL / 6 (BW ~ 25 g) dans l'étude. Aléatoire souris (n = 11) en deux groupes, le groupe d'étude sélectionné pour baguage aortique (n = 8), et l…

Representative Results

Parmi les 11 souris qui ont été étudiés (bagués, n = 8 et faux, n = 3), les images adéquates et reproductibles ont été obtenus par un seul observateur à plusieurs points dans le temps: au départ (D-1), D2, D6 et D13 . En outre, la vitesse d'écoulement au niveau du site a été mesurée comme constrictive 2225 ± 110,9 mm / s, par rapport à 277,5 ± 10,51 mm chez les souris sham le jour / s après la chirurgie (p <0,05). L'augmentation de la vitesse est la vérification de la mise en place réussie…

Discussion

Dans cette étude sur la base d'ultrasons, l'évaluation non invasive de l'écoulement coronaire a été réalisée de façon reproductible en temps réel, au fil des jours, chez des souris expérimentales en direct; En outre, le protocole a démontré le potentiel de détecter un dysfonctionnement de l'artère coronaire qui était présent à un stade précoce et a été associée à une carence en perfusion myocardique. Cette méthode pourrait finalement être exploité comme outil clinique pour la str…

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