Enfoques y Protocolos para la Integral ecocardiográficos Caracterización fenotípica en las valvulopatías en ratones
Summary
This protocol provides a detailed description of the echocardiographic approach for comprehensive phenotyping of heart and heart valve function in mice.
Abstract
The aim of this manuscript and accompanying video is to provide an overview of the methods and approaches used for imaging heart valve function in rodents, with detailed descriptions of the appropriate methods for anesthesia, the echocardiographic windows used, the imaging planes and probe orientations for image acquisition, the methods for data analysis, and the limitations of emerging technologies for the evaluation of cardiac and valvular function. Importantly, we also highlight several future areas of research in cardiac and heart valve imaging that may be leveraged to gain insights into the pathogenesis of valve disease in preclinical animal models. We propose that using a systematic approach to evaluating cardiac and heart valve function in mice can result in more robust and reproducible data, as well as facilitate the discovery of previously underappreciated phenotypes in genetically-altered and/or physiologically-stressed mice.
Introduction
El envejecimiento se asocia con aumentos progresivos en la formación de calcificaciones cardiovasculares 1. La estenosis de la válvula aórtica hemodinámicamente significativa afecta al 3% de la población mayor de 65 años 2, y los pacientes con estenosis de la válvula aórtica, incluso moderada (velocidad pico de 3-4 m / s) tienen una supervivencia libre de eventos a los 5 años del 40% menos de 3. En la actualidad, no existen tratamientos eficaces para frenar la progresión de la calcificación de la válvula aórtica, y el reemplazo de la válvula aórtica quirúrgica es el único tratamiento disponible para la estenosis de la válvula aórtica avanzada 4.
Estudios dirigidos a obtener una comprensión más profunda de los mecanismos que contribuyen a la iniciación y progresión de la calcificación de la válvula aórtica son un primer paso clave en el camino hacia métodos farmacológicos y no quirúrgicos para tratar la estenosis de la válvula aórtica 5, 6. Genéticoratones alterados-ly han jugado un papel importante en el desarrollo de nuestra comprensión de los mecanismos que contribuyen a una variedad de enfermedades y ahora están llegando a la vanguardia de los estudios sobre los mecanismos destinados a comprender la biología de la estenosis de la válvula aórtica 6, 7, 8. A diferencia de otras enfermedades cardiovasculares tales como la aterosclerosis y la insuficiencia cardíaca, donde protocolos estándar para evaluar la función vascular y ventricular son en su mayor parte bien establecidos-hay retos únicos asociados con el fenotipo in vivo de la función de válvula de corazón en ratones. Aunque recientes han proporcionado discusiones exhaustivas sobre las ventajas y desventajas de numerosas imágenes y modalidades invasivas utilizadas para evaluar la función de la válvula de roedores 9, 10, 11, hasta la fecha, no tenemos conocimiento de una publicación que proporciona una comprehensive, paso a paso protocolo para la función de la válvula del corazón fenotipificación en ratones.
El propósito de este manuscrito es describir los métodos y protocolos al fenotipo función de válvula de corazón en ratones. Todos los métodos y procedimientos han sido aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Clínica Mayo. Los componentes clave de este protocolo incluyen la profundidad de la anestesia, la evaluación de la función cardíaca, así como la evaluación de la función de las válvulas cardíacas. Esperamos que este informe no sólo servirá para guiar a los investigadores interesados en seguir la investigación en el campo de la enfermedad de las válvulas del corazón, sino que también se iniciará un diálogo nacional e internacional relacionada con el protocolo de estandarización para asegurar la reproducibilidad y validez de datos en este campo de rápido crecimiento. Es importante destacar que el uso de imágenes exitosa a los sistemas de ultrasonido de alta resolución requiere un conocimiento práctico de los principios de la ecografía (y la terminología de uso común en la ecografía), una comprensión fundamental de la principles de la fisiología cardiaca, y la experiencia significativa con la ecografía para permitir una evaluación precisa y eficiente en el tiempo de la función cardiaca en los roedores.
Protocol
Representative Results
Discussion
La inducción de la anestesia
adecuado de inducción y mantenimiento de la anestesia es fundamental para la evaluación precisa de los cambios en las válvulas del corazón y la función cardiaca en ratones. Dada la rápida inducción de la anestesia con isoflurano y provocada por el tiempo relativamente largo de lavado de este anestésico después de la anestesia profunda, no utilizamos una cámara de anestesia autónomo para la inducción. En su lugar, como se ha indicado en …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by NIH grants HL111121 (JDM) and TR000954 (JDM).
Materials
| High resolution ultrasound machine | VisualSonics, Fujifilm | Vevo 2100 | |
| Isoflurane diffuser (capable of delivering 1 % to 1.5 % isoflurane mixed with 1 L/min 100% O2 | VisualSonics, Fujifilm | N/A | |
| Transducers for small mice (550D) or larger mice (400) | MicroScan, VisualSonics, Fujifilm | MS 550D, MS 400 | |
| Animal platform | VisualSonics, Fujifilm | 11503 | |
| Advanced physiological monitoring unit | VisualSonics, Fujifilm | N/A | |
| Isoflurane | Terrell | NDC 66794-019-10 | |
| Nose cone and tubing connected to isoflurane diffuser and 100% O2 | Custom Engineered in-house | — | |
| Hair razor | Andis Super AGR+ vet pack clipper | AD65340 | |
| Ultrasound gel | Parker Laboratories | REF 01-08 | |
| Electrode gel | Parker Laboratories | REF 15-25 | |
| Adhesive tapes | Fisher Laboratories | 1590120B | |
| Paper towels |
References
- Ngo, D. T., et al. Determinants of occurrence of aortic sclerosis in an aging population. JACC Cardiovasc Imaging. 2, 919-927 (2009).
- Nkomo, V. T. Epidemiology and prevention of valvular heart diseases and infective endocarditis in Africa. Heart. 93, 1510-1519 (2007).
- Amato, M. C., Moffa, P. J., Werner, K. E., Ramires, J. A. Treatment decision in asymptomatic aortic valve stenosis: role of exercise testing. Heart. 86, 381-386 (2001).
- Bonow, R. O., et al. Focused update incorporated into the ACC/AHA 2006 guidelines for the management of patients with valvular heart disease: a report of the American College of Cardiology/American Heart Association Task Force on Practice Guidelines (Writing Committee to Revise the 1998 Guidelines for the Management of Patients With Valvular Heart Disease): endorsed by the Society of Cardiovascular Anesthesiologists, Society for Cardiovascular Angiography and Interventions, and Society of Thoracic Surgeons. Circulation. 118, e523-e661 (2008).
- Yutzey, K. E., et al. Calcific aortic valve disease: a consensus summary from the Alliance of Investigators on Calcific Aortic Valve Disease. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 34, 2387-2393 (2014).
- Rajamannan, N. M. Calcific aortic valve disease: cellular origins of valve calcification. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 31, 2777-2778 (2011).
- Weiss, R. M., Miller, J. D., Heistad, D. D. Fibrocalcific aortic valve disease: opportunity to understand disease mechanisms using mouse models. Circ Res. 113, 209-222 (2013).
- Sider, K. L., Blaser, M. C., Simmons, C. A. Animal models of calcific aortic valve disease. Int J Inflam. 2011, 364310 (2011).
- Miller, J. D., Weiss, R. M., Heistad, D. D. Calcific aortic valve stenosis: methods, models, and mechanisms. Circ Res. 108, 1392-1412 (2011).
- Ram, R., Mickelsen, D. M., Theodoropoulos, C., Blaxall, B. C. New approaches in small animal echocardiography: imaging the sounds of silence. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 301, H1765-H1780 (2011).
- Moran, A. M., Keane, J. F., Colan, S. D. Influence of pressure and volume load on growth of aortic annulus and left ventricle in patients with critical aortic stenosis. J Am Coll Cardiol. 37, 471a (2001).
- Thibault, H. B., et al. Noninvasive assessment of murine pulmonary arterial pressure: validation and application to models of pulmonary hypertension. Circ Cardiovasc Imaging. 3, 157-163 (2010).
- Baumgartner, H., et al. Echocardiographic assessment of valve stenosis: EAE/ASE recommendations for clinical practice. J Am Soc Echocardiogr. 22, 1-23 (2009).
- Lang, R. M., et al. Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. Eur Heart J Cardiovasc Imaging. 16, 233-270 (2015).
- Devereux, R. B., Reichek, N. Echocardiographic determination of left ventricular mass in man. Anatomic validation of the method. Circulation. 55, 613-618 (1977).
- Ommen, S. R., et al. Clinical utility of Doppler echocardiography and tissue Doppler imaging in the estimation of left ventricular filling pressures: A comparative simultaneous Doppler-catheterization study. Circulation. 102, 1788-1794 (2000).
- Tei, C., et al. New index of combined systolic and diastolic myocardial performance: a simple and reproducible measure of cardiac function–a study in normals and dilated cardiomyopathy. J Cardiol. 26, 357-366 (1995).
- Koshizuka, R., et al. Longitudinal strain impairment as a marker of the progression of heart failure with preserved ejection fraction in a rat model. J Am Soc Echocardiogr. 26, 316-323 (2013).
- Ishizu, T., et al. Left ventricular strain and transmural distribution of structural remodeling in hypertensive heart disease. Hypertension. 63, 500-506 (2014).
- Yamada, S., et al. Induced pluripotent stem cell intervention rescues ventricular wall motion disparity, achieving biological cardiac resynchronization post-infarction. J Physiol. 591, 4335-4349 (2013).
- Andrews, T. G., Lindsey, M. L., Lange, R. A., Aune, G. J. Cardiac Assessment in Pediatric Mice: Strain Analysis as a Diagnostic Measurement. Echocardiography. 31, 375-384 (2014).
- Ferferieva, V., et al. Assessment of strain and strain rate by two-dimensional speckle tracking in mice: comparison with tissue Doppler echocardiography and conductance catheter measurements. Eur Heart J Cardiovasc Imaging. 14, 765-773 (2013).
- Fine, N. M., et al. Left and right ventricular strain and strain rate measurement in normal adults using velocity vector imaging: an assessment of reference values and intersystem agreement. Int J Cardiovasc Imaging. 29, 571-580 (2013).
- Pernot, M., Fujikura, K., Fung-Kee-Fung, S. D., Konofagou, E. E. ECG-gated, mechanical and electromechanical wave imaging of cardiovascular tissues in vivo. Ultrasound Med Biol. 33, 1075-1085 (2007).
- Liu, J. H., Jeng, G. S., Wu, T. K., Li, P. C. ECG triggering and gating for ultrasonic small animal imaging. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 53, 1590-1596 (2006).
- Monin, J. L., et al. Low-gradient aortic stenosis: operative risk stratification and predictors for long-term outcome: a multicenter study using dobutamine stress hemodynamics. Circulation. , 319-324 (2003).
