הערכת אולטראסאונד של זרימה על ידי מתווך התרחבות של הזרוע ועורקי ירך שטחיים אצל חולדות
Summary
הערכה לא פולשני של תפקוד האנדותל בבני אדם יכולה להיקבע על ידי טכניקת התרחבות בתיווך הזרימה. למרות אלפי מחקרים השתמשו בטכניקה זו, אף מחקר לא ביצע את הטכניקה הזאת הלא פולשני בחולדות. המאמר שלהלן מתאר מדידה לא פולשנית של התרחבות זרימה בתיווך של הזרוע ועורקי ירך שטחית של חולדות.
Abstract
Arterial vasodilation to increases in wall shear rate is indicative of vascular endothelial function. In humans, the non-invasive measurement of endothelial function can be achieved by employing the flow-mediated dilation technique, typically performed in the brachial or superficial femoral artery. Briefly, a blood pressure cuff placed distal to an ultrasound probe is inflated to a suprasystolic pressure, which results in limb ischemia. After 5 min of occlusion the cuff is deflated, resulting in reactive hyperemia and increases in wall shear rate that signal vasodilatory molecules to be released from the endothelium eliciting vasodilation. Despite the thousands of studies performing flow-mediated dilation in humans, surprisingly, no studies have performed this technique non-invasively in living rats. Considering the recent shift in focus to translational research, the establishment of guidelines for non-invasive measurement of flow-mediated dilation in rats and other rodents would be extremely valuable. In the following article, a protocol is presented for the non-invasive measurement of flow-mediated dilation in brachial and superficial femoral arteries of rats, as those sites are most commonly measured in humans.
Introduction
האנדותל של כלי הדם הוא בשכבה הסלולר המרפדת את לומן של העורקים הוא וסת חשוב של תפקוד כלי הדם. יש מולקולות רבות שוחררו מבית האנדותל שתוצאתן אפנון של קוטר כלי דם. בין המולקולות האלה, תחמוצת חנקן (NO), נראה כי מולקולת vasodilatory העיקרית שוחררה מן האנדותל של כלי הדם בתגובה לגירוי (למשל, אינסולין, אצטילכולין, או שינויי מאמץ גזירה) 1. בשנת האנדותל של כלי הדם, NO מיוצר על ידי האנזים אנדותל synthase NO (eNOS), והוא שוחרר לאחר מכן מתאי אנדותל 2. NO מפזר על שריר חלק בכלי הדם שם הוא גורם כלי הרפיה וגדילה בקוטר 3.
תפקוד האנדותל ניתן להעריך הלא פולשני בבני אדם באמצעות התרחבות בתיווך זרימת 4,5 טכניקה (FMD). FMD הוצע לייצג מבדק פונקציונלי האנדותל הנגזרNO הזמינות הביולוגית אצל בני אדם, נבחנת בדרך כלל על הזרוע או עורק הירך שטחית בתגובה hyperemia תגובתי הבאה איבר ~ 5 דקות חסימה 6. Hyperemia הריאקטיבי מגביר כוחות גזירה למינרית כי הם transduced אל תא האנדותל 7, מאותת על שחרורו של NO 8. אמנם בשנים האחרונות, חלקם של התרחבות ביוזמת אין לשחרר כבר התווכח 9,10, FMD מעיד על התרחבות האנדותל תלוי הוכח באופן עקבי לחזות אירועים קרדיווסקולריים 11-13.
נכון להיום, אלפי מחקרים מועסקים הטכניקה FMD למדידה לא פולשנית של תפקוד האנדותל אצל בני אדם. בהתחשב במשמרת האחרונה בפוקוס מחקר translational, הנחיות באשר לאופן מדיד לא פולשנית של FMD במכרסמים תהיינה יקרות מאוד. שמירה עם גישה translational, פרוטוקול זה הוקם למדידת FMD ב הזרוע ואת Supeעורקי ירך rficial של חולדות, כמו באתרים אלה ביותר נמדדים בדרך כלל אצל בני אדם. תוצאות פרוטוקול זה בתגובת FMD חזקה דיר בחולדות, לעומת זאת, מדידת FMD בחולדות הן תובענית מבחינה טכנית עלולה להיות קשה עבור חוקרים אחרים לשכפל בלי הפגנת וידאו. לכן, במאמר הבא ידגים שיטת למדידת לא פולשנית של FMD של הזרוע ועורקי ירך שטחית של חולדות.
Protocol
Representative Results
Discussion
במחקר הנוכחי, מדידה לא פולשנית של FMD הייתה הפגינו הזרוע ועורקי ירך שטחיים של חולדות. בדומה לבני אדם 6, לאחר תקופת חסימה 5 דקות, חלה עלייה מהירה מהיר דם (כלומר, hyperemia תגובתי) ובכך להגדיל שיעור גזירה על דפנות העורקים אשר הביאו ההתרחבות הבאה של העורק. FMD נצפתה הוא הזרוע …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
All animal imaging was performed at the Small Animal Imaging Core Facility, University of Utah.
This study was funded in part by grants from the National Institutes of Health (R21 AG043952, R01 AG040297, K01 AG046326, K02 AG045339, and R01 DK100505).
Materials
| Vevo 2100 High Resolution Micro-Ultrasound Imaging System | VisualSonics, Toronto, ON, CAN | ||
| MicroScan Ultra-High Frequency Linear Array Transducer – MS-700 30-70 MHz | VisualSonics, Toronto, ON, CAN | ||
| Vevo Imaging Station | VisualSonics, Toronto, ON, CAN | ||
| Thermasonic gel warmer | Parker Laboratories, Fairfield, NJ, USA | 82-03 | Optional |
| Signacreme electrode cream | Parker Laboratories, Fairfield, NJ, USA | 17-05 | |
| Transpore surgical tape | 3M, Maplewood, MN, USA | 1527-1 | |
| Depilatory cream (e.g., Nair) | General supply | ||
| Cotton swabs | General supply | ||
| Ultrasound gel | General supply | ||
| Standard vascular occluder, 10 mm lumen diameter | Harvard Apparatus, Holliston, MA, USA | 62-0115 | |
| 10 ml syringe with Luer-Lok tip | General Supply | Used for occlusion cuff apparatus | |
| Paperclip | General Supply | Used for occlusion cuff apparatus | |
| Hypodermic needle – 18 gauge | General Supply | Used for occlusion cuff apparatus | |
| Medium binder clip | General Supply | Used for occlusion cuff apparatus |
References
- Smits, P., et al. Endothelial release of nitric oxide contributes to the vasodilator effect of adenosine in humans. Circulation. 92, 2135-2141 (1995).
- Forstermann, U., et al. Nitric oxide synthase isozymes. Characterization, purification, molecular cloning, and functions. Hypertension. 23, 1121-1131 (1994).
- Gardiner, S. M., Compton, A. M., Bennett, T., Palmer, R. M., Moncada, S. Control of regional blood flow by endothelium-derived nitric oxide. Hypertension. 15, 486-492 (1990).
- Harris, R. A., Nishiyama, S. K., Wray, D. W., Richardson, R. S. Ultrasound assessment of flow-mediated dilation. Hypertension. 55, 1075-1085 (2010).
- Corretti, M. C., et al. Guidelines for the ultrasound assessment of endothelial-dependent flow-mediated vasodilation of the brachial artery: a report of the International Brachial Artery Reactivity Task Force. J Am Coll Cardiol. 39, 257-265 (2002).
- Celermajer, D. S., et al. Non-invasive detection of endothelial dysfunction in children and adults at risk of atherosclerosis. Lancet. 340, 1111-1115 (1992).
- Niebauer, J., Cooke, J. P. Cardiovascular effects of exercise: role of endothelial shear stress. J Am Coll Cardiol. 28, 1652-1660 (1996).
- Sessa, W. C. eNOS at a glance. J Cell Sci. 117, 2427-2429 (2004).
- Wray, D. W., et al. Does brachial artery flow-mediated vasodilation provide a bioassay for NO?. Hypertension. 62, 345-351 (2013).
- Green, D. J., Dawson, E. A., Groenewoud, H. M., Jones, H., Thijssen, D. H. Is flow-mediated dilation nitric oxide mediated? A meta-analysis. Hypertension. 63, 376-382 (2014).
- Green, D. J., Jones, H., Thijssen, D., Cable, N. T., Atkinson, G. Flow-mediated dilation and cardiovascular event prediction: does nitric oxide matter?. Hypertension. 57, 363-369 (2011).
- Brevetti, G., Silvestro, A., Schiano, V., Chiariello, M. Endothelial dysfunction and cardiovascular risk prediction in peripheral arterial disease: additive value of flow-mediated dilation to ankle-brachial pressure index. Circulation. , 2093-2098 (2003).
- Gokce, N., et al. Predictive value of noninvasively determined endothelial dysfunction for long-term cardiovascular events in patients with peripheral vascular disease. J Am Coll Cardiol. 41, 1769-1775 (2003).
- National Research Council (U.S.). . Guide for the care and use of laboratory animals. , (2011).
- Alley, H., Owens, C. D., Gasper, W. J., Grenon, S. M. Ultrasound assessment of endothelial-dependent flow-mediated vasodilation of the brachial artery in clinical research. J Vis Exp. , e52070 (2014).
- Ghiadoni, L., et al. Assessment of flow-mediated dilation reproducibility: a nationwide multicenter study. J Hypertension. 30, 1399-1405 (2012).
- Thijssen, D. H., et al. Heterogeneity in conduit artery function in humans: impact of arterial size. Am J Physiol Heart Circ. 295, H1927-H1934 (2008).
- Green, D. J., et al. Why isn’t flow-mediated dilation enhanced in athletes?. Med Sci Sports. 45, 75-82 (2013).
- Heiss, C., et al. In vivo measurement of flow-mediated vasodilation in living rats using high-resolution ultrasound. Am J Physiol Heart Circ. 294, H1086-H1093 (2008).
- Chen, Q., et al. Pharmacological inhibition of S-nitrosoglutathione reductase improves endothelial vasodilatory function in rats in vivo. J Appl Physiol. 114, 752-760 (2013).
- Pinnamaneni, K., et al. Brief exposure to secondhand smoke reversibly impairs endothelial vasodilatory function. Nicotine Tob Res. 16, 584-590 (2014).
- Liu, J., et al. Impairment of Endothelial Function by Little Cigar Secondhand Smoke. Tob Regul Sci. 2, 56-63 (2016).
- Schuler, D., et al. Measurement of endothelium-dependent vasodilation in mice–brief report. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 34, 2651-2657 (2014).
- Erkens, R., et al. Left ventricular diastolic dysfunction in Nrf2 knock out mice is associated with cardiac hypertrophy, decreased expression of SERCA2a, and preserved endothelial function. Free Radic Biol Med. 89, 906-917 (2015).
- Harris, S. A., Billmeyer, E. R., Robinson, M. A. Evaluation of repeated measurements of radon-222 concentrations in well water sampled from bedrock aquifers of the Piedmont near Richmond, Virginia, USA: : effects of lithology and well characteristics. Environmental research. 101, 323-333 (2006).
