Echokardiographische Messung rechtsventrikulärer diastolischer Parameter in der Maus

Hier beschreiben und vergleichen wir zwei Positionen, um die apikale Vierkammeransicht bei Mäusen zu erhalten. Diese Positionen ermöglichen die Quantifizierung der rechten ventrikulären Funktion, liefern vergleichbare Ergebnisse und können austauschbar genutzt werden.

Diastolische Dysfunktion ist ein prominentes Merkmal der rechtsventrikulären (RV) Umgestaltung verbunden mit Bedingungen der Drucküberlastung. Die diastolische Funktion des Wohnmobils wird jedoch in experimentellen Studien nur selten quantifiziert. Dies könnte auf technische Schwierigkeiten bei der Visualisierung des Wohnmobils in der apikalen Vierkammeransicht bei Nagetieren zurückzuführen sein. Hier beschreiben wir zwei Positionen, die die Visualisierung der apikalen Vierkammeransicht bei Mäusen erleichtern, um die diastolische Funktion des Wohnmobils zu bewerten.

Die apikale Vierkammeransicht wird durch Kippen der Mausfixierplattform nach links und kaudal (LeCa) oder nach rechts und kranially (RiCr) aktiviert. Beide Positionen liefern Bilder von vergleichbarer Qualität. Die Ergebnisse der RV-Diastolikatfunktion aus zwei Positionen unterscheiden sich nicht signifikant. Beide Positionen sind vergleichsweise einfach zu erfüllen. Dieses Protokoll kann in veröffentlichte Protokolle integriert werden und ermöglicht detaillierte Untersuchungen der RV-Funktion.

Diastolische Dysfunktion ist ein prominentes Merkmal der rechtsventrikulären (RV) Umbau¹ und ist mit Druck-Überlast-Bedingungen^{verbunden 2}. Echokardiographie (EchoCG) kann für die Charakterisierung der RV diastolischen Dysfunktion verwendet werden^3,4. Trotz der jüngsten Entwicklungen in der Kleintier-Echokardiographie werden Messungen von diastolischen Parametern selten berichtet. Im Gegensatz dazu werden Messungen der systolischen Funktion häufig für die Charakterisierung transgener Mäuse⁵sowie für die Bewertung eines Behandlungsreaktionssystems⁶verwendet.

Dies lässt sich zum Teil durch die Schwierigkeiten bei der Messung diastolischer Parameter aus der apikalen Vierkammersicht erklären. Die Visualisierung des Herzens in dieser Position kann durch Kippen der Fixierplattform LeCa oder RiCr erleichtert werden. Selbst wenn diese Manipulationen verwendet werden, melden Echokardiographen sie nicht in ihren Manuskripten^4,7. Daher bleibt unklar, ob diese Manipulationen vergleichbare Ergebnisse liefern. Darüber hinaus schließt dies auch eine Entwicklung einer standardisierten Nomenklatur dieser Position für Mäuse aus.

Ziel dieser Studie war es, zwei Positionen für die apische Vierkammer-Ansichtsvisualisierung zu beschreiben und deren Ergebnisse zu vergleichen. Um die Unterschiede zwischen den beiden Positionen zu bestimmen, haben wir das Modell der Maus-Lungenarterienband (PAB) verwendet, bei dem ein Tantalclip zu einer partiellen Okklusion der Lungenarterie führt. Diese Okklusion führt zu rechten Ventrikel Umbau und Dysfunktion. Ausführliche Informationen zum PAB-Betrieb finden Sie in der zuvor veröffentlichten Arbeit³. Scheinbetriebene Mäuse, wo der Clip neben der Lungenarterie platziert wurde, wurden zum Vergleich verwendet. EchoCG-Untersuchungen wurden drei Wochen nach der Operation mit dem Bildgebungssystem mit einem 30 MHz Scankopf durchgeführt (siehe Materialtabelle für beide). Die Nomenklatur zur Beschreibung der Positionen und Ausrichtungen zwischen Maus und Ultraschallstrahl wird wie beschrieben von Zhou et al.⁷verwendet.

Die Studie wurde gemäß den nationalen Vorschriften für Tierversuche und der EU-Richtlinie 2010/63 durchgeführt. Bereiten Sie Geräte vor, wie zuvor von Brittain et al.⁸beschrieben.

1. Mausvorbereitung

1. Erhalten Sie 12 bis 13 Wochen alte männliche C57Bl6/J-Mäuse und beherbergen Sie sie mit einem 12 h Licht/Dunkel-Zyklus, bei konstanter Raumtemperatur und mit ad libitum Zugang zu Standard-Labor-Chow und Wasser, bis zum Beginn des Experiments.
2. Anästhesisieren Sie die Maus mit Vollnarkose vom Institut genehmigt und überprüfen Sie auf die fehlende Reaktion auf die Zehenprise. Unter milder Anästhesie mit Isofluran 0,8%–1,2% die Maus auf einer beheizten Plattform fixieren. Tragen Sie Elektrodengel auf seine Extremitäten auf, um seine Herzfrequenz und Temperatur kontinuierlich zu überwachen.
3. Enthaaren Sie das Brusthaar der Maus mit der Enthaarung. Um den Druck auf den Thorax zu reduzieren, tragen Sie das Ultraschall-Kopplungsgel nicht direkt auf den Thorax auf; stattdessen eine Schicht des Gels auf die Spitze des Messumformers auftragen.

2. Bildaufnahme

1. Apikale Vierkammeransicht mit linker und kaudaler Neigung der Plattform
   1. Nach der Mausvorbereitung die Plattform nach links bei 10°–15° und dann bei 10°–15° kauen.
   2. Positionieren Sie den Messumformer oberhalb des Scheitelpunkts mit der Bildebene von 45° auf die koronale Ebene und die Mittelachse des Ultraschallstrahls, der kranially, hintergründ und nach links gerichtet ist, um die apikale Vierkammeransicht zu erhalten. Drücken Sie die B-Mode-Taste, um das B-Modus/2-D-Bild zu aktivieren.
      HINWEIS: Der Messumformer kann manuell gehalten oder durch eine Stufe fixiert werden. Der Begriff "B-Modus" stammt aus dem Bildgebungssystem, das anstelle des vertrauteren Begriffs "zweidimensional" (2-D) verwendet wurde und im gesamten Protokoll verwendet wird.
   3. Achten Sie auf das Erscheinungsbild der folgenden Strukturen im akustischen Fenster: der linke Ventrikel (LV), das linke Atrium (LA), das Wohnmobil, das rechte Atrium (RA), das Mitralventil (MV) und das Trikuspidalventil (TV).
   4. Manipulieren Sie die Bildebene in der koronalen Ebene und drehen Sie sich im Uhrzeigersinn um die Mittelachse, bis beide Ventrikel in ihrer längsten Dimension visualisiert sind und beide Vorhöfe sichtbar sind. Dies ist die Vier-Kammer-Ansicht (Abbildung 1).
   5. Drücken Sie die Cine Store-Taste, um die Aufnahme zu speichern.
   6. Drücken Sie die Taste Scannen/Einfrieren, um das System anzuhalten.
2. Messung transtricuspid Erfließgeschwindigkeiten
   1. Drücken Sie die Taste Scannen/Einfrieren, um das System zu aktivieren.
   2. Drücken Sie mehrmals die Overlay-Taste, um das Probenvolumen für den PW-Modus (gepulste Welle) zu aktivieren.
   3. Während Sie die erhaltene Vierkammeransicht beibehalten, positionieren Sie mit dem Trackball das Probenvolumen an der Öffnung der Trikuspidalklappen zur Messung von Zuflussgeschwindigkeiten (E- und A-Spitzengeschwindigkeiten).
   4. Drücken Sie die TASTE PW-Modus zur Messung von Zuflussgeschwindigkeiten (E- und A-Spitzengeschwindigkeiten).
      HINWEIS: Da Trikuspidalklappen in dieser Position schwer zu visualisieren sind, hilft die Durchführung mehrerer Messungen, das Probenvolumen korrekt an den Blutfluss auszurichten. Führen Sie die Doppler-Probenahme mit dem kleinsten Einfallswinkel zwischen dem Dopplerstrahl und der Durchblutungsrichtung durch. Das erhaltene Blutflussprofil sollte den folgenden Kriterien entsprechen: 1) ein Zuflussprofil ähnlich einer M-Form mit dem ersten Peak niedriger als der zweite; 2) eine Atemmodulation mit erhöhter Amplitude an der Inspiration; 3) eine maximale Amplitude der Geschwindigkeiten in mehreren Messungen (Abbildung 2).
   5. Drücken Sie die Cine Store-Taste, um die optimierte Aufnahme zu speichern.
   6. Drücken Sie die Taste Scannen/Einfrieren, um das System anzuhalten.
3. Messung der trikuspidalen Ringebene systolischer Exkursion (TAPSE)
   1. Drücken Sie die Taste Scannen/Einfrieren, um das System zu aktivieren.
   2. Wechseln Sie in den B-Modus, indem Sie die B-Mode-Taste drücken. Einige Manipulationen am Bild könnten notwendig sein, um die korrekte Vier-Kammer-Ansicht wiederzuerlangen.
   3. Drücken Sie mehrmals die Overlay-Taste, um die Probenlautstärke des M-Modus zu aktivieren. Richten Sie das Probenvolumen mit dem Trackball an dem seitlichen Teil des trikuspidalen Annulus aus. Durch Ziehen der Ränder des Probenvolumens mithilfe des Trackballs richten Sie die Länge des Probenvolumens so aus, dass sie die gesamte Amplitude der Herzbewegung während des Herzzyklus abdeckt.
   4. Drücken Sie die M-Mode-Taste, um den M-Modus zu aktivieren. Die Bewegungen der Trikuspidalen sollten als Welle erscheinen (Abbildung 2).
   5. Drücken Sie die Cine Store-Taste, um die Aufnahme zu speichern.
   6. Drücken Sie die Taste Scannen/Einfrieren, um das System anzuhalten.
4. Messung der Gewebe-Doppler-Parameter
   1. Drücken Sie die Taste Scannen/Einfrieren, um das System zu aktivieren.
   2. Drücken Sie die B-Mode-Taste, um den B-Modus zu aktivieren.
      HINWEIS: Einige Manipulationen durch Angulation in der koronalen Ebene und Drehung im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn um die zentrale Achse des Bildes könnten notwendig sein, um die korrekte Vierkammeransicht wiederzuerlangen.
   3. Drücken Sie mehrmals die Overlay-Taste, um das Probenvolumen für TDI (Gewebe-Doppler-Bildgebung) zu aktivieren. Richten Sie das Probenvolumen mit dem Trackball an dem seitlichen Teil des trikuspidalen Annulus aus, wobei die RV-freie Wand einen Winkel mit dem Trikuspidalventil erzeugt. Indem Sie die Kanten des Probenvolumens mit dem Trackball ziehen, passen Sie das Probenvolumen so an, dass es sowohl die systolischen als auch die diastolischen Extrempositionen des Rings einschließt.
   4. Drücken Sie die Tissue-Taste, um den TDI-Modus zu aktivieren.
      ANMERKUNG: Die gelbe Rückverfolgung der TDI-Aufnahme entspricht den folgenden Kriterien:1) einer Aufzeichnung, die einer invertierten M-Form ähnelt; 2) deutlich unterscheidbare E' und A' Spitzen während der Diastole und S' Spitze während der Systole; 3) eine maximale Amplitude der Geschwindigkeiten in mehreren Messungen (Abbildung 2).
   5. Drücken Sie die Cine Store-Taste, um ein optimiertes Bild aufzuzeichnen.
   6. Drücken Sie die Taste Scannen/Einfrieren, um das System anzuhalten.
5. Apikale Vierkammeransicht mit rechter und kranialer Neigung der Plattform
   1. Angulate die Plattform nach rechts bei 10°–15° und dann schädelbei 10°–15°. Führen Sie die Inden beschriebenen Messungen für die LeCa-Schritte (Schritte 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4) durch.
      HINWEIS: Während der Untersuchung sollte Isofluran zwischen 0.–1.2 titriert werden, um die Herzfrequenz der Maus bei 400–440 bpm zu halten. In diesem Bereich sind separate Spitzen des transtricuspid-Blutflusses und der Gewebe-Doppler-Geschwindigkeiten (DTI) messbar. Um die Auswirkungen des Wärmeverlustes auf die Hämodynamik zu vermeiden, werden die Daten aufgezeichnet und die Analyse wird off-line durchgeführt. Für die Analyse werden nur Signale verwendet, die am Ende des Ablaufs erhalten wurden. Messungen von 3 - 5 Herzschlägen werden gemittelt.

Die apikale Vierkammeransicht ist bei Mäusen schwer zu erhalten. Daher können Manipulationen der Plattformposition helfen, das Herz zu visualisieren, indem es seine Position im Thorax ändert. Das Kippen der Plattform nach links und rechts verbesserte das akustische Fenster und lieferte Bilder vergleichbarer Qualität im B-Modus (Abbildung 1). Nach Erhalt der richtigen Positionen lieferten Messungen im PW-, M- und TDI-Modus Bilder vergleichbarer Qualität (Abbildung 2). Die Messung der diastolischen Parameter wurde an Schein- und PAB-betriebenen Mäusen durchgeführt (Tabelle 1). Beide Positionen (RiCr und LeCa) lieferten ähnliche Ergebnisse in den diastolischen Parametern (Tabelle 2). Darüber hinaus ergaben die EchoCG-Untersuchungen in beiden Positionen ähnliche Unterschiede zwischen den Schein- und der PAB-Gruppe (Tabelle2, Dunnets Test). Die Korrelationsanalyse ergab eine gute Übereinstimmung zwischen den Werten, die aus diesen beiden erleichterten Positionen gewonnen wurden (Abbildung 3). Da für diese Studie kleine Gruppen von Tieren verwendet wurden, wurden nicht-parametrische Tests angewendet^9,10. Intra-Beobachter-Variabilität für einige analysierte Parameter wurde zuvor veröffentlicht³.

Abbildung 1 : Repräsentative Bilder der apikalen Vierkammeransicht. Die apikale Vierkammeransicht wird durch Kippen der Mausfixierplattform nach links und kaudal (LeCa) oder nach rechts und kranially (RiCr) aktiviert. LA = linkes Atrium; LV = linker Ventrikel; RA = rechtes Atrium; RV = rechter Ventrikel. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2 : Repräsentative Bilder der TAPSE-, TDI- und transtricuspid-Durchflussmessungen aus zwei erleichterten apikalen Vierkammer-Ansichtspositionen. TAPSE = tricuspid annulus ebene systolische Exkursion; E' = frühe Spitze der rechtsventrikulären Entspannungsgeschwindigkeit; A' = späte Spitze der rechtsventrikulären Entspannungsgeschwindigkeit; S' = Geschwindigkeit der rechten ventrikulären Kontraktion; E = früher Höhepunkt des diastolischen Trikuspidalzuflusses; A = späte Spitze des diastolischen Trikuspidalzuflusses. Beachten Sie die Veränderung des transtricuspid Blutflussprofils an der Inspiration (Insp). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3 : Korrelationsanalyse von Daten aus zwei erleichterten apikalen Positionen. Die Korrelationsanalyse wurde mit dem nicht-parametrischen Spearman-Test durchgeführt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Tabelle 1: Charakterisierung der operierten Gruppen drei Wochen nach der Operation. RVFW = rechtsventrikuläre freie Wanddicke; VTI = Geschwindigkeits-Zeitintervall.

Tabelle 2: Vergleich der Ergebnisse aus der apikalen Vierkammeransicht, die durch die linke kaudale oder rechte Schädelplattformneigung erleichtert wird. EchoCG-abgeleitete RV-Funktionsparameter werden angezeigt. Da jede Maus in beiden Positionen untersucht wurde, wurde der signierte Rang Wilcoxon-Test für gruppeninterne Vergleiche verwendet. ^§ p > 0,05 zwischen RiCr und LeCa. Der Kruskal-Wallis-Test, gefolgt von Dunnets Post-hoc-Test, wurde für mehrere Gruppenvergleiche verwendet. Die Ergebnisse von zwei ausgewählten interfraktionellen Vergleichen werden in der Tabelle dargestellt. * p < 0,05, ** p < 0,01. PAB = Lungenarterienband; LeCa = linke kaudale Neigung; RiCR = rechte Schädelneigung; E = früher Höhepunkt des diastolischen Trikuspidalzuflusses; A = späte Spitze des diastolischen Trikuspidalzuflusses; TAPSE = tricuspid annulus ebene systolische Exkursion; e' = frühe Spitze der rechtsventrikulären Entspannungsgeschwindigkeit; a' = späte Spitze der rechtsventrikulären Entspannungsgeschwindigkeit; S' = Geschwindigkeit der rechten ventrikulären Kontraktion; HR = Herzfrequenz; bpm = Schläge pro Minute.

Die echokardiographische RV-Funktion und Dimensionsbewertung aus parasternalen Positionen wurden gut beschrieben. Im Gegensatz dazu wurde die apikale Position in der Maus-Echokardiographie teilweise aufgrund technischer Schwierigkeiten vernachlässigt. Mit einer horizontalen Plattformposition ist es schwierig, ein ausreichendes akustisches Fenster für die Vierkammer-Ansichtsbildgebung zu erhalten. Um die Bildgebung dieser Position zu erleichtern, kann die Plattform nach links geneigt werden, eine Manipulation ähnlich der linksseitigen Positionierung von Patienten. Dies sollte zu einer nach links gerichteten und überlegeneren Positionierung des Herzens führen und so das akustische Fenster verbessern. Daher ist LeCa unsere standardisierte Position für apikale Visualisierung. Bei etwa 30 bis 35 % der Mäuse kann die Bildqualität in dieser Position jedoch nicht ausreichen. Hier kann die Bildgebung in der RiCr-Position hilfreich sein.

Anhand dieser Positionen können transtricuspid-Durchblutungsgeschwindigkeiten (E und A) und Gewebedopplergeschwindigkeiten (E' und A') gemessen werden, die Informationen über die diastolische Funktion des Rv liefern. Wir beobachteten eine gute Korrelation zwischen DEN TDI-Parametern, die aus den beiden Positionen gewonnen wurden. Weniger zufriedenstellend war die Korrelation von E. Im Allgemeinen war die Visualisierung des transtricuspidalen Blutflussprofils der anspruchsvollste Teil des hier vorgestellten Protokolls und zeigte die höchste Variabilität. Die Messung von TAPSE und S' durch Gewebe Doppler lieferte eine Schätzung der rv systolischen Funktion. Angesichts der jüngsten Erkenntnisse ist die physiologische Bedeutung von TAPSE jedoch nicht klar¹¹. Wir messen den RV-Fraktionsbereich der Kontraktion nicht routinemäßig von der apikalen Position aus, da unter den Bedingungen der Drucküberlastung der seitliche Teil des vergrößerten Wohnmobils teilweise vom Brustbein bedeckt und von dieser Position aus nicht vollständig sichtbar^{ist 3}. So ermöglicht die Visualisierung der apikalen Position bei Mäusen die Messung der in der Klinik routinemäßig eingesetzten Parameter und liefert damit mehr Informationen, was eine vollständigere funktionelle Charakterisierung ermöglicht.

Dehnungs-, Dehnungsratenanalyse und Speckle-Tracking-Echokardiographie sind neue Modalitäten des Herz-Ultraschalls¹². Seine hohe Empfindlichkeit kann Herzfunktionsstörungen in den Anfangsstadien¹³ erkennen und hat die Macht, die Sterblichkeit vorherzusagen¹⁴; daher ist ihre Anwendung auch in experimentellen Studien gerechtfertigt. Leider ist bei Mäusen die RV-freie Wand teilweise hinter dem Schatten des Brustbeins versteckt, was die Analyse der Dehnung behindern könnte. Darüber hinaus erfordert die Fleckenanalyse eine gute Bildqualität und Visualisierung der gesamten freien Wand.

Das Herz-Kreislauf-System reagiert schnell auf Veränderungen in der Körperhaltung durch Aktivierung baroreceptor Mechanismen¹⁵. Daher ist zu erwarten, dass die Schädelneigung der Plattform reflektierende Veränderungen in den gemessenen Herzparametern verursachen würde. Tatsächlich verursachten sowohl die Kopf-up- als auch die Kopf-Nach-Unten-Kippposition eine vorübergehende Veränderung der Herzfrequenz und der elektrischen Herzachse bei Mäusen¹⁶. Während eine 90°-Kopfneigung eine erhöhte Herzfrequenz verursacht, verursachte eine 90°-Kopf-Down-Neigung vorübergehende und statistisch unbedeutende Bradykardie. Im Gegensatz dazu empfehlen wir, die Maus nur um 10°–15° in beide Richtungen zu kippen. Diese leichten Veränderungen in der Körperhaltung verursachten keine messbaren hämodynamischen Perturbances.

Die diastolische Lv-Funktion bei Mäusen ist ein weiteres unteruntersuchtes Gebiet. Obwohl in dieser Studie nicht getestet, sollte das hier vorgestellte Protokoll für die Quantifizierung der diastolischen FUNKTION LV verwendet werden können.

Theoretische und praktische Einschränkungen des Kleintiers EchoCG wurden an anderer Stelle ausführlich beschrieben⁸. In diesem Protokoll werden Messungen mit Herzfrequenzen von 400–440 bpm durchgeführt. Bei diesem Herzfrequenzbereich sind Messungen der E- und A-Geschwindigkeitsspitzen sowie der TDI-Indizes möglich. Bei höheren Herzfrequenzen verschmelzen Spitzen, was eine Quantifizierung unmöglich macht. Da die physiologische Herzfrequenz für Mäuse 500–600 bpm beträgt, ist die in diesem Protokoll verwendete Herzfrequenz eher niedrig. Dennoch erscheinen die Messungen in diesem Herzfrequenzbereich zuverlässig und ermöglichen die Unterscheidung zwischen physiologischen und dysfunktionalen Phänotypen³.

Wir beschrieben ein Protokoll für zwei Positionen, das die Bewertung von RV-Funktionsparametern aus Vierkammeransichten bei Mäusen erleichtert. Die Positionen liefern vergleichbare Ergebnisse und können austauschbar genutzt werden.

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Die Studie wurde vom Ludwig Boltzmann Institut für Lungengefäßforschung gefördert.