文摘

心肌病是常见的心脏疾病,主要影响心肌导致心脏功能障碍和心力衰竭。转基因小鼠疾病模型已经开发探讨细胞机制心脏衰竭和心脏性猝死在心肌病病例和探索治疗结果在实验动物体内。超声心动图是一个重要的诊断工具,准确、无创的评估实验动物的心脏结构和功能。我们的实验室已经最早应用高频超声心动图研究转基因小鼠心肌病。在这项工作中,我们总结了我们和其他研究使用常规超声心动图评估心脏收缩和舒张功能不全,脉冲多普勒,和组织多普勒成像在转基因小鼠与各种心肌病。估计胚胎老鼠心脏一直使用这种高分辨率的超声心动图表现得一样好。一些老鼠超声心动图技术因素也被讨论。

1。介绍

心肌病被认为是代表疾病,主要影响心肌。在地上的形态和病理生理学、心肌病可分为三大类型:肥厚性心肌病(HCM)扩张型心肌病(DCM)和限制性心肌病(RCM)。在过去,大多数心肌病病例描述为特发性心肌病,也就是说,病因是未知的1,2]。现在,我们知道大多数心肌病病例是可遗传的3)和一些心肌基因的突变,如肌凝蛋白,原肌球蛋白,心肌肌钙蛋白T (cTnT),心肌肌钙蛋白I (cTnI)已确定与原发性心肌病(4- - - - - -7]。

临床研究中表现出极大的异质性遗传cardiomyopathic病人即使他们携带相同的突变(8- - - - - -11]。最大的挑战是没有数据可用到目前为止确认的整体表达和掺入率突变sarcomeric蛋白在心脏。此外,其他环境和遗传因素也可能导致疾病的非均质性表现。最近,转基因动物模型所生成的模拟各种心肌病心脏肌原纤维蛋白质表达突变在人类患者(12,13]。与转基因动物的研究将填补心肌病研究之间的差距在体外化验使用重组肌原纤维和携带突变基因的病人的临床研究,这无疑将提高我们对心肌病的机制理解和为我们提供线索的预防和治疗的疾病。

一般来说,在扩张型心肌病、心力衰竭的特点是收缩功能障碍(即。,reduced ejection fraction), whereas HCM and RCM are characterized by diastolic dysfunction (i.e., impaired relaxation) [14]。评估表型,有必要开发准确、可再生的、非侵入性的方法来评估心脏形态和功能以串行的方式。超声成像技术已经越来越多地应用于识别和描述不同的心脏的结构和功能特征表型在大型动物建模人类疾病(15]。尽管收购鼠标超声心动图是相对简单的,超声心动图研究是具有挑战性的,因为体积小,快速的心跳速度,和方向的老鼠心脏。最近,已研制出的一种高分辨率echocardiograph高频(30 - 50 MHz)和高的帧速率机械探针,允许大约50的轴向分辨率μ米的深度(5 - 12厘米16]。我们实验室已经首批评估心脏功能使用高频echocardiograph(加拿大多伦多VisualSonics, Inc .)转基因小鼠与各种心肌病。在本文中,我们将总结的应用常规超声心动图,脉冲多普勒,和组织多普勒成像小鼠心脏功能评估和讨论几个技术因素在鼠标超声心动图。

2。超声心动图测量和主要参数

常规超声心动图应用在我们的实验室在实验老鼠。此外,脉冲多普勒和组织多普勒成像(TDI)也被用来确定血流动力学和心肌运动。表是一个二维实时图像,用于可视化和量化的解剖结构。four-chamber形象包括左和右心房和心室可以从表获得。通常情况下,操作员首先定位表结构,然后更改其他模式来测量心脏壁运动或血液流动。M-mode是心脏壁运动的时序图像单个超声波束,使壁厚的量化和空腔尺寸以及心肌的运动,阀门和血管壁。通常,左心室舒张期结束维度()和收缩末期维度(),室间隔(IVS),后壁(PW)厚度与M-mode记录。缩短分数()计算从M-mode LV维度使用方程:

在哪里是一个收缩期左心室功能的指标。脉冲多普勒成像技术主要用于血液流经阀门的定量测量,动脉或静脉,它提供了信息的血液流动的方向和速度。组织多普勒的心肌组织运动提供了可量化的信息,例如,阀门的运动。脉冲多普勒和组织多普勒测量的主要参数将在以下小节中描述。

3所示。收缩功能的评估

左心室结构和收缩功能是最常见的衡量M-mode在胸骨旁的短轴视图在乳头肌水平。为了获得一个在解剖学上正确的胸骨旁的短轴视图中,运营商通常从胸骨旁的长轴垂直视图通过将传感器的动物身体左侧胸骨与传感器的“缺口”指向动物头;然后逆时针旋转大约30 - 45度。这个视图描述了明显的和基础的左心室,二尖瓣的传单,主动脉瓣和主动脉根,左心房和右心室。胸骨旁的短轴视图是通过顺时针旋转传感器通过90度基础上长轴视图。然后,传感器是倾斜的顶端的小乳头肌形象化。确保所有的测量是可靠的和可重复的,短轴视图需要在乳头状肌水平作为标准使用的成像后M-mode措施。换句话说,左心室在中间分段乳头肌和可视化为完全圆的视图。左心室壁运动沿采样线在M-mode(图记录和分析1)。

M-mode成像的左心室,调查人员能够直接测量左心室的厚度后,前壁和室间隔。壁厚的增加表明心室肥大而减少可能会观察到心室扩张。左心室质量可以根据壁厚计算。左心室室直径在end-diastole end-systole也能够直接测量。如前所述,FS可以计算从M-mode LV维度。此外,射血分数(EF)是另一个有用的收缩指数函数,也可以计算从M-mode测量。

脉冲多普勒成像技术也被用来评估通过主动脉血流量。血流峰值速度的定量数据,速度时间积分,峰,意味着梯度可以测量或计算,为我们提供有用的信息在实验动物(图的收缩功能2)。主动脉根可以在顶端five-chamber可视化视图,第五室是主动脉。当传感器从顶端四腔心切面倾斜向上,主动脉将出现在屏幕的中央(图2)。

转基因与收缩功能障碍疾病小鼠模型的一个例子
我们进行超声心动图研究测量cTnT-DE7转基因小鼠的心脏功能(6)外显子的表达异常splice-out 7-encoded段氨基端变量地区的心肌肌钙蛋白T的心。没有心房扩大、心室肥大或扩张中检测出3个月大的心cTnT-DE7老鼠,指示补偿状态。然而,左心室FS和EF明显减少与野生型相比,6个月大的老鼠cTnT-DE7控制。此外,左心室流出道速度和梯度转基因小鼠的心都显著下降,表明收缩功能下降。收缩期心脏功能受损在活的有机体内没有检测到舒张功能变化表明cTnT-DE7主要降低心肌的收缩功能([17和未发表的数据)。

4所示。舒张功能的评估

一般来说,心脏舒张功能可以与常规超声心动图评估表和M-mode。表清楚地显示了左心室的结构和维度的左心室收缩和舒张。M-mode,此外,能够获得在解剖学上正确的LV测量,如和。使用b型和M-mode,我们观察到一个明显减少了LV舒张维度cTnI基因敲除小鼠和RCM cTnI转基因老鼠,都患有严重的心脏舒张功能障碍(12,18]。

最近,多普勒超声心动图已成为一个重要的临床工具为舒张性能提供可靠的和有用的数据(15,19]。Vevo 770超声心动图的无创性性质和高分辨率特性使我们能够纵向监测小鼠的心脏舒张性能在活的有机体内。使用超声心动图评估舒张功能主要是实现通过脉冲多普勒成像transmitral血液流动和二尖瓣环组织多普勒成像速度。他们都是访问在顶端四腔心切面,这是来自动物的左下侧的胸腔。这种观点基本上允许我们从心脏的顶端向基部和可视化左右心室,二尖瓣流入道,心房底部的屏幕(图3)。传感器由60 - 70度的角度,放置在一个横向的位置与左边的鼠标面临的缺口。

如图3两舒张压波E和,被认为在正常二尖瓣多普勒跟踪。E波发生在心脏舒张早期快速充盈期和一波发生在心脏舒张晚期由于心房收缩。通常情况下,一波高于一波。临床上有用的二尖瓣流入参数包括以下:早期充填峰值速度(E);心房峰值速度(A);E / A比值(通常> 1);减速时间(DT)或E波的峰值之间的间隔0基线。等容弛豫时间(IVRT)还测量了,所有阀门关闭的阶段和心室放松没有体积变化。

TDI分析已成为建立组件的诊断超声检查,允许评估心肌运动。样品体积测量二尖瓣环的隔一边。早期(E′)和晚期(′)二尖瓣环舒张速度和的比值E′′决心。TDI是非常有用的区分pseudo-normalization模式从正常的充填模式之前报道(20.]。

早期的比例填充transmitral峰值速度(E)的TDI二尖瓣E速度(E′)已经确立了自己作为一个可靠的指导提高肺毛细血管楔压(21]。肺毛细血管楔压(PCWP)提供了一个间接估计的左心室压力(22]。虽然左心室压力(圈)可以直接测量通过将一根导管进入左心室通过外周动脉喂养它,进入主动脉,然后进入心室,这不是可行的推进导管回到左心房。腿上可以测量通过放置一个特殊的导管进入右心房然后通过房间隔冲孔;然而,很明显,这不是通常由于鼻中隔损伤。腿上的直接测量可以用于人类的心,但它并不适用于老鼠心脏。因此,大腿上的E / E′率估计的老鼠心脏是一个非常有用的工具评估心脏舒张的属性。

转基因的一个例子与舒张功能不全的疾病小鼠模型
我们应用脉冲多普勒和TDI研究转基因小鼠(从2 - 12个月内)遭受限制性心肌病由于cTnI突变(20.,23]。我们发现E / A比值代表放松变异,这些转基因小鼠和限制性生理学在这些老鼠在高级阶段20.]。此外,我们发现延长IVRT是最早放松在这些转基因小鼠受损的迹象。这与先前的报道是一致的证明IVRT最敏感的多普勒指数检测受损的放松,因为这是第一次成为异常(24,25]。

5。评估冠状流和心肌灌注

脉冲多普勒成像技术已被用于评估老鼠心脏的血流通过冠状动脉(26]。从修改后的胸骨旁的长轴视图,左冠状动脉可视化源于主动脉窦,右心室流出道之间的旅行和左心室前壁,以及左心室壁的远端分支站点(图4)。样品体积的脉冲多普勒放在左主冠状动脉。在这种情况下,多普勒成像的冠状动脉血流由两座山峰组成:前低代表收缩冠状动脉血流峰值和第二高峰代表在舒张冠状动脉灌注(图4)。

我们使用超声心动图测量冠状动脉血流多普勒系统在野生型和转基因小鼠(丽江)与舒张功能不全。我们的结果表明,明显降低冠状循环在转基因老鼠遭受舒张功能不全(未发表的数据)。这些数据表明,心房和心室舒张末期压力在增加舒张功能不全可减少冠状动脉血流自冠状动脉血液供应大多发生在心脏舒张期。哈特利等人也报告说,显著减少冠状流储备(CFR)观察使用无创20 mhz多普勒超声在小鼠压力超负荷心肌肥大(27]。的确,超声心动图技术是有用的工具来评估冠状动脉血流和心肌灌注在老鼠身上在活的有机体内。

6。检查胚胎小鼠的心

尽管技术上具有挑战性,评价小鼠胚胎的心脏维度和功能是一个宝贵的工具来评估基因的作用在心脏功能的早期发展16]。我们已经检查了胚胎使用高分辨率超声心动图在b型和M-mode老鼠心脏。最早的检测可以在胚胎8.5天(E8.5)线性心脏管开始跳动。在天E11.5 13.5,可以观察心房和心室心脏发生分离。E14.5天,它是可行的测量心室壁厚和运动M-mode高分辨率超声心动图。从天E14.5开始,我们可以检查four-chamber胚胎心脏形态学分析心脏功能,检测异常的心脏在开发(图5)。

7所示。在鼠标超声心动图技术因素

鼠标的警示故事讨论了超声心动图几个评论(15,16,28]。常见的问题是麻醉和鼠标心率。麻醉药物通常用于固定和稳重的老鼠为了更好的图像采集过程中超声心动图检查。在有意识的正常小鼠心率大约是600 - 650次/分钟。引起的心率降低麻醉药的不同的研究模型可能会导致更好的提高时间分辨率图像可视化,同时和测量,但可能混淆问题的生理问题(15]。在我们的研究中,我们首先使用一个协议的麻醉老鼠和5%异氟烷麻醉,然后维持在1.5% isoflorane面罩在整个过程。据报道,使用1.5%异氟烷麻醉最小对心脏功能的影响(29日,30.]。然而,我们观察到的晚,我们可以减少isoflorane浓度到1%,可能与心率保持实验小鼠固定在470 - 500次/分钟的过程。然而,当心率在450次/分钟,这是挑战获得分离E和脉冲波多普勒成像甚至使用高分辨率超声心动图。根据我们的经验,我们可以把E和脉冲波多普勒成像的实验老鼠当他们的心率控制在400次/分钟。避免可能的影响不同心率生理的解释结果,关键的一点是要观察和分析与超声心动图在所有实验小鼠心脏功能(包括转基因小鼠和野生型控制)在一个类似的可比心率。

此外,我们发现预热超声波传播凝胶和保持必要的实验平台在37°C是保持稳定的小鼠的体温和心率在超声心动图测量的过程。

8。结论

转基因小鼠显示各种心肌病与心脏相关sarcomeric蛋白突变代表一个强大的工具为理解机制的启动和发展疾病。高频超声心动图和脉冲多普勒成像研究为我们提供了一种非侵入性和可靠的方法评估心血管结构和功能变化的心肌病小鼠模型和其他小鼠模型。老鼠胎儿成像的应用使用高频超声心动图研究将打开一个新方法研究胎儿心脏生理和心脏小鼠模型的发展。

作者的贡献

g .陈执行鼠标与超声心动图测量心脏功能。李y进行实验中提到的文本。j .田参与论文写作。l . Zhang进行超声心动图测量。n Gobara进行超声心动图实验老鼠。c .南进行一些实验中提到的文本。j。——金导演肌钙蛋白T转基因小鼠项目。黄x p .组织项目和准备手稿。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

承认

这项工作是支持由美国国立卫生研究院(gm - 073621)和美国心脏协会(AHA)东南联盟(09 grnt2400138)黄x p。