新型高频(≥20兆赫)高分辨力(可达30微米)超声技术不仅具备传统临床超声实时、动态、经济、可重复性、无核辐射的优点,而且非常适合实验小鼠心脏小、心率快的特点,大大提高了图像质量和实验效率,在小鼠心血管疾病模型研究中得到越来越多的应用。 工欲善其事,必先利其器。此前有研究认为麻醉剂、麻醉时间、心率和体温可能是影响小鼠心超指标测量的重要因素。我们将首先探讨可能影响小鼠心超测量的因素的不同作用,以初步建立起一个稳定高效的小鼠高频超声平台,为将来课题的在体实验提供有力保障。 心脏由冠状动脉供血,冠脉血流储备(coronary flow reserve, CFR)反映心脏储备。我们猜想新型高频超声可以观察小鼠冠脉系统(包括左心和右心)的结构和血流动力学。既往有文献报道,小鼠经主动脉缩窄(transverse aortic constriction, TAC)构成压力超负荷模型后,左心和右心的冠状动脉血管开口灌注压类似但左右心室内压力却差别明显。我们认为,运用新型高频超声技术,对小鼠的三根主要冠脉(左冠脉,冠脉室间隔支,右冠脉)的血流灌注和冠脉血流储备进行评估,同时结合左右心室结构、功能和血管新生的情况,有助于我们进一步认识冠脉功能与心脏功能受损的病理生理学联系,机械应力、血流灌注与血管新生的关系。 第一部分心率和麻醉时间对高分辨力超声心动图评价异氟烷麻醉小鼠的影响 背景和目的： 麻醉引起的镇静和制动作用为小鼠心超的实施提供了便利,但却对小鼠心功能有影响,因而不可避免也对测量结果带来影响。本研究探讨心率和麻醉时间对异氟烷麻醉小鼠心超操作重复性的影响。 方法： 雄性C57BL/6J小鼠(9-10周龄)在心率或麻醉时间相对固定的情况下行高分辨率超声心动图检查,一周后重复操作。 结果： 在高心率条件(450-525bpm)下,超声心动图的重复测量结果具有高度可重复性,在低心率条件(350-400bpm)下,除了部分M型超声指标之外,超声心动图的重复测量结果也具有较好的可重复性。当麻醉时间类似时,高心率小鼠表现出较小的前负荷指标(如内径),较高的收缩期指标和多普勒血流指标。与之相反,当心率类似时,麻醉时间长的小鼠超声心动图指标与麻醉时间短的小鼠相应指标比较,没有统计学差异。 结论： 高心率下测量小鼠超声心动图具有更好的可重复性。在小鼠的超声心动图评价中,控制心率比控制麻醉时间对于具有更重要的意义。 第二部分高分辨力超声对主动脉缩窄小鼠左心和右心冠脉血流灌注和冠脉血流储备的评价 背景和目的： 主动脉缩窄小鼠左心和右心冠脉开口处灌注压提高相仿,但是左右心室的负荷程度却有着明显差别。传统超声由于空间分辨力有限,研究小鼠冠状动脉各主要分支的灌注情况对传统超声是个巨大的挑战。在本实验中,我们使用新型高频高分辨力超声系统,在体评价主动脉缩窄小鼠主要冠脉的血流灌注情况以及相应的左右心脏的结构、功能和血管新生情况。 方法： 雄性C57BL/6J小鼠(12-13周龄)随机分成6组,三组行升主动脉缩窄,另外三组行对应的假手术。在术后2周,4周和8周,各抽取一组升主动脉缩窄小鼠和假手术小鼠行高分辨力超声评价左冠脉、冠脉室间隔支和右冠脉的血流灌注情况以及心脏和大血管的结构和功能。各组小鼠完成超声操作后行心脏病理切片观察心肌细胞大小和血管新生情况。 结果： 主动脉缩窄后,在实验各个观察时间点均发现左冠脉和冠脉室间隔支的血流多普勒频谱由舒张期血流占优势转变为收缩期血流占优势,而右冠脉血流在造模前后舒张期血流和收缩期血流类似。主动脉缩窄后2周,左冠脉血流灌注提高、冠脉血流储备下降,冠脉室间隔支在主动脉缩窄后4周出现类似变化,右冠脉的血流灌注和冠脉血流储备未出现统计学差异。相应地,主动脉缩窄后,左室收缩功能由代偿逐渐转为失代偿,右室收缩功能未见明显变化。超声和病理切片均发现,主动脉缩窄后各观察时间点左室和室间隔心肌细胞横截面内径增大,而在右室心肌细胞无类似变化。左室和室间隔在2周和4周时毛细血管密度增加,右室心肌毛细血管密度只在4周时增加。 结论： 通过新型高分辨力超声,我们第一次量化评价了小鼠三根主要冠脉的血流动力学情况,发现这三根冠脉的多普勒血流频谱存在明显不同。总体上看,主动脉缩窄后,左冠脉和冠脉室间隔支血流灌注增加,冠脉血流储备下降,伴随左室和室间隔心肌肥大和血管新生,这些指标在右室的变化相对轻微。
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