心臓形態学的および心エコーイメージングによって横大動脈狭窄のマウスモデルにおける機能の変更の評価

この手順の全体的な目的は、横大動脈狭窄（TAC）によって誘導された心疾患マウスモデルを用い、心エコー図検査によって心臓の構造と機能を評価することです。本手法は、動物モデルにおける心疾患のイメージングに関する心血管研究分野の重要な疑問を解決するのに役立ちます。この技術の主な利点は、非侵襲的な方法で心疾患の進行を経時的に確実にモニタリングできることです。

一般的に、心エコーによる画像診断と測定値の取得は、実際のデモンストレーションなしでは困難であるため、この手法を導入することは非常に苦労します。撮像を開始する前に、横行大動脈狭窄術を施したマウスの足に電極用ジェルを塗布し、足を電極パッドにテープで固定します。次に、処置中の体温をモニターするために直腸プローブを挿入します。

動物の準備が整ったら、イメージング装置をBモードに設定し、プラットフォームの左側を可能な限り高く傾けて、マウスを左側臥位にします。超音波トランスデューサーをスタンドで垂直に保持したまま、ノッチを顎に向けて、動物の胸部の右胸骨縁に沿ってプローブを当てます。次に、トランスデューサーを肩甲骨方向へ傾け、大動脈弓が見えるまでプローブをわずかに時計回りに回転させます。

無名動脈と左総頸動脈の分岐間に位置する横大動脈狭窄部位を観察します。狭窄部位が特定されたら、ワークステーションのカラードップラーボタンをクリックして、カラードップラーモードに切り替えます。そして、狭窄部位における血流の方向性と流速の画像を撮影します。

cine storeをクリックして画像を保存します。次に、pulse wave dopplerボタンをクリックしてパルス波ドップラーモードに切り替えます。点線のカーソルサンプルボリュームボックスを狭窄部位の直遠位に配置し、最高速度の狭窄ジェットを特定します。再度pulse wave dopplerボタンをクリックして大動脈血流の波形を取得し、最高血流速度を測定します。その後、修正ベルヌーイ式を用いて狭窄部位の圧力勾配を算出します。

心臓の寸法および収縮能を評価するため、TAC手術を施したマウスを仰向けにしてプラットフォーム上に配置し、ノッチをマウスの頭方向に向けてトランスデューサを垂直に設置します。トランスデューサを左傍胸骨線に平行に胸部へ下ろし、プローブを反時計回りに30度回転させます。イメージング装置をBモードに設定します。

トランスデューサーの角度を調整し、深度のフォーカスを合わせて、左心室、室間中隔、および右心室壁の一部を視覚化します。Cine storeをクリックし、後で心壁厚と心腔サイズの測定を行うために画像を保存します。適切なイメージングソフトウェアの心臓パッケージを使用し、関心のあるパラメーターを選択し、目的のエコー画像内で各パラメーターに対応する線を引いて、心壁厚および心腔サイズの測定値を得ます。

次に、心壁の運動パターンを観察し、運動異常の有無を確認します。続いてMモードに切り替え、乳頭筋の位置でMモードカーソルを左室壁に垂直に配置します。その後、cine storeをクリックして画像を保存し、後で心臓の寸法および短縮率を測定できるようにします。

胸骨傍長軸像から、トランスデューサを時計回りに90度回転させ、胸骨傍短軸像を得ます。Bモードで心臓の水平断面的横断面像となるようトランスデューサを調整し、2時と4時の方向に乳頭筋が見えるようにします。次に、Mモードに切り替え、Mモードの走査線を左心室の中央に配置します。

cine storeをクリックして画像を保存します。次に、cardiacパッケージを使用して適切な短軸パラメータを選択し、画像をクリックして各パラメータに対応する線を書き込み、測定値を求めます。Bモードの短軸像で左室、右室、および心房を可視化するには、プラットフォームの左上隅を傾けてマウスの頭部を下げ、トランスデューサーを右肩方向へ向けます。

心臓の冠状断像を得ます。僧帽弁を確認してください。次にカラードプラモードに切り替え、点線のカーソルボックスのサンプルボリュームを僧帽弁の先端に配置します。

僧帽弁を通過する血流パターンを評価するため、パルス波ドップラーモードに切り替え、ドップラープローブのカーソルを僧帽弁の血流方向と平行に、角度を20度未満に調整して最高速度を測定します。画像を保存した後、心臓パッケージから僧帽弁血流を選択します。関心のあるパラメータを選択し、対応するラインを引いて適切な測定値を得ます。

次に、心機能指標（myocardial performance index）を算出します。これらの代表的なBモード画像に示されているように、Sham群とTAC手術群の両方の心臓で、大動脈弓、腕頭動脈、左総頸動脈、および左鎖骨下動脈が観察されます。しかし、大動脈縮小はTAC群の心臓でのみ認められます。

狭窄部位における大動脈血流のカラーおよびパルス波ドプライメージングにより、TACが成功すると狭窄部位の下流で血流速度が有意に上昇することが示されます。さらに、Sham群およびTAC手術群の心臓における数心周期のMモード波形を比較すると、TAC施行心ではコントロールのSham手術心に比べて、壁厚の有意な増加と心腔の拡大が認められます。傍胸骨短軸像では、TAC心において壁厚の増加、心室の拡大、収縮能の低下、および左室重量の増加がさらに明確に観察されます。

さらに、TACを施行したマウスなどの拡張不全または収縮不全を伴う心機能不全の病理学的条件下では、心尖部四腔像において、E波とA波の速度比の低下および心筋パフォーマンス指標（MPI）値の上昇が通常観察されます。この手法を習得すれば、適切に実施することで30分以内に完了させることができます。本手順を試みる際は、動物実験に関する施設ガイドラインに従うことが重要です。

この手順に続き、圧力-容積関係をさらに評価するために、系統的な分析などの他の手法を実施することができます。この技術の開発により、心血管研究分野の研究者が動物モデルを用いて心肥大や心不全を研究することが可能になります。このビデオを視聴することで、心エコー図検査（心腔内超音波イメージング）を用いて、心拍を伴う動物モデルにおける心臓の構造および機能的変化をどのように評価するかについて、十分に理解できるはずです。

Isofluraneの取り扱いは危険を伴う可能性があるため、本手順の実施中は常に適切なエンジニアリングコントロールおよび個人用保護具を使用してください。