Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54673 МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ High frequency sonography of the cardiovascular system in the early development of the lower vertebrates Высокочастотная сонография сердечно сосудистой системы в раннем развитии низших позвоночных Бурлаков А Б Burlakov A B burlakovao@mail.ru Титов С А Titov S A Зыкова Л А Zykova L A Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН ru Scientific and Technological Center of Unique Instrumentation of RAS ru Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН ru Scientific and Technological Center of Unique Instrumentation of RAS ru Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН ru Scientific and Technological Center of Unique Instrumentation of RAS ru 25 09 2021 25 09 2021 6 3 454 459 20 09 2021 20 09 2021 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54673/view

В работе описана методика высокочастотного ультразвукового исследования in vivo сердечно сосудистой системы низших позвоночных на ранних стадиях их развития. Основой экспериментальной установки, используемой в исследованиях, является сканирующий акустический микроскоп с пространственным разрешением 20 мкм, совмещенный с оптическим инвертированным микроскопом. Показано, что пространственная и временная разрешающие способности сонографического модуля являются достаточными для визуализации структуры сердца и регистрации движения его компонентов. Экспериментальные работы выполнены на особях Misgurnus fossilis и Danio rerio , находящихся на предличиночной стадии развития. Исследуемые организмы после иммобилизации помещалась в иммерсионную ячейку сонографического модуля, а ультразвуковые данные записывалась в зависимости от пространственных координат и времени. Полученные ультразвуковые сканы отчетливо показывают структурные элементы сердца, на них различаются отражения ультразвуковых сигналов от стенок сердца и элементов крови. В сканах выявляется периодичность ультразвукового пространственно-временного сигнала по временной переменной, соответствующая ритму сердечной деятельности. Продемонстрировано, что по выделенным ультразвуковым сигналам можно определить траекторию движения стенок сердца в различных его областях, а также проводить измерения скорости кровотока. Найдено, что вертикальная компонента скорости элементов крови составляет примерно 0,8 и 0,08 мм/с во время систолы и в паузе, соответственно.

The paper describes the technique of high-frequency ultrasound examination in vivo of the cardiovascular system of lower vertebrates at the early stages of their development. The basis of the experimental setup used in the research is a scanning acoustic microscope with a spatial resolution of 20 μm, combined with an optical inverted microscope. It is shown that the spatial and temporal resolution of the sonographic module is sufficient for visualizing the structure of the heart and recording the movement of its components. Experimental work was carried out on individuals of Misgurnus fossilis and Danio rerio at the larval stage of development. The studied organisms after immobilization were placed in the immersion cell of the sonographic module, and the ultrasound data was recorded depending on the spatial coordinates and time. The received ultrasound scans clearly show the structural elements of the heart, they differ in the reflections of ultrasound signals from the walls of the heart and blood elements. The scans reveal the frequency of the ultrasonic spatio-temporal signal in terms of the temporal variable, which corresponds to the rhythm of cardiac activity. It has been demonstrated that the selected ultrasound signals can be used to determine the trajectory of the heart walls in its various regions, as well as to measure the blood flow velocity. It was found that the vertical component of the velocity of blood elements is approximately 0.8 and 0.08 mm / s during systole and in pause, respectively.

 низшие позвоночные сердечно сосудистая система сонография сканирующий акустический микроскоп lower vertebrates cardiovascular system sonography scanning acoustic microscope Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках Государственного задания № 0069-2019-0009.

Giardoglou P., Beis D. On Zebrafish Disease Models and Matters of the Heart. Biomedicines, 2019, vol. 7, no. 1, p. 15. Giardoglou P., Beis D. On Zebrafish Disease Models and Matters of the Heart. Biomedicines, 2019, vol. 7, no. 1, p. 15. Бурлаков А.Б., Мачихин А.С., Хохлов Д.Д., Гадзаов А.Ф. Использование акустооптики для выявления локальной гетерогенности желтка в период подготовки к появлению спонтанной двигательной активности у эмбрионов вьюна, Misgurnus fossilis. Биомедицинская радиоэлектроника, 2019, № 2, с. 47-53. @@Burlakov A.B., Machikhin A.S., Khokhlov D.D., Gadzaov A.F. Using acousto-optics to identify local heterogeneity of the yolk in preparation for the appearance of spontaneous locomotor activity in embryos of the loach, Misgurnus fossilis. Biomeditsinskaya radioelektronika, 2019, no. 2, pp.47-53. (In Russ.) Burlakov A.B., Machihin A.S., Hohlov D.D., Gadzaov A.F. Ispol'zovanie akustooptiki dlya vyyavleniya lokal'noy geterogennosti zheltka v period podgotovki k poyavleniyu spontannoy dvigatel'noy aktivnosti u embrionov v'yuna, Misgurnus fossilis. Biomedicinskaya radioelektronika, 2019, № 2, s. 47-53. @@Burlakov A.B., Machikhin A.S., Khokhlov D.D., Gadzaov A.F. Using acousto-optics to identify local heterogeneity of the yolk in preparation for the appearance of spontaneous locomotor activity in embryos of the loach, Misgurnus fossilis. Biomeditsinskaya radioelektronika, 2019, no. 2, pp.47-53. (In Russ.) Костомарова А.А. Объекты биологии развития. М.: Наука, 1975, c. 321. @@Kostomarova A.A. Developmental biology objects. M.: Nauka, 1975, p. 321. (In Russ.) Kostomarova A.A. Ob'ekty biologii razvitiya. M.: Nauka, 1975, c. 321. @@Kostomarova A.A. Developmental biology objects. M.: Nauka, 1975, p. 321. (In Russ.) Daetwyler S., Günther U., Modes C.D., Harrington K., Huisken J. Multi-sample SPIM image acquisition, processing and analysis of vascular growth in zebrafish. Development, 2019, vol. 146, no. 6, dev173757, pp. 1-10. Daetwyler S., Günther U., Modes C.D., Harrington K., Huisken J. Multi-sample SPIM image acquisition, processing and analysis of vascular growth in zebrafish. Development, 2019, vol. 146, no. 6, dev173757, pp. 1-10. Keller P.J., Schmidt A.D., Wittbrodt J., Stelzer E.H.K. Reconstruction of Zebrafish Early Embryonic Development by Scanned Light Sheet Microscopy. Science, 2008, vol. 322, no. 5904, pp. 1065-1069. Keller P.J., Schmidt A.D., Wittbrodt J., Stelzer E.H.K. Reconstruction of Zebrafish Early Embryonic Development by Scanned Light Sheet Microscopy. Science, 2008, vol. 322, no. 5904, pp. 1065-1069. Salman H.E., Yalcin H.C. Advanced blood flow assessment in Zebrafish via experimental digital particle image velocimetry and computational fluid dynamics modeling. Micron, 2020, vol. 130, no. 3, 10280. Salman H.E., Yalcin H.C. Advanced blood flow assessment in Zebrafish via experimental digital particle image velocimetry and computational fluid dynamics modeling. Micron, 2020, vol. 130, no. 3, 10280. Sun L., Lien C.L., Xu X., Kirk Shung. K. In Vivo Cardiac Imaging of Adult Zebrafish Using High Frequency Ultrasound (45-75 MHz). Ultras. Med. Biol. 2008, vol. 34, no. 1, pp. 31-39. Sun L., Lien C.L., Xu X., Kirk Shung. K. In Vivo Cardiac Imaging of Adult Zebrafish Using High Frequency Ultrasound (45-75 MHz). Ultras. Med. Biol. 2008, vol. 34, no. 1, pp. 31-39. Huang C.C., Su T.H., Shih C.C. High-resolution tissue Doppler imaging of the zebrafish heart during its regeneration. Zebrafish, 2015, vol. 12, no. 1, pp. 48-57. Huang C.C., Su T.H., Shih C.C. High-resolution tissue Doppler imaging of the zebrafish heart during its regeneration. Zebrafish, 2015, vol. 12, no. 1, pp. 48-57. Wang L.W., Huttner I.G., Santiago C.F, Kesteven S.H., Yu Z.Y., Feneley M.P., Fatkin D. Standardized echocardiographic assessment of cardiac function in normal adult zebrafish and heart disease models. Dis. Model. Mech., 2017, vol. 10, no. 1, pp. 63-76. Wang L.W., Huttner I.G., Santiago C.F, Kesteven S.H., Yu Z.Y., Feneley M.P., Fatkin D. Standardized echocardiographic assessment of cardiac function in normal adult zebrafish and heart disease models. Dis. Model. Mech., 2017, vol. 10, no. 1, pp. 63-76. Fanga Y., Suna Y., Luo C., Gu J., Shi Z., Lu G., Silvestre J.-S., Chen Z. Evaluation of cardiac dysfunction in adult zebrafish using high frequency echocardiography. Life Sciences, 2020, vol. 253, p. 117732. Fanga Y., Suna Y., Luo C., Gu J., Shi Z., Lu G., Silvestre J.-S., Chen Z. Evaluation of cardiac dysfunction in adult zebrafish using high frequency echocardiography. Life Sciences, 2020, vol. 253, p. 117732. Evangelisti A., Schimmel K., Joshi S., Shah K., Fisch S., Alexander K.M., Liao R., Morgado I. High-Frequency Ultrasound Echocardiography to Assess Zebrafish Cardiac Function. J. Vis. Exp., 2020, Mar 12, vol. 157, e60976. Evangelisti A., Schimmel K., Joshi S., Shah K., Fisch S., Alexander K.M., Liao R., Morgado I. High-Frequency Ultrasound Echocardiography to Assess Zebrafish Cardiac Function. J. Vis. Exp., 2020, Mar 12, vol. 157, e60976. Титов С.А. Бурлаков А.Б., Зинин П.В., Богаченков А.Н. Измерение скорости звука в тканях эмбрионов костистых рыб. Изв. РАН. Сер Физическая, 2021, том 85, № 1, с. 140-144. @@Burlakov A.B., Titov S.A., Zinin P.V., Bogachenkov A.N. Measuring the Speed of Sound in Tissues of Teleost Fish Embryos. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2021, vol. 85, no. 1, pp. 103-107. (In Russ.) Titov S.A. Burlakov A.B., Zinin P.V., Bogachenkov A.N. Izmerenie skorosti zvuka v tkanyah embrionov kostistyh ryb. Izv. RAN. Ser Fizicheskaya, 2021, tom 85, № 1, s. 140-144. @@Burlakov A.B., Titov S.A., Zinin P.V., Bogachenkov A.N. Measuring the Speed of Sound in Tissues of Teleost Fish Embryos. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2021, vol. 85, no. 1, pp. 103-107. (In Russ.) Burlakov A.B., Titov S.A., Bogachenkov A.N. Ultrasonic monitoring of early development of lower vertebrate embryos. J. of Physics: Conf. Series, 2020, vol. 1679. Burlakov A.B., Titov S.A., Bogachenkov A.N. Ultrasonic monitoring of early development of lower vertebrate embryos. J. of Physics: Conf. Series, 2020, vol. 1679.