The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
This translation into Russian was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages
1Electrical and Computer Engineering Department, The George Washington University, 2Pharmacology and Physiology Department, The George Washington University
Asfour, H., Wengrowski, A. M., Jaimes III, R., Swift, L. M., Kay, M. W. NADH Fluorescence Imaging of Isolated Biventricular Working Rabbit Hearts. J. Vis. Exp. (65), e4115, doi:10.3791/4115 (2012).
1. Установка для исследования
2. Сердце Удаление
3. Бивентрикулярной катетеризации
4. Сигнал приобретения: давление, Монофазные потенциалы действия, и fNADH
5. Автономная обработка изображения fNADH

6. Представитель Результаты
Передняя и базальные виды бивентрикулярной рабочий подготовке сердце кролика показано на рисунке 1. Давления в левом желудочке измеряли с помощью навигации катетер датчик давления (Миллар SPR-407) мимо аортального клапана и в левый желудочек. Аорты, легочной артерии, левого желудочка и давление (ППЖ), показаны на рис 1С. Диастолическое LVP, как правило, от 0 до 10 мм рт. Минимальная диастолического давления в аорте составляет около 60 мм рт. Пик систолическое LVP зависит от давления наполнения (предварительная нагрузка или давление LA) и сократимостьи, оптимально, должно быть от 80 до 100 мм рт. Максимальное давление аорты и максимально LVP должны точно соответствовать, как показано на рисунке 1С.
Монофазные потенциалы действия (MAP) с быстрой фазы деполяризации и реполяризации фазы, характерные для кролика сердца показано на рисунке 1D. Карты могут быть записаны относительно легко из договаривающихся сердце, но, как правило, небольшие артефакты движения во время диастолы, как показано на рисунке 1D. Карты полезных для подтверждения успешного увлечения сердца (захват) во время стимуляции, а также может быть использован для измерения местных электрофизиологические изменения, связанные с ишемией или других острых возмущений. ЭКГ также может быть измерена путем погружения сердца в ванне с теплой superfusate и размещения электродов в ванне на левую и правую стороны сердца. Третий индифферентный электрод либо помещаются в ванну, от сердца, или присоединяется к аорте.ЭКГ будет представлена информация о глобальных возбуждения и реполяризации процесс, который используется для оценки общей электрической функции и для выявления наличия ишемии.
fNADH изображений показывает изменения в митохондриальных окислительно-восстановительное состояние сердца, которое может быть использовано для измерения пространственно-временной прогрессии ишемического или гипоксического регионах. Для этого исследования, эпикарда fNADH была измерена для мониторинга изменений в окислительно-восстановительного состояния в течение трех стимуляции ставки на длины циклов (КЛ) 300, 200 и 150 мс. Средние значения fNADH из области интересов (красная коробка, рисунок 2) показывают, что базовые уровни fNADH увеличиваться длительность цикла сокращается. Когда ходил скорость близка к синусового ритма (CL = 300 мсек), базовый fNADH уровне относительно постоянной. Как длины цикла сокращается до 300 мс, базовый fNADH уровней увеличения, при этом наибольшее увеличение в кратчайшие CL (150 мс). Высокое разрешение изображения fNADH полной передней поверхностина 200 и 400 ударов в минуту показано на рисунке 3. fNADH уровне 200 ударов в минуту были постоянными и пространственно однородной. На 400 ударов в минуту, fNADH уровней значительно возросла во всем эпикарда. Значительная пространственная неоднородность наблюдается наибольший рост имеет место в регионах перегородки ПЖ и ЛЖ.
Сигнал fNADH колеблется с сокращением (движение артефакт), а частота колебаний соответствует частота сердечных сокращений (рис. 2). В бивентрикулярной катетеризации, основания сердца проводится на 4 канюли, которая помогает предотвратить раскачивание сердца во время сокращения. Таким образом, амплитуда колебаний всегда меньше, чем больше масштаб времени (5-10 сек) тенденции в fNADH, вызванных ишемией и гипоксией.

Рисунок 1. Типичные давления и монофазные потенциалы действия с изолированной бивентрикулярной рабочий раbbit сердце. А. Базальная вид на сердце показывает четыре канюли: 1, аорты, 2, легочной артерии, 3, левого предсердия и 4, в правом предсердии B. Передняя вид на сердце показывает левого желудочка (ЛЖ) и правого желудочка. (RV). С. давления представителя. Top: давления в левом желудочке (сплошная линия) и аортального давления (пунктирная линия). Внизу:. Давление в легочной D. представитель монофазные потенциалы действия. Сигнал выравнивается с давлением показан на панели C. Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

Рисунок 2. fNADH визуализации изолированных бивентрикулярной рабочий кролика сердце. Top: мультфильм поля зрения (слева) и три fNADH изображения показано на рисунке. Соответствующая длина цикла стимуляции (CL) указан на каждом изображении.Регион представляет интерес для fNADH сигнала в нижней панели указывается красной рамкой. Кончик электрода монофазный потенциал действия видна справа от интересующей нас области. Эпикарда была освещена помощью ртутной лампы и световода, как показано на рисунке 5. Только эпикарда поверхности, окружающих область интереса был освещен нижний. Средняя fNADH для региона интерес, проявленный красный прямоугольник в верхней панели. Среднее увеличение fNADH с уменьшением длины цикла.

Рисунок 3. fNADH изображения полного передней поверхности изолированного бивентрикулярной рабочий кролика сердце. сердце темп из Армении в 200 ударов в минуту и 400 ударов в минуту. fNADH удалось сфотографировать (2 кадра в секунду, 128х128 пикселей с разрешением 0,4 мм), а освещал всю переднюю эпикарда с помощью двух мощных светодиодов (Mightex PLS-0365-030-S, 365 нм, 4% яntensity, 50 мВт).
Изолированной Langendorff перфузии сердце остается известный инструмент для изучения физиологии сердца 2. Это особенно полезно при изучении нарушений сердечного ритма, особенно те, которые используют флуоресценции трансмембранного потенциала 20. Преимуществом является то, что весь эпикарда изолированного сердца можно наблюдать 21, 22. Еще одним преимуществом является то, что, в отличие от крови, перфузии с четким буферного раствора кристаллоидов не мешает флуоресценции. Ограничение в том, что техника Langendorff не очень хорошо подходит для исследования сердечной обмена веществ, которые часто требуют сердце для выполнения работ в рамках физиологических преднагрузки и постнагрузки давления.
Чтобы поднять значимость изолированных препаратов сердце метаболических исследований, Нили введены изменения в технику Langendorff для создания надлежащих левого желудочка (ЛЖ) преднагрузки и постнагрузки давление 3.Эта модель известна как изолированное LV модель сердца рабочих и широко используется для изучения LV производительность и обмен веществ 4-6. Сердце LV рабочая модель превосходит модели Langendorff для функциональной оценки, но он не обеспечивает надлежащим образом загружены правого желудочка (ПЖ). Demmy соавт. впервые сообщили бивентрикулярной модели (LV и RV), а изменение сердца LV рабочая модель 7, 8. Они обнаружили, что ударный объем, сердечный выброс и давление развития улучшились в сердцах преобразован из рабочего режима в LV бивентрикулярной режим работы 8. Правильно загружена RV также улучшает функцию перегородки, уменьшая ненормальный градиентов давления на перегородку. Бивентрикулярной рабочий сердца было показано, что поддержание аорты выход, легочный кровоток, средний аортального давления, среднего давления в легочной артерии, сердечный ритм и инфаркта АТФ и уровень креатина фосфата до 3 часов 8. Бивентрикулярной рабочих исследований сердца обычно используют сердца птОМ мелких животных, таких как крысы и кролики, потому что сердечный выброс и необходимый объем перфузат намного меньше, чем для сердца крупных животных. Тем не менее, бивентрикулярной рабочих исследований сердца были проведены с использованием сердца свиней, собак и даже людей 23, 24.
Метаболических спроса изолированных сердца бивентрикулярной режима работы значительно выше, чем у перфузии Langendorff. Важно, что перфузат решение обеспечить достаточное количество кислорода и метаболическим субстратом для поддержки бивентрикулярной функции сердца. Стандартный буфер кристаллоидных растворов, таких как Кребса-Хенселейта 16, 17, 25 или 26 Tyrodes, 27, у кислорода растворимость выше, чем 5,6 мг / л Когда эти решения с газом карбогена (газ смесь 95% O 2 и 5% CO 2) и содержать соответствующие метаболические подложки (глюкоза, декстроза, и / или пируват натрия), они хорошо подходят для рабочего бивентрикулярной сердца бьются в нормеАль синус ставки (примерно 180 ударов в минуту для кроликов).
Метаболический увеличивается спрос на быстрый ритм и количество кислорода, растворенного в стандартной perfusates может быть не достаточно для полной поддержки бивентрикулярной работающем сердце сжимается, что при высоких скоростях. Кристаллоидные буферных растворов, содержащих эритроциты или смешанный с цельной крови были использованы в подготовке рабочих сердца обеспечивать достаточное наличие кислорода. Предыдущие исследования показали, что добавление эритроцитов Кребса Хензелайта улучшить рабочие функции сердца во время строгих протоколов стимуляции, а также снижает частоту фибрилляции желудочков 16. Ограничение использования эритроцитов или смеси цельной крови является гемоглобин, который мешает световых волн, которые используются для флуоресценции 13. Другие субстратов, таких как альбумин, также могут быть добавлены к перфузат решение продлить жизнеспособность сердца и уменьшения отека 28.
В флуоресценции интенсивности возбуждающего света должна быть высокой и распределение света должно быть равномерным. Достижение равномерное освещение не всегда легко из-за кривизны поверхности эпикарда. В наших исследованиях мы fNADH изображения путем фильтрации света (350 ± 25 нм) с ртутной лампой. Раздвоенного оптоволоконного световода используется для направления ультрафиолетового излучения на поверхности эпикарда. Равномерное освещение может быть достигнуто путем соответствующего позиционирования двух наконечников производства. УФ светодиодных источников света также может быть использован, как мы показали на рисунке 3. Светодиодные источники являются относительно недорогими, так что несколько источников могут быть включены в системы визуализации. Светодиоды также можно циклически и выключается при высокой скорости синхронизации возбуждения светом с захвата изображения.
Фотообесцвечивания NADH должно быть сведено к минимуму 29 за счет сокращения времени ткани освещения. Это может быть сделано на велосипеде освещение и выключается с помощью электронногоIC затвора и лампы или светодиодные системы освещения и управления. Если освещение синхронизировано с сердечным циклом, то fNADH захвата изображений может быть ограничено диастолы, что приведет к сокращению движения артефакт в флуоресценции. Освещение Trigging и получения изображений помощью давления сигнала, таких как давление Л.В., будет одним из способов сделать это.
В наших исследованиях мы обнаружили, что изменения в fNADH в единицу времени может быть больше 5 раз выше 400 ударов в минуту, чем на 200 ударов в минуту. Это означает, что быстрый ритм поднять окислительно-восстановительное состояние сердца. Так или иначе это связано с гипоксией или неспособность миоциты для окисления NADH в NAD + достаточно быстро, чтобы избежать накопления NADH еще вопрос без ответа.
Производительность бивентрикулярной работающем сердце препарата зависит от множества факторов. Одним из наиболее важных является создание соответствующего давления преднагрузки и постнагрузки, чтобы имитировать физиологическоеусловий, которые находятся под следствием. В частности, постнагрузку ЛЖ (аортального давления) должны быть скорректированы для представления системного давления. Если она слишком высока, LV не будет в состоянии преодолеть давление, в результате регургитации. Давление, которое слишком низко отрицательно скажется коронарной перфузии. Давление LV преднагрузку (давление в левом предсердии), также должны быть скорректированы обеспечить конечного диастолического объема, который подходит для экспериментальных протоколов.
fNADH изображений живых тканей является признанным способом флуоресценции 13. Его применение в сердечной ткани было проиллюстрировано Барлоу и шанс, когда они сообщили поразительно высоте fNADH в региональном ишемической ткани после перевязки коронарной 14 судна. Их fNADH изображения были записаны на пленку с помощью камеры Fairchild осциллограф и УФ съемке со вспышкой. Coremans соавт. расширили это понятие помощью NADH флуоресценции / UV отражения отношение к измерениюе метаболическое состояние эпикарда Langendorff перфузии крови крыс сердца 30. Videofluorimeter была использована для обработки изображений и данных, записанные с помощью видеокамеры. Позже, Шольц и соавт. использовали спектрограф и фотодиод массива для измерения средней fNADH с большой площадью LV. Такой подход снизил эффект эпикарда флуоресценции неоднородностей и локальные изменения в циркуляции при выявлении макроскопические связанные с работой изменения fNADH 31. Этот подход похож на вычисление среднего уровня fNADH для региона, интерес для всех кадров данных fNADH изображения, как показано на рисунке 2. Как мы уже представлены в этой статье, современная технология обеспечивает высокую скорость ПЗС-камеры с цифровым управлением и мощными прожекторами УФ. Эти технологии позволяют пространственно-временной динамики fNADH и сердечного метаболизма для изучения многих новые перспективы. Относительно недорогой оптики и источник света делает еNADH изображений полезный аксессуар для обычных сердечных оптических систем отображения. 9, 32
Нет конфликта интересов объявлены.
Эта работа была поддержана грантом из NIH (R01-HL095828 к МВт Kay).
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S-3014 | |
| KCl | Sigma-Aldrich | P3911-500G | |
| CaCl2 | Fisher Scientific | C77-500 | |
| MgSO4 | Sigma-Aldrich | M-7506 | |
| NaHCO3 | Fisher Scientific | S-233 | |
| KH2PO4 | Fisher Scientific | 423-316 | |
| Glucose | Sigma-Aldrich | 158968-500G | |
| NaPyruvate | Sigma-Aldrich | P2256-25G | |
| Albumin | Sigma-Aldrich | A9418-100G |
1
ReplyPosted by: stacy b.July 26, 2012, 12:51 PM