نظام القلب العامل المعزولة لنماذج حيوانية كبيرة

الهدف العام من هذا الإجراء هو قياس الوظيفة القلبية للحيوانات الكبيرة باستخدام دائرة خارج الجسم (ex vivo). ويتم تحقيق ذلك من خلال تجميع جهاز القلب العامل أولاً، وفي الخطوة الثانية يتم غسل الدم وإعادة تكوينه بمحلول ملحي طبيعي، ثم يتم تحسين مستويات الإلكتروليتات في الخطوة النهائية.

يتم تثبيت القلب بطريقة تحاكي المعلمات الديناميكية الدموية في الجسم الحي. وفي النهاية، يمكن استخدام قسطرة قياس الموصلية التي يتم إدخالها في البطين للحصول على قياسات كمية لوظيفة البطين. وتتمثل الميزة الرئيسية لهذه التقنية مقارنة بالطرق الحالية، مثل استخدام نماذج الحيوانات الصغيرة، في أنها توفر بيانات ذات صلة سريرية مع تجنب العوامل المناعية المربكة التي تظهر في عمليات زراعة الأعضاء في الحيوانات الكبيرة.

لبناء جهاز لانغور، ابدأ بتوصيل خزان القلب بخزان الدم باستخدام أنابيب بقطر 3/8 بوصة، مع التأكد من مرور الأنابيب عبر مضخة دوارة. بعد ذلك، قم بتوصيل خزان الدم بمؤكسج التسخين باستخدام المزيد من الأنابيب بقطر 3/8 بوصة، ثم قم بتوصيل مؤكسج التسخين بوصلة على شكل Y. قم بتوصيل أحد ذراعي الوصلة Y بالمضخة الطاردة المركزية.

بعد ذلك، قم بتوصيل المضخة الطاردة مركزياً بوصلة Y ثانية لإنشاء مصيدة فقاعات ووسيلة لإدخال محول ضغط. قم بتثبيت قطعة من أنبوب بقطر 3/8 بوصة لتثبيت صمام إرقاء على الذراع الموجه للأعلى. ثم قم بتوصيل قطعة من أنبوب بقطر 3/8 بوصة بالذراع الموجه للأسفل، وقم بتوصيل الذراع الأخرى لوصلة Y بمدخل غرفة التحميل المسبق.

التأكد من مرور هذا الأنبوب عبر مضخة الأسطوانات الثانية. قم بتوصيل خط التحميل المسبق أولاً بجزء التدفق الخارج من غرفة التحميل المسبق. سيتصل هذا الجزء لاحقاً بالأذين الأيسر.

قم بتوصيل الأنبوب الإضافي بقطر ثلاثة أثمان البوصة بمخرج هذه الغرفة، ثم قم بتوصيل خزان الأكسجين وجهاز التسخين بمؤكسج التسخين. أخيرًا، قم بتثبيت الخط الممتد من الموصل Y إلى غرفة التحميل المسبق باستخدام مشبك، حيث لن يتم استخدام هذا الخط حتى يتم وضع القلب في وضع التشغيل. الآن، قم بتشغيل خزان الأكسجين وجهاز التسخين، والمضخة الأسطوانية التي تربط بين الخزانين، والمضخة الطاردة المركزية، ثم اغسل الدم وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة.

بعد ذلك، قم بإعادة تشكيل خلايا الدم الحمراء المغسولة باستخدام محلول ملحي طبيعي للوصول إلى تركيز الهيماتوكريت المطلوب. أضف الدم المخفف إلى جهاز لانغور وتحقق من قيمة الهيماتوكريت. اضبط سرعات المضختين لبدء تدفق الدم عبر النظام، باستثناء غرفة التحميل المسبق.

افحص درجة pH والإلكتروليتات في خليط الدم وقم بضبطها لتكون فسيولوجية بالنسبة للفصيلة المستخدمة، وذلك لمنع تدفق الكالسيوم الضار عند إعادة التروية. حافظ على مستوى الكالسيوم في جهاز Langendorff في البداية عند 0.3 إلى 0.5 millimole per liter. بعد معايرة جهاز Langendorff، أخرج بسرعة قلباً تم إراحة قلبه بشكل مناسب من حاوية التخزين.

قم بتفريغ أي محلول حفظ من البطينات. جفف النسيج باستخدام ورق ترشيح ثم قم بوزنه. بعد ذلك، أعد القلب إلى وعاء الحفظ ووجهه بحيث تكون الشريان الأبهر متجهاً للأعلى للمساعدة في الحفاظ على درجة حرارة منخفضة لعضلة القلب.

بعد ذلك، قم بإدخال كانيولا بقطر 3/8 بوصة في الشريان الأورطي وثبّتها باستخدام رباط بلاستيكي. قم بخفض سرعة المضخة الطاردة المركزية إلى تدفق بطيء جداً، وقم بتنقيط الدم في الشريان الأورطي حتى يمتلئ تماماً ويُطرد منه الهواء. وعندما يمتلئ الشريان الأورطي بالدم، قم بتوصيل كانيولا الشريان الأورطي بعناية بأنبوب الشريان الأورطي في جهاز L endorf، مع تدوين وقت التوصيل.

ثم أدخل محول ضغط معاير عبر صمام إيقاف النزيف إلى الأبهر الأصلي. ابدأ قياسات الضغط واضبط سرعة المضخة الطاردة المركزية حتى يتم الوصول إلى ضغط إعادة التروية المطلوب. راقب ضغط الأبهر عن كثب، خاصة أثناء إعادة التروية الأولية، وزد درجة الحرارة تدريجياً في وحدة التسخين حتى تصل درجة حرارة عضلة القلب إلى 37 درجة مئوية.

قم بالحصول على عينة مرجعية عند الزمن صفر من خزان الدم الوريدي لقياس pH والشوارد والقياسات البيوكيميائية الأخرى. ثم أدخل مسبار درجة الحرارة في الحاجز واقيس درجة حرارة عضلة القلب. خذ عينات دم كل 15 دقيقة، مع ضبط المعايير الفسيولوجية حسب الرغبة للتجربة، وإضافة حوالي 1 millimole من الكالسيوم إلى محلول الدم كل خمس دقائق.

التأكد من أن تركيز الكالسيوم المتأين أكبر من 0.8 millimoles per liter قبل بدء وضع التشغيل. بعد وضع القلب في وضع التشغيل، استخدم خيط جراحة بولي بروبيلين مقاس 3-0 لوضع غرزة كيسية (purse string suture) عند قمة البطين الأيسر. ثم استخدم إبرة مقاس 16 gauge لإجراء شق طعني داخل الغرزة الكيسية.

أدخل قسطرة قياس الموصلية الحجمية للضغط في الشق القمي. راقب مخرجات البيانات لتحديد عدد القطع الحجمية النشطة. إذا لم تكن جميع القطع نشطة، فقم بتعديل وضع القسطرة حتى يتم تفعيلها؛ وقد يتطلب الأمر تدوير القسطرة قليلاً لتحسين شكل الحلقة.

بعد ذلك، وباستخدام قسطرة مُعايرة بشكل صحيح، يتم الحصول على بيانات ضغط وحجم أساسية لمدة 30 ثانية على الأقل لتحديد قياسات الوظيفة القلبية المعتمدة على الحجم. وبمجرد الحصول على حلقات كافية، استخدم مشبك أنابيب لسد أنبوب التحميل المسبق ببطء. حينها يجب أن تبدأ حلقات الضغط والحجم في التصاغر والانزياح نحو الأسفل وإلى اليسار.

تُسمى هذه العملية بمرحلة "تخفيض الحمل" (walk down). وبعد الحصول على بيانات تخفيض الحمل لمدة تتراوح من 10 إلى 15 ثانية، حرر مشبك الأنبوب للسماح للحمل المسبق بالعودة إلى الأذين الأيسر وللحصول على قياسات لوظائف القلب مستقلة عن الحجم. وأخيرًا، انقر فوق زر الإيقاف لإيقاف جمع البيانات من أجل الحصول على قياسات مكررة.

بعد خمس دقائق، كرر الإجراء. بدءاً من خطوة الانسداد، يمكن أن تؤدي التغيرات في المقاومة التاجية إلى تقلبات في ضغط التروية. قد تكون هذه التباينات طفيفة وتدريجية وتصحح نفسها بمرور الوقت.

ومع ذلك، يمكن أن تكون هذه التباينات مفاجئة في بعض الحالات، مما يتطلب ضبط التدفق عبر المضخة الطاردة المركزية للحفاظ على ضغط إعادة التروية المطلوب. في هذه التجربة، عند الإدخال الأولي لقسطرة حجم الضغط في قلب خنزير تم تخزينه عند درجة حرارة 4 °C لمدة ساعتين، كانت الحلقات ذات جودة رديئة مع وجود مناطق متعددة من التقاطع وعدم وجود مكونات تمييزية للدورة القلبية. ومع ذلك، ومن خلال إجراء معالجة طفيفة للقسطرة داخل البطين، تحسن شكل الحلقة بشكل كبير، مما سمح بالحصول على القياسات على الرغم من تحسين وضع القسطرة.

قد تختلف مورفولوجيا الحلقات التي تم الحصول عليها من الدائرة خارج الحيوية (ex vivo) عن تلك الموجودة داخل الجسم (in vivo)، ويرجع ذلك على الأرجح إلى اختلاف توجيه القلب في الدائرة مقارنة بوضعه في حيوان مستلقٍ، بالإضافة إلى غياب الارتباطات التشريحية الموجودة داخل الحيوان الحي. علاوة على ذلك، فإن استخدام أسلاك التحفيز للمساعدة في تنظيم معدل ضربات القلب يؤدي إلى إدخال تيار كهربائي خارجي يتسبب في ظهور النبضة الحادة (spike) المرئية في الجزء السفلي الأيمن من الحلقات خارج الحيوية. ومع ذلك، طالما أن هذه الحلقات لا تزال تتضمن مكونات الدورة القلبية، فإنها تظل قادرة على تقديم بيانات قابلة للتفسير.

بعد اتباع هذا الإجراء، يمكن إجراء طرق أخرى مثل تخطيط كهربائية القلب وتصوير القلب بالصدى لفحص الخصائص الفيزيائية الأخرى للقلب، بما في ذلك التوصيل.