Name: 多参数的Langendorff灌注兔心脏的光学测绘 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-09-13T12:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 24 s
Description: 学习使用全景光学标测系统在Langendorff灌注兔心脏中研究心脏电生理特性，包括传导、复极化和钙处理。该方法可同时记录动作电位和钙瞬变，为心律失常机制研究提供定量数据。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

NIH 基金项目：R01 HL085369、HL067322、HL082729、EB008999

1. 准备
<ol>
<li>制备新鲜的 Tyrode 溶液（单位：mM，含 128.2 NaCl、1.3 CaCl2、4.7 KCl、1.19 NaH2PO4、1.05 MgCl2、20.0 NaHCO3 和 11.1 葡萄糖）。为加快溶液的日常配制，可预先配制两种储备液，并在 +4°C 冰箱中保存：（1）储备液 I（每 2L 含 g 数：374.6 NaCl、9.56 CaCl2、17.52 KCl、8.21 NaH2PO4、10.67 MgCl2）；（2）储备液 II（每 2L 含 g 数：84.01 NaHCO3）。配制一次实验所需的 2L Tyrode 溶液时，取 1840 mL 去离子水，加入 80 mL 储备液 I、80 mL 储备液 II 和 4 g 葡萄糖，混合均匀。</li>
<li>配制染料和解偶联剂的储备液：（1）激发-收缩解偶联剂 blebbistatin 储备液（Tocris Bioscience，2 mg/mL 的 DMSO 溶液）；（2）电压敏感染料 di-4-ANEPPS 储备液（Invitrogen，1 mg/mL 的 DMSO 溶液）；（3）电压敏感染料 RH 237 储备液（Invitrogen，1.25 mg/mL 的 DMSO 溶液）；（4）钙离子指示剂 Rhod-2AM 储备液（Invitrogen，1 mg/mL 的 DMSO 溶液）。一次兔心脏实验大约需要 30 μL di-4-ANEPPS 储备液、30 μL RH237 储备液和 200 μL Rhod-2AM 储备液。为避免反复冻融，我们将 di-4-ANEPPS 分装为每管 100 μL，于 -20°C 保存。其他染料也均在 -20°C 保存。溶解后的 blebbistatin 应保存于 +4°C 冰箱中。</li>
<li>在取材心脏前，将 Tyrode 溶液转移至 2L 瓶中，并置于水浴装置（Fisher Scientific）中，使溶液温度维持在 37 °C。溶液以 95% O2 - 5% CO2 混合气体进行氧合。通过调节氧合程度，将溶液 pH 值维持在 7.35±0.05。溶液在 Langendorff 灌流系统中循环，并在灌流管路中经由置于插管前的尼龙网滤器（孔径：11 μm，Millipore）进行过滤。</li>
<li>在取材心脏前，准备好监测设备。使用压力换能器（WPI）监测实验过程中的主动脉压力。当心脏未连接至灌流系统时，将压力换能器的基线调至 0 mmHg。在腔室内放置伪 ECG 电极，以近似模拟 Einthoven 三角 ECG 的 I、II 和 III 导联。</li>
</ol>
2. 兔心脏的收获与灌注
<ol>
<li>将兔子固定在兔固定器中，通过静脉注射戊巴比妥钠（50 mg/kg）并联合使用2000 U肝素实施安乐死。当兔子完全死亡（以痛觉反射消失为判断标准）后，迅速打开胸腔，取出心脏和肺组织。</li>
<li>在升主动脉上端、主动脉弓各分支之前做一切口，冲洗出升主动脉内的空气，然后迅速将心脏插管至已预先连接气泡捕获器的16号插管上；该气泡捕获器对于防止空气进入冠状动脉至关重要。一旦心脏在非循环式Langendorff灌流系统中实现逆向灌流，立即迅速剪开心包。</li>
<li>在灌流冲洗血液的同时，去除肺、气管、脂肪及结缔组织。</li>
<li>非常重要！将一段硅胶管（长约3 cm，直径2 mm）经肺静脉穿过二尖瓣插入左心室（LV），并在整个实验过程中保持其位置。该导管可释放滞留在左心室内的心肌灌流液。在机械固定心脏的Langendorff灌流实验中，若长时间无循环灌流，极易导致左心室腔内严重缺血并引发心律失常。</li>
<li>将带有插管的心脏转移至配备光学标测装置的循环式Langendorff灌流系统中。</li>
</ol>
3. 使用全景光学成像系统进行实验
<ol>
<li>将心脏置于定制的六边形腔室中，并将套管连接至灌注系统。通过调节灌注泵的流速，将主动脉压力维持在60 ± 5 mmHg。监测I导联伪心电图。将pH值维持在约7.35 ± 0.05。</li>
<li>关闭室内灯光，因为blebbistatin会被紫外线及短波长光（450–490 nm）光解失活。17 可见光谱部分。通过位于套管上方气泡捕集器中的注射端口，缓慢注入blebbistatin储备液。每次团注时缓慢注入0.1 ml blebbistatin。下一次注射前需等待压力稳定。</li>
<li>将起搏电极轻柔地放置在根据实验设计确定的特定位置。</li>
<li>从围绕心脏均匀分布的三个角度，对准位于每个光电二极管阵列（PDA）像平面处磨砂玻璃上的心脏图像进行聚焦。调节插管的位置以及每个PDA与心脏之间的距离，使心脏完全位于三个PDA的视场范围内。拍摄每块磨砂玻璃上已聚焦的心脏图像。</li>
<li>缓慢注入 10˜20μL 通过气泡捕集器的注射端口将 di-4-ANEPPS 储备液加入灌流液中。等待 1˜3 分钟后开始光学记录。</li>
<li>首次记录时，打开绿色LED灯（无激发滤光片，LED泛光，LUMILEDS），通过自制的数据采集系统，同步采集三个光电二极管阵列（PDA）的光学信号。5 并关闭LED灯。检查所有三个PDA各像素信号的质量。若观察到光学动作电位中存在运动伪影，则加入0.1˜0.2 mL的blebbistatin储存液。再加入另一份 5 μL 如果信噪比较低，可使用 di-4-ANEPPS 储备液。</li>
<li>完成功能性研究的预定实验方案。用心脏组织进行复染，增加额外的染色步骤 5μL 若因光漂白或信号流失导致实验过程中信号减弱，可添加 di-4-ANEPPS 储存液。</li>
<li>功能研究完成后打开室内灯光。从36个等间距角度拍摄心脏图像。通过以固定步进旋转心脏实现 10° 使用固定在其中一个PDA位置的数码相机。</li>
<li>取出心脏，排空所有灌注液。依次使用去离子水、70% 试剂级酒精和去离子水清洗灌注系统。</li>
<li>数据分析包括根据36张数字照片重建心脏几何结构，将光学信号配准到重建的几何表面上，以及动作电位时程（APD）、传导速度（CV）、相位等参数的量化。6</li>
</ol>
4. 使用双映射系统进行实验
<ol>
<li>（接第2部分）将插管的心脏放入玻璃灌流室（Radnoti）中，并将插管连接至灌流系统。用针将心脏的心室顶端和心房固定在灌流室硅胶底部。</li>
<li>关闭室内光源。在灌流插管前通过注射口缓慢注入blebbistatin储备液（约15˜20分钟使终浓度达到10μM），以使心脏静止不动。</li>
<li>在心外膜表面放置一个塑料培养皿或其他玻璃盖片，以减少溶液表面的扰动。</li>
<li>调节双通道光学标测系统（Ultima-L, SciMedia）中的两个CMOS相机，使其对准同一视野。发射的荧光通过二向色镜（635nm截止，Omega Optical）分离，并分别通过700nm长通滤光片（Thorlabs）采集电压信号，以及590/30 nm带通滤光片（Omega Optical）采集钙信号。</li>
<li>将两盏卤素灯（Newport Oriel Instruments, Stratford, CT; SciMedia, Costa Mesa, CA）的导光管对准标测视野，以实现均匀照明。使用531/40 nm激发滤光片（SemRock）。</li>
<li>通过注射口注入电压敏感染料RH 237储备液（10˜30 μL）对心脏进行染色。</li>
<li>将Rhod-2AM储备液（0.2mL）与Pluronic F-127（Invitrogen，1:1混合）混合。在水浴超声仪中处理1分钟。通过气泡捕集器的端口注入该混合液。等待约20分钟，使Rhod-2 AM完成去酯化反应后再开始标测。</li>
<li>每次记录时，关闭灌流泵以避免溶液表面运动；打开激发光源（卤素灯）；使用连接至数据采集系统（Ultima-L, SciMedia）的两台相机进行光学记录；关闭激发光源；重新打开灌流泵。检查光学信号质量。必要时重新染色。</li>
<li>完成本研究设计的其余实验步骤。</li>
<li>打开室内光源，拍摄包含标测视野的心脏照片。将心脏从灌流室中取出，排空所有溶液。依次使用去离子水、70%试剂级乙醇（Fisher Scientific）和去离子水清洗灌流系统。</li>
<li>数据分析包括动作电位时程（APD）、传导速度（CV）、钙瞬变持续时间（CaTD）、动作电位上升相与钙瞬变上升之间的延迟、钙瞬变上升时间，以及钙瞬变衰减单指数拟合的时间常数的测量。</li>
</ol>
代表性结果：
<img src="/files/ftp_upload/3160/3160fig1.jpg" alt="心脏兴奋性标测；心脏模型、信号相位、灰度图、时间序列、电生理学。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图1"> 图1. 使用全景光学标测系统进行兔离体Langendorff灌注实验的代表性结果。（A）兔心脏的前视图，以及以三维网格曲面形式重建的兔心脏几何结构。（B）根据相位（通过相平面分析18获得）进行颜色编码的心外膜展开表面图，显示在心动过速性心律失常发作期间的波阵面（红色表示）。（C）来自B图中标记为1-5的相位奇点周围五个位置的光学动作电位记录。（D）稳定折返性心律失常一个周期内激活波阵面（红色）传播的八个时间点快照。波阵面围绕一个相位奇点顺时针旋转，该奇点可见于心脏前表面。复极化相位以蓝色表示，并设置为部分透明，以便观察心脏后侧的波阵面（例如在80 ms、100 ms和120 ms时）。本折返性心律失常的动态视频见补充视频1。有关几何重建、信号配准、相位图计算及表面展开的方法详见其他文献6。
<img src="/files/ftp_upload/3160/3160fig2.jpg" alt="心脏心电图实验；动作电位与钙瞬变波形图及数据分析结果。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图2"> 图2. 使用双映射系统（同时记录动作电位和钙瞬变）在离体Langendorff灌流兔心脏实验中获得的代表性结果。(A) 心脏前表面，黑色圆点标示出映射视野范围。(B) 某一记录位点的局部放大视图。(C) 来自(A)图中黑色圆点标记的多个等间距位点的动作电位（蓝色）和钙瞬变（红色）典型记录曲线。注意：并非显示所有像素的记录结果，空间分辨率为200μm。

<ol><li>Efimov, I. R., Nikolski, V. P., Salama, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+imaging+of+the+heart%5BTitle%5D)+AND+%22Circ+Res%22%5BJournal%5D)">Optical imaging of the heart.</a> Circ Res. 95, 21-33 (2004).</li>
<li>Panfilov, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Is+heart+size+a+factor+in+ventricular+fibrillation%3F+Or+how+close+are+rabbit+and+human+hearts%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Heart+Rhythm%22%5BJournal%5D)">Is heart size a factor in ventricular fibrillation? Or how close are rabbit and human hearts?</a> Heart Rhythm. 3, 862-864 (2006).</li>
<li>Maier, L. S., Bers, D. M., Pieske, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differences+in+Ca%282%2B%29-handling+and+sarcoplasmic+reticulum+Ca%282%2B%29-content+in+isolated+rat+and+rabbit+myocardium%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mol+Cell+Cardiol%22%5BJournal%5D)">Differences in Ca(2+)-handling and sarcoplasmic reticulum Ca(2+)-content in isolated rat and rabbit myocardium.</a> J Mol Cell Cardiol. 32, 2249-2258 (2000).</li>
<li>Bray, M. A., Lin, S. F., Wikswo, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+surface+reconstruction+and+fluorescent+visualization+of+cardiac+activation%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional surface reconstruction and fluorescent visualization of cardiac activation.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 47, 1382-1391 (2000).</li>
<li>Qu, F., Ripplinger, C. M., Nikolski, V. P., Grimm, C., Efimov, I. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+panoramic+imaging+of+cardiac+arrhythmias+in+rabbit+heart%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional panoramic imaging of cardiac arrhythmias in rabbit heart.</a> J Biomed Opt. 12, 044019-044019 (2007).</li>
<li>Lou, Q., Ripplinger, C. M., Bayly, P. V., Efimov, I. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+panoramic+imaging+of+epicardial+electrical+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Quantitative panoramic imaging of epicardial electrical activity.</a> Ann Biomed Eng. 36, 1649-1658 (2008).</li>
<li>Kay, M. W., Amison, P. M., Rogers, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+surface+reconstruction+and+panoramic+optical+mapping+of+large+hearts%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional surface reconstruction and panoramic optical mapping of large hearts.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 51, 1219-1229 (2004).</li>
<li>Li, W., Ripplinger, C. M., Lou, Q., Efimov, I. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiple+monophasic+shocks+improve+electrotherapy+of+ventricular+tachycardia+in+a+rabbit+model+of+chronic+infarction%5BTitle%5D)+AND+%22Heart+Rhythm%22%5BJournal%5D)">Multiple monophasic shocks improve electrotherapy of ventricular tachycardia in a rabbit model of chronic infarction.</a> Heart Rhythm. 6, 1020-1027 (2009).</li>
<li>Ripplinger, C. M., Lou, Q., Li, W., Hadley, J., Efimov, I. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Panoramic+imaging+reveals+basic+mechanisms+of+induction+and+termination+of+ventricular+tachycardia+in+rabbit+heart+with+chronic+infarction%3A+implications+for+low-voltage+cardioversion%5BTitle%5D)+AND+%22Heart+Rhythm%22%5BJournal%5D)">Panoramic imaging reveals basic mechanisms of induction and termination of ventricular tachycardia in rabbit heart with chronic infarction: implications for low-voltage cardioversion.</a> Heart Rhythm. 6, 87-97 (2009).</li>
<li>Efimov, I. R., Rendt, J. M., Salama, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+maps+of+intracellular+%5BCa2%2B%5Di+transients+and+action-potentials+from+the+surface+of+perfused+guinea-pig+hearts+%28abstract%29%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Optical maps of intracellular [Ca2+]i transients and action-potentials from the surface of perfused guinea-pig hearts (abstract).</a> Circulation. 90, 632-632 (1994).</li>
<li>Choi, B. R., Salama, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+maps+of+optical+action+potentials+and+calcium+transients+in+guinea-pig+hearts%3A+mechanisms+underlying+concordant+alternans%5BTitle%5D)+AND+%22J+Physiol%22%5BJournal%5D)">Simultaneous maps of optical action potentials and calcium transients in guinea-pig hearts: mechanisms underlying concordant alternans.</a> J Physiol. 529, 171-188 (2000).</li>
<li>Fast, V. G., Ideker, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+optical+mapping+of+transmembrane+potential+and+intracellular+calcium+in+myocyte+cultures%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cardiovasc+Electrophysiol%22%5BJournal%5D)">Simultaneous optical mapping of transmembrane potential and intracellular calcium in myocyte cultures.</a> J Cardiovasc Electrophysiol. 11, 547-556 (2000).</li>
<li>Laurita, K. R., Singal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+action+potentials+and+calcium+transients+simultaneously+from+the+intact+heart%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Physiol+Heart+Circ+Physiol%22%5BJournal%5D)">Mapping action potentials and calcium transients simultaneously from the intact heart.</a> Am J Physiol Heart Circ Physiol. 280, 2053-2060 (2001).</li>
<li>Choi, B. R., Burton, F., Salama, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cytosolic+Ca2%2B+triggers+early+afterdepolarizations+and+Torsade+de+Pointes+in+rabbit+hearts+with+type+2+long+QT+syndrome%5BTitle%5D)+AND+%22J+Physiol%22%5BJournal%5D)">Cytosolic Ca2+ triggers early afterdepolarizations and Torsade de Pointes in rabbit hearts with type 2 long QT syndrome.</a> J Physiol. 543, 615-631 (2002).</li>
<li>Hwang, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intracellular+calcium+and+vulnerability+to+fibrillation+and+defibrillation+in+Langendorff-perfused+rabbit+ventricles%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Intracellular calcium and vulnerability to fibrillation and defibrillation in Langendorff-perfused rabbit ventricles.</a> Circulation. 114, 2595-2603 (2006).</li>
<li>Lou, Q., Efimov, I. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+susceptibility+to+alternans+in+a+rabbit+model+of+chronic+myocardial+infarction%5BTitle%5D)+AND+%22Conf+Proc+IEEE+Eng+Med+Biol+Soc%22%5BJournal%5D)">Enhanced susceptibility to alternans in a rabbit model of chronic myocardial infarction.</a> Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. , 4527-4530 (2009).</li>
<li>Kolega, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phototoxicity+and+photoinactivation+of+blebbistatin+in+UV+and+visible+light%5BTitle%5D)+AND+%22Biochem+Biophys+Res+Commun%22%5BJournal%5D)">Phototoxicity and photoinactivation of blebbistatin in UV and visible light.</a> Biochem Biophys Res Commun. 320, 1020-1025 (2004).</li>
<li>Bray, M. A., Wikswo, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Considerations+in+phase+plane+analysis+for+nonstationary+reentrant+cardiac+behavior%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+E+Stat+Nonlin+Soft+Matter+Phys%22%5BJournal%5D)">Considerations in phase plane analysis for nonstationary reentrant cardiac behavior.</a> Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys. 65, 051902-05 (2002).</li>
<li>Fast, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recording+action+potentials+using+voltage-sensitive+dyes%5BTitle%5D)+AND+%22Practical+methods+in+cardiovascular+research%22%5BJournal%5D)">Recording action potentials using voltage-sensitive dyes.</a> Practical methods in cardiovascular research. , 233-255 (2005).</li>
<li>Knisley, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transmembrane+voltage+changes+during+unipolar+stimulation+of+rabbit+ventricle%5BTitle%5D)+AND+%22Circ+Res%22%5BJournal%5D)">Transmembrane voltage changes during unipolar stimulation of rabbit ventricle.</a> Circ Res. 77, 1229-1239 (1995).</li>
<li>Bishop, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+photon+scattering+in+optical+signal+distortion+during+arrhythmia+and+defibrillation%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys+J%22%5BJournal%5D)">The role of photon scattering in optical signal distortion during arrhythmia and defibrillation.</a> Biophys J. 93, 3714-3726 (2007).</li>
<li>Efimov, I. R., Fedorov, V. V., Joung, B., Lin, S. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+cardiac+pacemaker+circuits%3A+methodological+puzzles+of+the+sinoatrial+node+optical+mapping%5BTitle%5D)+AND+%22Circ+Res%22%5BJournal%5D)">Mapping cardiac pacemaker circuits: methodological puzzles of the sinoatrial node optical mapping.</a> Circ Res. 106, 255-271 (2010).</li>
<li>Fedorov, V. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+blebbistatin+as+an+excitation-contraction+uncoupler+for+electrophysiologic+study+of+rat+and+rabbit+hearts%5BTitle%5D)+AND+%22Heart+Rhythm%22%5BJournal%5D)">Application of blebbistatin as an excitation-contraction uncoupler for electrophysiologic study of rat and rabbit hearts.</a> Heart Rhythm. 4, 619-626 (2007).</li>
</ol>

未声明任何利益冲突。

根据我们的经验，成功进行离体兔心Langendorff灌注实验的关键因素包括：配制良好的台氏液、迅速完成心脏取材、稳定维持灌注压力，以及灌注系统中氧合溶液的适当pH值。为了以尽可能高的信噪比记录信号，我们需要考虑光源、光学滤光片、聚焦光学系统、光电探测器等因素19。这些方面的详细内容在其他文献中已有讨论19。可选用年轻兔子（年龄：4–5个月；体重：7–9磅），以避免心外膜脂肪过多，后者会降低光学信号的信噪比。
每个像素记录的信号是来自组织一定体积内发射光的加权积分。该组织体积的深度取决于所用染料的激发和发射波长。以di-4-ANEPPS为例，在兔心脏中的估计穿透深度为300μm20。因此，当窦房结、房室结以及室性心律失常期间存在电活动的局部异质性时，应谨慎解释光学信号1,21,22。
与电极记录相比，光学标测技术的一个局限性在于，光学动作电位的复极化相常常受到心脏收缩引起的心肌运动伪影的干扰而发生畸变。机械约束可用于减少此类伪影，但无法完全消除。相比之下，药理性兴奋-收缩解偶联剂可有效去除运动伪影。然而，这些解偶联剂（例如 2,3-丁二酮单肟）可能对电生理产生显著的副作用。研究表明，肌球蛋白抑制剂 Blebbistatin 在正常心脏中对心脏电生理无不良副作用23，因此是一种有前景的解偶联剂。需要注意的是，由于收缩被抑制可能导致水肿加速，这也可能影响电生理特性。

<table><tbody><tr><td>NaCl</td><td>费舍尔科技</td><td>S271-1</td><td></td></tr><tr><td>CaCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; (2H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O)</td><td>费舍尔科技</td><td>C79-500</td><td></td></tr><tr><td>KCl</td><td>费舍尔科技</td><td>S217-500</td><td></td></tr><tr><td>MgCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; (6H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O)</td><td>费舍尔科技</td><td>M33-500</td><td></td></tr><tr><td>NaH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;PO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt; (H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O)</td><td>费舍尔科技</td><td>S369-500</td><td></td></tr><tr><td>NaHCO&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;</td><td>费舍尔科技</td><td>S233-3</td><td></td></tr><tr><td>D-葡萄糖</td><td>费舍尔科技</td><td>D16-1</td><td></td></tr><tr><td>Blebbistatin</td><td>托克里斯生物科学</td><td>1760</td><td></td></tr><tr><td>Di-4-ANEPPS</td><td>英维特罗根</td><td>D1199</td><td></td></tr><tr><td>RH237</td><td>英维特罗根</td><td>S1109</td><td></td></tr><tr><td>Rhod-2AM</td><td>英维特罗根</td><td>R1244</td><td></td></tr><tr><td>泊洛沙姆 F127</td><td>英维特罗根</td><td>P3000MP</td><td></td></tr><tr><td>二甲基亚砜 (DMSO)</td><td>西格玛-奥德里奇</td><td>D2650</td><td></td></tr></tbody></table>

离体兔心langendorff灌注的多参数光学标测

Multiparametric Optical Mapping of the Langendorff-perfused Rabbit Heart

光学成像与荧光探针极大地推动了心脏电生理学领域的研究方法，其成效是其他技术手段无法实现的1。利用钙离子和电压敏感性染料，光学标测能够在不与组织发生物理接触的情况下，以高空间分辨率测量跨膜动作电位和钙瞬变。这使得在许多传统电极难以使用或无法应用的条件下，仍可实现对心脏电活动的测量1。例如，在刺激和除颤期间及之后，光学记录能够准确反映膜电位的形态变化，而传统电极技术则因电极极化而在刺激期间及之后产生刺激诱导的人工伪迹1。
Langendorff灌流兔心是研究人类心脏生理学和病理生理学最常用的模型之一。临床上观察到的多种心律失常均可在兔心模型中重现。研究表明，在室性心律失常期间，兔心内的波形模式由心脏有效尺寸和折返波长决定，与人类心脏非常相似2。此外，兔心肌兴奋-收缩（EC）耦联的关键特征，例如肌浆网（SR）的相对贡献，也与人类的EC耦联极为相似3。本文介绍了在Langendorff灌流兔心中进行光学标测实验的基本操作步骤，包括Langendorff灌流系统的搭建、光学标测系统的设置、心脏的分离与插管、心脏的灌流及染料染色、兴奋-收缩解耦联处理以及光学信号的采集。这些方法也可适用于除兔以外的其他物种心脏，只需对流速、光学系统、溶液等条件进行相应调整。
介绍了两种光学标测系统。全景标测系统用于对兔心脏整个心外膜进行标测4-7。该系统可提供心律失常发生和除颤过程中折返环演变的全局视图，并已被用于研究心律失常的机制及抗心律失常治疗8,9。双通道标测系统则用于从同一视野内同步记录动作电位（AP）和钙瞬变（CaT）10-13。该方法加深了我们对钙在电交替现象及心律失常诱发中重要作用的理解14-16。

本文介绍了使用全景成像系统和双模态（电压和钙）成像技术，在离体兔心Langendorff灌流心脏上进行光学标测实验的基本操作步骤。

离体兔心Langendorff灌注的多参数光学标测

光学成像与荧光探针在心脏电生理学研究领域显著推动了研究方法的进步，其方式是以往所无法实现的……

本实验的总体目标是利用光学标测技术，在离体灌注的兔心上研究心脏电生理特性，例如传导、复极化、心律失常的发生以及钙离子调控。该目标首先通过分离兔心并经主动脉逆行灌注以维持心脏完整来实现。实验的下一步是暴露心脏表面，使用激动-收缩解耦剂（excitation-contraction uncoupler）消除心脏收缩，并利用电压敏感性染料和钙离子荧光指示剂对心肌进行适当染色。然后使用全景光学标测系统记录心室大部心外膜的光学动作电位。随后将光学信号映射到重建的心脏心外膜三维几何结构上。在此步骤中，可利用非全景双成像系统同时记录光学动作电位和钙瞬变。该方法可提供心肌在空间和时间上的定量数据，包括兴奋与复极化过程，以及钙处理特性的同步特征，这些参数可在正常心律以及房性和室性心律失常期间进行分析。大家好，我是Dr. Iger Eov，圣路易斯华盛顿大学生物医学工程专业的教授。今天我们介绍的光学技术是一种独特的方法，相较于传统微电图和微电极图具有多项优势，因为它能够同时记录数十、数万个动作电位和钙瞬变。此外，该技术不受电刺激和除颤所产生伪影的干扰，这些伪影会严重扭曲通过任何电图记录到的动作电位。而且，钙瞬变只能通过该技术进行记录。这是别无选择的方法。该方法有助于回答心脏电生理学领域中的关键问题，例如危及生命的心房和心室心律失常的发生、维持与终止机制，以及在先天性心脏病、代谢性疾病和心力衰竭等疾病中的传导系统化、兴奋性及兴奋-收缩耦联功能建模。手术准备就绪后，使用戊巴比妥钠与肝素混合剂对兔实施安乐死。一旦家兔对疼痛反射无反应，立即打开其胸腔并切除心脏和肺。在非循环LRF灌注系统中，于主动脉弓所有分支的升主动脉上端处进行切割，然后开启泵以启动Tyro溶液的流动。迅速将心脏安装到与LOR灌注系统相连的16号主动脉插管上。将主动脉内的空气排出，并在完全灌注后结扎主动脉插管。立即切开心包膜，不要延误。随后去除心脏周围包裹的肺、气管及脂肪组织以及结缔组织。防止左心室积液非常重要，因为积液会导致缺血。因此，需将一根硅胶引流管经肺静脉和二尖瓣插入左心室。随后，将带有插管的心脏转移至配备光学标测系统的循环朗格多夫灌流装置中。将心脏置于定制的六边形腔室中，并将套管连接至灌注系统。使用压力传感器监测主动脉压力，并通过调节灌注泵的流速将其维持在约60 ± 5 mmHg。将pH值维持在7.35 ± 0.05左右。关闭室内灯光，通过位于套管上方气泡捕集器中的注射口缓慢注入对光敏感的BLEs他汀储备液。为达到10微摩尔浓度的BLEs他汀，缓慢注入0.1毫升BLEs他汀溶液。每次推注后，需等待压力稳定后再进行下一次注射。将光电二极管阵列（PDA）以三个等间距的角度围绕心脏放置。然后在每个PDA上，将心脏的图像聚焦在像平面的磨砂玻璃上。调整六边形腔室中套管的位置以及每个PDA的位置，直至心脏完全位于三个PDA的视野范围内。然后在毛玻璃上拍摄每个聚焦图像的照片。通过气泡捕集器中的注射口，缓慢向灌流液中注入 10 至 20 微升 D 四 Anep 储存液。然后等待三分钟。接下来，将起搏电极轻柔地放置于目标位置。此处将其置于心脏前表面视图的中心。开始同时从PDAs进行光学记录。确保光学信号中无运动伪影，且信噪比足以满足后续数据分析需求。完成后，打开室内灯光，将相机置于其中一个PDA位置处，每旋转10度拍摄一张照片，对心脏进行摄影记录。随后清理灌流系统。将插管的心脏置于一个圆形玻璃腔室中，并将插管连接至灌注系统。用针在心室心尖部和心房处将心脏固定于腔室的硅胶底部。为固定心脏，关闭室内光源，并通过注射口缓慢注入BLEs他汀，以减少溶液表面的运动。在心外膜表面放置一块玻璃盖片。该步骤通常在暗处进行，但此处为演示需要在光线下操作。为改善视频图像质量，将双模成像系统移至心脏上方。现在将两个CMO相机对准同一视野。接下来，调整两个带有激发滤光片的卤素灯导光管的位置。通过注射口加入10至20微升电压敏感染料RH 237，对心脏进行染色。然后通过气泡捕集端口加入200 µL的road 2:00 AM与onic F1 27按1:1比例配制的混合液。在开始成像前，等待约20分钟，使road 2:00 AM充分解离。现在进行一次测试记录。关闭灌流泵以避免溶液表面产生扰动。打开卤素灯，并从两台相机获取光学记录。然后关闭激发光。开启灌流泵并检查光学信号质量。若信号较弱，用额外的RH 237重新染色心脏，并在凌晨2:00继续实验。若存在运动伪影，立即追加BLEs他汀类药物以消除运动干扰，确保一切正常后继续进行预定实验，并在结束后清理系统。实验完成后，使用全景光学标测系统展示了Lang Endorf灌注兔心的此幅前位视图。相比之下，心脏几何结构的重建图像显示了相同的前位视图。此处展示的展开心外膜表面按相位进行颜色编码。心脏正经历来自旋涡周围五个位置的快速性心律失常发作。展示了光学动作电位。此处红色部分为在一次稳定的折返性心律失常周期中传播的激活波前。在心脏前表面的相位奇点处，波阵面顺时针旋转。复极化过程以透明蓝色显示，以便观察心脏后表面的波阵面。该心脏通过双映射系统进行分析，以同时展示动作电位和钙瞬变的映射结果。一个位点的记录放大视图显示，动作电位为蓝色，钙瞬变为红色。该前视图上的点表示均匀分布的记录位点，从中展示了一组样本轨迹。这些数据以每像素200微米×200微米的光学分辨率采集。该疗法的意义在于扩展了房性和室性10 K心律失常的除颤治疗，因为我们能够在电疗期间直接观察强电刺激的效果。目前尚无其他方法能够实现这一点。利用该方法，我们开发并验证了一种新型低电压、无痛的房颤和室性心动过速除颤疗法。

multiparametric-optical-mapping-langendorff-perfused-rabbit

Research

科研

JoVE Journal

Bioengineering

生物工程

多参数的Langendorff灌注兔心脏的光学测绘

本文介绍了一种高时间和空间分辨率的技术，利用电位敏感染料（di-8-ANEPPS）对离体灌注的大鼠心脏表面动作电位的传播进行光学成像。...

离体灌注大鼠心脏的光学标测

本报告详细描述了在拉伸诱导心房颤动期间，对离体羊心左心房进行Langendorff灌注状态下同步心内膜和心外膜电兴奋光学标测的方法学与结果。...

用于拉伸诱导心房颤动研究的绵羊模型中的高分辨率心内膜与心外膜光学标测

本文详细介绍了在完整分离的Langendorff灌注小鼠心脏中进行跨膜电位（Vm）和细胞内钙瞬变（CaT）光学标测时的解剖操作、仪器设置及实验条件。...

小鼠心脏动作电位与钙瞬变的光学标测

在本视频中，我们对离体小鼠心脏进行朗根多夫逆向灌流。在操作过程中，将导管插入升主动脉，通过冠状动脉逆向灌注灌流液，以维持心脏的生理活动。该模型用于研究心脏的病理生理学机制。...

朗根多夫逆行心脏灌注：一种离体灌注小鼠离体心脏的技术

本文介绍了在经Langendorff灌注的兔心脏中进行跨膜电位（Vm）和肌浆网内游离钙离子（SR Ca2+）双光学标测所需的详细方案及设备。该方法可实现对完整心脏中Vm和SR...

兔心Langendorff灌注模型中肌浆网内Ca2+及跨膜电位的光学标测

本文介绍了一种以高空间和时间分辨率对小鼠右心房特别是窦房结的电活动进行光学标测的实验方案。...

小鼠窦房结的高分辨率光学标测

本方案描述了利用具有高时间分辨率和空间分辨率的光学标测系统对小鼠心房进行电生理学评估的方法，包括通过特制电极导管进行程序化刺激，同步记录膜电位和Ca2+瞬变信号。...

小鼠心房的高分辨率光学标测电生理学评估

本文介绍了一种在灌注心脏中使用心室内光学导管的方法，用于对心脏壁进行跨壁吸收光谱分析。所获得的数据可在此广泛应用的实验模型中，同步提供关于组织氧张力、底物利用和膜电位的信息，同时结合心脏功能的测量指标。...

用于灌注哺乳动物心脏跨壁吸收光谱监测细胞代谢的腔内心脏侧向发光导管

本研究的目的是建立一种利用转化动物模型研究心脏动力学的方法。所述实验方法结合了双发射光学生理记录技术与电生理学研究，以评估离体完整猪心脏模型中的电活动。...

离体Langendorff灌注心脏的光学心电图与电生理学研究

本方案介绍了对来自野生型及患有儿茶酚胺能多形性室性心动过速的基因敲入型小鼠心脏进行的双染料光学标测，包括以高时间和空间分辨率记录跨膜电压和细胞内Ca2+瞬变的电生理学测量。...

儿茶酚胺能多形性室性心动过速 RyR2R2474S 基因敲入小鼠心脏的双染料光学标测

学习使用全景光学标测系统在Langendorff灌注兔心脏中研究心脏电生理特性，包括传导、复极化和钙处理。该方法可同时记录动作电位和钙瞬变，为心律失常机制研究提供定量数据。

离体兔心Langendorff灌注的多参数光学标测

探索更多视频