Eine isolierte Arbeits Herz-System für Großtiermodelle

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die Herzfunktion von großen Tieren an einem ex vivo-Kreislauf zu messen. Dies wird erreicht, indem zunächst die Apparatur für das arbeitende Herz zusammengestellt wird. Im zweiten Schritt wird das Blut ausgewaschen, mit physiologischer Kochsalzlösung rekonstituiert, und in einem letzten Schritt werden die Elektrolyte optimiert.

Das Herz ist an ein System angeschlossen, das die hämodynamischen Parameter in vivo nachbildet. Letztendlich kann ein Leitungskatheter, der in das Ventrikel eingeführt wird, zur quantitativen Messung der ventrikulären Funktion verwendet werden. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden, wie der Verwendung von Kleintiermodellen, liegt darin, dass sie klinisch relevante Daten liefert und gleichzeitig immunologische Störfaktoren vermeidet, wie sie bei der Transplantation an Großtieren auftreten.

Um die Langor-Apparatur aufzubauen, verbinden Sie zunächst das Herzreservoir mit dem Blutreservoir mittels eines Schlauchs mit einem Durchmesser von drei Achtel Zoll, wobei sichergestellt werden muss, dass der Schlauch durch eine Rollerpumpe geführt wird. Anschließend verbinden Sie das Blutreservoir mit dem Heiz- und Sauerstoffaustauscher mittels weiterem Schlauch mit einem Durchmesser von drei Achtel Zoll und verbinden danach den Heiz- und Sauerstoffaustauscher mit einem Y-Stück. Verbinden Sie einen Arm des Y-Stücks mit der Zentrifugalpumpe.

Verbinden Sie dann die Zentrifugalpumpe mit einem zweiten Y-Anschluss, um eine Blasenfalle und eine Möglichkeit zur Einführung des Druckmesswandlers zu schaffen. Befestigen Sie ein Stück 3/8-Zoll-Schlauch, um ein Hæmostaseventil am nach oben weisenden Schenkel zu befestigen. Befestigen Sie dann ein weiteres Stück 3/8-Zoll-Schlauch am nach unten weisenden Schenkel und verbinden Sie den anderen Schenkel des Y-Anschlusses mit dem Zufluss der Vorspannkammer.

Dafür sorgen, dass dieser Schlauch durch die zweite Rollenpumpe verläuft. Verbinden Sie zunächst die Vordruckleitung mit dem Ausflussbereich der Vordruckkammer. Diese wird letztendlich mit dem linken Vorhof verbunden.

Schließen Sie das überschüssige 3/8-Zoll-Schlauchstück an den Auslass dieser Kammer an und verbinden Sie anschließend die Sauerstoffflasche und die Heizvorrichtung mit dem Heiz-Sauerstoffator. Klemmen Sie nun die Leitung, die vom Y-Verbinder zur Vorspannkammer führt, ab, da diese Leitung erst verwendet wird, wenn das Herz in den Arbeitsmodus geschaltet wird. Schalten Sie nun die Heizvorrichtung der Sauerstoffflasche, die Rollerpumpe ein, verbinden Sie die beiden Reservoirs mit der Zentrifugalpumpe und waschen Sie das Blut gemäß den Herstelleranweisungen.

Als Nächstes resuspendieren Sie die gewaschenen roten Blutkörperchen in physiologischer Kochsalzlösung auf die gewünschte Hämatokritkonzentration. Geben Sie das verdünnte Blut in die Langor-Vorrichtung und überprüfen Sie den Hämatokrit. Stellen Sie die Drehzahlen der beiden Pumpen so ein, dass der Blutfluss durch das System beginnt, ausgenommen die Vordruckkammer.

Überprüfen Sie den pH-Wert und die Elektrolyte der Blutmischung und passen Sie diese so lange an, bis sie physiologisch für die verwendete Spezies sind, um einen schädlichen Calciumeinstrom während der Reperfusion zu verhindern. Halten Sie den Calciumspiegel am Languor-Apparat zunächst bei 0,3 bis 0,5 Millimol pro Liter. Nach der Kalibrierung des Languor-Apparats entfernen Sie schnell ein ausreichend ruhendes Herz aus dem Lagertopf.

Geben Sie jegliche Lagerungslösung aus den Ventrikeln ab. Tupfen Sie das Gewebe trocken und wiegen Sie es. Danach bringen Sie das Herz in den Lagerungsbehälter zurück und positionieren es so, dass die Aorta nach oben zeigt, um eine kalte myokardiale Temperatur aufrechtzuerhalten.

Als Nächstes führen Sie eine Kanüle mit einem Durchmesser von drei Achtel Zoll in die Aorta ein und befestigen sie mit einem Kabelbinder. Verringern Sie die Zentrifugalpumpe so weit, dass das Blut nur noch tröpfchenweise fließt, und lassen Sie es in die Aorta tropfen, bis diese gefüllt und vollständig entleert ist. Sobald die Aorta mit Blut gefüllt ist, befestigen Sie die aortale Kanüle vorsichtig an dem Aortenschlauch am Langendorf-Apparat und notieren Sie den Zeitpunkt der Befestigung.

Danach den kalibrierten Druckmesswandler durch das Hämostaseventil in die native Aorta einführen. Beginnen Sie mit den Druckmessungen und stellen Sie die Drehzahl der Zentrifugalpumpe so ein, bis der gewünschte Reperfusionsdruck erreicht ist. Überwachen Sie den aortalen Druck sorgfältig, insbesondere während der initialen Reperfusion, und erhöhen Sie schrittweise die Temperatur an der Wärmeeinheit, bis die intramyokardiale Temperatur 37 Grad Celsius erreicht.

Entnehmen Sie eine Nullzeitpunkt-Referenzprobe aus dem venösen Blutreservoir, um den pH-Wert, Elektrolyte und andere biochemische Parameter zu messen. Anschließend führen Sie eine Temperatursonde durch die Septummembran ein und überwachen die myokardiale Temperatur. Nehmen Sie alle 15 Minuten Blutproben, passen Sie die physiologischen Parameter nach Bedarf für das Experiment an und geben Sie alle fünf Minuten etwa ein Millimol Calcium zur Blutlösung hinzu.

Sicherstellen, dass die Konzentration an ionischem Calcium vor Beginn des Arbeitsmodus über 0,8 Millimol pro Liter liegt. Nachdem das Herz in den Arbeitsmodus versetzt wurde, mit einer dreifach null Polypropylennah eine Beutelnaht an der linken Ventrikelspitze anlegen. Anschließend mit einer 16-Gauge-Nadel einen Stichschnitt innerhalb der Beutelnaht durchführen.

Führen Sie den Druck-Volumen-Leitfähigkeitskatheter über den apikalen Einschnitt ein. Überprüfen Sie die Datenausgabe, um festzustellen, wie viele Volumensegmente aktiv sind. Falls nicht alle Segmente aktiv sind, justieren Sie die Katheterposition, bis alle aktiv sind; gegebenenfalls ist eine leichte Drehung des Katheters erforderlich, um die Schleifenmorphologie zu optimieren.

Danach mithilfe eines korrekt kalibrierten Katheters mindestens 30 Sekunden Basaldruck-Volumen-Daten erfassen, um die volumenabhängigen Messgrößen der Herzfunktion zu bestimmen. Sobald ausreichend Schleifen aufgezeichnet wurden, mit einer Schlauchklemme langsam den Vorspannungsschlauch verschließen. Die Druck-Volumen-Schleifen sollten daraufhin kleiner werden und sich nach unten und links verschieben.

Dies wird als „Walk-down“ bezeichnet. Nachdem 10 bis 15 Sekunden Walk-down-Daten erfasst wurden, öffnen Sie die Tubing-Klammer, um die Vorspannung in das linke Vorhof zurückfließen zu lassen und volumenunabhängige Messungen der Herzfunktion zu erhalten. Klicken Sie abschließend auf die Schaltfläche „Stop“, um die Datenerfassung zu beenden und Wiederholmessungen durchzuführen.

Nach fünf Minuten das Verfahren wiederholen. Beginnend mit dem Okklusionsschritt können Änderungen des koronaren Widerstands Schwankungen des Perfusionsdrucks verursachen. Diese Variationen können geringfügig sein und sich im Laufe der Zeit allmählich von selbst korrigieren.

Jedoch können diese Variationen in einigen Fällen abrupt sein und erfordern eine Anpassung des Durchflusses durch die Kreiselpumpe, um den gewünschten Reperfusionsdruck aufrechtzuerhalten. In diesem Experiment wiesen die Schleifen unmittelbar nach der Einführung des Druck-Volumen-Katheters in ein Schweineherz, das zwei Stunden lang bei vier Grad Celsius gelagert worden war, eine schlechte Qualität auf, mit mehreren Überkreuzungsbereichen und ohne erkennbare Komponenten des Herzzyklus. Durch minimale Manipulation des Katheters innerhalb des Ventrikels verbesserte sich jedoch die Schleifenmorphologie deutlich, sodass trotz Optimierung der Katheterposition Messungen durchgeführt werden konnten.

Die an dem ex vivo-Kreislauf gewonnenen Schleifen können eine andere Morphologie aufweisen als die in vivo-Schleifen, was wahrscheinlich auf die unterschiedliche Orientierung des Herzens am Kreislauf im Vergleich zu einem liegenden Tier sowie auf das Fehlen der anatomischen Verbindungen in einem lebenden Tier zurückzuführen ist. Außerdem führt die Verwendung von Reizleitungsdrahten zur Regulierung der Herzfrequenz zu einem externen elektrischen Strom, der den im unteren rechten Bereich der ex vivo-Schleifen sichtbaren Spike verursacht. Solange diese Schleifen jedoch weiterhin die Bestandteile des Herzzyklus aufweisen, können sie dennoch interpretierbare Daten liefern.

Nach Durchführung dieses Verfahrens können andere Methoden wie die Elektrokardiographie und die Echokardiographie durchgeführt werden, um andere physikalische Eigenschaften des Herzens zu untersuchen, einschließlich der Erregungsleitung.