מכרסם עבודת לב דגם לחקר ביצועי שריר לב ואת צריכת חמצן
16 באוגוסט 2016
ניתן להשתמש במודלים מבודדים של לב עובד כדי למדוד את ההשפעה של תנאי העמסה, קצב לב ותרופות על ביצועי שריר הלב וצריכת החמצן. אנו מתארים שיטות להכנת מודל עבודה של לב שמאל של מכרסמים המאפשר מחקר של ביצועים סיסטוליים ודיאסטוליים וצריכת חמצן בתנאים שונים.
המטרה הכוללת של הליך זה היא ליצור מודל לב שמאלי עובד מבודד המאפשר שליטה מדויקת בתנאי העומס בחדרים ממכרסמים. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בפיזיולוגיה של הלב וכלי הדם, כולל ההשפעות של תרופות על התכווצות שריר הלב, ביצועי טקסטיל וצריכת חמצן. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שניתן לשלוט במדויק בתנאי הטעינה של הלב.
הדגמה חזותית של שיטה זו היא קריטית מכיוון שדיסקציה ובידוד של אבי העורקים, גרנולציה של הפרוזדור השמאלי ובידוד ורידי הריאה דורשים מיומנות ותרגול כדי לשלוט בהם. לאחר טשטוש מתאים, משככי כאבים ונוגדי קרישה עם הפרין, התחל את הניתוח בחולדה התורמת. ראשית, משוך את העור מחלל הבטן בעזרת מלקחיים, והשתמש במספריים כדי לחתוך את חלל הצפק.
עוקב אחר עקומת הסרעפת בחזרה לזווית האחורית של הצלעות. לאחר שהדיאפרגמה נראית לעין, השתמש במספריים כדי לחתוך לאורך המשטח הקדמי של הסרעפת בהתאם לחתכים הקודמים כדי לגשת לבית החזה. הרחב כל חתך לאורך קו בית השחי דו צדדי לבית השחי.
לאחר מכן החזר את כלוב הצלעות מלפנים מתהליך הקסיפואיד באמצעות מלקחיים. לאחר מכן, חתכו את קרום הלב והצדר. המשך ביעילות מכיוון שהאוורור נפגע לאחר חיתוך הסרעפת.
זהה את הווריד הנבוב ואבי העורקים התחתונים ממש מעל הסרעפת, והשתמש במלקחיים קהים כדי למשוך אותם על החסימה הקדמית. לאחר מכן, בעזרת מספריים מעוקלים גדולים, חתכו במהירות את הווריד הנבוב התחתון ואת אבי העורקים. מבלי לחתוך את אבי העורקים העולה, חותכים את הוושט, קנה הנשימה, העורקים הברכיוצפליים והוורידים הצפלדיים.
לאחר מכן כרתו את רקמות התימוס הללו יחד עם הלב והריאות בחסימה. טבלו מיד את השמיעה והריאות ב-KHB קר כקרח ועברו למנגנון לנגנדורף. הניחו את קומפלקס ריאות הלב בצלחת שטוחה וכוונו את הלב עם בלוטת התימוס וכלי הדם הגדולים הפונים לנסיין.
וההיבט האחורי של הריאות הפונות לשולחן. לאחר מכן, מפרקים את שתי האונות של התימוס, ומזהים את ההמראה של העורקים הברכיוצפליים מאבי העורקים. כעת עטפו את אבי העורקים על קצה המנה.
לאחר מכן, בעזרת מספריים קטנים, חצו את אבי העורקים כחמישה מילימטרים מעל המסתם האאורטלי ממש קרוב להמראה של העורק התת-בריחי הימני. נדרש חתך עגול. המשיכו לחזור על החיתוך עד לביצוע אחד.
מיקרוסקופ הווידיאו הבא מספק בהירות לגבי חלק קריטי של הליך זה, דיסקציה וחתך של אבי העורקים כהכנה לקנולציה. כפי שמוצג כאן, יש לחלק את התימוס באמצע, והוא יתפרק בקלות. השתמש במשיכות עדינות עם מלקחיים מעוקלים כדי לחלק את קרום הלב ולנפות רקמות המקיפות את אבי העורקים.
הימנע משימוש בכוח מופרז. יש לזהות ולתפוס את גדם העורק האיננומינטי כנקודת מתיחה על אבי העורקים. לאחר מכן יש לחתוך את אבי העורקים לרוחב באמצעות מספריים חדים קטנים בנקודת האמצע בין המסתם האאורטלי להמראה של העורק התת-בריחי.
אם החתך נעשה גבוה מדי, אבי העורקים הופך למיותר, ועלול לגרום למומנט של הלב סביב הצינורית. לחלופין, מאגר התכווצויות עלול לדלוף מגדם ברכיוצפלי. אם הוא קצר מדי, קצה הצינורית עלול לחצות את שסתום אבי העורקים.
לאחר מכן, עם שני זוגות מלקחיים מעוקלים, הנח את אבי העורקים מעל צינורית אבי העורקים, שאמורה לטפטף לאט KHB. שסתום אבי העורקים צריך לשבת מילימטר עד שניים מתחת לקצה הצינורית. לאחר מכן, מקם מחדש את המלקחיים בניצב על פני אבי העורקים כדי להחזיק את אבי העורקים במקומו.
ניתן להשתמש גם במהדק. לאחר מכן בקש מהעוזר להשתמש בתפר משי ארבע או כדי לאבטח את הצינורית עם קשרים מרובים משני צידי הלב. כעת, פתח את הצינורית במלואה כדי להתחיל בזרימה מלאה של אבי העורקים לאחור.
הלב צריך לפעום במרץ. אחת המלכודות הפוטנציאליות היא שקצה צינורית אבי העורקים יחצה את המסתם האאורטלי לחדר השמאלי. כפי שמוצג כאן, אם זה קורה, הלב ייראה חיוור והפרוזדור השמאלי יהיה נפוח.
יש לתקן זאת באופן מיידי על ידי עצירה קצרה של הזרימה הכלילית, ומיקום מחדש של הלב על צינורית אבי העורקים. לא שרקמות אבי העורקים שבירות במכרסמים ונקרעות בקלות. מלכודת פוטנציאלית נוספת היא דליפה בשורש אבי העורקים, בין אם מקרע או מחתך גבוה מדי באבי העורקים, כך שעורק ברכיוצפלי דולף KHB.
ניתן לטפל בכך על ידי עצירת הזרימה הכלילית, הוצאת הלב מצינורית אבי העורקים ומיקום מחדש. מטרת שלב זה היא ליצור מערכת סגורה בה כל הלחץ מגוש העומס המוקדם מועבר למבני לב שמאל. אי חסימה מלאה של ורידי הריאה עלולה להוביל לאובדן עומס מוקדם, ועלולה ליצור תכשיר לב לא יציב, או עלולה לזייף תוצאות.
סובב ידנית את צינורית אבי העורקים כך שההיבט האחורי של הלב פונה למפעיל. כעת נתח את כלי הדם המובילים לריאה השמאלית. כדי לסייע בגישה לכלי הדם, השתמש במלקחיים כדי לתלות את רקמת הריאה השמאלית.
לאחר מכן השתמש בקליפ כירורגי בינוני יחיד כדי לחסום את עורק הריאה והווריד השמאלי ואת הסימפונות. לאחר מכן, כרתו את הריאה השמאלית הדיסטלית לקליפ. כעת חזור על התהליך בריאה הימנית.
כאשר שני עורקי הריאה חסומים לחלוטין, הפרוזדור הימני יתרחב, והלב עלול להפוך לברדיקרדי. לפי הצורך, הוסף קליפסים או תפרים נוספים כדי לסתום נזילות ולעבוד ביעילות. כעת בצע את החתך בעורק הריאה.
סובב את צינורית אבי העורקים כדי לגשת להיבט הקדמי של הלב ולזהות את עורק הריאה. בעזרת מספריים קטנים, בצע חתך רוחבי כשלושה מילימטרים מעל שסתום הריאה. כעת ניתן לתקן את עורק הריאה בשלב מאוחר יותר.
לאחר מכן, קנול את האטריום השמאלי. בעת צפייה באטריום השמאלי, השתמש במספריים קטנים כדי לבצע חתך של שניים עד שלושה מילימטרים בפלג הגוף העליון של האטריום השמאלי כשלושה מילימטרים מעל החריץ האטריו-חדרי. לאחר מכן מקם את צינורית הפרוזדורים השמאלית בניצב למישור המסתם המיטרלי, מכוונת לכיוון מחיצת הפרוזדורים.
פתח את הצינורית הקדמית השמאלית עד ש-KHB חם זורם באופן גלוי. ודא שה-KHB חם למגע, אחרת היפותרמיה עלולה להיכנס. במהלך הקנולציה, העבירו את זרימת ה-KHB לקצב טפטוף.
כעת תוך שימוש במלקחיים כדי להחזיק מתיחה נגדית, הכנס את צינורית הפרוזדורים לגוף הפרוזדור השמאלי. אל תשתמש בכוח מופרז, מכיוון שהאטריום שביר. מקם את הצינורית כך שתשב באמצע האטריום ללא כל מתח על דופן הפרוזדורים.
כעת אבטח את הצינורית לאטריום עם תפר משי ארבע או המונח סביב גוף האטריום השמאלי, כולל ההיבט האחורי של האטריום השמאלי. הוסף תפרים נוספים לפי הצורך. לאחר האיטום, משוך את הצינורית לאחור מילימטר עד שניים כך שהיא תשב באמצע האטריום ולא כנגד מחיצת הפרוזדורים.
ניתן לבדוק זאת על ידי התבוננות בצורת הגל הפרוזדורית השמאלית. כעת פתח את שסתום הצינורית לחלוטין כדי לנהל את העומס המקדים המלא לאטריום השמאלי. זה קריטי לעקוב אחר קצב הטפטוף מהלב.
זה צריך להיות יציב בזמן שהצינורית פתוחה. אם לא, החזר את האטריום סביב הצינורית כדי לאטום את הדליפה שכנראה גורמת לבעיה. כדי למדוד חומרים בשפכים הכליליים כגון גזים, תרופות או ציטוקינים, הכנס צינורות גמישים לחתך בעורק הריאה.
כדי לאפשר מדידה רציפה של לחץ ונפח, הכנס קטטר מוליכות נפח לחץ מכויל לחדר השמאלי. זה נעשה בצורה הטובה ביותר בצורה לאחור דרך שסתום אבי העורקים. למרות שכאשר זה מאתגר מבחינה טכנית, ניתן לבצע זאת גם באמצעות ניקוב חדר אפיקלי.
ה-DPDT המקסימלי צריך להיות לפחות 3500 עד 4000 להכנה נאותה. אסוף את שפכי הסינוס הכלילי מעורק הריאה ומהלב בצילינדר מדורג לכימות מתוזמן של הזרימה הכלילית. כעת חשב את צריכת החמצן בשריר הלב.
בסופו של דבר, כבה את משאבת אבי העורקים לאחור כדי לעבור למצב לב עובד. הוכן זלוף לאחור כמתואר. הזרימה הייתה בתחילה נסיגה במהלך ההקמה.
כאשר המשאבה לאחור כובתה, הזרימה עברה לאנטי-גראד, ויצרה לב עובד. הלחץ הדיאסטולי הסופי הטיפוסי הוא כשלושה עד חמישה מילימטרים של כספית במודל זה. ושיא הלחץ הסיסטולי הוא בסביבות 100 מילימטר כספית.
כאשר צינורית הפרוזדורים השמאלית הוזזה ממחיצת הפרוזדורים, ניתן להבחין בשינוי במעקב הפרוזדורים השמאלי. בניסויים אלה, לחץ אבי העורקים נקבע על 90 מילימטרים של כספית, ולחץ הפרוזדורים השמאלי נקבע ל-10 מילימטרים של כספית. לצורך ניסוי, דופמין הוזרק במהירות של 15 מיקרוגרם למיליגרם לדקה לתוך גוש הפרוזדורים השמאלי.
למרות שהלחץ הדיאסטולי הסופי לא השתנה, הדופמין גרם לנפח הדיאסטולי של קצה החדר השמאלי לרדת ב-2.5% ולנפח הסיסטולי של קצה החדר השמאלי לרדת ב-4.9%, מה שהניב נפח שבץ מוגבר. בהשוואה לעירוי פלצבו, עבודת שבץ החדר השמאלי שזוהתה כאזור בתוך עקומת נפח הלחץ גדלה ב-32% במהלך הטיפול בדופמין. זה היה קשור גם לעלייה גדולה יותר בצריכת החמצן בשריר הלב.
לאחר שליטה, ניתן להשלים טכניקה זו תוך 15 דקות אם היא מבוצעת כראוי.
סקירה כללית
מאמר זה מתאר את הכנתו של מודל לב שמאלי מבודד ופועל מפחולות, המאפשר שליטה מדויקת בתנאי העמסת הפרונטריקולריים. מודל זה חיוני לחקר השפעותיהם של גורמים שונים על ביצועי השריר הלבבי ועל צריכת החמצן.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- פיזיולוגיה של מערכת הדם והלב
- ביצועי השריר השרירי של הלב
- צריכת חמצן
רקע
- מודלים של לבים מבודדים הם חיוניים להבנת התפקוד הלבבי.
- תנאי עומס וקצב הלב משפיעים באופן משמעותי על כושר התכווצות השריר הלבבי.
- תרופות יכולות לשנות את ביצועי הלב ואת ניצול החמצן.
- הדגמה חזותית חשובה לשליטה בטכניקות כירורגיות.
מטרת המחקר
- ליצור מודל לבחינת תפקוד הלב השמאלי תחת תנאים מבוקרים.
- לחקור את השפעתם של תרופות על תפקוד הלב.
- להעמיק את ההבנה של הביצועים הסיסטוליים והדיאסטוליים.
שיטות שבהן נעשה שימוש
- הכנת חולדת התורמת באמצעות טשטוש ומתן נוגדי קרישה מתאימים.
- הסרה ובידוד של הלב וכלי הדם הנלווים.
- החדרת קנולות לאורטה ולעורקים הראותיים.
- הקמת מערכת סגורה למדידה מדויקת של הלחץ.
תוצאות עיקריות
- המודל מאפשר מניפולציה מדויקת של תנאי העמסה.
- קנולציה מוצלחת מובילה לתפקוד לבבי יציב.
- מלכודות פוטנציאליות כוללות מיקום לא נכון של הקנולה ודליפות.
- טכניקות כירורגיות יעילות הן קריטיות להשגת תוצאות מוצלחות.
מסקנות
- מודל לב עובד מבודד משמאל יעיל למחקרים קרדיווסקולריים.
- תנאים מבוקרים מקלים על חקירת ביצועי השריר השרירי של הלב (מיוקרדיום).
- הבנת הטכניקות הכירורגיות חיונית לשחזור הניסויים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
מודל הלב הפועל המבודד של מכרס מאפשר בקרה מדויקת על טריקה (preload), עומס לאחר-טריקה (afterload), קצב הלב ומתח החמצן, ובכך מספק מערכת רדוקציוניסטית להסרת סיכונים מכניסטיים של מטרות קרדיו-וסקולריות. על ידי מתן אפשרות להערכה של סוכנים אינוטרופיים ללא תלות בעומס ומדידה ישירה של צריכת חמצן בשריר הלב, המודל תומך בתיקוף מטרות ובביטחון ניבוי בשלבים מוקדמים של הגילוי. מערכת זו מגשרת בין סריקה פנוטיפית להערכה פרה-קלינית באמצעות אספקת תוצאות המודינמיות ומטבוליות כמותיות הניתנות לשחזור תחת תנאים פיזיולוגיים מוגדרים.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של היפותזות טיפוליות על ידי בידוד התכווצות השריר השרירי של הלב (myocardial contractility) משינויים מבלבלים בעומס.
- ערך תפעולי: תומך בתיקוף תפקודי של מטרות באמצעות ניתוח לולאות לחץ-נפח (pressure-volume loop) וכימות של dP/dt max.
- ערך ניבוי: מגביר את הביטחון בתרכובות מובילות על ידי הדגמת השפעות תלויות-מינון על עבודת הנפח של הלב (stroke work) ועל צריכת חמצן.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מוכנות הבדיקה: מייצר פלטים סטנדרטיים וכמותיים, כולל דגימה של זרימה מהסינוס הכלילי (coronary sinus effluent) למדידת צריכת חמצן.
- שחזוריות: דורש תכשירי הכנה יציבים עם DPDT מקסימלי של 3500–4000 mmHg/s וטווחים מוגדרים של לחץ בסוף הדיאסטולה/סיסטולה.
- יכולת הרחבה: תואם לקוצבי עליות לב (atrial pacing) לשליטה בקצב הלב ולפרפוזיה עם בופר קרבס (Krebs buffer) מחומצן למחקרים מטבוליים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- רלוונטיות למחלה: מדמה את ביצועי החדר השמאלי במכרסמים תחת עומס נשלט, מה שמאפשר אקסטרפולציה לפתופיזיולוגיה אנושית.
- המשכיות תרגומית: מקל על המעבר מזיהוי מטרת התרופה (target hit) לוולידציה פרה-קלינית על ידי מתן תובנה מכניסטית לגבי שינויים בהשראת תרופות בעבודת הנפח והלחץ.
- החלטות מותאמות סיכון: מזהה תרכובות המגבירות את הדרישה של השריר הלבבי לחמצן ללא שיפור פרופורציונלי ביעילות, ובכך תומך באפיון הבטיחות.
שילוב תהליכי עבודה וקווי עיבוד
מודל הלב הפעיל משתלב ברצף הגילוי, החל מתיקוף המטרה, דרך אופטימיזציה של המולקולה המובילה ועד להערכה פרה-קלינית, ובכך הוא מציע פלטפורמה למחקרי קשר מבנה-פעילות (SAR) איטרטיביים.
- ביולוגיה של גילוי: בוחן השערות מכניסטיות לגבי התכווצות לבבית ואנרגטיקה ללא תלות במשוב נוירוהורמונלי.
- סינון: מספק נתונים כמותיים של לחץ-נפח ומדדים מטבוליים המתאימים לדירוג תרכובות.
- אנליטיקה: מאפשר חישוב של עבודת נ䣨, אלסטיות בסוף סיסטולה וצריכת חמצן של השריר הלבבי מתוך לולאות לחץ-נפח ומהניקוז העורקי של העורקים הכליליים.
- מחקר תרגומי: מקשר בין ממצאים in vitro לפיזיולוגיה של איבר שלם על ידי שימור ארכיטקטורת המיוציטים וה פרפוזיה כלילית.
- שימוש חוזר ארגוני: מכונן פלטפורמה המודינמית לשימוש חוזר להערכת כימוטיפים מרובים בפרויקטים קרדיווסקולריים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מפחית עמימות מכניסטית בפארמקולוגיה של מערכת הלב וכלי הדם על ידי מתן אפשרות להערכת כיווצות שאינה תלויה בעומס.
- ערך תפעולי: מבצע סטנדרטיזציה של תנאי העומס על החדר באמצעות חסימות של preload ו-afterload, ובכך משפר את העקביות בין ניסויים שונים.
- ערך אסטרטגי: משפר החלטות של go/no-go על ידי זיהוי מוקדם של תרכובות בעלות יעילות חמצן מיטבית בשלב הגילוי.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתעדוף מותאם סיכונים על ידי הדגשת ליקויים באנרגטיקה של השריר הלבבי לפני ביצוע מחקרים הדורשים משאבים רבים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בניתוחים קרדיווסקולריים במכרסמים ובטכניקות קניולציה.
- תלוי במערכות קטטרים למדידת לחץ-נפח ובמכשירי פרפוזיה של Langendorff.
- מחייב סטנדרטיזציה בין-צוותית של הרכב נוזל הפרפוזיה, הטמפרטורה ומתח החמצן.
- חייב לקחת בחשבון שונות בין-חייית בגודל החדרים ובפונקציה הבסיסית.
- מוגבל למחקרים אקוטיים; אינו מתאים להערכות של מינון כרוני או רמיodeling.
שאלות נפוצות בנושא ביו-פרמה
Chapters in this video
0:05
Title
0:52
Isolating the Heart and Lungs
2:26
Aortic Cannulation
6:07
Pulmonary Vein Occlusion, Preparation of the Pulmonary Artery for Cannulation, and Left Atrial Cannulation
9:37
Pulmonary Artery Cannulation and Working Heart Mode Experimentation
10:45
Results: The Effects of Dopamine on the Working Heart
12:23
Conclusion
