大型動物モデルの絶縁型ワーキングハートシステム

この手順の全体的な目的は、ex vivo循環回路を用いて大型動物の心機能を測定することです。まず、作動心装置を組み立てます。次に、血液を洗浄し、生理食塩水で再構成します。そして最後のステップで、電解質を最適化します。

心臓を装着し、in vivoの血行動態パラメータを再現します。最終的に、心室に挿入したコンダクタンスカテーテルを用いて、心機能の定量的測定を行うことができます。小動物モデルの使用などの既存の手法に対するこの技術の主な利点は、大型動物への移植で見られる免疫学的な混絡要因を避けつつ、臨床的に意義のあるデータを得られる点にあります。

ラングドール装置を構築するには、まず心臓リザーバーと血液リザーバーを3/8インチのチューブで接続し、そのチューブがローラーポンプを通過するようにしてください。次に、血液リザーバーを別の3/8インチチューブで加熱酸素供給装置に接続し、続いて加熱酸素供給装置をY字コネクターに接続します。Y字コネクターの一方のアームを遠心ポンプに接続してください。

次に、遠心ポンプを2つ目のY字コネクタに接続し、バブルトラップおよび圧力トランスデューサの挿入口を作成します。3/8インチのチューブを介して、上向きのアームに止血バルブを固定します。次に、下向きのアームに3/8インチのチューブを取り付け、Y字コネクタのもう一方のアームをプレロードチャンバーの流入側に接続します。

このチューブが2台目のローラーポンプを通るようにします。まず、プリロードラインをプリロードチャンバーの流出部に取り付けます。これは最終的に左心房に接続されます。

余分な3/8インチチューブをこのチャンバーの流出側に接続し、次に酸素タンクと加熱装置をヒーターオキシゲネーターに接続します。最後に、心臓を動作モードに移行させるまで使用しないため、Y字コネクターからプリロードチャンバーへ向かうラインをクランプします。これで、酸素タンク、加熱装置、ローラーポンプ、2つのリザーバーを接続するポンプ、および遠心ポンプの電源を入れ、製造元の指示に従って血液を洗浄します。

次に、洗浄した赤血球を生理食塩水で希釈し、目的のヘマトクリット濃度に再構成します。希釈した血液を langor 装置に加え、ヘマトクリットを確認します。2つのポンプの速度を調整し、プリロードチャンバーを除いたシステム内での血液の流れを開始させます。

血液混合液のpHと電解質を確認し、再灌流時の有害なカルシウム流入を防ぐため、使用した種の生理的条件に合わせて調整します。ランゴール装置内のカルシウム濃度は、最初は0.3から0.5 millimole per literに維持します。ランゴール装置の校正後、十分に安静にした心臓を保存容器から速やかに取り出します。

心室から保存液をすべて捨てます。組織の水分を吸い取り、重量を測定します。その後、心臓を保存容器に戻し、心筋の低温を維持しやすくするため、大動脈が上を向くように配置します。

次に、3/8インチのカニューレを大動脈に挿入し、結束バンドで固定します。遠心ポンプの速度を下げて血流をゆっくりとした滴下にし、大動脈が満たされ、完全に充填されるまで血液を滴下します。大動脈に血液が満たされたら、挿入時間を記録しながら、大動脈カニューレをL endorfの大動脈チューブに注意深く接続します。

次に、校正済みの圧力トランスデューサを止血バルブ経由で固有の大動脈に挿入します。圧力測定を開始し、目的の再灌流圧に達するまで遠心ポンプの速度を調整してください。大動脈圧を注意深くモニターし、特に再灌流の初期段階において、心筋内温度が37 °Cに達するまで加温装置の温度を段階的に上げます。

静脈血リザーバーからベースライン（タイムゼロ）サンプルを採取し、pH、電解質、およびその他の生化学的測定を行います。次に、セプタムに温度プローブを挿入し、心筋温度をモニタリングします。15分ごとに血液サンプルを採取し、実験に応じて生理学的パラメータを適宜調整し、5分ごとに約1 mmolのカルシウムを血液溶液に添加します。

ワーキングモードの開始前に、イオン化カルシウム濃度が 0.8 millimoles per liter 以上であることを確認します。心臓をワーキングモードに移行した後、3-0 ポリプロピレン縫合糸を用いて左心室心尖部に巾着縫合を施します。次に、16ゲージの針を使用して、巾着縫合の内部に刺入切開を行います。

圧力容量コンダクタンスカテーテルを心尖部の切開口から挿入します。データ出力を確認し、いくつの容量セグメントが有効であるかを判断します。すべてのセグメントが有効でない場合は、有効になるまでカテーテルの位置を調整します。ループ形態を最適化するために、カテーテルをわずかにねじる必要がある場合があります。

次に、適切に校正されたカテーテルを用いて、心機能の容量依存性測定値を決定するために、30秒以上のベースライン圧力-容量データを取得します。十分なループが得られたら、チューブクランプを使用して前負荷チューブをゆっくりと閉塞させます。これにより、圧力-容量ループは徐々に小さくなり、下方および左方へシフトし始めます。

これをウォークダウンと呼びます。10〜15秒間のウォークダウンデータを取得した後、チューブクランプを解除して前負荷を左心房に戻し、心機能の容量非依存的な測定値を得ます。最後に、ストップボタンをクリックしてデータ収集を停止し、繰り返し測定値を取得します。

5分後、この手順を繰り返します。閉塞ステップから開始して、冠動脈抵抗の変化によって灌流圧に変動が生じることがあります。これらの変動はわずかであり、時間の経過とともに自然に修正される場合があります。

しかし、場合によってはこれらの変動が急激に起こることがあり、目的の再灌流圧を維持するために遠心ポンプを通過する流量を調整する必要があります。本実験において、4 °Cで2時間保存した豚心に圧力容量カテーテルを最初に挿入した際、ループは品質が悪く、多くの交差領域が見られ、心周期の構成要素を判別することができませんでした。しかし、心室内でカテーテルをわずかに操作したところ、ループの形態が劇的に改善し、カテーテル位置の最適化によって測定が可能となりました。

ex vivo回路で取得したループは、仰臥位の動物と比較して回路上の心臓の向きが異なることや、生体内で見られる解剖学的付着点がないため、in vivoループとは異なる形態を示す可能性があります。さらに、心拍数を調節するためにペーシングワイヤを使用すると、外部電流が導入されるため、ex vivoループの右下にスパイクが現れます。しかし、これらのループに心周期の構成要素が含まれている限り、解釈可能なデータを得ることができます。

本手順に続き、心電図や心エコーなどの他の手法を用いて、伝導を含む心臓のその他の物理的特性を検査することが可能です。