큰 동물 모델에 대한 격리 된 작업 심장 시스템

이 절차의 전반적인 목적은 ex vivo 회로에서 대동물의 심장 기능을 측정하는 것입니다. 이를 위해 먼저 작동 심장 장치를 조립합니다. 두 번째 단계에서는 혈액을 세척하고 생리식염수로 재구성하며, 마지막 단계에서 전해질을 최적화합니다.

심장은 생체 내 혈역학적 파라미터를 재현하여 부착됩니다. 최종적으로, 심실에 삽입된 전도성 카테터를 사용하여 심실 기능의 정량적 측정값을 얻을 수 있습니다. 소동물 모델을 사용하는 것과 같은 기존 방법과 비교했을 때 이 기술의 주요 장점은, 대동물 이식에서 나타나는 면역학적 교란 요인을 피하면서 임상적으로 유의미한 데이터를 생성할 수 있다는 점입니다.

랭어(langor) 장치를 구축하려면 먼저 3/8인치 튜브를 사용하여 심장 저장조를 혈액 저장조에 연결하고, 이때 튜브가 롤러 펌프를 통과하도록 합니다. 다음으로, 3/8인치 튜브를 더 사용하여 혈액 저장조를 가열 산소발생기에 연결한 후, 가열 산소발생기를 Y형 커넥터에 연결합니다. Y형 커넥터의 한쪽 암을 원심 펌프에 연결합니다.

그 다음, 원심 펌프를 두 번째 Y 커넥터에 연결하여 버블 트랩을 형성하고 압력 트랜스듀서를 삽입할 수 있는 수단을 만듭니다. 3/8인치 튜브 조각을 부착하여 위쪽 방향의 암(arm)에 지혈 밸브를 고정합니다. 그런 다음, 아래쪽 암에 3/8인치 튜브 조각을 부착하고 Y 커넥터의 다른 쪽 암을 프리로드 챔버의 유입구에 연결합니다.

이 튜브가 두 번째 롤러 펌프를 통과하도록 확인하십시오. 먼저 프리로드 라인을 프리로드 챔버의 유출부에 연결하십시오. 이 라인은 최종적으로 좌심방에 연결됩니다.

여분의 3/8인치 튜브를 이 챔버의 유출구에 연결한 다음, 산소 탱크와 가열 장치를 히터 산소 공급기(heater oxygenator)에 연결하십시오. 마지막으로, 심장을 작동 모드로 전환하기 전까지는 사용하지 않으므로 Y 커넥터에서 프리로드 챔버(preload chamber)로 이어지는 라인을 클램프로 고정하십시오. 이제 산소 탱크 가열 장치, 롤러 펌프, 두 저장조를 연결하는 장치 및 원심 펌프의 전원을 켜고, 제조사의 지침에 따라 혈액을 세척하십시오.

다음으로, 세척된 적혈구를 생리식염수로 희석하여 원하는 헤마토크릿 농도로 재구성합니다. 희석된 혈액을 langor 장치에 넣고 헤마토크릿을 확인합니다. 두 펌프의 속도를 조절하여 프리로드 챔버를 제외한 시스템 전체에 혈류가 흐르도록 합니다.

혈액 혼합물의 pH와 전해질을 확인하고, 재관류 시 유해한 칼슘 유입을 방지하기 위해 사용된 종의 생리학적 수치에 맞게 조정합니다. 랭거(languor) 장치의 칼슘 농도는 초기에 0.3 to 0.5 millimole per liter로 유지합니다. 랭거 장치의 보정이 완료되면, 적절히 휴식시킨 심장을 보관 용기에서 빠르게 꺼냅니다.

심실에서 보관액을 모두 따라냅니다. 조직의 물기를 닦아내고 무게를 측정합니다. 그런 다음 심장을 보관 용기에 다시 넣고, 심근의 저온 상태를 유지하기 위해 대동맥이 위쪽을 향하도록 배치합니다.

다음으로, 3/8인치 캐뉼라를 대동맥에 삽입하고 케이블 타이로 고정합니다. 원심 펌프의 속도를 낮추어 혈액이 천천히 흐르게 하여 대동맥이 완전히 채워질 때까지 혈액을 주입합니다. 대동맥에 혈액이 가득 차면, 부착 시간을 기록하면서 대동맥 캐뉼라를 L endorf의 대동맥 튜빙에 조심스럽게 연결합니다.

그 다음, 보정된 압력 변환기를 지혈 밸브를 통해 원위 대동맥에 삽입합니다. 압력 측정을 시작하고 원하는 재관류 압력이 달성될 때까지 원심 펌프 속도를 조절합니다. 특히 초기 재관류 동안 대동맥 압력을 면밀히 모니터링하며, 심근 내 온도가 37 °C에 도달할 때까지 가온 장치의 온도를 점진적으로 올립니다.

pH, 전해질 및 기타 생화학적 측정값을 측정하기 위해 정맥혈 저장소에서 기선(time zero) 샘플을 채취합니다. 그 후, 격막에 온도 프로브를 삽입하여 심근 온도를 모니터링합니다. 15분마다 혈액 샘플을 채취하며, 실험 목적에 따라 생리적 파라미터를 조정하고, 5분마다 혈액 용액에 약 1 mmol의 칼슘을 첨가합니다.

작동 모드를 시작하기 전에 이온화 칼슘 농도가 0.8 millimoles per liter보다 높은지 확인합니다. 심장을 작동 모드로 전환한 후, 3-0 폴리프로필렌 봉합사를 사용하여 좌심실 첨부에 주머니 봉합(purse string suture)을 실시합니다. 그런 다음 16 gauge 바늘을 사용하여 주머니 봉합 내부를 천자합니다.

압력-부피 전도도 카테터를 심첨부 절개창에 삽입하십시오. 데이터 출력을 확인하여 활성화된 부피 세그먼트의 수를 결정하십시오. 모든 세그먼트가 활성화되지 않은 경우, 활성화될 때까지 카테터의 위치를 조정하십시오. 루프 형태를 최적화하기 위해 카테터를 약간 비틀어야 할 수도 있습니다.

그런 다음 적절하게 보정된 카테터를 사용하여, 심장 기능의 용량 의존적 측정값을 결정하기 위해 최소 30초 동안의 기저 압력-용량 데이터를 획득합니다. 충분한 루프가 확보되면 튜빙 클램프를 사용하여 전부하 튜브를 천천히 폐쇄합니다. 그러면 압력-용량 루프가 작아지기 시작하며 아래쪽과 왼쪽으로 이동해야 합니다.

이를 walk down이라고 합니다. 10에서 15초 동안의 walk down 데이터를 얻은 후, 튜빙 클램프를 풀어 전부하(preload)가 좌심방으로 다시 들어가게 하여 심장 기능의 용적 독립적 측정값을 얻습니다. 마지막으로, 중지 버튼을 클릭하여 데이터 수집을 멈추고 반복 측정값을 얻습니다.

5분 후에 동일한 절차를 반복합니다. 폐쇄 단계부터 시작하여, 관상동맥 저항의 변화로 인해 관류압에 변동이 발생할 수 있습니다. 이러한 변동은 미미할 수 있으며 시간이 지남에 따라 서서히 교정될 수 있습니다.

하지만 어떤 경우에는 이러한 변동이 급격하게 발생할 수 있으며, 원하는 재관류 압력을 유지하기 위해 원심 펌프를 통과하는 유량을 조절해야 할 수도 있습니다. 본 실험에서는 4 °C에서 2시간 동안 보관된 돼지 심장에 압력-부피 카테터를 처음 삽입했을 때, 루프의 품질이 낮아 여러 지점에서 교차 현상이 나타났으며 심장 주기 구성 요소를 식별할 수 없었습니다. 그러나 심실 내에서 카테터를 최소한으로 조작하자 루프 형태가 급격히 개선되었으며, 카테터 위치 최적화 후 측정이 가능해졌습니다.

ex vivo 회로에서 얻은 루프는 앙와위 상태의 동물과 비교하여 회로 상의 심장 방향이 다르고, 살아있는 동물 내에서 발견되는 해부학적 부착물이 없기 때문에 in vivo 루프와는 다른 형태를 보일 수 있습니다. 또한, 심박수 조절을 돕기 위해 페이싱 와이어(pacing wires)를 사용하면 외부 전류가 유입되어 ex vivo 루프의 우측 하단 부분에 스파이크가 나타나게 됩니다. 하지만 이러한 루프들이 심장 주기 구성 요소들을 여전히 포함하고 있다면, 여전히 해석 가능한 데이터를 제공할 수 있습니다.

이 절차를 수행한 후, 전도를 포함하여 심장의 다른 물리적 특성을 조사하기 위해 심전도 및 심초음파와 같은 다른 방법을 시행할 수 있습니다.