Knaagdier Werken Heart Model voor de Studie van hartspierprestatie en Oxygen Consumption

Samenvatting

Geïsoleerde werkende hartmodellen kunnen worden gebruikt om het effect van belastingsomstandigheden, hartslag en medicijnen op de myocardprestaties en zuurstofverbruik te meten. We beschrijven methoden voor de voorbereiding van een werkende linker hartmodel van knaagdieren dat de studie van systolische en diastolische prestaties en zuurstofverbruik onder verschillende omstandigheden mogelijk maakt.

Samenvatting

Geïsoleerde werkende hartmodellen zijn gebruikt om de effecten van belastingsomstandigheden, hartslag en medicijnen op de myocardprestaties te begrijpen op manieren die niet in vivo mogelijk zijn. Bijvoorbeeld, inotrope medicijnen beïnvloeden vaak ook de preload en afterload, waardoor ladingenonafhankelijke beoordelingen van hun myocardeffecten in vivo worden voorkomen. Bovendien maakt dit model het mogelijk om de coronaire sinus effluent te bemonsteren zonder besmetting van de systemische veneuze terugkeer, waardoor beoordeling van de myocard zuurstofconsumptie mogelijk is. Verder heeft de komst van geminiaturiseerde druk-volume katheters toegestaan voor de nauwkeurige kwantificering van markers van zowel systolische als diastolische prestaties. We beschrijven een model waarin de linker ventrikel kan worden bestudeerd terwijl zowel volume- als drukwerkzaamheden worden uitgevoerd onder gecontroleerde omstandigheden.

Bij deze techniek worden het hart en de longen van een Sprague-Dawley rat (gewicht 300-500 g) en bloc verwijderd onder algemene anesthesie. De aorta wordt vrijgemaakt en gecanuleerd voor retrograde perfusie met geoxideerde Krebs buffer. De longslagaders en -aders worden geligateerd en de longen worden uit het preparaat verwijderd. Vervolgens wordt het linker atrium ingesneden en gecanuleerd met een aparte veneuze canule, bevestigd aan een preloadblok. Zodra is vastgesteld dat dit lekloos is, wordt het linker hart geladen en de retrograde perfusie gestopt, waardoor het werkende hartmodel wordt gecreëerd. De longslagader wordt ingesneden en gecanuleerd voor het verzamelen van coronaire effluent en de bepaling van myocard zuurstofconsumptie. Een druk-volume katheter wordt in de linker ventrikel geplaatst, hetzij retrograad of via apicale punctie. Indien gewenst kunnen atriale pacing draden worden geplaatst voor een nauwkeuriger controle van de hartslag. Dit model maakt een nauwkeurige controle mogelijk van preload (met behulp van een linker atriale drukblok), afterload (met behulp van een afterloadblok), hartslag (met behulp van pacing draden) en zuurstofspanning (met behulp van zuurstofmengsels in het perfusato).

Inleiding

De studie van geïsoleerde organen maakt de controle van fysiologische omstandigheden dan wat mogelijk is in vivo is. Ex vivo hart voorbereidingen werden voor het eerst beschreven door Otto Langendorff, ¹ die een geïsoleerde model beschreven retrograde perfusie. Vervolgens anderen beschreven "werkende hart" -model, waarbij het ​​myocardium uitvoert druk en werkvolume. ² Dergelijke preparaten zijn rol gespeeld bij het ​​ophelderen van mechanismen voor myocardiale optreden, ³ myocardiale metabolisme, ^4-6 en effecten van cardiotonic medicijnen. ^{7- 9}

Het gebruik van medicijnen die myocardiale contractiliteit verbeteren is gebruikelijk bij kritisch zieke patiënten. Echter, weinig gegevens beschikbaar zijn het vergelijken van de relatieve effecten van deze medicijnen op de contractiliteit en zuurstofverbruik van het myocard, gegevens die nuttig zijn bij de zorg voor patiënten met klinische tekenen van hartfalen kan worden in de postoperatieve instelling. ¹⁰ Omdat de meeste cardiotonic medicijnen beïnvloeden niet alleen het myocardium, maar ook arteriolen weerstand, veneuze capaciteit ¹¹ en stofwisseling van een patiënt, ¹² ex vivo geïsoleerde hart modellen blijven optimale middelen om de effecten van deze geneesmiddelen op het bestuderen myocard goede.

We beschrijven het gebruik van een ex vivo model voor de belasting-onafhankelijke studie van inotrope geneesmiddelen op hartfunctie en zuurstofverbruik. Harten van Sprague Dawley ratten werden een canule met een linker ventrikel werkend hart-model en perfusie met behulp van een gemodificeerde Krebs Henseleit perfusaat. Aorta en linker atrium druk werden gecontroleerd. Pressure-volume impedantie katheters werden in de linker ventrikel geplaatst via apicale punctie voor de continue bewaking van de systolische en diastolische functie. Zuurstofverbruik werd continu gemeten als de geïndexeerde verschil in zuurstofgehalte tussen linker atrium perfusaten en de longslagader effluent. Medicijnen te testen werden toegediend in de linker atriale blok, en veranderingen in cardiale prestatie en zuurstofmetabolisme werden gemeten en vergeleken met een direct voorafgaande basislijn.

Protocol

Dit protocol wordt uitgevoerd onder een huidige protocol onder de verzorging van dieren en het gebruik commissie van de instelling.

1. Voorbereiding voor de Studie

1. Zet het waterbad van de Krebs-Henseleit buffer (KHB) reservoir (ingesteld op 42 ° C) te verwarmen.
2. Bereid 16 l KHB bevattende (in mM) 128 NaCl, 5,7 KCI, 1,3 MgSO _4, 25 _NaHCO3, 2,7 _CaCl2, 0,53 EDTA, 0,54 NaCl ₃ H ₃ O ₃ en 10,8 dextrose. ¹³ Het substraat massa's als volgt : 27,584 g NaCl, 1,58 g KCI, 0,578 g MgSO _4, 8,401 g _NaHCO3, 1,47 g _CaCl2, 0,744 g EDTA, 0,22 g NaCl ₃ H ₃ O ₃ en 7,208 g dextrose.
   Opmerking: deze componenten in conische buizen worden opgeslagen in poedervorm zijn voor samenstelling op de dag van experimenteren.
   1. Filter 4 L gedeïoniseerd water door een 0,22 micron filter.
   2. Voeg 3.7 L van dit water naar een 4 Lbeker. Voeg alle componenten behalve CaCl ₂ aan het water.
   3. Los het _CaCl2 in de resterende 300 ml water met een apart bekerglas.
   4. Zuurstof de oplossing met _95% O2 / 5% CO ₂ bij 1 l / min (LPM) gedurende 5 min. Dit corrigeert de pH tot 7,40 en verbetert oplossing van _CaCl2.
   5. Voeg de CaCl ₂ aan de rest van de KHB.
   6. Voeg de voltooide KHB een reservoir en circuleren door alle buizen gedurende 30 min. Zorg ervoor dat het systeem vrij is van macroscopische bellen. Oxygenaat met _95% O2 / 5% CO ₂ bij 0,5 LPM.
      OPMERKING: KHB kan overnacht worden bewaard in de koelkast voor maximaal 1-2 dagen, teruggebracht naar kamertemperatuur en opnieuw gefiltreerd voor gebruik. Niet opnieuw KHB tussen de experimenten.
   7. Bereid 2 x 50 ml schone bekers met ijskoud KHB en leg ze in een emmer ijs in de buurt van de dissectie station. Zorg ervoor dat de KHB is ijskoud (in plaats van gekoeld) alvorens ex het planten van het hart.
   8. Plaats de micro druk-volume (PV) katheter in een 10 ml injectiespuit gevuld met gefilterd KHB gedurende 30 min voor kalibratie instructies van de fabrikant.
      OPMERKING: Temperatuur KHB gebruikt om te genieten van de PV katheter zo dicht mogelijk bij 37 ° C mogelijk is.
3. Bereid de anesthesie en ontleden station voor het dier.
   1. Zorg voor voldoende isofluraan in het reservoir. Opstellen 500 U heparine in een 1 ml injectiespuit; plaats een 26 gauge (1/2 ") naald op de spuit. Bereid een masker voor verlamming van het dier.
4. Stel de aorta blok perfusiedruk tot 80 mmHg en het linker atrium (LA) blok perfusiedruk tot 10 mmHg. zowel de aorta blok open en LA blok te laten warm KHB te druppelen uit. Als u klaar bent om het dier te ontleden, opent u de aorta blok aan een gestage langzame infuus van KHB out mogelijk te maken.
5. Kalibreer de PV katheter volgens instructies van de fabrikant.

"> 2. Animal Voorbereiding en Dissection

LET OP: Voor het beste resultaat, zorgen voor dier is tussen 300 en 500 g; Wij hebben gevonden dat een dier gewicht tussen 425-450 g ideaal voor ons systeem.

1. Verdoven het dier in een tank af met isofluraan (1-2%) tot het dier bewusteloos. Breng het dier de dissectie station en plaats de anesthesie masker met isofluraan en zuurstof aan het dier. Voer teen knijpen om het niveau van sedatie te beoordelen. Solliciteer dierenarts zalf op de ogen tot droog te voorkomen dat tijdens het onder narcose.
2. Injecteer heparine, 500 eenheden intraperitoneaal in de buikholte. Toestaan ​​10 min voor het Heparine kan worden geabsorbeerd. Bevestig de poten van het dier met tape om visualisatie van de thorax te verbeteren.
3. Dissectie van het hart.
   1. Eenmaal zorgen ervoor dat er geen reactie op een teen knijpen, til de huid weg van de buikholte met een tang en vervolgens met een schaar om de peritoneale holte incisie, na de bocht thij membraan terug naar de achterste hoek van de ribben.
   2. Zodra het membraan zichtbaar, met behulp van kleine schaar, langs het voorste oppervlak van het membraan gesneden in de richting van de eerdere delen om voor binnenkomst in de thorax. Breid elke snede langs de oksel lijn bilateraal aan de oksel.
      OPMERKING: De volgende stappen moeten worden uitgevoerd efficiënter, omdat de ventilatie in gevaar wordt gebracht zodra het membraan wordt ingesneden.
   3. Trek de ribbenkast naar voren uit de zwaardvormig proces met behulp van een tang. Incise het hartzakje en het borstvlies.
   4. Identificeer de onderste vena cava (IVC) en de aorta boven het membraan en trekken ze en bloc ventraal middels stompe tang.
   5. Met behulp van grote, gebogen schaar, snel een insnijding over de IVC en de aorta, het trekken van het hart en de longen uit de kist en bloc. Snijd de slokdarm, luchtpijp, brachycefale slagaders en aders craniale naar het hart en de longen van de thorax te verwijderen. Accijnzen de thymic weefsel met dit blok van weefsel. Zorg ervoor dat u het proximale deel van de opgaande aorta te snijden.
   6. Onmiddellijk Dompel het hart en de longen in ijskoud KHB en te verplaatsen naar de Langendorff apparaat, die eerder opgezet zoals beschreven in stap 1.

3. Aorta Canulatie

1. Plaats de hart-long complex in een platte schaal en oriënteren het hart van de thymus en de grote vaten met uitzicht op de experimentator en het achterste deel van de longen met uitzicht op de tafel. Uit elkaar trekken de twee lobben van de thymus en identificeren van de start van de brachiocefale slagaders van de aorta.
   1. Draperen de aorta over de rand van de schaal en doorsnijden de aorta via kleine scharen van ongeveer 5 mm boven de aortaklep, net proximaal van de start van de rechter subclavia.
      NB: De incisie moet een schone ronde cirkel opleveren - de aorta in doorsnede. Als het off-hoek (dwz een breed ovaal)of onvolledige Herhaal de snede om het gewenste resultaat te bereiken. Dit zal efficiënt aorta canule vergemakkelijken.
2. Gebruik 2 paar gebogen pincet aan weerszijden van de aorta, gids aorta via aorta canule (die langzaam worden druipt KHB). De aortaklep moet zitten 1-2 mm onder de punt van de canule.
   1. Na aorta canule, de positie van de tang loodrecht tegenover de aorta naar de aorta zijn plaats te houden. Als alternatief, plaats een kleine klem aan de overkant van de aorta naar het hart long complex zijn plaats te houden, zodat een enkele experimentator om dit model te voltooien.
3. Laat een helper passeren een zijden 4-0 hechtdraad net onder de tang en das op zijn plaats, een lus rond de canule en koppelverkoop meerdere keren, zowel voor als achter het hart. Open de canule volledig volledige retrograde aorta stroom beginnen. Let op het hart heftig kloppen.
   NB: Als het hart is totaal niet te snel te verslaan (~ 200 BPM) en krachtig, detie of canule kan afsluitorgaan één of beide kransslagaders. Als dit wordt vermoed, verwijder de band en plaats deze weg van de kransslagaders. Als het hart uitzet en niet slaan, kan de canule worden over de aortaklep. Als de kransslagader lekken (KHB spuit uit de aortawortel), vooraf de canule dichter bij de aortaklep (dit verschijnsel kan optreden als een brachycefale slagader canule in plaats van de opgaande aorta).

4. Pulmonary Vein occlusie en Voorbereiding van de longslagader voor Canulatie

Opmerking: Het doel van deze stap is om een ​​gesloten systeem te creëren linker atrium dat alle volume en druk van het linker atrium blok naar links hart structuren verzonden. Als u de pulmonale aderen volledig af te sluiten zou kunnen resulteren in preload deficiëntie en kunnen de resultaten vervalsen of maak een onstabiel werkend hart voorbereiding.

1. Verwijder de thymus om de blootstelling van th te verbeterene longslagader (PA).
2. Handmatig draai de aorta canule, zodat het achterste deel van het hart wordt geconfronteerd met de operator. Ontleden de vaten waardoor de rechterlong. Hang de rechter long weefsel met behulp van een tang om deze schepen verder af te bakenen. Met behulp van medium-large chirurgische clips (of hechtdraad), af te sluiten van de juiste longslagader en ader en bronchus met een enkele clip. Resectie van de rechter long distaal van de clip.
   LET OP: Als gevolg van moeilijkheden bij het ontleden van de longslagader gratis, onze praktijk is om de pulmonale aders af te sluiten om de longslagader opzwellen, waardoor het makkelijker om incise zonder verwonden de nabijgelegen structuren in een kloppend hart model.
3. Herhaal stap 4.2 op de linkerlong.
   LET OP: Potentiële valkuilen en het oplossen van problemen: Als beide longslagaders worden afgesloten, zal de rechter atrium zichtbaar uitzetten en het hart kan bradycardische worden. Dit komt omdat het rechterventrikel druk wordt. Als dit niet gebeurt, is het waarschijnlijk dat de pulmDaarvoor kun- nen aderen niet volledig afgesloten, en dat de voorbelasting zal onvoldoende voor het werken hart modus. Als het hart niet in staat om het hartminuutvolume na het linker atrium (LA) infusen en probeerde overgang naar het hart (zie hieronder) te handhaven, worden overwogen om additionele klemmen of een band rond de longader stompen om eventuele lekken occluderen. Zodra de BO worden ingesloten echter Stap 5 onmiddellijk worden uitgevoerd myocardiale ischemie minimaliseren. Merk op dat sommige onderzoekers incisie de longslagader vóór ligatie van de pulmonaire aders druk zetten van het rechter ventrikel te vermijden.
4. Pulmonale arteriële incisie
   1. Draai de aorta canule, zodat het voorste aspect van het hart wordt geconfronteerd met de operator. Identificeer de longslagader. Ook hier kan slagader opgezwollen. Met behulp van kleine schaar maken een dwarse incisie van ongeveer 3 mm boven de pulmonale klep.
      LET OP: Deze zal onmiddellijk verlichting van de druk en de hartslag kan verhogen. Wordenwant dit canule gemakkelijk loskomt, canule de longslagader na linkeratrium canule voltooid.

5. Left Atrial Canulatie

1. Draai de aorta canule, zodat het linker atrium wordt geconfronteerd met de operator. Met de kleine scharen, maak een 2 - 3 mm incisie in het bovenlichaam van het linker atrium, ongeveer 3 mm boven de atrioventriculaire groef.
   1. Plaats het linker atrium canule loodrecht op het vlak van de mitralisklep en gericht is naar het atriale septum.
   2. Open de LA canule tot KHB stroomt. Zorg ervoor dat de KHB is warm aan (het koud snel bij het zitten in een niet-ommantelde buizen) om het myocard dysfunctie te voorkomen als gevolg van onderkoeling na de overgang naar het werken modus. Overgang naar een infuus tarief tijdens infusen.
2. Met behulp van een tang om contra-tractie te houden, plaatst u de atriale canule in het lichaam van de linkerboezem, zorg niet te gebruiken excessive kracht, die het atrium kan scheuren.
   OPMERKING: De LA canule moet worden geplaatst dat het ligt in het midden van het atrium zonder spanning op de atriale wand.
3. Laat een 4-0 zijden hechtdraad rond het lichaam van de linker atrium en een knoop om een ​​afdichting van het atrium rond de canule te creëren. Let erop dat het achterste deel van het linkeratrium is bij de hechtdraad. Voeg extra hechtingen nodig. Eenmaal gesloten, trek de canule terug 1-2 mm, zodat het zit in het midden van het atrium in plaats van tegen het atriale septum.
   LET OP: De meest voorkomende reden dat het hart raakt malperfused bij overgang naar beroepsleven hart modus is dat de LA canule grenst aan het atriale septum, waarbij het linker atrium instroom afsluit. De LA tracing verandert vaak om aan te tonen van een goede een golf golf en v wanneer de canule in de juiste positie (zie figuur 2E).
4. Open de LA canule klep geheel de volledige voorspanning te dienen aan het linker atrium. bewaken van dedruppelen tarief van het hart (die afkomstig is van coronaire effluent). Zorg ervoor dat het infuus tarief niet veranderen wanneer de LA canule is open. Zo ja, retie het atrium rond de canule zoals beschreven in stap 6,4, omdat dit een lek in het systeem is.

6. longslagader Canulatie en Overgang naar Working Heart Mode

1. Als het meten van myocard zuurstofverbruik (of andere stoffen in coronaire effluent, zoals drugs niveaus of cytokines), plaatst 1/32 "flexibele slang in de voorafgaande incisie in de longslagader.
   LET OP: Het zuurstofverbruik wordt gemeten als het verschil in zuurstofgehalte tussen links atriale perfusaat en longslagader effluent ^2.
   1. Voor continue meting van myocardiale zuurstofconsumptie, gebruik van een in-line zuurstof elektrode naar het linker atrium en coronaire sinus effluent vergelijken.
   2. Verzamel coronaire sinus effluent (van zowel de longslagader en druipen van het hart) in een afgestudeerd cylinder voor getimede kwantificering van coronaire flow.
   3. Bereken myocardiale zuurstofverbruik zoals eerder beschreven. ²
2. Overgang naar beroepsleven hart modus door het uitschakelen van de retrograde aorta pomp.
   Opmerking: Wanneer dit gebeurt, de LA druk wordt de pre-laaddruk en de weerstand die eerder verschaffen weerstand tegen de retrograde pomp Langendorff modus verschaft nu weerstand hartminuutvolume, waardoor een gemiddelde arteriële druk. Als de gemiddelde arteriële druk daalt onder ~ 80 mm Hg, is de oorzaak waarschijnlijk gerelateerd aan ofwel preload of myocard-functie. De meest waarschijnlijke probleem is het linker atrium canule, aan te passen na het herstarten van de retrograde pomp.

7. Plaatsen van de linker ventriculaire druk Volume Catheter

OPMERKING: De PV katheter kan worden gebracht hetzij retrograde (via de aortaklep) of via apicale punctie. Het voordeel is dat retrograde positie is consistenter en ondervangt de noodzaak van apicale punctie en de daarmee gepaard gaande risico's van coronaire letsel of verlies van voorbelasting. Echter, retrograde plaatsing soms zeer uitdagend, zodat we beide technieken beschrijven hierin.

1. Bevestig een 1,4 French druk-volume katheter om de druk volume lussysteem. Kalibreer het systeem warme KHB volgens de instructies van de fabrikant. Zorg ervoor dat de golfvorm is zichtbaar in real time. Breng de katheter en kabels dichtbij het oppervlak van de LV om niet te los na plaatsing.
2. Voor retrograde plaatsing, opent u de verstelbare klep en voeding van de PV-katheter zachtjes over de aortaklep, totdat een stabiele druk en het volume golfvorm worden geïdentificeerd. Vermijd het gebruik van buitensporig geweld die de aortaklep kunnen beschadigen of doorboren de ventriculaire apex.
   Opmerking: we hebben gevonden dat het belangrijk is om het buisstuk en het aantal omwentelingen dat de PV katheter moet doorlopen om de AV benaderen minimaliseren. Hetkan nuttig zijn om te bezuinigen de slang die wordt geleverd met het systeem.
3. Voor apicale plaatsing, gebruik maken van een 24 G angio-katheter om een ​​apicale punctie in de LV te creëren. Zorg ervoor dat de linker anterieure dalende kransslagader te voorkomen. Richt de naald in de richting van de aortaklep uit de ventriculaire apex. Schuif de druk-volume katheter in het lichaam van de LV. Stop voortbewegen van de katheter zodra de LV druk en volume golfvorm geïdentificeerd.
4. Zodra de druk-volume katheter op zijn plaats is, verplaatst het water jas in de juiste positie rond het hart. Bevestig de katheter aan de wand van het water jas met een klein stukje tape.
5. Zorg ervoor dat op zijn minst een 30 min periode van stabiliteit voor het begin van de metingen of interventies.

8. Infusion of Medication

1. (Optioneel) Giet medicijnen (bijvoorbeeld dopamine) in de linker atriale blok met behulp van een standaard medicijn pomp.
   NOTA BENE: Wij hebben gedoseerde medicijnen volgens de groe dierlijk lichaamsgewicht omdat stroom gelijk aan een geheel hartminuutvolume passeert de atriale blok; slechts een klein deel van deze gaat door de coronaire circulatie, zoals in vivo. Als alternatief kan een tweede reeks perfusievloeistof worden gemaakt met een vooraf ingestelde concentratie van medicatie en gebruikt om het hart perfuseren.
   Opmerking: In ons protocol, trekken we medicijnen gedurende een 12 minuten periode, verzamelen van fysiologische gegevens tijdens de laatste 10 minuten van elke infusie en te vergelijken met een onmiddellijk voorafgaande 10 minuten basislijn.

9. Fysiologische Manipulaties

1. Hartslag
   1. (Optioneel) hechtdraad twee pacing draden op de rechter atriale wand en hechten aan een tijdelijke pacing apparaat.
      LET OP: Dit maakt een nauwkeurige controle van de hartfrequentie (boven de inheemse sinusritme) en een inzicht in de relatie tussen de hartslag en contractiliteit onafhankelijk van een cardiotonic medicatie.
2. preload
   1. Varieer depreload (gedefinieerd als linker ventrikel eind diastolisch volume) door het variëren van de hoogte van de kolom toevoeren van het linker atrium blok.
3. Bloeddruk
   1. Manipuleren van de bloeddruk (de primaire determinant van afterload in dit model) met behulp van de druk kleppen van de IH-51.
4. Coronaire zuurstofgehalte
   1. Volbrengen verschillende mate van myocard hypoxie door perfuseren het hart met KHB verzadigd in verschillende gasmengsels. Gebruik hiervoor afzonderlijke mantel reservoirs (elk met een eigen gasmengsel) een evenwicht tussen het gas en KHB waarborgen.
   2. Volbrengen coronaire ischemie door hechtdraad ligeren een distale kransslagader.
      LET OP: De ligatie van proximale kransslagaders in de werkende hart modus kan leiden tot fataal disfunctie.
   3. Induceren globale coronaire ischemie door het onderbreken of uitstellen van retrograde perfusie voor een bepaalde periode.

Resultaten

Een schema van een volledig geïnstrumenteerde hart retrograde perfusie (figuur 1A) en linker ventrikel werkende hart (Figuur 1B). Typische aorta, linker atrium en de linker ventriculaire druk en volume traces zijn weergegeven in figuur 2A -. D De typische eind diastolische druk ongeveer 3-5 mm Hg in dit model, en de piek systolische druk ongeveer 100 mmHg Figuur 2E toont de verandering. in linker atriale tracing wanneer de LA canule van het atriale septum tijdens de plaatsing en positionering van de canule wordt verplaatst. In deze experimenten werd aorta druk ingesteld op 90 mmHg, en LA druk werd ingesteld op 10 mmHg.

Om de effecten van catecholaminen testen, elke fysiologische parameter (voornamelijk afkomstig van de druk-volume katheter en bijbehorende software) vergeleken met de direct voorafgaande referentieperiode. In het getoonde voorbeeld, dopamine werd toegediend met 15 ug / kg / min in de linker atriale blok. Hoewel het eind diastolische druk identiek in beide omstandigheden (gezien de vastgestelde atriale druk in dit model), het linker ventrikel eind diastolisch volume daalt met 2,5%, en de linker ventriculaire eind systolisch volume daalt met 4,9%, hetgeen een verhoogd slagvolume (Figuur 3A). Vergeleken met placebo infusies, de linker ventriculaire slag werken, geïdentificeerd als het gebied in de druk-volume curve, steeg met 32% tijdens de behandeling met dopamine (figuur 3B, P <0,001, t-test, n = 10 per groep). Dit ging gepaard met een sterkere stijging van myocardiale zuurstofconsumptie vergelijking met placebo infusies (Figuur 3C). Op deze wijze kan de relatieve potentie en energiekosten van verschillende cardiotonic medicijnen en doses te vergelijken met elkaar onafhankelijk van hun effect op belastingsomstandigheden.

content "fo: keep-together.within-page =" 1 ">
Figuur 1: Diagram van Flow in een volledig geïnstrumenteerde Hart in Retrograde perfusie en Working Hart Mode (Panel A: Langendorff mode; Panel B:.. Werkend hart mode In retrograde mode, KHB wordt toegediend op een ingestelde perfusiedruk in de aortawortel. deze modus wordt gebruikt om de hartspier te herstellen volgende ischemische tijd en tijdens instrumentatie. bij het ​​werken hart mode, stroomt perfusaat door de linker hart voor perfuseren de coronaire circulatie. In deze modus moet het myocard zijn eigen perfusie druk te genereren. klik hier om te bekijken een grotere versie van deze figuur.

FIGUUR 2: Representatieve druk en volume Tracings verkregen tijdens nulmetingen. (A) aortawortel druk (B) linker atrium druk (C) linker ventrikel druk en (D) linkerventrikel volume traces tijdens een nulmeting worden weergegeven. Slagvolume beroerte werk, hartminuutvolume, tau, en andere parameters kunnen automatisch berekend en weergegeven in real time door de software. Een stompe linker atrium tracing (E) behorende bij een slechte hartminuutvolume in werkende hart modus kan een aanwijzing dat de canule wordt verkeerd gepositioneerd in het linker atrium worden. Merk op dat de prominente v golf in de goed geplaatste linker atrium druk tracing is te wijten aan een verminderde linker atrium naleving in de volledig geïnstrumenteerde animal zelfstandig, waarschijnlijk. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3:. Effect van dopamine op de druk-volume curve Dopamine infusie leidt tot een verschuiving naar links in de PV curve (A), waaronder een verhoogd slagvolume, daalde eind systolisch volume, vergeleken met basislijnmetingen. Merk op dat de vorm van bepaalde onderdelen van deze PV curves verschillen van die welke gewoonlijk gemeten in vivo (zie figuur 4) door het ontbreken van arteriële en veneuze elasticiteit. (B) In vergelijking met een onmiddellijk voorafgaande basislijn, beroerte werk verhoogde significant tijdens infusies dopamine dan placebo (**, p = 0,0017, t-test), evenals myocardiale zuurstofconsumptie (*, P = 0,013, t-test, C). Met behulp van dit model, de gemiddelde zuurstofverbruik van het myocard bij baseline was 0,22 ± 0,02 mmol O ₂ / gram weefsel / minuut, met behulp van een geschatte dissolved zuurstofgehalte van 165 umol / L in zoutoplossing bij 40 ° C Dergelijke metingen kunnen worden gebruikt om te vergelijken het zuurstofverbruik van het myocard van verschillende medicijnen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Analyse van druk Volume Loops. Theoretische druk-volume curve weergegeven Beschrijft de normale hartcyclus Na aortaklep (AV) afsluiting (1), isovolemische krimp optreedt (1 - 2). Ventriculaire druk afneemt tot onder atriumdruk. De duur van deze fase wordt vertegenwoordigd door Tau. De mitralisklep (MV) wordt geopend gelijktijdig met atriale systole, vullen van de ventrikel (2-3). Systole begint daarna met isovolemische contraction (3-4) tot ventriculaire druk overschrijdt diastolische arteriële druk, waarna de AV geopend. Slagvolume is het verschil tussen de lijnen 1 - 2 en 3 -. 4 takt werk is het gebied binnen de 1 - 2 - 3 -. 4 curve Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussie

Dit werkt hartmodel maakt evaluatie van ventriculaire prestaties met volledige controle van ventriculaire preload en afterload, zuurstofspanning van het perfusaat, en hartslag. Naast andere factoren, het mogelijk maakt beoordeling van de intrinsieke effecten van myocardiale inotrope geneesmiddelen onafhankelijk van afterload en voorspanning, welke wijze die niet mogelijk zijn met behulp van een in vivo model. Omdat dit model gebruikt een kristalloïde perfusaat, dat evaluatie maakt het myocardium zonder interferentie van hemoglobine vereenvoudigen spectroscopische analyse van myocardiale energietoestanden, bijv. ¹⁴ In dit model wordt het rechter atrium niet canule als ons instrumentatie, hoewel het mogelijk is daartoe. We hebben bewust gekozen om dit te doen met het oog op bemonstering van de coronaire sinus stroom voor de beoordeling van het zuurstofverbruik van het myocard te vergemakkelijken. Belangrijk is echter de juiste hart nog steeds voert de druk en het volume werk in dit model omdat het de co-pompenronary sinus uitmonden in de longslagader canule. Verstrekken van een aantal rechterventrikel voorspanning de positionering van het ventriculaire septum en verhoogt linker ventrikel functie en is een belangrijke component van dit model. ¹⁵

Er zijn verschillende experimentele valkuilen te noemen. De eerste is de initiële retrograde canule, die doelmatig worden uitgevoerd (dat wil zeggen, in minder dan 2 minuten) om de periode van ischemie minimaliseren. De belangrijkste vaardigheid onder de knie is de efficiënte isolatie, de voorbereiding en de behandeling van de opgaande aorta. Belangrijk is dat de aorta stomp niet overmatig worden verkort, er onvoldoende ruimte voor infusen boven de aortaklep. Het is echter ook belangrijk dat de aorta stomp niet te lang, die koppelmanchet van de aorta rond de canule kan veroorzaken. Het is ook belangrijk dat de aorta canule en aortawortel een passend formaat aangepast. Een te grote aorta op een kleine canule kan ookleiden tot koppelmanchet van de aortawortel op de canule. Rechts subclavia neemt meestal af van de aorta ascendens ongeveer 7 mm boven de aortaklep. Het identificeren van de brachycefale vaten (ongeveer 1 mm in diameter) tijdens dissectie en trimmen van de aorta zijn belangrijke oriëntatiepunten voor de dwarse aorta incisie. Trimmen de aorta net onder de start van de eerste brachiocephalicus slagader is aan te raden. Opname van het schip in het bijgesneden aortawortel leidt doorgaans tot een lekkage van KHB, en het verlies van aortawortel druk op de overgang naar werken hart mode.

Een ander technisch uitdagende aspect van infusen is de linker atrium infusen. Hoewel het mogelijk is de linker hartoor canule, vonden we dat de canule vaak vastloopt in het aneurysma, en niet gemakkelijk overgaan in het lichaam van het linker atrium. Aldus geven wij de voorkeur aan de insnijding in het lichaam van het linker atrium, ongeveer2 mm boven de atrioventriculaire groef. Het is belangrijk om het linker atrium canule in de juiste positie vlak vóór het inbrengen om te scheuren de dunwandige atrium als het bevestigen van de canule.

We vonden dat de ideale grootte van het linker atrium incisie ongeveer 3 mm. Het creëren van een te kleine incisie mag de positie van het linker atrium canule bemoeilijken, en kan leiden tot scheuren van het linkeratrium. We gebruiken een rechte, 8 mm, schuine stuk zuurstofdicht buis (binnendiameter 2,9 mm) op de linker atriale blok. Wij hebben gevonden dat met deze, in plaats van een canule met een afgeschuinde rand, leidt tot consistente atriale meeste infusen en vergemakkelijkt het proces van bevestigen van het linker atrium blok. Ongeacht de gebruikte buis, is het van belang dat het uiteinde van de buis niet wordt afgesloten door het atriale septum of de mitralisklep (zoals boven weergegeven, vonden we dat het linker atrium druk tracering was behulpzaam bij deze regard), omdat zelfs subtiele beweging van de atriale canule kan aanzienlijke verandering linker ventriculaire preload en de resulterende hemodynamische metingen. Om dezelfde reden is het belangrijk dat het linkeratrium niet lekt wordt na het openen van het linker atrium blok. Belangrijk is, ongeacht het type buismateriaal benutten om de buis binnen dit systeem is zuurstofdicht voldoende zuurstoftoevoer naar het hart te verzekeren.

Een ander technisch uitdagend aspect van de procedure is de plaatsing van de druk-volume (PV) katheter. We aanvankelijk voorstander van een retrograde plaatsing van de katheter door de aorta blok. Hoewel technisch haalbaar is, vonden we het veel eenvoudiger en opportuun zijn om de PV-katheter plaatsen via transapicale punctie. Zorg moet worden genomen om de positie van de katheter te controleren tijdens de duur van het experiment, zoals soms kan de katheter in of uit het linker ventrikel te verplaatsen. Dit kan door het bewaken van de pressuher en volume traces in de tijd.

Tenslotte moet erop worden gelet dat KHB oplossing voor elk experiment vers gemaakt. Het is mogelijk om te wegen uit de bestanddelen van KHB en bewaar ze in conische buizen in poedervorm van tevoren. Op de dag van experimenteren, kunnen deze worden gemengd met steriel gefiltreerd water, kooldioxide / zuurstof en calcium toegevoegd aan het mengsel. Het is ook belangrijk om het systeem wassen met enzym actieve poedervormige detergens zoals Tergazyme (of soortgelijk) en vervang regelmatig het perfusaat filter.

Verscheidene beperkingen van deze experimentele opstelling opgemerkt. Ten eerste, vergelijkbaar met all-crystalloid geperfundeerde Langendorff voorbereidingen, KHB en andere asanguinous perfusates hebben een significant verminderde zuurstof draagkracht ten opzichte van bloed. Hoewel dit ten dele wordt gecompenseerd door de coronaire vasodilatie en suprafysiologische coronaire stroming, het preparaat niet volledig fysiologischc om deze reden. Anderzijds vanwege de bijna oneindige naleving van de Windkessel kamer in dit instrument, de systolische en diastolische drukken worden slechts minimaal gescheiden (zie figuur 2A) en derhalve de coronaire perfusiedruk niet-fysiologische. Dit kan in de toekomst modellen worden overwonnen door het opnemen van een elasticiteit component aan de afterload blok. Ten derde, zoals met alle geïsoleerde hart voorbereidingen, het hart ondergaat een bepaalde periode (2-3 min) van warme ischemie die waarschijnlijk myocard letsel of disfunctie te creëren. Het minimaliseren van dit letsel in de praktijk van de techniek is van het grootste belang om representatieve resultaten. Bovendien bevat om redenen van dierenwelzijn kunnen inhalatieanesthetica dienen als myocardiale suppressant begin van de reperfusie proces, maar verwacht wordt dat dit effect snel afgeschaft het hart reperfusie met KHB.

De werkende hartsysteem die manier wordt een groot aantal Physiologic onderzoeken om patiëntenzorg, onderzoek en onderwijs relevant. Met een paar extra aanpassingen, kan het systeem ook worden gebruikt om belangrijke fysiologie congenitale hartaandoening betrokken, waaronder pulmonaire hypertensie en enkelvoudige ventrikel fysiologie simuleren. Beperkingen omvatten dat het een ex vivo voorbereiding, dat het hart wordt geperfuseerd met buffer in plaats van een hoger zuurstofgehalte bloed.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Natriumbicarbonaat	Sigma-Aldrich	S5761	8.401 g/4 L
Ethyleendiaminetetraazijnzuur	Sigma-Aldrich	E6758	0.744 g/4 L
Kaliumchloride	Sigma-Aldrich	P9333	1.580 g/4 L
Magnesiumsulfaat	Sigma-Aldrich	M7506	0.578 g/4 L
Natriumpyruvaat	Sigma-Aldrich	P2256	0.220 g/ 4 L
Natriumchloride	Sigma-Aldrich	S3014	27.584 g/4 L
Dextrose	Sigma-Aldrich	D9434	7.208 g/4 L
Calciumchloride dihydraat	Sigma-Aldrich	C7902	1.470 g/4 L
Biventriculair werkende hartmodel	Harvard Apparatus	IH-51
Drukvolumekatheter	Millar, Inc	SPR-944-1	6 mm ruimte catheter gebruikt
LabChart Pro 8	AD Instruments	Versie 8.1