Isolated working heart models can be used to measure the effect of loading conditions, heart rate, and medications on myocardial performance and oxygen consumption. We describe methods for preparation of a rodent left heart working model that permits study of systolic and diastolic performance and oxygen consumption under various conditions.
Isolated working heart models have been used to understand the effects of loading conditions, heart rate and medications on myocardial performance in ways that cannot be accomplished in vivo. For example, inotropic medications commonly also affect preload and afterload, precluding load-independent assessments of their myocardial effects in vivo. Additionally, this model allows for sampling of coronary sinus effluent without contamination from systemic venous return, permitting assessment of myocardial oxygen consumption. Further, the advent of miniaturized pressure-volume catheters has allowed for the precise quantification of markers of both systolic and diastolic performance. We describe a model in which the left ventricle can be studied while performing both volume and pressure work under controlled conditions.
In this technique, the heart and lungs of a Sprague-Dawley rat (weight 300-500 g) are removed en bloc under general anesthesia. The aorta is dissected free and cannulated for retrograde perfusion with oxygenated Krebs buffer. The pulmonary arteries and veins are ligated and the lungs removed from the preparation. The left atrium is then incised and cannulated using a separate venous cannula, attached to a preload block. Once this is determined to be leak-free, the left heart is loaded and retrograde perfusion stopped, creating the working heart model. The pulmonary artery is incised and cannulated for collection of coronary effluent and determination of myocardial oxygen consumption. A pressure-volume catheter is placed into the left ventricle either retrograde or through apical puncture. If desired, atrial pacing wires can be placed for more precise control of heart rate. This model allows for precise control of preload (using a left atrial pressure block), afterload (using an afterload block), heart rate (using pacing wires) and oxygen tension (using oxygen mixtures within the perfusate).
अलग अंगों का अध्ययन क्या विवो में संभव है परे शारीरिक शर्तों के नियंत्रण के लिए परमिट। पूर्व vivo दिल की तैयारी पहले ओटो Langendorff, 1 जो प्रतिगामी छिड़काव के साथ एक अलग मॉडल वर्णित द्वारा वर्णित किया गया। बाद में, दूसरों "काम दिल" मॉडल है, जिसमें मायोकार्डियम दोनों दबाव और मात्रा का काम करता है का वर्णन किया। 2 इस तरह की तैयारी दौरे कार्रवाई के तंत्र, 3 दौरे चयापचय, 4-6 और cardiotonic दवाओं के प्रभाव elucidating में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है। 7 9
कि दौरे सिकुड़ना बढ़ाने दवाओं के उपयोग के गंभीर रूप से बीमार रोगियों में आम है। हालांकि, कुछ डेटा सिकुड़ना और दौरे ऑक्सीजन की खपत, डेटा पर इन दवाओं जो पश्चात की स्थापना में की दिल की विफलता के नैदानिक लक्षण के साथ रोगियों की देखभाल में उपयोगी हो सकता है के सापेक्ष प्रभाव की तुलना में उपलब्ध हैं। 10 हालांकि, क्योंकि ज्यादातर cardiotonic दवाएं न केवल मायोकार्डियम, लेकिन यह भी arteriolar प्रतिरोध, शिरापरक समाई 11, और एक रोगी की चयापचय दर, 12 पूर्व vivo पृथक दिल मॉडल इष्टतम साधन है जिसके द्वारा पर ऐसी दवाओं के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए रहने को प्रभावित मायोकार्डियम समुचित।
हम दौरे समारोह और ऑक्सीजन की खपत पर inotropic दवाओं के लोड स्वतंत्र अध्ययन के लिए एक पूर्व vivo मॉडल के उपयोग का वर्णन। Sprague Dawley चूहों से दिल एक बाईं दिल मॉडल काम कर वेंट्रिकुलर का उपयोग कर cannulated और एक संशोधित क्रेब्स Henseleit perfusate का उपयोग कर भरकर रखा गया था। महाधमनी और बाएं आलिंद के दबाव नियंत्रित किया गया। दबाव मात्रा प्रतिबाधा कैथेटर सिस्टोलिक और डायस्टोलिक समारोह की सतत निगरानी के लिए शिखर पंचर के माध्यम से बाएं वेंट्रिकल में रखा गया था। ऑक्सीजन की खपत लगातार छोड़ा आलिंद perfus के बीच ऑक्सीजन सामग्री में अनुक्रमित अंतर के रूप में मापा गया थाखाया और फेफड़े के धमनी प्रवाह। चिकित्सा बाएं आलिंद ब्लॉक में संचार कर रहे थे परीक्षण किया जाना है, और हृदय प्रदर्शन और ऑक्सीजन चयापचय में परिवर्तन मापा जाता है और एक तुरंत पूर्ववर्ती आधारभूत साथ तुलना की गई।
यह काम दिल मॉडल वेंट्रिकुलर प्रीलोड और afterload, perfusate की ऑक्सीजन तनाव, साथ ही दिल की दर के पूर्ण नियंत्रण के साथ वेंट्रिकुलर प्रदर्शन के आकलन के लिए सक्षम बनाता है। अन्य कारकों के अलावा, यह जो तरीके हैं कि संभव नहीं हैं afterload और प्रीलोड के स्वतंत्र inotropic दवाओं, एक विवो मॉडल का उपयोग कर के आंतरिक दौरे प्रभाव के आकलन के लिए परमिट। क्योंकि इस मॉडल एक crystalloid perfusate इस्तेमाल करता है, यह आकलन हीमोग्लोबिन से हस्तक्षेप के बिना मायोकार्डियम परमिट, दौरे ऊर्जा राज्यों के स्पेक्ट्रोस्कोपी विश्लेषण को सरल बनाने, उदाहरण के लिए। 14 इस मॉडल में, सही आलिंद हालांकि यह संभव है, हमारे इंस्ट्रूमेंटेशन के हिस्से के रूप में cannulated नहीं है ऐसा करने के लिए। हम जानबूझकर आदेश दौरे ऑक्सीजन की खपत के आकलन के लिए कोरोनरी साइनस प्रवाह का नमूना लेने की सुविधा के लिए ऐसा करने के लिए नहीं चुना है। महत्वपूर्ण बात है, हालांकि, सही दिल अब भी दबाव और कार्य की मात्रा इस मॉडल में प्रदर्शन करती है यह पंप सह के रूप मेंronary साइनस फेफड़े के धमनी प्रवेशनी में प्रवाह। कुछ सही निलय प्रीलोड उपलब्ध कराना वेंट्रिकुलर पट की स्थिति में सुधार है और बाएं निलय प्रदर्शन को बढ़ाता है, और इस मॉडल का एक महत्वपूर्ण घटक है। 15
वहाँ कई प्रयोगात्मक नुकसान का उल्लेख कर रहे हैं। पहले प्रारंभिक प्रतिगामी केन्युलेशन, जो निर्लज्जता प्रदर्शन किया जाना चाहिए (यानी, कम से कम 2 मिनट में) ischemia की अवधि को कम करने के लिए है। मास्टर करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण कौशल कुशल अलगाव, तैयारी और आरोही महाधमनी की हैंडलिंग है। यह महत्वपूर्ण है कि महाधमनी स्टंप महाधमनी वाल्व ऊपर केन्युलेशन के लिए अपर्याप्त कमरे में जा जरूरत से ज्यादा कम नहीं काटा जा। हालांकि, यह भी महत्वपूर्ण है कि महाधमनी स्टंप बहुत लंबा है, जो चारों ओर प्रवेशनी महाधमनी के torqueing पैदा कर सकता है नहीं हो। यह भी महत्वपूर्ण है कि महाधमनी प्रवेशनी और महाधमनी जड़ को उचित आकार से मिलान किया जा रहा है। एक छोटे से प्रवेशनी पर एक जरूरत से ज्यादा बड़े महाधमनी भी कर सकते हैंप्रवेशनी पर महाधमनी जड़ की torqueing पैदा होती हैं। सही अवजत्रुकी धमनी आम तौर पर महाधमनी वाल्व ऊपर लगभग 7 मिमी आरोही महाधमनी से दूर ले जाता है। विच्छेदन के दौरान प्रगंडशीर्षी वाहिकाओं (व्यास में लगभग 1 मिमी) की पहचान करने और महाधमनी के trimming अनुप्रस्थ महाधमनी चीरा के लिए के रूप में महत्वपूर्ण स्थलों की सेवा। सिर्फ पहली प्रगंडशीर्षी धमनी के उड़ान भरने के नीचे महाधमनी ट्रिमिंग सलाह दी जाती है। छंटनी की महाधमनी जड़ में इस पोत के शामिल किए जाने के लिए आम तौर पर काम कर दिल मोड में संक्रमण पर KHB का रिसाव, और महाधमनी जड़ दबाव का नुकसान होता है।
केन्युलेशन की एक और तकनीकी रूप से चुनौतीपूर्ण पहलू बाएं आलिंद केन्युलेशन है। हालांकि यह बाएं आलिंद उपांग cannulate के लिए संभव है, हमने पाया कि प्रवेशनी अक्सर उपांग भीतर अटक जाता है, और बाएं आलिंद के शरीर में आसानी से पारित नहीं होता है। इस प्रकार, हम बाएं आलिंद के शरीर में चीरा बनाने के लिए पसंद करते हैं, लगभगएट्रीवेन्ट्रीकुलर नाली से बेहतर 2 मिमी। यह आदेश पतली दीवारों आलिंद फाड़ जब प्रवेशनी हासिल करने से बचने के लिए सम्मिलन से पहले उचित विमान में बाएं आलिंद प्रवेशनी स्थिति के लिए महत्वपूर्ण है।
हमने पाया है कि बाएं आलिंद चीरा के आदर्श आकार लगभग 3 मिमी था। एक चीरा का बहुत छोटा बनाना भी बाएं आलिंद प्रवेशनी की नियुक्ति को और अधिक कठिन बना सकता है, और बाएं आलिंद के फाड़ हो सकता है। हम एक सीधे, 8 मिमी, beveled बाएं आलिंद ब्लॉक पर ऑक्सीजन अभेद्य ट्यूबिंग (भीतरी व्यास 2.9 मिमी) का टुकड़ा का उपयोग करें। हमने पाया है कि एक beveled बढ़त के साथ यह है, बजाय एक प्रवेशनी का उपयोग करते हुए, सबसे लगातार आलिंद केन्युलेशन की ओर जाता है और बाएं आलिंद ब्लॉक हासिल करने की प्रक्रिया की सुविधा है। इस्तेमाल किया ट्यूबिंग के बावजूद, यह सुनिश्चित करना है कि ट्यूबिंग के अंत आलिंद पट या माइट्रल वाल्व द्वारा occluded नहीं है (जैसा कि ऊपर दर्शाया महत्वपूर्ण है, हमने पाया कि छोड़ दिया आलिंद दबाव ट्रेसिंग इस रीगा में मददगार थेआरडी), आलिंद प्रवेशनी के रूप में भी सूक्ष्म आंदोलन काफी बाएं निलय प्रीलोड और रक्तसंचारप्रकरण माप जिसके परिणामस्वरूप बदल सकते हैं। उसी कारण से, यह सुनिश्चित करना है कि बाएं आलिंद बाएं आलिंद ब्लॉक खोलने के बाद निम्नलिखित लीक नहीं करता महत्वपूर्ण है। यह सुनिश्चित करना है कि इस प्रणाली के भीतर ट्यूबिंग ऑक्सीजन दिल को पर्याप्त ऑक्सीजन वितरण सुनिश्चित करने के लिए अभेद्य है इस्तेमाल किया ट्यूबिंग के प्रकार के बावजूद महत्वपूर्ण है।
प्रक्रिया का एक अन्य तकनीकी रूप से चुनौतीपूर्ण पहलू दबाव मात्रा (पीवी) कैथेटर की नियुक्ति की थी। हम शुरू में महाधमनी ब्लॉक के माध्यम से कैथेटर की एक प्रतिगामी प्लेसमेंट के पक्ष में है। हालांकि तकनीकी रूप से संभव है, हम इसे transapical पंचर के माध्यम से पीवी कैथेटर जगह करने के लिए बहुत सरल और समीचीन हो पाया। केयर, प्रयोग की अवधि के दौरान कैथेटर की स्थिति पर नजर रखने के लिए लिया जाना चाहिए के रूप में कई बार कैथेटर में या बाएं वेंट्रिकल से बाहर स्थानांतरित कर सकते हैं। इस pressu की निगरानी के द्वारा किया जा सकता हैफिर से और समय के साथ मात्रा ट्रेसिंग।
अंत में, देखभाल सुनिश्चित करने के लिए कि KHB समाधान एक प्रयोग के लिए नए सिरे से बनाई गई है लिया जाना चाहिए। यह KHB के घटक वजन और उन्हें समय से आगे पाउडर के रूप में शंक्वाकार ट्यूब में स्टोर करने के लिए संभव है। प्रयोग के दिन, इन बाँझ, फ़िल्टर्ड पानी, कार्बन डाइऑक्साइड / ऑक्सीजन, और फिर कैल्शियम मिश्रण में जोड़ा के साथ मिलाया जा सकता है। यह भी ऐसी Tergazyme (या समान) के रूप में एंजाइम सक्रिय पाउडर साबुन के साथ प्रणाली धोने और perfusate फिल्टर नियमित रूप से बदलने के लिए महत्वपूर्ण है।
इस प्रयोगात्मक तैयारी की कई सीमाओं पर ध्यान दिया जाना चाहिए। सबसे पहले, सभी crystalloid-भरकर रखा Langendorff तैयारी करने के लिए भी इसी तरह, KHB और अन्य asanguinous perfusates एक काफी कम ले जाने के रक्त की क्षमता के सापेक्ष ऑक्सीजन की है। हालांकि यह आंशिक रूप से कोरोनरी वैसोडायलेटेशन और supraphysiologic कोरोनरी प्रवाह के माध्यम से के लिए मुआवजा दिया है, तैयारी पूरी तरह physiologi नहीं हैइस कारण के लिए सी। दूसरा, क्योंकि इस उपकरण में इस्तेमाल Windkessel चैम्बर के लगभग अनंत अनुपालन की, सिस्टोलिक और डायस्टोलिक दबाव के केवल न्यूनतम अलग हो रहे हैं (2A चित्रा देखें) और इस तरह कोरोनरी छिड़काव दबाव गैर शारीरिक है। इस afterload ब्लॉक करने के लिए एक elastance घटक को शामिल करके भविष्य के मॉडलों में दूर किया जा सकता है। गर्म ischemia के – (3 मिनट 2) जो मायोकार्डियल चोट या रोग पैदा होने की संभावना है तीसरा, सभी पृथक दिल तैयारी के साथ के रूप में, दिल एक निर्धारित अवधि से होकर गुजरती है। तकनीक के अभ्यास के माध्यम से इस चोट को न्यूनतम प्रतिनिधि परिणामों के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। इसके अलावा, हालांकि पशु कल्याण के लिए आवश्यक है, साँस anesthetics एक दौरे suppressant के रूप में reperfusion की प्रक्रिया में जल्दी, सेवा कर सकते हैं, हालांकि यह उम्मीद है कि इस आशय जल्दी से समाप्त कर दिया है के रूप में दिल KHB साथ reperfused है।
काम कर हृदय प्रणाली का वर्णन Physiol की एक विस्तृत विविधता के लिए अनुमति देता हैरोगी देखभाल, अनुसंधान और शिक्षण के लिए प्रासंगिक ogic जांच। कुछ अतिरिक्त संशोधनों के साथ, इस प्रणाली को भी जन्मजात हृदय रोग के लिए प्रासंगिक महत्वपूर्ण शरीर विज्ञान, फेफड़े के उच्च रक्तचाप और एकल वेंट्रिकल शरीर क्रिया विज्ञान सहित अनुकरण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। सीमाएं भी शामिल है कि यह एक पूर्व vivo तैयारी है, कि दिल में एक उच्च ऑक्सीजन सामग्री रक्त के बजाय एक बफर से भरकर रखा जा रहा है।
The authors have nothing to disclose.
उपकरण और यहाँ वर्णित प्रयोगों कार्डियोलोजी, बोस्टन बच्चों के अस्पताल के विभाग द्वारा और Haseotes परिवार से परोपकारी दान के द्वारा वित्त पोषित किया गया। हम डॉक्टरों के आभारी हैं। फ्रैंक McGowan और इस मॉडल के साथ जल्दी अनुभवों के साथ हमें प्रदान करने के लिए Huamei उन्होंने कहा, और कलाकृति के साथ सहायता के लिए लिंडसे थॉमसन के लिए।
Sodium bicarbonate | Sigma-Aldrich | S5761 | 8.401 g/4 L |
Ethylenediaminetetraacetic acid | Sigma-Aldrich | E6758 | 0.744 g/4 L |
Potassium chloride | Sigma-Aldrich | P9333 | 1.580 g/4 L |
Magnesium sulfate | Sigma-Aldrich | M7506 | 0.578 g/4 L |
Sodium pyruvate | Sigma-Aldrich | P2256 | 0.220 g/ 4 L |
Sodium chloride | Sigma-Aldrich | S3014 | 27.584 g/4 L |
Dextrose | Sigma-Aldrich | D9434 | 7.208 g/4 L |
Calcium chloride dihydrate | Sigma-Aldrich | C7902 | 1.470 g/4 L |
Biventricular working heart model | Harvard Apparatus | IH-51 | |
Pressure volume catheter | Millar, Inc | SPR-944-1 | 6 mm spacing catheter used |
LabChart Pro 8 | AD Instruments | Version 8.1 |