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).
离体器官的研究允许超出了体内可能的生理条件控制。 体外心脏的准备工作首先由奥托的Langendorff,1谁与逆行灌注描述一个孤立的模型来描述。随后,其他所描述的“工作心脏”模型,其中,所述心肌进行压力和体积的工作。2这样的制剂已在阐明4-6心肌的作用机制,3心肌代谢,以及强心药物的效果被工具。7- 9
增强心肌收缩药物的使用是危重病人常见。然而,很少有数据可比较这些药物对收缩力和心肌耗氧量,数据可在术后的设置是在护理病人的心脏衰竭的临床症状有用的相对影响10然而,由于大多数强心剂药物不仅影响心肌,而且动脉阻力,静脉电容11,和患者的代谢率,12 离体分离的心脏模型仍然由以研究对这些药物的效果的最佳手段心肌正确。
我们描述了使用对心肌功能和氧耗性肌力药物的负载独立研究的体外模型。从SD大鼠心脏采用左心室工作心脏模型插管,采用改良的Krebs亨氏灌流液灌注。主动脉和左心房压力得到控制。压力 – 体积阻抗导管通过心尖穿刺放入左心室用于连续监测收缩和舒张功能。氧消耗在氧含量左心房perfus之间的索引差连续测定吃和肺动脉污水。待测试的药物被注入左心房块,并分别测量和比较在心脏性能和氧代谢的变化与前一基线。
该工作心脏模型使心室绩效评估与心室前,后负荷,灌注液的氧张力,以及心脏率的完全控制。除其他因素外,它允许的正性肌力药物独立后负荷和前负荷,其中的方式,是不可能使用体内模型的固有心肌影响的评估。因为该模型利用晶体灌洗液,它允许评估心肌而不脱离血红蛋白干扰,从而简化了心肌能态的光谱分析中,例如14在此模型中,右心房不插管作为我们的仪器的一部分,尽管它有可能这样做。我们有意选择不以便利对心肌耗氧量的评估冠状窦流的采样这样做。重要的是,右心脏仍然执行在此模型中的压力和体积的工作,因为它泵助ronary窦流入肺动脉套管。提供了一些右心室预紧提高室间隔定位和增强左心室的性能,并且是该模型的一个重要组成部分。15
有几个实验陷阱就更不用说了。第一个是初始逆行插管,应方便地进行( 即 ,在不到2分钟),以尽量减少缺血的周期。掌握最重要的技能是升主动脉的有效分离,制备和处理。重要的是,主动脉残端不被切割过短,留下足够的空间用于插管主动脉瓣上方。然而,这也是很重要的主动脉残端不能太长,这会导致围绕所述套管的主动脉torqueing。同样重要的是,该主动脉插管和主动脉根部是适当大小匹配。在一个小套管过大的大动脉也可以导致在插管主动脉根部的torqueing。右锁骨下动脉通常从升主动脉主动脉瓣约为7mm以上起飞。在解剖鉴定臂血管(约1毫米直径),主动脉修剪服务为横向主动脉切口作为重要的里程碑。修剪主动脉只是第一头臂动脉的腾飞以下为宜。此船在修剪主动脉根部纳入一般在过渡到心脏的工作模式导致主动脉根部压力KHB的泄漏和损失。
插管的另一个技术挑战性的方面是左心房插管。虽然这是对导管插入左心耳可行的,我们发现,在插管经常卡住附肢内,并且不容易传递到左心房的主体。因此,我们优选使切口在左心房的主体中,约2毫米优于房室沟。它插入之前定位在适当的平面上的左心房套管,以避免固定在插管时撕裂薄壁心房是重要的。
我们发现,左心房切口的理想大小为约3毫米。创建一个切口过小也可能使左心房套管的安置更加困难,并且可能导致左心房的撕裂。我们用直8毫米,斜面一块左心房块透氧的管(内径2.9毫米)的。我们已发现,使用本,而不是套管带有斜边,导致最稳定的心房插管并有助于确保左心房块的过程。无论所用的管路中,以确保该管道的端部不被房间隔或二尖瓣闭塞(如上面描述的是很重要的,我们发现,在左心房压跟踪在这个REGA有帮助RD),心房插管,因为哪怕是细微的动作可以显著改变左室前负荷并导致血流动力学测量。出于同样的原因,这是重要的,以确保左心房不漏打开左心房块之后以下。无论用于确保该系统中的管道是不透氧以确保有足够的氧气输送到心脏导管的类型是重要的。
该过程的另一技术挑战性的方面是压力 – 容积(PV)导管的放置。我们最初通过主动脉块青睐导管的逆行放置。虽然技术上可行,我们发现这是更简单,方便的通过心尖穿刺放置导管PV。必须小心,以监测整个实验期间导管的位置,如在倍导管可以或缩小左心室的移动。这可以通过监测pressu进行再随着时间的推移体积描记。
最后,应注意,以确保KHB溶液创建新鲜每个实验。这是可能称出KHB的组分,并将它们存储在时间提前粉末形式的锥形管中。关于实验的当天,这些可以与无菌的,过滤的水,二氧化碳/氧气,然后钙加入到该混合物进行混合。同样重要的是洗系统酶的活性粉状洗涤剂如Tergazyme(或类似),并定期更换灌注液过滤器。
这个实验准备的几个限制,应注意。首先,类似于晶体全部灌注的Langendorff准备,科华生物等asanguinous灌流液有显著减少携氧相对于血液的能力。虽然这部分是通过冠状动脉血管扩张和超生理冠脉流量补偿,编制不完全physiologic表示这个原因。第二,因为在这个仪器中使用的的Windkessel室的几乎无限遵守的,在收缩压和舒张压都仅最低限度地分开(参见图2A),从而使冠状动脉灌注压是非生理。这可能会在未来的模型通过将一种顺应性元件到负荷块来克服。第三,与所有离体心脏的准备,心脏经过一段时间之后 – 热缺血(2 3分钟),这可能造成心肌损伤或功能障碍。通过该技术的做法最大限度地减少这种损伤是最重要的代表性成果。此外,虽然有必要对动物福利,吸入麻醉药可以用作心肌抑制剂在再灌注过程的早期,虽然预计由于心脏与KHB灌注该效果迅速废除。
所描述的工作心脏系统允许多种生理学的有关病人护理,研究和教学逻辑调查。与一些附加的修改,该系统还可以用来模拟相关的先天性心脏疾病的重要生理,包括肺动脉高压和单心室生理学。限制包括这是离体的制备,该心脏是由一个缓冲器,而不是一个高氧含量的血液灌注。
The authors have nothing to disclose.
该设备在这里描述的实验是由心内科,波士顿儿童医院部和从Haseotes家庭的慈善捐款资助。我们感谢博士。弗兰克·麦高恩和华美他为我们提供了早期经验与这个模型,以及林赛汤姆逊与艺术品的援助。
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 |