Introduction
Studiet af isolerede organer tillader styring af fysiologiske betingelser, end hvad der er muligt in vivo. Ex vivo hjerte præparater blev først beskrevet af Otto Langendorff, en der beskrev en isoleret model med retrograd perfusion. Efterfølgende andre beskrev "working hjerte" model, hvor myokardiet udfører både tryk og volumen arbejde. 2 Sådanne præparater har været medvirkende til at belyse mekanismer myokardie handling, 3 myokardie stofskifte, 4-6 og effekter af cardiotoniske medicin. 7- 9
Anvendelsen af medikamenter, der kan forbedre myocardial kontraktilitet er almindelig hos kritisk syge patienter. Imidlertid er tilgængelige sammenligne de relative virkninger af disse medikamenter på kontraktilitet og myokardiets iltforbrug, data, som kan være nyttige i behandling af patienter med kliniske tegn på hjertesvigt af i den postoperative indstilling få data. 10. Men fordi de fleste cardiotoniske medicin påvirker ikke kun myokardiet, men også arteriolær modstand, venøs kapacitans 11, og en patients stofskifte, 12 ex vivo isolerede hjerte modeller forbliver de optimale midler til at undersøge effekten af sådanne medikamenter på myocardium korrekt.
Vi beskriver anvendelsen af en ex vivo model for fragten-uafhængig undersøgelse af inotrope lægemidler på myocardial funktion og iltforbrug. Hjerter fra Sprague Dawley rotter blev kanyleret under anvendelse af en venstre ventrikel arbejder hjerte model og perfunderet anvendelse af en modificeret Krebs Henseleit perfusat. Aorta og venstre atrielle tryk blev kontrolleret. Pres volumen impedans katetre blev placeret i den venstre ventrikel via apikal punktering til kontinuerlig overvågning af systolisk og diastolisk funktion. Oxygen forbrug blev kontinuerligt målt som den indekserede forskel i iltindhold mellem venstre forkammer perfusspiste og lungepulsåren spildevand. Medicin, der skal testes, blev infunderet i venstre atrial blok, og ændringer i hjertefunktionen og ilt metabolisme blev målt og sammenlignet med en umiddelbart foregående baseline.
Protocol
Denne protokol udføres under en nuværende protokol under institutionens Dyrepleje og brug udvalg.
1. Forberedelse for Studiet
- Tænd vandbad for at opvarme Krebs-Henseleit puffer (KHB) reservoir (indstillet til 42 ° C).
- Forbered 16 liter KHB indeholdende (i mM) 128 NaCl, 5,7 KCI, 1,3 MgSO4, 25 NaHCO3, 2,7 CaCl2, 0,53 EDTA, 0,54 NAC 3 H 3 O 3, og 10,8 dextrose. 13 substratet masserne er som følger : 27,584 g NaCl, 1,58 g KCI, 0,578 g MgSO4, 8,401 g NaHCO3, 1,47 g CaCl2, 0,744 g EDTA, 0,22 g NAC 3 H 3 O 3, og 7,208 g dextrose.
Bemærk: disse komponenter kan lagres i koniske rør i pulverform til konstitution på dagen for eksperimenteren.- Filter 4 l deioniseret vand gennem et 0,22 mikron filter.
- Tilføj 3,7 L af dette vand til en 4 Lbægerglas. Tilføj alle komponenter undtagen CaCl2 til vandet.
- Opløs CaCl2 i de resterende 300 ml vand under anvendelse af en separat bægerglas.
- Ilte opløsningen med 95% O2 / 5% CO2 ved 1 l / min (LPM) i 5 min. Dette korrigerer pH til 7,40 og forbedrer opløsning af CaCl2.
- Tilsæt CaCl2 til den resterende del af KHB.
- Tilsæt afsluttet KHB til et reservoir og cirkulere gennem alle rør i 30 minutter. Sørg for, at systemet er fri for makroskopiske bobler. Oxygenat med 95% O2 / 5% CO2 ved 0,5 LPM.
BEMÆRK: KHB kan opbevares natten over i køleskabet i højst 1 - 2 ud dage bragt tilbage til stuetemperatur, og re-filtreret til brug. Genbrug ikke KHB mellem eksperimenter. - Forbered 2 x 50 ml rene bægre med iskold KHB og placere dem i en spand is nær dissektion station. Sørg for, at KHB er iskold (snarere end kølet) før ex plantning hjertet.
- Placer micro tryk-volumen (PV) kateter i en 10 ml sprøjte fyldt med filtreret KHB i 30 min før kalibrering, ifølge producentens anvisninger.
BEMÆRK: Temperatur på KHB til at gennemvæde PV kateter bør være så tæt på 37 ° C som muligt.
- Forbered anæstesi og dissekere station for dyret.
- Sørg for tilstrækkelig isofluran i reservoiret. Udarbejd 500 U heparin i en 1 ml sprøjte; placere en 26 gauge (1/2 ") nål på denne sprøjte. Der fremstilles en maske til bedøvelse af dyret.
- Indstil den aortiske blok perfusionstryk til 80 mmHg og venstre forkammer (LA) blok perfusionstryk til 10 mmHg. Åben både den aortiske blok og LA blok for at tillade varm KHB at dryppe ud. Når du er klar til at dissekere dyret, åbne aorta blok for at tillade en stabil langsom dryp af KHB ud.
- Kalibrer PV kateter ifølge fabrikantens anvisninger.
BEMÆRK: For de bedste resultater, sikre dyr er mellem 300 og 500 g; vi har fundet, at et dyr på mellem 425 til 450 g er ideel til vores system.
- Bedøver dyret i et kammer ved hjælp isofluran (1 - 2%), indtil dyret er bevidstløs. Overfør dyret for dissektion station og placere anæstesi maske med isofluran og oxygen på dyret. Udfør tå knivspids til at vurdere niveauet af sedation. Påfør dyrlæge salve på øjnene for at forhindre tørhed, mens under anæstesi.
- Injicer heparin, 500 enheder intraperitoneal i bughulen. Tillad 10 min for Heparin, der skal absorberes. Skaf lemmerne af dyret med tape for at forbedre visualisering af thorax.
- Dissektion af hjertet.
- Når der sikrer, at der ikke er nogen reaktion på en tå knivspids, løft huden væk fra bughulen med en pincet og derefter bruge en saks til at incise bughulen, efter kurven for than membranen tilbage til den bageste vinkel af ribbenene.
- Når membranen er synlig, ved hjælp af små saks, skåret langs den forreste overflade af membranen efter retningen af de forudgående udskæringer for at tillade indtræden i brystkassen. Udvid hvert snit langs armhulen linje bilateralt til armhulen.
BEMÆRK: skal udføres De næste skridt effektivt, da ventilation vil blive kompromitteret, når membranen indskåret. - Træk brystkassen anteriort fra formet som et sværd proces med pincet. Incise hjertesækken og lungehinden.
- Identificere den nedre hulvene (IVC) og aorta lige over membranen og trække dem en bloc anteriort ved stump pincet.
- Anvendelse af store, buede sakse, hurtigt lave et snit på tværs af IVC og aorta, trækker hjertet og lungerne ud af brystet en bloc. Skær spiserøret, luftrøret, brachiocephale arterier og vener kranialt til fjernelse af hjertet og lungerne fra brystkassen. Udskære dinmic væv med denne blok af væv. Pas på ikke at skære den proximale del af aorta ascendens.
- fordybe Umiddelbart hjertet og lungerne i iskoldt KHB og flytte til Langendorff apparat, der tidligere sat op som beskrevet i trin 1.
3. Aorta Kanylering
- Placer hjerte-lunge-kompleks i en flad skål og orientere hjerte med thymus og store kar vender forsøgslederen og den bageste del af lungerne vender tabellen. Træk fra hinanden de to kamre af thymus og identificere start af de brachiocephale arterier fra aorta.
- Drapere aorta over kanten af skålen og transektere aorta ved hjælp af små saks ca. 5 mm over aortaklappen, lige proximalt til start af den højre arteria subclavia.
BEMÆRK: Snittet bør give en ren cirkel - aorta i tværsnit. Hvis det er off-vinkel (dvs. en bred oval)eller ufuldstændig, gentages snittet for at opnå det ønskede resultat. Dette vil lette en effektiv aorta kanyle.
- Drapere aorta over kanten af skålen og transektere aorta ved hjælp af små saks ca. 5 mm over aortaklappen, lige proximalt til start af den højre arteria subclavia.
- Under anvendelse af 2 par buede pincet på hver side af aorta, guide aorta over aorta kanyle (som bør langsomt dryp med KHB). Aortaklappen skal sidde 1 - 2 mm under spidsen af kanylen.
- Efter aorta kanyle, flytte tangen vinkelret hen over aorta at holde aorta på plads. Alternativt, placere en lille klemme tværs af aorta for at holde hjertet lunge kompleks på plads, så en enkelt eksperimentatoren at fuldføre denne model.
- Har en assistent passere en silke 4-0 sutur lige under pincet og slips på plads, looping rundt kanylen og binde flere gange både foran og bag hjertet. Åbn kanylen helt at begynde fuld retrograd aorta flow. Overhold hjertet slå kraftigt.
BEMÆRK: Hvis hjertet ikke begynder at slå hurtigt (~ 200 BPM) og energisk, denslips eller kanyle kan være okkludere en eller begge af koronararterierne. Hvis dette er mistanke, skal du fjerne slips og flytte den væk fra kranspulsårerne. Hvis hjertet distends og slog ikke kan kanylen være på tværs af aortaklappen. Hvis kranspulsåren lækager (KHB spray fra aortaroden), forhånd kanylen tættere på aortaklappen (dette fænomen kan forekomme, hvis en brachiocephale arterie er Kanyler i stedet for opadgående aorta).
4. Pulmonal veneokklusion og Forberedelse af lungepulsåren for Kanylering
BEMÆRK: Formålet med dette trin er at oprette en lukket venstre atrial system for at sikre, at alle volumen og pres fra venstre atrial blok transmitteres til venstre hjerte strukturer. Manglende helt lukke de pulmonale vener kan resultere i preload mangel og kan forfalske resultater eller oprette en ustabil arbejder forberedelse hjerte.
- Fjern thymus at forbedre eksponering af the lungepulsåren (PA).
- Manuelt rotere aorta kanyle, således at den bageste del af hjertet vender mod operatøren. Dissekere de fartøjer, der fører til højre lunge. Hæng den rigtige lungevæv med pincet at afgrænse disse fartøjer. Brug af mellemstore store kirurgiske klemmer (eller sutur), okkludere højre pulmonal arterie og vene og bronkier med et enkelt klip. Resektion højre lunge distalt til klippet.
BEMÆRK: På grund af vanskeligheder i dissekere lungepulsåren fri, vores praksis er at okkludere lungevenerne at udspile lungepulsåren, hvilket gør det lettere at incise uden at skade de nærliggende strukturer i et bankende hjerte model. - Gentag trin 4.2 til venstre lunge.
BEMÆRK: Potentielle faldgruber og problemløsning: Når begge pulmonale arterier er tilstoppet, vil højre atrium synligt udspile og hjertet kan blive bradykardi. Dette skyldes, at højre ventrikel bliver tryksat. Hvis dette ikke sker, er det sandsynligt, at Pulmonary vener er ikke helt tilstoppet, og at preload vil være utilstrækkelig til at arbejde hjerte mode. Hvis hjertet ikke er i stand til at opretholde minutvolumen efter venstre forkammer (LA) kanylering og forsøgt overgang til arbejde hjerte (se nedenfor), overveje at placere yderligere klip eller et slips rundt lungevenen træstubbe at lukke enhver resterende lækage. Når PA'er er okkluderet imidlertid Trin 5 bør udføres umiddelbart at minimere myocardial iskæmi. Bemærk, at nogle forskere incise lungepulsåren før ligering af lungevenerne for at undgå tryk i højre ventrikel. - Pulmonal arteriel snit
- Drej aortakanylen så den forreste del af hjertet vender mod operatøren. Identificer lungepulsåren. Igen kan denne arterie være udspilet. Brug af en lille saks lave en tværgående incision ca. 3 mm over pulmonal ventil.
BEMÆRK: Denne vil straks aflaste og hjertefrekvensen kan stige. Væreforårsage dette kanyle er let at løsne, kanyle lungepulsåren efter venstre atrial kanylering er fuldført.
- Drej aortakanylen så den forreste del af hjertet vender mod operatøren. Identificer lungepulsåren. Igen kan denne arterie være udspilet. Brug af en lille saks lave en tværgående incision ca. 3 mm over pulmonal ventil.
5. Venstre Atriel Kanylering
- Drej aortakanylen så venstre atrium vender operatøren. Brug af en lille saks, lave en 2 - 3 mm incision i overkroppen af det venstre atrium, ca. 3 mm over atrioventrikulær rille.
- Placer venstre atriumkanyle vinkelret på planet af mitralklappen og peger mod atrial septum.
- Åbn LA kanylen indtil KHB strømme. Sørg for, at KHB er varm at røre (det får kolde hurtigt, når man sidder i en hvilken som helst ikke-kappeklædt slanger) for at undgå myokardiedysfunktion grund hypotermi efter overgangen til arbejde tilstand. Overgangen til en drop rate under kanyle.
- Brug pincet til at holde counter-trækkraft, indsætte atriumkanyle ind i kroppen af det venstre atrium, pas på ikke at bruge excessive kraft, som kan rive atrium.
BEMÆRK: LA kanyle skal være placeret således, at det sidder i midten af atriet uden nogen spænding på atrial væg. - Pass en 4-0 silke sutur rundt kroppen af venstre forkammer og binde en knude for at skabe et kvalitetsstempel atrium omkring kanylen. Sikre sig, at den bageste del af den venstre atrium er inkluderet i suturen. Tilføj yderligere suturer efter behov. Når forseglet, trække kanylen tilbage 1 - 2 mm, så den sidder i midten af atrium frem mod atrial septum.
BEMÆRK: Den mest almindelige årsag til, at hjertet bliver malperfused ved overgang til arbejde hjerte tilstand er, at LA kanylen støder den atrial septum, som okkluderer venstre atrial indstrømning. LA sporing ofte skifter at demonstrere en ordentlig en bølge og v bølge når kanylen er i korrekt position (se figur 2E). - Åbn LA kanylen ventilen helt at administrere den fulde forbelastning i venstre atrium. Overvågdråbehastighed fra hjertet (som kommer fra koronar spildevand). Sørg for, at drop rate ikke ændres, når LA kanylen er åben. Hvis den gør, Retie atrium omkring kanylen som beskrevet i trin 6.4, da dette udgør en lækage i systemet.
6. lungepulsåren Kanylering og Overgang til Working Heart tilstand
- Hvis måling myokardiets iltforbrug (eller andre stoffer i koronar spildevand, såsom narkotika niveauer eller cytokiner), indsæt 1/32 "fleksibel slange ind i den forudgående snit i lungepulsåren.
BEMÆRK: Iltforbruget måles som forskellen i iltindhold mellem venstre forkammer perfusat og lungepulsåren spildevand to.- Til kontinuerlig måling af myokardiets iltforbrug, bruge en in-line oxygenelektrode at sammenligne venstre forkammer og koronar sinus spildevand.
- Indsamle koronar sinus afløbet (fra både lungepulsåren og dryp fra hjertet) i en gradueret cylinder for tidsindstillet kvantificering af koronar flow.
- Beregn myokardiets iltforbrug som tidligere beskrevet. 2
- Overgang til arbejdslivet hjerte tilstand ved at slukke for retrograd aorta pumpe.
BEMÆRK: Når dette er gjort, bliver LA tryk forbelastningen tryk, og modstanden, som tidligere var tilvejebringelse modstand mod retrograd pumpe i Langendorff-tilstand nu giver resistens over for minutvolumen, hvilket skaber en gennemsnitlige arterielle tryk. Hvis det gennemsnitlige arterielle tryk falder under ~ 80 mmHg, er årsagen sandsynligvis relateret til enten forspænding eller myocardial funktion. Den mest sandsynlige problem er den venstre atriumkanyle, som bør tilpasses efter genstart af retrograd pumpe.
7. Indsættelse af venstre ventrikel tryk Volume Kateter
BEMÆRK: PV kateter kan placeres enten retrograd (gennem aortaklappen) eller via apikal punktering. Fordelen ved retrograd er, at pHOLDNING er mere konsekvent, og det overflødiggør behovet for apikal punktering og anden samtidig risiko ved koronar skade eller tab af forspænding. Dog kan retrograd placering til tider være meget udfordrende, så vi beskriver begge teknikker heri.
- Vedhæft en 1.4 fransk pres-volumen kateter til trykket volumen loop system. Kalibrere systemet i varmt KHB ifølge producentens anvisninger. Sørg for bølgeform er synlig i realtid. Bringe kateteret og kabler tæt på overfladen af LV for ikke at løsne det følgende placering.
- For retrograd placering, åbne den justerbare ventil og foder PV kateter blidt over aortaklappen, indtil et stabilt tryk og volumen bølgeform identificeres. Undgå overdreven brug af magt, som kan beskadige aortaklappen eller punktere den ventrikulære apex.
BEMÆRK: Vi har fundet, at det er vigtigt at minimere længden af slanger og antal vindinger, at PV kateteret skal navigere at nærme AV. Detkan være nyttigt at skære ned slangen som kommer med systemet. - For apikale placering, brug en 24 G angio-kateter til at oprette en apikal punktering i LV. Sørg for at undgå den venstre forreste nedadgående kranspulsåre. Sigt nålen mod aortaklappen fra det ventrikulære apex. Advance tryk-volumen kateter i kroppen af LV. Stop fremføring af kateteret, så snart LV tryk og volumen bølgeform er identificeret.
- Når trykket volumen kateteret er på plads, flytte vandkappen på plads omkring hjertet. Fastgør kateteret til væggen af vandkappen med et lille stykke tape.
- Sikre mindst en 30 min periode med stabilitet, inden der påbegyndes målinger eller indgreb.
8. Infusion af medicin
- (Valgfrit) Indgyde medicin (f.eks dopamin) i venstre atrial blok ved hjælp af en standard medicin pumpe.
BEMÆRK: Vi har doseret medicin i henhold til engroe dyrets legemsvægt siden flow svarer til et helt minutvolumen passerer gennem atrialt blok; kun en lille del af dette passerer gennem koronar cirkulation, som det gør in vivo. Alternativt kan et andet sæt af perfusat laves med et forudindstillet koncentration af medicin og anvendes til at perfundere hjertet.
BEMÆRK: I vores protokol, vi infusere medikamenter over en 12 min periode, indsamling fysiologiske data under den afsluttende 10 min på hver infusion og sammenligne det med en umiddelbart foregående 10 min baseline.
9. Fysiologiske Manipulationer
- Hjerterytme
- (Valgfrit) sutur to pacing ledninger på højre atrium væg og tillægger en midlertidig pacing enhed.
BEMÆRK: Dette tillader præcis kontrol af pulsen (over den native sinushastighed) og en forståelse af forholdet mellem hjertefrekvens og kontraktilitet uafhængig af en cardiotonisk medicin.
- (Valgfrit) sutur to pacing ledninger på højre atrium væg og tillægger en midlertidig pacing enhed.
- Preload
- Varierforbelastning (defineret som venstre ventrikel, diastolisk volumen) ved at variere højden af søjlen fodring venstre atrial blok.
- Blodtryk
- Manipulere blodtrykket (det primære faktor for afterload i denne model) ved hjælp af de trykventiler på IH-51.
- Koronar iltindhold
- Udrette varierende grader af myocardial hypoxi ved perfusion af hjertet med KHB mættet i forskellige gasblandinger. Gør dette ved at bruge separate kappe reservoirer (hver med sin egen gas blanding) at sikre ligevægt mellem gassen og KHB.
- Udrette koronar iskæmi ved sutur ligering en distal koronararterie.
BEMÆRK: ligering af proksimale kranspulsårerne i arbejdsmiljøet hjerte tilstand kan resultere i dødelig myokardie dysfunktion. - Fremkald globale koronar iskæmi ved at afbryde eller forsinke retrograd perfusion for en bestemt periode.
Representative Results
En skematisk afbildning af en fuldt instrumenteret hjerte i retrograd perfusion (figur 1A) og i venstre ventrikel arbejder hjerte (figur 1B). Typiske aorta, venstre atrielle og tryk i venstre ventrikel og volumen tracings er vist i figur 2A -. D Den typiske ende diastoliske tryk er ca. 3 - 5 mmHg i denne model, og den maksimale systoliske tryk er ca. 100 mmHg Figur 2E viser ændringen. i venstre forkammer sporing, når LA kanylen bevæges bort fra den atriale skillevæg under placering og positionering af kanylen. I disse eksperimenter blev aortatryk fastsat til 90 mmHg, og LA trykket blev indstillet til 10 mmHg.
For at teste virkningerne af catecholaminer, blev hver fysiologisk parameter (afledt primært fra tryk-volumen kateteret og tilhørende software) sammenlignet med den umiddelbart foregående baseline periode. I det viste eksempel blev dopamin infunderet ved 15 ug / kg / min ind i venstre forkammer blok. Selvom udgangen diastoliske tryk er identisk i de to betingelser (givet det faste atriale tryk i denne model), sænkes venstre ventrikel, diastolisk volumen med 2,5%, og den venstre ventrikel, systolisk volumen falder med 4,9%, hvilket gav et forøget slagvolumen (figur 3A). Sammenlignet med placebo infusioner, den venstre ventrikulære slag arbejde, der er konstateret som området inden kurve tryk-volumen, steg med 32% under behandling med dopamin (figur 3B, P <0,001, t-test, n = 10 per gruppe). Dette blev forbundet med en større stigning i myokardiets iltforbrug i forhold til placebo infusioner (figur 3C). På denne måde kan den relative styrke og energi omkostninger ved forskellige cardiotoniske medikamenter og doser sammenlignes med hinanden uafhængigt af deres virkninger på belastningsforhold.
indhold "fo: holde-together.within-side =" 1 ">
Figur 1: Diagram over Flow i en Fuldt Instrumenteret hjerte i Retrograd Perfusion og Working Heart tilstand (Panel A: Langendorff tilstand; Panel B:.. Arbejder hjerte tilstand I retrograd tilstand, KHB infunderes ved et sæt perfusionstryk ind i aorta roden. denne tilstand er udnyttet til at genvinde myokardiet efter iskæmisk tid og under instrumentering. i arbejdet hjerte tilstand, perfusat strømmer gennem venstre hjerte før perfusion af koronar cirkulation. i denne tilstand skal myokardiet generere sin egen perfusionstryk. klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: Repræsentant tryk og vandmængde tracings opnået under basismålinger. (A) aorta rod pres, (B) venstre atrial pres, (C) venstre ventrikel tryk og (D) venstre ventrikel volumen tracings under en baseline måling vises. Slagvolumen, slagtilfælde arbejde, minutvolumen, tau, og andre parametre kan beregnes automatisk og vises i sand tid af softwaren. En afstumpet venstre forkammer sporing (E) forbundet med en dårlig minutvolumen i at arbejde hjerte tilstand kan være en anelse om, at kanylen er malpositioned i venstre atrium. Bemærk, at den fremtrædende v bølge i velplaceret venstre atrial pres sporing er almindeligt, sandsynligvis på grund af en nedsat venstre atrial overholdelse i det fuldt instrumenteret dyr. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3:. Virkning af dopamin på Trykvolumen Curve Dopamin infusionsteknikker resulterer i en venstregående forskydning i PV kurve (A), herunder øget slagvolumen, nedsat ende systolisk volumen sammenlignet med baseline målinger. Bemærk, at formen af visse komponenter i disse PV kurver afviger fra dem, der typisk måles in vivo (se figur 4) på grund af fraværet af arteriel og venøs elastans. (B) I forhold til en umiddelbart foregående baseline, slagtilfælde arbejde steg betydeligt mere under infusioner af dopamin end placebo (**, P = 0,0017, t-test), som gjorde myokardiets iltforbrug (*, P = 0,013, t-test, C). Under anvendelse af denne model, den gennemsnitlige myocardial iltforbrug ved baseline var 0,22 ± 0,02 mmol O 2 / gram væv / minut, ved en skønnet dissolved oxygenindhold på 165 pmol / L i saltvand ved 40 ° C. Sådanne målinger kan bruges til at sammenligne myokardiets iltforbrug af forskellige medikamenter. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: Analyse af Pressure Volume Loops. De teoretiske Trykvolumen Loop Vist Beskriver Normal hjertecyklussen Efter aortaklappen (AV) lukke (1), isovolæmisk kontraktion forekommer (1 - 2). Som ventrikulær trykket falder til under atrial tryk. Varigheden af denne fase er repræsenteret ved Tau. Den mitralklappen (MV) åbner derefter samtidig med atrial systole, fylde ventrikel (2 - 3). Systole begynder derefter med isovolæmisk sammentrækningerpå (3 - 4), indtil ventrikulær trykket overstiger diastoliske arterielle tryk, på hvilket tidspunkt AV åbnes. Stroke volumen er forskellen mellem linjerne 1 - 2 og 3 -. 4 Stroke arbejde er området inden for 1 - 2 - 3 -. 4 kurve Klik her for at se en større version af dette tal.
Discussion
Dette arbejde hjerte model muliggør vurdering af ventrikulær ydeevne med fuld kontrol af ventrikulær preload og afterload, oxygenspænding af perfusatet, samt hjertefrekvens. Blandt andre faktorer den tillader vurdering af de iboende myokardiale virkninger af inotrope medikamenter er uafhængige af afterload og forbelastning, som måder, der ikke er mulig ved hjælp af en in vivo-model. Fordi denne model benytter en krystalloid perfusat, tillader vurdering myokardiet uden indblanding fra hæmoglobin, forenkling spektroskopisk analyse af myokardial energitilstande, f.eks. 14 I denne model er det højre atrium ikke kanyleres som del af vores instrumentering, selvom det er muligt for at gøre det. Vi valgte bevidst ikke at gøre dette for at lette prøvetagning af koronar sinus flow for vurdering af myokardiets iltforbrug. Vigtigst er dog, at højre hjerte stadig udfører tryk og volumen arbejde i denne model som det pumper coronary sinus strømme ind i det pulmonale arterie kanyle. Forudsat nogle højre ventrikel forspænding forbedrer positionering af den ventrikulære septum og forbedrer venstre ventrikel ydeevne, og er en vigtig del af denne model. 15
Der er flere eksperimentelle faldgruber at nævne. Den første er den oprindelige retrograd kanylering, der skal udføres hensigtsmæssigt (dvs. på mindre end 2 minutter) for at minimere den periode iskæmi. Den vigtigste færdighed at mestre er den effektiv isolation, forberedelse og håndtering af den opstigende aorta. Det er vigtigt, at den aortiske stump ikke skæres urimelig kort, efterlader ikke plads til kanylering over aortaklappen. Det er imidlertid også vigtigt, at den aortiske stump ikke være for lang, hvilket kan forårsage nde af aorta omkring kanylen. Det er også vigtigt, at aorta kanyle og aortaroden være passende størrelse-matchet. En overdrevent stor aorta på en lille kanyle kan ogsåføre til nde af aortaroden på kanylen. Den højre subclavia arterie typisk letter fra opstigende aorta ca. 7 mm over aortaklappen. Identifikation af brachiocephale fartøjer (ca. 1 mm i diameter) under dissektion og trimning af aorta er en vigtig pejlemærker for den tværgående aorta indsnit. Trimning aorta lige under start af den første brachiocephale arterie er tilrådeligt. Inddragelse af dette fartøj i den trimmede aorta roden fører typisk til en lækage af KHB, og tab af aorta roden pres på overgangen i arbejdslivet hjerte tilstand.
Et andet teknisk udfordrende aspekt af kanylering er den venstre atrial kanyle. Selv om det er muligt at kanyle venstre atrielle vedhæng, fandt vi, at kanylen ofte sætter sig fast inden vedhænget, og passerer ikke let ind i kroppen af det venstre atrium. Således foretrækker vi at gøre snittet i kroppen af det venstre atrium, ca.2 mm overlegen til atrioventrikulær rille. Det er vigtigt at placere venstre atriumkanyle i den rette plan før indsætning for at undgå at rive det tyndvæggede atrium ved fastgørelse af kanylen.
Vi fandt, at den ideelle størrelse af den venstre atrium indsnit var ca. 3 mm. Skabe for lille af et indsnit kan også gøre placeringen af venstre atriumkanyle vanskeligere, og kan føre til afrivning af venstre atrium. Vi bruger en lige, 8 mm, skrå stykke oxygenuigennemtrængelig rør (indre diameter 2,9 mm) på venstre atrial blok. Vi har fundet, at anvendelse af dette, snarere end en kanyle med en skrå kant, fører til mest konsekvente atrial kanylering og letter processen med at sikre den venstre atrial blok. Uanset den slange, der anvendes, er det vigtigt at sikre, at enden af slangen ikke er okkluderet af den atriale skillevæg eller mitralklappen (som afbildet ovenfor, fandt vi, at den venstre atriale tryk sporing var nyttige i denne Regard), som selv subtil bevægelse af atrial kanyle kan i væsentlig grad ændre venstre ventrikel preload og deraf hæmodynamiske målinger. Af samme grund er det vigtigt at sikre, at det venstre atrium ikke lækker følgende efter åbning af venstre atrial blok. Det er vigtigt, uanset hvilken type slange, der anvendes til at sikre, at slangen af dette system er oxygen uigennemtrængelig for at sikre tilstrækkelig levering oxygen til hjertet.
Et andet teknisk udfordrende aspekt af proceduren var placeringen af trykket-volumen (PV) kateter. Vi oprindeligt gik ind for en retrograd placering af kateteret gennem aorta blok. Selvom det er teknisk muligt, fandt vi det at være meget enklere og hensigtsmæssigt at placere PV kateter via transapical punktering. Der skal udvises omhu for at overvåge positionen af kateteret under hele forsøget, som til tider kan kateteret bevæge sig i eller ud af den venstre ventrikel. Dette kan gøres ved at overvåge tryk lore og volumen tracings over tid.
Endelig bør der drages omsorg for at sikre, at KHB løsning er skabt frisk for hvert forsøg. Det er muligt at afveje bestanddelene af KHB og gemme dem i koniske rør i pulverform i forvejen. På dagen for eksperimenteren, kan disse blandes med sterilt, filtreret vand, carbondioxid / oxygen, og derefter calcium tilsættes til blandingen. Det er også vigtigt at vaske systemet med enzym aktive pulverformige detergent, såsom Tergazyme (eller lignende) og udskift perfusatet filter regelmæssigt.
Flere begrænsninger af denne eksperimentelle præparat bør bemærkes. Først ligner alle krystalloide-perfunderet Langendorff præparater, KHB og andre asanguinous perfusater har en signifikant formindsket ilt bæreevne i forhold til blod. Selv om dette er delvist kompenseres gennem koronar vasodilatation og suprafysiologiske koronar flow, præparatet er ikke helt physiologic af denne grund. For det andet, på grund af den næsten uendelige overensstemmelse windkessel kammer anvendt i dette instrument, det systoliske og diastoliske tryk er kun minimalt adskilt (se figur 2A), og dermed den koronare perfusionstryk er ikke-fysiologisk. Dette kan overvindes i fremtidige modeller ved at inkorporere en elastans komponent til afterload blok. For det tredje, som med alle isolerede hjerte præparater, hjertet gennemgår en defineret periode (2 - 3 min) af varm iskæmi, som sandsynligvis vil skabe myokardieskade eller dysfunktion. Minimering denne skade gennem praksis af teknikken er af allerstørste betydning for repræsentative resultater. Yderligere, selv om nødvendigt for dyrevelfærd, kan inhalerede anæstetika tjene som en myokardie middel tidligt i reperfusion proces, selv om det forventes, at denne effekt hurtigt afskaffes som hjertet er reperfusionerede med KHB.
Arbejdsmiljøet hjerte beskrevne giver mulighed for en bred vifte af Physiologic undersøgelser er relevante for patientpleje, forskning og undervisning. Med et par ekstra modifikationer, kan systemet også bruges til at simulere vigtige fysiologi relevant for medfødt hjertesygdom, herunder pulmonal hypertension og enkelt ventrikel fysiologi. Begrænsninger omfatter, at det er en ex vivo-præparat, at hjertet bliver perfunderet ved en puffer i stedet for et højere iltindhold blod.
Acknowledgments
Det udstyr og eksperimenter, der er beskrevet her blev finansieret af Kardiologisk afdeling, Boston Børnehospital og filantropiske donationer fra Haseotes familien. Vi er taknemmelige for Drs. Frank McGowan og Huamei han for at give os tidlige erfaringer med denne model, og Lindsay Thomson for hjælp med illustrationer.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
- Langendorff, O. Untersuchungen am uberlebenden saugethierherzen [investigations on the surviving mammalian heart. Arch Ges Physiol. 61, 291-332 (1895).
- Neely, J. R., Liebermeister, H., Battersby, E. J., Morgan, H. E. Effect of pressure development on oxygen consumption by isolated rat heart. Am J Physiol. 212 (4), 804-814 (1967).
- Friehs, I., Cao-Danh, H., et al. Adenosine prevents protein kinase C activation during hypothermic ischemia. Circ. 96 (9 Suppl), 221-226 (1997).
- Aoyagi, T., Higa, J. K., Aoyagi, H., Yorichika, N., Shimada, B. K., Matsui, T. Cardiac mTOR rescues the detrimental effects of diet-induced obesity in the heart after ischemia-reperfusion. Am J Physio. Heart Circ Physiol. 308 (12), H1530-H1539 (2015).
- Kitahori, K., He, H., et al. Development of left ventricular diastolic dysfunction with preservation of ejection fraction during progression of infant right ventricular hypertrophy. Circ Heart Fail. 2 (6), 599-607 (2009).
- Cowan, D. B., Noria, S., et al. Lipopolysaccharide internalization activates endotoxin-dependent signal transduction in cardiomyocytes. Circ Res. 88 (5), 491-498 (2001).
- Broadley, K. J. An analysis of the coronary vascular responses to catecholamines, using a modified Langendorff heart preparation. Br J Pharmacol. 40 (4), 617-629 (1970).
- Schmidt, H. D., Hoppe, H., Heidenreich, L. Direct effects of dopamine, orciprenaline and norepinephrine on the right and left ventricle of isolated canine hearts. Cardiol. 64 (3), 133-148 (1979).
- Fawaz, G., Tutunjini, B. The effect of adrenaline and noradrenaline on the metabolism and performance of the isolated dog heart. Br J Pharm Chemother. 15, 389-395 (1960).
- Allen, L. A., Fonarow, G. C., et al. Hospital variation in intravenous inotrope use for patients hospitalized with heart failure: insights from Get With The Guidelines. Circ Heart Fail. 7 (2), 251-260 (2014).
- Furnival, C. M., Linden, R. J., Snow, H. M. The inotropic and chronotropic effects of catecholamines on the dog heart. J Physiol. 214 (1), 15-28 (1971).
- Li, J., Li, J., et al. Adverse effects of dopamine on systemic hemodynamic status and oxygen transport in neonates after the Norwood procedure. J Am Coll Cardiol. 48 (9), 1859-1864 (2006).
- Gillis, A. M., Kulisz, E., Mathison, H. J. Cardiac electrophysiological variables in blood-perfused and buffer-perfused, isolated, working rabbit heart. Am J Physiol. 271 (2 Pt 2), H784-H789 (1996).
- Asfour, H., Wengrowski, A. M., Jaimes, R., Swift, L. M., Kay, M. W. NADH fluorescence imaging of isolated biventricular working rabbit hearts. J Vis Exp. (65), (2012).
- Demmy, T. L., Magovern, G. J., Kao, R. L. Isolated biventricular working rat heart preparation. Ann Thor Surg. 54 (5), 915-920 (1992).
