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Bioengineering

निगरानी सेलुलर चयापचय के लिए इंट्रा-कार्डियक साइड-फायरिंग लाइट कैथेटर Perfused Mammalian दिल की ट्रांसमलल अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग कर

Published: May 12, 2019 doi: 10.3791/58992
Automatic Translation
1,2, 1, 1
1Laboratory of Cardiac Energetics, National Heart, Lung, and Blood Institute, National Institutes of Health, 2Department of Biomedical Engineering, The George Washington University

Summary

यहाँ हम दिल की दीवार भर में अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रदर्शन करने के लिए perfused दिल में एक इंट्रा वेंट्रिकल ऑप्टिकल कैथेटर का उपयोग करने के लिए एक विधि परिचय. प्राप्त डेटा ऊतक ऑक्सीजन तनाव के साथ ही सब्सट्रेट उपयोग और झिल्ली क्षमता पर मजबूत जानकारी प्रदान करता है इस सर्वव्यापी तैयारी में हृदय प्रदर्शन के उपायों के साथ एक साथ.

Abstract

हृदय की मांसपेशियों के अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी क्रमशः मायोग्लोबिन और साइटोक्रोम अवशोषण के माध्यम से साइटोसोलिक और माइटोकोंड्रिल ऑक्सीजन के गैर विनाशकारी मूल्यांकन प्रदान करता है। इसके अलावा, इस तरह के झिल्ली क्षमता और सब्सट्रेट प्रविष्टि के रूप में mitochondrial चयापचय स्थिति के कई पहलुओं का भी अनुमान लगाया जा सकता है. हृदय की दीवार संचरण ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रदर्शन करने के लिए, एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध पक्ष फायरिंग ऑप्टिकल फाइबर कैथेटर एक प्रकाश स्रोत के रूप में अलग perfused दिल के बाएं वेंट्रिकल में रखा गया है. दिल की दीवार के माध्यम से गुजर प्रकाश निकट वास्तविक समय में दिल की ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रदर्शन करने के लिए एक बाहरी ऑप्टिकल फाइबर के साथ एकत्र की है। संचरण प्रवर्तन व्यापक रूप से प्रयुक्त परावर्तन दृष्टिकोणों में होने वाले अनेक पृष्ठ प्रकीर्णन व्यतिकरण से बचा जाता है। transmural अवशोषण स्पेक्ट्रम में परिवर्तन क्रोमोफोर संदर्भ स्पेक्ट्रम के एक पुस्तकालय का उपयोग कर deconvolved थे, सभी ज्ञात हृदय गुणसूत्रों के मात्रात्मक उपाय एक साथ प्रदान. इस वर्णक्रमीय deconvolution दृष्टिकोण आंतरिक त्रुटियों है कि आम दोहरी तरंगदैर्ध्य तरीकों ओवरलैपिंग अवशोषण स्पेक्ट्रम के लिए लागू का उपयोग करने से परिणाम हो सकता है समाप्त, साथ ही फिट की अच्छाई की एक मात्रात्मक मूल्यांकन प्रदान की. एक कस्टम प्रोग्राम डेटा अधिग्रहण और विश्लेषण के लिए डिजाइन किया गया था, जो अन्वेषक को प्रयोग के दौरान तैयारी की चयापचय स्थिति की निगरानी करने की अनुमति दी गई थी। मानक दिल perfusion प्रणाली के लिए ये अपेक्षाकृत सरल परिवर्धन संकुचन के पारंपरिक उपायों के अलावा दिल की दीवार की चयापचय राज्य में एक अद्वितीय अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं, भ्रम, और सब्सट्रेट /

Introduction

अक्षत अंग जैव रसायन की निगरानी के लिए ऑप्टिकल अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी अपने आंतरिक, गैर विनाशकारी प्रकृति1,2,3,4,5, के कारण एक व्यापक रूप से इस्तेमाल किया दृष्टिकोण है 6,7,8,9. मायोग्लोबिन अवशोषण औसत साइटोसोलिक ऑक्सीजन तनाव10,11,12का एक माप प्रदान करता है . Mitochondrial cytochromes flavins के स्तर पर सब्सट्रेट प्रविष्टि के बारे में जानकारी प्रदान करते हैं, साइटोक्रोम बीएलसे झिल्ली क्षमता : बीएच13, और साइटोक्रोम ऑक्सीडेज से सेल में mitochondria को ऑक्सीजन वितरण (COX ) रेडॉक्स राज्य14| ग्लैन्सी एट अल ने यह प्रदर्शित किया कि प्रत्येक संकुल की गतिविधियों को माइटोकोंड्रियाल झिल्ली की क्षमता और चयापचय दर15को मापने के द्वारा निर्धारित किया जा सकता है। इसलिए, ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग कर, जानकारी का खजाना exogenous जांच या वर्तमान अध्ययन प्रणाली के प्रमुख संशोधनों की आवश्यकता के बिना प्राप्त किया जा सकता है. इस कागज के लक्ष्य के लिए केवल प्रमुख संशोधन एक अंधेरे वातावरण में अध्ययन प्रदर्शन किया जा रहा है के साथ पारंपरिक perfused दिल की तैयारी में संचरण ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम इकट्ठा करने के लिए एक मजबूत विधि पेश करने के लिए है.

परावर्तक अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी सफलतापूर्वक perfused दिल3,6,16,17,18,19 के ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रदर्शन करने के लिए इस्तेमाल किया गया है के रूप में अच्छी तरह से विवो1में दिल के रूप में | परावर्तक स्पेक्ट्रमिकी हृदय की सतह पर प्रकाश को बाधित करने और हृदय के माध्यम से बिखरे हुए प्रकाश के साथ-साथ विसरित परिलक्षित प्रकाश का संग्रह करने के होते हैं। इस प्रकार, इस दृष्टिकोण में एकत्र प्रकाश कई प्रकीर्णन तंत्र के साथ ही ब्याज के ऊतक गुणसूत्र अवशोषण का एक समग्र है. गति और दिल की जटिल सतह के कारण, दिल की सतह से प्रकाश प्रतिबिंब विशेष रूप से समस्याग्रस्त है, प्रवेश की गहराई और विशुद्ध रूप से परिलक्षित प्रकाश की मात्रा में फेरबदल.

ऊपर प्रस्तुत reflectance अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी की सीमाओं बाएँ वेंट्रिकल गुहा में एक ऑप्टिकल कैथेटर शुरू करने से हल किया गया, बाएं वेंट्रिकल मुक्त दीवार20भर में प्रेषित प्रकाश के संग्रह की अनुमति . इस प्रकार के अध्ययन के लिए संचरण स्पेक्ट्रोस्कोपी के लाभों की सराहना की थी Tamura एट अल द्वारा प्रारंभिक इनवेसिव अध्ययन में9 वर्तमान कार्यान्वयन के साथ बरकरार दिल का एक बहुत मजबूत संचरण अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी विश्लेषण प्रदान करता है विभिन्न परिस्थितियों के तहत साइटोसोलिक ऑक्सीजनऔर माइटोकोंड्रिया रेडॉक्स राज्य के संबंध में। इन प्रारंभिक अध्ययन मायोकार्डियम के माध्यम से सफेद प्रकाश की एक पक्ष फायरिंग पैटर्न उत्पन्न करने के लिए उन्मुख टिप पर एक संचालित एलईडी के साथ एक विशेष रूप से गढ़े कैथेटर का इस्तेमाल किया. हालांकि, अपेक्षाकृत बड़े एलईडी टिप कैथेटर मध्यम आकार दिल पर उपयोग के लिए ही उपयुक्त है (रैबिट, गिनी पिग, आदि) और आवश्यक कस्टम निर्माण. वर्तमान अध्ययन में, एक प्रकाश गाइड के रूप में एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध 200 माइक्रोन कोर पक्ष फायरिंग ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग करने की एक विधि प्रस्तुत की है. इसके बजाय टिप पर एलईडी एक वायर्ड के, 500 माइक्रो टिप के साथ कैथेटर एक बाहरी स्रोत प्रणाली की बहुमुखी प्रतिभा में वृद्धि से प्रकाश redirects. इस दृष्टिकोण ऐसे रमन प्रकीर्णन स्पेक्ट्रोस्कोपी के रूप में अनुप्रयोगों के लिए लेज़रों सहित बाहरी प्रकाश स्रोतों की एक विस्तृत विविधता के उपयोग की अनुमति देता है. इस डेटा की मात्रा निर्धारित करने के लिए, हृदय क्रोमोफोर्स के स्पेक्ट्रमदर्शी निर्धारण की सटीकता में सुधार करने के लिए ज्ञात संदर्भ स्पेक्ट्रम का उपयोग करके एक ऑनलाइन पूर्ण बहुघटक वर्णक्रमीय विश्लेषण प्रस्तुत किया गया है जैसा कि पहले वर्णित20,22है। इस विश्लेषण के लिए स्रोत कोड अनुरोध पर लेखकों द्वारा प्रदान किया जाएगा. इस दृष्टिकोण का उपयोग करना, हृदय जैव रसायन और mitochondrial समारोह पर जानकारी दिल की तैयारी पर कम या कोई प्रभाव के साथ पारंपरिक हृदय कार्यात्मक मानकों के साथ एक साथ प्राप्त किया जा सकता है. के रूप में दिल गंभीर रूप से mitochondrial समारोह और ऑक्सीजन वितरण पर निर्भर है, शास्त्रीय perfused दिल प्रणाली के लिए इस तकनीकी इसके अलावा बहुत व्याख्या और हृदय प्रदर्शन के इस महत्वपूर्ण मॉडल की उपयोगिता में सुधार होगा.

Protocol

सभी पशु प्रोटोकॉल राष्ट्रीय हृदय, फेफड़े, और रक्त संस्थान पशु देखभाल और उपयोग समिति द्वारा अनुमोदित किया गया और पशु देखभाल और कल्याण अधिनियम (7 यूएससी 2142 - 13) में वर्णित दिशा निर्देशों के अनुसार प्रदर्शन किया.

1. अलग-थलग हृदय प्रणाली और Perfusate

नोट: यह तैयारी बहुत पिछले प्रकाशनों23के समान है.

  1. संशोधित Krebs-Henseleit perfusate के 4 लीटर बनाने से बना (में mmol/L) 137.0 NaCl, 5.4 KCl, 1.8 CaCl2, 0.5 MgCl2, 1.0 ना2एचपीओ4, 10.0 ग्लूकोज, 1.0 लैक्टेट, और 10.0 HEPES.
  2. पीएच परफ्यूसेट को 37 डिग्री सेल्सियस पर नाह और एचसीएल के साथ 7ण्4 तक लगाया गया है।
  3. एक 1 डिग्री मीटर छिद्र झिल्ली के माध्यम से perfusate फ़िल्टर.
  4. सभी ट्यूबों और प्रणाली के माध्यम से शुद्ध पानी draining चल रहा है और draining द्वारा perfused दिल प्रणाली के कक्षों कुल्ला.
  5. एक गर्म घूम पानी स्नान का उपयोग कर 37 डिग्री सेल्सियस पर तापमान को बनाए रखने, जबकि bubbler के साथ 100% हे2 के साथ टैंक में perfusate स्थानांतरण और oxygenate।
  6. 12 डिग्री मीटर के छिद्र झिल्ली फिल्टर के 2 जोड़ें और Langendorff मोड में recirculating जबकि perfusate के साथ प्रणाली प्रधानमंत्री.
  7. महाधमनी कैनुला के ठीक ऊपर ट्यूब पर एक ट्यूबिंग क्लैम्प संलग्न करें और पेंच को समायोजित करें ताकि महाधमनी प्रवाह लगभग 10 एमएल/मिनट तक चला जाए।

2. खरगोश दिल चीरा और भ्रम

  1. दिल का चीरा
    1. केटामाइन/एसप्रोमैजीन मिश्रण (10:1) के 1.5 एमएल इंट्रामस्क्युलर इंजेक्शन के माध्यम से पुरुष न्यूजीलैंड सफेद खरगोश (लगभग 3 किग्रा) एनेस्थेटाइज करें।
    2. लगभग 10-15 मिनट बाद, एक पूर्ण संवेदनाहारी प्रभाव के लिए साँस लेना के माध्यम से 3% isoflurane प्रशासन.
    3. टो की अंगुली pinching द्वारा संज्ञाहरण की उचित गहराई की पुष्टि करें और फिर बाद में दवाओं के प्रशासन के लिए सीमांत कान नस में एक लाइन जगह.
    4. हेपरिन की 1,500 इकाइयों (या 1.5 एमएल 1,000 इकाइयों/एमएल) को इंजेक्ट करें और 3 मिनट के लिए प्रसारित करें।
    5. संज्ञाहरण की उचित गहराई की दोहरी जांच करें और फिर केसीएल के 6 एमईक्यू (या 2 एमईक्यू/एमएल के 3 एमएल) के साथ इच्छामृत्यु करें।
    6. तेजी से छाती खोलने के लिए, दिल के शीर्ष और माओरका का पता लगाने। जितना संभव हो हृदय से दूर-दूर तक वार्ता को काटकर और फेफड़ों की नसों को जितना संभव हो सके फेफड़ों के करीब काटने से दिल को निकालें।
      नोट: इस प्रारंभिक चरण में फेफड़ों को हटाने पिछले प्रकाशन23 से अलग है, लेकिन तैयारी पर प्रभाव नहीं है.
    7. perfusate के एक छोटे से बीकर में दिल प्लेस (कदम 1.3 के रूप में एक ही perfusate) सर्जरी से perfusion के लिए परिवहन के लिए बर्फ की एक बाल्टी में बैठे.
  2. दिल की कैनुलेशन
    1. Cannulate और सुरक्षित रूप से महाधमनी टाई, सुनिश्चित करें कि महाधमनी लाइन में किसी भी बुलबुले को शामिल नहीं कर रही है।
    2. महाधमनी लाइन पर ट्यूबिंग दबाना हटाने और सर्जरी और पोत cannulation के शेष के दौरान इस दबाव को बनाए रखने के द्वारा 70 mmHg perfusion दबाव पर प्रवाह शुरू.
    3. महाधमनी और अन्य जहाजों से फुफ्फुसीय धमनी को अलग करें और वेना कैव और फुफ्फुसीय नसों को ligate करें। वसा और संयोजी ऊतक अभी भी मौजूद निकालें.
    4. कोरोनरी साइनस प्रवाह दर और ऑक्सीजन तनाव का एक उपाय प्रदान करने के लिए फुफ्फुसीय धमनी cannulate.
    5. रक्त और शल्य चिकित्सा मलबे को खत्म करने की तैयारी के दौरान दिल (लगभग 10 मिनट के लिए) से प्रारंभिक प्रवाह को छोड़ दें। इस अवधि के बाद, perfusate recirculate.

3. साइड-फायरिंग फाइबर ऑप्टिक प्लेसमेंट

  1. दृश्य में मदद करने के साथ ही दिल में एक बार स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए प्रकाश प्रदान करने के लिए एक उच्च शक्ति फाइबर युग्मित एलईडी सफेद प्रकाश स्रोत के लिए फाइबर ऑप्टिक कैथेटर कनेक्ट.
  2. बाएं एट्रियम के एक छोटे से उपांग में कटौती, mitral वाल्व के माध्यम से बाएं वेंट्रिकल में कैथेटर डालने, तो एक प्रबुद्ध छोड़ दिया वेंट्रिकल मुक्त दीवार को प्राप्त करने के लिए इसे बारी बारी से.
  3. पिक फाइबर ऑप्टिक सीधे दिल से लगभग 1 सेमी पर बाएं निलय की अधिकतम रोशनी के क्षेत्र के विपरीत स्थिति.
  4. एक तेजी से स्कैनिंग स्पेक्ट्रोमीटर के लिए पिक फाइबर के दूसरे छोर से कनेक्ट करें।

4. ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी

  1. पूर्ण अंधकार प्राप्त करने के लिए प्रयोगात्मक क्षेत्र में रोशनी बंद करें।
  2. कस्टम कार्यक्रम शुरू, स्पेक्ट्रोमीटर ड्राइवरों को शामिल डेटा अधिग्रहण और प्रेषित प्रकाश की वास्तविक समय विश्लेषण प्रदर्शन करने के लिए.
    नोट: वर्णक्रमीय अधिग्रहण और विश्लेषण कार्यक्रम के समेकित संस्करण का एक निष्पादन योग्य संस्करण एक पूरक कोडिंग फ़ाइल के रूप में प्रदान की जाती है. स्रोत कोड लेखकों के अनुरोध द्वारा उपलब्ध है.
  3. सभी संकेतों के माध्यम से नेविगेट, perfused दिल स्पेक्ट्रोस्कोपी अधिग्रहण मोड के लिए विकल्पों का चयन. अगले पृष्ठ पर, इंगित करें कि सहायक डेटा संग्रह हो रहा है या नहीं. अंत में, दोनों क्रोमोफोर्स संदर्भ स्पेक्ट्रम और बचाया जा करने के लिए डेटा के स्थान सहित अधिग्रहण मापदंडों दर्ज करें।
  4. 490-630 एनएम की बैंडविड्थ दर्ज करें.
  5. 2 हर्ट्ज की एक नमूना दर दर्ज करें (यानी 2 नमूने/
  6. प्रकाश स्रोत बंद करके पृष्ठभूमि संकेत के स्तर के लिए सही करने के लिए एक अंधेरे वर्तमान, या शून्य प्रकाश, स्पेक्ट्रम ले लीजिए।
  7. फिटिंग दिनचर्या में इस्तेमाल किया जा करने के लिए वांछित क्रोमोफोर संदर्भ का चयन करने के लिए क्लिक करें।
  8. प्राप्त डेटा पृष्ठ में, 500 एनएम क्षेत्र में संकेत आयाम के लिए विशिष्ट ध्यान के साथ सॉफ्टवेयर पर प्रदर्शित प्रेषित प्रकाश को अधिकतम करने के लिए कैथेटर और पिक फाइबर दोनों की स्थिति को समायोजित, जहां oxygenated myoglobin अवशोषण ों को देखा जाना चाहिए।
  9. सुनिश्चित करें कि प्रेषित प्रकाश 600 एनएम क्षेत्र में डिटेक्टर saturating नहीं है.
  10. सुनिश्चित करें कि कोई बाहरी प्रकाश स्रोत कैथेटर रोशनी बंद करके एकत्र स्पेक्ट्रम में योगदान करते हैं और अब कोई प्रकाश का पता नहीं चला है की पुष्टि.
  11. सहेजें स्पेक्ट्रा बटन पर क्लिक करके डेटा संग्रह शुरू करें.
  12. वर्तमान "नियंत्रण" स्पेक्ट्रम के लिए भविष्य स्पेक्ट्रम से अंतर अवशोषण स्पेक्ट्रम को देखने के लिए नियंत्रण के रूप में सेट पर क्लिक करें.
  13. किसी भी शारीरिक क्षोभ के रूप में वांछित प्रदर्शन.
    1. प्रोटोकॉल 1: कार्डिएक प्रदर्शन और क्रोमोफोर पर Cyanide का प्रभाव
      1. दिल भ्रम से तरल पदार्थ recirculating बंद करो.
      2. एक सिरिंज पंप का उपयोग करना, साइनाइड इंजेक्ट (2.5 से 75 mM पीएच पर 7) perfusate में विभिन्न दरों पर बस महाधमनी cannula से पहले साइनाइड की वांछित सांद्रता प्राप्त करने के लिए (0.025 से 1 MM, महाधमनी प्रवाह दर से गणना) दिल में बह perfusate में जबकि हृदय समारोह और ऑप्टिकल गुणों की निगरानी.
      3. हृदय की दीवार के माध्यम से ऑप्टिकल ट्रांसमिशन के साथ कोरोनरी प्रवाह और दिल की दर पर प्रभाव स्थिर स्थिति में हैं जब साइनाइड सिरिंज पंप बंद करो.
    2. प्रोटोकॉल 2: इस्किमिया/
      1. बंद करो सायनाइड जलसेक.
      2. 5 मिनट के बाद सिस्टम से ऑक्सीजन को हटाने के लिए 100% ऑक्सीजन से 100% नाइट्रोजन के लिए bubbling गैस स्विच.
      3. के बारे में 10 मिनट के बाद, प्रवाह को रोकने के लिए एक कुल ischemic /

5. स्पेक्ट्रल डेटा विश्लेषण

  1. perfused हृदय विश्लेषण मोड में प्रोग्राम चलाएँ।
  2. उपयुक्त स्पेक्ट्रोमीटर का चयन करें।
  3. डेटा फ़ाइल पथ और संदर्भ स्पेक्ट्रम फ़ाइल दर्ज करें और कैथेटर प्रकाश स्रोत है, जो कैथेटर प्रकाश स्रोत के पूर्व बचाया स्पेक्ट्रम लोड का चयन करें.
  4. Bin Data पढ़ेंचुनें.
  5. सेट मिन और अधिकतम तरंगदैर्ध्यका चयन करें|
  6. 490-630 एनएम के रूप में डेटा विश्लेषण के लिए बैंडविड्थ दर्ज करें.
  7. मुख्य मेनू पर लौटेंका चयन करें.
  8. पठन संदर्भचुनें.
  9. विश्लेषण में उपयोग करने के लिए संदर्भ स्पेक्ट्रम की पुष्टि करें।
  10. मुख्य मेनू पर लौटेंका चयन करें.
  11. मुख्य मेनू में समय बिंदु का चयन करें.
  12. नियंत्रण के रूप में एक T0 समय बिंदु का चयन करें और 100 अंक के लिए सीमा सेट.
  13. 100 बिंदुओं की श्रेणी में प्रयोगात्मक अवधि के रूप में T1 समय बिंदु का चयन करें.
  14. औसत Abs. स्पेक्ट्रम टैब में कच्चे अंतर स्पेक्ट्रम का निरीक्षण करें.
  15. फ़िट गुणांक परिकलित करें का चयन करें और फिर संदर्भ स्पेक्ट्रम फिट के समय पाठ्यक्रम का निरीक्षण करने के लिए फ़िट गुणांक टैब पर क्लिक करें.
  16. मुख्य मेनू पर लौटें और अंतर Abs की गणनाका चयन करें.
  17. सभी स्थितियों पर T0 और $T1 का चयन करें. संदर्भ वजन खिड़की में अंतर स्पेक्ट्रम खिड़की और फिटिंग तत्वों में फिट स्पेक्ट्रम का निरीक्षण करें।
  18. प्रयोग में अन्य समय बिंदुओं की तुलना करने के लिए इस प्रक्रिया को दोहराएँ.
  19. मुख्य मेनूपर लौटें .
  20. एक वांछित नाम में टाइप करके और अन्य कार्यक्रमों के साथ आगे विश्लेषण के लिए डेटा सहेजें का चयन करके एक स्प्रेडशीट रिपोर्ट में डेटा और विश्लेषण सहेजें।
    नोट: कोई नाम लिखा गया है, तो रिपोर्ट इनपुट फ़ाइल के रूप में एक ही नाम के साथ सहेजा गया है। रिपोर्ट Excel विश्लेषण फ़ाइलें,मूल इनपुट फ़ाइल के रूप में एक ही फ़ोल्डर में स्थित नाम के फ़ोल्डर में सहेजी गई है।

Representative Results

प्रणाली का इस्तेमाल किया एक बंद शेल्फ छोटे जानवर perfusion दिल प्रणाली है, लेकिन भारी एक खरगोश दिल के साथ उपयोग के लिए संशोधित किया गया था. संशोधनों को मुख्य रूप से खरगोश दिल के लिए पर्याप्त प्रवाह वितरण आश्वस्त करने के लिए सभी ट्यूबिंग के बोर आकार को बढ़ाने के लिए थे. महान देखभाल को आश्वस्त करने के लिए बनाया गया था, उपयोग किया जाता भ्रम दबाव पर, देशी perfusion प्रणाली के प्रवाह की दर कम से कम 5 गुना से जुड़े दिल के साथ प्रवाह से अधिक है. 2ण्12 उउर रंध्र झिल्ली छन्दये द्रव पंप तथा महाधमनी पूर्वभार बबल ट्रैप कक्ष के बीच हृदय से किसी भी मलबे को हटाने के लए समांतर में रखा गया था।

खरगोश दिल से संचारित प्रकाश
चित्र 1 कैथेटर के स्पेक्ट्रम को प्रस्तुत करता है (चित्र 1क) और खरगोश हृदय मुक्त दीवार से संचारित प्रकाश का कच्चा स्पेक्ट्रम (चित्र 1ठ) . इन आंकड़ों स्पेक्ट्रम के नीले क्षेत्र में प्रकाश की एक बहुत बड़ी क्षीणन पता चलता है, लेकिन मायोग्लोबिन और mitochondrial साइटोक्रोम्स से अवशोषण के बैंड सीधे डालने में 490 और 580 एनएम के बीच मनाया जा सकता है. यह पर्याप्त संचारित प्रकाश को आश्वस्त करने के लिए इन अध्ययनों में महत्वपूर्ण है 490 से 630 एनएम तक चयापचय उत्तरदायी हृदय क्रोमोफोर्स के बारे में जानकारी प्राप्त करने के लिए क्षेत्र में पाया जाता है. बाहरी और आंतरिक फाइबर की स्थिति प्रकाश तीव्रता को अधिकतम करने के लिए डेटा को बचाने से पहले समायोजित किया जाता है, लेकिन 625 एनएम क्षेत्र में डिटेक्टर तर नहीं है.

संदर्भ कम ऋण दिल में संदर्भ Chromophores के Oxidized स्पेक्ट्रा.
चित्र 2 इन अध्ययनों में एकत्र अंतर स्पेक्ट्रम फिट करने के लिए इस्तेमाल किया संदर्भ स्पेक्ट्रम प्रस्तुत करता है। इन संदर्भों में मायोग्लोबिन, साइटोक्रोम ए3 (वैकल्पिक रूप से साइटोक्रोम एक605 और साइटोक्रोम एक607, क्षोभ के प्रकार के आधार पर22), साइटोक्रोम एक580, साइटोक्रोम बीएल, साइटोक्रोम बी एच शामिल हैं , साइटोक्रोम सी, साइटोक्रोम सी1, एफएडी, घटना प्रकाश का एक अवशोषण प्रतिनिधित्व (निरूपित मैं0, जो छलनी प्रकाश के लिए खाते में प्रयोग किया जाता है, अर्थात्, फोटॉनों कि अवशोषित किया जा रहा बिना ऊतक के माध्यम से चला गया), और एक पंक्ति (अलग के साथ) खंड 2में नहीं दिखाया गया, प्रकीर्णन के लिए खाते में ढाल और अवरोधन। कुछ स्पेक्ट्रम शोर कर रहे हैं, के रूप में शुद्ध संदर्भ सामग्री की एकाग्रता बहुत कम22था.

संदर्भ स्पेक्ट्रम के समय पाठ्यक्रम कुल प्रयोग के दौरान फिट बैठता है
चित्र 3 प्रोटोकॉल के चरण 5.15 में परिकलित एक विशिष्ट प्रयोग के समय-समय को दर्शाता है। यह एक नियंत्रण चरण के होते हैं, एक साइनाइड इंजेक्शन चरण के बाद, एक साइनाइड washout द्वारा पीछा किया, एक deoxygenation चरण के बाद, और अंत में ischemia. व्यक्तिगत क्रोमोफोर्स (मायोग्लोबिन, साइटोक्रोम aa3, और साइटोक्रोम ग) में परिवर्तन समय के साथ कोरोनरी प्रवाह दर के साथ साजिश रची जाती है। प्रत्येक क्रोमोफोर के ऑप्टिकल घनत्व परिवर्तन रैखिक कम से कम वर्गों दिनचर्या और क्रोमोफोर के प्रतिनिधि चोटी (या कहा क्रोमोफोर की अधिकतम अवशोषण) से प्राप्त फिट गुणांक गुणा द्वारा अनुमान लगाया जाता है। उदाहरण के लिए, मायोग्लोबिन के लिए, मायोग्लोबिन संदर्भ का उपयुक्त गुणांक 580 एनएम पर मायोग्लोबिन संदर्भ स्पेक्ट्रम के मान से गुणा किया जाता है। साइनाइड के अलावा मायोग्लोबिन के तेजी से ऑक्सीजन को ध्यान में रखते हुए प्रवाह में वृद्धि से मिलान किया जाता है लेकिन साइटोक्रोम्स की महत्वपूर्ण कमी से पहले है। यह प्रभाव आंशिक रूप से साइनाइड के washout के साथ बरामद किया है. अंत में, साइटोक्रोम्स की पूरी कमी और मायोग्लोबिन के deoxygenation इस्किमिया के साथ प्राप्त की है। इन आंकड़ों से पता चलता है कि गतिशील डेटा दिल की चयापचय स्थिति के विषय में आसानी से इस पद्धति के साथ प्राप्त किया जा सकता है. अंतर spectra के लिए इस्तेमाल किया स्पेक्ट्रम की स्थिति के रूप में इस समय पाठ्यक्रम पर चिह्नित कर रहे हैं: सी आधार रेखा, सीएन साइनाइड इंजेक्शन, CNW साइनाइड Washout, एच एन2 Hypoxia (नाइट्रोजन ऑक्सीजन के बजाय perfusate में bubbled जा रहा है), और HI कोई प्रवाह ischemia (कोई दिल के माध्यम से बहने वाला परफ्यूजेट।

खरगोश दिल से Cyanide उपचार बनाम नियंत्रण और Cyanide अंतर स्पेक्ट्रम के फिट के अंतर स्पेक्ट्रम.
एक अंतर स्पेक्ट्रम प्राप्त करने के लिए, दो निरपेक्ष स्पेक्ट्रम घटाया जाता है. प्रत्येक निरपेक्ष स्पेक्ट्रम शोर अनुपात करने के लिए संकेत का अनुकूलन करने के लिए कई (आमतौर पर 100) स्पेक्ट्रम की एक औसत लेने के द्वारा प्राप्त की है. चित्र 4 एक नियंत्रण के अंतर स्पेक्ट्रम का प्रतिनिधित्व करता है (सी) और साइनाइड (सीएन) इलाज दिल. चित्र 2में उल्लिखित संदर्भ स्पेक्ट्रम का उपयोग करके, फिट स्पेक्ट्रम की गणना की जाती है। अवशिष्ट स्पेक्ट्रम कच्चे डेटा से फिट का घटाव है. एक ही योजना के बाद सभी वर्णक्रमीय प्रस्तुतियों के लिए प्रयोग किया जाता है. चित्र 4 ख संदर्भ स्पेक्ट्रम के स्पेक्ट्रम आयाम प्रस्तुत करता है (चित्र 2में दिखाया गया है ) चित्र 4ए में फिट करने के लिए प्रयोग किया जाताहै. अधिकांश साइटोक्रोम्स के अवशोषण में प्रबल वृद्धि देखी जाती है क्योंकि साइटोक्रोम शृंखला के नीचे इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह स्थिर अवस्था में साइनाइड द्वारा अवरुद्ध हो जाता है। इसके अलावा, ऑक्सीजन की खपत साइनाइड द्वारा समाप्त किया गया था के रूप में oxygenated मायोग्लोबिन के अवशोषण में वृद्धि हुई। चित्र 4 सी अंतर स्पेक्ट्रम प्रस्तुत करता है और CNW और सीएन से अंतर स्पेक्ट्रम के फिट, साइनाइड प्रभाव के आंशिक उत्क्रमण खुलासा. यह प्रोटोकॉल चरण 5.18 में समय अंक का चयन करके पूरा किया गया था, समय पाठ्यक्रम के सीएन क्षेत्र के लिए CNW और T1 के लिए T0 चलती. चित्र 4 डी एचआई और सी के अंतर स्पेक्ट्रम प्रस्तुत करता है, जो पूरी तरह से deoxygenated और नियंत्रण हालत बनाम cytosol और mitochondria की कम राज्य का प्रतिनिधित्व करता है. फिर, यह प्रोटोकॉल चरण 5.18 पर किया गया था, T0 C और T1 HI करने के लिए ले जा रहा है.

कोरोनरी प्रवाह और क्रोमोफोर्स पर साइनाइड प्रभाव के प्रारंभिक समय पाठ्यक्रम
चित्र 5 एक ऊतक पर साइनाइड प्रभाव की दीक्षा का एक उदाहरण से पता चलता है. मायोग्लोबिन के लिए फिट बैठता है, साइटोक्रोम एक605 और साइटोक्रोम सी कोरोनरी प्रवाह के साथ एक ही दिल के लिए प्रस्तुत कर रहे हैं. इन समय पाठ्यक्रम प्रोटोकॉल चरण 5.15 पर साइनाइड प्रयोग के लिए बनाया गया था. अलग-अलग अंतर आधार रेखा (स्थिति 1) की तुलना में चित्र 5Bमें दिखाए गए हैं। स्पेक्ट्रम समय पाठ्यक्रम पर इसी स्थिति संख्या (1-4) से उत्पन्न किए गए थे। यह प्रोटोकॉल चरण 5.18 पर पूरा किया गया था, जहां T0 हमेशा स्थिति में था 1, और बाद में अलग स्पेक्ट्रम (2-4) क्रमशः स्थिति 2, 3, और 4 की स्थिति के लिए T1 ले जाकर बनाया गया था. कुछ आश्चर्य की बात अवलोकन है कि प्रवाह और मायोग्लोबिन ऑक्सीजन cytochrome redox राज्य में महत्वपूर्ण परिवर्तन से पहले वृद्धि हुई थी. प्रवाह और क्रोमोफोर अवशोषण में परिवर्तन की शुरुआत आधार रेखा से परिवर्तन की प्रारंभिक दर के रैखिक extrapolation द्वारा अनुमान लगाया गया. इस दृष्टिकोण का उपयोग करना, और समय शून्य के रूप में कोरोनरी प्रवाह में परिवर्तन की स्थापना, myoglobin oxygenation में वृद्धि की शुरुआत की 1.71 मिनट - 0.39 मिनट प्रवाह में परिवर्तन के बाद, जबकि साइटोक्रोम a605 और साइटोक्रोम c अवशोषण लगभग समान थे, लेकिन बहुत 4.24 मिनट पर धीमी ] 0ण्76 मि तथा 4ण्34 मि - 0ण्77 मि, क्रमशः (द र् 8)। इन आंकड़ों का सुझाव है कि साइनाइड हृदय की मांसपेशी चयापचय राज्य में एक बड़ा परिवर्तन होता है इससे पहले कि संवहनी टोन24 आराम. इस प्रभाव की संभावना हृदय मायोसाइट्स के आसपास प्रभावी खुराक तक पहुँचने से पहले संवहनी चिकनी मांसपेशियों का सामना साइनाइड के कारण होता है.

नियंत्रण दिल में मायोग्लोबिन ऑक्सीजन के अनुमान
कुल मायोग्लोबिन ऑक्सीजनेशन और पूरी तरह से deoxygenated मायोग्लोबिन के लिए इस्किमिया डेटा के एक अनुमान के रूप में साइनाइड डेटा का उपयोग करना, हम अनुमान है कि नियंत्रण स्थितियों में myoglobin केवल 88.2% था - 1.0% (एन $ 10) oxygenated, पूर्व अध्ययन के साथ संगत20 , 21 , 25.

Figure 1
चित्र 1 : साइड-फायरिंग ऑप्टिकल कैथेटर के स्पेक्ट्रा। (क) यह कैथेटर से लगभग 1 बउ पर पिकअप फाइबर के साथ पता लगाए गए कैथेटर के माध्यम से दूरस्थ प्रकाश स्रोत से उत्सर्जित प्रकाश का स्पेक्ट्रम है। इस ज्यामिति में, दिल अनुपस्थित है और प्रकाश स्रोत की तीव्रता इतनी है कि डिटेक्टर तर नहीं है tuned है. (बी) साइड-फायरिंग कैथेटर बाएं वेंट्रिकल में डाला जाता है और दिल से संचारित प्रकाश एकत्र और दिखाया जाता है। डालने से पता चलता है 400 से 580 एनएम क्षेत्र का विस्तार, इस क्षेत्र से प्रकाश के जटिल संचरण का खुलासा. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 2
चित्र 2 : वर्णक्रमीय फिटिंग के लिए इस्तेमाल हृदय क्रोमोफोर्स के संदर्भ स्पेक्ट्रम. स्पेक्ट्रा तरीकों की एक किस्म के माध्यम से एकत्र किए गएथे 22 और कम के हैं - ऑक्सीकरण (cytochromes के लिए) और deoxygenated - oxygenated (मायोग्लोबिन के लिए). I0के लिए चित्र 1A में स्पेक्ट्रम को केवल संदर्भ बनाने के लिए अवशोषण शब्द में परिवर्तित कर दिया जाता है. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्र 3 : प्रवाह और समय के साथ ऑप्टिकल परिवर्तन. प्रत्येक क्रोमोफोर का ऑप्टिकल घनत्व परिवर्तन ($OD) केवल अपने अधिकतम अवशोषण पर फिट व्यक्ति क्रोमोफोर स्पेक्ट्रम है। अधिकतम अवशोषण आवृत्तियों का वर्णन पहले की तरह20,26में किया गया था . प्रस्तुत समय पाठ्यक्रम एक प्रयोग के लिए है, एक आधार रेखा दिखा, साइनाइड इंजेक्शन के बाद (0.10 m अधिकतम perfusate प्रवाह पर), साइनाइड washout, नाइट्रोजन hypoxia नाइट्रोजन के साथ ऑक्सीजन की जगह प्रदर्शन किया, और फिर पूरा ischemia. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 4
चित्र 4 : विभिन्न स्थितियों के फिट अंतर स्पेक्ट्रम. (क) साइनाइड इंजेक्शन का स्पेक्ट्रम आधार रेखा को शून्य कर देते हैं। कम से कम वर्ग दिनचर्या से प्राप्त फिट स्पेक्ट्रम भी प्लॉट किया जाता है। अवशिष्ट स्पेक्ट्रम कच्चे और फिट स्पेक्ट्रम के बीच अंतर है. (ख) चित्र 4कमें प्रस्तुत फिट बनाने के लिए प्रयुक्त संदर्भ स्पेक्ट्रम। कार्यक्रम वर्तमान अंतर स्पेक्ट्रम में उनके रिश्तेदार योगदान करने के लिए आंकड़ा 2 में संदर्भ तराजू. (सी) एकमें के रूप में भी, लेकिन washout बनाम साइनाइड इंजेक्शन के अंतर स्पेक्ट्रम दिखा. (घ) एमें भी, लेकिन इस्किमिया बनाम आधार रेखा के अंतर स्पेक्ट्रम को दर्शाता है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 5
चित्र 5 : चयनित साइटोक्रोम्स, मायोग्लोबिन और हृदय प्रवाह पर साइनाइड जलसेक प्रभाव का उच्च अस्थायी संकल्प। (क) हृदय प्रवाह का समय पाठ्यक्रम, deoxymyoglobin, कम साइटोक्रोम एक605,और कम साइटोक्रोम ग. संख्या चित्र 5बीमें आधार रेखा के सापेक्ष लिया स्पेक्ट्रम की स्थिति को संदर्भित करते हैं। (बी) चित्र 5ए बनाम नियंत्रण (स्थिति 1) में लेबल किए गए 4 पदों के लिए अंतर स्पेक्ट्रम। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Discussion

अलग प्रतिगामी या काम perfused दिल की तैयारी हृदय शरीर क्रिया विज्ञान के अध्ययन में एक मुख्य आधार के रूप में के रूप में अच्छी तरह से दिल पर तकनीक और दवाओं के पूर्व नैदानिक जांच है. इसके उपयोग के लिए कुंजी तैयारी में आसानी किया गया है, मजबूत कार्यात्मक विशेषताओं और प्रयोगात्मक मापदंडों के नियंत्रण के साथ ही धड़कन दिल के कई कार्यात्मक मापदंडों को मापने की क्षमता. ऑप्टिकल अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी ऊतक ऑक्सीजन के साथ ही mitochondria चयापचय गतिविधियों में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है. ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी मुख्य रूप से गति और प्रकाश प्रकीर्णन जटिलताओं के कारण व्याख्या करने के लिए मुश्किल है कि reflectance मोड में अलग perfused दिल के अध्ययन में आयोजित किया गया है.

हम हृदय ऊतक चयापचय क्रोमोफोर्स की निगरानी की एक मजबूत विधि प्रदान करने के लिए वेंट्रिकल दीवार संचरण ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी (VWTOS) शुरू की है. एक पिछले प्रकाशन में, हम प्रदर्शन किया है कि एक एलईडी समाक्षीय केबल की नोक करने के लिए hardwired20 एक अद्वितीय intracardiac पक्ष फायरिंग प्रकाश स्रोत है कि VWTOS perfused दिल के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है बनाता है. साइड-फायरिंग कैथेटर की लंबी धुरी के लंबवत प्रकाश के प्रक्षेपण को संदर्भित करता है, जो निलय मुक्त दीवार को रोशन करने के लिए आदर्श होता है। एलईडी कैथेटर कार्डियक फ़ंक्शन को प्रभावित नहीं करने के लिए काफी छोटा था, लेकिन प्रयोगशाला में विशेष निर्माण की आवश्यकता थी। वर्तमान अध्ययन फाइबर प्रकाशिकी के साथ संगत किसी भी प्रकाश स्रोत के लिए युग्मित किया जा सकता है कि एक 500 माइक्रोन वाणिज्यिक पक्ष फायरिंग कैथेटर का उपयोग प्रस्तुत करता है. इन पक्ष फायरिंग ऑप्टिकल कैथेटर वाणिज्यिक रूप से फाइबर की लंबी धुरी के लिए सीधा लेजर ablation के लिए विकसित किए गए थे। स्वाभाविक रूप से, हम प्रकाश शक्ति का उपयोग कर रहे हैं बहुत photoablation के लिए आवश्यक से कम. छोटे रेशों का उपयोग छोटी तैयारियों जैसे पर्फफ्यूज्ड माउस हार्ट27पर उपलब्ध है . इस फाइबर ऑप्टिक प्रणाली तरंगदैर्ध्य रेंज में दिल की दीवार के माध्यम से पर्याप्त रोशनी प्रदान की जहां हृदय गुणसूत्रों को अवशोषित (450-630 एनएम). हृदय के बाहर एक पिकअप फाइबर ऑप्टिक का उपयोग करके, मायोग्लोबिन और माइटोकोंड्रिया साइटोक्रोम्स के अवशोषण को उत्कृष्ट लौकिक और वर्णक्रमीय संकल्प के साथ निगरानी की जा सकती है (चित्र 5देखें)। पक्ष फायरिंग फाइबर ऑप्टिक दृष्टिकोण VWTOS के लिए एलईडी कैथेटर पर कई फायदे हैं, कैथेटर के एक बहुत छोटे पार अनुभागीय प्रोफ़ाइल सहित कि दिल पर कैथेटर के प्रभाव को कम करता है, हृदय वाल्व पर और अधिक लचीला कम करने के प्रभाव और वेंट्रिकल प्रदर्शन, कोई बिजली के कनेक्शन है कि नमकीन perfusate में बाहर कम कर सकते हैं, और अंत में एक कैथेटर है कि एक बाहरी प्रकाश स्रोत है कि VWTOS के लिए प्रकाश स्रोत चयन के लचीलेपन बढ़ जाती है का उपयोग करता है.

490 एनएम से नीचे दिल की मजबूत अवशोषण के कारण, 340 एनएम पर 410-445 एनएम या नाडाह के क्षेत्र में साइटोक्रोम्स के सॉरेट बैंड पर अधिक जानकारी उत्पन्न करना मुश्किल है। इस प्रकार, 450 एनएम पर एफएडी का व्यापक अवशोषण सबसे कम आवृत्ति अवशोषण है जो मनाया जाता है, हालांकि इस क्रोमोफोर्स के पूरे अवशोषण शिखर का नमूना नहीं है। VWTOS का उपयोग कर शोर अनुपात के लिए संकेत बहुत अधिक है के रूप में पूरी दीवार सतह प्रतिबिंब स्पेक्ट्रोस्कोपी के विपरीत में नमूना है, आमतौर पर इस्तेमाल किया20, जो केवल कई बिखरने के मुद्दों के साथ दिल की सतह नमूने. VWTOS नमूना पूरे दिल की दीवार परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी (NMRS) के लिए और अधिक अनुरूप है इस तरह के 31पी के रूप में कई हृदय चयापचयों के उपायएडेनोसाइन ट्राइफॉस्फेट और creatine फॉस्फेट28, 13सी का पता चला लेबल चयापचयों29,30 hyperpolarized लेबलसहित 31,32, और 1एच चयापचयों का पता चला33. चूंकि वीडब्ल्यूटीएस गैर-चुंबकीय उपकरणों का उपयोग करके आयोजित किया जा सकता है, यह पूरी तरह से संभव है कि एनएमआर और वीडब्ल्यूटीएस को एक साथ आयोजित किया जा सकता है। VWTOS अंतर्जात क्रोमोफोर्स तक ही सीमित नहीं है और पीएच, Ca2+, और प्लाज्मा झिल्ली क्षमता के लिए ऑप्टिकल जांच से अवशोषण की निगरानी करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

हम 2 हर्ट्ज (यानी 2 नमूने/सेक) का उपयोग करते हैं जो शोर करने के लिए उत्कृष्ट एकल स्पेक्ट्रम संकेत प्रदान करता है। हालांकि उच्च नमूना दर प्राप्त किया जा सकता है कि हृदय चक्र विश्लेषण की अनुमति, पिछले अध्ययनों से पता चला है कि वहाँ कोई हरा गुणसूत्र अवशोषण में भिन्नता को हरा है, तो चुनिंदा हृदय चक्र के एक समारोह के रूप में प्रकाश इकट्ठा करने के लिए कोई प्रयास किया गया था 34बनाया | VWTOS ज्यामिति के कारण, प्रकाश का पता लगाने प्रतिबिंब विधियों की तुलना में ऊतक गति पर कम निर्भर है, के बाद से जटिल सतह प्रकीर्णन घटनाओं का सफाया कर रहे हैं. हम पाते हैं कि गंभीर गति इन उपायों को बाधित कर सकते हैं, लेकिन वास्तविक समय वर्णक्रमीय विश्लेषण जल्दी से ऊतक क्रोमोफोर संक्रमण के साथ असंगत वर्णक्रमीय संक्रमण का पता चलता है. फिर, यह केवल तब होता है जब दिल इकट्ठा फाइबर नाटकीय रूप से एकत्र प्रेषित प्रकाश की मात्रा को कम करने से पूरी तरह दूर ले जाता है.

VWTOS डेटा हृदय क्रोमोफोर्स के स्पेक्ट्रम के एक संदर्भ पुस्तकालय और प्रकाश स्रोत के स्पेक्ट्रम के आधार पर पूर्ण वर्णक्रमीय फिटिंग दिनचर्या का उपयोग कर विश्लेषण किया है के रूप में पहले वर्णित20,22,27, 35 एक साधारण रैखिक कम से कम वर्गों दृष्टिकोण के साथ. इस वर्णक्रमीय फिटिंग प्रक्रिया ओवरलैपिंग अवशोषण स्पेक्ट्रम के लिए मुआवजा और पर भरोसा नहीं करता है "isobestic" तरंगदैर्ध्य. यह पूर्ण स्पेक्ट्रम विश्लेषण सामान्य दोहरी किरण (अर्थात दो तरंगदैर्ध्य) विश्लेषण1,3,6 से संबंधित कलाकृतियों को समाप्त करता है,जिसे20समस्याग्रस्त दिखाया गया है । पूर्ण वर्णक्रमीय विश्लेषण का जोड़ा लाभ अवशिष्ट से फिट की एक अच्छाई की पीढ़ी है, दोहरी बीम प्रोटोकॉल में उपलब्ध नहीं है.

इस अध्ययन में, हम दिल के ऑप्टिकल गुणों पर साइनाइड के प्रभाव पर ध्यान केंद्रित किया. साइनाइड ब्लॉक साइटोक्रोम ऑक्सीडेज के रूप में, यह ऑक्सीजन की खपत को रोकता है और अनिवार्य रूप से साइटोक्रोम श्रृंखला में इलेक्ट्रॉन वापस ऊपर के रूप में cytochromes के सभी की एक शुद्ध कमी में परिणाम. तथापि, झिल्ली की क्षमता जाहिरा तौर पर उच्च बनी हुई है, क्योंकि साइटोक्रोम सी13की तुलना में बीएल और बीएच में रेडॉक्स परिवर्तन बहुत छोटे होते हैं। ऑक्सीजन की खपत की समाप्ति के साथ, ऊतक में ऑक्सीजन तनाव perfusate दृष्टिकोण चाहिए और हम धारणा है कि नमकीन perfused दिल के साथ संगत साइनाइड के साथ oxygenated मायोग्लोबिन में एक प्रारंभिक वृद्धि नोट किया, यहां तक कि प्रतिगामी भ्रम में मोड, साइटोसोल19,20,21,36में मायोग्लोबिन को पूरी तरह से ऑक्सीजन नहीं दे रहा है। ischemia के साथ प्राप्त पूरी तरह से deoxygenated स्पेक्ट्रम के साथ oxygenated मायोग्लोबिन पर साइनाइड के अधिकतम प्रभाव की तुलना केवल के बारे में 88% की एक मायोग्लोबिन ऑक्सीजन का पता चलता है, पिछले अध्ययनों के साथ संगत.

यह इस अध्ययन में ध्यान दें कि मायोग्लोबिन ऑक्सीजन और साइटोक्रोम कमी पर साइनाइड प्रभाव लौकिक हल किया गया महत्वपूर्ण है. यह आश्चर्य की बात है कि साइनाइड के प्रभाव पहले कोरोनरी प्रवाह और मायोग्लोबिन पर दिल के साइटोक्रोम्स redox राज्य में बड़े परिवर्तन से पहले मनाया गया था. प्रवाह में प्रारंभिक रूप से चिह्नित वृद्धि से पता चलता है कि हृदय कोशिकाओं में सकल चयापचय प्रभाव देखे जाने से पहले धमनी चिकनी मांसपेशियों पर प्रभाव24,37 हो सकता है। प्रवाह में वृद्धि, संभवतः श्वसन में एक मामूली साइनाइड प्रेरित कमी के साथ, ऑक्सीजन वितरण में वृद्धि की वजह से oxygenated मायोग्लोबिन में तत्काल वृद्धि में संभावित परिणाम. मायोसाइट्स के लिए साइनाइड अवरोध के प्रसार के साथ, कोरोनरी प्रवाह में एक और वृद्धि देखी जाती है (देखें क्षेत्र चित्र 5एमें 3 चिह्नित ), संभावना कई चयापचय कारकों से प्रेरित38. प्रवाह पर साइनाइड के बड़े प्रारंभिक प्रभाव से पता चलता है कि संवहनी चिकनी मांसपेशियों के चयापचय मायोसाइट्स के चयापचय से संवहनी टोन बदलने में अधिक शक्तिशाली हो सकता है. इन आंकड़ों को अच्छी तरह से स्थापित धारणा है कि myoglobin कॉक्स की तुलना में ऑक्सीजन के लिए एक बहुत कम आत्मीयता है समर्थन, यहां तक कि बरकरार दिल में, के रूप में myoglobin ऑक्सीजन mitochondria redox राज्य में परिवर्तन से पहले अच्छी तरह से हुई (चित्र 5). नियंत्रण परिस्थितियों के तहत deoxygenated मायोग्लोबिन के इस उच्च स्तर का सुझाव है कि अलग नमकीन perfused दिल आंशिक रूप से भी नियंत्रण स्थितियों9,19 के तहत hypoxic हो सकता है के साथ संगत है 20,21,27,36, हृदय शरीर क्रिया विज्ञान में इस महत्वपूर्ण मॉडल का उपयोग करते समय हृदय ऊतक ऑक्सीजन की निगरानी के महत्व को रेखांकित.

हम यहाँ अलग perfused दिल पर संचरण अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी के संचालन के लिए प्रयोगात्मक विवरण मौजूद हैं. हम सफलतापूर्वक एक पतली पक्ष फायरिंग intracardiac ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग करके माउस के लिए खरगोश से दिल पर उपयोग के लिए इस तकनीक को अनुकूलित किया है. कला पूर्ण वर्णक्रमीय फिटिंग दिनचर्या के राज्य का उपयोग, हृदय गुणसूत्रों की जटिल ऑप्टिकल बातचीत आसानी से प्रदान निकाला जा सकता है, पारंपरिक के साथ एक साथ मायोकार्डियल चयापचय के महत्वपूर्ण तत्वों के एक निकट वास्तविक समय उपाय कार्यात्मक उपाय.

Disclosures

ब्याज का कोई संघर्ष घोषित नहीं किया गया।

Acknowledgments

यह काम पूरी तरह से NHLBI intramural कार्यक्रम द्वारा समर्थित किया गया था (परियोजना जिया HL00460131).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
BIOPAC data acquisition system BIOPAC MP150 Analog to digitial conversion
BIOPAC general purpose transducer amplifiers BIOPAC DA100C Pressure monitoring
BIOPAC System skin temperature amplifier BIOPAC SKT100B temperature monitoring
Compact Universal 1- and 2- Channel LED Controllers Mightex SLC-MA02-U External light source power supply
Disposable pressure sensors BIOPAC RX104A Pressure monitoring
Dual Syringe, Infusion Pump KdScientific KDS 200 / 200P LEGACY SYRINGE PUMP drug injection
Flow-through probes Transonic 4PXN perusate flow monitoring
Glass Syringe FORTUNA Optima 30 CC Air tight fluid injection
High power fiber-coupled LED white light source Mightex Type-A FCS-0000 External light source
Perfused heart system Radnoti 120101BEZ This system was heavily modified to provide adequate flow (see manuscript)
Phase fluorimeter Ocean Optics NeoFox-GT oxygen concentration
Pickup fiber optic Thor labs BF20HSMA01 Fiber for collecting transmitted light (pick up fiber)
PowerLab unit AD Instruments PowerLab 8/35 Analog to digitial conversion
Pressure transducers BIOPAC TSD104A pressure monitoring
Programming environment LABViEW N/A Software for driving spectrometer, digitiziing data and analysis. Code available on request
Rapid scanning spectrophotometer Ocean Optics QE65PRO Rapid scanning spectrometer for spectral analysis
Side firing fiber optic Polymicro Technologies Molex, LLC 18019 North 25th Av, Phoenic AZ 85023-1200 JTFLH200230500/1.5M  side firing fiber optic 200 microns core 
Sodium cyanide Sigma-Aldrich 380970 Metabolic inhibitor
Temperature probe BIOPAC TSD102A temperature monitoring
Tubing flow modules Transonic TS410 perusate flow monitoring

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बायोइंजीनियरिंग अंक 147 हृदय समारोह हृदय चयापचय माइटोकोंड्रिया मायोग्लोबिन साइटोक्रोम ऑक्सीडेज साइटोक्रोम सी साइटोक्रोम बी एफएडी माइटोकोंड्रिया झिल्ली क्षमता ऊतक ऑक्सीजन ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी वर्णक्रमीय फिटिंग
निगरानी सेलुलर चयापचय के लिए इंट्रा-कार्डियक साइड-फायरिंग लाइट कैथेटर Perfused Mammalian दिल की ट्रांसमलल अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग कर
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Femnou, A. N., Giles, A., Balaban,… More

Femnou, A. N., Giles, A., Balaban, R. S. Intra-cardiac Side-Firing Light Catheter for Monitoring Cellular Metabolism using Transmural Absorbance Spectroscopy of Perfused Mammalian Hearts. J. Vis. Exp. (147), e58992, doi:10.3791/58992 (2019).

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