Name: rodent working heart model for the study of myocardial performance and oxygen consumption
Uploaded: 2016-08-16T14:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 43 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Rodent Working Heart Model for the Study of Myocardial Performance and Oxygen Consumption at JoVE.com

ציוד הניסויים שתוארו כאן מומנו על ידי המחלקה לקרדיולוגיה בבית החולים לילדים בבוסטון ובבית ידי תרומות פילנתרופיות ממשפחת Haseotes. אנו מודים בני הזוג. פרנק מק&#39;גוון Huamei הוא לספק לנו חוויות מוקדמות עם המודל הזה, וכדי לינדזי תומסון לסיוע עם יצירות אמנות.

<ol>
	<li>Langendorff, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Untersuchungen+am+uberlebenden+saugethierherzen+[investigations+on+the+surviving+mammalian+heart.">Untersuchungen am uberlebenden saugethierherzen [investigations on the surviving mammalian heart.</a> Arch Ges Physiol. 61, 291-332 (1895).</li><li>Neely, J. R., Liebermeister, H., Battersby, E. J., Morgan, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+pressure+development+on+oxygen+consumption+by+isolated+rat+heart.">Effect of pressure development on oxygen consumption by isolated rat heart.</a> Am J Physiol. 212 (4), 804-814 (1967).</li><li>Friehs, I., Cao-Danh, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adenosine+prevents+protein+kinase+C+activation+during+hypothermic+ischemia.">Adenosine prevents protein kinase C activation during hypothermic ischemia.</a> Circ. 96 (9 Suppl), 221-226 (1997).</li><li>Aoyagi, T., Higa, J. K., Aoyagi, H., Yorichika, N., Shimada, B. K., Matsui, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiac+mTOR+rescues+the+detrimental+effects+of+diet-induced+obesity+in+the+heart+after+ischemia-reperfusion.">Cardiac mTOR rescues the detrimental effects of diet-induced obesity in the heart after ischemia-reperfusion.</a> Am J Physio. Heart Circ Physiol. 308 (12), H1530-H1539 (2015).</li><li>Kitahori, K., He, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+left+ventricular+diastolic+dysfunction+with+preservation+of+ejection+fraction+during+progression+of+infant+right+ventricular+hypertrophy.">Development of left ventricular diastolic dysfunction with preservation of ejection fraction during progression of infant right ventricular hypertrophy.</a> Circ Heart Fail. 2 (6), 599-607 (2009).</li><li>Cowan, D. B., Noria, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lipopolysaccharide+internalization+activates+endotoxin-dependent+signal+transduction+in+cardiomyocytes.">Lipopolysaccharide internalization activates endotoxin-dependent signal transduction in cardiomyocytes.</a> Circ Res. 88 (5), 491-498 (2001).</li><li>Broadley, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+analysis+of+the+coronary+vascular+responses+to+catecholamines,+using+a+modified+Langendorff+heart+preparation.">An analysis of the coronary vascular responses to catecholamines, using a modified Langendorff heart preparation.</a> Br J Pharmacol. 40 (4), 617-629 (1970).</li><li>Schmidt, H. D., Hoppe, H., Heidenreich, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+effects+of+dopamine,+orciprenaline+and+norepinephrine+on+the+right+and+left+ventricle+of+isolated+canine+hearts.">Direct effects of dopamine, orciprenaline and norepinephrine on the right and left ventricle of isolated canine hearts.</a> Cardiol. 64 (3), 133-148 (1979).</li><li>Fawaz, G., Tutunjini, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+adrenaline+and+noradrenaline+on+the+metabolism+and+performance+of+the+isolated+dog+heart.">The effect of adrenaline and noradrenaline on the metabolism and performance of the isolated dog heart.</a> Br J Pharm Chemother. 15, 389-395 (1960).</li><li>Allen, L. A., Fonarow, G. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hospital+variation+in+intravenous+inotrope+use+for+patients+hospitalized+with+heart+failure:+insights+from+Get+With+The+Guidelines.">Hospital variation in intravenous inotrope use for patients hospitalized with heart failure: insights from Get With The Guidelines.</a> Circ Heart Fail. 7 (2), 251-260 (2014).</li><li>Furnival, C. M., Linden, R. J., Snow, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+inotropic+and+chronotropic+effects+of+catecholamines+on+the+dog+heart.">The inotropic and chronotropic effects of catecholamines on the dog heart.</a> J Physiol. 214 (1), 15-28 (1971).</li><li>Li, J., Li, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adverse+effects+of+dopamine+on+systemic+hemodynamic+status+and+oxygen+transport+in+neonates+after+the+Norwood+procedure.">Adverse effects of dopamine on systemic hemodynamic status and oxygen transport in neonates after the Norwood procedure.</a> J Am Coll Cardiol. 48 (9), 1859-1864 (2006).</li><li>Gillis, A. M., Kulisz, E., Mathison, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiac+electrophysiological+variables+in+blood-perfused+and+buffer-perfused,+isolated,+working+rabbit+heart.">Cardiac electrophysiological variables in blood-perfused and buffer-perfused, isolated, working rabbit heart.</a> Am J Physiol. 271 (2 Pt 2), H784-H789 (1996).</li><li>Asfour, H., Wengrowski, A. M., Jaimes, R., Swift, L. M., Kay, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NADH+fluorescence+imaging+of+isolated+biventricular+working+rabbit+hearts.">NADH fluorescence imaging of isolated biventricular working rabbit hearts.</a> J Vis Exp. (65), (2012).</li><li>Demmy, T. L., Magovern, G. J., Kao, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolated+biventricular+working+rat+heart+preparation.">Isolated biventricular working rat heart preparation.</a> Ann Thor Surg. 54 (5), 915-920 (1992).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

מודל הלב עובד זה מאפשר הערכה של ביצועי חדרית עם שליטה מלאה של חדרית preload ו afterload, מתח החמצן של perfusate, כמו גם קצב הלב. בין יתר, הוא מתיר הערכה של השפעות שריר לב הפנימיות של תרופות אינוטרופיות עצמאיות של afterload ו preload, אשר בדרכים שאינן אפשריים באמצעות מודל vivo. בגלל המודל הזה מנצל perfusate גְבִישָׁן, הוא מתיר הערכה שריר הלב בלי התערבות המוגלובין, לפשט ניתוח ספקטרוסקופיות של מדינות אנרגיה שריר הלב, למשל. 14 במודל זה, אטריום ימין אינה cannulated כחלק המכשור שלנו, למרות שזה אפשרי כדי לעשות זאת. אנחנו בכוונה בוחרים שלא לעשות זאת על מנת להקל על הדגימה של זרימת סינוס כלילית להערכת צריכת חמצן של שריר לב. חשוב לציין, כי, בלב התקין עדיין מבצע עבודות לחצו ונפח במודל זה כפי שהוא שואב את השיתוףסינוס ronary לזרום לתוך צינורית עורק הריאה. מתן כמה preload החדר הימני משפר מיצוב של מחיצת האף חדרית ומשפר את ביצועי החדר השמאלי, והוא מהווה מרכיב חשוב של מודל זה. 15 ישנן מספר מלכודות ניסיון לדבר. הראשון הוא cannulation המדרדר הראשוני, שאמורה להתבצע דחופה (כלומר, תוך פחות מ -2 דקות) כדי למזער את תקופת איסכמיה. המיומנות החשובה ביותר כדי להתמחות הוא בידוד יעיל, הכנה וטיפול של האאורטה עולה. חשוב כי הגדם אבי העורקים לא יקוצצו קצר מדי, משאיר מקום מספיק עבור cannulation מעל שסתום אבי העורקים. עם זאת, חשוב גם כי גדם אב העורקים לא יהיה ארוך מדי, דבר שיכול לגרום torqueing של אב העורקים סביב הצינורית. כמו כן, חשוב כי צינורית האאורטה שורש האאורטה להיות כראוי גודל בהתאמה. אבי העורקים גדול יתר על המידה על צינורית קטנה יכולה גםלהוביל torqueing של שורש האאורטה על הצינורית. העורק הימני subclavian בדרך כלל לוקח מן האאורטה עולה כ 7 מ&quot;מ מעל שסתום אבי העורקים. זיהוי כלי brachiocephalic (כ 1 מ&quot;מ קוטר) במהלך דיסקציה הזמירה של האאורטה לשרת ציוני דרך חשובה ובאשר חתך-רוחב אב העורקים. זמירת האאורטה ממש מתחת ההמראה של העורק brachiocephalic הראשון רצויה. הכללה של כלי זה שורש האאורטה גזוז בדרך כלל מוביל לדליפת KHB, ואובדן לחץ שורש האאורטה במעברם למצב הלב עובד. היבט נוסף מאתגר מבחינה הטכנית של cannulation הוא cannulation פרוזדורי השמאל. למרות שזה אינו ריאלי cannulate תוספת פרוזדורי השמאל, מצאנו כי הצינורית לעתים קרובות נתקעה בתוך התוספת, לא עוברת בקלות לתוך הגוף של הפרוזדור השמאלי. לפיכך, אנו מעדיפים לבצע את החתך בגוף של הפרוזדור השמאלי, כ2 מ&quot;מ ינעל חריץ החדרים והעליות. חשוב למקם את צינורית פרוזדורי השמאל במישור של ממש לפני כניסה כדי למנוע קריעה של אטריום דקות קיר כאשר הבטיח הצינורית. מצאנו כי הגודל האידיאלי של חתך אטריום שמאל היה כ -3 מ&quot;מ. יצירה קטנה מדי של חתך עלולה גם להפוך את המיקום של צינורית פרוזדורים שמאל יותר קשה, ועלולה להוביל קריעה של הפרוזדור השמאלי. אנו משתמשים מ&quot;מ ישר, 8, חתיכת משופעים של צינורות חמצן-חדיר (מ&quot;מ פנימי בקוטר 2.9) על בלוק פרוזדורי השמאל. מצאנו כי באמצעות זה, ולא צינורית עם קצה משופע, מוביל cannulation פרוזדורים העקבי ביותר ומקל את התהליך הבטיח לחסום פרוזדורי השמאל. לא משנה של הצינור בשימוש, חשוב להבטיח כי בסופו של הצינור אינו האפיל על ידי מחצה הפרוזדורים או שסתום צניפי (כפי שהוא מתואר לעיל, מצאנו כי עקיבת לחץ פרוזדורי השמאל הייתה מועילה REGA זהrd), כמו גם בתנועה עדינה של צינורית פרוזדורים יכול לשנות preload החדר השמאלי משמעותית ומדידות המודינמי שהתקבל. מאותה הסיבה, חשוב להבטיח כי הפרוזדור השמאלי לא להדליף בא לאחר פתיחת בלוק פרוזדורי השמאל. חשוב ללא תלות בסוג של צינורות בשימוש על מנת להבטיח כי הצינורות בתוך מערכת זו הוא חמצן בלתי חדיר על מנת להבטיח אספקת חמצן נאותה ללב. היבט נוסף מאתגר מבחינה טכנית של ההליך היה המיקום של קטטר בנפח הלחץ (PV). אנחנו בתחילה מועדף הנפקה מדרדרת של הקטטר דרך בלוק אב העורקים. למרות שהדבר אפשרי מבחינה טכנית, מצאנו אותו להיות הרבה יותר פשוט ומועיל למקם את הקטטר PV באמצעות לנקב transapical. יש להקפיד לפקח על המיקום של קטטר לאורך כל תקופת הניסוי, כמו בזמנים הקטטר עשוי לנוע פנימה או החוצה של החדר השמאלי. ניתן לעשות זאת על ידי ניטור pressuמחדש, שרטוטים נפחו לאורך זמן. לבסוף, יש להקפיד על מנת להבטיח כי פתרון KHB נוצר טרי עבור כל ניסוי. אפשר לשקול את המרכיבים של KHB ולאחסן אותם צינורות חרוטים בצורת אבקה מראש. ביום של ניסויים, עשויים להיות מעורבים אלה עם מים סטריליים, מסוננים, דו תחמוצת הפחמן / חמצן, ולאחר מכן סידן הוסיף לתערובת. כמו כן, חשוב לשטוף את המערכת עם חומר ניקוי אבקה פעיל אנזים כגון Tergazyme (או דומה) ולהחליף את מסנן perfusate בקביעות. מספר מגבלות של הכנה ניסיוני זה יצוין. ראשית, בדומה לכל הכנות Langendorff-perfused גְבִישָׁן, KHB ו perfusates asanguinous האחר יש חמצן נושאת ביחס קיבולת פחתה משמעותית לדם. אמנם זה הוא מתוגמל באופן חלקי באמצעות התרחבות כלילית ותזרים כלילית supraphysiologic, ההכנה היא לא לגמרי physiologiג מסיבה זו. שנית, בגלל התאימות כמעט האינסופית של חדר Windkessel בשימוש בכלי זה, לחצי סיסטולי ודיאסטולי הם רק מופרדים מינימאליים (ראה איור 2 א) וכך לחץ זלוף כלילית הוא הלא פיסיולוגי. זה תהא ניתנת לסתירה דגמים עתידיים על ידי שילוב מרכיב elastance לבלוק afterload. שלישית, כמו עם כל הכנות הלב המבודדות, בלב עובר תקופה מוגדרת (2 - 3 דקות) של איסכמיה חמה אשר עשוי ליצור פציעה או חוסר תפקוד שריר לב. מזעור פגיעה זו באמצעות תרגול של הטכניקה הוא בעל חשיבות עליונה לתוצאות נציג. יתר על כן, למרות צורך על צער בעלי חיים, הרדמה נשאפת עשויה לשמש מדכא שריר לב בשלב מוקדם של תהליך רה-פרפוזיה, למרות שזה צפוי כי האפקט הזה הוא בוטל מהר ככל הלב reperfused עם KHB. מערכת הלב עובד תיאר מאפשרת מגוון רחב של Physiolחקירות ogic רלוונטיות טיפול, מחקר והוראה חולים. עם כמה שינויים נוספים, המערכת יכולה לשמש גם כדי לדמות פיזיולוגיה חשובה רלוונטית מחלת לב מולדת, כוללים יתר לחץ דם ריאתי ופיזיולוגית חדר יחיד. ההגבלות כוללות שזה הכנה vivo לשעבר, כי הלב מתבצעת perfused ידי חיץ במקום דם תוכן גבוה-חמצן.

המחקר של איברים מבודדים מאפשר שליטת תנאים פיסיולוגיים מעבר למה שאפשרי vivo. הכנות לב-גופיים תוארו לראשונה על ידי אוטו Langendorff, 1 שתאר מודל מבודד עם זלוף המדרדר. בהמשך לכך, אחרים תיארו את מודל &quot;עבודה שבלב&quot;, שבו שריר הלב מבצעת גם עבודה לחץ ונפח. 2 ההכנות כזה כבר סייעה הבהרת מנגנוני הפעולה של שריר הלב, 3 מטבוליזם בשריר הלב, 4-6 ואפקטים של תרופות cardiotonic. 7- 9 השימוש בתרופות משפר התכווצות שריר לב שכיח בחולים אנושים. עם זאת, כמה נתונים זמינים השוואת ההשפעה היחסית של תרופות אלה על התכווצות וצריכת החמצן של שריר הלב, נתונים אשר עשויים להיות שימושיים בטיפול בחולים עם סימנים קליניים של אי ספיקת לב של בקביעת לאחר הניתוח. 10 עם זאת, כי רוב תרופות cardiotonic משפיעות לא רק על שריר לב, אלא גם התנגדות arteriolar, קיבול ורידי 11, וכן את קצב חילוף החומרים של מטופל, 12 לשעבר vivo מודלי לב מבודדים להישאר האמצעים האופטימליים שבאמצעותו כדי לחקור את ההשפעות של תרופות כאלה על שריר לב נכון. אנו מתארים את השימוש של מודל vivo לשעבר לחקר עצמאי מטעני תרופות אינוטרופיות על תפקוד שריר לב וצריכת חמצן. לבבות של חולדות ספראג Dawley היו cannulated באמצעות חדר שמאלי עובד מודל לב perfused באמצעות perfusate קרבס Henseleit שונה. לחצי פרוזדורי אב עורקים ושמאל נשלטו. לחץ-נפח צנתרים עכבה הונחו לתוך החדר השמאלי באמצעות לנקב apical לניטור רציף של תפקוד סיסטולי ודיאסטולי. צריכת החמצן נמדדה ברציפות כהפרש הצמוד תכולת החמצן בין perfus פרוזדורים שמאלאכול קולחי עורק הריאה. תרופות להיבדק היו חדורות לבלוק פרוזדורי השמאל, ושינויים ביצועים לב ואת חילוף חומרים של חמצן נמדדו ולעומת בסיס שקדם מייד.

<table><tbody><tr><td>Sodium bicarbonate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5761</td><td>8.401 g/4 L</td></tr><tr><td>Ethylenediaminetetraacetic acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>E6758</td><td>0.744 g/4 L</td></tr><tr><td>Potassium chloride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P9333</td><td>1.580 g/4 L</td></tr><tr><td>Magnesium sulfate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M7506</td><td>0.578 g/4 L</td></tr><tr><td>Sodium pyruvate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P2256</td><td>0.220 g/ 4 L</td></tr><tr><td>Sodium chloride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S3014</td><td>27.584 g/4 L</td></tr><tr><td>Dextrose</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D9434</td><td>7.208 g/4 L</td></tr><tr><td>Calcium chloride dihydrate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C7902</td><td>1.470 g/4 L</td></tr><tr><td>Biventricular working heart model</td><td>Harvard Apparatus</td><td>IH-51</td><td></td></tr><tr><td>Pressure volume catheter</td><td>Millar, Inc</td><td>SPR-944-1</td><td>6 mm spacing catheter used</td></tr><tr><td>LabChart Pro 8</td><td>AD Instruments</td><td>Version 8.1</td><td></td></tr></tbody></table>

rodent working heart model for the study of myocardial performance and oxygen consumption

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).

סכימטי של לב המאובזרת באופן מלא זלוף מדרדר (איור 1 א) ו בלב עובד של החדר השמאלי (איור 1B). אבי העורקים אופיינית, פרוזדורים ימין ועל הלחץ של החדר השמאלי, השרטוטים נפח מוצגים באיור 2A -. D הלחץ הדיאסטולי סוף הטיפוסי הוא כ 3 - 5 מ&quot;מ כספית במודל זה, ואת הלחץ הסיסטולי השיא הוא כ 100 מ&quot;מ כספית איור 2E מדגים את השינוי. וביד שמאל העקיבה פרוזדורים כאשר צינורית LA הוא התרחק מחצה פרוזדורים במהלך ההשמה ומיצוב של צינורית. בניסויים אלה, הלחץ אבי העורקים נקבע ל 90 מ&quot;מ כספית, ולחץ LA נקבע ל -10 מ&quot;מ כספית. כדי לבדוק את ההשפעות של קטכולאמינים, כל פרמטר פיזיולוגי (נבעה בעיקר קטטר לחץ-נפח התוכנה הנלווית) הושווה שקדמו<html> תקופת המחקר. בדוגמה המוצגת, דופמין היה חדור ב 15 מיקרוגרם / ק&quot;ג / דקה לבלוק פרוזדורים שמאל. למרות הלחץ בסוף הדיאסטולי הוא זהה בשני תנאים (לנוכח לחץ הפרוזדורים הקבוע במודל זה), נפח דיאסטולי בסוף החדר השמאלי יורד ב -2.5%, ואת הנפח סיסטולי סוף חדר השמאל יורד ב -4.9% והניב נפח פעימה גדל (איור 3 א). בהשוואה חליטות פלצבו, העבודה חדרית שבץ שמאל, המזוהה כאזור בתוך העקומה לחץ-נפח, עלה ב -32% במהלך הטיפול עם דופאמין (איור 3B, P &lt;0.001, מבחן t, n = 10 בכל קבוצה). זה היה קשור עם עליה גדולה יותר ביחס צריכת החמצן של שריר הלב כדי חליטות פלצבו (איור 3 ג). בדרך זו, את עלויות עצמה ואנרגיה היחסיות של תרופות ומינונים cardiotonic שונות ניתן להשוות אחד עצמאית אחרת השפיעו על תנאי טעינה. התוכן &quot;FO: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/54149/54149fig1.jpg" /> איור 1: תרשים של זרימה בתוך לב instrumented מלא ב מדרדר זלוף ועבודת לב מצב (לוח א &#39;: מצב Langendorff; לוח ב&#39;:.. מצב לב עובד במצב מדרדר, KHB הוא החדיר בלחץ זלוף סט לתוך שורש האאורטה. מצב זה מנוצל כדי לשחזר את שריר הלב לאחר זמן איסכמי ובמהלך המכשור. בעבודת מצב לב, perfusate זורם דרך הלב השמאלי לפני המרוססת במחזור כלילית. במצב זה, שריר הלב חייב ליצור לחץ זלוף משלה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54149/54149fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן לצפייה גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/54149/54149fig2.jpg" /> F<html> igure 2: לחץ ונפח נציג העתקים שהושגו במהלך המדידות Baseline. (א) לחץ שורש אבי העורקים, (ב) עזב לחץ פרוזדורים, (C) לחץ חדרית שמאלה (D) עזב העתקים נפח חדרית במהלך המדידה הבסיסית מוצגים. נפח פעימה, עבודת שבץ, תפוקת לב, טאו, ופרמטרים נוספים ניתן לחשב באופן אוטומטי ומוצגים בזמן אמת על ידי התוכנה. מעקב אחר פרוזדורי שמאל קהה (E) קשור תפוקת לב עניה במצב לב עובד יכול להיות רמז כי הצינורית malpositioned ב אטריום השמאל. ראוי לציין, כי הגל נ הבולט עקיבת לחץ הפרוזדורים שמאל ממוקמת היטב נפוץ, ככל הנראה תוצאה של ציות פרוזדורים שמאל ירד חית instrumented המלא. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54149/54149fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> &quot;Jove_content&quot; FO: keep-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/54149/54149fig3.jpg" /> איור 3:. השפעת הדופמין על לחץ-נפח Curve תוצאות עירוי הדופמין תזוזה שמאלה בעקום PV (א), לרבות נפח הפעימה גדל, ירד בסופו של נפח הסיסטולי, לעומת מדידות הבסיס. ראוי לציין, כי הצורה של כמה מרכיבים של עקומות PV אלה שונים מאלה בדרך כלל נמדדים vivo (ראה איור 4) בשל העדר של עורקי elastance ורידים. (ב) ביחס קו בסיס שקדם מייד, עבודת השבץ גדלה באופן משמעותי יותר במהלך חליטות הדופמין בהשוואה לפלצבו (**, P = 0.0017, t-test), וכך גם צריכת החמצן של שריר הלב (*, P = 0.013, t-test, C). באמצעות מודל זה, צריכת החמצן של שריר הלב הממוצע בתחילת המחקר היה 0.22 ± 0.02 מילימול O 2 / גרם רקמה / דקה, באמצעות dissolv מוערךתכולת חמצן ed של 165 μmol / L מלוח ב 40 ° C. ניתן להשתמש מדידות כאלה להשוות את צריכת החמצן של שריר הלב של תרופות שונות. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54149/54149fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/54149/54149fig4.jpg" /> איור 4: ניתוח של לולאות לנפח בלחץ. The Loop לחץ-הנפח התיאורטי מוצג מתאר את מחזור הלב הרגיל בעקבות מסתם אאורטלי (AV) סגר (1), התכווצות isovolemic מתרחשת (1 - 2). כמו לחץ חדרית יורד מתחת ללחץ פרוזדורים. משך שלב זה מיוצג על ידי טאו. שסתום צניפי (MV) ואז פותח בעת ובעונה אחת עם התכווצות פרוזדורים, ממלא את החדר (2 - 3). התכווצות ואז מתחילה עם contracti isovolemicעל (3 - 4) עד שהלחץ חדרית עולה לחץ הדם הדיאסטולי, שאז AV נפתח. נפח פעימת ההבדל בין קווי 1 - 2 ו -3 -. 4 עבודת שבץ היא האזור בתוך 1 - 2 - 3 -. עקום 4 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54149/54149fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Rodent Working Heart Model for the Study of Myocardial Performance and Oxygen Consumption at JoVE.com

Rodent Working Heart Model for the Study of Myocardial Performance and Oxygen Consumption

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.

מכרסם עבודת לב דגם לחקר ביצועי שריר לב ואת צריכת חמצן

Isolated working heart models have been used to understand the effects of loading conditions, heart rate and medications on myocardial performance in ways ...

rodent-working-heart-model-for-study-myocardial-performance-oxygen

Research

JoVE Journal

Biology

20.1K Views.  Boston Children’s Hospital. 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.

Video: Rodent Working Heart Model for the Study of Myocardial Performance and Oxygen Consumption

Assessment of Cardiac Function and Energetics in Isolated Mouse Hearts Using 31P NMR Spectroscopy

Bioengineered mouse models have become powerful research tools in determining causal relationships between molecular alterations and models of cardiovascular disease. Although molecular biology is necessary in identifying key changes in the signaling pathway, it is not a surrogate for functional significance. While physiology can provide answers to the question of function, combining physiology with biochemical assessment of metabolites in the intact, beating heart allows for a complete picture of cardiac function and energetics. For years, our laboratory has utilized isolated heart perfusions combined with nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy to accomplish this task. Left ventricular function is assessed by Langendorff-mode isolated heart perfusions while cardiac energetics is measured by performing 31P magnetic resonance spectroscopy of the perfused hearts. With these techniques, indices of cardiac function in combination with levels of phosphocreatine and ATP can be measured simultaneously in beating hearts. Furthermore, these parameters can be monitored while physiologic or pathologic stressors are instituted. For example, ischemia/reperfusion or high workload challenge protocols can be adopted. The use of aortic banding or other models of cardiac pathology are apt as well. Regardless of the variants within the protocol, the functional and energetic significance of molecular modifications of transgenic mouse models can be adequately described, leading to new insights into the associated enzymatic and metabolic pathways. Therefore, 31P NMR spectroscopy in the isolated perfused heart is a valuable research technique in animal models of cardiovascular disease.

Assessment of Cardiac Function and Energetics in Isolated Mouse Hearts Using 31P NMR Spectroscopy

Langendorff-mode isolated heart perfusion, in conjunction with 31P NMR spectroscopy, combines the fields of biochemistry and physiology into one experiment. The protocol allows for the dynamic measurement of high energy phosphate content and turnover in the heart while concurrently monitoring physiologic function. When performed correctly, this is a valuable technique in the assessment of cardiac energetics.

הערכה של תפקוד הלב Energetics בלבבות עכבר בודדות שימוש 31 P NMR ספקטרוסקופיה

Bioengineered mouse models have become powerful research tools in determining causal relationships between molecular alterations and models of ...

Medicine

NADH Fluorescence Imaging of Isolated Biventricular Working Rabbit Hearts

Since its inception by Langendorff1, the isolated perfused heart remains a prominent tool for studying cardiac physiology2. However, it is not well-suited for studies of cardiac metabolism, which require the heart to perform work within the context of physiologic preload and afterload pressures. Neely introduced modifications to the Langendorff technique to establish appropriate left ventricular (LV) preload and afterload pressures3. The model is known as the isolated LV working heart model and has been used extensively to study LV performance and metabolism4-6. This model, however, does not provide a properly loaded right ventricle (RV). Demmy et al. first reported a biventricular model as a modification of the LV working heart model7, 8. They found that stroke volume, cardiac output, and pressure development improved in hearts converted from working LV mode to biventricular working mode8. A properly loaded RV also diminishes abnormal pressure gradients across the septum to improve septal function. Biventricular working hearts have been shown to maintain aortic output, pulmonary flow, mean aortic pressure, heart rate, and myocardial ATP levels for up to 3 hours8.
When studying the metabolic effects of myocardial injury, such as ischemia, it is often necessary to identify the location of the affected tissue. This can be done by imaging the fluorescence of NADH (the reduced form of nicotinamide adenine dinucleotide)9-11, a coenzyme found in large quantities in the mitochondria. NADH fluorescence (fNADH) displays a near linearly inverse relationship with local oxygen concentration12 and provides a measure of mitochondrial redox state13. fNADH imaging during hypoxic and ischemic conditions has been used as a dye-free method to identify hypoxic regions14, 15 and to monitor the progression of hypoxic conditions over time10.
The objective of the method is to monitor the mitochondrial redox state of biventricular working hearts during protocols that alter the rate of myocyte metabolism or induce hypoxia or create a combination of the two. Hearts from New Zealand white rabbits were connected to a biventricular working heart system (Hugo Sachs Elektronik) and perfused with modified Krebs-Henseleit solution16 at 37 &deg;C. Aortic, LV, pulmonary artery, and left &amp; right atrial pressures were recorded. Electrical activity was measured using a monophasic action potential electrode. To image fNADH, light from a mercury lamp was filtered (350&plusmn;25 nm) and used to illuminate the epicardium. Emitted light was filtered (460&plusmn;20 nm) and imaged using a CCD camera. Changes in the epicardial fNADH of biventricular working hearts during different pacing rates are presented. The combination of the heart model and fNADH imaging provides a new and valuable experimental tool for studying acute cardiac pathologies within the context of realistic physiological conditions.

The objective is to monitor the mitochondrial redox state of isolated hearts within the context of physiologic preload and afterload pressures. A biventricular working rabbit heart model is presented. High spatiotemporal resolution fluorescence imaging of NADH is used to monitor the mitochondrial redox state of epicardial tissue.

NADH Fluorescence הדמיה של Biventricular מבודדת עבודה לבבות ארנב

Since its inception by Langendorff1, the isolated perfused heart remains a prominent tool for studying cardiac physiology2. However, it is not well-suited ...

An Isolated Working Heart System for Large Animal Models

Since its introduction in the late 19th century, the Langendorff isolated heart perfusion apparatus, and the subsequent development of the working heart model, have been invaluable tools for studying cardiovascular function and disease1-15. Although the Langendorff heart preparation can be used for any mammalian heart, most studies involving this apparatus use small animal models (e.g., mouse, rat, and rabbit) due to the increased complexity of systems for larger mammals1,3,11. One major difficulty is ensuring a constant coronary perfusion pressure over a range of different heart sizes &#8211; a key component of any experiment utilizing this device1,11. By replacing the classic hydrostatic afterload column with a centrifugal pump, the Langendorff working heart apparatus described below allows for easy adjustment and tight regulation of perfusion pressures, meaning the same set-up can be used for various species or heart sizes. Furthermore, this configuration can also seamlessly switch between constant pressure or constant flow during reperfusion, depending on the user&#8217;s preferences. The open nature of this setup, despite making temperature regulation more difficult than other designs, allows for easy collection of effluent and ventricular pressure-volume data.

Most studies involving the Langendorff apparatus use small animal models due to the increased complexity of systems for larger mammals. We describe a Langendorff system for large animal models that allows for use across a range of species, including humans, and relatively easy data acquisition.

מערכת העבודה לב מבודדת למודלים בבעלי חיים גדולים

Since its introduction in the late 19th century, the Langendorff isolated heart perfusion apparatus, and the subsequent development of the working heart ...

Pre-clinical Model of Cardiac Donation after Circulatory Death

Cardiac transplantation demand is on the rise; nevertheless, organ availability is limited due to a paucity of suitable donors. Organ donation after circulatory death (DCD) is a solution to address this limited availability, but due to a period of prolonged warm ischemia and the risk of tissue injury, its routine use in cardiac transplantation is seldom seen. In this manuscript we provide a detailed protocol closely mimicking current clinical practices in the context of DCD with continuous monitoring of heart function, allowing for the evaluation of novel cardioprotective strategies and interventions to decrease ischemia-reperfusion injury.
In this model, the DCD protocol is initiated in anesthetized Lewis rats by stopping ventilation to induce circulatory death. When systolic blood pressure drops below 30 mmHg, the warm ischemic time is initiated. After a pre-set warm ischemic period, hearts are flushed with a normothermic cardioplegic solution, procured, and mounted onto a Langendorff ex vivo heart perfusion system. Following 10 min of initial reperfusion and stabilization, cardiac reconditioning is continuously evaluated for 60 min using intraventricular pressure monitoring. A heart injury is assessed by measuring cardiac troponin T and the infarct size is quantified by histological staining. The warm ischemic time can be modulated and tailored to develop the desired amount of structural and functional damage. This simple protocol allows for the evaluation of different cardioprotective conditioning strategies introduced at the moment of cardioplegia, initial reperfusion and/or during ex vivo perfusion. Findings obtained from this protocol can be reproduced in large models, facilitating clinical translation.

This protocol shows a simple and flexible approach for the evaluation of new conditioning agents or strategies to increase the feasibility of cardiac donation after circulatory death.

מודל טרום קליני של תרומת הלב לאחר מוות הדם

Cardiac transplantation demand is on the rise; nevertheless, organ availability is limited due to a paucity of suitable donors. Organ donation after ...

Optocardiography and Electrophysiology Studies of Ex Vivo Langendorff-perfused Hearts

Small animal models are most commonly used in cardiovascular research due to the availability of genetically modified species and lower cost compared to larger animals. Yet, larger mammals are better suited for translational research questions related to normal cardiac physiology, pathophysiology, and preclinical testing of therapeutic agents. To overcome the technical barriers associated with employing a larger animal model in cardiac research, we describe an approach to measure physiological parameters in an isolated, Langendorff-perfused piglet heart. This approach combines two powerful experimental tools to evaluate the state of the heart: electrophysiology (EP) study and simultaneous optical mapping of transmembrane voltage and intracellular calcium using parameter sensitive dyes (RH237, Rhod2-AM). The described methodologies are well suited for translational studies investigating the cardiac conduction system, alterations in action potential morphology, calcium handling, excitation-contraction coupling and the incidence of cardiac alternans or arrhythmias.

The objective of this study was to establish a method for investigating cardiac dynamics using a translational animal model. The described experimental approach incorporates dual-emission optocardiography in conjunction with an electrophysiological study to assess electrical activity in an isolated, intact porcine heart model.

אופקרדיוגרפיה ולימודי אלקטרופיזיולוגיה של לשעבר Vivo נגדורף

Small animal models are most commonly used in cardiovascular research due to the availability of genetically modified species and lower cost compared to ...

Semi-Minimal Invasive Method to Induce Myocardial Infarction in Rats and the Assessment of Cardiac Function by an Isolated Working Heart System

Myocardial infarction (MI) remains the main contributor to morbidity and mortality worldwide. Therefore, research on this topic is mandatory. An easily and highly reproducible MI induction procedure is required to obtain further insight and better understanding of the underlying pathological changes. This procedure can also be used to evaluate the effects or potency of new and promising treatments (as drugs or interventions) in acute MI, subsequent remodeling and heart failure (HF). After intubation and pre-operative preparation of the animal, an anesthetic protocol with isoflurane was performed, and the surgical procedure was conducted&#160;quickly. Using a minimally invasive approach, the left anterior descending artery (LAD) was located and occluded by a ligature. The occlusion can be performed acutely for subsequent reperfusion (ischemia/reperfusion injury). Alternatively, the vessel can be ligated permanently to investigate the development of chronic MI, remodeling or HF. Despite common pitfalls, the drop-out rates are minimal. Various treatments such as remote ischemic conditioning can be examined for their cardioprotective potential pre-, peri- and post-operatively. The post-operative recovery was quick as the anesthesia was precisely controlled and the duration of the operation was short. Post-operative analgesia was administered for three days. The minimally invasive procedure reduces the risk of infection and inflammation. Furthermore, it facilitates rapid recovery. The &#8220;working heart&#8221; measurements were performed ex vivo and enabled precise control of preload, afterload and flow. This procedure requires specific equipment and training for adequate performance. This manuscript provides a detailed step-by-step introduction for conducting these measurements.

This article presents an efficient method to perform myocardial ischemia and subsequent chronic reperfusion in rats using a minimally invasive approach. In addition, left ventricular hemodynamic function of rats is assessed by echocardiography and isolated working heart methods.&#160;

חצי מינימלי שיטה פולשנית כדי לגרום אוטם שריר הלב בחולדות הערכה של תפקוד הלב על ידי מערכת לב עבודה מבודדת

Myocardial infarction (MI) remains the main contributor to morbidity and mortality worldwide. Therefore, research on this topic is mandatory. An easily ...

A New Model of Heart Failure Post-Myocardial Infarction in the Rat

Ligation of the left anterior descending (LAD) coronary artery has been widely used to establish the rat model of heart failure (HF) post myocardial infarction (MI). However, the disadvantages of this model include high mortality rate after ligation and larger variations both in the infarct size and the degree of impaired cardiac function. In addition, a ventilator or exteriorization of the heart is indispensable for the previous models, which complicates the procedure during the ligation. In this study, we developed a reliable and reproducible model without the ventilator or exteriorization of the heart by ligating the LAD coronary artery. Four weeks after the procedure, we found that the serum concentrations of CK-MB, NT-proBNP, and Renin, which were used to assist diagnoses of MI and HF, were significantly higher in the MI group compared to the sham group. In contrast, the value of left ventricle ejection fraction (LVEF) in the MI group was obviously less than in the sham group. Furthermore, the infarct size and cardiac fibrosis area were individually confirmed and quantitatively analyzed by TTC staining and Masson's trichrome staining. Smaller variations were found in either infarct size or fibrosis area in the MI group, which helped to develop a reliable and reproducible model of HF post-MI. This new model of HF post-MI in the rat is vital for studying the potential mechanisms of MI and HF. This new method can be used to develop the new drug for treatment of MI and HF in rats by using pharmacological strategies.

<meta charset="utf8"></head><body>מודל חדש של אי ספיקת לב לאחר אוטם שריר הלב בחולדה

We successfully developed a reliable and reproducible model of heart failure post-myocardial infarction in the rat without ventilation or exteriorization of the heart. This simplifies the procedure and benefits the further studies about the potential mechanisms behind the heart failure.

מודל חדש של אי ספיקת לב לאחר אוטם שריר הלב בחולדה

Ligation of the left anterior descending (LAD) coronary artery has been widely used to establish the rat model of heart failure (HF) post myocardial ...

Improved Rodent Model of Myocardial Ischemia and Reperfusion Injury

Myocardial ischemia and reperfusion injury (MIRI), induced by coronary heart disease (CHD), causes damage to the cardiomyocytes. Furthermore, evidence suggests that thrombolytic therapy or primary percutaneous coronary intervention (PPCI) does not prevent reperfusion injury. There is still no ideal animal model for MIRI. This study aims to improve the MIRI model in rats to make surgery easier and more feasible. A unique method for establishing MIRI is developed by using a soft tube during a key step of the ischemic period. To explore this method, thirty rats were randomly divided into three groups: sham group (n = 10); experimental model group (n = 10); and existing model group (n = 10). Findings of triphenyltetrazolium chloride staining, electrocardiography, and percent survival are compared to determine the accuracies and survival rates of the operations. Based on the study results, it has been concluded that the improved surgery method is associated with a higher survival rate, elevated ST-T segment, and larger infarct size, which is expected to mimic the pathology of MIRI better.

Myocardial ischemia-reperfusion model of rat heart is improved by using a self-made retractor, polyvinyl chloride tube, and a unique knotting method. Electrocardiogram, triphenyltetrazolium chloride and histological staining, and percent survival analysis results showed that the improved model group has higher success and survival rates than the already existing model group.

מודל מכרסמים משופר של איסכמיה שריר הלב ופציעת רפרפוזיה

Myocardial ischemia and reperfusion injury (MIRI), induced by coronary heart disease (CHD), causes damage to the cardiomyocytes. Furthermore, evidence ...

Methods for the Determination of Rates of Glucose and Fatty Acid Oxidation in the Isolated Working Rat Heart

The mammalian heart is a major consumer of ATP and requires a constant supply of energy substrates for contraction. Not surprisingly, alterations of myocardial metabolism have been linked to the development of contractile dysfunction and heart failure. Therefore, unraveling the link between metabolism and contraction should shed light on some of the mechanisms governing cardiac adaptation or maladaptation in disease states. The isolated working rat heart preparation can be used to follow, simultaneously and in real time, cardiac contractile function and flux of energy providing substrates into oxidative metabolic pathways. The present protocol aims to provide a detailed description of the methods used in the preparation and utilization of buffers for the quantitative measurement of the rates of oxidation for glucose and fatty acids, the main energy providing substrates of the heart. The methods used for sample analysis and data interpretation are also discussed. In brief, the technique is based on the supply of 14C- radiolabeled glucose and a 3H- radiolabeled long-chain fatty acid to an ex vivo beating heart via normothermic crystalloid perfusion. 14CO2 and 3H2O, end byproducts of the enzymatic reactions involved in the utilization of these energy providing substrates, are then quantitatively recovered from the coronary effluent. With knowledge of the specific activity of the radiolabeled substrates used, it is then possible to individually quantitate the flux of glucose and fatty acid in the oxidation pathways. Contractile function of the isolated heart can be determined in parallel with the appropriate recording equipment and directly correlated to metabolic flux values. The technique is extremely useful to study the metabolism/contraction relationship in response to various stress conditions such as alterations in pre and after load and ischemia, a drug or a circulating factor, or following the alteration in the expression of a gene product.

The following protocol describes the preparation and utilization of buffers for the quantitative measurement of rates of glucose and fatty acid oxidation in the isolated working rat heart. The methods used for sample analysis and data interpretation are also discussed.

שיטות לקביעת המחירים של גלוקוז ו חומצות שומן חמצון שבלב עכברוש העבודה המבודד

The mammalian heart is a major consumer of ATP and requires a constant supply of energy substrates for contraction. Not surprisingly, alterations of ...

מכרסם עבודת לב דגם לחקר ביצועי שריר לב ואת צריכת חמצן

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

הערכה של תפקוד הלב Energetics בלבבות עכבר בודדות שימוש³¹ P NMR ספקטרוסקופיה

NADH Fluorescence הדמיה של Biventricular מבודדת עבודה לבבות ארנב

מערכת העבודה לב מבודדת למודלים בבעלי חיים גדולים

מודל טרום קליני של תרומת הלב לאחר מוות הדם

אופקרדיוגרפיה ולימודי אלקטרופיזיולוגיה של לשעבר Vivo נגדורף

חצי מינימלי שיטה פולשנית כדי לגרום אוטם שריר הלב בחולדות הערכה של תפקוד הלב על ידי מערכת לב עבודה מבודדת

מודל חדש של אי ספיקת לב לאחר אוטם שריר הלב בחולדה

מודל חדש של אי ספיקת לב לאחר אוטם שריר הלב בחולדה

מודל מכרסמים משופר של איסכמיה שריר הלב ופציעת רפרפוזיה

שיטות לקביעת המחירים של גלוקוז ו חומצות שומן חמצון שבלב עכברוש העבודה המבודד