심근 성능 및 산소 소비의 연구에 대한 설치류 작업 심장 모델

요약

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.

초록

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).

서문

고립 된 기관의 연구는 생체 내에서 가능한 것 이상의 생리적 조건을 제어 할 수있게한다. 예 생체 내 마음의 준비가 먼저 역 행성 관류와 격리 된 모델을 설명 오토 랑겐 돌프, ^(1)에 의해 설명되었다. 그 후, 다른 사람은 심근 모두 압력과 볼륨 작업을 수행하는 "작업 중심"모델을 ^{설명했다.이} 같은 준비가 심근 행동의 메커니즘 ⁽³⁾ 심근 대사, ^4-6 및 강심제 약물의 효과를 해명에 쓸모있다. ^{7- 9}

심근 수축력을 향상 약물의 사용은 비판적으로 아픈 환자에서 일반적입니다. 그러나 몇 가지 데이터는 수술 후 설정에서의 심부전의 임상 증상을 가진 환자의 치료에 유용 할 수 수축력 및 심근 산소 소비, 데이터에 대한이 약물의 상대적 효과를 비교 가능. ⁽¹⁰⁾ 그러나, 대부분의 강심제 약물뿐만 아니라 심근 아니라 동맥 저항 정맥 커패시턴스 ^(11)와 환자의 대사율 ¹² 생체 절연 심장 모델은 그러한 약물의 효과를 연구하여 최적의 수단을 유지 영향을주기 때문에 심근 적당한.

우리는 심근 기능 및 산소 소모에 수축성 약물 부하 독립적 학습을위한 생체 외 모델의 사용을 기술한다. 스프 라그 돌리 쥐에서 마음 심장 모델을 작업 좌심실를 사용하여 유관 및 수정 크렙스 Henseleit의 관류 액을 이용하여 관류 하였다. 대동맥과 좌심방의 압력을 제어 하였다. 압력 볼륨 임피던스 카테터는 수축기 및 이완기 기능의 지속적인 모니터링 혀끝의 구멍을 통해 좌심실에 배치했다. 산소 소비 연속적 좌심방 perfus 간 산소 농도의 인덱스 차이로 측정했다먹고 폐동맥 유출. 약물은 왼쪽 심방 블록에 주입 된 시험 할, 심장 성능과 산소 신진 대사의 변화는 직전 기준으로 측정하고 비교 하​​였다.

프로토콜

이 프로토콜은 기관의 동물 관리 및 사용위원회에서 현재 프로토콜에 따라 수행된다.

연구 1. 준비

1. (42 ° C로 설정) 크렙스 - Henseleit 버퍼 ​​(KHB) 저수지를 가열 수조를 켭니다.
2. 128의 NaCl, 5.7 KCl을 (mm 단위)을 함유 KHB 16 L, 1.3 _MgSO4로, 다음과 같이 기판의 질량은 2.7 _CaCl2를 0.53 EDTA, 0.54 NAC ₃ H ₃ O ₃ 10.8 덱 스트로스. ¹³ _{(25)의 NaHCO3를} 준비 : 27.584 g의 NaCl, 1.58 g의 KCl, 0.578 g의 _황산, 8.401 g의 _{수 NaHCO3,} 1.47 g의 _CaCl2를, 0.744 g의 EDTA, 0.22 g NAC ₃ H ₃ O _3, 7.208 g의 포도당.
   주 :이 구성 요소는 실험 당일 구성에 대해 분말 형태의 원뿔형 튜브에 저장 될 수있다.
   1. 0.22 마이크론 필터를 통해 탈 이온수의 4 L를 필터링합니다.
   2. 4 L이 물 3.7 L 추가굽​​ 달린 큰 컵. 물에 _CaCl2를 제외한 모든 구성 요소를 추가합니다.
   3. 별도의 비이커를 사용하여 물 나머지 300 ml의에 염화칼슘 _(2)를 녹인다.
   4. 5 분 동안 1 L / 분 (LPM)에서 95 % O ₂ / 5 % CO _2로 네이트 용액. 이 7.40로 pH를 수정하고 염화칼슘 _2의 용해를 향상시킵니다.
   5. KHB의 나머지 부분에 염화칼슘 _(2)를 추가합니다.
   6. 저수지에 완성 된 KHB를 추가하고 30 분 동안 모든 튜브를 통해 순환. 시스템이 거시적 거품이 없는지 확인합니다. 0.5 LPM에서 95 % O ₂ / 5 % CO _2로 네이트.
      주 : KHB 더 이상 하나 이상의 동안 냉장고에서 하룻밤 동안 저장 될 수있다 - 2 일 재 여과 용도 실온으로 돌아왔다. 실험 사이에 KHB을 재사용하지 마십시오.
   7. 얼음 감기의 KHB에 2 × 50 ㎖에게 깨끗한 비커를 준비하고 해부 역 근처 얼음 양동이에 배치합니다. KHB 얼음 감기 (오히려 냉장보다) 전 전에 있는지 확인 마음을 심기.
   8. 제조업체의 지침에 따라 이전의 교정에 30 분, 필터링 KHB 가득 10 ML의 주사기에 마이크로 압력 - 볼륨 (PV) 카테터를 놓습니다.
      참고 : KHB의 온도는 태양 광 발전 카테터가 가능한 37 ° C에 가까운해야 흡수하는 데 사용됩니다.
3. 동물의 마취 및 해부 스테이션을 준비합니다.
   1. 저수지에서 적절한 이소 플루 란을 확인합니다. 1 ML의 주사기에서 헤파린의 500 U를 그리기; .이 주사기에 26 게이지 (1/2 ") 바늘을 배치 동물을 마취에 대한 마스크를 준비합니다.
4. 80 mmHg로의 대동맥 블록 관류 압 10 mmHg로 왼쪽 심방 (LA) 블록 관류 압력을 설정합니다. 열기 대동맥 블록과 LA 블록 모두 따뜻한 KHB이 떨어질 수 있습니다. 준비가 동물을 해부 할 때, 밖으로 KHB의 꾸준한 느린 물방울을 허용하도록 대동맥 블록을 엽니 다.
5. 제조업체의 지침에 따라 PV 카테터를 보정합니다.

"> 2. 동물 준비 및 해부

참고 : 최상의 결과를 보장 동물 300 내지 500g이다 우리는 (425) 450 g과 동물의 무게는 우리의 시스템에 이상적입니다 것으로 나타났습니다.

1. 동물이 의식이 될 때까지 - (2 % 1) 실 사용 이소 플루 란에 동물을 마취. 해부 역에 동물을 전송하고 동물에 이소 플루 란과 산소와 마취 마스크를 배치합니다. 진정 작용의 수준을 평가하기 위해 발가락 핀치를 수행합니다. 마취 동안 건조를 방지하기 위해 눈에 수의사 연고를 적용합니다.
2. 헤파린, 복강 500 단위 복강 내 주입한다. 헤파린이 흡수 될 때까지 10 분을 허용합니다. 흉부의 시각화를 향상시키기 위해 테이프로 동물의 사지를 고정합니다.
3. 심장의 해부.
   1. 일단 발가락 핀치에 대한 응답이 없음을 보장 t의 곡선 다음, 복강을 절개 가위를 사용하여 다음 집게로 복강에서 멀리 피부를 들어 올려그는 리브의 후방 각도로 다시 다이어프램.
   2. 진동판이 표시되면, 흉부 진입을 허용하기 전에 절단 방향 다음 진동판의 전방 표면을 따라 잘라 작은 가위를 사용. 겨드랑이에 좌우 겨드랑 라인을 따라 각각의 절단을 확장합니다.
      주 : 다음 단계는 다이어프램이 절개되면 환기가 손상됩니다 효율적 이후에 수행되어야한다.
   3. 집게를 사용하여 칼 모양의 과정에서 전방으로 흉곽 후퇴. 심낭 및 흉막을 절개.
   4. 단지 다이어프램 위의 하대 정맥 (IVC) 및 대동맥를 확인하고 블록이 전방으로 무딘 집게를 사용하여 욕실을 철회.
   5. 큰 곡선 가위를 사용하여 신속하게 일괄 가슴에서 심장과 폐를 당겨 IVC 및 대동맥에서 절개를합니다. 흉부에서 심장과 폐를 제거하는 cephalad 식도, 기관, 팔 머리 동맥과 정맥을 잘라. 네 소비세조직이 블록 마이크 조직. 상행 대동맥의 근위 부분을 잘라 않도록주의하십시오.
   6. 즉시 얼음처럼 차가운 KHB의 심장과 폐를 체험하고 1 단계에 설명 된대로 이전에 설정 한 랑겐 돌프 장치로 이동합니다.

3. 대동맥 캐 뉼러

1. 평평한 접시에 심장 - 폐 복합체를 놓고 흉선과 실험 테이블에 직면 폐의 후방 측면을 마주 대 혈관과 심장의 방향. 흉선의 두 로브 떨어져 당겨 대동맥에서 팔 머리 동맥의 이륙을 식별합니다.
   1. 접시의 가장자리 위로 대동맥 드레이프 약 5mm 대동맥 판막 위의 작은 가위, 우측 쇄골 하 동맥의 이륙에 바로 인접를 사용하여 대동맥을 가로로 쪼개다.
      주 : 절개 깨끗한 둥근 원을 산출한다 - 단면 대동맥을. 이 오프 각도 인 경우 (즉, 넓은 타원형)또는 불완전, 원하는 결과를 달성하기 위해 인하를 반복합니다. 이 효율적인 대동맥 삽관을 촉진 할 것이다.
2. 대동맥의 양측에 만곡 집게 2 쌍을 이용하여, (느리게 KHB 떨어지는한다) 대동맥 캐뉼라를 통해 대동맥 안내. 정맥의 끝 부분 아래 2mm - 대동맥 밸브 1 앉아야합니다.
   1. 대동맥 삽관 후, 장소에 대동맥을 보유하는 대동맥에 걸쳐 수직으로 집게 위치를 변경. 대안 적으로,이 모델을 완료 한 번의 실험을 가능 장소 심장 폐 복합체를 유지하도록 대동맥간에 작은 클램프를 배치했다.
3. 조수 그냥 집게 아래 실크 4-0 봉합사를 전달하고 정맥 주위에 루프와 앞과 마음의 뒤에 모두 여러 번 매, 제자리에 묶어 가지고있다. 전체 역행 대동맥 흐름을 시작하는 완전히 캐 뉼러를 엽니 다. 적극적으로 이길 마음을 관찰한다.
   심장 (~ 200 BPM) 빠르게 이길 시작하지 않는 경우와 적극적으로는 : 주넥타이 뉼러 또는 관상 동맥 중 하나 또는 모두를 흡장 할 수있다. 이 의심되는 경우, 넥타이를 제거하고, 관상 동맥에서 멀리 재배치. 심장이 distends 이길하지 않는 경우, 정맥은 대동맥 밸브를 통해 할 수있다. 관상 동맥 누출 (대동맥 루트에서 KHB 스프레이가), 대동맥 밸브 정맥 가까이 진행하는 경우 (A 팔 머리 동맥 cannulate은 상행 대동맥의 장소에있는 경우이 현상이 발생할 수 있습니다).

4. 폐 정맥 폐쇄와 캐 뉼러의 폐 동맥의 준비

주 :이 단계의 목적은 좌심방 블록으로부터 모든 양과 압력은 왼쪽 심장 구조로 전달 될 수 있도록 폐쇄 좌심방 시스템을 생성하는 것이다. 완전히 폐 혈관을 폐색하지 않으면 프리로드 결핍을 초래할 수 및 결과를 위조 또는 불안정한 작동 마음 준비를 만들 수 있습니다.

1. 일 노광을 개선 흉선 제거전자 폐동맥 (PA).
2. 마음의 후방 측면은 연산자를 향하도록 수동으로 대동맥 캐 뉼러를 돌립니다. 우측 폐에 이르는 혈관을 해부하다. 또한 이러한 혈관을 묘사하기 위해 집게를 사용하여 오른쪽 폐 조직을 일시 중단합니다. 중간 큰 수술 클립 (또는 봉합사)를 사용하여, 하나의 클립 오른쪽 폐 동맥과 정맥 및 기관지 폐색. 클립에 오른쪽 폐의 말단을 절제.
   참고 : 폐동맥 무료 해부 어려움으로 인해, 우리의 연습은 구타 심장 모델에서 가까운 구조를 부상없이 절개하는 것이 더 쉽게, 폐동맥을 넓히다하기 위해 폐 혈관을 폐색하는 것입니다.
3. 왼쪽 폐에 단계를 반복 4.2.
   참고 : 잠재적 인 함정과 문제 해결이 : 모두 폐 동맥이 폐색되면, 우심방이 눈에 띄게 넓히다되고 마음이 서맥 될 수 있습니다. 우심실이 가압되기 때문이다. 이것이 발생하지 않는다면, 상기 한 Pulm 것으로 보인다onary 혈관이 완전히 폐색되지 않고, 그 프리로드는 심장 모드를 작업에 불충분 할 것이다. 마음은 마음을 (아래 참조) 작업에 왼쪽 심방 (LA) 삽관 후 심 박출량과 시도 전환을 유지 남아있는 누출을 폐색 추가 클립이나 폐 정맥 덩어리가 주위에 넥타이를 배치하는 것이 좋습니다 할 수없는 경우. 전력 증폭기 (PA)가 폐색되면, 단, 5 단계는 심근 허혈을 최소화하기 위해 즉시 수행되어야한다. 일부 연구자들은 우심실의 가압을 방지하기 위해 이전에 폐 혈관의 결찰에 폐 동맥을 절개합니다.
4. 폐 동맥 절개
   1. 마음의 전방 측면은 연산자를 향하도록 대동맥 캐 뉼러를 돌립니다. 폐동맥을 확인합니다. 다시,이 동맥을 팽창 될 수있다. 작은 가위를 사용하면 가로 절개에게 폐 밸브 위의 약 3mm합니다.
      참고 :이 즉시 압력을 완화하고 심장 박동이 증가 할 수 있습니다. 있다이 정맥은 쫓아 왼쪽 심방 삽관이 완료된 후 폐동맥을 cannulate하기 쉬운 원인이된다.

5. 왼쪽 심방 캐 뉼러

1. 좌심방이 연산자를 향하도록 대동맥 캐 뉼러를 돌립니다. 약 3mm 방실 그루브 위 좌심방의 상체 3mm 절개 - 작은 가위를 사용하여, (2)를 만든다.
   1. 승모판의면에 수직 왼쪽 심방 정맥을 놓고 심방 중격으로 지적했다.
   2. KHB 흐름까지 LA 정맥을 엽니 다. 작업 모드로 전환 다음 인해 저체온증에 심근 기능 장애를 방지하기 위해 (비 재킷 튜브에 앉아 때 빨리 추워)를 KHB 터치에 따뜻한 있는지 확인하십시오. 삽관 동안 드립 속도로 전환.
2. , 카운터 견인을 보유하고있는 좌심방의 몸에 심방 캐 뉼러를 삽입 집게를 사용하여 excessi 사용하지 돌보는아트리움을 찢어 수있는 힘을했습니다.
   참고 :이 심방 벽에 어떤 긴장하지 않고 심방의 중간에 앉아 있도록 LA 정맥이 위치해야합니다.
3. 좌심방의 몸 주위에 4-0 실크 봉합사를 전달하고 정맥 주위의 아트리움의 도장을 만들 매듭을 묶어. 좌심방의 후방 측면이 봉합에 포함되어 있는지 확인하기 위해주의하십시오. 필요에 따라 추가 봉합을 추가합니다. 오히려 심방 중격에 대한보다 아트리움의 중간에 앉아 있도록 2mm - 밀봉 후 다시 1을 캐 뉼러를 당깁니다.
   참고 : 마음이 마음 모드를 작업에 전환에 malperfused된다하는 것이 가장 일반적인 이유는 LA 정맥 왼쪽 심방 유입 폐색 심방 중격을 맞 닿아 있다는 점이다. 캐 뉼러가 적절한 위치 (그림 2E 참조)에있을 때 LA 추적은 종종 ​​적절한 웨이브 및 v 파를 보여주기 위해 변경됩니다.
4. 좌심방의 전체 프리로드를 관리 할 수​​ 완전히 LA 정맥 밸브를 엽니 다. 모니터(관상 유출에서 유래) 마음에서 드립 속도. 라 정맥이 열려있을 때 드립 속도가 변경되지 않습니다 있는지 확인하십시오. 만약 그렇다면 단계 6.4에 기재된 바와 같이이 시스템의 누설을 나타내는 바와 같이, 캐 뉼러 주위 심방 retie.

작업 심장 모드 6. 폐 동맥 삽관 및 전환

1. 심근 산소 소비량 (또는 약물 수준 또는 사이토 카인과 같은 관상 동맥 유출 물에 다른 물질을)를 측정하는 경우, 폐동맥의 이전 절개로 1/32 "유연한 튜브를 삽입합니다.
   주 : 산소 소비는 좌심방 관류 및 폐동맥 유출 간의 산소 함량의 차이로 ^측정이.
   1. 심근 산소 소비량의 연속 측정을 위해 좌측 심방 관상 정맥동 유출 물을 비교하는 인라인 산소 전극을 사용한다.
   2. 졸업 CYL에서 (폐 동맥과 심장에서 떨어지는 모두에서) 관상 동 유출 물을 수집관상 동맥 흐름의 시간 제한 정량 인디언 자리.
   3. 전술 한 바와 같이 심근의 산소 소비량을 계산한다. ⁽²⁾
2. 역행 대동맥 펌프를 해제하여 심장 모드 작업으로 전환.
   주 :이 때, LA 압력 이전 랑겐 돌프 모드 역행 펌프에 대한 내성을 제공 하였다 프리로드 압력 저항 이제 평균 동맥압을 생성 심 박출량에 대한 저항력을 제공하게된다. 평균 동맥압을 80 mmHg로 아래 ~ 거절하면 원인 것 중 예압 심근 기능에 관한 것이다. 가장 가능성있는 문제는 역행 펌프를 다시 시작한 후 조정되어야 왼쪽 심방 정맥이다.

왼쪽 심실 압력 볼륨 카테터의 삽입 (7)

주 : PV 카테터가 역행 (대동맥 밸브를 통해) 또는 혀끝의 구멍을 통해 하나 배치 될 수있다. 역행의 이점은 P이고osition 더 일관된이며 정점 천자 관상 부상 예압의 손실이 수반되는 위험에 대한 필요성을 제거한다. 그러나 역행 배치는 때로는 매우 어려울 수 있습니다, 그래서 우리는 여기에 두 가지 기술에 대해 설명합니다.

1. 압력 볼륨 루프 시스템에 1.4 프랑스어 압력 볼륨 카테터 첨부. 제조업체의 지침에 따라 따뜻한 KHB에 시스템을 보정합니다. 파형을 실시간으로 볼 수 있는지 확인하십시오. 다음 위치를 쫓아하지 않도록 LV의 표면에 가까운 카테터와 케이블을 준비한다.
2. 역행 배치, 조정 밸브를 개방하고 안정된 압력 볼륨 파형이 식별 될 때까지 대동맥판 걸쳐 부드럽게 PV 카테터 피드. 대동맥 밸브를 손상 시키거나 심실 정점에 구멍 수있는 힘을 과도하게 사용하지 마십시오.
   참고 : 우리는 그것을 튜브 및 PV 카테터는 AV 접근로 이동합니다 회전 수의 길이를 최소화하는 것이 중요하다는 것을 발견했다. 이것시스템과 함께 제공되는 튜브를 잘라 도움이 될 수 있습니다.
3. 혀끝의 위치를​​ 들면, LV의 혀끝의 구멍을 만들기 위해 24 G의 angio-카테터를 사용합니다. 좌전 하행 관상 동맥을 방지해야합니다. 심실의 정점에서 대동맥 판막을 향해 바늘을 목표로하고 있습니다. 좌심실의 몸체에 압력 볼륨 카테터를 전진. 즉시 LV 압력 볼륨 파형이 식별 될 때 카테터 발전 정지.
4. 압력 볼륨 카테터가 제자리에 있으면, 중심 주위의 위치에 워터 재킷을 이동. 테이프의 작은 조각으로 워터 자켓의 벽에 카테터를 고정.
5. 이전에 어떤 측정이나 간섭을 시작하기에 안정성의 적어도 30 분 기간을 확인합니다.

약물 8. 주입

1. (선택 사항) 표준 약물 펌프를 사용하여 왼쪽 심방 블록으로 약물 (예를 들어, 도파민)을 달이다.
   참고 : 우리는도 ë에 따라 투여 된 약물이전체 심 박출량 플로우 당량 보낸 E 동물 체중 심방 블록 통과; 이 생체 내에서와 같이 단지이 작은 부분은 관상 동맥을 통과한다. 대안 적으로, 관류 액의 제 2 세트는 약물의 소정의 농도로 생성하고 심장을 관류하기 위해 사용될 수있다.
   주 : 우리의 프로토콜에서는, 각 주사의 마지막 10 분 동안 생리 데이터를 수집하고, 직전의 10 분 기준선과 비교, 12 분에 걸쳐 약물을 주입.

9. 생리적 노는

1. 심박수
   1. (선택 사항) 봉합이 페이싱 와이어 오른쪽 심방 벽에 임시 페이싱 장치에 연결합니다.
      주 :이 정확한 (고유 동 레이트 이상) 심박수의 제어 및 심박수 및 강심제 약물 독립적 수축력 간의 관계의 이해를 허용한다.
2. 예압
   1. 다릅니다왼쪽 심방 블록을 공급하는 컬럼의 높이를 변화시킴으로써 프리로드 (왼쪽 심실 끝 확장기 볼륨으로 정의).
3. 혈압
   1. IH-51의 압력 밸브를 이용하여 혈압 (이 모델 후 부하의 주요 결정 인자)를 조작.
4. 관상 산소량
   1. 다양한 가스 혼합물에 포화 KHB과 마음을 관류하여 심근 저산소증의 다양한 수준을 달성. 가스 및 KHB 사이의 균형을 보장하기 위해 별도의 재킷 저수지 (자신의 가스 혼합물 각)를 사용하여이 작업을 수행합니다.
   2. 말단 관상 동맥을 결찰 봉합에 의한 관상 동맥 허혈을 달성.
      참고 : 작업 심장 모드에서 근위 관상 동맥의 결찰이 치명적 심근 기능 부전이 발생할 수 있습니다.
   3. 방해하거나 지정된 기간에 대한 역 행성 관류를 지연시켜 글로벌 관상 동맥 허혈을 유도한다.

결과

역 행성 관류 (그림 1A) 및 좌심실 작업 심장 (그림 1B)에서 완전히 계측 마음의 개략도. 전형적인 엔드 확장기 압력이 약 3 D - -. 전형적인 대동맥, 좌심방과 좌심실 압력 볼륨 트레이싱은도 2a에 도시되는이 모델에서 5 mmHg로, 피크 수축기 압력은 약 100 mmHg로 인도 2e는 변화를 보여준다. 에서 LA 정맥이 배치 및 정맥의 위치 동안 떨어져 심방 중격에서 이동 심방 추적을 떠났다. 이 실험에서는, 동맥압을 90 mmHg로 설정하였고, LA 압력은 10 mmHg로 설정 하였다.

카테콜아민의 효과를 테스트하기 위해, (압력 볼륨 카테터 및 관련된 소프트웨어로부터 주로 유래) 각각의 생리적 파라미터는 직전의 비교했다 베이스 라인 기간. 도시 된 예에서, 도파민은 왼쪽 심방 블록에 15 μg의 / kg / min으로 주입 하였다. 끝 확장기 혈압 (이 모델에서 고정 심방 압력 부여) 두 조건과 동일하지만, 좌심실 단부 확장기 볼륨은 2.5 %까지 감소하고, 좌심실 수축 기말 부피 증가 스트로크 량을 산출 4.9 %만큼 감소 (그림 3A). 위약 주입과 비교하여, 왼쪽 도파민 치료시 32 % 증가, 압력 부피 곡선 내의 영역으로서 식별 심실 스트로크 작업 (도 3B, P <0.001, t 시험, N = 10 그룹당). 이는 위약 주입 (그림 3C)에 심근 산소 소비 상대적으로 더 큰 증가와 관련이 있었다. 이러한 방식으로, 강심제 다른 약물과 투여 량의 상대적 효능 및 에너지 비용은 하나 적재 상태에 미치는 영향을 서로 독립적으로 비교 될 수있다.

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그림 1 : 역행 관류 및 작업 심장 모드 (패널 A의 완전 계장 심장 흐름 다이어그램 : 랑겐 돌프 모드, 패널 B :.. 작업 심장 모드 역행 모드에서 KHB은 대동맥 루트로 설정 관류 압력으로 주입된다. 이 모드는 허혈 시간은 다음과 계측 동안 심근를 복구하는 데 사용된다. 마음 모드를 작업에서 관류가 관상 동맥 순환을 관류 전에 왼쪽 심장을 통해 흐른다.이 모드에서, 심근가 자신의 관류 압력을 생성해야합니다. 보려면 여기를 클릭하십시오 이 그림의 더 큰 버전.

에프igure 2 : 대표 압력 및 볼륨 트레이싱은 기준 측정시 획득. (A) 대동맥 압력 (B)은 기준 측정시의 좌심실 용적 트레이싱이 표시되는 (C) 좌심실 압력 (D) 심방 압력을 떠났다. 박출량 스트로크 작업, 심 박출량, 타우 및 기타 파라미터를 자동으로 계산하고, 소프트웨어에 의해 실시간으로 표시 할 수있다. 심장 작동 모드에서 불량한 심 박출량과 연관된 무딘 좌심방 추적 (E)은 캐 뉼러가 좌심방에 malpositioned된다는 단서가 될 수있다. 잘 배치 왼쪽 심방 압력 추적에서 눈에 띄는 V 파 인해 완전히 계측 동물의 감소 좌심방 준수, 공통 가능성이 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

도 3 :. 증가 된 스트로크 양을 포함하는 PV 곡선 (A)의 좌측 시프트의 압력 부피 곡선 도파민 주입 결과에 도파민의 효과는 기준 측정치와 비교하여, 수축 양을 결국 감소 하였다. 직전의 기준에 이러한 PV 곡선의 일부 구성 요소의 모양은 일반적으로 생체 내에서 측정과 다른 것으로 인해 동맥과 정맥 elastance의 부재 (그림 4 참조) 참고. (B) 상대는 스트로크 작업을 주입하는 동안 훨씬 더 증가 위약에 비해 도파민 (**, P = 0.0017, t-시험), 심근 산소 소비량처럼 (*, P = 0.013, t-test를, C). 이 모델을 사용하여, 기준의 평균 심근 산소 소비량은 약 dissolv를 사용하여 0.22 ± 0.02 밀리몰의 O ₂ / g 조직 / 분이었다40 ℃에서 165 μmol 식염수 / L의 에드 산소 함량 이러한 측정은 다양한 약물의 심근 산소 소비량을 비교하는 데 사용할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4 : 압력 볼륨 루프의 분석. 표시된 이론적 압력 볼륨 루프는 보통 심장주기 설명 (1), isovolemic 수축이 발생 대동맥 밸브 (AV) 폐쇄 (1-2)에 이어. 심실 압력이 심방 압력 이하로 감소합니다. 이 단계의 지속 기간은 타우로 표현된다. 승모판 (MV)는 다음 뇌실 (- 3 2)를 작성, 심방 수축기와 동시 적 열립니다. 수축기는 isovolemic contracti로 시작(3-4)까지의 심실 압력은 AV가 열리는 시점에서 확장기 동맥압을 초과한다. 2, 3 - - 스트로크 볼륨 라인 (1) 사이의 차이입니다. - 2 - 3 - 4 스트로크 작품은 (1) 내의 영역입니다. 4 곡선 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

토론

이 작업 심장 모델은 심실 프리로드와 후 부하, 관류의 산소 장력뿐만 아니라 심장 박동의 모든 권한과 심실의 성능 평가를 할 수 있습니다. 다른 요인들 중에서,은 생체 내 모델을 이용 가능하지 않은 방식으로 후 부하 및 예압 독립적 수축성 약물의 고유 심근 효과의 평가를 허용한다. 이 모델은 결정질 관류 액을 이용하기 때문에, 예를 들면, 심근 에너지 상태의 분광 분석을 단순화 헤모글로빈 간섭없이 평가를 심근있게한다.이 모델 ^(14)은 가능하지만, 우심방, 우리의 장비의 일부로서 삽관되지 그렇게 할 수 있습니다. 우리는 의도적 심근 산소 소비량의 평가 관상 정맥동 유량 샘플링을 용이하게하기 위해 그렇게하지 ​​않기로. 이 공동 펌프로 중요하지만, 올바른 마음은 여전히​​이 모델의 압력과 부피 작업을 수행ronary 동은 폐 동맥 정맥으로 흐른다. 일부 우심실 프리로드를 제공하는 것은 심실 중격의 위치를 개선하고, 좌심실 성능을 향상하고,이 모델에서 중요한 요소이다. ⁽¹⁵⁾

언급하는 몇 가지 실험 함정이 있습니다. 첫 번째는 허혈 기간을 최소화하기 위해 (이하 2 분에서 예)도 적당하게 수행되어야 초기 역행 삽관이다. 마스터에 가장 중요한 기술은 상행 대동맥의 효율적인 분리, 준비 및 취급이다. 대동맥 그루터기가 대동맥 판막 위 삽관에 대한 충분한 공간을 떠나, 너무 짧게 잘라하지 않는 것이 중요하다. 그러나, 대동맥 루터 정맥 주위 대동맥 torqueing을 일으킬 수있는, 너무 오래되지 않는 것이 중요하다. 또한 대동맥 캐뉼라 대동맥 루트 적절히 크기가 일치하는 것이 중요하다. 작은 캐 뉼러에 과대 대동맥 수도캐 뉼러에 대동맥 근부의 torqueing로 이어집니다. 우측 쇄골 하 동맥은 일반적으로 약 7mm 대동맥 판막 위의 상행 대동맥에서 내려요. 해부하는 동안 팔 머리 혈관 (직경 약 1mm를) 식별 및 대동맥의 트리밍은 가로 대동맥 절개에 대한 중요한 랜드 마크를 제공합니다. 단지 첫 번째 팔 머리 동맥의 이륙 아래의 대동맥을 트리밍하는 것이 좋습니다. 트리밍 대동맥 근부에서이 선박의 포함은 일반적으로 작업 심장 모드로 전환시 대동맥 근부 압력의 KHB의 유출 및 손실로 이어집니다.

삽관의 또 다른 기술적으로 어려운 측면은 왼쪽 심방 삽관입니다. 이 좌심방이를 cannulate하는 것이 가능하지만, 우리는 정맥 자주 부속물 내 내동댕이 및 좌심방의 몸에 쉽게 통과하지 않는 것으로 나타났습니다. 따라서, 우리는 대략 좌심방의 본체에 절개를 선호방실 홈 우수한 2mm. 이 캐뉼라를 고정 할 때 박육 심방 찢어지지 않도록하기 위해 삽입하기 전에 적절한 평면에서 좌심방 뉼러를 배치하는 것이 중요하다.

우리는 좌심방 절개의 이상적인 크기는 약 3 mm였다 것으로 나타났습니다. 절개의 너무 작게 만들면 왼쪽 심방 정맥의 위치를​​ 더 어렵게 만들 수 있으며, 좌심방의 파열로 이어질 수 있습니다. 우리는 왼쪽 심방 블록에 산소 투과성 튜브 (내경 2.9 mm)의 직선, 8mm, 경 사진 조각을 사용합니다. 우리는 경사 엣지이 아닌 캐뉼라를 사용하여 대부분의 일관된 심방 삽관 리드 및 좌심방 블록을 고정하는 프로세스를 용이하게 발견 하였다. 관계없이 사용되는 튜브, 그 위에 도시 된 바와 같이, 튜브의 단부 (심방 중격 또는 승모판에 의해 폐색되지 않도록하기 위해 중요하며, 우리는 좌심방 압력 추적이 레가 유용 것을 발견심방 정맥의 같은 미묘한 움직임 번째)을 크게 좌심실 프리로드와 결과 혈역학 적 측정을 변경할 수 있습니다. 동일한 이유로, 좌심방이 좌심방 블록 개봉 후 다음 누출되지 않도록하는 것이 중요하다. 관계없이,이 시스템 내의 배관은 심장에 충분한 산소 공급을 위해 산소 투과성이되도록하여 사용하는 튜브 형태의 중요하다.

절차의 또 다른 기술적 특징은 도전 감압 체적 (PV) 카테터의 배치를했다. 우리는 처음에 대동맥 블록을 통해 카테터의 역행 배치를 선호. 기술적으로 가능하지만, 우리는 transapical 구멍을 통해 PV 카테터를 배치하는 것이 훨씬 간단하고 편리한 것으로 판명. 시간에 카테터 또는 좌심실 벗어날 수 있으므로주의 실험 기간에 걸쳐, 카테터의 위치를​​ 모니터하기 위해주의해야한다. 이것은 pressu을 모니터링하여 수행 할 수 있습니다다시 시간 경과에 볼륨 트레이싱.

마지막으로, 치료는 KHB 용액을 각 실험에 대한 새로운 생성되도록하여야한다. KHB의 성분을 무게 사전에 분말 형태의 원뿔 튜브에 저장하는 것이 가능하다. 실험 당일,이 멸균 여과하고 물, 이산화 탄소 / 산소, 혼합물에 첨가 한 다음, 칼슘과 혼합 될 수있다. 여기에는 Tergazyme (또는 유사) 등의 효소 활성 분말 세제 시스템을 씻고 정기적으로 관류 필터를 교체하는 것도 중요합니다.

이 실험 준비의 몇 가지 제한 사항에 유의해야한다. 첫째, 모든 결정 성 - 관류 랑겐 돌프 준비와 유사, KHB 및 기타 asanguinous 관류 혈액에 용량 기준을 들고 크게 감소 산소를 가지고있다. 이것은 부분적으로 관상 혈관 확장과 혈류를 통해 supraphysiologic 보상되지만, 제조 완전히 physiologi 아니다이 이유 다. 이 악기에 사용 Windkessel 실의 거의 무한의 준수, 수축기 및 확장기 압력만을 최소한으로 분리되어 있기 때문에 둘째, (도 2a 참조) 따라서 관상 동맥 관류 압력은 비 생리적이다. 이는 후 부하 블록에 elastance 성분을 포함하여 이후에 모델에서 극복 될 수있다. 심근 손상 또는 기능 장애를 만들 가능성이 따뜻한 허혈 - (3 분 2) 셋째, 모든 고립 된 마음의 준비와 같이, 마음은 정해진 기간을 겪는다. 기술의 연습을 통해이 부상을 최소화 대표적인 결과에 매우 중요하다. 이 마음이 KHB과 재관류 된 바와 같이이 효과가 빨리 폐지 것으로 예상되지만 또한, 동물 복지에 필요한 있지만, 흡입 마취제는 초기 재관류 과정에서 심근 억제제로서 역할을 할 수있다.

설명 된 작업 심장 시스템 physiol 다양한 허용환자 진료, 연구 및 교육에 관련된 ogic 조사. 약간의 추가적인 변형으로, 시스템은 또한 폐 고혈압 및 단일 뇌실 생리학 포함 선천성 심장 질환에 관련된 중요한 생리을 시뮬레이션하는데 사용될 수있다. 제한은 심장 대신 더 높은 산소 함량 혈액의 버퍼에 의해 관류되고 있음은, 전직 생체 내 준비 것을 포함한다.

자료

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