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.
由于其在19 世纪后期推出的的Langendorff离体心脏灌流装置及工作心脏模型的后续发展,已经非常宝贵的工具,用于研究心血管功能和抗病1-15。虽然在豚鼠心脏制剂可以用于任何哺乳动物的心脏,大多数涉及该装置的研究使用小动物模型( 例如 ,小鼠,大鼠和兔)由于增加的对于较大的哺乳动物1,3,11系统的复杂性。一个主要的困难是,确保在一个范围内的不同心脏大小的恒定冠状动脉灌注压-利用该装置1,11任何实验的一个重要组成部分。通过用离心泵替代经典静压负荷柱,下面描述的工作的Langendorff心脏装置可以很容易地调整和灌注压的严密调节,这意味着相同的设置可以被用于各种硬币s或心脏大小。此外,这种配置也可以无缝地恒定压力或恒定的流量之间的再灌注期间切换,这取决于用户的喜好。此设置的开放性,尽管使温度调节比其他设计更为困难,可以很容易地收集污水和心室压力容积数据。
我们的许多基本心脏生物学和生理学的认识已经从使用的隔离,逆行灌注豚鼠心脏和离体工作心脏系统实验。这些实验系统仍在广泛应用的今天,以扩大我们的心脑血管的重要议题,包括缺血再灌注损伤知识2,预处理4,基于细胞治疗受损心肌5,7,药物6,9,和心脏移植保护心脏的作用技术8,15-18。
尽管这两个分离的心脏系统可用于任何哺乳动物物种,它们主要用于在小哺乳动物,如豚鼠,大鼠或兔3,12,13。较大的动物模型,如猪和人,提供更多的临床相关数据,但不经常使用,由于成本较高,更大的生物变异,较大的血液灌注液量,并BIGG呃设备1,12-15件。此外,数据收集是比较困难的,特别是对于孤立的工作心中1,3,12-15。由于这些复杂的结果,临床相关的离体心脏模型都很少使用,严重阻碍心血管转化研究进展。
在试图解决这些复杂性,隔离工作心脏制备进行了修改,以创建一个可以很容易地适应不同品种的心灵,包括人类,无论是在恒压或恒流量的Langendorff条件的系统。后负荷遵守腔置换为离心泵简化调节的Langendorff模式和后负荷灌注压在工作模式的过程。而不是封闭的,套水库含有的心脏,这个系统采用开放腔,使数据采集更加容易,通过使利用电导导管经心尖途径。 Moreov呃,这个开放式的设计允许访问的心脏超声心动图评价,进一步拓宽,可以在这些实验中测得的生理参数。这些改进将有希望鼓励其他人使用这个系统对于大型动物转化研究。
在Langendorff离体心脏灌流装置和工作心脏模型,导致一些心脏生理学,病理学,药理学和最根本的发现。该模型的多功能性允许其在各种正常和病理条件下1-18具有各种物种的利用。然而,分离的心脏模型不常用于大型哺乳动物,特别是人的心脏,部分由于增加了两个装置的设计和数据收集的复杂性。因此,本文中所呈现的示范协议试图改善这些复杂性,结果在研究分离的猪心脏的相对重现的手段。
我们设置的一个关键组成部分是动脉顺应性/后负荷室更换为离心泵。这种交换允许冠脉灌注压和后负荷中的Langendorff增强控制和心脏的工作模式,respectively,允许这种设置可以很容易地适应不同大小和种类的心。例如,在本设计中,猪心都灌注在40-45毫米汞柱,而人类的心灵都灌注在60-65毫米汞柱。这种变化的压力由调节离心泵的设置简单地实现;该系统的任何组件需要被物理地调整。此外,放置一个压力传感器主动脉根部内监视的根压使期间的Langendorff模式恒定流量和恒定的压力之间的轻松过渡。虽然这种变化消除了经典的柔性小室,离心式泵,通过允许双向流动发生基于该压力梯度,可作为柔性小室。随着收缩和退出每搏输出量,整个泵逆行流的作用是减少后负荷压力,复制主动脉弹性。
此装置的开放式设计也很重要。具有心脏挂在一开一而不是一个半封闭室或漏斗意图,允许对压力 – 容积测量更简单仪器。开放式设计允许使用的心尖切口LV导管放置,避免了跨瓣方法。该跨瓣的方法是技术上更困难的,通常需要透视为妥善安置。此外,这种方法还可以诱发瓣膜关闭不全。通过使用心尖方法,我们轻松,安全地将导管左心室内,同时消除了额外的成本和透视的不便。开放式设计也能提供轻松访问超声心动图和污水的收集,进一步扩大了可以在该系统上进行评估的功能和生化参数。
开放式设计,同时促进数据收集,并做心肌温度调节更加困难。保持生理温度的已知问题一的Langendorff 1或工作心脏系统1,3,11,13。 Langendorff灌流系统通常包含一个热腔,有助于保持适当的温度,但这个房间也使得插入心室压力容积导管更加困难。为了解决这个开放式的设计的下温度调节,氧合器/热交换器放置在水库后。热交换器和主动脉插管之间的最小空间减少热损失,而心肌温度探头确保正常体温。使用夹套管道或外部加热源也可以用来帮助温度控制。
该协议的另一个独特的元素被洗下,研究猪的自体血和生理盐水重构它。虽然,使用增强与晶体缓冲区无论是全血灌流或红细胞的情况并不少见,但它与目前的问题。前者通常需要供体动物,它增加了SUBSTantial成本的实验,而后者可以具有免疫原性的问题,因为它通常是从牛血1,11-13而得。通过洗涤原猪自身的血液,该协议只需要一个单一的动物和免疫原性问题进行消融。此外,在洗涤过程中除去大部分的电解质,这意味着它们可以每实验参数很容易地操纵。最后,通过使用血液保护单元除去大部分蛋白质在血液中,这是该过程的两个优点和缺点。的优点是,任何凝固和免疫/感染性蛋白质除去,减少血块或污染的可能性。的缺点是,这种混合物具有低的渗透压,从而导致心肌水肿和可能损失的心脏功能的一段时间。这个问题可以解决但是,通过添加白蛋白或其它胶体。
确保一个适当大小的进制和导管已被选定作为是使用适当的工作心脏设备一样重要。理想情况下,该导管将被放置的心室空间内所有的感测电极,有两个激励电极( 即最邻近电极)心室空间之外。如果动物的心室腔太小,或电极之间的间距过大,则所有的段不会在低压空间内完全。同时激励电极的位置可以调节,一个小的LV腔也可导致导管弯曲或曲线,使得数据收集困难。因此,对于大型动物心脏功能分析,建议至少为60千克动物的大小。用这样大小的动物时,为7毫米的电极间距通常允许在导管完全插入。
总之,这份手稿描述了一个孤立的工作心脏系统,简化灌注压调节,数据山坳经文,和整体设计,同时使温度控制只是稍微更加困难。这些修改对离体工作心脏会希望允许其与大型哺乳动物的心脏,包括人类在内的使用量增加,促进我们的心肌病理改变的认识,使更多的临床相关的治疗方案被发现。
The authors have nothing to disclose.
There are no acknowledgments.
PowerLab 16/35 with LabChart Pro | ADInstruments | PL3516/P | |
MPVS Ultra Pressure-Volume Unit | ADInstruments | 880-0168 | |
Ventri-Cath Catheter (5F, 12E, 7mm, DField, Straight, 122cm) | Millar | VENTRI-CATH-507s | |
Pressure Catheter (3.5F, Single, Straight, 100cm, Ny, Non Repairable) | Millar | SPR-524 | |
PV Extension Cable (10ft) | ADInstruments | CEC-10PV | |
Catheter Interface Cable (10ft) | ADInstruments | PEC-10D | |
Rho Calibration Cuvette | ADInstruments | 910-1060 | |
MPVS Ultra BNC Cable Pack | ADInstruments | 880-0172 | |
Autotransfusion system | Sorin | 7320000 | |
Bowl Set with Low Volume (135 ml) Centrifuge Bowl | Sorin | 7135100 | |
Oxygenator/Heat Exchanger | Terumo | 3CXSX18RX | |
Perivascular flow probe | Transonic Systems | PAU Series | Size of flow probe will depend on animal size; for 60 kg pig, recommend 20 or 24 mm probe |
Perivascular flowmeter module | Transonic Systems | TS420 | |
Myocardial temerpature sensor | Smiths Medical | MTS-40015 | |
16 G 1" Regular needle | BD Inc. | 305197 | |
4-0 polypropylene suture (double-arm) | Ethicon | 8526H | For purse-string stitches |
2-0 polypropylene suture (single-arm) | Ethicon | 8833H | |
Cable ties | ULINE | S-1021 | |
Cable tie gun | ULINE | H-241 | |
Clear, Flexible PVC Tubing | VWR International | 89068 | Inner diameter depends on cannulas, pumps and other equipment used; most commonly use 1/4", 3/8" tubing |
Straight Tubing Connectors | VWR International | 46600 | |
Y-Shaped Tubing Connectors | Thermo Scientific | 6152 | |
Jacketed Bubble Trap | Radnoti | 14040 | For preload chamber |
Centrifugal pump | Maquet | 70105 | The centrifugal pump and roller pumps were obtained used from perfusion department after clinical use. |
Roller pumps | Maquet | HL-20 | |
Hemostasis Valve | Merit Medical | MAP150 | |
Blood gas analyzer | Instrumentation Laboratory | 570001000 |