JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Nederlands

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Medicine

Een Geà ¯ soleerde Werken Hart voor grote Animal Models

Published: June 11, 2014
doi:
10.3791/51671
, , , , , , ,
1Department of Surgery,Duke University Medical Center, 2Department of Cardiothoracic Surgery,University Hospital of South Manchester

Summary

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.

Abstract

Sinds de invoering ervan in de late 19 e eeuw, hebben de Langendorff geïsoleerde hart perfusie apparaat, en de verdere ontwikkeling van de werkende hart model, handige tools geweest voor het bestuderen van de cardiovasculaire functie en de ziekte van 1-15. Hoewel het Langendorff hart preparaat kan worden gebruikt voor elke zoogdierhart meeste studies waarbij deze inrichting gebruik maken van kleine diermodellen (bijvoorbeeld muis, rat, konijn en) vanwege de toegenomen complexiteit van systemen voor grotere zoogdieren 1,3,11. Een belangrijk probleem is het waarborgen van een constante coronaire perfusie druk over een waaier van verschillende hart maten – een belangrijk onderdeel van een experiment met behulp van dit apparaat 1,11. Door het vervangen van de klassieke hydrostatische afterload kolom met een centrifugaalpomp, het Langendorff werkende hart inrichting hierna beschreven maakt gemakkelijke aanpassing en strakke regulering van de perfusiedruk, waardoor dezelfde opstelling kan worden gebruikt voor verschillende species of het hart maten. Bovendien kan deze configuratie ook naadloos tussen constante druk of constant debiet tijdens reperfusie, afhankelijk van de voorkeur van de gebruiker. Het open karakter van deze opstelling, ondanks het maken van temperatuurregeling moeilijker dan andere ontwerpen, maakt een eenvoudige verzameling van afvalwater en ventriculaire druk-volume gegevens.

Introduction

Veel van ons begrip van de fundamentele cardiale biologie en fysiologie is afkomstig van experimenten die de geïsoleerde, retrograde-doorbloede Langendorff hart en de geïsoleerde werkende hart-systemen gebruikt. Deze experimentele systemen worden nog steeds veel gebruikt om te kunnen onze cardiovasculaire kennis van belangrijke onderwerpen, met inbegrip van ischemie-reperfusie schade 2 verlengen, conditioneringscycli 4, celtherapie voor beschadigde hartspier 5,7, de cardiale effecten van drugs 6,9, en cardiale allograft behoud technieken 8,15-18.

Hoewel beide geïsoleerde hart systemen kunnen worden gebruikt voor elke zoogdiersoort, worden ze voornamelijk gebruikt met kleine zoogdieren, zoals cavia, rat, of konijn 3,12,13. Grotere diermodellen, zoals varkens en mensen, bieden meer klinisch-relevante gegevens, maar worden minder vaak gebruikt vanwege hogere kosten, grotere biologische variabiliteit grotere hoeveelheden bloed perfusie-oplossingen en bigger onderdelen van de uitrusting 1,12-15. Bovendien gegevensverzameling is moeilijk, vooral voor geïsoleerde werkende harten 1,3,12-15. Als gevolg van deze complexiteit, zijn klinisch relevante geïsoleerde hart modellen zelden gebruikt, de voortgang van cardiovasculaire translationeel onderzoek ernstig belemmeren.

In een poging om deze complexiteit te lossen, werd het geïsoleerde werkende hartsvoorbereiding gemodificeerd om een ​​systeem dat gemakkelijk kan worden aangepast aan harten van verschillende soorten, waaronder de mens, hetzij onder constante druk of constant debiet Langendorff creëren. De afterload naleving kamer werd vervangen door een centrifugaalpomp voor het aanpassen van de perfusiedruk in Langendorff modus en afterload in werkmodus vereenvoudigen. In plaats van een gesloten, met mantel reservoir naar het hart bevatten, dit systeem maakt gebruik van een open kamer aan het verzamelen van gegevens gemakkelijker te maken, doordat het gebruik van de transapicale aanpak voor geleiding catheterisatie. Moreoveh, deze open ontwerp maakt toegang voor echocardiografische evaluatie van het hart, verdere verbreding van de fysiologische parameters die tijdens deze experimenten kan worden gemeten. Deze verbeteringen zullen hopelijk anderen aanmoedigen om dit systeem te gebruiken voor grote dieren translationeel onderzoek.

Protocol

1. Bouwen aan de Langendorff Apparatus (zie figuur 1) Met behulp van 3/8 "slang, sluit het hart reservoir om het bloed reservoir. Zorg ervoor dat deze slang gaat door een roller pomp. OPMERKING: Dit kan betekenen dat het gebruik van twee 3/8 "tot 1/4" slangconnectors om een ​​stuk van 1/4 "slang te gaan door de roller pomp te creëren. Sluit het bloed reservoir aan verwarming / oxygenator met 3/8 "slang. Gebruik 3/8 "buisje de verwarming / oxygenator verbinding met een Y-connector. Sluit de ene arm van Y-connector om de centrifugaalpomp, sluit vervolgens de centrifugaalpomp om een ​​tweede Y-connector (alle met 3/8 "slang). Bevestig een stuk 3/8 "slang beveiligen van een hemostaseklep om de naar boven gerichte arm, die zal dienen als zowel een opvanginrichting en de middelen van het plaatsen van de druksensor. Bevestig een stuk van 3/8 "slang aan de neerwaartse arm. Dit gedeelte zal hechten aan de AOR tic canule (dwz de afterload lijn). Sluit de andere tak van de Y-connector om de instroom van de pre-laadkamer met 3/8 "slang. Zorgen deze slang gaat door een tweede rol pomp. Sluit overtollige 3/8 "slang aan op de uitstroom van deze kamer. Dit gedeelte zal hechten aan de linker atrium (dwz de preload lijn). Sluit de zuurstoftank en verwarming apparatuur voor de kachel / oxygenator. Klem de lijn gaande van de Y-connector aan op de pre-load kamer, omdat deze lijn zal niet worden gebruikt totdat het hart in werkende modus wordt gezet. 2. Druk-volume katheter Voorbereiding In een 37 ° C waterbad, verwarm een ​​flesje zoutoplossing. Week de PV conductantiecatheter en druktransductor in de warme zoutoplossing gedurende tenminste 30 minuten. Zet de data acquisitie systeem, waardoor zowel opwarmen gedurende ten minste 30 minuten. TLE "> 3. Voorbereiden van de Langendorff Apparatus Zet de zuurstoftank, verwarmingsapparaten, rolpomp verbinden van de twee reservoirs, en centrifugaalpomp. De verwarmingsinrichting moet worden ingesteld om de lichaamstemperatuur van het dier (~ 36 ° C). Was het bloed volgens de instructies van de fabrikant. Langzamere wassnelheden worden aanbevolen voor meer volledige verwijdering van afvalstoffen uit het bloed (bijv. teveel elektrolyten, gelyseerd celmateriaal). Zodra het bloed wordt gewassen, kijk hematocriet niveau van voor hemodilutie. Reconstrueren de gewassen rode bloedcellen met een normale zoutoplossing voor de gewenste hematocriet concentratie (aanbevolen: 20-25%) en toevoegen aan de Langendorff apparaat. Stel de snelheid van de twee pompen begint bloedstroom door het systeem (met uitzondering van de preload kamer). Controleer de pH en elektrolyten van het bloed mengsel en passen totdat fysiologische voor de gebruikte soorten. OPMERKING: Om schadelijke in voorkomenflux van calcium na reperfusie, het calcium op de Langendorff apparaat worden aanvankelijk laag gehouden (0,3-0,5 mmol / L). Als er een daling van het hematocriet met gelijktijdige verhoging van kalium, check lactaat dehydrogenase en plasma hemoglobine uit te sluiten hemolyse. Bij hemolyse optreedt, ervoor zorgen dat alle aansluitingen goed vast zitten en er zijn geen terreinen die duidelijk laten gieren. Bevestig de Millar katheter in de secundaire druk sleuf van de PowerLab systeem. Kalibreer de drukopnemer volgens de instructies van de fabrikant. 4. Voorbereiden van de Hart voor bevestiging aan de Langendorff Apparatus OPMERKING: Een goed gearresteerd hart moet worden gebruikt voor elke grote dierproeven waarbij een geïsoleerd hart systeem. Gebrek aan cardioplegische arrestatie kan beschadigen het hart zodanig dat het zal geen meetbare werk. Celsior, of lage-kalium University of Wisconsin (UW) oplossing wordt aanbevolen omdat niet alleen zijn deze oplossingen vergelijkbaar met die klinisch gebruikt, maar de laag kaliumgehalte van de oplossing helpt voorkomen hyperkalemia terwijl het circuit. Volume van cardioplegische oplossing zal afhangen van hart grootte, met 1 liter voldoende voor varkens harten. Verwijder snel het hart van de opbergruimte, stort elke opslagoplossing in de ventrikels, dep droog en weeg. Te helpen handhaven een koude myocard temperatuur totdat het hart is klaar voor de Langendorff, terug het hart om opslagcontainer en oriënteren zodat aorta naar boven is gericht. Plaats een 3/8 "canule in de aorta en beveiligen met een zip-tie. 5. Bevestigen van het hart naar de Langendorff Verlaag de centrifugaalpomp tot een langzame straaltje. Druppelen van het bloed in de aorta totdat het is gevuld met bloed en volledig ontlucht. Bevestig zorgvuldig de aorta-cAnnula de aorta buis op de Langendorff. Noteer gehechtheid tijd. Plaats de gekalibreerde druk transducer via de hemostaseklep [DS1] in de inheemse aorta. Begin drukmetingen en pas centrifugaal pompsnelheid tot de gewenste reperfusie druk wordt bereikt. OPMERKING: De druk kan coronaire weerstand verandert veranderen. Daarom volgen aortadruk nauw, vooral tijdens de eerste reperfusie. Verhoog de temperatuur op de verwarmingsunit intramyocardiale temperatuur wordt gemeten bij 37 ° C. LET OP: Er zal een vertraging tussen aanpassingen in verwarmingsunit en veranderingen in intramyocardiale temperaturen. Daarom moet temperatuurveranderingen stapsgewijs worden. Zorg voor een basislijn (T = 0) monster uit het veneuze bloed reservoir op pH, elektrolyten en andere biochemische metingen meten. Steek temperatuur sonde in septum en bewaken myocard temperatuur. Verlaag de temperatuur van de verwarmingsunitals myocard temperatuur boven 39 ° C. Neem bloedmonsters elke 15 min, het aanpassen van de fysiologische parameters zoals gewenst voor het experiment. Voeg ongeveer 1 mmol calcium aan het bloed oplossing om de 5 min, zodat ionische calcium> 0,8 mmol / l voorafgaand aan de start van de werkmodus. 6. Putting the Heart in Working Mode Plaats een juiste maat canule in het linker atrium / longader. Dit kan worden gedaan met ofwel een portemonnee-string hechting of zip-tie indien nodig. Sluit gaten in het linker atrium die kunnen lekken, zoals andere longader oorsprong met hechtdraad of nietjes zoals nodig. De hoogte van de voorspanning kamer zodanig dat de kolom hoogte geeft de gewenste drukinstelling. OPMERKING: Uitgaande van de dichtheid van bloed / kristalloïde mengsel gelijk aan de dichtheid van water, 1 mm Hg = 1,36 cm van de afstand tussen de aortaklep naar de top vande bloedspiegel in de preload reservoir (bijvoorbeeld 15 mm Hg = 20,4 cm). Span de slang naar de preload kamer en langzaam beginnen de preload roller pomp, waardoor de preload kamer en preload buizen volledig te vullen met bloed. Zodra de preload buis wordt volledig ontlucht, langzaam vult het linker atrium en de canule met bloed. Zonder dat er lucht in het systeem in te voeren, sluit u de voorspanning slang aan op de linker atrium canule. 7. Verkrijgen ventrikeldruk-Volume (PV) Recordings Volg de instructies van de fabrikant voor druk-en Rho cuvette kalibratie voor de data acquisitie systemen. Plaats een portemonnee-string hechtdraad met een 3-0 polypropyleen hechtdraad in de linker ventrikel (LV) apex. Met behulp van een 16 G naald, maak een incisie in de portemonnee-string. Plaats de PV conductantiecatheter in de apicale incisie. OPMERKING: Ideaal katheter zal depeindigen op het hebben van alle voelelektroden binnen de LV en twee excitatie elektroden buiten de LV. Zorg ervoor dat een juiste formaat dier en katheter zijn geselecteerd (zie Discussie). Druk op de knop 'Start' in de rechterbovenhoek om het vastleggen van gegevens te beginnen en te bepalen hoeveel volume segmenten actief zijn. Als alle segmenten zijn niet actief, past u de katheter positie totdat alle segmenten actief zijn. OPMERKING: Lichte verdraaien van de katheter kan nodig zijn om lus morfologie optimaliseren Indien het onmogelijk is om signalen te verkrijgen in alle segmenten, past u de locatie van excitatie elektroden en waarnemingselektroden instructies van de fabrikant. Zodra de gewenste configuratie wordt verkregen, volg dan de instructies van de fabrikant voor volume en alfa kalibratie. Met behulp van een goed gekalibreerd katheter, krijgen minstens 30 sec van de uitgangswaarde druk-volume gegevens. OPMERKING: Deze druk-volume loops volume afhan biedendent metingen van de hartfunctie (bijv. hartminuutvolume, slagvolume). Zodra voldoende lussen worden verkregen, verder met de volgende stap zonder stoppen van de gegevensregistratie teneinde occlusiedruk-volumegegevens verkrijgen. Occlude de preload buis langzaam met behulp van een slangklem. OPMERKING: De druk-volume loops zou moeten beginnen om kleiner te worden en verschuiven naar beneden en naar links. Dit wordt het "lopen". Verkrijgen 10-15 sec van de wandeling naar beneden, dan de slangklem los te laten voor voorspanning naar links atrium opnieuw in te voeren. OPMERKING: Deze druk-volume loops volume onafhankelijke metingen van de hartfunctie te bieden (bv. preload recruitable beroerte werk, eind systolische druk-volume relatie). Stop de opname van gegevens door op de "Stop" knop in de rechterbovenhoek van het scherm. Wacht ten minste 5 minuten voordat men deocclusie. Herhaal de stappen 7.7 en 7.8 om een ​​meting te verkrijgen.

Representative Results

Figuur 1 is een schematische tekening van de schakeling, zoals voorgesteld katheter. De belangrijkste elementen van dit apparaat zijn de volgende: het gebruik van een centrifugaalpomp om afterload te controleren; plaatsing van een drukkatheter (donkerblauwe lijn) in de aorta wortel tot perfusie druk te controleren; en plaatsing van de druk-volume (PV) katheter (lichtblauwe lijn) transapically. Hoewel de verbindingen in de figuur lijken rechte verbindingen zijn, worden "Y" connectors aanrader, met name voor de preload lijn. Figuur 2 toont de resultaten van de druktransductor die in de aortawortel van een varkenshart geplaatst tijdens reperfusie op het circuit, die constant tussen 40-42 mmHg gedurende 20 minuten gegevens. Veranderingen in de coronaire weerstand kan schommelingen in de perfusiedruk (figuur 3) veroorzaken. Deze variaties kunnen kleine en geleidelijk, corrigeren zelf in de tijd (figuur 3a). In sommige gevallen kunnen deze variaties abrupt en vereisen aanpassing van de stroom door de centrifugaalpomp om de gewenste druk reperfusie (Figuur 3b) handhaven. Omdat veranderingen kunnen optreden, wordt controle van de aorta wortel druk tijdens reperfusie vereist. Door gebruik te maken van de transapicale incisie, kan druk-volume gegevens gemakkelijk worden verkregen op het geïsoleerde hart systeem. In dit experiment, een varkenshart die was opgeslagen in koude (4 ° C) bewaren oplossing gedurende 2 uur werd gebruikt. Bij de eerste introductie van de PV-katheter, de lussen waren van slechte kwaliteit (figuur 4a), met meerdere gebieden van crossover en geen waarneembare hartcyclus componenten. Echter, met minimale manipulatie van de katheter in het ventrikel, de lus morfologie aanzienlijk verbeterd (figuur 4b), waardoor metingen kunnen worden verkregen. ve_content "> Ondanks de optimalisatie van de katheter positie, kan de verworven op de ex vivo circuit (figuur 5, bovenste rij) loops een andere morfologie dan de in vivo lussen (Figuur 5, onderste rij) hebben. Deze veranderingen lus morfologie zijn waarschijnlijk te wijten de andere richting van het hart van de schakeling ten opzichte van een liggende dier, alsmede het ontbreken van de anatomische bijlagen binnen een levend dier (zoals pericardium). Bovendien is het gebruik van stimulatie draden te helpen reguleren hartslag ( aanbevolen bevestigingsplaats: septum) introduceert een externe elektrische stroom, waardoor de spikes in het onderste rechter gedeelte van het ex vivo lussen Echter, zolang deze lussen nog zijn voorzien van de hartcyclus onderdelen, kunnen ze nog steeds interpreteerbare gegevens opleveren.. In tabel 1 staan ​​de verschillende functionele parameters verkregen uit deze druk-volume lussen met behulp van de PV-katheter. De koude statische opslag waarschijnlijk veroorzaakt aantal intrinsieke schade aan het hart, wat enkele van de veranderingen in de verkregen op het circuit waarden vergeleken met de metingen in vivo. Enkele variatie binnen de belasting afhankelijke variabelen ook door de waarschijnlijke verschillen in de voorspanning tussen de schakeling en het levende dier. Figuur 1. Schema van het apparaat. Figuur 2. Vertegenwoordiger aortawortel drukmetingen tijdens reperfusie. g3highres.jpg "width =" 500 "/> Figuur 3. Voorbeelden van wijzigingen in aortawortel druk die zich kunnen voordoen tijdens reperfusie. Deze veranderingen kunnen geleidelijk en zelfcorrigerende (A), of abrupt en wijzigingen in de instellingen op de centrifugaalpomp (B) nodig. Figuur 4. Druk-volume curves verkregen bij de eerste inbrengen van de katheter transapically (A) en na kleine katheter manipulatie (B). Let op de verbetering van de morfologie lus, waarbij de lus crossover wordt geëlimineerd en de elementen van de hartcyclus herkenbaar . De pieken in het onderste rechter gedeelte van beide lussen door het gebruik van een pacemaker, die een extrinsieke elektrisch signaal introduceert. "Figuur 5" fo: content-width = "5in" src = "/ files/ftp_upload/51671/51671fig5highres.jpg" width = "500" /> Figuur 5. Vertegenwoordiger druk-volume metingen op de ex vivo circuit (bovenste rij), met in vivo-metingen (onderste rij) voor vergelijking. Ook hier kunt pacer pieken te zien in de rechterbenedenhoek van beide sets van ex vivo loops. Tabel 1 Functionele parameters verkregen voor een varkenshart in vivo (linker kolom) en op het hart werkende inrichting na 2 uur koude opslag (rechterkant) CO:.. Cardiac output; E een: arteriële elasticiteit; EDPVR: End diastolische druk-volume relatie; EDV: eind diastolisch volume; ESPVR: End systolische druk-volume relatie; PRSW: Preload-recruitable beroerte werk; PVA:druk-volume gebied; SV: slagvolume; SW: beroerte werk.

Discussion

De Langendorff geïsoleerde hart perfusie apparaat en werken hartmodel hebben geleid tot een aantal van de meest fundamentele ontdekkingen in cardiale fysiologie, pathologie en farmacologie. Veelzijdigheid Dit model maakt het gebruik met een aantal soorten onder verschillende normale en pathologische omstandigheden 1-18. Echter, is het geïsoleerd hart model niet vaak gebruikt voor grote zoogdieren, in het bijzonder menselijke harten, mede door de toegenomen complexiteit van zowel het ontwerp apparaten en het verzamelen van gegevens. Daarom is het protocol die hierin toont een poging om deze complexiteit die resulteert in een reproduceerbaar middel bestuderen varkens geïsoleerde harten verbeteren.

Een cruciaal onderdeel van onze opstelling is de vervanging van de arteriële compliantie / afterload kamer met een centrifugaalpomp. Deze uitwisseling zorgt voor een betere controle van de coronaire perfusie druk en afterload in Langendorff en werkend hart modi, onderscheidenlijkvely, maakt deze set-up eenvoudig worden aangepast aan de harten van verschillende maten en soorten. Bijvoorbeeld, in dit ontwerp, varkens harten zijn gereperfundeerd bij 40-45 mmHg, terwijl de menselijke harten zijn gereperfundeerd bij 60-65 mmHg. Deze verandering in druk wordt eenvoudig bereikt door de instellingen van de centrifugaalpomp; Geen bestanddeel van het systeem moet fysiek aangepast. Bovendien, het plaatsen van een druksensor in de aorta wortel naar wortel druk monitoren maakt een eenvoudige overgang tussen constante stroom en constante druk tijdens Langendorff modus. Hoewel deze wijziging verwijdert de klassieke naleving kamer, de centrifugaalpomp, doordat bidirectionele stroming optreedt gebaseerd op het drukverschil, kan dienen als een compliance kamer. Met systole en uitgeworpen slagvolume, retrograde stroming over de pomp dient om afterload verspilling, repliceren aorta elasticiteit.

De open constructie van deze inrichting is ook belangrijk. Na het hart opknoping op een open eenrea plaats van een half ingesloten kamer of trechter maakt snellere instrumentatie voor druk-en volumemetingen. Het open ontwerp maakt gebruik van een transapicale incisie voor LV katheter, het vermijden van de transvalvulaire aanpak. De transvalvulaire aanpak is technisch moeilijker, en vereist meestal fluoroscopie voor de juiste plaatsing. Bovendien kan deze aanpak ook klepinsufficiëntie induceren. Door het gebruik van de transapicale aanpak, we veilig en gemakkelijk de katheter te plaatsen binnen de linker ventrikel, terwijl het elimineren van de extra kosten en het ongemak van fluoroscopie. Het open ontwerp biedt ook een gemakkelijke toegang voor echocardiografie en effluent collectie, verdere uitbreiding van de functionele en biochemische parameters die kunnen worden beoordeeld, terwijl op dit systeem.

Het open ontwerp, terwijl het verzamelen van gegevens vergemakkelijken, maakt het myocard temperatuurregeling moeilijker. Het handhaven van fysiologische temperatuur is een van de bekende problemen met een Langendorffof werken hartsysteem 1,3,11,13. De Langendorff systeem bevat typisch een thermische kamer die helpt om een ​​geschikte temperatuur, maar deze kamer maakt het inbrengen van een ventriculaire druk-volume katheter moeilijker. Om de inferieure temperatuurregeling van het open ontwerp te lossen, werd een oxygenator / warmtewisselaar geplaatst na het reservoir. De minimale ruimte tussen de warmtewisselaar en de aorta canule minder warmteverlies en de myocardiale temperatuurvoeler zorgt normothermia. Het gebruik van mantel buis of externe warmtebronnen kunnen ook worden gebruikt om te helpen met temperatuurregeling.

Een ander uniek element van dit protocol is het wassen van de autoloog bloed van het varken in studie en hernieuwde oprichting ervan met een fysiologische zoutoplossing. Hoewel het gebruik van volbloed perfusates of rode bloedcellen aangevuld met kristalloïde buffers is niet ongebruikelijk, doet onderhavige kwesties. De voormalige vereist meestal een donor dier, dat subst voegtantial kosten voor het experiment, terwijl de laatste immunogeniteit problemen kan hebben, aangezien het gewoonlijk afgeleid van runderbloed 1,11-13. Door het wassen van eigen bloed de originele varken, het protocol vereist slechts een enkel dier en immunogeniciteit problemen worden weggenomen. Ook het wasproces verwijdert de meeste van de elektrolyten, waardoor zij gemakkelijk kunnen worden gemanipuleerd volgens de experimentele parameters. Ten slotte, wordt een beschermd eenheid bloed verwijdert de meeste van de eiwitten in het bloed, die zowel een voordeel en nadeel van deze werkwijze. Het voordeel is dat coagulatie en immunologische / infectieuze eiwitten worden verwijderd, waardoor de kans van klonters of besmetting. Het nadeel is dat het mengsel een lage osmotische druk, die kan leiden tot myocardiale oedeem en mogelijk verlies van hartfunctie tijd. Dit probleem kan worden aangepakt, maar door de toevoeging van albumine of ander colloïde.

Ervoor zorgen dat een juiste formaat eeniMAL en katheter geselecteerd is even belangrijk als de correcte werking hart inrichting. Idealiter wordt de katheter geplaatst met alle meetelektroden in de ventriculaire ruimte met twee excitatie elektroden (de meest proximale elektroden) buiten de ventriculaire ruimte. Indien ventriculaire holte van het dier te klein is, of de afstand tussen de elektroden te groot, dan zijn alle segmenten niet passen binnen de LV ruimte. Hoewel de plaats van de excitatie elektroden kan worden aangepast, kan een kleine LV holte ook leiden tot de katheter te buigen of curve, de gegevensverzameling moeilijk. Daarom is voor functionele analyse van grote dieren harten, dier afmeting van tenminste 60 kg aanbevolen. Met een dier van deze grootte, elektrode-afstand van 7 mm maakt meestal volledig inbrengen van de katheter.

Tot slot, dit manuscript beschrijft een geïsoleerd werkende hart systeem dat perfusie drukregeling vereenvoudigt, data collectie, en de algehele vormgeving, terwijl het maken van temperatuurregeling alleen iets moeilijker. Deze wijzigingen aan de geïsoleerde werkende hart zal hopelijk zorgen voor de intensivering van het gebruik met grote zoogdieren harten, inclusief de mens, het bevorderen van ons begrip van cardiale pathologie en waardoor meer klinisch relevante behandeling opties om ontdekt te worden.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

There are no acknowledgments.

Materials

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Skrzypiec-Spring, M., Grotthus, B., Szelag, A., Schulz, R. Isolated heart perfusion according to Langendorff—still viable in the new millennium. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 55, 113-126 (2007).
  2. Cheung, P. Y., et al. Matrix metalloproteinase-2 contributes to ischemia-reperfusion injury in the heart. Circulation. 101, 1833-1839 (2000).
  3. Ytrehus, K. The ischemic heart–experimental models. Pharmacological Research: the Official Journal of the Italian Pharmacological Society. 42, 193-203 (2000).
  4. Ferdinandy, P., Schulz, R. Nitric oxide, superoxide, and peroxynitrite in myocardial ischaemia-reperfusion injury and preconditioning. British Journal of Pharmacology. 138, 532-543 (2003).
  5. Ohno, N., et al. Transplantation of cryopreserved muscle cells in dilated cardiomyopathy: effects on left ventricular geometry and function. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 126, 1537-1548 (2003).
  6. Hamlin, R. L., et al. Sensitivity and specificity of isolated perfused guinea pig heart to test for drug-induced lengthening of QTc. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 49, 15-23 (2004).
  7. Lee, M. S., Lill, M., Makkar, R. R. Stem cell transplantation in myocardial infarction. Reviews in Cardiovascular Medicine. 5, 82-98 (2004).
  8. Ryugo, M., et al. Myocardial protective effect of human recombinant hepatocyte growth factor for prolonged heart graft preservation in rats. Transplantation. 78, 1153-1158 (2004).
  9. Valentin, J. P., Hoffmann, P., De Clerck, F., Hammond, T. G., Hondeghem, L. Review of the predictive value of the Langendorff heart model (Screenit system) in assessing the proarrhythmic potential of drugs. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 49, 171-181 (2004).
  10. Southworth, R., Blackburn, S. C., Davey, K. A., Sharland, G. K., Garlick, P. B. The low oxygen-carrying capacity of Krebs buffer causes a doubling in ventricular wall thickness in the isolated heart. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 83, 174-182 (2005).
  11. Bell, R. M., Mocanu, M. M., Yellon, D. M. Retrograde heart perfusion: the Langendorff technique of isolated heart perfusion. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 50, 940-950 (2011).
  12. Hearse, D. J., Sutherland, F. J. Experimental models for the study of cardiovascular function and disease. Pharmacological Research: the Official Journal of the Italian Pharmacological Society. 41, 597-603 (2000).
  13. Sutherland, F. J., Hearse, D. J. The isolated blood and perfusion fluid perfused heart. Pharmacological Research: the Official Journal of the Italian Pharmacological Society. 41, 613-627 (2000).
  14. Hill, A. J., et al. In vitro studies of human hearts. Ann Thorac Surg. 79, 168-177 (2005).
  15. Colah, S., et al. Ex vivo perfusion of the swine heart as a method for pre-transplant assessment. Perfusion. 27, 408-413 (2012).
  16. Ozeki, T., et al. Heart preservation using continuous ex vivo perfusion improves viability and functional recovery. Circ J. 71, 153-159 (2007).
  17. Garbade, J., et al. Functional, metabolic, and morphological aspects of continuous, normothermic heart preservation: effects of different preparation and perfusion techniques. Tissue engineering. Part C, Methods. 15, 275-283 (2009).
  18. Poston, R. S., et al. Optimizing donor heart outcome after prolonged storage with endothelial function analysis and continuous perfusion. Ann Thorac Surg. 78, 1362-1370 (2004).

Tags

Langendorff Isolated Heart PerfusionWorking Heart ModelCardiovascular FunctionCardiovascular DiseaseLarge Animal ModelsCentrifugal PumpPerfusion PressureConstant PressureConstant FlowPressure-volume Data

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Schechter, M. A., Southerland, K. W., Feger, B. J., Linder Jr., D., Ali, A. A., Njoroge, L., Milano, C. A., Bowles, D. E. An Isolated Working Heart System for Large Animal Models. J. Vis. Exp. (88), e51671, doi:10.3791/51671 (2014).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image