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Medicine

Eine isolierte Arbeits Herz-System für Großtiermodelle

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

Seit seiner Einführung im späten 19. Jahrhundert, der Langendorff-Herz isoliert Perfusionsapparatur, und die weitere Entwicklung der Arbeitsherzmodell, waren von unschätzbarem Wert Tools für die Untersuchung Herz-Kreislauf-Funktion und Krankheit 15.01. Obwohl die Langendorff-Herz Vorbereitung kann für jede Säugetier Herzen verwendet werden, die meisten Studien, die dieses Gerät verwenden kleine Tiermodellen (z. B. Maus, Ratte und Kaninchen) aufgrund der erhöhten Komplexität der Systeme für größere Säugetiere 1,3,11. Eine der größten Schwierigkeiten ist die Gewährleistung eines konstanten koronare Perfusionsdruck über einen Bereich von verschiedenen Herzgrößen – eine Schlüsselkomponente jeder Versuch Nutzung dieses Gerät 1,11. Durch das Ersetzen der klassischen hydrostatischen Nachlast Spalte mit einer Kreiselpumpe ermöglicht die unten beschrieben Langendorff-Herz Arbeitsgerät für die einfache Anpassung und strenge Regulierung der Durchblutung Druck, was bedeutet, das gleiche Set-up kann für verschiedene Holzarten verwendet werdens oder Herz Größen. Darüber hinaus kann diese Konfiguration auch nahtlos zwischen konstanten Druck oder konstanten Strömung während der Reperfusion zu schalten, je nach den Präferenzen des Benutzers. Der offene Charakter dieser Einrichtung, so dass trotz Temperaturregelung schwieriger als andere Designs, ermöglicht eine einfache Sammlung von Abwasser und ventrikulären Druck-Volumen-Daten.

Introduction

Viel von unserem Verständnis der grundlegenden Herz Biologie und Physiologie wurde von Experimenten, die die isolierten, retrograd perfundierten Langendorff-Herz und die isolierten Arbeits Herz Systemen verwendet zu kommen. Diese experimentellen Systeme sind noch heute weit verbreitet, um unsere Kenntnisse der Herz-Kreislauf wichtige Themen, einschließlich Ischämie-Reperfusionsschaden 2 erstrecken, Präkonditionierung 4, Zell-basierte Therapie bei beschädigten Herzmuskel 5,7, die kardialen Wirkungen von Medikamenten, 6,9 und Herztransplantaterhaltung Techniken 8,15-18.

Während die beiden isolierten Herzsysteme können für alle Säugetierarten verwendet werden, werden sie vor allem von kleinen Säugetieren, wie Meerschweinchen, Ratten oder Kaninchen verwendet, 3,12,13. Größere Tiermodellen, wie Schweine und Menschen, bieten mehr klinisch relevanten Daten, aber weniger häufig wegen der höheren Kosten, höhere biologische Variabilität, größere Volumina von Blut-Perfusion Lösungen und Wintergerste verwendeter Teile der Ausrüstung 1,12-15. Darüber hinaus ist die Datenerhebung schwieriger, vor allem für isolierte Arbeits Herzen 1,3,12-15. Als Ergebnis dieser Komplexitäten sind klinisch relevanten isolierten Herz Modelle nur selten verwendet, die Fortschritte der Herz-Kreislauf translationale Forschung stark behindern.

In einem Versuch, diese Komplexität zu beheben, wurde die isolierte Arbeits Herz Vorbereitung modifiziert, um ein System, das einfach zu Herzen in verschiedenen Arten, einschließlich des Menschen entweder unter konstanten Druck oder konstanten Langendorff-Bedingungen angepasst werden können, zu erstellen. Die Nachlast Ausgleichkammer wurde mit einer Kreiselpumpe ersetzt, um den Prozess der Anpassung Perfusionsdruck in Langendorff-Modus und Nachlast im Arbeitsmodus zu vereinfachen. Statt eines geschlossenen, doppelwandige Behälter, um das Herz enthält, verwendet dieses System eine offene Kammer, um die Datenerfassung zu erleichtern, indem der Einsatz von transapikalen Ansatz für die Leitfähigkeit Katheterisierung. Moreover diese offene Konstruktion ermöglicht den Zugang für echokardiographische Beurteilung des Herzens, ferner die Verbreiterung der physiologische Parameter, die bei diesen Experimenten gemessen werden kann. Diese Verbesserungen werden hoffentlich andere zu ermutigen, dieses System für die Großtier translationale Forschung zu verwenden.

Protocol

1. Aufbau der Langendorff-Apparat (siehe Abbildung 1) Mit 3/8 "Schlauch, schließen Sie das Herz Reservoir zu dem Blutreservoir. Stellen Sie sicher, dass dieser Schlauch geht durch eine Rollenpumpe. HINWEIS: Dies kann erfordern, mit zwei 3/8 "bis 1/4" Schlauchverbinder, ein Stück von 1/4 "Schlauch durch die Rollenpumpe gehen erstellen. Verbinden Sie das Blutreservoir zu Heizung / Oxygenator mit 3/8 "-Schläuche. Verwenden Sie 3/8 "-Schläuche, um die Heizung / Oxygenator zu einem Y-Anschluss verbinden. Schließen Sie einen Arm des Y-Stecker an den Kreiselpumpe, dann verbinden Sie die Kreiselpumpe zu einer zweiten Y-Verbinder (alle mit 3/8 "-Rohr). Bringen Sie ein Stück 3/8 "Schlauch Befestigen eines hämostatischen Ventils, um den nach oben gerichteten Arm, der sowohl als Blasenfalle und Mittel zum Einführen des Druckwandlers dienen. Bringen Sie ein Stück 3/8 "Schlauch mit dem nach unten Arm. Dieser Teil wird auf der aor befestigen tic Kanüle (dh die Nachlast Linie). Das andere Arm des Y-Verbinders mit dem Zulauf der Vorspannung Kammer mit 3/8 "-Schlauch. Stellen Sie sicher, dieser Schlauch geht durch eine zweite Rollenpumpe. Verbinden überschüssige 3/8 "Schlauch zum Abfluss von dieser Kammer. Dieser Teil wird in den linken Vorhof zu befestigen (dh die Vorspannung Linie). Schließen Sie den Sauerstofftank und Heizvorrichtung zur Heizung / Oxygenator. Klemmen Sie die Linie, die von der Y-Stecker an den Pre-Ladekammer, da diese Linie nicht verwendet werden, bis das Herz in den Arbeitsmodus versetzt werden kann. 2. Druck-Volumen-Katheter Vorbereitung In einem 37 ° C Wasserbad erwärmen eine Flasche Kochsalzlösung. Einweichen des PV Leitfähigkeit Katheter und Druckwandler in der warmen Salzlösung für mindestens 30 min. Schalten Sie den Datenerfassungssystemen, so dass sowohl das Aufwärmen für mindestens 30 min. tle "> 3. Vorbereitung der Langendorff-Apparat Schalten Sie den Sauerstofftank, Erhitzungsvorrichtung, Walzenpumpe, die die beiden Reservoirs und Kreiselpumpe. Die Heizgeräte sollten, um die Körpertemperatur des Tieres (~ 36 ° C) eingestellt werden. Gemäß den Anweisungen des Herstellers waschen das Blut. Langsamer Waschgeschwindigkeiten für mehr vollständige Entfernung der Abfallprodukte aus dem Blut (zB überschüssige Elektrolyte, lysiert Zellmaterial) empfohlen. Sobald das Blut gewaschen wird, überprüfen Hämatokritwert vor der Blutverdünnung. Rekonstituieren die gewaschenen roten Blutzellen mit normaler Kochsalzlösung für die gewünschten Hämatokrit-Konzentration (empfohlen: 20 bis 25%) und zu der Langendorff-Apparatur. Anpassen der Geschwindigkeiten der zwei Pumpen, den Blutfluss durch das System (mit Ausnahme der Speicherkammer) beginnen. Prüfen Sie den pH-Wert und Elektrolyte der Blut-Gemisch und anpassen, bis physiologische für die verwendeten Arten. HINWEIS: Um zu verhindern, in schädlichenFluss von Calcium nach Reperfusion, sollten die Kalziumspiegel am Langendorff-Apparatur zunächst niedrig gehalten werden (0,3-0,5 mmol / L). Wenn es eine Abnahme der Hämatokrit bei gleichzeitiger Erhöhung der Kalium, überprüfen Lactat-Dehydrogenase-und Plasma-Hämoglobin, um auszuschließen, Hämolyse. Bei Hämolyse auftritt, sicherzustellen, dass alle Anschlüsse dicht sind und es gibt keine von offensichtlich Scher. Befestigen Sie die Millar-Katheter in die Sekundärdruckschlitz des PowerLab System. Kalibrieren der Druckwandler nach den Anweisungen des Herstellers. 4. Vorbereitung des Herz zur Befestigung an der Langendorff-Apparat HINWEIS: Ein richtig verhaftet Herz sollte für alle großen Tierversuche mit einer isolierten Herzsystem verwendet werden. Mangel an kardioplegischen Stillstand kann das Herz schädigen, so dass es nicht messbare Arbeit zu produzieren. Celsior, oder Low-Kalium-Univernicht nur diese Lösungen ähnlich denen klinisch verwendet, aber die niedrige Kalium der Lösung hilft verhindert Hyperkaliämie, während auf der Leiter sität von Wisconsin (UW)-Lösung wird empfohlen, da. Volumen der Kardioplegielösung auf Herzgröße ab, mit 1 Liter reicht für Schweine-Herzen. Entfernen Sie schnell das Herz aus dem Vorratsbehälter, gießen Sie keine Speicherlösung in den Ventrikeln, trocken tupfen und wiegen. Zu helfen, eine kalte myokardialen Temperatur, bis das Herz ist bereit für die Langendorff, kehren das Herz, Lagerbehälter und richten es so, dass Aorta nach oben zeigt. Legen Sie eine 3/8 "-Kanüle in die Aorta und mit einem Kabelbinder. 5. Anbringen des Herz an die Langendorff Verringern der Kreiselpumpe auf ein langsames Einblasen. Trickle das Blut in die Aorta bis sie mit Blut gefüllt und vollständig entlüftet. Vorsichtig mit Aorten-cAnellierung an der Aorten-Schläuche auf dem Langendorff. Notieren Befestigung Zeit. Legen Sie die kalibrierten Druckwandler durch die Blutstillung Ventil [DS1] in die native Aorta. Beginnen Druckmessungen und stellen Kreiselpumpendrehzahl, bis der gewünschte Druck erreicht Reperfusion. HINWEIS: Der Druck kann wie koronare Widerstand ändert. Daher überwachen Aortendruck eng, vor allem während der ersten Reperfusion. Temperatur erhöhen auf Wärmeeinheit intramyokardialen Temperatur wird bei 37 ° C gemessen HINWEIS: Es wird eine Verzögerung zwischen Anpassungen Wärmegerät und Veränderungen in intramyokardialen Temperaturen hergestellt wird. Daher sollte die Temperatur schrittweise Änderungen vorgenommen werden. Besorgen Sie sich eine Grundlinie (T = 0) Probe aus dem venösen Blutreservoir auf pH, Elektrolyte und anderen biochemischen Messungen messen. Legen Temperaturfühler in Septum und überwachen Herzmuskeltemperatur. Verringern Temperatur von Wärmeeinheitwenn myokardialen Temperatur über 39 ° C steigt Nehmen Blutproben alle 15 Minuten, die Anpassung der physiologischen Parameter wie für das Experiment gewünscht. Zirka 1 mmol Calcium zu der Blutlösung alle 5 Minuten, so dass Calciumionen ist> 0,8 mmol / L vor der Einleitung des Arbeitsmodus. 6. Putting das Herz in Arbeitsmodus Legen Sie eine entsprechend dimensionierte Kanüle in den linken Vorhof / Lungenvenen. Dies kann entweder mit einer Tabaksbeutelnaht oder Kabelbinder nach Bedarf durchgeführt werden. Schließen Sie alle Löcher in den linken Vorhof, die auslaufen können, wie andere Lungenvenen Ursprünge mit Naht oder Klammern, wie gebraucht. Einstellen der Höhe der Speicherkammer, so dass die Säulenhöhe ergibt die gewünschte Vorspanndruck. HINWEIS: Angenommen, die Dichte von Blut / kristalloiden Mischung gleich der Dichte von Wasser, 1 mmHg = 1,36 cm von der Entfernung von der Aortenklappe an die Spitze istder Blutspiegel im Reservoir Vorspannung (zB 15 mmHg = 20,4 cm). Ausspannen Schlauch geht der Vorspannung Kammer und langsam beginnen die Vorspannung Rollenpumpe, so dass der Speicherkammer und Vorspannung Schlauch vollständig mit Blut füllen. Sobald die Vorspannung Schlauch vollständig entlüftet, langsam füllen den linken Vorhof und die Kanüle mit Blut. Ohne dass keine Luft in das System gelangen, schließen Sie die Federvorspannung Schlauch an der linken Vorhofkanüle. 7. Beziehen ventrikuläre Druck-Volumen (PV)-Aufnahmen Befolgen Sie die Anweisungen des Herstellers für die Druck-und Rho Küvette Kalibrierung für den Datenerfassungssystemen. Legen Sie eine Tabaksbeutelnaht mit einem 3:0-Polypropylennaht an der linksventrikulären (LV) Spitze. Mit einer 16 G-Nadel, machen Sie eine Stichinzision in der Tabaksbeutel. Legen Sie die PV-Leitwert Katheter in die apikal Einschnitt. HINWEIS: Ideal Katheterplatzierung wird dependen mit allen Messelektroden in der LV und zwei Anregungselektroden außerhalb des LV. Stellen Sie sicher, dass ein Tier in der richtigen Größe und der Katheter ausgewählt wurden (siehe Diskussion). Drücken Sie die Schaltfläche "Start" in der oberen rechten Ecke, um die Aufnahme von Daten zu beginnen und zu bestimmen, wie viele Volumensegmenten aktiv sind. Wenn alle Segmente sind nicht aktiv, stellen Sie die Position des Katheters bis alle Segmente aktiv sind. HINWEIS: leichte Verdrehung des Katheters notwendig sein, um die Morphologie zu optimieren Schleife Wenn nicht in der Lage, Signale in allen Segmenten zu erhalten, stellen Sie die Lage der Anregungselektroden und Messelektroden nach den Herstelleranweisungen. Sobald die gewünschte Konfiguration erhalten, folgen Sie die Anweisungen des Herstellers für Volumen-und Alpha-Kalibrierung. Mit einem Katheter richtig kalibriert, erhalten mindestens 30 sec von Baseline-Druck-Volumen-Daten. HINWEIS: Diese Druck-Volumen-Loops werden Volumen DEPEN bietendent Messungen der Herzfunktion (z. B. Herzminutenvolumen, Herzschlagvolumen). Sobald genügend Schleifen erhalten werden, mit dem nächsten Schritt weiter, ohne anzuhalten die Datenerfassung, so Okklusion Druck-Volumen-Daten zu erhalten. Verschließen Sie die Vorspannung Schlauch langsam mit einer Schlauchklemme. HINWEIS: Die Druck-Volumen-Schleifen beginnen soll kleiner werden und herunterschalten und nach links. Dies wird als "walk down". Erhalten 10-15 sec der Spaziergang, dann die Schlauchklemme für Vorspannung ermöglichen, den linken Vorhof erneut eingeben. HINWEIS: Diese Druck-Volumen-Loops werden Volumen unabhängige Messungen der Herzfunktion (z. B. des Vorspannung rekrutierbar Schlagarbeit, Ende systolischen Druck-Volumen-Beziehung). Beenden Sie die Aufnahme, indem Sie Daten auf die Schaltfläche "Stop" in der oberen rechten Ecke des Bildschirms. Warten Sie mindestens 5 Minuten vor der Wiederholung derOkklusion. Wiederholen Sie die Schritte 7.7 und 7.8 zu Wiederholungsmessungen zu erhalten.

Representative Results

Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung der Schaltung, einschließlich der vorgeschlagenen Katheters. Die wichtigsten Elemente dieses Gerätes gehören: Verwendung einer Kreiselpumpe zu Nachlast zu steuern; Platzierung eines Druckkatheter (dunkelblaue Linie) in der Aortenwurzel, um die Perfusion Druck zu überwachen; und die Platzierung des Druck-Volumen-(PV)-Katheter (hellblaue Linie) transapikal. Obwohl die Anschlüsse in der Abbildung scheinen gerade Verbindungen zu können, sind "Y"-Anschlüsse zu empfehlen, besonders für die Vorspannung Linie. Figur 2 zeigt die von dem Druckwandler, der in der Aortawurzel eines Schweineherzens während der Reperfusion in der Schaltung, die durchweg zwischen 40-42 mm Hg über 20 min gegeben wird erhaltenen Daten. Veränderungen in der koronaren Widerstands können Schwankungen in der Perfusionsdruck (Fig. 3) führen. Diese Variationen können nur behutsam zu sein, sie zu korrigieren Selbst im Laufe der Zeit (Fig. 3a). Jedoch in einigen Fällen können diese Variationen abrupt und erfordern Anpassung der Strömung durch die Kreiselpumpe, um den gewünschten Druck Reperfusion (3b) erhalten. Da Änderungen auftreten können, ist die Überwachung der Aortenwurzel während der Reperfusion Druck erforderlich. Durch die Nutzung der transapikal Stichinzision können Druck-Volumen-Daten einfach auf den isolierten Herzsystem erhalten werden. In diesem Experiment wurde ein Schweineherz, die in kaltem (4 ° C) und Konservierungslösung für 2 Stunden gelagert worden war, verwendet. Bei der ersten Einführung der PV-Katheter, waren von schlechter Qualität (Abbildung 4a) die Schlaufen, mit mehreren Bereichen der Frequenzweiche und ohne erkennbaren Herzzyklus-Komponenten. Jedoch mit minimaler Manipulation des Katheters innerhalb der Herzkammer verbessert die Schleife Morphologie drastisch (Fig. 4b), was für die Messung zu erhalten. ve_content "> Trotz Optimierung der Katheterposition können die auf dem Ex-vivo-Schaltung (Abbildung 5, obere Reihe) erworben Schleifen eine andere Morphologie als die in-vivo-Schleifen (Abbildung 5, untere Reihe) haben. Diese Änderungen sind in einer Schleife Morphologie wahrscheinlich aufgrund die unterschiedliche Orientierung des Herzens auf der Leiter Vergleich zum in Rücken Tieres sowie das Fehlen der anatomischen Anlagen innerhalb eines lebenden Tiers gefunden (wie Perikard). Weiterhin ist die Verwendung von Schrittmacherleitungen zur Regulierung der Herzfrequenz ( empfohlene Befestigungsstelle: Scheidewand) stellt eine externe elektrische Strom, der zu den Spitzen in der unteren rechten Teil der Ex-vivo-Schleifen gesehen jedoch, wie lange diese noch Schlaufen verfügen über die Herzzyklus-Komponenten, sie noch interpretierbare Daten liefern können.. Tabelle 1 listet die von dieser Druck-Volumen-Schleifen unter Verwendung des PV-Katheter erhalten mehrere Funktionsparameter. Die Kalt statische Speicher wahrscheinlich verursacht eine intrinsische Schädigungen des Herzens, die erklären einige der Änderungen in den auf der Leiter erhaltenen Werte im Vergleich zu den in-vivo-Messungen beiträgt. Einige der Variation innerhalb der lastabhängigen Variablen ist auch aufgrund der Unterschiede in der wahrscheinlich die Vorspannung zwischen dem Schaltkreis und dem lebenden Tier. Abbildung 1. Diagramm der Vorrichtung. Abbildung 2. Vertreter Aortenwurzel Druckmessungen während der Reperfusion. g3highres.jpg "width =" 500 "/> 3. Beispiele von Änderungen Aortenwurzel Druck, der während der Reperfusion auftreten können. Diese Veränderungen können stufenweise und selbstkorrigierende (A) oder abrupt sein und erfordern Änderungen an den Einstellungen auf der Kreiselpumpe (B). 4. Druck-Volumen-Schleifen beim anfänglichen Einführen des Katheters transapikal (A) und nach kleinere Kathetermanipulation (B) erhalten. Hinweis zur Verbesserung der Morphologie der Schleife, wobei die Schleife Crossover eliminiert wird und die Elemente des Herzzyklus erkennbar . Die Spitzen in der unteren rechten Abschnitt der beiden Sätze von Schlaufen sind durch die Verwendung eines Schrittmachers, der einen äußeren elektrischen Signals führt. "Abbildung 5" fo: content-width = "5in" src = "/ files/ftp_upload/51671/51671fig5highres.jpg" width = "500" /> Abbildung 5. Vertreter Druck-Volumen-Messungen am Ex-vivo-Schaltung (obere Reihe), mit der in vivo-Messungen (untere Reihe) zum Vergleich. Auch hier können Schrittmacher-Spikes in der rechten unteren Ecke der beiden Sätze von Ex-vivo-Loops zu sehen. Tabelle 1 Schweineherzens in vivo (linke Spalte) und auf der Arbeitsherzvorrichtung nach 2 h Lagerung in der Kälte (rechte Spalte) CO erhaltenen Funktionsparameter:.. Herzleistung; E a: arterielle Elastance; EDPVR: Ende diastolischen Druck-Volumen-Beziehung; EDV: Ende diastolische Volumen; ESPVR: Ende systolischen Druck-Volumen-Beziehung; PRSW: Preload-rekrutierbar Schlagarbeit; PVA:Druck-Volumen-Bereich; SV: Schlagvolumen; SW: Schlagarbeit.

Discussion

Der Langendorff-Herz isoliert Perfusionsapparatur und Arbeitsherzmodell haben, einige der grundlegenden Entdeckungen in der Herz-Physiologie, Pathologie und Pharmakologie geführt. Dieses Modell Vielseitigkeit ermöglicht seine Verwendung mit einer Vielzahl von Spezies unter einer Vielzahl von normalen und pathologischen Bedingungen 1-18. Jedoch die isoliert Herzmodell ist nicht allgemein für große Säugetiere, insbesondere menschlichen Herzen, zum Teil aufgrund der erhöhten Komplexität der Vorrichtung sowohl Konstruktions-und Datensammlung. Daher ist die hier vorgestellte Protokoll zeigt ein Versuch, diese Komplexität, die in einem relativ reproduzierbar mittels Studium isolierten Schweineherzen Ergebnisse zu verbessern.

Eine entscheidende Komponente unserer Einrichtung ist der Ersatz der arteriellen Compliance / Nachlast Kammer mit einer Kreiselpumpe. Dieser Austausch ermöglicht die verbesserte Kontrolle der koronaren Perfusion Druck und Nachlast in Langendorff-Herz-und Arbeitsweisen, Gebieten zuVely ermöglicht dieses Set-up leicht, die Herzen in verschiedenen Größen und Arten angepasst werden. Zum Beispiel in diesem Entwurf, Schweine Herzen sind bei 40-45 mmHg Reperfusion, während die Herzen der Menschen sind bei 60-65 mmHg reperfundiert. Diese Druckänderung wird einfach durch eine entsprechende Einstellung der Kreiselpumpe erreicht; Keine Komponente des Systems muss physisch angepasst werden. Außerdem platzieren einen Druckwandler innerhalb der Aortenwurzel Wurzeldruck überwachen ermöglicht eine einfache Übergang zwischen konstanten und konstanten Druck während der Langendorff-Modus. Obwohl diese Änderung entfernt die klassischen Compliance-Kammer, die Kreiselpumpe, indem die bidirektionale Strömung auftritt, auf das Druckgefälle basieren, können als Ausgleichskammer dienen. Mit der Systole und ausgeworfen Schlagvolumen dient retrograde Strömung über der Pumpe zum Nachlast Druck zu verringern, die Replikation der Aorta Elastizität.

Die offene Konstruktion dieser Vorrichtung ist ebenfalls wichtig. Nachdem das Herz hängen in einem offenen einrea, anstelle eines halb geschlossenen Kammer oder Trichter, ermöglicht eine einfachere Instrumentierung für Druck-Volumen-Messungen. Das offene Design ermöglicht die Verwendung eines transapikal Einschnitt für LV Katheterplatzierung, die Vermeidung der transvalvulären Ansatz. Die transvalvulären Ansatz ist technisch schwierig und erfordert in der Regel Durchleuchtung für die richtige Platzierung. Darüber hinaus kann dieser Ansatz auch induzieren Klappeninsuffizienz. Durch die Verwendung der transapikal Ansatz, wir sicher und leicht zu platzieren den Katheter in die linke Herzkammer und eliminiert die zusätzlichen Kosten und Unannehmlichkeiten der Durchleuchtung. Das offene Design bietet auch einen einfachen Zugang für die Echokardiographie und Abwassersammlung, baut die funktionellen und biochemischen Parameter, die während der auf diesem System bewertet werden können.

Die offene Bauweise und erleichtert die Datenerfassung, lässt das myokardiale Temperaturregelung erschwert. Die Aufrechterhaltung physiologischer Temperatur ist einer der bekannten Probleme mit einem LangendorffHerz-oder Arbeitssystem 1,3,11,13. Der Langendorff-System enthält in der Regel eine Wärmekammer, die pflegen eine richtige Temperatur hilft, aber diese Kammer macht auch Einfügen einer ventrikulären Druck-Volumen-Katheter schwieriger. Um die untere Temperaturregelung der offenen Bauweise zu beheben, wurde ein Oxygenator / Wärmetauscher nach dem Reservoir gegeben. Der minimale Abstand zwischen dem Wärmetauscher und der Aorten-Kanüle reduziert den Wärmeverlust und die Myokard-Temperaturfühler sorgt für Normothermie. Die Verwendung von Doppelmantelrohr oder externen Wärmequellen können auch verwendet werden, um mit Temperaturregelung beitragen.

Ein weiteres einzigartiges Element dieses Protokoll ist das Waschen der Eigenblut des Schweins untersucht und Neugründung mit normaler Kochsalzlösung. Obwohl die Verwendung von Vollblut Perfusaten oder roten Blutkörperchen mit kristalloiden Puffer ergänzt ist nicht ungewöhnlich, mit Ausgaben vorhanden tut es. Ersteres erfordert in der Regel eine Spendertier, das subst fügtantial Kosten für den Versuch, während die letzteren können Immunogenität Probleme haben, da es in der Regel aus Rinderblut 1,11-13 abgeleitet. Durch Waschen Eigenblut des ursprünglichen Schweine, das Protokoll erfordert nur einen einzigen Tier-und Immunogenität Fragen werden abgetragen. Auch der Waschvorgang entfernt die meisten der Elektrolyte, dh sie können einfach per experimentellen Parameter manipuliert werden. Schließlich, mit Hilfe eines Bluterhaltungsgerät entfernt die meisten Proteine ​​in Blut, der sowohl ein Vorteil und Nachteil dieses Verfahrens ist. Der Vorteil ist, dass jeder Koagulation und immunologische / infektiöse Proteine ​​werden entfernt, die Verringerung der Wahrscheinlichkeit von Blutgerinnseln oder Verschmutzung. Der Nachteil ist, dass diese Mischung eine geringe onkotischen Druck, der myokardialen Ödems und möglicherweise Verlust der Herzfunktion über die Zeit führen kann. Dieses Problem kann gelöst werden, jedoch durch den Zusatz von Albumin oder einem anderen Kolloid.

Sicherstellen, dass eine in der richtigen Größe einimal und Katheter wurden ausgewählt, ist genauso wichtig wie mit dem richtigen Arbeitsgerät Herzen. Idealerweise wird der Katheter mit allen Abtastelektroden in der Herzkammerraum angeordnet ist, mit zwei Erregungselektroden (dh die am proximalen Elektroden) außerhalb des Kammerraums. Wenn ventrikuläre Höhle des Tiers zu klein ist, oder der Abstand zwischen den Elektroden zu groß ist, dann werden alle Segmente nicht in der LV Raum passen. Während die Lage der Anregungselektroden kann eingestellt werden, kann ein kleiner Hohlraum LV auch dazu führen, dass der Katheter Biegung oder Krümmung, so dass die Datenerfassung schwierig. Daher ist für die funktionelle Analyse von großen Tierherzen, ein Tiergröße von mindestens 60 kg empfohlen. Mit einem Tier dieser Größe ermöglicht Elektrodenabstand von 7 mm in der Regel für die vollständige Einführung des Katheters.

Im Ergebnis dieses Manuskript beschreibt ein isoliertes System, das Herz arbeitet Perfusion Druckregelung vereinfacht, Daten-colwahl, und die allgemeine Gestaltung, während Sie Temperaturregelung nur etwas schwieriger. Diese Modifikationen der isolierten Arbeits Herz wird hoffentlich ermöglichen, für die verstärkte Nutzung mit großen Säugetierherzen, einschließlich Menschen, Förderung unseres Verständnisses der Herzpathologie und damit mehr klinisch relevanten Behandlungsmöglichkeiten zu entdecken.

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
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References

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

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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).
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