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
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Die Ausrüstung und die hier beschriebenen Experimente wurden von der Abteilung für Kardiologie, Boston Kinderkrankenhaus und von philanthropischen Spenden aus der Haseotes Familie finanziert. Wir danken Drs. Frank McGowan und Huamei er für uns mit frühen Erfahrungen mit diesem Modell bieten, und Lindsay Thomson für die Unterstützung mit Grafik.

Dieses Protokoll wird unter einem aktuellen Protokoll im Rahmen der Tierpflege Institution und Verwendung Ausschuss durchgeführt. 1. Vorbereitung für das Studium <ol><li> Schalten Sie das Wasserbad das Krebs-Henseleit-Puffer (KHB) Reservoir (auf 42 ° C) zu erwärmen. </li><li> Vorbereitung 16 L von KHB enthaltend (in mM) 128 NaCl, 5,7 KCl, 1,3 MgSO 4, 25 NaHCO 3, 2,7 CaCl 2, 0,53 EDTA, 0,54 NaC 3 H 3 O 3 und 10,8 Dextrose. 13 Die Substratmassen sind wie folgt : 27,584 g NaCl, 1,58 g KCl, 0,578 g MgSO 4, 8,401 g NaHCO 3, 1,47 g CaCl 2, 0,744 g EDTA, 0,22 g NaC 3 H 3 O 3 und 7,208 g Dextrose. Anmerkung: Diese Komponenten in konische Röhrchen in Pulverform gelagert werden kann zur Rekonstitution am Tag der Experimente. <ol><li> Filter 4 l deionisiertem Wasser durch einen 0,22 Mikron-Filter. </li><li> In 3,7 L dieses Wassers in einen 4 LBecherglas. Fügen Sie alle Komponenten mit Ausnahme von CaCl 2 zum Wasser. </li><li> Man löst das CaCl 2 in den verbleibenden 300 ml Wasser über einen separaten Becherglas verwendet wird . </li><li> Oxydieren , die Lösung mit 95% O 2/5% CO 2 in 1 L / min (LPM) für 5 min. Dies korrigiert den pH - Wert auf 7,40 erhöht und die Auflösung von CaCl 2. </li><li> Fügen Sie die CaCl 2 zu dem Rest des KHB. </li><li> Fügen Sie den fertig KHB zu einem Reservoir und zirkulieren durch alle Schläuche für 30 min. Stellen Sie sicher, dass das System frei von makroskopischen Blasen ist. Oxygenat mit 95% O 2/5% CO 2 bei 0,5 LPM. HINWEIS: KHB über Nacht im Kühlschrank können für nicht mehr als 1 gespeichert - vor 2 Tagen, brachte wieder auf Raumtemperatur und wieder gefiltert für den Einsatz. Nicht wiederverwenden KHB nicht zwischen den Experimenten. </li><li> Bereiten Sie 2 x 50 ml sauberen Becher mit eiskaltem KHB und legen Sie sie in einen Eimer mit Eis in der Nähe der Dissektion Station. Stellen Sie sicher, dass der KHB ist eiskalt (und nicht gekühlt) vor Ex<html> Begrünung des Herzens. </li><li> Setzen Sie den Mikro Druck-Volumen (PV) Katheter in einem 10-ml-Spritze mit gefiltertem KHB gefüllt für 30 Minuten vor der Kalibrierung, den Anweisungen des Herstellers. HINWEIS: Die Temperatur des KHB verwendete PV Katheter bis 37 ° C so nahe wie möglich zu tränken sollte. </li></ol></li><li> Bereiten Sie die Anästhesie und Sezieren Station für das Tier. <ol><li> Für ausreichende Isofluran in dem Reservoir. Zeichne bis 500 U Heparin in einer 1 ml-Spritze; legen Sie eine 26 Gauge (1/2 &quot;) Nadel auf dieser Spritze. eine Maske Bereiten Sie das Tier für betäuben. </li></ol></li><li> Stellen Sie die Aorten-Block Perfusionsdruck auf 80 mmHg und den linken Vorhof (LA) Block Perfusionsdruck auf 10 mmHg. Öffnen Sie sowohl die Aorten-Block und LA-Block zu ermöglichen, warme KHB zu tropfen. Wenn Sie bereit sind, das Tier zu sezieren, öffnen Sie die Aorten-Block heraus eine stetige langsame Tropf der KHB zu ermöglichen. </li><li> Kalibrieren Sie den PV-Katheter nach den Anweisungen des Herstellers. </li></ol>&quot;&gt; 2. Vorbereitung der Tiere und Dissection HINWEIS: Für beste Ergebnisse sorgen Tier zwischen 300 und 500 g; wir haben, dass ein Tier Gewicht zwischen 425 bis 450 g ist ideal für unser System nicht gefunden. <ol><li> Anesthetize das Tier in einer Kammer mit Isofluran (1 - 2%), bis das Tier bewusstlos ist. Übertragen Sie das Tier auf die Dissektion Station und legen Sie die Narkosemaske mit Isofluran und Sauerstoff auf das Tier. Führen Sie Zehe Prise Niveau der Sedierung zu beurteilen. Bewerben Tierarzt Salbe auf die Augen Trockenheit während der Narkose zu verhindern. </li><li> Injizieren Heparin, 500 Einheiten intraperitoneale in der Bauchhöhle. Erlauben 10 min für das Heparin absorbiert werden. Sichern Sie sich die Gliedmaßen des Tieres mit Klebeband Visualisierung des Thorax zu verbessern. </li><li> Dissection des Herzens. <ol><li> Sobald sichergestellt wird, dass es keine Antwort auf eine Zehe Prise ist, heben Sie die Haut weg von der Bauchhöhle mit einer Pinzette und dann mit einer Schere die Bauchhöhle einzuschneiden, nach der Kurve von ter Membran mit dem hinteren Winkel der Rippen zurück. </li><li> Sobald die Membran sichtbar ist, unter Verwendung einer kleinen Schere entlang der vorderen Fläche der Membran nach der Richtung der vorherigen Schnitte geschnitten für den Eintritt in den Brustkorb zu ermöglichen. Erweitern Sie jeden Schnitt entlang der Axillarlinie bilateral nach der Achselhöhle. HINWEIS: Die nächsten Schritte effizient durchgeführt werden sollte, da Belüftung beeinträchtigt wird, sobald die Membran eingeschnitten wird. </li><li> Ziehen Sie den Brustkorb nach vorne aus dem Xiphoidbasis mit einer Pinzette. Inzision das Perikard und Pleura. </li><li> Identifizieren Sie die untere Hohlvene (IVC) und Aorta nur oberhalb des Zwerchfells und einfahren sie en bloc nach vorne stumpfen Pinzette verwenden. </li><li> Mit großen, gebogenen Schere, machen schnell einen Einschnitt in der IVC und der Aorta, zieht das Herz und die Lunge aus der Brust en bloc. Geschnitten, um die Speiseröhre, die Luftröhre, brachiocephalic Arterien und Venen kranial das Herz und die Lungen aus dem Thorax zu entfernen. Excise die deinmic Gewebe mit diesem Block von Gewebe. Achten Sie darauf, nicht den proximalen Abschnitt der Aorta ascendens zu schneiden. </li><li> Sofort tauchen Sie das Herz und die Lunge in eiskaltem KHB und bewegen auf die Langendorff-Apparatur, stellen jedoch zuvor als in Schritt 1 beschrieben. </li></ol></li></ol> 3. Aortic Kanülierung <ol style="margin-left: 40px;"><li> Legen Sie die Herz-Lungen-Komplex in einer flachen Schale und orientieren das Herz mit der Thymusdrüse und der großen Gefäße der Experimentator zugewandt und den hinteren Teil der Lunge in der Tabelle gegenüber. Ziehen Sie die beiden Lappen des Thymus auseinander und den Start der brachiocephalic Arterien aus der Aorta zu identifizieren. <ol><li> Drapieren die Aorta über den Rand der Schale und transect die Aorta unter Verwendung einer kleinen Schere etwa 5 mm oberhalb der Aortenklappe, gerade proximal zu dem Start des rechten Arteria subclavia. HINWEIS: Der Schnitt sollte eine saubere Runde Kreis ergeben - die Aorta im Querschnitt. Wenn es sich um Off-Winkel (dh ein breites oval)oder unvollständig sind, wiederholen Sie den Schnitt um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Dadurch wird eine effiziente Aorten-Kanülierung erleichtern. </li></ol></li><li> Verwendung von 2 Paaren von gebogenen Pinzette auf beiden Seiten der Aorta, führen die Aorta über die Aortenkanüle (die langsam mit KHB tropft werden sollte). 2 mm unterhalb der Spitze der Kanüle - Die Aortenklappe sollte 1 sitzen. <ol><li> Nach Aorta Kanülierung neu positionieren die Zange senkrecht über der Aorta die Aorta in Position zu halten. Alternativ legen Sie eine kleine Klammer über die Aorta, die Herz-Lungen-Komplex in Position zu halten, eine einzige Experimentator ermöglicht dieses Modell zu vervollständigen. </li></ol></li><li> Haben Sie ein Assistent eine Seiden 4-0 Naht passieren knapp unter der Zange und binden an ihren Platz, Looping um die Kanüle und binden mehrere Male sowohl vor als auch hinter dem Herzen. Öffnen Sie die Kanüle vollständig voll retrograden Aortenfluß zu beginnen. Beachten Sie das Herz kräftig schlagen. HINWEIS: Wenn das Herz nicht schnell zu schlagen beginnt (~ 200 BPM) und kräftig, diebinden oder Kanüle sein kann, eine oder beide der Koronararterien-Okklusionsbauteil. Wenn dies vermutet wird, entfernen Sie die Krawatte und setzen Sie sie von den Koronararterien entfernt. Wenn das Herz bläht und schlägt nicht, kann die Kanüle über die Aortenklappe sein. Wenn die Koronararterie Lecks (KHB Sprays aus der Aortenwurzel), die Kanüle näher an der Aortenklappe vorzurücken (dieses Phänomen kann auftreten, wenn eine Arterie brachiocephalica kanülieren anstelle der aufsteigenden Aorta). </li></ol> 4. Pulmonary Vein Occlusion und Vorbereitung der Lungenarterie für Kanülierung HINWEIS: Der Zweck dieses Schrittes ist es, eine geschlossene linke atriale System zu schaffen, um sicherzustellen, daß alle Volumen und Druck von der linken Herzblock zu den linken Herzstrukturen übertragen wird. Nicht vollständig die Lungenvenen verstopfen könnte in Preload-Mangel und können die Ergebnisse verfälschen oder eine instabile Arbeits Herz Vorbereitung schaffen. <ol><li> Entfernen Sie die Thymusdrüse Exposition von th zu verbesserne Lungenarterie (PA). </li><li> Manuell drehen, um die Aortenkanüle, so dass die hintere Seite des Herzens dem Bediener zugewandt ist. Präparieren aus die Schiffe auf der rechten Lunge führt. Hängen Sie die rechte Lungengewebe einer Pinzette auf, diese Schiffe umreißen. Mit mittelgroßen chirurgischen Clips (oder Naht), verschließen die rechte Lungenarterie und Vene und Bronchus mit einem einzigen Clip. Resezieren der rechten Lunge distal zu dem Clip. HINWEIS: Aufgrund der Schwierigkeiten in der Lungenarterie frei seziert, unsere Praxis ist, die Lungenvenen zu verschließen, die Lungenarterie zu blähen, es einfacher zu machen, ohne die in der Nähe Strukturen in einem Herzschlag-Modell zu verletzen einzuschneiden. </li><li> Wiederholen Sie Schritt 4.2 auf der linken Lunge. HINWEIS: Mögliche Gefahren und Problemlösung: Wenn beide Lungenarterien verschlossen sind, werden sichtbar den rechten Vorhof aufblähen und das Herz kann bradykardischen werden. Dies ist, weil der rechte Ventrikel wird unter Druck gesetzt. Wenn dies nicht geschieht, ist es wahrscheinlich, dass die pulmonary Venen sind nicht vollständig verschlossen, und die Vorspannung für Arbeits Herz Modus unzureichend sein. Wenn das Herz nicht in der Lage die Herzleistung nach links Vorhof (LA) Kanülierung und versuchte, den Übergang ins Berufs Herz (siehe unten) zu halten, sollten Sie zusätzliche Clips platzieren oder eine Krawatte um den Stümpfen Pulmonalvene restliche Leck zu verschließen. Sobald die PAs verschlossen sind jedoch Schritt 5 sollte sofort durchgeführt werden, myokardiale Ischämie zu minimieren. Beachten Sie, dass einige Forscher die Lungenarterie vor der Ligation der Pulmonalvenen einzuschneiden Druckbeaufschlagung des rechten Ventrikels zu vermeiden. </li><li> Pulmonale arterielle Einschnitt <ol><li> Drehen Sie die Aortenkanüle, so dass die Vorderseite des Herzens ist der Betreiber gegenüber. Identifizieren Sie die Lungenarterie. Wiederum kann diese Arterie aufgetrieben werden. Mit einer kleinen Schere machen einen Querinzision etwa 3 mm über der Pulmonalklappe. Hinweis: das wird sofort den Druck zu entlasten und die Herzfrequenz erhöhen. Seinverursachen diese Kanüle leicht zu lösen, kanülieren die Lungenarterie nach linksatrialen Kanülierung abgeschlossen ist. </li></ol></li></ol> 5. Links Atrial Kanülierung <ol><li> Drehen Sie die Aortenkanüle, so dass der linke Vorhof dem Bediener zugewandt ist. Mit Hilfe der kleinen Schere, machen Sie eine 2 - 3 mm Einschnitt in den Oberkörper des linken Vorhofs, ca. 3 mm über der atrioventricular Nut. <ol><li> Positionieren Sie den linken Vorhof Kanüle senkrecht zur Ebene der Mitralklappe und wies auf die atriale Septum. </li><li> Öffnen Sie die LA Kanüle bis KHB fließt. Stellen Sie sicher, dass der KHB sich warm anfühlen, ist (es schnell kalt wird, wenn in jedem nicht-ummantelten Schlauch sitzend) um Myokarddysfunktion zu vermeiden wegen Hypothermie folgende Übergangsmodus zu arbeiten. Übergang zu einer Tropfrate während der Kanülierung. </li></ol></li><li> Mit einer Pinzette Gegen Traktion, legen Sie die atriale Kanüle in den Körper des linken Vorhofs zu halten, dabei nicht excessi zu verwendenve Kraft, die das Atrium reißen kann. HINWEIS: Die sollten LA Kanüle positioniert werden, so dass sie ohne jede Spannung an der Vorhofwand in der Mitte des Atriums liegt. </li><li> Übergeben Sie eine 4-0-Seidenfaden um den Körper des linken Vorhofs und verknoten eine Abdichtung des Atriums um die Kanüle zu schaffen. Achten Sie darauf, um sicherzustellen, dass die hintere Seite des linken Vorhof in die Naht enthalten ist. Fügen Sie zusätzliche Nähte wie nötig. Einmal versiegelt, ziehen Sie die Kanüle zurück 1 - 2 mm, so dass es in der Mitte des Atriums sitzt und nicht gegen die Vorhofseptums. HINWEIS: Der häufigste Grund, dass das Herz beim Übergang Modus zu arbeiten Herz malperfused wird ist, dass die LA Kanüle die Vorhofseptums anstößt, das linke Vorhof Zufluss verschliesst. Die LA - Tracing ändert sich oft eine richtige eine Welle und v Welle zu zeigen , wenn die Kanüle in der richtigen Position ist (siehe Abbildung 2E). </li><li> Öffnen des Kanülenventil LA vollständig die volle Vorspannung zum linken Atrium zu verabreichen. Überwachen Sie dieTropfgeschwindigkeit aus dem Herzen (die von koronaren Abwasser kommt). Stellen Sie sicher, dass die Tropfgeschwindigkeit ändert sich nicht, wenn die LA Kanüle geöffnet ist. Ist dies der Fall, retie das Atrium um die Kanüle herum, wie in Schritt 6.4 beschrieben, da dies ein Leck in dem System darstellt. </li></ol> 6. Pulmonalarterieller Kanülierung und Übergang in den Arbeits Herz-Modus <ol><li> Wenn myokardialen Sauerstoffverbrauch (oder anderen Substanzen in koronaren Ausflusses, wie Arzneimittelspiegel oder Cytokine) Messen, legen 1/32 &quot;flexible Schlauch in dem Stand der Einschnitt in der Lungenarterie. HINWEIS: Der Sauerstoffverbrauch wird als die Differenz des Sauerstoffgehalts zwischen linksatrialen Perfusat und Pulmonalarterie Abstrom 2 gemessen. <ol><li> Für die kontinuierliche Messung des myokardialen Sauerstoffverbrauchs, verwenden Sie eine in-line Sauerstoffelektrode des linken Atriums und Koronarsinus Abwasser zu vergleichen. </li><li> Sammeln Sie Koronarsinus Abwasser (sowohl aus der Lungenarterie und tropft aus dem Herzen) in einem graduierten Zylinderinder für zeitlich Quantifizierung der koronaren Fluss. </li><li> Berechnen myokardialen Sauerstoffverbrauch , wie vorstehend beschrieben. 2 </li></ol></li><li> Übergang in das Berufs Herz-Modus mit der retrograden Aorten-Pumpe abgeschaltet wird. HINWEIS: Wenn dies geschehen ist, wird der LA Druck die Vorbelastungsdruck und der Widerstand, die zuvor Widerstand jetzt Widerstand gegen Herzleistung liefert zur retrograden Pumpe in Langendorff-Modus Bereitstellen wurde, einen mittleren arteriellen Druck erzeugt wird. Wenn der mittlere arterielle Druck sinkt unter ~ 80 mmHg, ist die Ursache wahrscheinlich entweder Vorbelastung oder myokardiale Funktion verwandt. Das wahrscheinlichste Problem ist die linke Vorhof Kanüle, die nach dem Neustart des rückläufigen Pumpe eingestellt werden sollte. </li></ol> 7. Einsetzen des linksventrikulären Druck Volumen Catheter HINWEIS: Der PV Katheter angeordnet werden kann entweder retrograden (durch die Aortenklappe) oder über apikalen Einstich. Der Vorteil der retrograden ist, dass position ist konsequenter und es entfällt die Notwendigkeit für apikal Stich- und den damit verbundenen Risiken der koronaren Verletzung oder Verlust der Vorspannung. Allerdings kann rückläufige Platzierung manchmal sehr schwierig sein, so dass wir beschreiben beide Techniken hier. <ol><li> Bringen Sie einen 1.4 Französisch Druck-Volumen-Katheter mit dem Druckvolumen-Loop-System. Kalibrieren des Systems in warmem KHB nach den Anweisungen des Herstellers. Sicherstellen, dass die Wellenform in Echtzeit sichtbar ist. Bringen Sie den Katheter und Leitungen dicht an der Oberfläche des LV, um ihn nicht zu lösen nach der Platzierung. </li><li> Zur retrograden Platzierung, öffnen Sie das einstellbare Ventil und führen Sie den PV-Katheter sanft über die Aortenklappe, bis ein stabiler Druck und Volumenwellenform identifiziert werden. Vermeiden Sie übermäßige Anwendung von Gewalt, die die Aortenklappe beschädigen oder die Herzspitze durchstechen. HINWEIS: Es wird festgestellt, dass es wichtig ist, die Länge der Rohrleitung und die Anzahl der Windungen zu minimieren, die die PV-Katheter navigieren müssen die AV zu nähern. Eskann hilfreich sein, um den Schlauch, der mit dem System kommt zu senken. </li><li> Für apikal Platzierung, eine 24 G Angio-Katheter mit einem apikal Einstich in der LV zu schaffen. Achten Sie darauf, den linken vorderen absteigenden Koronararterie zu vermeiden. Richten Sie die Nadel in Richtung der Aortenklappe von der Herzspitze. Voraus, um den Druck-Volumen-Katheter in den Körper des LV. Beenden Sie die Katheters sobald der LV Druck und Volumenwellenform identifiziert wird. </li><li> Sobald der Druck-Volumen-Katheter an Ort und Stelle ist, bewegen Sie den Wassermantel in die richtige Position um das Herz. Befestigen Sie den Katheter an der Wand des Wassermantels mit einem kleinen Stück Klebeband. </li><li> Stellen Sie sicher, mindestens einen Zeitraum von 30 Minuten von Stabilität vor irgendwelche Messungen oder Eingriffe zu beginnen. </li></ol> 8. Die Infusion von Medikamenten <ol><li> (Optional) Infuse Medikamente (zB Dopamin) in den linken Vorhof - Block eine Standardmedikation Pumpe. Anmerkung: Wir haben dosierte Medikamente nach dem whole Körpergewicht des Tieres, da Strömung äquivalent zu einem vollständigen Herzleistung geht durch den Vorhof-Block; nur ein kleiner Teil davon gelangt durch die koronare Durchblutung, wie es in vivo macht. Alternativ kann ein zweiter Satz von Perfusat mit einer vorgegebenen Konzentration von Medikamenten geschaffen werden und verwendet, um das Herz perfundiert. HINWEIS: In unserem Protokoll infundieren wir Medikamente über einen 12-minütigen Zeitraum, physiologische Daten, die während der letzten 10 min von jeder Infusion gesammelt und zu einer unmittelbar vorangehenden 10 min Basislinie verglichen wird. </li></ol> 9. Physiologische Manipulations <ol><li> Puls <ol><li> (Optional) Naht zwei Stimulationsdrähte auf die rechte Vorhofwand und heften sich an einem temporären Stimulationsgerät. HINWEIS: Dies ermöglicht eine genaue Steuerung der Herzfrequenz (oberhalb der nativen Sinusfrequenz) und ein Verständnis für die Beziehung zwischen Herzfrequenz und Kontraktilität unabhängig von einer cardiotonischen Medikamenten. </li></ol></li><li> Preload <ol><li> variieren Sie dieVorspannung (als linksventrikuläre enddiastolische Volumen definiert ist), indem die Höhe der Säule Variieren des linksatrialen Block speist. </li></ol></li><li> Blutdruck <ol><li> Betätigen Sie den Blutdruck (der primäre Faktor für die Nachbelastung in diesem Modell) unter Verwendung der Druckventile auf der IH-51. </li></ol></li><li> Koronare Sauerstoffgehalt <ol><li> Erledigen unterschiedlichem Ausmaß der myokardialen Hypoxie durch das Herz mit KHB Perfusion in verschiedenen Gasmischungen gesättigt. Tun Sie dies durch separate Mantel Reservoirs mit (jeweils mit eigenem Gasgemisch) Gleichgewicht zwischen dem Gas und KHB zu gewährleisten. </li><li> Erledigen koronare Ischämie durch die Naht mit einem distalen Koronararterie Ligatur. HINWEIS: Die Unterbindung der proximalen Koronararterien im Arbeits Herz-Modus in tödliche Myokarddysfunktion führen kann. </li><li> Induzieren global koronare Ischämie durch Unterbrechung oder retrograder Perfusion für eine definierte Zeit verzögert. </li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Dieses Arbeitsherzmodell erlaubt die Beurteilung der ventrikulären Leistung mit voller Kontrolle über Vorlast und Nachlast, Sauerstoffspannung des Perfusat sowie Herzfrequenz. Unter anderen Faktoren erlaubt es Beurteilung der intrinsischen myokardiale Wirkung von inotrope Medikamente unabhängig von Nachlast und Vorspannung, die Art und Weise , die nicht möglich sind , unter Verwendung eines in - vivo - Modell. Da dieses Modell eine kristalloider Perfusat verwendet, es Beurteilung das Myokard ohne Interferenz von Hämoglobin ermöglicht es , die spektroskopische Analyse der myokardialen Energiezustände zu vereinfachen, zum Beispiel. 14 In diesem Modell wird der rechte Vorhof nicht als Teil unserer Instrumentierung einer Kanüle versehen, obwohl es möglich ist , zu tun. Wir wählten absichtlich nicht so zu tun, um Probenahme von koronaren Sinus Fluss für die Beurteilung der myokardialen Sauerstoffverbrauch zu erleichtern. Wichtig ist aber, führt das rechte Herz immer noch Druck und Volumen der Arbeit in diesem Modell, wie es die Co-Pumpenronary Sinus fließen in die Lungenarterie Kanüle. Eine rechte ventrikuläre Vorspannung Bereitstellung verbessert Positionierung des Ventrikelseptums und verbessert die linksventrikuläre Leistung und ist ein wichtiger Bestandteil dieses Modells. 15 Es gibt mehrere experimentelle Fallen zu nennen. Die erste ist die anfängliche retrograden Kanülierung, die zweckmäßigerweise durchgeführt werden sollte (dh in weniger als 2 min) , um den Zeitraum der Ischämie zu minimieren. Die wichtigste Fähigkeit zu meistern ist die effiziente Isolierung, Herstellung und Handhabung der aufsteigende Aorta. Es ist wichtig, dass die Aortenstumpf nicht übermäßig kurz geschnitten werden, nicht ausreichend Platz für Kanülierung oberhalb der Aortenklappe zu verlassen. Es ist jedoch auch wichtig, dass der Aortenstumpf nicht zu lang sein, die Anziehhülse der Aorta um die Kanüle führen kann. Es ist auch wichtig, dass die Aorta Kanüle und Aortenwurzel geeigneter Größe abgestimmt sein. Eine zu große Aorta auf einer kleinen Kanüle kann auchführen zu Torquen der Aortenwurzel an der Kanüle. Die rechte Subclavia dauert in der Regel von der aufsteigende Aorta ca. 7 mm über der Aortenklappe ab. Die Ermittlung der brachiocephalic Gefäße (ca. 1 mm Durchmesser) bei der Präparation und Beschneiden der Aorta dienen als wichtige Ziele für die Quer Aorten-Schnitt. knapp unter dem Start der ersten brachiocephalic Arterie der Aorta Trimmen ist ratsam. Die Aufnahme dieses Schiffes in der getrimmten Aortenwurzel führt typischerweise zu einer Leckage von KHB und Verlust der Aortenwurzel Druck auf den Übergang in die Arbeits Herz-Modus. Eine weitere technische Herausforderung Aspekt der Kanülierung ist die linke Vorhof Kanülierung. Obwohl es möglich ist, das linke Herzohr zu kanülieren fanden wir, dass die Kanüle häufig im Anhängsel stecken bleibt, und geht nicht leicht in den Körper des linken Atriums. So bevorzugen wir, den Einschnitt in den Körper des linken Vorhofs zu bilden, ungefähr2 mm überlegen atrioventriculare Nut. Es ist wichtig, die linke Vorhof Kanüle in der richtigen Ebene vor dem Einsetzen, um den dünnwandigen Atrium zu vermeiden, zu positionieren, Reißen, wenn die Kanüle zu sichern. Wir fanden, daß die optimale Größe des linken Vorhofs Inzision von etwa 3 mm betrug. zu klein eines Einschnitts Erstellen kann auch die Platzierung der linken Herzkanüle erschwert und kann zum Reißen des linken Vorhofs führen. Wir verwenden eine gerade, 8 mm, abgeschrägte Stück sauerstoffundurchlässigen Schlauch (Innendurchmesser 2,9 mm) auf der linken Vorhofblock. Wir haben festgestellt, dass diese, anstatt eine Kanüle mit einer abgeschrägten Kante, führt zu beständigsten atrial Kanülierung und erleichtert den Prozess des linksatrialen Block sichern. Unabhängig von der Rohrleitung verwendet wird, ist es wichtig zu gewährleisten, dass das Ende des Rohres nicht durch die atriale Septum oder die Mitralklappe verschlossen ist (wie oben dargestellt, fanden wir, dass die linke atriale Druck Verfolgung in diesem rega hilfreich warrd), als auch subtile Bewegung der Vorhof Kanüle deutlich linksventrikulären Vorbelastung und die daraus resultierenden hämodynamischen Messungen verändern. Aus dem gleichen Grund ist es wichtig, um sicherzustellen, dass der linke Vorhof mit der linken nach dem Öffnen Vorhofblock nicht folgende entweicht. Es ist wichtig, unabhängig von der Art des Schlauches verwendet, um sicherzustellen, dass der Schlauch in diesem System ist Sauerstoff undurchlässig für ausreichende Sauerstoffversorgung des Herzens gewährleisten. Eine weitere technische Herausforderung Aspekt des Verfahrens war die Platzierung des Druck-Volumen (PV) Katheter. Wir begünstigt zunächst ein retrograder Plazierung des Katheters durch den Aorta Block. Obwohl technisch machbar, wir fanden es viel einfacher und sinnvoll sein, um die PV-Katheter über Transapikal- Einstich zu platzieren. Sorgfalt muss die Position des Katheters während der gesamten Dauer des Experiments zu überwachen genommen werden, da manchmal kann der Katheter in das oder aus dem linken Ventrikel zu bewegen. Dies kann durch Überwachung der pressu geschehenre und Volumen Kurven über die Zeit. Schließlich sollte darauf geachtet werden, sicherzustellen, dass KHB Lösung für jedes Experiment frisch erstellt wird. Es ist möglich, die Bestandteile von KHB abzuwiegen und speichern sie in konische Röhrchen in Pulverform vor der Zeit. Am Tag des Experiments, mit sterilem, gefiltertes Wasser, Kohlendioxid / Sauerstoff, und dann können diese Calcium zu der Mischung zugegeben gemischt werden. Es ist auch wichtig, das System mit Enzym aktiv Waschpulver wie Tergazyme (oder ähnlich) und ersetzen Sie das Perfusat Filter regelmäßig zu waschen. Mehrere Grenzen dieser Versuchsvorbereitung zu beachten. Erstens, ähnlich wie bei allen kristalloider perfundierter Langendorff-Präparate, KHB und andere asanguinous perfusates haben eine deutlich verminderte Sauerstofftransportfähigkeit in Bezug auf Blut. Obwohl dies teilweise durch koronare Vasodilatation und supraphysiologischen Koronarfluss kompensiert wird, ist die Herstellung nicht vollständig physiologic aus diesem Grund. Zweitens, wegen der nahezu unendlichen Nachgiebigkeit der Windkesselraum in diesem Instrument verwendet wird , werden nur die systolischen und diastolischen Druck minimal voneinander getrennt und damit die koronare Perfusionsdruck ist nicht physiologischen (siehe 2A). Dies kann in zukünftigen Modellen durch Einbau einer elastance Komponente zur Nachbelastung Block überwunden werden. Drittens, wie bei allen isolierten Herzpräparationen erfährt das Herz einen definierten Zeitraum (2 bis 3 min) von warmer Ischämie die wahrscheinlich myokardialer Verletzung oder Dysfunktion zu schaffen. diese Verletzung durch die Praxis der Technik zu minimieren ist von größter Bedeutung für repräsentative Ergebnisse. Obwohl ferner notwendig für den Tierschutz, kann inhalativen Anästhetika als myokardiale Unterdrückungs in den frühen Reperfusion Prozess dienen, obwohl erwartet wird, dass dieser Effekt schnell wie das Herz mit KHB Reperfusion wird abgeschafft wird. Die Arbeitsherz beschriebene System ermöglicht eine große Vielfalt von physiologic Untersuchungen relevant für die Patientenversorgung, Forschung und Lehre. Mit einigen zusätzlichen Modifikationen kann das System auch wichtig Physiologie zu simulieren relevant kongenitaler Herzkrankheit, einschließlich der pulmonalen Hypertonie und Einzel Ventrikel Physiologie verwendet werden. Einschränkungen umfassen , dass es eine ex - vivo - Herstellung ist, dass das Herz durch einen Puffer anstelle eines höheren Sauerstoffgehalt Blut perfundiert wird.

Die Untersuchung von isolierten Organen erlaubt die Kontrolle von physiologischen Bedingungen über das, was in vivo möglich ist. Ex - vivo - Herzpräparate wurden zuerst von Otto Langendorff beschrieben, 1, der ein isoliertes Modell mit retrograder Perfusion beschrieben. Anschließend anderen beschrieben , das Modell &quot;working heart&quot;, in dem das Myokard sowohl Druck- und Volumenarbeit ausführt. 2 Solche Präparate instrumental wurden Mechanismen der myokardialen Wirkung in Aufklären, 3 myokardialen Metabolismus, 4-6 und Wirkungen von kardiotonischen Medikamente. 7- 9 Der Einsatz von Medikamenten, die Kontraktilität verbessern, ist bei kritisch kranken Patienten häufig. Jedoch sind nur wenige Daten verfügbar, um die relativen Wirkungen dieser Medikamente auf die Kontraktilität und den myokardialen Sauerstoffverbrauch, Daten zu vergleichen, die in der Behandlung von Patienten mit klinischen Anzeichen einer Herzinsuffizienz in der postoperativen Einstellung nützlich sein können,10. Da jedoch die meisten kardiotonische Medikamente beeinflussen nicht nur das Myokard, sondern auch arteriolar Widerstand, venöse Kapazität 11 und eine Stoffwechselrate des Patienten 12 ex vivo isolierten Herzmodell bleiben die optimalen Mittel , mit denen die Auswirkungen solcher Arzneimittel auf den zu studieren Myokard richtig. Wir beschreiben die Verwendung eines ex vivo - Modell für die lastunabhängige Studie inotropen Medikamenten auf die myokardiale Funktion und Sauerstoffverbrauch. Herzen von Sprague Dawley-Ratten wurden unter Verwendung eines linksventrikulären Herzmodell Arbeits kanüliert und perfundiert eine modifizierte Krebs Henseleit Perfusat verwendet. Aortic und links wurden Vorhofdruck gesteuert. Druck-Volumen-Impedanz Katheter wurden für die kontinuierliche Überwachung der systolischen und diastolischen Funktion in den linken Ventrikel über apikalen Einstich platziert. Der Sauerstoffverbrauch wurde als der indexierten Differenz des Sauerstoffgehalts zwischen den linken atrialen perfus kontinuierlich gemessenaß und die Lungenarterie Abwasser. Medikamente werden sollten, wurden in den linken Vorhof Block infundiert getestet, und Veränderungen in der Herzleistung und Sauerstoffmetabolismus wurden mit einer unmittelbar vorhergehenden Basislinie gemessen und verglichen.

<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).

Eine schematische Darstellung einer voll instrumentierten Herz in retrograder Perfusion (1A) und in die linksventrikuläre Herzarbeits (1B). Typische Aorten, linke atriale und linksventrikulärer Druck und Volumen - Kurven sind in Figur 2A gezeigt -. D Die typische enddiastolischen Druck etwa 3 bis 5 mmHg in diesem Modell, und der systolische Spitzendruck etwa 100 mmHg 2E veranschaulicht die Änderung. in atrialen Verfolgungs links, wenn die LA Kanüle aus dem Vorhofseptum während der Platzierung und Positionierung der Kanüle wegbewegt wird. In diesen Experimenten wurde Aortendrucks bei 90 mmHg eingestellt, und LA Druck auf 10 mmHg eingestellt. Um die Effekte von Katecholaminen testen, wobei jeder physiologische Parameter (vor allem aus dem Druck-Volumen-Katheter abgeleitet und zugeordnete Software) wurde im Vergleich zu dem unmittelbar vorhergehenden<html> Basisperiode. In dem gezeigten Beispiel ist Dopamin wurde bei 15 &amp; mgr; g / kg / min in den linken Vorhof-Block infundiert. Obwohl das enddiastolische Druck in den beiden Bedingungen, die identisch ist (der feste atrialen Druck in diesem Modell angegeben), verringert sich die linksventrikuläre enddiastolische Volumen um 2,5% und der linksventrikulären endsystolischen Volumen verringert sich um 4,9%, eine erhöhte Schlagvolumen Nachgeben (3A). Im Vergleich zu Placebo - Infusionen, die linksventrikuläre Hubarbeit, identifiziert als der Bereich innerhalb der Druck-Volumen - Kurve, erhöht um 32% während der Behandlung mit Dopamin (3B, P &lt;0.001, t - Test, n = 10 pro Gruppe). Dies wurde mit einem stärkeren Anstieg der myokardialen Sauerstoffverbrauch im Vergleich zu Placebo - Infusionen (3C) zugeordnet ist . Auf diese Weise kann die relative Potenz und Energiekosten von verschiedenen cardiotonischen Medikamenten und Dosierungen zu einander unabhängig von deren Auswirkungen auf die Belastungsbedingungen verglichen werden. Inhalt &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/54149/54149fig1.jpg" /> Abbildung 1: Schematische Darstellung der Strömung in einem Voll instrumentierte Herz in Retroperfusion und Arbeits Herz - Modus (Panel A: Langendorff - Modus; Feld B:.. Arbeits Herz - Modus Im retrograden Modus wird KHB bei einer eingestellten Perfusionsdruck in die Aortenwurzel infundiert. dieser Modus wird verwendet , um das Myokard folgende ischämischen Zeit und während der Instrumentierung zu erholen. im Herz - Modus arbeiten, Perfusat das linke Herz fließt durch , bevor Sie den Koronarkreislaufs Perfusion. In diesem Modus muss das Myokard seine eigene Perfusionsdruck erzeugen. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54149/54149fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier um zu sehen eine größere Version dieser Figur.</a> <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/54149/54149fig2.jpg" /> Fild 2: Repräsentative Druck und Volumen Tracings während der Baseline Messungen. (A) Aortic Wurzeldruck, (B) des linken Atriums Druck, (C) linksventrikulären Druck und (D) linksventrikuläre Volumen Kurven während einer Baseline - Messung angezeigt werden. Hubvolumen, Schlaganfall Arbeit, Herzzeitvolumen, tau, und andere Parameter können automatisch von der Software in Echtzeit berechnet und angezeigt werden. Ein stumpfer linksatrielle Tracing (E) mit einem schlechten Herzleistung zugeordnet ist, in Arbeits Herz - Modus kann ein Hinweis sein , dass die Kanüle in den linken Vorhof Fehlpositionierung wird. Beachten Sie, dass die prominente v Welle in der gut platzierten linken Vorhofdruckkurve ist weit verbreitet, wahrscheinlich aufgrund einer verringerten linken Vorhofs Compliance in der voll instrumentierten Tier. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54149/54149fig2large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54149/54149fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> Abbildung 3:. Wirkung von Dopamin auf die Druck-Volumen - Kurve Dopamine Infusion führt zu einer Verschiebung nach links in der PV - Kurve (A), einschließlich einer erhöhten Schlagvolumen verringerte systolische Volumen zu beenden, verglichen mit Baseline - Messungen. Man beachte , dass die Form einiger Komponenten dieser PV - Kurven von denen unterscheiden , die typischerweise in vivo gemessen aufgrund der Abwesenheit von arteriellen und venösen Elastanz (siehe 4). (B) Relative zu einem unmittelbar vorhergehenden Ausgangswert erhöht Hubarbeit deutlich während Infusionen von Dopamin als Placebo (**, P = 0,0017, t-Test), wie auch den myokardialen Sauerstoffverbrauch (*, P = 0,013, t-Test, C). Unter Verwendung dieses Modells war die durchschnittliche myokardialen Sauerstoffverbrauch zu Beginn der Studie 0,22 ± 0,02 mmol O 2 / Gramm Gewebe / Minute, eine geschätzte dissolv mited Sauerstoffgehalt von 165 &amp; mgr; mol / L in Kochsalzlösung bei 40 ° C Solche Messungen können die myokardialen Sauerstoffverbrauch verschiedener Medikamente zu vergleichen verwendet werden. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54149/54149fig3large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54149/54149fig3large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/54149/54149fig4.jpg" /> Abbildung 4: Analyse der Druck Volumen Loops. Die theoretische Druck-Volumen - Kurve gezeigt Beschreibt den normalen Herzzyklus Aortenklappe (AV) Verschluss (1) Im Anschluss an , isovolämischen Kontraktion (1 - 2) auftritt. Als ventrikuläre Druck sinkt unter Vorhofdruck. Die Dauer dieser Phase wird durch Tau dargestellt. Die Mitralklappe (MV) , dann öffnet sich gleichzeitig mit Vorhof Systole des Ventrikels Füllung (2 - 3). Systole beginnt dann mit isovolämischen contraction (3 bis 4) , bis ventrikulären Druck übersteigt Druck diastolischer arterieller, zu welcher Zeit das AV öffnet. Hubvolumen ist der Unterschied zwischen den Zeilen 1 - 2 und 3 -. 4 - Takt Arbeit ist der Bereich innerhalb des 1 - 2 - 3 -. 4 Kurve <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54149/54149fig4large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54149/54149fig4large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

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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.

Nagetier Arbeits Herz Modell für die Untersuchung der myokardialen Leistung und Sauerstoffverbrauch

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

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Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Biology

20.1K Aufrufe.  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.

Serie: 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.

Beurteilung der Herzfunktion und Energetik in isolierten Maus-Herzen mit 31 P-NMR-Spektroskopie

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

Forschung

Medizin

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 Fluoreszenz-Imaging von isolierten biventrikulären Arbeiten Kaninchenherzen

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.

Eine isolierte Arbeits Herz-System für Großtiermodelle

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.

Präklinisches Modell der Herzspende nach Kreislauftod

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.

Optokardiographie und Elektrophysiologie Studien an Ex Vivo Langendorff-perfundierten Herzen

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;

Semi-Minimal Invasive Methode zur Induzieren von Myokardinfarkt bei Ratten und der Beurteilung der Herzfunktion durch ein isoliertes funktionierendes Herzsystem

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.

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.

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.

Verbessertes Nagetiermodell der Myokardischämie und Reperfusionsverletzung

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.

Methoden zur Bestimmung von Preisen von Glucose und die Oxidation von Fettsäuren in der isolierten Arbeitsrattenherz

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

Biologie

<meta charset="utf8"></head><body>Optimierung der Konservierung des Spenderherzens anhand eines funktionierenden Rattenherzperfusionsmodells

Using an Isolated Working Rat Heart Model to Test Donor Heart Preservation Strategies

Optimization of donor heart preservation solutions has played a key role in reducing ischemia-reperfusion injury in donor hearts during organ retrieval, transportation, and transplantation. Previous work from our laboratory showed that the addition of glyceryl trinitrate and erythropoietin to donor heart preservation solutions could significantly improve cardiac functional recovery after prolonged cold storage and in donation after circulatory death hearts. This supplementation protocol has been implemented in clinical use in transplant units around Australia, Belgium, and the United Kingdom. Here, we outline a protocol for testing supplementation strategies using an ex vivo isolated working rat heart (IWRH) perfusion circuit. Using this methodology, supplementation strategies can be tested in the context of prolonged cold static storage, donation after brain death, and donation after circulatory death donor heart preservation. Cardiac functional recovery, measured by aortic flow, coronary flow, cardiac output, pulse pressure, and heart rate, can be used to determine whether a particular preservation strategy can minimize ischemia-reperfusion injury of the donor heart.

<meta charset="utf8"></head><body>Autor im Rampenlicht: Verbesserung der Erhaltung des Spenderherzens durch isolierte Studien zur Herzperfusion von Ratten

We describe an ex vivo isolated working rat heart protocol to test donor heart preservation strategies. This paper describes the protocol for use in static cold storage of rodent donor hearts; however, the protocol can also be used for donor hearts obtained after donation after circulatory death and brain death.

Verwendung eines isolierten funktionierenden Rattenherzmodells zum Testen von Strategien zur Erhaltung des Spenderherzens

Optimization of donor heart preservation solutions has played a key role in reducing ischemia-reperfusion injury in donor hearts during organ retrieval, ...