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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O equipamento e as experiências descritas aqui foram financiados pelo Departamento de Cardiologia do Hospital Infantil de Boston e por doações filantrópicas da família Haseotes. Somos gratos a Drs. Frank McGowan e Huamei Ele por nos fornecer as primeiras experiências com este modelo, e Lindsay Thomson para obter ajuda com trabalhos de arte.

Este protocolo é realizada sob um protocolo atual em comissão de cuidados com os animais e a utilização da instituição. 1. Preparação para o Estudo <ol><li> Ligar o banho de água para aquecer o reservatório de tampão de Krebs-Henseleit (KHB) (definido como 42 ° C). </li><li> Preparar 16 litros de KHB contendo (em mM) 128 de NaCl, 5,7 de KCl, 1,3 MgSO4, 25 NaHCO3, 2,7 CaCl2, 0,53 de EDTA, 0,54 NaC 3 H 3 O 3, e 10,8 dextrose. 13 As massas de substrato são como se segue : 27,584 g de NaCl, 1,58 g de KCl, 0,578 g de MgSO4, 8,401 g de NaHCO3, 1,47 g de CaCl2, 0,744 g de EDTA, 0,22 g de NaC 3 H 3 O 3, e 7,208 g de dextrose. Nota: estes componentes podem ser armazenados em tubos cónicos na forma de pó para reconstituição no dia da experimentação. <ol><li> Filtro de 4 L de água desionizada através de um filtro de 0,22 micron. </li><li> Adicionar 3,7 L de água a esta de 4 Ltaça. Adicionar todos os componentes, excepto para CaCl2 à água. </li><li> Dissolve-se o CaCl2 nos restantes 300 ml de água utilizando um copo separado. </li><li> Oxigenar a solução com 95% de O2 / 5% de CO 2 a 1 L / min (LPM) durante 5 min. Isto corrige o pH para 7,40 e aumenta a dissolução do CaCI2. </li><li> Adicionar o CaCl 2 a parte restante do KHB. </li><li> Adicione o KHB concluído para um reservatório e circular por toda a tubulação para 30 min. Certifique-se de que o sistema está livre de bolhas macroscópicos. Oxigenado com 95% O2 / 5% de CO 2 a 0,5 LPM. NOTA: KHB pode ser armazenado durante a noite no frigorifico durante não mais do que 1 - 2 dias, trazida de volta para a temperatura ambiente e filtrou-se para re-utilização. Não reutilize KHB entre os experimentos. </li><li> Prepare 2 x 50 ml copos limpos com KHB gelada e coloque-os em um balde de gelo perto da estação de dissecção. Certifique-se de que a KHB é frio (e não refrigerados) antes de ex<html> plantando o coração. </li><li> Posicionar o cateter de micro pressão-volume (PV) numa seringa de 10 ml cheia com KHB filtrada durante 30 min antes da calibração, conforme as instruções do fabricante. NOTA: Temperatura de KHB usada para embeber o cateter PV deve ser o mais próximo de 37 ° C quanto possível. </li></ol></li><li> Preparar a anestesia e a estação de dissecação para o animal. <ol><li> Certifique-se de isoflurano adequada no reservatório. Elaborar 500 U de heparina numa seringa de 1 ml; colocar uma agulha de calibre 26 (1/2 &quot;) nesta seringa. Prepara-se uma máscara para anestesiar o animal. </li></ol></li><li> Ajuste a pressão bloco de perfusão aórtica 80 mmHg eo átrio esquerdo (AE) pressão bloco de perfusão 10 mmHg. tanto o bloco aórtica aberta e bloco de LA para permitir quente KHB a escorrer para fora. Quando estiver pronto para dissecar o animal, abrir o bloco aórtica para permitir um gotejamento lento constante de KHB fora. </li><li> Calibra-se o cateter fotovoltaico de acordo com as instruções dos fabricantes. </li></ol>&quot;&gt; 2. Preparação Animal e Dissection NOTA: Para obter melhores resultados, certifique-animal é entre 300 e 500 g; verificou-se que um peso do animal entre 425-450 g é ideal para o nosso sistema. <ol><li> Anestesiar o animal numa câmara de isoflurano utilizando (1 - 2%) até que o animal está inconsciente. Transferir o animal para a estação de dissecção e colocar a máscara de anestesia com isoflurano e oxigénio no animal. Execute toe pitada para avaliar o nível de sedação. Aplicar vet pomada nos olhos para evitar a secura e sob anestesia. </li><li> Injectar heparina, 500 unidades por via intraperitoneal na cavidade abdominal. Permitir 10 min para a heparina de forma a ser absorvido. Fixe os membros do animal com fita para melhorar a visualização do tórax. </li><li> A dissecção do coração. <ol><li> Depois de assegurar que não há resposta a um aperto do dedo do pé, levantar a pele para longe da cavidade abdominal com uma pinça e, em seguida, utilizar tesouras de incisão da cavidade peritoneal, a seguir a curva de tele diafragma volta ao ângulo posterior das costelas. </li><li> Uma vez que o diafragma é visível, utilizando uma tesoura pequena, cortados ao longo da superfície anterior do diafragma seguindo a direcção dos cortes anteriores para permitir a entrada no tórax. Estender cada corte ao longo da linha axilar bilateral para a axila. NOTA: Os próximos passos devem ser realizados de forma eficiente uma vez que a ventilação será comprometida uma vez que o diafragma é incisão. </li><li> Retrair a caixa torácica anterior do processo xifóide usando uma pinça. Inciso pericárdio e pleura. </li><li> Identificar a veia cava inferior (VCI) e aorta logo acima do diafragma e retraem-los em bloco anterior usando uma pinça sem corte. </li><li> Usando grandes, tesoura curva, rapidamente fazer uma incisão através da VCI e aorta, puxando o coração e os pulmões para fora do peito em bloco. Corte as esófago, traqueia, artérias e veias braquiocefálicas cefálica para remover o coração e os pulmões do tórax. Extirpar o teutecido mic com este bloco de tecido. Tome cuidado para não cortar a porção proximal da aorta ascendente. </li><li> imediatamente mergulhe o coração e os pulmões em KHB gelada e passar para o aparelho de Langendorff, previamente configurado conforme descrito na etapa 1. </li></ol></li></ol> 3. aórtica Canulação <ol style="margin-left: 40px;"><li> Colocar o complexo de coração-pulmão de um prato liso e orientar o coração com o timo e grandes vasos de frente para o experimentador e do aspecto posterior dos pulmões de frente para a mesa. Separar os dois lóbulos do timo e identificar a decolagem das artérias braquiocefálicas da aorta. <ol><li> Armar a aorta ao longo da borda do prato e transecto da aorta usando uma tesoura pequena aproximadamente 5 mm acima da válvula aórtica, apenas proximal à decolagem da artéria subclávia direita. NOTA: A incisão deve render um círculo limpo - a aorta na secção transversal. Se estiver desligado angular (ou seja, uma grande oval)ou incompleta, repetir o corte para atingir o resultado desejado. Isso irá facilitar o uso da aorta eficiente. </li></ol></li><li> Usando 2 pares de pinças curvas em ambos os lados da aorta, orientar a aorta através da cânula aórtica (que deve ser gotejando lentamente com KHB). A válvula aórtica deve sentar-se 1 - 2 mm abaixo da ponta da cânula. <ol><li> Após punção aorta, reposicionar a pinça perpendicularmente ao longo da aorta para segurar a aorta no lugar. Alternativamente, coloque uma pequena braçadeira do outro lado da aorta para manter o complexo de pulmão coração no lugar, permitindo que um único experimentador para completar este modelo. </li></ol></li><li> Ter um assistente passar um fio de seda 4-0 logo abaixo do fórceps e gravata no lugar, looping em torno da cânula e amarrando várias vezes, tanto na frente e atrás do coração. Abra a cânula totalmente para começar fluxo aórtico retrógrada completo. Observe o coração bater vigorosamente. NOTA: Se o coração não começa a bater rapidamente (~ 200 BPM) e vigorosamente, oamarrar ou cânula podem ser ocluir uma ou de ambas as artérias coronárias. Se esse é suspeito, remova o empate e reposicioná-lo longe das artérias coronárias. Se o coração distende e não bater, a cânula pode ser através da válvula aórtica. Em caso de vazamento da artéria coronária (sprays KHB a partir da raiz da aorta), o avanço da cânula mais perto da válvula aórtica (este fenómeno pode ocorrer se a artéria inominada é canular no lugar da aorta ascendente). </li></ol> 4. Veia Pulmonar Oclusão e Preparação da artéria pulmonar para Canulação NOTA: O objectivo deste passo é o de criar um sistema do átrio esquerdo fechado para assegurar que todo o volume e a pressão a partir do bloco átrio esquerdo é transmitida para as estruturas do coração esquerdo. Fracasso para ocluir completamente as veias pulmonares pode resultar em deficiência de pré-carga e pode falsificar resultados ou criar uma preparação de coração de trabalho instável. <ol><li> Remover o timo para melhorar a exposição de the artéria pulmonar (AP). </li><li> rodar manualmente a cânula da aorta de modo a que o aspecto posterior do coração está de frente para o operador. Dissecar os vasos principais para o pulmão direito. Suspender o tecido pulmonar direita usando uma pinça para delinear mais destes navios. Usando grampos cirúrgicos de médio-grande (ou sutura), oclusão da artéria pulmonar direita e veia e brônquios com um único clipe. Ressecar o distal pulmão direito ao clipe. NOTA: Devido a dificuldade de dissecção da artéria pulmonar livre, a nossa prática é a oclusão das veias pulmonares para a distensão da artéria pulmonar, tornando mais fácil para inciso sem prejudicar as estruturas vizinhas em um modelo de coração batendo. </li><li> Repita o passo 4,2 no pulmão esquerdo. NOTA: armadilhas potenciais e resolução de problemas: Uma vez que ambas as artérias pulmonares são ocluído, o átrio direito visivelmente distender e o coração pode tornar-se bradicardia. Isto é porque o ventrículo direito fica pressurizado. Se isto não ocorre, é provável que o pulmveias onary não são completamente obstruída, e a pré-carga que irá ser insuficiente para trabalhar o modo de coração. Se o coração não é capaz de manter o débito cardíaco após atrial esquerdo (AE) canulação e tentativa de transição para o coração (veja abaixo) de trabalho, considerar a colocação de clipes adicionais ou um laço ao redor dos troncos das veias pulmonares para ocluir qualquer vazamento residual. Uma vez que os APs são ocluídas, no entanto, Passo 5 deve ser efectuada imediatamente para minimizar a isquemia do miocárdio. Note-se que alguns investigadores incisão na artéria pulmonar antes da ligação das veias pulmonares para evitar a pressurização do ventrículo direito. </li><li> incisão arterial pulmonar <ol><li> Girar a cânula da aorta de modo a que o aspecto anterior do coração está de frente para o operador. Identificar a artéria pulmonar. Mais uma vez, esta artéria pode ser distendido. Com uma tesoura pequena fazer uma incisão transversal aproximadamente 3 mm acima da válvula pulmonar. NOTA: Este será imediatamente aliviar a pressão ea frequência cardíaca pode aumentar. Estarcausar esta cânula é fácil para desalojar, canular a artéria pulmonar após canulação do átrio esquerdo é completa. </li></ol></li></ol> 5. Atrial Esquerdo Canulação <ol><li> Girar a cânula da aorta de modo a que o átrio esquerdo está de frente para o operador. Usando as pequenas tesouras, fazer um 2 - mm incisão 3 na parte superior do corpo do átrio esquerdo, cerca de 3 mm acima do sulco atrioventricular. <ol><li> Posicione a cânula atrial esquerda perpendicular ao plano da válvula mitral e apontou para o septo atrial. </li><li> Abra a cânula LA KHB até que flui. Certifique-se de que a KHB é quente ao toque (fica frio rapidamente quando sentado em qualquer tubo não revestido), a fim de evitar a disfunção miocárdica devido à hipotermia seguinte transição para o modo de funcionamento. Transição para uma taxa de gotejamento durante a punção. </li></ol></li><li> Utilizando uma pinça para segurar contra-tração, insira a cânula atrial para o corpo do átrio esquerdo, tomando cuidado para não usar excessive força, que pode rasgar o átrio. NOTA: O LA cânula deve ser posicionado de modo que fica no meio do átrio sem qualquer tensão na parede atrial. </li><li> Passe uma sutura de seda 4-0 ao redor do corpo do átrio esquerdo e dê um nó para criar um selo do átrio ao redor da cânula. Ter o cuidado de assegurar que a face posterior do átrio esquerdo está incluído na sutura. Adicionar suturas adicionais, conforme necessário. Uma vez selado, puxar a cânula para trás 1 - 2 mm, de modo que fica no meio do átrio e não contra o septo auricular. NOTA: O motivo mais comum que o coração se torna malperfused na transição para trabalhar modo de coração é que a cânula LA confina com o septo atrial, que obstrui entrada do átrio esquerdo. O traçado LA muitas vezes muda de demonstrar uma adequada uma onda de onda e v quando a cânula é na posição correta (veja a Figura 2E). </li><li> Abrir a válvula de LA cânula para administrar inteiramente a pré-carga completa ao átrio esquerdo. monitorar otaxa de gotejamento do coração (que vem de efluentes coronária). Certifique-se de que a taxa de gotejamento não muda quando a cânula LA está aberta. Se isso acontecer, retie o átrio em torno da cânula, como descrito no passo 6.4, como tal representa uma fuga no sistema. </li></ol> 6. A canulação da artéria pulmonar e Transição para Trabalho Modo Coração <ol><li> Se a medição do consumo de oxigênio pelo miocárdio (ou outras substâncias em efluentes coronária, tais como os níveis da droga ou citocinas), insira 1/32 &quot;tubo flexível dentro da incisão antes na artéria pulmonar. NOTA: O consumo de oxigênio é medido como a diferença no teor de oxigénio entre perfusato atrial esquerda e efluentes artéria pulmonar 2. <ol><li> Para a medição contínua do consumo de oxigênio pelo miocárdio, usar um eletrodo de oxigênio in-line para comparar atrial esquerda e efluente do seio coronário. </li><li> Recolha efluente do seio coronário (tanto da artéria pulmonar e pingando do coração) em um cil formouinder para quantificação temporizada de fluxo coronário. </li><li> Calcule o consumo de oxigênio pelo miocárdio, como descrito anteriormente. 2 </li></ol></li><li> A transição para o trabalho modo de coração, desligando a bomba retrógrada da aorta. NOTA: Quando isto é feito, a pressão torna-se LA a pressão de pré-carga e o resistor que foi anteriormente proporcionando resistência à bomba retrógrada no modo de Langendorff proporciona agora resistência ao débito cardíaco, a criação de uma pressão arterial média. Se a pressão arterial média declina abaixo ~ 80 mmHg, a causa provavelmente está relacionado a qualquer pré-carga ou a função miocárdica. O problema mais provável é a cânula atrial esquerdo, que deve ser ajustada depois de reiniciar a bomba retrógrada. </li></ol> 7. Inserção do Ventrículo Esquerdo Cateter Volume Pressão NOTA: O cateter PV pode ser colocado quer retrógrada (através da válvula aórtica) ou através de punção apical. O benefício de retrógrada é que pOSIÇÃO é mais consistente e que obvia a necessidade de punção apical e os riscos concomitantes de lesão coronária ou perda de pré-carga. No entanto, a colocação retrógrada às vezes pode ser muito desafiador, por isso, descrevem ambas as técnicas aqui. <ol><li> Anexar um cateter 1,4 pressão-volume francês para o sistema de circuito de volume pressão. Calibrar o sistema em KHB quente de acordo com as instruções do fabricante. Assegurar a forma de onda é visível em tempo real. Traga o cateter e cabos perto da superfície do VE, de modo a não deslocar-lo após a colocação. </li><li> Para a colocação retrógrada, abra a válvula ajustável e alimentar o cateter PV gentilmente através da válvula aórtica até a pressão estável e forma de onda de volume são identificados. Evite o uso excessivo da força, que pode danificar a válvula aórtica ou perfurar o ápice ventricular. NOTA: Nós descobrimos que é importante para minimizar o comprimento da tubulação e número de voltas que o cateter PV deve navegar para abordar o AV. istopode ser útil para reduzir a tubagem que vem com o sistema. </li><li> Para a colocação apical, use um 24 G angio-cateter para criar uma punção apical no VE. Certifique-se de evitar a artéria descendente anterior coronária. Aponte a agulha na direcção da válvula aórtica do ápice ventricular. Avançar o cateter de pressão-volume no corpo da LV. Pare o avanço do cateter, logo que a pressão e o volume da forma de onda do LV é identificado. </li><li> Uma vez que o cateter de pressão-volume está no lugar, movimentar a camisa de água em posição à volta do coração. Fixar o cateter para a parede da camisa de água com um pequeno pedaço de fita adesiva. </li><li> Certifique-se de, pelo menos, um período de 30 min da estabilidade antes de iniciar quaisquer medidas ou intervenções. </li></ol> 8. A infusão de medicação <ol><li> (Opcional) infundir medicamentos (por exemplo, dopamina) para o bloco do átrio esquerdo, utilizando uma bomba de medicação padrão. NOTA: Temos medicamentos dosados ​​de acordo com o whole peso do corpo do animal desde que o fluxo equivalente a um débito cardíaco inteira passa através do bloco de fibrilação; apenas uma pequena porção desta passa através da circulação coronária, como faz in vivo. Alternativamente, um segundo conjunto de perfusato pode ser criada com uma concentração predefinida de medicação e utilizada para perfundir o coração. NOTA: Em nosso protocolo, nós infundir medicamentos ao longo de um período de 12 min, a coleta de dados fisiológicos durante a final de 10 minutos de cada infusão e comparando-o a um imediatamente anterior 10 min de base. </li></ol> 9. Manipulações fisiológicas <ol><li> Frequência cardíaca <ol><li> (Opcional) sutura dois fios de estimulação na parede do átrio direito e anexar a um dispositivo temporário de estimulação. NOTA: Este permite um controlo preciso da taxa cardíaca (acima da taxa sinusal nativa) e uma compreensão da relação entre a frequência cardíaca e da contractilidade independente de um medicamento cardiotónico. </li></ol></li><li> preload <ol><li> variar apré-carga (definido como o volume diastólico final do ventrículo esquerdo), variando a altura da coluna de alimentação do bloco átrio esquerdo. </li></ol></li><li> Pressão sanguínea <ol><li> Manipular a pressão arterial (o principal determinante da pós-carga neste modelo) usando as válvulas de pressão na IH-51. </li></ol></li><li> teor de oxigénio coronária <ol><li> Realizar vários graus de hipóxia miocárdica por perfusão do coração com KHB saturado em várias misturas de gases. Faça isso usando reservatórios encamisados ​​separados (cada um com a sua própria mistura de gás) para assegurar o equilíbrio entre o gás e KHB. </li><li> Realizar isquemia coronária por meio de sutura ligar uma artéria coronária distal. NOTA: A ligadura das artérias coronárias proximais no modo de coração de trabalho pode resultar em disfunção miocárdica letal. </li><li> Induzir isquemia coronária mundial, interrompendo ou retardando perfusão retrógrada por um período de tempo definido. </li></ol></li></ol>

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	<li>Langendorff, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Untersuchungen+am+uberlebenden+saugethierherzen+[investigations+on+the+surviving+mammalian+heart.">Untersuchungen am uberlebenden saugethierherzen [investigations on the surviving mammalian heart.</a> Arch Ges Physiol. 61, 291-332 (1895).</li><li>Neely, J. R., Liebermeister, H., Battersby, E. J., Morgan, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+pressure+development+on+oxygen+consumption+by+isolated+rat+heart.">Effect of pressure development on oxygen consumption by isolated rat heart.</a> Am J Physiol. 212 (4), 804-814 (1967).</li><li>Friehs, I., Cao-Danh, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adenosine+prevents+protein+kinase+C+activation+during+hypothermic+ischemia.">Adenosine prevents protein kinase C activation during hypothermic ischemia.</a> Circ. 96 (9 Suppl), 221-226 (1997).</li><li>Aoyagi, T., Higa, J. K., Aoyagi, H., Yorichika, N., Shimada, B. K., Matsui, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiac+mTOR+rescues+the+detrimental+effects+of+diet-induced+obesity+in+the+heart+after+ischemia-reperfusion.">Cardiac mTOR rescues the detrimental effects of diet-induced obesity in the heart after ischemia-reperfusion.</a> Am J Physio. Heart Circ Physiol. 308 (12), H1530-H1539 (2015).</li><li>Kitahori, K., He, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+left+ventricular+diastolic+dysfunction+with+preservation+of+ejection+fraction+during+progression+of+infant+right+ventricular+hypertrophy.">Development of left ventricular diastolic dysfunction with preservation of ejection fraction during progression of infant right ventricular hypertrophy.</a> Circ Heart Fail. 2 (6), 599-607 (2009).</li><li>Cowan, D. B., Noria, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lipopolysaccharide+internalization+activates+endotoxin-dependent+signal+transduction+in+cardiomyocytes.">Lipopolysaccharide internalization activates endotoxin-dependent signal transduction in cardiomyocytes.</a> Circ Res. 88 (5), 491-498 (2001).</li><li>Broadley, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+analysis+of+the+coronary+vascular+responses+to+catecholamines,+using+a+modified+Langendorff+heart+preparation.">An analysis of the coronary vascular responses to catecholamines, using a modified Langendorff heart preparation.</a> Br J Pharmacol. 40 (4), 617-629 (1970).</li><li>Schmidt, H. D., Hoppe, H., Heidenreich, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+effects+of+dopamine,+orciprenaline+and+norepinephrine+on+the+right+and+left+ventricle+of+isolated+canine+hearts.">Direct effects of dopamine, orciprenaline and norepinephrine on the right and left ventricle of isolated canine hearts.</a> Cardiol. 64 (3), 133-148 (1979).</li><li>Fawaz, G., Tutunjini, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+adrenaline+and+noradrenaline+on+the+metabolism+and+performance+of+the+isolated+dog+heart.">The effect of adrenaline and noradrenaline on the metabolism and performance of the isolated dog heart.</a> Br J Pharm Chemother. 15, 389-395 (1960).</li><li>Allen, L. A., Fonarow, G. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hospital+variation+in+intravenous+inotrope+use+for+patients+hospitalized+with+heart+failure:+insights+from+Get+With+The+Guidelines.">Hospital variation in intravenous inotrope use for patients hospitalized with heart failure: insights from Get With The Guidelines.</a> Circ Heart Fail. 7 (2), 251-260 (2014).</li><li>Furnival, C. M., Linden, R. J., Snow, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+inotropic+and+chronotropic+effects+of+catecholamines+on+the+dog+heart.">The inotropic and chronotropic effects of catecholamines on the dog heart.</a> J Physiol. 214 (1), 15-28 (1971).</li><li>Li, J., Li, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adverse+effects+of+dopamine+on+systemic+hemodynamic+status+and+oxygen+transport+in+neonates+after+the+Norwood+procedure.">Adverse effects of dopamine on systemic hemodynamic status and oxygen transport in neonates after the Norwood procedure.</a> J Am Coll Cardiol. 48 (9), 1859-1864 (2006).</li><li>Gillis, A. M., Kulisz, E., Mathison, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiac+electrophysiological+variables+in+blood-perfused+and+buffer-perfused,+isolated,+working+rabbit+heart.">Cardiac electrophysiological variables in blood-perfused and buffer-perfused, isolated, working rabbit heart.</a> Am J Physiol. 271 (2 Pt 2), H784-H789 (1996).</li><li>Asfour, H., Wengrowski, A. M., Jaimes, R., Swift, L. M., Kay, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NADH+fluorescence+imaging+of+isolated+biventricular+working+rabbit+hearts.">NADH fluorescence imaging of isolated biventricular working rabbit hearts.</a> J Vis Exp. (65), (2012).</li><li>Demmy, T. L., Magovern, G. J., Kao, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolated+biventricular+working+rat+heart+preparation.">Isolated biventricular working rat heart preparation.</a> Ann Thor Surg. 54 (5), 915-920 (1992).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Este modelo de coração de trabalho permite a avaliação do desempenho ventricular com controle total da pré-carga ventricular e pós-carga, tensão de oxigênio do perfusato, bem como a frequência cardíaca. Entre outros fatores, que permite a avaliação dos efeitos do miocárdio intrínsecas de medicamentos inotrópicos independentes da pós-carga e pré-carga, que maneiras que não são possíveis utilizando um modelo in vivo. Porque este modelo utiliza um perfusato cristalóide, que permite a avaliação do miocárdio sem interferência da hemoglobina, o que simplifica a análise espectroscópica de estados de energia do miocárdio, por exemplo. 14 Neste modelo, o átrio direito não é canulada como parte de nossa instrumentação, embora seja possível ao fazê-lo. Nós intencionalmente escolheu não fazê-lo, a fim de facilitar a amostragem de fluxo seio coronário para a avaliação do consumo de oxigênio pelo miocárdio. Importante, porém, o coração direito ainda executa o trabalho pressão e volume neste modelo, uma vez que as bombas de cosinus coronário fluir para dentro da cânula da artéria pulmonar. Fornecendo algum pré-carga do ventrículo direito melhora o posicionamento do septo ventricular e melhora o desempenho do ventrículo esquerdo, e é um componente importante deste modelo. 15 Existem várias armadilhas experimentais de mencionar. A primeira é a canulação retrógrada inicial, a qual deve ser executada de modo expedito (isto é, em menos de 2 min) para minimizar o período de isquemia. A habilidade mais importante mestre é o isolamento eficiente, preparação e manipulação da aorta ascendente. É importante que o coto aórtico não ser cortado excessivamente curto, deixando espaço suficiente para a canulação por cima da válvula da aorta. No entanto, também é importante que o coto aórtico não ser demasiado longo, o que pode causar torqueing da aorta em torno da cânula. Também é importante que a cânula da aorta e da raiz da aorta ser apropriadamente escolhidos de tamanho. Um excessivamente grande aorta em uma pequena cânula também podelevar a torqueing da raiz da aorta na cânula. A artéria subclávia direita normalmente tira da aorta ascendente aproximadamente 7 mm acima da válvula aórtica. Identificar os vasos braquiocefálicos (cerca de 1 mm de diâmetro) durante a dissecção e corte da aorta servem como marcos importantes para a incisão aórtica transversal. Aparar a aorta logo abaixo da decolagem do primeiro artéria inominada é aconselhável. A inclusão deste navio na raiz da aorta aparado geralmente leva a um vazamento de KHB e perda de pressão da raiz da aorta após a transição para o modo de funcionamento do coração. Outro aspecto tecnicamente desafiador de canulação é a canulação do átrio esquerdo. Embora seja possível para canular o apêndice atrial esquerdo, verificou-se que a cânula frequentemente fica preso dentro do apêndice, e não passar facilmente para dentro do corpo do átrio esquerdo. Assim, prefere-se fazer a incisão no corpo do átrio esquerdo, aproximadamente2 mm superior ao sulco atrioventricular. É importante para posicionar a cânula da auricula esquerda no plano correcto antes da inserção, a fim de evitar que se rasgue o átrio parede fina ao fixar a cânula. Verificou-se que o tamanho ideal da incisão átrio esquerdo foi de aproximadamente 3 mm. Criando muito pequena de uma incisão também pode fazer a colocação da cânula da auricula esquerda mais difícil, e pode levar à ruptura do átrio esquerdo. Nós usamos um 8 mm, peça reta, chanfrada do tubo de oxigênio-impermeável (diâmetro interno 2,9 mm) no bloco do átrio esquerdo. Verificou-se que utilizando este, em vez de uma cânula com um bordo chanfrado, leva a canulação fibrilação mais consistente e facilita o processo de fixação do bloco átrio esquerdo. Independentemente da tubagem utilizada, é importante para garantir que a extremidade do tubo não é obstruída pelo septo atrial ou a válvula mitral (como acima descrito, verificou-se que o traçado da pressão atrial esquerda foi útil neste Regard), como até mesmo sutil movimento da cânula atrial pode alterar significativamente a pré-carga do ventrículo esquerdo e medidas hemodinâmicas resultantes. Pela mesma razão, é importante para garantir que o átrio esquerdo não vaza seguinte após a abertura do bloco átrio esquerdo. É importante, independentemente do tipo de tubo utilizado para assegurar que o tubo dentro deste sistema é impermeável ao oxigénio para garantir a entrega de oxigénio adequado ao coração. Outro aspecto um desafio técnico do processo foi a colocação do cateter de pressão-volume (PV). Nós inicialmente favoreceu uma colocação retrógrada do cateter através do bloco da aorta. Embora tecnicamente viável, que encontramos a ser muito mais simples e conveniente para colocar o cateter PV através de punção transapical. Deve ser tomado cuidado para monitorizar a posição do cateter ao longo da duração da experiência, como por vezes o cateter pode mover-se dentro ou para fora do ventrículo esquerdo. Isto pode ser feito através da monitorização do pressuRe e traçados de volume ao longo do tempo. Finalmente, os cuidados devem ser tomados para garantir que a solução KHB é criado fresco para cada experimento. É possível pesar os constituintes de KHB e armazená-los em tubos cônicos em forma de pó antes do tempo. No dia da experimentação, estes podem ser misturados com água estéril, filtrada, dióxido de carbono / oxigénio, e, em seguida, adição de cálcio à mistura. É também importante para lavar o sistema com um detergente em pó activo da enzima, tais como Tergazyme (ou semelhante) e substituir o filtro perfusato regularmente. Vários limitações desta preparação experimental, devem ser observadas. Primeiro, semelhante a todas as preparações de Langendorff perfundido-cristalóides, KHB e outras perfusatos asanguinous têm um oxigênio diminuiu significativamente a capacidade de carga em relação ao sangue. Embora esta é parcialmente compensada através da vasodilatação coronária e fluxo coronário suprafisiológica, a preparação não é inteiramente physiologiC por esta razão. Em segundo lugar, devido à conformidade quase infinita da câmara Windkessel utilizado no presente instrumento, as pressões sistólica e diastólica são apenas minimamente separada (ver Figura 2A) e, assim, a pressão de perfusão coronária é não fisiológica. Isto pode ser superado em modelos futuros através da incorporação de um componente Elastância ao bloco de pós-carga. Em terceiro lugar, como com todas as preparações de coração isolado, o coração passa por um período definido (2-3 min) de isquemia quente, que é susceptível de criar lesão miocárdica ou disfunção. Minimizando esta lesão através da prática da técnica é de extrema importância para resultados representativos. Além disso, embora necessário para o bem-estar animal, os anestésicos inalados pode servir como um supressor do miocárdio no início do processo de reperfusão, embora seja esperado que este efeito é rapidamente abolida como o coração é reperfundidos com KHB. O sistema descrito permite trabalhar o coração para uma ampla variedade de Physiolinvestigações OGIC relevantes para a assistência ao paciente, pesquisa e ensino. Com algumas modificações adicionais, o sistema também pode ser utilizado para simular a fisiologia importante relevante para a doença cardíaca congénita, incluindo a hipertensão pulmonar e fisiologia único ventrículo. As limitações incluem a que é uma preparação ex vivo, que o coração está a ser perfundido por um tampão, em vez de um sangue de conteúdo de oxigénio mais elevado.

O estudo dos órgãos isolados permite o controle das condições fisiológicas além do que é possível in vivo. Ex vivo preparações de coração foram descritos pela primeira vez por Otto Langendorff, 1, que descreveu um modelo isolado com perfusão retrógrada. Posteriormente, outros descreveram o modelo &quot;working heart&quot;, em que o miocárdio executa tanto o trabalho de pressão e volume. 2 Estas preparações têm sido fundamentais para elucidar os mecanismos de ação do miocárdio, 3 metabolismo miocárdico, 4-6 e efeitos de medicamentos cardiotônicos. 7- 9 O uso de medicamentos que melhoram a contratilidade miocárdica é comum em pacientes criticamente enfermos. No entanto, poucos dados disponíveis comparando os efeitos relativos desses medicamentos na contratilidade e do consumo de oxigênio pelo miocárdio, os dados que podem ser úteis no tratamento de pacientes com sinais clínicos de insuficiência cardíaca de no cenário pós-operatória. 10 No entanto, porque a maioria dos medicamentos cardiotônicos afectam não só o miocárdio, mas também a resistência arteriolar, capacitância venosa 11, e da taxa metabólica de um paciente, 12 ex vivo modelos em corações isolados continuam a ser os meios ideais pelos quais a estudar os efeitos de tais medicamentos no miocárdio adequada. Descreve-se a utilização de um modelo ex vivo para o estudo independente da carga de fármacos inotrópicos na função do miocárdio e do consumo de oxigénio. Corações de ratos Sprague Dawley foram canulada usando um ventrículo esquerdo trabalhando modelo de coração e perfusão usando um perfusato Krebs Henseleit modificado. pressões da aorta e átrio esquerdo foram controlados. Pressão-volume cateteres de impedância foram colocadas no ventrículo esquerdo através de punção apical para a monitorização contínua da função sistólica e diastólica. O consumo de oxigênio foi continuamente medida como a diferença indexada no teor de oxigénio entre perfus do átrio esquerdocomeram e o efluente da artéria pulmonar. Os medicamentos a serem testados foram infundidas no bloco do átrio esquerdo, e alterações no metabolismo do desempenho cardíaco e oxigénio foram medidos e comparados com uma linha de base imediatamente anterior.

<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).

Um diagrama esquemático de um coração totalmente instrumentada em perfusão retrógrada (Figura 1A) e no coração de trabalho ventricular esquerda (Figura 1B). Aórticas típica, átrio esquerdo e pressão ventricular esquerda e de volume traçados são mostrados na Figura 2A -. D A pressão típica diastólico final é de cerca de 3 - 5 mm Hg neste modelo, e o pico de pressão sistólica é de cerca de 100 mmHg Figura 2E mostra a mudança. no lado esquerdo rastreio fibrilação quando a cânula LA é movido para longe do septo atrial durante a colocação e posicionamento da cânula. Nestas experiências, a pressão aórtica foi fixado em 90 mm Hg, e a pressão LA foi ajustado para 10 mmHg. Para testar os efeitos das catecolaminas, cada parâmetro fisiológico (derivado principalmente a partir do cateter de pressão-volume e software associado) foi comparado com o que precede imediatamente<html> período de referência. No exemplo mostrado, a dopamina foi infundida a 15 ng / kg / min para dentro do bloco átrio esquerdo. Embora a pressão diastólica final é idêntica nas duas condições (dada a pressão atrial corrigido neste modelo), o volume diastólico final do ventrículo esquerdo diminui em 2,5%, e o volume sistólico final do ventrículo esquerdo diminui 4,9%, obtendo-se um aumento do volume sistólico (Figura 3A). Em comparação com as infusões de placebo, o trabalho ventricular esquerda acidente vascular cerebral, identificada como a área dentro da curva de pressão-volume, um aumento de 32% durante o tratamento com a dopamina (Figura 3B, P &lt;0,001, teste t, n = 10 por grupo). Isto foi associado com um maior aumento no consumo de oxigénio do miocárdio em relação ao placebo infusões (Figura 3C). Desta forma, os custos de energia e potência relativas de diferentes medicamentos cardiotónicos e doses pode ser comparado a um outro independente dos seus efeitos sobre as condições de carga. conteúdo &quot;fo: manter-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/54149/54149fig1.jpg" /> Figura 1: Diagrama de Fluxo em um coração totalmente instrumentada em retrógrado perfusão e Modo Coração de Trabalho (Painel A: modo de Langendorff; Painel B:.. Modo de coração a trabalhar no modo retrógrado, KHB é infundida a uma pressão de ajuste de perfusão na raiz da aorta. este modo é utilizado para recuperar o miocárdio seguinte tempo de isquemia e durante a instrumentação. ao trabalhar modo de coração, perfusato flui através do coração esquerdo antes de perfusão da circulação coronária. neste modo, o miocárdio deve gerar sua própria pressão de perfusão. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54149/54149fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/54149/54149fig2.jpg" /> FIGURA 2: Pressão Representante e Desconto traçados obtidos durante as medições da linha de base. (A) Pressão na raiz aórtica, (B) a pressão atrial esquerda, (C) a pressão ventricular esquerda e (D) traçados volume ventricular esquerdo durante uma medida de referência são exibidos. O volume sistólico, trabalho acidente vascular cerebral, o débito cardíaco, tau, e outros parâmetros podem ser automaticamente calculado e exibida em tempo real pelo software. Um traçado embotada átrio esquerdo (E) associada a um débito cardíaco pobre no modo coração de trabalho pode ser um indício de que a cânula é mal posicionado no átrio esquerdo. Note que o v onda de destaque no traçado de pressão do átrio esquerdo bem colocado é comum, provavelmente devido a uma diminuição da complacência atrial esquerda no animal totalmente instrumentada. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54149/54149fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> Figura 3: Efeito da dopamina. Sobre a pressão-volume Curva da infusão de dopamina resulta em um deslocamento para a esquerda na curva de PV (A), incluindo um aumento do volume da pulsação, diminuiu terminar volume sistólico, em comparação com as medições da linha de base. Note-se que a forma de alguns componentes destas curvas PV diferem daqueles tipicamente medida in vivo (ver Figura 4), ​​devido à ausência de pressão arterial e Elastância venosa. (B) relativa a uma linha de base imediatamente anterior, o trabalho de acidente vascular cerebral aumentou significativamente mais durante as infusões de dopamina do que o placebo (**, P = 0,0017, teste t), assim como o consumo de oxigénio do miocárdio (*, P = 0,013, t-teste, C). Usando esse modelo, o consumo de oxigênio do miocárdio médio na linha de base foi de 0,22 ± 0,02 mmol O2 / grama de tecido / minuto, utilizando um dissolv estimadoEd teor de oxigénio de 165 nmol / L em solução salina a 40 ° C. Tais medições podem ser usados ​​para comparar o consumo de oxigênio do miocárdio de vários medicamentos. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54149/54149fig3large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/54149/54149fig4.jpg" /> Figura 4: Análise de Loops Desconto Pressão. The Loop Pressão-Volume teórico Mostrado descreve o ciclo normal cardíaca após o fechamento da válvula aórtica (AV) (1), a contração isovolêmica ocorre (1 - 2). Como a pressão ventricular cai abaixo da pressão atrial. A duração desta fase está representada por Tau. A válvula mitral (MV), em seguida, abre simultaneamente com a sístole auricular, o enchimento do ventrículo (2-3). Sístole, em seguida, começa com contracti isovolêmicaem (3-4) até que a pressão ventricular exceder a pressão arterial diastólica, momento em que o abre AV. Volume sistólico é a diferença entre as linhas 1 - 2 e 3 -. 4 trabalho acidente vascular cerebral é a área dentro da 1 - 2 - 3 -. Curva 4 <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54149/54149fig4large.jpg" target="_blank">Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</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.

Roedor Trabalho Modelo do coração para o estudo do desempenho do miocárdio eo consumo de oxigênio

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 visualizações.  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.

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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.

Avaliação da função cardíaca e Energetics em Corações Isolados rato Usando 31 P NMR Spectroscopy

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

Medicina

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 Fluorescência de Imagem biventricular isolado de coelho

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.

Um Sistema de coração isolado para Grandes Modelos Animais

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.

Modelo pré-clínico de doação cardíaca após a morte circulatória

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.

Estudos de Optocardiografia e Eletrofisiologia de Ex Vivo Langendorff-perfundido Corações

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;

Método invasivo semi-mínimo para induzir infarto do miocárdio em ratos e a avaliação da função cardíaca por um sistema cardíaco de trabalho isolado

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.

Modelo de roedor melhorado de Isquemia do Miocárdio e Lesão de Reperfusão

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.

Os métodos para a determinação das taxas de glicose e ácido gordo oxidação no coração isolado de rato de Trabalho

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

Biologia

<meta charset="utf8"></head><body>Otimização da preservação do coração do doador usando um modelo de perfusão cardíaca de rato funcional

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 em destaque: Melhorando a preservação do coração do doador por meio de estudos isolados de perfusão cardíaca de ratos

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.

Usando um modelo isolado de coração de rato de trabalho para testar estratégias de preservação do coração do doador

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