מודל של פרפור חדרים ארוך טווח בלבבות חולדות מבודדים
Summary
פרוטוקול זה מציג מודל של פרפור חדרים ארוך טווח בלבבות חולדות המושרה על ידי גירוי מתמשך עם זרם חילופין במתח נמוך. מודל זה הוא בעל אחוזי הצלחה גבוהים, הוא יציב, אמין וניתן לשחזור, בעל השפעה נמוכה על תפקוד הלב וגורם לפגיעה קלה בלבד בשריר הלב.
Abstract
פרפור חדרים (VF) היא הפרעת קצב קטלנית עם שכיחות גבוהה בחולי לב, אך דום VF תחת זילוח הוא שיטה מוזנחת של דום תוך ניתוחי בתחום ניתוחי הלב. עם ההתקדמות האחרונה בניתוחי לב, הביקוש למחקרי VF ממושכים תחת זילוח גדל. עם זאת, בתחום חסרים מודלים פשוטים, אמינים וניתנים לשחזור של פרפור חדרים כרוני. פרוטוקול זה משרה VF לטווח ארוך באמצעות גירוי חשמלי בזרם חילופין (AC) של אפיקרדיום. תנאים שונים שימשו להשראת VF, כולל גירוי מתמשך עם מתח נמוך או גבוה כדי לגרום VF לטווח ארוך וגירוי במשך 5 דקות עם מתח נמוך או גבוה כדי לגרום VF ספונטני לטווח ארוך. הושוו שיעורי ההצלחה של המצבים השונים, כמו גם שיעורי הפגיעה בשריר הלב וההתאוששות מתפקוד הלב. התוצאות הראו כי גירוי מתמשך במתח נמוך גרם ל- VF לטווח ארוך וכי 5 דקות של גירוי מתח נמוך גרמו ל- VF ספונטני לטווח ארוך עם פגיעה קלה בשריר הלב ושיעור התאוששות גבוה של תפקוד הלב. עם זאת, למודל ה-VF ארוך הטווח בעל המתח הנמוך, המגורה ברציפות, היה שיעור הצלחה גבוה יותר. גירוי מתח גבוה סיפק שיעור גבוה יותר של השראת VF אך הראה שיעור הצלחה נמוך בדפיברילציה, התאוששות לקויה של תפקוד הלב ופגיעה חמורה בשריר הלב. על בסיס תוצאות אלה, מומלץ גירוי AC אפיקרדיאלי רציף במתח נמוך בשל אחוזי ההצלחה הגבוהים שלו, יציבות, אמינות, יכולת שחזור, השפעה נמוכה על תפקוד הלב ופגיעה קלה בשריר הלב.
Introduction
ניתוח לב מבוצע בדרך כלל באמצעות thoracotomy, עם חסימה של אבי העורקים זילוח עם פתרון cardioplegic לעצור את הלב. ניתוח לב חוזר יכול להיות מאתגר יותר מהניתוח הראשוני, עם שיעורי סיבוכים ותמותה גבוהים יותר 1,2,3. יתר על כן, הגישה החציונית הקונבנציונלית עלולה לגרום נזק לכלי הגשר מאחורי עצם החזה, אבי העורקים העולה, החדר הימני ומבנים חשובים אחרים. דימום נרחב עקב הפרדת רקמת חיבור, זיהום פצע החזה, ו osteomyelitis עצם החזה עקב sternotomy הם כל סיבוכים אפשריים. דיסקציה נרחבת מגבירה את הסיכון לנגעים ודימום במבנים לבביים חיוניים.
עם התפתחות ניתוחי לב זעיר פולשניים, החתכים הפכו קטנים יותר, ודום לב לעיתים קשה להשגה. ניתוח לב חוזר תחת פרפור חדרים (VF)4,5 הוא בטוח, אפשרי ועשוי לספק הגנה טובה יותר על שריר הלב. לכן, פרוטוקול זה מציג את השיטה של דום לב VF בניתוח עם מחזור חוץ גופי זעיר פולשני. הלב מאבד התכווצות יעילה במהלך VF, ולכן אין צורך לתפור ולחסום את אבי העורקים העולה במהלך הניתוח, מה שמפשט את ההליך. עם זאת, גם אם הלב מחורר ברציפות, VF לטווח ארוך עדיין עלול להזיק ללב.
ככל ששיטה זו הופכת להיות בשימוש נרחב יותר, השאלה כיצד להגן על הלב במהלך VF הופכת רלוונטית יותר ויותר. זה ידרוש מחקרים נרחבים ומעמיקים תוך שימוש במודלים של בעלי חיים של VF לטווח ארוך. בעבר, המחקר בתחום זה השתמש בעיקר בבעלי חיים גדולים6,7 ודרש שיתוף פעולה בין מנתחים, מרדימים, פרפוזיה וחוקרים אחרים. מחקרים אלה ארכו זמן רב מדי, גודל המדגם היה לעתים קרובות קטן, והמחקרים התמקדו בדרך כלל בתפקוד הלב ופחות בהערכות מכניסטיות ומולקולריות. עד כה, אף מחקר לא דיווח על פרוטוקול מפורט לביסוס מודל VF ארוך טווח.
פרוטוקול זה, אם כן, מספק את הפרטים הדרושים לפיתוח מודל ארוך טווח של חולדות VF באמצעות מנגנון לנגנדורף. הפרוטוקול פשוט, חסכוני, ניתן לחזרה ויציב.
Protocol
Representative Results
Discussion
פרוטוקול זה מבסס מודל חייתי של VF ארוך טווח בלבבות חולדות מבודדים שלא דווח בעבר. בנוסף, הושוו תנאי גירוי חשמלי שונים במחקר זה. מחקר זה מספק מודל למחקרים הקשורים לדום פרפור חדרים במהלך ניתוחי לב.
שיעור ההצלחה של המודל הוא אינדיקטור חשוב מאוד הקשור כוח אדם, זמן, עלויות כלכליות. ב…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו בוצעה בתמיכת ניתוחי לב וכלי דם, המרכז הרפואי הראשון, בית החולים הכללי הסיני PLA ומרכז חיות המעבדה, בית החולים הכללי הסיני PLA.
Materials
| 0 Non-absorbable suture | Ethicon, Inc. | Preparation of the isolated heart | |
| 95% O2 + 5% CO2 | Beijing BeiYang United Gas Co., Ltd. | K-H buffer | |
| AcqKnowledge software | BIOPAC Systems Inc. | Version 4.2.1 | Software |
| Automatic biochemistry analyzer | Rayto Life and Analytical Sciences Co., Ltd. | Chemray 800 | CK-MB assay |
| BIOPAC research systems | BIOPAC Systems Inc. | MP150 | Hardware |
| Blunt needle (20 G, TWLB) | Tianjin Hanaco MEDICAL Co., Ltd. | H-113AP-S | Modified Langendorff perfusion system |
| Calcium chloride | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 10005861 | K-H buffer |
| CK-MB assay kits | Changchun Huili Biotech Co., Ltd. | C060 | CK-MB assay |
| Curved forcep | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., Ltd. | Preparation of the isolated heart | |
| EDTA | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 10009717 | K-H buffer |
| Electrical stimulator | BIOPAC Systems Inc. | STEMISOC | Hardware |
| Filter | Tianjin Hanaco MEDICAL Co., Ltd. | H-113AP-S | |
| Glucose | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 63005518 | K-H buffer |
| Heparin sodium | Tianjin Biochem Pharmaceutical Co., Ltd. | H120200505 | Preparation of the isolated heart |
| Isoflurane | RWD Life Science Co.,LTD | 21082201 | Preparation of the isolated heart |
| Magnesium sulfate | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 20025118 | K-H buffer |
| Needle electrodes | BIOPAC Systems Inc. | EL452 | Hardware |
| Ophthalmic clamp | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., Ltd. | Preparation of the isolated heart | |
| Ophthalmic forceps | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., Ltd. | Preparation of the isolated heart | |
| Ophthalmic scissors | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., Ltd. | Preparation of the isolated heart | |
| Perfusion tube | Tianjin Hanaco MEDICAL Co., Ltd. | H-113AP-S | Modified Langendorff perfusion system |
| Potassium chloride | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 10016318 | K-H buffer |
| Sodium bicarbonate | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 10018960 | K-H buffer |
| Sodium chloride | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 10019318 | K-H buffer |
| Sodium dihydrogen phosphate dihydrate | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 20040718 | K-H buffer |
| Sprague-Dawley (SD) rats | SPF (Beijing) biotechnology Co., Ltd. | Male, 300-350g | Preparation of the isolated heart |
| Thermometer | Jiangsu Jingchuang Electronics Co., Ltd. | GSP-6 | Modified Langendorff perfusion system |
| Tissueforceps | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., Ltd. | Preparation of the isolated heart | |
| Tissue scissors | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., Ltd. | Preparation of the isolated heart | |
| Toothed forceps | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., Ltd. | Preparation of the isolated heart | |
| Ventilator | Chengdu Instrument Factory | DKX-150 | Preparation of the isolated heart |
| Water bath1 | Ningbo Scientz Biotechnology Co.,Ltd. | SC-15 | Modified Langendorff perfusion system |
| Water bath2 | Shanghai Yiheng Technology Instrument Co., Ltd. | DK-8D | Modified Langendorff perfusion system |
References
- Kilic, A., et al. Clinical outcomes of mitral valve reoperations in the United States: An analysis of the society of thoracic surgeons national database. The Annals of Thoracic Surgery. 107 (3), 754-759 (2019).
- Akins, C. W., et al. Risk of reoperative valve replacement for failed mitral and aortic bioprostheses. The Annals of Thoracic Surgery. 65 (6), 1551-1542 (1998).
- Jamieson, W. R., et al. Reoperation for bioprosthetic mitral structural failure: risk assessment. Circulation. 108 (Suppl 1), 98 (2003).
- Seeburger, J., et al. Minimally invasive mitral valve surgery after previous sternotomy: Experience in 181 patients. The Annals of Thoracic Surgery. 87 (3), 709-714 (2009).
- Arcidi, J. M., et al. Fifteen-year experience with minimally invasive approach for reoperations involving the mitral valve. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 143 (5), 1062-1068 (2012).
- Cox, J. L., et al. The safety of induced ventricular fibrillation during cardiopulmonary bypass in nonhypertrophied hearts. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 74 (3), 423-432 (1977).
- Schraut, W., Lamberti, J. J., Kampman, K., Glagov, S. Ventricular fibrillation during cardiopulmonary bypass: Long-term effects on myocardial morphology and function. The Annals of Thoracic Surgery. 27 (3), 230-234 (1979).
- Li, L., et al. Pravastatin attenuates cardiac dysfunction induced by lysophosphatidylcholine in isolated rat hearts. European Journal of Pharmacology. 640 (1-3), 139-142 (2010).
- Lang, S., et al. CXCL10/IP-10 neutralization can ameliorate lipopolysaccharide-induced acute respiratory distress syndrome in rats. PLoS One. 12 (1), e0169100 (2017).
- Lubbe, W. F., Bricknell, O. L., Marzagao, C. Ventricular fibrillation threshold and vulnerable period in the isolated perfused rat heart. Cardiovascular Research. 9 (5), 613-620 (1975).
- Hottentrott, C. E., Towers, B., Kurkji, H. J., Maloney, J. V., Buckberg, G. The hazard of ventricular fibrillation in hypertrophied ventricles during cardiopulmonary bypass. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 66 (5), 742-753 (1973).
- Hottenrott, C., Maloney, J. V., Buckberg, G. Studies of the effects of ventricular fibrillation on the adequacy of regional myocardial flow. I. Electrical vs. spontaneous fibrillation. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 68 (4), 615-625 (1974).
- Buckberg, G. D., et al. Studies of the effects of hypothermia on regional myocardial blood flow and metabolism during cardiopulmonary bypass. I. The adequately perfused beating, fibrillating, and arrested heart. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 73 (1), 87-94 (1977).
- Gazmuri, R. J., Berkowitz, M., Cajigas, H. Myocardial effects of ventricular fibrillation in the isolated rat heart. Critical Care Medicine. 27 (8), 1542-1550 (1999).
- Clasen, L., et al. A modified approach for programmed electrical stimulation in mice: Inducibility of ventricular arrhythmias. PLoS One. 13 (8), e0201910 (2018).
- Diaz-Maue, L., et al. Advanced cardiac rhythm management by applying optogenetic multi-site photostimulation in murine hearts. Journal of Visualized Experiments. (174), e62335 (2021).
- Jungen, C., et al. Impact of intracardiac neurons on cardiac electrophysiology and arrhythmogenesis in an ex vivo Langendorff system. Journal of Visualized Experiments. 135, e57617 (2018).
- Koretsune, Y., Marban, E. Cell calcium in the pathophysiology of ventricular fibrillation and in the pathogenesis of postarrhythmic contractile dysfunction. Circulation. 80 (2), 369-379 (1989).
- Brazier, J. R., Cooper, N., McConnell, D. H., Buckberg, G. D. Studies of the effects of hypothermia on regional myocardial blood flow and metabolism during cardiopulmonary bypass. III. Effects of temperature, time, and perfusion pressure in fibrillating hearts. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 73 (1), 102-109 (1977).
- von Planta, I., et al. Cardiopulmonary resuscitation in the rat. Journal of Applied Physiology. 65 (6), 2641-2647 (1988).
- Luo, X., et al. Ageing increases cardiac electrical remodelling in rats and mice via NOX4/ROS/CaMKII-mediated calcium signalling. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2022, 8538296 (2022).
- Hohnloser, S., Weirich, J., Antoni, H. Influence of direct current on the electrical activity of the heart and on its susceptibility to ventricular fibrillation. Basic Research in Cardiology. 77 (3), 237-249 (1982).
- Xie, J., et al. High-energy defibrillation increases the severity of postresuscitation myocardial dysfunction. Circulation. 96 (2), 683-688 (1997).
- Manoach, M., Netz, H., Erez, M., Weinstock, M. Ventricular self-defibrillation in mammals: Age and drug dependence. Age and Ageing. 9 (2), 112-116 (1980).
- Filippi, S., Gizzi, A., Cherubini, C., Luther, S., Fenton, F. H. Mechanistic insights into hypothermic ventricular fibrillation: The role of temperature and tissue size. Europace. 16 (3), 424-434 (2014).
