Een model van langdurige ventriculaire fibrillatie in geïsoleerde rattenharten
Summary
Dit protocol presenteert een model van langdurig ventriculaire fibrillatie in rattenharten geïnduceerd door continue stimulatie met laagspanningswisselstroom. Dit model heeft een hoog slagingspercentage, is stabiel, betrouwbaar en reproduceerbaar, heeft een lage impact op de hartfunctie en veroorzaakt slechts mild myocardletsel.
Abstract
Ventriculaire fibrillatie (VF) is een fatale aritmie met een hoge incidentie bij hartpatiënten, maar VF-arrestatie onder perfusie is een verwaarloosde methode van intraoperatieve arrestatie op het gebied van hartchirurgie. Met de recente vooruitgang in hartchirurgie is de vraag naar langdurige VF-studies onder perfusie toegenomen. Het veld mist echter eenvoudige, betrouwbare en reproduceerbare diermodellen van chronisch ventriculaire fibrillatie. Dit protocol induceert langdurige VF door wisselstroom (AC) elektrische stimulatie van het epicardium. Verschillende omstandigheden werden gebruikt om VF te induceren, waaronder continue stimulatie met een lage of hoge spanning om langdurige VF te induceren en stimulatie gedurende 5 minuten met een lage of hoge spanning om spontane VF op lange termijn te induceren. De slagingspercentages van de verschillende aandoeningen, evenals de percentages van myocardinfarct en herstel van de hartfunctie, werden vergeleken. De resultaten toonden aan dat continue laagspanningsstimulatie langdurige VF veroorzaakte en dat 5 minuten laagspanningsstimulatie spontane langdurige VF veroorzaakte met licht myocardinfarct en een hoge mate van herstel van de hartfunctie. Het laagspannings-, continu gestimuleerde VF-model voor de lange termijn had echter een hoger slagingspercentage. Hoogspanningsstimulatie zorgde voor een hogere snelheid van VF-inductie, maar toonde een laag succespercentage van defibrillatie, slecht herstel van de hartfunctie en ernstig myocardinfarct. Op basis van deze resultaten wordt continue laagspannings-epicardiale AC-stimulatie aanbevolen vanwege het hoge slagingspercentage, de stabiliteit, betrouwbaarheid, reproduceerbaarheid, lage impact op de hartfunctie en mild myocardinfarct.
Introduction
Hartchirurgie wordt meestal uitgevoerd via thoracotomie, met blokkering van de aorta en perfusie met een cardioplegische oplossing om het hart te stoppen. Herhaalde hartchirurgie kan uitdagender zijn dan de initiële operatie, met hogere complicatie- en sterftecijfers 1,2,3. Bovendien kan de conventionele mediane sternotomiebenadering schade veroorzaken aan de brugvaten achter het borstbeen, de opgaande aorta, de rechterkamer en andere belangrijke structuren. Uitgebreide bloedingen als gevolg van de scheiding van bindweefsel, sternale wondinfectie en sternale osteomyelitis als gevolg van sternotomie zijn allemaal mogelijke complicaties. Uitgebreide dissectie verhoogt het risico op laesies en bloedingen in vitale hartstructuren.
Met de ontwikkeling van minimaal invasieve hartchirurgie zijn incisies kleiner geworden en is hartstilstand soms moeilijk te bereiken. Herhaalde hartchirurgie onder ventriculaire fibrillatie (VF)4,5 is veilig, haalbaar en kan een betere myocardiale bescherming bieden. Daarom introduceert dit protocol de methode van VF-hartstilstand in de chirurgie met minimaal invasieve extracorporale circulatie. Het hart verliest effectieve contractie tijdens VF en dus is het niet nodig om de opgaande aorta tijdens de operatie te hechten en te blokkeren, wat de procedure vereenvoudigt. Maar zelfs als het hart continu doordrenkt is, kan langdurige VF nog steeds schadelijk zijn voor het hart.
Naarmate deze methode op grotere schaal wordt gebruikt, wordt de vraag hoe het hart te beschermen tijdens VF steeds relevanter. Dit vereist uitgebreide en diepgaande studies met behulp van diermodellen van VF op lange termijn. In het verleden heeft onderzoek op dit gebied meestal grote dierengebruikt 6,7 en was samenwerking vereist tussen chirurgen, anesthesiologen, perfusionisten en andere onderzoekers. Deze studies duurden te lang, de steekproefgroottes waren vaak klein en de studies waren over het algemeen gericht op de hartfunctie en minder op mechanistische en moleculaire beoordelingen. Tot op heden heeft geen enkele studie een gedetailleerd protocol gerapporteerd om een VF-model voor de lange termijn vast te stellen.
Dit protocol biedt dus de details die nodig zijn om een VF-rattenmodel voor de lange termijn te ontwikkelen met behulp van Langendorff-apparatuur. Het protocol is eenvoudig, economisch, herhaalbaar en stabiel.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit protocol stelt een diermodel vast van langdurige VF in geïsoleerde rattenharten dat niet eerder is gemeld. Bovendien werden in deze studie verschillende elektrische stimulatiecondities vergeleken. Deze studie biedt een model voor studies met betrekking tot ventriculaire fibrillatiestilstand tijdens hartchirurgie.
Het slagingspercentage van het model is een zeer belangrijke indicator die verband houdt met personeel, tijd en economische kosten. In VF-modellen omvat het slagingspercentage of…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd uitgevoerd met de steun van cardiovasculaire chirurgie, eerste medische centrum, Chinese PLA General Hospital en het Laboratory Animal Center, Chinese PLA General Hospital.
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 |
Referências
- 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).
