En model af langvarig ventrikelflimmer i isolerede rottehjerter
Summary
Denne protokol præsenterer en model af langvarig ventrikelflimmer i rottehjerter induceret af kontinuerlig stimulering med lavspændingsvekselstrøm. Denne model har en høj succesrate, er stabil, pålidelig og reproducerbar, har en lav indvirkning på hjertefunktionen og forårsager kun mild myokardieskade.
Abstract
Ventrikelflimmer (VF) er en dødelig arytmi med høj forekomst hos hjertepatienter, men VF-anholdelse under perfusion er en forsømt metode til intraoperativ anholdelse inden for hjertekirurgi. Med de seneste fremskridt inden for hjertekirurgi er efterspørgslen efter langvarige VF-undersøgelser under perfusion steget. Feltet mangler imidlertid enkle, pålidelige og reproducerbare dyremodeller af kronisk ventrikelflimmer. Denne protokol inducerer langvarig VF gennem vekselstrøm (AC) elektrisk stimulering af epikardiet. Forskellige betingelser blev brugt til at inducere VF, herunder kontinuerlig stimulering med lav eller høj spænding for at inducere langvarig VF og stimulering i 5 minutter med lav eller høj spænding for at inducere spontan langvarig VF. Succesraterne for de forskellige tilstande samt antallet af myokardieskade og genopretning af hjertefunktionen blev sammenlignet. Resultaterne viste, at kontinuerlig lavspændingsstimulering inducerede langvarig VF, og at 5 minutters lavspændingsstimulering inducerede spontan langvarig VF med mild myokardieskade og en høj grad af genopretning af hjertefunktionen. Imidlertid havde den lavspændings, kontinuerligt stimulerede langsigtede VF-model en højere succesrate. Højspændingsstimulering gav en højere VF-induktionshastighed, men viste en lav defibrilleringssuccesrate, dårlig genopretning af hjertefunktionen og alvorlig myokardieskade. På baggrund af disse resultater anbefales kontinuerlig lavspændings epikardial AC-stimulering for sin høje succesrate, stabilitet, pålidelighed, reproducerbarhed, lav indvirkning på hjertefunktionen og mild myokardieskade.
Introduction
Hjertekirurgi udføres normalt via thoracotomi, med blokering af aorta og perfusion med en kardioplegisk opløsning for at arrestere hjertet. Gentag hjertekirurgi kan være mere udfordrende end den indledende operation, med højere komplikation og dødelighed 1,2,3. Desuden kan den konventionelle median sternotomi tilgang forårsage skade på broskibene bag brystbenet, den stigende aorta, højre ventrikel og andre vigtige strukturer. Omfattende blødning på grund af adskillelse af bindevæv, brystsårinfektion og sternal osteomyelitis på grund af sternotomi er alle mulige komplikationer. Omfattende dissektion øger risikoen for læsioner og blødning i vitale hjertestrukturer.
Med udviklingen af minimalt invasiv hjertekirurgi er snit blevet mindre, og hjertestop er undertiden vanskeligt at opnå. Gentag hjertekirurgi under ventrikelflimmer (VF)4,5 er sikkert, gennemførligt og kan give bedre myokardiebeskyttelse. Derfor introducerer denne protokol metoden til VF-hjertestop i kirurgi med minimalt invasiv ekstrakorporeal cirkulation. Hjertet mister effektiv sammentrækning under VF, og der er således ikke behov for at sutur og blokere den stigende aorta under operationen, hvilket forenkler proceduren. Men selvom hjertet kontinuerligt perfuseres, kan langvarig VF stadig være skadelig for hjertet.
Da denne metode bliver mere udbredt, bliver spørgsmålet om, hvordan man beskytter hjertet under VF, stadig mere relevant. Dette vil kræve omfattende og dybtgående undersøgelser ved hjælp af dyremodeller for langtids-VF. Tidligere har forskning på dette område for det meste brugt store dyr6,7 og har krævet samarbejde mellem kirurger, anæstesiologer, perfusionister og andre forskere. Disse undersøgelser tog for lang tid, prøvestørrelserne var ofte små, og undersøgelserne fokuserede generelt på hjertefunktion og mindre på mekanistiske og molekylære vurderinger. Til dato har ingen undersøgelse rapporteret en detaljeret protokol til etablering af en langsigtet VF-model.
Denne protokol giver således de detaljer, der er nødvendige for at udvikle en langsigtet VF-rottemodel ved hjælp af Langendorff-apparater. Protokollen er enkel, økonomisk, gentagelig og stabil.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne protokol etablerer en dyremodel for langvarig VF i isolerede rottehjerter, som ikke tidligere er rapporteret. Derudover blev forskellige elektriske stimuleringsbetingelser sammenlignet i denne undersøgelse. Denne undersøgelse giver en model for undersøgelser relateret til ventrikelflimmerstop under hjertekirurgi.
Succesraten for modellen er en meget vigtig indikator, der er relateret til personale, tid og økonomiske omkostninger. I VF-modeller inkluderer succesraten, om VF kan induce…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev udført med støtte fra kardiovaskulær kirurgi, First Medical Center, Chinese PLA General Hospital og 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).
