İzole Sıçan Kalplerinde Uzun Süreli Ventriküler Fibrilasyon Modeli
Summary
Bu protokol, düşük voltajlı alternatif akımla sürekli stimülasyonla indüklenen sıçan kalplerinde uzun süreli ventriküler fibrilasyon modeli sunmaktadır. Bu model yüksek bir başarı oranına sahiptir, stabil, güvenilir ve tekrarlanabilir, kardiyak fonksiyon üzerinde düşük bir etkiye sahiptir ve sadece hafif miyokard hasarına neden olur.
Abstract
Ventriküler fibrilasyon (VF) kalp hastalarında görülme sıklığı yüksek olan ölümcül bir aritmidir, ancak perfüzyon altında VF arresti kalp cerrahisi alanında ihmal edilen bir intraoperatif arrest yöntemidir. Kalp cerrahisindeki son gelişmelerle birlikte, perfüzyon altında uzun süreli VF çalışmalarına olan talep artmıştır. Bununla birlikte, alan kronik ventriküler fibrilasyonun basit, güvenilir ve tekrarlanabilir hayvan modellerinden yoksundur. Bu protokol, epikardın alternatif akım (AC) elektriksel stimülasyonu yoluyla uzun süreli VF’yi indükler. VF’yi indüklemek için, uzun süreli VF’yi indüklemek için düşük veya yüksek voltajla sürekli stimülasyon ve spontan uzun süreli VF’yi indüklemek için düşük veya yüksek voltajla 5 dakika boyunca stimülasyon dahil olmak üzere farklı koşullar kullanılmıştır. Farklı durumların başarı oranlarının yanı sıra miyokard yaralanması ve kardiyak fonksiyonların iyileşme oranları karşılaştırıldı. Sonuçlar, sürekli düşük voltajlı stimülasyonun uzun süreli VF’yi indüklediğini ve 5 dakikalık düşük voltajlı stimülasyonun hafif miyokard hasarı ve yüksek oranda kardiyak fonksiyon iyileşmesi ile spontan uzun süreli VF’yi indüklediğini göstermiştir. Bununla birlikte, düşük voltajlı, sürekli uyarılan uzun vadeli VF modeli daha yüksek bir başarı oranına sahipti. Yüksek voltajlı stimülasyon daha yüksek VF indüksiyon oranı sağladı, ancak düşük defibrilasyon başarı oranı, kardiyak fonksiyonun zayıf iyileşmesi ve ciddi miyokard hasarı gösterdi. Bu sonuçlara dayanarak, yüksek başarı oranı, stabilitesi, güvenilirliği, tekrarlanabilirliği, kardiyak fonksiyon üzerindeki düşük etkisi ve hafif miyokard hasarı nedeniyle sürekli düşük voltajlı epikardiyal AC stimülasyonu önerilmektedir.
Introduction
Kalp cerrahisi genellikle torakotomi yoluyla, aortun bloke edilmesi ve kalbi tutuklamak için kardiyoplejik bir solüsyonla perfüzyon ile gerçekleştirilir. Tekrarlayan kalp cerrahisi ilk ameliyattan daha zor olabilir, komplikasyon ve mortalite oranları daha yüksektir 1,2,3. Ayrıca, konvansiyonel medyan sternotomi yaklaşımı, sternumun arkasındaki köprü damarlarına, yükselen aorta, sağ ventriküle ve diğer önemli yapılara zarar verebilir. Bağ dokusunun ayrılmasına bağlı yaygın kanama, sternal yara enfeksiyonu ve sternotomiye bağlı sternal osteomiyelit olası komplikasyonlardır. Kapsamlı diseksiyon vital kardiyak yapılarda lezyon ve kanama riskini arttırır.
Minimal invaziv kalp cerrahisinin gelişmesiyle birlikte, insizyonlar küçülmüştür ve kalp durması bazen zordur. Ventriküler fibrilasyon (VF)4,5 altında tekrarlanan kalp cerrahisi güvenli, uygulanabilir ve daha iyi miyokard koruması sağlayabilir. Bu nedenle, bu protokol minimal invaziv ekstrakorporeal dolaşım ile cerrahide VF kardiyak arrest yöntemini tanıtmaktadır. Kalp, VF sırasında etkili kasılmayı kaybeder ve bu nedenle, ameliyat sırasında artan aortu dikmeye ve bloke etmeye gerek yoktur, bu da prosedürü basitleştirir. Bununla birlikte, kalp sürekli perfüze edilse bile, uzun süreli VF hala kalbe zararlı olabilir.
Bu yöntem daha yaygın olarak kullanılmaya başlandıkça, VF sırasında kalbin nasıl korunacağı sorusu giderek daha fazla önem kazanmaktadır. Bu, uzun vadeli VF’nin hayvan modellerini kullanarak kapsamlı ve derinlemesine çalışmalar gerektirecektir. Geçmişte, bu alandaki araştırmalar çoğunlukla büyük hayvanlar6,7 kullanmış ve cerrahlar, anestezistler, perfüzyonistler ve diğer araştırmacılar arasında işbirliği gerektirmiştir. Bu çalışmalar çok uzun sürdü, örneklem büyüklükleri genellikle küçüktü ve çalışmalar genellikle kardiyak fonksiyona odaklandı ve mekanik ve moleküler değerlendirmelere daha az odaklandı. Bugüne kadar, hiçbir çalışma uzun vadeli bir VF modeli oluşturmak için ayrıntılı bir protokol bildirmemiştir.
Bu protokol, Langendorff aparatını kullanarak uzun vadeli bir VF sıçan modeli geliştirmek için gereken ayrıntıları sağlar. Protokol basit, ekonomik, tekrarlanabilir ve kararlıdır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu protokol, daha önce bildirilmemiş olan izole sıçan kalplerinde uzun süreli VF’nin bir hayvan modelini oluşturur. Ayrıca bu çalışmada farklı elektriksel stimülasyon koşulları karşılaştırılmıştır. Bu çalışma, kalp cerrahisi sırasında ventriküler fibrilasyon durması ile ilgili çalışmalar için bir model sunmaktadır.
Modelin başarı oranı, personel, zaman ve ekonomik maliyetlerle ilgili çok önemli bir göstergedir. VF modellerinde başarı oranı, VF’nin kal…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Kardiyovasküler Cerrahi, İlk Tıp Merkezi, Çin PLA Genel Hastanesi ve Laboratuvar Hayvanları Merkezi, Çin PLA Genel Hastanesi’nin desteğiyle gerçekleştirilmiştir.
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).
