應(yīng)用背景

離體心臟灌流技術(shù)的發(fā)展，極大的推動(dòng)了心臟生理學(xué)和藥理學(xué)的發(fā)展，構(gòu)建了心臟研究的基礎(chǔ)工作。該技術(shù)發(fā)展以來(lái)具有了眾多的應(yīng)用和變化，本篇文章綜述了離體心臟灌流技術(shù)的發(fā)展和優(yōu)劣，提供了一種獨(dú)特的心臟灌流解決方案以及使用案例。
19世紀(jì)中后期，離體心臟灌流技術(shù)最早出現(xiàn)于Elias Cyon對(duì)蛙心的離體灌注實(shí)驗(yàn)，后由Oscar Langendorff完善和發(fā)展，目前應(yīng)用最廣泛的灌流技術(shù)——Langendorff也有此而來(lái)。離體心臟灌流技術(shù)的應(yīng)用，導(dǎo)致了一系列重要的發(fā)現(xiàn)，形成了我們理解心臟生理學(xué)的基礎(chǔ)，包括溫度、氧和鈣離子對(duì)心臟收縮功能的作用、心房中心臟電活動(dòng)的來(lái)源、迷走神經(jīng)刺激的負(fù)性變時(shí)效應(yīng)以及乙酰膽堿在迷走神經(jīng)中脈沖的化學(xué)傳遞等，極大地促進(jìn)了心功能病理機(jī)理和藥理毒理等的研究，推動(dòng)了心臟相關(guān)研究朝著一個(gè)新的高度發(fā)展。

心臟冠狀動(dòng)脈循環(huán)

離體心臟灌流技術(shù)發(fā)展而來(lái)，具有了眾多變化，但其基本原理未發(fā)生改變。都是通過(guò)對(duì)升主動(dòng)脈插入插管，將灌注液以恒壓或恒流的方式灌注進(jìn)入心臟；主動(dòng)脈的逆行血流關(guān)閉了主動(dòng)脈瓣的瓣葉，因此，整個(gè)灌注液通過(guò)主動(dòng)脈根部的口進(jìn)入冠狀動(dòng)脈；灌注液通過(guò)冠狀動(dòng)脈循環(huán)后，經(jīng)冠狀竇進(jìn)入右心房，實(shí)現(xiàn)對(duì)心臟功能的維持。

心臟解剖及血液流動(dòng)

心臟冠脈循環(huán)示意

隨著實(shí)驗(yàn)需求變化，離體灌流技術(shù)發(fā)展出多種變化方案，目前應(yīng)用比較廣泛的主要有三種：Langendorff灌流法、Janicki Working Heart灌流法、Neely Working Heart灌流法。

Langendorff使用示意圖

Langendorff灌流法為逆行灌流，即將灌流液從主動(dòng)脈灌流入冠脈循環(huán)，心室腔可以無(wú)灌流液充盈，冠脈循環(huán)保證了心臟的正常跳動(dòng)、代謝、及各種功能的執(zhí)行，常用于缺血再灌注、藥物篩選等研究。廣泛應(yīng)用于心臟生理、病理生理、生化代謝、藥物研究等許多方面，近年來(lái)更延伸到受體、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、基因表達(dá)調(diào)控等許多領(lǐng)域，是心臟研究領(lǐng)域的一項(xiàng)重大進(jìn)展。

Janicki Working Heart使用示意圖

Janicki Working Heart灌流法是在Langendorff模型基礎(chǔ)上取一充滿液體的小球囊置于左心室，通過(guò)插管將小球囊中液體引入一個(gè)新的閉合循環(huán)通路，由兩個(gè)彈性瓣膜控制其單向流動(dòng)。每次心臟收縮時(shí)，球囊會(huì)泵出一定量的液體，即每搏輸出量，通過(guò)連接流量計(jì)或積分儀進(jìn)行測(cè)量。心臟的前后負(fù)荷也可通過(guò)環(huán)路分別控制。此種灌流方式心臟可以正常做功，與生理狀態(tài)接近，適用于全心功能研究。

Neely Working Heart使用示意圖

Neely Working Heart灌流法是在Langendorff灌流的基礎(chǔ)上，行肺靜脈插管進(jìn)入左心房，連接左心房灌流系統(tǒng)，主動(dòng)脈灌流10min待心臟搏動(dòng)平穩(wěn)后行左心房灌流。Neely Working Heart模型可以實(shí)現(xiàn)離體心臟可以和在體心臟一樣做功(即起到泵的作用），灌流液從主動(dòng)脈泵出，完全模擬生理狀態(tài)，可以測(cè)量心排血量等心功能參數(shù)；另外它還可以通過(guò)調(diào)節(jié)左房和左室的壓力和容量得到和在體模型一致的心功能曲線，適合全心功能方面研究。

以上三種方法中，Langendorff依舊是使用最廣泛的灌流方案，其便捷的設(shè)計(jì)和使用，可以支持大多數(shù)心臟功能研究，被廣泛應(yīng)用于各種研究。
Janicki Working Heart灌流法主要用于測(cè)量每搏輸出量和左心室壓力容積曲線。Neely Working Heart則是完全模擬生理狀態(tài)，適合全心功能方面的研究。但Neely Working Heart模型技術(shù)要求高而且穩(wěn)定性不足，所以目前仍沒(méi)有取代Langerdorff模型的趨勢(shì)。

ZH-LGF型離體心臟灌流裝置

01產(chǎn)品簡(jiǎn)介

Langendorff離體心臟灌流系統(tǒng)適用于離體哺乳動(dòng)物心臟灌流（langendorff氏法）和離體心臟冠脈流量（coronaryfilw.cf）的測(cè)定?？芍苯舆M(jìn)行恒壓灌流，加上蠕動(dòng)泵可進(jìn)行恒流灌流。

02技術(shù)指標(biāo)：

1、可同時(shí)灌流2個(gè)心臟。

2、可進(jìn)行恒流恒壓灌流。

3、不銹鋼支架，流量可調(diào)。

4、溫度：室溫---- 85℃(ZH型超級(jí)恒溫水浴槽)

5、溫度波動(dòng)度：±0.03℃

6、水槽尺寸：350×220×160mm

7、溫度指示：數(shù)字式

8、轉(zhuǎn)速范圍 1～100rpm 正反轉(zhuǎn)可逆(蠕動(dòng)泵)

9、蠕動(dòng)泵速度分辨率 0.1 rpm

10、調(diào)速方式 薄膜按鍵連續(xù)調(diào)節(jié)

11、顯示方式:3位LED顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速

12、流量：0.05～290 mL/min

13、外控接口 啟?？刂?、方向控制、速度控制

（0～5V、0～10V、4～20mA可選）

14、工作環(huán)境:溫度0～40℃, 相對(duì)濕度 < 80%

15、驅(qū)動(dòng)器尺寸(L×W×H):212×112×142(mm)

16、驅(qū)動(dòng)器重量:2.8Kg

17、防護(hù)等級(jí):IP31

03 產(chǎn)品組件

蠕動(dòng)泵控制單元及壓力控制精度

心臟懸掛裝置

Janicki-type working heart球囊裝置

單通道MAP測(cè)量、刺激裝置和MAP放大器

此外，還有心肌收縮傳感器和放大器、刺激器、信號(hào)采集主機(jī)及軟件以及多種放大器可選。

使用案例

使用案例一

2016年Baghirova等研究了關(guān)于核基質(zhì)金屬蛋白酶MMP2在心臟缺血再灌注后對(duì)心肌修復(fù)的生物機(jī)制及存在位點(diǎn)?；|(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)是一種鋅依賴型蛋白酶，參與了心臟氧化應(yīng)激損傷引起的細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外基質(zhì)重塑。細(xì)胞內(nèi)MMP-2在急性心肌缺血再灌注(I/R)損傷的病理生理學(xué)中起著核心作用，因?yàn)樗饧♀}蛋白I、肌球蛋白輕鏈1、α-肌動(dòng)蛋白和肌動(dòng)蛋白等，從而導(dǎo)致急性收縮功能障礙；但MMP2的產(chǎn)生位點(diǎn)和發(fā)生機(jī)制尚不明確。

作者通過(guò)Janicki Working Heart大鼠離體心臟模型模擬缺血再灌注（I/O）損傷，通過(guò)建立添加鄰菲羅啉（MMP抑制劑）I/O模型、未添加鄰菲羅啉I/O模型與空白有氧灌注三組離體心臟模型，研究它們的心功能參數(shù)，以及分離的心肌細(xì)胞中MMP-2的含量和細(xì)胞勻漿對(duì)肌鈣蛋白的水解能力的差異，研究了MMP2在心肌細(xì)胞中的定位和發(fā)生機(jī)制。實(shí)驗(yàn)表明：MMP-2存在于心肌細(xì)胞的細(xì)胞核中，核MMP-2活性的增加是I/R損傷大鼠心臟組織的結(jié)果。（Baghirova S, Hughes B G, Poirier M, et al. Nuclear matrix metalloproteinase-2 in the cardiomyocyte and the ischemic-reperfused heart[J]. Journal of molecular and cellular cardiology, 2016, 94: 153-161.）

MMP抑制劑鄰菲羅啉存在或不存在時(shí)缺血再灌注(I/R)損傷大鼠離體心臟的功能表現(xiàn)。將離體大鼠心臟作為對(duì)照心臟進(jìn)行有氧灌注75分鐘(AE，黑色)，或進(jìn)行20分鐘有氧灌注后20分鐘的全局無(wú)血流缺血和35分鐘的有氧再灌注，注入100 μM的鄰菲羅啉(I/R + O，藍(lán)色)或其載藥(I/R，紅色)。圖中的淺灰色區(qū)域表示載具或藥物注入的時(shí)間長(zhǎng)度，缺血前10分鐘和缺血后10分鐘(注意有氧心臟共接受載具40分鐘)。暗灰色區(qū)域代表I/R心臟的全局性無(wú)血流缺血。測(cè)量的生理參數(shù)包括:(A)冠狀動(dòng)脈流量，(B)心率，(C)左心室壓力，(D)心率和壓力的乘積。(n = 7/組)，*p≤0.05 (I/R vs I/R + O)。

使用案例二

2013年Khobragade等研究了氯喹在兔體內(nèi)和體外抗心律失?；钚栽u(píng)估。作者以氯菲寧為標(biāo)準(zhǔn)促心律失常劑，觀察抗瘧藥氯喹在兔體內(nèi)α1腎上腺能受體刺激麻醉兔和離體Langendorff兔心臟兩種兔促心律失常模型中的心室復(fù)極延長(zhǎng)和促心律失?；钚浴?/span>

結(jié)果表明：氯氟菌素和氯喹治療的家兔在兩種模型中均表現(xiàn)出多種形式的心律失常。這提高了評(píng)估非心臟藥物的抗心律失常潛力的必要性，也提高了開(kāi)發(fā)更安全藥物的必要性。兩種模型都能有效地反映近心律失常的變化，可用于評(píng)估候選新藥的促心律失常潛力。（Khobragade S B, Gupta P, Gurav P, et al. Assessment of proarrhythmic activity of chloroquine in in vivo and ex vivo rabbit models[J]. Journal of Pharmacology and Pharmacotherapeutics, 2013, 4(2): 116-124.）

氯氟咪嗪致兔體內(nèi)心律失常發(fā)生率，氯氟咪嗪致兔體內(nèi)心律失常發(fā)生率為PVC、II房室阻滯、VT和TdP，氯喹致兔體內(nèi)心律失常發(fā)生率為PVC、I房室阻滯、II房室阻滯和VF。(a)竇性心律正常。(b)房室傳導(dǎo)阻滯。(c)室性早搏。(d)室性心動(dòng)過(guò)速(e)尖扭轉(zhuǎn)(TdP)。(f)心室顫動(dòng)(VF)

氯氟菌和氯喹治療兔離體心律失常發(fā)生率分別為PVC、II和III型房室傳導(dǎo)阻滯、VT和TdP (a)竇性心律正常。(b)心室早搏。(c)室性心動(dòng)過(guò)速。(d)二級(jí)房室傳導(dǎo)阻滯。(e)三級(jí)房室傳導(dǎo)阻滯。(f)頂點(diǎn)扭轉(zhuǎn)(TdP)

相關(guān)產(chǎn)品

ZH-SX型恒溫平滑肌槽

提供帶氧氣輸入的數(shù)控恒溫環(huán)境，保證離體組織器官的生理活性。適合用于血管環(huán)、平滑肌、心肌、冠狀動(dòng)脈、大腸等組織器官的生理學(xué)以及藥理學(xué)研究。

MD3000生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)

MD3000生物信號(hào)采集系統(tǒng)是一種多單片機(jī)控制，為生命學(xué)科設(shè)計(jì)的生物信號(hào)記錄和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，取代了傳統(tǒng)的多道生理記錄儀、示波器、X-Y記錄儀和刺激器等儀器，可應(yīng)用于各院校的生理學(xué)、藥理學(xué)、病理生理學(xué)、運(yùn)動(dòng)生理學(xué)和心理學(xué)等學(xué)科的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)?？?/span>Windows2000/XP/win7下運(yùn)行，可做動(dòng)物的血壓張力心電圖等300多種指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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(6) Khobragade S B, Gupta P, Gurav P, et al. Assessment of proarrhythmic activity of chloroquine in in vivo and ex vivo rabbit models[J]. Journal of Pharmacology and Pharmacotherapeutics, 2013, 4(2): 116-124.