离体兔心Langendorff灌注的多参数光学标测

本实验的总体目标是利用光学标测技术，在离体灌注的兔心上研究心脏电生理特性，例如传导、复极化、心律失常的发生以及钙离子调控。该目标首先通过分离兔心并经主动脉逆行灌注以维持心脏完整来实现。实验的下一步是暴露心脏表面，使用激动-收缩解耦剂（excitation-contraction uncoupler）消除心脏收缩，并利用电压敏感性染料和钙离子荧光指示剂对心肌进行适当染色。

然后使用全景光学标测系统记录心室大部心外膜的光学动作电位。随后将光学信号映射到重建的心脏心外膜三维几何结构上。在此步骤中，可利用非全景双成像系统同时记录光学动作电位和钙瞬变。

该方法可提供心肌在空间和时间上的定量数据，包括兴奋与复极化过程，以及钙处理特性的同步特征，这些参数可在正常心律以及房性和室性心律失常期间进行分析。大家好，我是Dr. Iger Eov，圣路易斯华盛顿大学生物医学工程专业的教授。

今天我们介绍的光学技术是一种独特的方法，相较于传统微电图和微电极图具有多项优势，因为它能够同时记录数十、数万个动作电位和钙瞬变。此外，该技术不受电刺激和除颤所产生伪影的干扰，这些伪影会严重扭曲通过任何电图记录到的动作电位。而且，钙瞬变只能通过该技术进行记录。

这是别无选择的方法。该方法有助于回答心脏电生理学领域中的关键问题，例如危及生命的心房和心室心律失常的发生、维持与终止机制，以及在先天性心脏病、代谢性疾病和心力衰竭等疾病中的传导系统化、兴奋性及兴奋-收缩耦联功能建模。手术准备就绪后，使用戊巴比妥钠与肝素混合剂对兔实施安乐死。

一旦家兔对疼痛反射无反应，立即打开其胸腔并切除心脏和肺。在非循环LRF灌注系统中，于主动脉弓所有分支的升主动脉上端处进行切割，然后开启泵以启动Tyro溶液的流动。迅速将心脏安装到与LOR灌注系统相连的16号主动脉插管上。

将主动脉内的空气排出，并在完全灌注后结扎主动脉插管。立即切开心包膜，不要延误。随后去除心脏周围包裹的肺、气管及脂肪组织以及结缔组织。

防止左心室积液非常重要，因为积液会导致缺血。因此，需将一根硅胶引流管经肺静脉和二尖瓣插入左心室。随后，将带有插管的心脏转移至配备光学标测系统的循环朗格多夫灌流装置中。

将心脏置于定制的六边形腔室中，并将套管连接至灌注系统。使用压力传感器监测主动脉压力，并通过调节灌注泵的流速将其维持在约60 ± 5 mmHg。将pH值维持在7.35 ± 0.05左右。

关闭室内灯光，通过位于套管上方气泡捕集器中的注射口缓慢注入对光敏感的BLEs他汀储备液。为达到10微摩尔浓度的BLEs他汀，缓慢注入0.1毫升BLEs他汀溶液。每次推注后，需等待压力稳定后再进行下一次注射。

将光电二极管阵列（PDA）以三个等间距的角度围绕心脏放置。然后在每个PDA上，将心脏的图像聚焦在像平面的磨砂玻璃上。调整六边形腔室中套管的位置以及每个PDA的位置，直至心脏完全位于三个PDA的视野范围内。

然后在毛玻璃上拍摄每个聚焦图像的照片。通过气泡捕集器中的注射口，缓慢向灌流液中注入 10 至 20 微升 D 四 Anep 储存液。然后等待三分钟。

接下来，将起搏电极轻柔地放置于目标位置。此处将其置于心脏前表面视图的中心。开始同时从PDAs进行光学记录。

确保光学信号中无运动伪影，且信噪比足以满足后续数据分析需求。完成后，打开室内灯光，将相机置于其中一个PDA位置处，每旋转10度拍摄一张照片，对心脏进行摄影记录。随后清理灌流系统。

将插管的心脏置于一个圆形玻璃腔室中，并将插管连接至灌注系统。用针在心室心尖部和心房处将心脏固定于腔室的硅胶底部。为固定心脏，关闭室内光源，并通过注射口缓慢注入BLEs他汀，以减少溶液表面的运动。

在心外膜表面放置一块玻璃盖片。该步骤通常在暗处进行，但此处为演示需要在光线下操作。为改善视频图像质量，将双模成像系统移至心脏上方。

现在将两个CMO相机对准同一视野。接下来，调整两个带有激发滤光片的卤素灯导光管的位置。通过注射口加入10至20微升电压敏感染料RH 237，对心脏进行染色。

然后通过气泡捕集端口加入200 µL的road 2:00 AM与onic F1 27按1:1比例配制的混合液。在开始成像前，等待约20分钟，使road 2:00 AM充分解离。现在进行一次测试记录。

关闭灌流泵以避免溶液表面产生扰动。打开卤素灯，并从两台相机获取光学记录。然后关闭激发光。

开启灌流泵并检查光学信号质量。若信号较弱，用额外的RH 237重新染色心脏，并在凌晨2:00继续实验。若存在运动伪影，立即追加BLEs他汀类药物以消除运动干扰，确保一切正常后继续进行预定实验，并在结束后清理系统。

实验完成后，使用全景光学标测系统展示了Lang Endorf灌注兔心的此幅前位视图。相比之下，心脏几何结构的重建图像显示了相同的前位视图。此处展示的展开心外膜表面按相位进行颜色编码。

心脏正经历来自旋涡周围五个位置的快速性心律失常发作。展示了光学动作电位。此处红色部分为在一次稳定的折返性心律失常周期中传播的激活波前。

在心脏前表面的相位奇点处，波阵面顺时针旋转。复极化过程以透明蓝色显示，以便观察心脏后表面的波阵面。该心脏通过双映射系统进行分析，以同时展示动作电位和钙瞬变的映射结果。

一个位点的记录放大视图显示，动作电位为蓝色，钙瞬变为红色。该前视图上的点表示均匀分布的记录位点，从中展示了一组样本轨迹。这些数据以每像素200微米×200微米的光学分辨率采集。

该疗法的意义在于扩展了房性和室性10 K心律失常的除颤治疗，因为我们能够在电疗期间直接观察强电刺激的效果。目前尚无其他方法能够实现这一点。利用该方法，我们开发并验证了一种新型低电压、无痛的房颤和室性心动过速除颤疗法。