High-Resolution Endocardial und Epikardiale Optical Mapping in ein Schaf Modell Stretch-Induced Vorhofflimmern

Dieses Protokoll nutzt die optische Kartierung mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung, um die Mechanismen hinter der durch Dehnung induzierten Vorhofflimmern zu verstehen. Dies wird erreicht, indem zunächst ein Schafsherz exponiert und über die Aorta mit einem Langendorff-Perfusionssystem verbunden wird, das eine zirkulierende, sauerstoffangereicherte Tyrode-Lösung enthält. Mithilfe einer transseptalen Punktion am Vorhof werden alle Venenmündungen abgedichtet, mit Ausnahme der Vena cava inferior, die zur Kontrolle des intraventrikulären Drucks verwendet wird.

Dann wird bei anhaltender atrialer Dehnung ein persistierendes Vorhofflimmern durch Burst-Stimulation über eine Elektrode ausgelöst, die auf dem linken atrialen Anhängsel positioniert ist. Der letzte Schritt besteht darin, die epikardialen und endokardialen Oberflächen des linken atrialen Anhängsels und des hinteren linken Vorhofs mittels Laserbeleuchtung und CCD-Kameras sowie bipolarer Elektroden optisch und elektrisch abzubilden. Die Ergebnisse zeigen dominante Frequenzgradienten vom hinteren linken Vorhof zum linken atrialen Anhängsel und zum rechten Vorhof.

Außerdem werden gelegentlich lang anhaltende Rotoren mit Rotationszentren im Bereich der höchsten Frequenz identifiziert. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie der konventionellen elektrischen Kartierung, die traditionell in humanen elektrophysiologischen Studien verwendet wird, liegt darin, dass die optische epikardiale und endokardiale Kartierung des linken Vorhofs eine hohe zeitliche und räumliche Auflösung über einen weiten Bereich bietet, wodurch die Verfolgung von Vorhofflimmern-Wellen in verschiedenen Regionen – einschließlich Regionen mit hoher Rotorfrequenz, die das Vorhofflimmern aufrechterhalten – ermöglicht wird. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen auf dem Gebiet der kardialen Elektrophysiologie und komplexer kardialer Arrhythmien zu beantworten, beispielsweise welche speziellen zeitlichen Aktivierungsmuster der Aufrechterhaltung der klinisch häufigsten anhaltenden Arrhythmie zugrunde liegen.

Die Anwendung dieser Technik hat Auswirkungen hinsichtlich therapeutischer Möglichkeiten, um Vorhofflimmern entweder zu verhindern oder zu beenden, basierend auf einem besseren Verständnis seiner Mechanismen. Im Allgemeinen werden Personen, die neu in dieser Technik sind, Schwierigkeiten haben, alle Schritte innerhalb eines angemessenen Zeitraums nahtlos durchzuführen. Es sollte beachtet werden, dass die Isolierung nur für einen begrenzten Zeitraum von etwa vier Stunden möglich ist.

Das Herz bleibt unter Bedingungen erhalten, die für die optische Abbildung von Arrhythmien geeignet sind. Dies erfordert bestimmte chirurgische Fähigkeiten, um das atriale Dehnmodell einzurichten, kombiniert mit technischem Geschick zur Einrichtung des elektrischen und optischen Abbildungssystems. Nach der Gabe von Heparin und der Anästhesie eines 35 bis 40 Kilogramm schweren Schafes mit Propofol und Pentobarbital, entfernen Sie das Herz mittels einer Thorakotomie.

Verbinden Sie das präparierte Herz mit einem LAN-Perfusionssystem mit zirkulierender, oxygenierter Tyro-Lösung bei einem pH-Wert von 7,4, stellen Sie die konstante Flussrate auf 240 bis 270 Milliliter pro Minute ein und halten Sie die Temperatur zwischen 35,5 und 37,5 Grad Celsius. Beginnen Sie damit, den intrakavitären Druck in beiden Vorhöfen des perfundierten Herzens auszugleichen. Cannulieren Sie über eine transseptale Punktion des Vorhofes die untere Hohlvene mit einem Ausflussschlauch.

Danach die intrakardiale Druckeinstellung vornehmen, indem die Höhe der offenen Ausflusskanüle über den Vorhöfen verändert wird. Daraufhin alle Venenmündungen abdichten, einschließlich des Sinus coronarius, der Vena cava superior und der vier Lungenvenen. Beim Abdichten der Lungenvenen in jede einzelne einen Katheter einführen, um über einen Differenzialverstärker bipolare Signale von den beiden distalen Elektroden aufzuzeichnen.

Danach, um die durch die Kontraktilität der kardialen Myozyten verursachte Gewebebewegung zu verringern, sofort 10 Mikromolar BLEs-Statin zur Perfusion hinzufügen. Überwachen Sie den Druck mithilfe eines digitalen Sensors an der Basis der Kanüle. Passen Sie kontinuierlich die Höhe des Ausflusses an, um während des gesamten Experiments einen stabilen Druck von 12 Zentimeter Wassersäule aufrechtzuerhalten.

Zuletzt werden bipolare Elektroden auf dem Dach des linken und auf der Spitze des rechten Atriumohrs platziert. Bereiten Sie nun die optische Abbildung vor. Beginnen Sie damit, eine hochauflösende Hochgeschwindigkeits-CCD-Kamera auf eine Fläche von etwa 14 Quadratzentimetern der freien Wand des linken Vorhofes zu fokussieren.

Danach positionieren Sie eine Laserlichtquelle, um den Bereich auszuleuchten. Führen Sie nun einen starren Doppelkanal-Endoskop mit 10 Millimeter Durchmesser über die Mitralklappe ein, um einen direkten Sichtbereich durch die vordere Wand des linken Ventrikels zu erhalten. Richten Sie den Fokus des Endoskops auf die endokardiale Oberfläche des hinteren linken Vorhofs, um die vier Lungenvenen und das atriale septale Pulkenbündel zu visualisieren.

Befestigen Sie nun das Endoskop über einen Okularadapter mithilfe eines Lichtleiters mit einem Kern­durchmesser von 0,2 Zoll an einer zweiten CCD-Kamera. Richten Sie einen Laser auf dem Anregungskanal des Endoskops ein. Synchronisieren Sie die Aufzeichnung beider CCD-Kameras und konfigurieren Sie diese so, dass sie einen quadratischen TTL-Impuls erzeugen, der anschließend gleichzeitige bipolarere Ableitungen auslöst.

Um das System für die optische Aufzeichnung vorzubereiten, injizieren Sie fünf bis 10 Milliliter Dif Four ANEP in das Herz und warten Sie 10 Minuten, bevor Sie mit den optischen Mapping-Aufnahmen beginnen. Der D four ANEP PS emittiert spannungsabhängige Fluoreszenz bei Anregung mit einem 532 Nanometer Laser. Gehen Sie daher unmittelbar nach seiner Zugabe zur Aufzeichnung von Vorhofflimmern über, um unter kontinuierlicher Vorhofdehnung Vorhofflimmern auszulösen; platzieren Sie die Elektrode oben auf dem LAA für Burst-Stimulation während des Vorhofflimmerns.

Nehmen Sie fünf Sekunden lange Aufnahmen im Abstand von zwei Minuten gleichzeitig von beiden Kameras auf. Setzen Sie die Aufzeichnung von Vorhofflimmern über einen Zeitraum von 50 Minuten fort, sammeln Sie die Rohdaten, und wenden Sie ein Hochpassfilter auf die bipolaren Signale bei drei Hertz sowie ein Tiefpassfilter bei 35 Hertz an. Um nun sowohl die elektrischen als auch die optischen Signale zu analysieren, transformieren Sie beide mithilfe eines FFT-Algorithmus.

Schließlich lassen sich durch die Identifizierung von Bereichen mit hohen Aktivierungs­raten und die Erzeugung von Frequenz­gradienten dominante Frequenz­karten aus jedem optischen Film mithilfe von Phasen­filmen, die mit der Hilbert-Transformation erzeugt wurden, generieren, wodurch drei Klassen von Aktivierungs­mustern identifiziert werden können. Ein Rotoren­muster wird durch das Vorhandensein von Phasen erkannt, die sich auf einen Singularitäts­punkt hin konvergieren und länger als eine Rotation andauern. Ein Durchbruchs­muster ist definiert als eine Wellenfront, die im Sichtfeld erscheint und sich in einer zielartigen Struktur nach außen ausbreitet.

Als räumlich-zeitlich organisierte periodische Wellen werden mindestens vier aufeinanderfolgende periodische Wellen definiert, die von derselben Stelle ausgehen und eine ähnliche Ausbreitungsrichtung sowie ein gleichmäßiges zeitliches Intervall zwischen den Wellen aufweisen. Während dieses repräsentativen Vorhofflimmer-Episodes war die höchste dominante Frequenz am rechten unteren Lungenvenenast des hinteren linken Vorhofs lokalisiert. Das Vorhandensein hochfrequenter Quellen im hinteren linken Vorhof entspricht den links-nach-rechts verlaufenden dominanten Frequenzgradienten, die bei Ablationsverfahren beim proximalen menschlichen Vorhofflimmern beobachtet wurden.

Eine weitere Quantifizierung ermöglicht die räumliche Korrelation der höchsten dominierenden Frequenzen mit dem häufigsten Aktivierungsmuster. Gelegentlich lassen sich langanhaltende Rotoren identifizieren, die innerhalb der Region mit der höchsten Frequenz lokalisiert sind. In einigen Fällen wird eine Schraubenwelle, das dreidimensionale Äquivalent eines Rotors, erkannt, da das stabile Rotationszentrum der Schraubenwelle senkrecht zur Oberfläche des Abbildungsbereichs bleibt.

Dieser Rotator wurde vom Endokard der vorderen linker Vorhof (PLA) aus aufgezeichnet, wobei gleichzeitig eine faserförmige Leitung in Richtung des linken atrialen Anhangs (LAA) erfolgte. Die Daten korrelieren mit einem Frequenzgradienten zwischen der PLA und dem LAA von jeweils neun und 6,4 Hertz. Rotatoren treten generell häufiger in der PLA auf als im LAA, was darauf hindeutet, dass die Reentry-Bewegung in der PLA eine wesentliche Rolle bei der Aufrechterhaltung der Arrhythmie spielt.

Nachdem die chirurgischen und technischen Methoden beherrscht sind, kann dieses Experiment in zwei bis drei Stunden abgeschlossen werden. Es gibt mehrere Schlüsselpunkte für ein erfolgreiches Experiment.

Zunächst ist es entscheidend, zu verhindern, dass Luft in das feste Koronarsystem gelangt. Zweitens ist es wichtig, alle Venen, Anastomosen und Versiegelungen genau zu identifizieren und ordnungsgemäß abzudichten. Und drittens sollte man so geringe Mengen wie möglich an Bewegung und Koppler-Fluoreszenzfarbstoff verwenden und die Belichtung mit Anregungslicht so weit wie möglich reduzieren.

Die Entwicklung des hier gezeigten endokardialen und epikardialen Mapping-Ansatzes ebnet den Forschern den Weg, die Dynamik der Wellenausbreitung detaillierter als bisher und in hochrelevanten Tiermodellen komplexer Herzrhythmusstörungen zu untersuchen.