스트레치 유도 심방세동 세동의 쉽 모델에서 고해상도 Endocardial 및 Epicardial 광학 매핑

본 프로토콜은 고해상도 공간 및 시간 광학 매핑을 활용하여 신전으로 유도된 심방세동의 기저 메커니즘을 이해하는 방법을 다룹니다. 이를 위해 먼저 양 심장을 적출한 후, 대동맥을 통해 산소화된 tyro 용액이 순환하는 LAN endorf 관류 시스템에 연결합니다. 심방 중격 천자를 통해 하대정맥을 제외한 모든 정맥 입구를 밀폐하며, 하대정맥은 심방 내 압력을 조절하는 데 사용됩니다.

그 후 지속적인 심방 신전 하에서, 좌심방이(left atrial appendage) 상단에 위치한 전극을 이용한 버스트 페이싱(burst pacing)을 통해 지속성 심방세동을 유도합니다. 마지막 단계로 레이저 조명 CCD 카메라와 양극 전극을 사용하여 좌심방이와 좌심방 후벽의 심외막 및 심내막 표면을 광학적 및 전기적으로 매핑합니다. 결과에서는 좌심방 후벽에서 좌심방이 및 우심방으로 이어지는 우세 주파수 구배(dominant frequency gradients)가 나타납니다.

또한, 가장 높은 주파수 영역에 회전 중심을 가진 간헐적인 장기 지속 로터(rotor)가 확인됩니다. 인간 전기생리학 연구에서 전통적으로 사용되는 기존의 전기적 매핑과 같은 방법과 비교했을 때 이 기술의 주요 장점은, 좌심방의 광학적 심외막 및 심내막 매핑이 넓은 영역에 대해 높은 시간 및 공간 해상도를 제공한다는 점입니다. 이를 통해 심방세동을 유지시키는 고주파 로터 영역을 포함하여 다양한 부위에서 심방세동 파형을 추적할 수 있습니다. 이 방법은 임상 현장에서 가장 흔한 지속성 부정맥의 유지 기저에 있는 특수한 시간적 활성화 패턴은 무엇인가와 같이, 심장 전기생리학 및 복합 심장 부정맥 분야의 핵심적인 질문에 답하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

이 기술을 사용하는 것의 함의는 기전에 대한 더 나은 이해를 바탕으로 심방세동을 예방하거나 종료시키기 위한 치료 가능성으로 확장됩니다. 일반적으로 이 기술에 익숙하지 않은 개인은 합리적인 시간 내에 모든 단계를 매끄럽게 수행하는 데 어려움을 겪을 것입니다. 분리 작업에 주어진 시간은 약 4시간으로 제한적이라는 점에 유의해야 합니다.

심장은 부정맥의 광학적 매핑에 적합한 상태로 유지되어야 합니다. 이를 위해서는 심방 신전 모델을 정밀하게 구축하는 외과적 기술과 전기 및 광학적 매핑 시스템을 설정하는 기술적 능력이 모두 필요합니다. 35~40 kg의 양에게 헤파린을 투여하고 프로포폴과 펜토바르비탈로 마취시킨 후, 흉강 절개술을 통해 심장을 적출하십시오.

적출된 심장을 pH 7.4의 산소화된 tyro 용액이 순환하는 LAN 관류 시스템에 연결하고, 일정 유량을 분당 240에서 270 milliliters로 설정하며 온도는 35.5에서 37.5 degrees Celsius 사이로 유지합니다. 먼저 관류 중인 심장의 양쪽 심방 내강 압력을 동일하게 맞춥니다. 심방 중격 천자를 통해 하대정맥에 유출 튜브를 삽입합니다.

그 다음, 심방 위에 위치한 개방형 유출 캐뉼라의 높이를 조절하여 심방 내 압력을 조정합니다. 이제 관상정맥동, 상대정맥 및 4개의 폐정맥을 포함한 모든 정맥 구멍을 밀봉합니다. 폐정맥을 밀봉할 때, 각 폐정맥에 카테터를 삽입하여 차동 증폭기를 통해 두 개의 원위 전극으로부터 바이폴라 신호를 기록합니다.

다음으로, 심근세포의 수축성으로 인한 조직의 움직임을 줄이기 위해, 관류액에 10 micromolar의 BLEs statin을 첨가하십시오. 캐뉼라 하단의 디지털 센서를 사용하여 압력을 모니터링하십시오. 실험 전반에 걸쳐 12 centimeters of water의 안정적인 압력을 유지하도록 유출구의 높이를 지속적으로 조절하십시오.

마지막으로, 좌심방이와 우심방이의 상단에 양극 전극을 배치합니다. 이제 광학 매핑을 준비하십시오. 먼저 고해상도 고속 CCD 카메라의 초점을 좌심방 자유벽 표면의 약 14 square centimeters 영역에 맞춥니다.

그 다음, 해당 영역을 비추도록 레이저 광원을 배치합니다. 이제 좌심실 전벽을 통해 직접적인 시야를 확보하기 위해 직경 10 millimeter의 듀얼 채널 강성 보어스코프를 승모판 너머로 삽입합니다. 네 개의 폐정맥과 심방 중격 폐번들을 시각화하기 위해 보어스코프의 초점을 좌심방 후벽의 심내막 표면에 맞춥니다.

이제 코어 직경이 0.2 inch인 액체 광도파로(liquid light guide)와 접안렌즈 어댑터를 사용하여 보어스코프를 두 번째 CCD 카메라에 연결하십시오. 보어스코프의 여기 채널에 레이저를 설치하십시오. 두 CCD 카메라의 기록을 동기화하고, 이후 동시 양극 기록(bipolar recordings)을 트리거할 정사각형 TTL 펄스를 제공하도록 설정하십시오.

광학 기록을 위한 시스템 준비를 위해, 심장에 dif four andep 5~10 mL를 주입하고 광학 매핑 기록을 시작하기 전 10분 동안 대기합니다. D four ANEP PS는 532 nm 레이저 여기 시 전압 민감성 형광을 방출합니다. 따라서 이를 주입한 후 즉시 심방세동 기록을 진행하며, 지속적인 심방 신전 하에서 심방세동을 유도하기 위해 LAA 상단에 burst pacing용 전극을 배치합니다.

두 대의 카메라에서 2분 간격으로 5초 분량의 영상을 동시에 기록합니다. 50분 동안 심방세동 기록을 계속하여 로우 데이터를 수집하고, 바이폴라 신호에 3 Hz 하이 패스 필터와 35 Hz 로우 패스 필터를 적용합니다. 이제 전기적 신호와 광학적 신호를 모두 분석하기 위해 FFT 알고리즘을 사용하여 두 신호를 모두 변환합니다.

마지막으로, 활성화율이 높은 영역을 식별하고 주파수 구배를 생성하기 위해 힐베르트 변환(Hilbert transformation)으로 생성된 위상 영상을 사용하여 각 광학 영상에서 우세 주파수 맵을 생성하며, 이를 통해 세 가지 클래스의 활성화 패턴을 식별할 수 있습니다. 로터(rotor) 패턴은 한 번 이상의 회전 동안 지속되는 특이점으로 수렴하는 위상의 존재로 식별됩니다. 브레이크스루(breakthrough) 패턴은 시야 내에 파면이 나타나 표적 모양의 패턴으로 바깥쪽으로 전파되는 것으로 정의됩니다.

시공간적으로 조직된 주기적 파동은 유사한 방향과 파동 간 간격을 가지며 동일한 위치에서 발생하는 최소 4회의 연속적인 주기적 파동으로 정의됩니다. 이 대표적인 심방세동 에피소드 동안, 가장 높은 우세 주파수는 좌심방 후벽의 우하폐정맥에서 국소화되었습니다. PLA에서 고주파원(high frequency sources)이 존재한다는 것은 인간의 근위부 심방세동 절제술 과정에서 관찰되는 좌측에서 우측으로의 우세 주파수 구배와 일치합니다.

추가적인 정량화를 통해 가장 우세한 주파수와 가장 흔한 활성화 패턴 간의 공간적 상관관계를 분석할 수 있습니다. 때로는 가장 높은 주파수 영역 내에 국소화된 장기간 지속되는 로터를 식별하는 것이 가능합니다. 어떤 경우에는 스크롤 파동의 안정적인 회전 중심이 매핑 영역의 표면에 수직으로 유지되기 때문에, 로터의 3D 형태인 스크롤 파동이 확인되기도 합니다.

이 로터는 좌심방 뒤벽(PLA)의 심내막에서 기록되었으며, 좌심방이(LAA) 방향으로의 동시 섬유성 전도가 관찰되었습니다. 데이터 분석 결과, PLA와 LAA 사이의 주파수 기울기는 각각 9 Hz 및 6.4 Hz로 나타났습니다. 로터는 일반적으로 LAA보다 PLA에서 더 빈번하게 발생하며, 이는 PLA로의 재진입이 부정맥 유지에 중요한 역할을 한다는 것을 시사합니다.

수술 및 기술적 방법이 숙달되면, 본 실험은 2~3시간 내에 완료할 수 있습니다. 성공적인 실험을 위한 몇 가지 핵심 사항이 있습니다.

첫째, 관상동맥 시스템에 공기가 유입되지 않도록 방지하는 것이 매우 중요합니다. 둘째, 모든 정맥과 인공물을 식별한 뒤 적절하게 밀봉하는 것이 중요합니다. 셋째, 움직임과 커플러 형광 염료의 양을 최소한으로 사용하고, 들뜸광 노출을 가능한 한 줄이는 것이 중요합니다.

여기에서 제시된 심내막 및 심외막 매핑 접근법의 개발은 연구자들이 이전보다 더 상세하게, 그리고 복잡한 심성 부정맥의 매우 관련성 높은 동물 모델에서 파동 전파의 역학을 탐구할 수 있는 길을 열어줍니다.