Высокого разрешения эндокарда и эпикарда Оптический отображения в Овцы модели из стрейч-индуцированной фибрилляции предсердий

В данном протоколе используется оптическое картирование с высоким пространственным и временным разрешением для изучения механизмов, лежащих в основе растяжения-индуцированной фибрилляции предсердий. Это достигается путем эксплантации сердца овцы и его подключения через аорту к системе перфузии LAN endorf с циркулирующим оксигенированным раствором Тиро. Для перекрытия всех устьев вен, кроме нижней полой вены, используется транссептальная пункция предсердия; нижняя полая вена служит для контроля внутрипредсердного давления.

Затем, при непрерывном растяжении предсердия, индуцируют устойчивую фибрилляцию предсердий с помощью пачек стимуляции через электрод, расположенный на верхушке ушка левого предсердия. Заключительный этап заключается в оптическом и электрическом картировании эпикардиальной и эндокардиальной поверхностей ушка левого предсердия и задней стенки левого предсердия с использованием CCD-камер с лазерным освещением и биполярных электродов. Результаты демонстрируют градиенты доминирующей частоты от задней стенки левого предсердия к ушку левого предсердия и к правому предсердию.

Кроме того, выявляются отдельные долгоживущие роторы с центрами вращения в области самых высоких частот. Основным преимуществом данного метода перед существующими подходами, такими как традиционное электрическое картирование, обычно применяемое в электрофизиологических исследованиях человека, является то, что оптическое эпикардиальное и эндокардиальное картирование левого предсердия обеспечивает высокое временное и пространственное разрешение на обширной области. Это позволяет отслеживать волны фибрилляции предсердий в различных зонах, включая области с высокой частотой роторов, которые поддерживают фибрилляцию предсердий. Данный метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области электрофизиологии сердца и сложных сердечных аритмий, например, каковы специфические временны́е паттерны активации, лежащие в основе поддержания наиболее распространенной стойкой аритмии в клинической практике.

Значимость использования данной методики заключается в расширении терапевтических возможностей по предотвращению или купированию фибрилляции предсердий на основе более глубокого понимания ее механизмов. Как правило, лицам, которые впервые применяют данный метод, будет сложно безупречно выполнить все этапы за разумный промежуток времени. Следует отметить, что время, в течение которого они проводят изоляцию, ограничено и составляет около четырех часов.

Сердце поддерживают в условиях, подходящих для оптического картирования аритмий. Это требует определенных хирургических навыков для создания модели растяжения предсердий в сочетании с техническими навыками по настройке системы электрического и оптического картирования. После введения гепарина и анестезии овцы весом от 35 до 40 кг с помощью пропофола и пентобарбитала, проведите торакотомию для извлечения сердца.

Подключите препарированное сердце к системе Langendorff (LAN) с циркулирующим оксигенированным раствором Тиро при pH 7.4, установите постоянную скорость потока в диапазоне от 240 до 270 мл/мин и поддерживайте температуру от 35.5 до 37.5 °C. Начните с выравнивания внутрикавитарного давления в обоих предсердиях перфузируемого сердца. С помощью транссептальной пункции предсердия канюлируйте нижнюю полую вену выходящей трубкой.

Затем отрегулируйте внутрипредсердное давление, изменяя высоту открытого отточного канюли над предсердиями. Теперь перекройте все отверстия вен, включая коронарный синус, верхнюю полую вену и четыре легочные вены. При перекрытии легочных вен поместите в каждую из них катетеры для регистрации биполярных сигналов с двух дистальных электродов через дифференциальный усилитель.

Затем, чтобы уменьшить движение ткани, вызванное сократительностью кардиомиоцитов, добавьте в перфузионный раствор 10 µM BLES-статина. Контролируйте давление с помощью цифрового датчика в основании канюли. Постоянно регулируйте высоту оттока, чтобы поддерживать стабильное давление 12 cm H₂O на протяжении всего эксперимента.

Наконец, биполярные электроды размещают на своде левого ушка предсердия и на верхней части правого ушка предсердия. Теперь подготовьтесь к оптическому картированию. Начните с фокусировки высокоразрешающей высокоскоростной CCD-камеры на участке поверхности свободной стенки левого предсердия площадью около 14 квадратных сантиметров.

Затем расположите источник лазерного излучения для освещения данной области. Теперь введите двухканальный жесткий бороскоп диаметром 10 миллиметров через митральный клапан, чтобы обеспечить прямой обзор через переднюю стенку левого желудочка. Сфокусируйте бороскоп на эндокардиальной поверхности задней части левого предсердия, чтобы визуализировать четыре легочные вены и легочный пучок межпредсердной перегородки.

Теперь закрепите бороскоп на второй CCD-камере через адаптер окуляра, используя жидкостный световод с диаметром сердцевины 0,2 inch. Установите лазер на канал возбуждения бороскопа. Синхронизируйте запись с обеих CCD-камер и настройте их на выдачу прямоугольного TTL-импульса, который в дальнейшем послужит триггером для одновременной биполярной записи.

Для подготовки системы к оптической регистрации введите от 5 до 10 мл диф four andep в сердце и подождите 10 минут перед началом записей оптического картирования. D four ANEP PS излучает вольт-чувствительную флуоресценцию при возбуждении лазером с длиной волны 532 нм. Поэтому после его добавления немедленно переходите к регистрации фибрилляции предсердий; для индуцирования фибрилляции предсердий при непрерывном растяжении предсердий установите электрод сверху на LAA для проведения пачек стимуляции во время фибрилляции предсердий.

Записывайте пятисекундные видеоролики с двухминутным интервалом одновременно с обеих камер. Продолжайте запись фибрилляции предсердий в течение 50 минут; к собранным необработанным данным примените фильтр высоких частот с частотой отсечки 3 Гц и фильтр низких частот с частотой отсечки 35 Гц. Для последующего анализа электрических и оптических сигналов преобразуйте их с помощью алгоритма БПФ.

Наконец, для выявления областей с высокой скоростью активации и создания градиентов частоты, на основе фазовых видео, полученных с помощью преобразования Гильберта, генерируют карты доминирующих частот из каждого оптического видео. Таким образом можно выделить три класса паттернов активации. Паттерн ротора определяется наличием фаз, сходящихся к точке сингулярности, которая сохраняется на протяжении более одного оборота. Паттерн прорыва определяется как волна, появляющаяся в поле зрения и распространяющаяся вовне по типу мишени.

Пространственно-временные организованные периодические волны определяются как минимум четыре последовательные периодические волны, возникающие в одном и том же месте с похожим направлением и интервалом между волнами. Во время этого репрезентативного эпизода фибрилляции предсердий самая высокая доминирующая частота была локализована в правой нижней легочной вене задней стенки левого предсердия. Наличие источников высокой частоты в PLA согласуется с градиентами доминирующей частоты слева направо, наблюдаемыми во время абляционных процедур при проксимальной фибрилляции предсердий у человека.

Дальнейший количественный анализ позволяет установить пространственную корреляцию между наиболее выраженными доминирующими частотами и наиболее распространенным паттерном активации. В некоторых случаях удается выявить долгоживущие роторы, локализованные в области самых высоких частот. В ряде случаев идентифицируется спиралевидная волна (3D-эквивалент ротора), так как стабильный центр вращения спиралевидной волны остается перпендикулярным поверхности области картирования.

Этот ротор был зарегистрирован в эндокарде PLA с одновременной фибриллярной проводимостью в сторону LAA. Данные коррелируют с градиентом частоты между PLA и LAA, составляющим 9 и 6,4 герца соответственно. Роторы обычно чаще встречаются в PLA, чем в LAA, что позволяет предположить, что повторный вход (reentry) в PLA играет важную роль в поддержании аритмии.

После освоения хирургических и технических методов данный эксперимент можно провести за два-три часа. Для успешного проведения эксперимента необходимо учесть несколько ключевых моментов.

Во-первых, крайне важно не допустить попадания воздуха в жесткую коронарную систему. Во-вторых, необходимо выявить все вены и артерии, после чего надлежащим образом их перекрыть. И в-третьих, важно минимизировать количество движений и использовать минимальное количество флуоресцентного красителя для сопряжения, а также максимально сократить время воздействия возбуждающего света.

Разработка представленного здесь метода эндокардиального и эпикардиального картирования открывает исследователям путь к более детальному изучению динамики распространения волн, в том числе на высокорелевантных моделях сложных сердечных аритмий у животных.