Установка для перфузии изолированного сердца крысы

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Национальный исследовательский университет

Изучение электрических свойств изолированного сердца крысы

Электронное учебно-методическое пособие

Рекомендовано методической комиссией института биологии и биомедицины для студентов ННГУ, обучающихся по направлению 06.03.01 «Биология» (бакалавриат)

Нижний Новгород

Изучение электрических свойств изолированного сердца крысы

Составители Харьковская Е.Е., Жидкова Н.М., Другова О.В., Осипов Г.В., Мухина И.В. Электронное учебно-методическое пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2016. – 28 с.

Рецензент:

Аннотация. В учебно-методическом пособии рассматриваются основы метода мультиэлектродной регистрации электрической активности изолированного сердца крысы гибкими матрицами. Описывается принцип метода приготовления препарата изолированного сердца крысы для изучения его электрических и физиологических свойств. Обсуждаются особенности применения гибких многоэлектродных матриц, их свойства и возможности в области экспериментальной электрофизиологии. В учебно-методическом пособии приведен список рекомендованной для изучения литературы и вопросы для самоконтроля.

Электронное учебно-методическое пособие предназначено для бакалавров ННГУ, обучающихся по основной профессиональной образовательной программе бакалавриата

03.01.02 Биофизика, изучающих курс Современные методы визуализации в нейробиологии, из раздела ОД.А.04

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................... ГЛАВА 1. МЕТОД ЛАНГЕНДОРФА.................................................................... 1.1. Установка для перфузии изолированного сердца крысы.................... 1.2. Приготовление растворов для перфузии сердца................................... 1.3. Экспериментальный препарат «изолированное сердце....................... 1.4. Поддержание сократительной активности изолированного сердца крысы…………………………………………………………………… ГЛАВА 2. МУЛЬТИЭЛЕКТРОДНАЯ РЕГИСТРАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ИЗОЛИРОВАННОГО СЕРДЦА КРЫСЫ……………………. 2.1. Установка для мультиэлектродной регистрации электрической активности изолированного сердца крысы................................................. 2.1.1.Устройство гибкой мультиэлектродной матрицы………………. 2.1.2.Миниатюрный предусилитель…………………………………….. 2.1.3. Коллектор сигналов………………………………………………… 2.1.4. Фильтр электрических сигналов…………………………………… 2.1.5. Аналогово-цифровой преобразователь…………………………….. 2.2. Программные приложения для работы с мультиэлектродными матрицами…………………………………………………………………... 2.2.1. Основные функции программного приложения Cardio 2D………. 2.2.2. Основные функции программного приложения Cardio 2D+……... ГЛАВА 3. ПАРАМЕТРЫ ОЦЕНКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ИЗОЛИРОВАННОГО СЕРДЦА КРЫСЫ............................................................. 3.1. Вариабельность ритма сердечных сокращений................................ 3.2. Скорость распространения электрической волны.......................... Вопросы для самоконтроля…................................................................................. Список используемых сокращений…………………………………………… Рекомендованная литература ….............................................................................

ВВЕДЕНИЕ

Изучение электрической активности сердца открывает большие возможности для исследования природы заболеваний, на сегодняшний день являющихся наиболее частыми причинами смерти человека в развитых странах по данным Всемирной организации здравоохранения. Достижение поставленных задач в данной области исследования требует привлечения самых современных и высокотехнологичных подходов, не исключая также при этом использования классических методов физиологии, электрофизиологии, математического моделирования и других.

К классическим методам исследования физиологии сердца, описанным в данном учебно-методическом пособии, относится метод перфузии изолированного сердца крысы по Лангендорфу. Данный метод позволяет изучать механизмы работы сердца вне контроля регуляторных систем организма. Таким образом, открываются возможности в изучении специфических свойств миокарда, компонентов проводящей и сосудистой систем сердца на более детальном уровне. На экспериментальной модели изолированного сердца крысы можно оценить такие параметры его функционального состояния, как минутный объем коронарного кровотока, сила внутрижелудочкового давления и показатели электрической активности сердца.

Под электрической активностью сердца подразумеваются процессы, лежащие в основе образования и участвующие в распространении сигнала, запускающего последовательное сокращение мышечных волокон миокарда. К показателям состояния электрической активности сердца относятся частота и вариабельность ритма сокращения сердца, область очага зарождения импульса и волновых свойств его распространения. Для изучения электрической активности сердца постоянно разрабатываются и совершенствуются методы ее регистрации и анализа. Один из наиболее информативных методов подразумевает использование мультиэлектродных гибких матриц. Использование передовых технологий и материалов при разработке и изготовлении гибкой матрицы позволяет наделить ее уникальными свойствами для работы с изолированным органом. Например, полиимидная пленка матрицы, включающая 72 высокочувствительных электрода, обладает исключительной прочностью и способностью формировать плотный устойчивый контакт с поверхностью сердца в течение достаточно продолжительного периода, необходимого для осуществления задачи эксперимента. За счет использования гибких мультиэлектродных матриц а также системы усилителей, фильтров, аналогово-цифровых преобразователей (АЦП) и специального программного обеспечения (ПО) осуществляется регистрация, обработка, преобразование, хранение и последующий анализ электрических сигналов с более чем 100 электродов. Таким образом, можно не только оценивать характеристики, для которых достаточно одного или нескольких электродов, такие как показатели ритма, строение зубцов и интервалов на электрокардиограмме. Но благодаря пространственному разрешению электродных матриц имеется возможность изучения волновых процессов, происходящих в сердце. Наличие такой возможности позволяет охарактеризовать данный метод как высокоинформативный наряду с такими его преимуществами, как неинвазивность, отсутствие необходимости фармакологического вмешательства, существенная продолжительность проведения регистрации и пространственные возможности расположения мультиэлектродных матриц относительно объекта исследования.

Освоение описанных в данном пособии методик позволит углубить уровень знаний и усовершенствовать практические навыки в области физиологии и электрофизиологии сердца млекопитающих, а также в применении систем многоканальной мультиэлектродной регистрации электрических процессов и использовать их в дальнейшем в целях решения научно-исследовательских задач.

ГЛАВА 1. МЕТОД ЛАНГЕНДОРФА

Способность тканей сердца к электрическому возбуждению под влиянием собственных импульсов, известная как автоматизм, была описана еще во времена эпохи Возрождения. Так, основоположник научной анатомии Андреас Везалий (1514–1564) при вскрытии трупов отмечал сохранение жизнедеятельности сердца, которая, однако, продолжалась довольно короткий период времени. Бурное развитие медицины и физиологии на рубеже XIX – XX вв. позволило ученым вплотную подойти к исследованию принципов работы кровеносной системы. Стояла острая необходимость изучить процесс сокращения сердечной мышцы ex vivo (то есть в искусственной среде). Метод перфузии изолированного сердца назван в честь разработавшего его в 1895 г. немецкого ученого Оскара Лангендорфа (1853–1908). В своих экспериментах Лангендорф обеспечивал поддержание жизнедеятельности препарата сердца с помощью дефибринированной крови, которой перфузировались коронарные сосуды через аорту - то есть ток крови шел в обратном направлении (ретроградная перфузия). Вне зависимости от направления тока перфузии важнейшим условием для поддержания активности сердца является доступ необходимых питательных элементов к миокарду через систему коронарных артерий, которые берут начало от корня аорты.

На сегодняшний день метод перфузии изолированного сердца по Лангендорфу не теряет своей актуальности и применяется в ведущих лабораториях по всему миру. Данный метод позволяет изучать механизмы работы сердца вне контроля регуляторных систем организма. Таким образом, открываются возможности в изучении специфических свойств миокарда, компонентов проводящей и сосудистой систем сердца на более детальном уровне.

Установка для перфузии изолированного сердца крысы

Схема лабораторной установки для перфузии изолированного сердца крысы по методу Лангендорфа с возможностью оценки некоторых показателей его функциональной активности представлена на рисунке 1: данная система состоит из двух полых колонок «1» и камеры для изолированного сердца «2», выполненных из двойного стекла и закрепленных на штативе. Колонки предназначены для перфузионных растворов «3»; поддержание температуры системы на уровне 37,5-38,5°С обеспечивает работа водяной бани «4» (BM 302, NÜVE), которая отвечает за циркуляцию нагревающей воды во внешнем контуре колонок и камеры; аэрация раствора карбогеном (О₂ – 95%, СО₂-5%) осуществляется через магистрали силиконовых трубок от баллона с газом «5». Изолированное сердце крысы закрепляется на канюле из хирургической стали диаметром 2 мм, подведенной к колонкам, пропускающей раствор через ее отверстие. Перфузионные растворы могут быть разного состава, например, при изучении влияния некоего химического фактора на работу сердца в той или иной концентрации. Поэтому удобно наличие минимум двух колонок для возможности переключения тока перфузии между сосудами, содержащими разные по составу растворы.