1. Создание гомеостатической системы

Вы можете принять участие в проекте, например, стать соавтором в написание научных обзоров, которые будут опубликованы в реферируемых научных изданиях, написать критические замечания и прислать дополнительные материалы по теме.

Связь через ТГ канал Перфузия изолированных органов.

Темы обзоров

Обзор 1 — Использование моделей искусственного интеллекта для нормотермической машинной перфузии органов.

Обзор 2. Гомеостатическая система для длительной машинной перфузии, последние достижения.

Введение

Гомеостат для длительной перфузии органов представляет из себя систему для хранения и восстановления органов с целью последующей имплантации. Он так же может использоваться для выращивания органов, проверки новых медицинских технологий, моделирования заболеваний, и научного поиска оптимальных условий перфузии органов. Он снабжён системой ИИ, которая анализирует поступающие данные оценивая состояния органов и управляет гомеостатом для оптимизации условий работы или ходом исследования.

Уже сейчас большинство этапов по созданию подобной установки достаточно понятны и требуют лишь умелой работы инженеров для воспроизведения описанных технологий.

В настоящее время ведётся работа по сбору материала и созданию первого прототипа установки.

Сбор материала осуществляется в виде таблицы и описания к ней.

СХЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

За основу мы взяли таблицу и схему гомеостатической системы представленной группой Бьянки Ласкарис.

Лекарства (включая гормоны) и питательные вещества, которые обычно поставляются кишечником и поджелудочной железой , будут добавляться в перфузат автоматическими насосами. Кровь «промывается» лейкоцитарным фильтром, имитирующим селезенку. Отходы будут удаляться искусственной почкой. Искусственная почка также обеспечит стабильную среду для печени, контролируя состав перфузионного раствора. Насос, имитирующий сердце, обеспечивает контролируемый кровоток и давление через трубки (сосуды). Кровь будет проходить через оксигенатор для оксигенации и удаления CO2 в качестве замены легких. Контейнер (кожа и брюшная полость) обеспечивает стерильную среду. Компьютерный интерфейс функционирует как мозг и центральная нервная система. Чтобы поддерживать ex situ изолированную перфузию органа в течение нескольких дней, машина должна быть автоматизирована и контролироваться на расстоянии. По всему контуру расположены датчики, которые будут предоставлять информацию о давлении, потоке, температуре и составе перфузионного раствора для поддержания физиологической среды через автоматизированные контуры обратной связи.

ТАБЛИЦА

Общие данные (Исследовательская группа — Дата — Происхождение органа — Продолжительность НМП )

Функциональные модули имитирующие работу организма

Модуль имитации сердца и сосудов: (Насосы – Трубка — Давление — Канюляция — Поток -> Подробное описание)

Модуль имитации легких: (Оксигенатор – Газоснабжение — > Подробное описание)

Климатический модуль: (Температура, влажность, стерильность — > Подробное описание)

Органная ванна: (Движение диафрагмы, кожа — > Подробное описание)

Накопительный бак для перфузата (- > Подробное описание)

Модуль имитации мозга и нервной системы: (ИИ, контроллеры — > Подробное описание)

Модуль имитации почек: (- > Подробное описание)

Модуль имитации селезёнки: (- > Подробное описание)

Модуль имитации печени: (- > Подробное описание)

Модуль имитации иммунной системы: (- > Подробное описание)

Дополнительные инструменты

Введение растворов: (- > Подробное описание)

Пояснения к таблице: Перечислены только NMP >24 ч из нескольких групп, а не из отдельных статей, чтобы поддерживать четкий обзор. Выбранные статьи — это те, которые описывают большую часть своей установки. Некоторые элементы различаются между исследованиями из-за разных исследуемых конечных точек. Однако основные элементы часто схожи. ACT, активированное время свертывания; CaCl ₂ , хлорид кальция; CaG, глюконат кальция; FFP, свежезамороженная плазма; Fr, французский; HA, печеночная артерия; Hb, гемоглобин; HT, гематокрит; ID, внутренний диаметр; NaHCO₃ , бикарбонат натрия; P co ₂ , парциальное давление углекислого газа; Po ₂ , парциальное давление кислорода; PV, воротная вена; PVC, поливинилхлорид; RBCs, эритроциты; TPN, полное парентеральное питание; UDCA, урсодезоксихолевая кислота; VC, нижняя полая вена

Функциональные модули имитирующие работу организма (краткое описание)

Модуль имитации сердца и сосудов: (Насосы – Трубка — Давление — Канюляция — Поток )

Модуль имитации легких: (Оксигенатор – Газоснабжение)

Климатический модуль: (Температура, влажность, стерильность )

Органная ванна: (Движение диафрагмы, кожа )

Накопительный бак для перфузата ()

Модуль имитации мозга и нервной системы: (ИИ, контроллеры)

Модуль имитации почек: ()

Модуль имитации селезёнки: ()

Модуль имитации печени: ()

Модуль имитации иммунной системы: ()

Дополнительные инструменты

Введение растворов: ()

Отдельная таблица посвящена составу перфузионного раствора и процессам в нём происходящим при взаимодействии с органом и в самой системе.

Прототип 1 (гомеостат)

Прототип 1 гомеостата состоит из набора модулей (блоков), имитирующих работу различных физиологических систем организма. Модули могут модернизироваться и легко заменяться на более совершенные варианты. На каждом шаге создания гомеостата система будет усложняться постепенно, от простых конструкций напоминающих установку для перфузии изолированного сердца по методу Лангендорфа, до универсальной системы снабжённой модулем под управлением ИИ.

Прототип 1 состоять из модулей подключаемых к общему управляющему контроллеру. Таких модулей в первом варианте 6.

1. Модуль климатической системы. Поддерживать заданную температуру надо во всей системе в независимости от ее конфигурации. В этот модуль интегрирован дисплей и органы управления системой перфузии. Диапазон поддерживаемых температур должен быть в пределах от -5“C до +40“C с возможностью задавать циклограмму изменения температур.

2. Модуль оксигенации — основная функция это обеспечение раствора кислородом и удаление из раствора углекислого газа. Состоит из реактора оксигенации, датчика контроля кислорода в растворе, циркуляционного насоса обеспечивающего многократный прогон жидкости через реактор, воздушного насоса обеспечивающего циркуляцию насыщенного кислородом воздуха в реакторе, систему подогрева насыщенной кислородом смеси и вентилятора обеспечивающего подогрев реактора от климатической системы

3. Модуль основной насосной станции (имитатор сердечного выброса) создан для обслуживания четырех камерного сердца с двумя контурами. т. е. Имеет два выхода и два входа с контролем давления и температуры и объема кровотока. Причем расходомеры устанавливается на выходе сердца, датчики давления устанавливаются на входе и выходе сердца, а датчик температуры на внутреннем контуре до основных насосов для поддержания заданной температуры раствора. Насосная система должна поддерживать заданные характеристики давления и сердечных пульсаций. В среднем это давления в пределах 0.1Атм и чсс до 200уд/мин (у животных больше). Также этот модуль имеет клапана обеспечивающие работу установки в режиме подготовки к перфузии, когда происходит нагрев и оксигенация систем до заданного уровня. После того, как система готова к ней подключают орган и переключают в режим его поддержания. Тогда клапана переключаются и перфузионная жидкость начинает подаваться в поддерживаемый орган.

4. Модуль накопительного бака. Эта часть системы состоит из емкости, куда заливается перфузионная жидкость, и куда она сливается после окончания работы установки, датчик контроля минимального объема жидкости .

5. Модуль камеры для размещения органа.

6. Модуль управления.

Управление системой

Модули объединены общей шиной rs485 и управляемых основным контроллером.

Контроллер при включении проверяет некоторый набор адресов, если на проверяемом адресе присутствует устройство, то оно предоставляет контроллеру свое меню конфигурации, по средствам которого это устройство можно настроить, а так же включить или выключить его функционирование.

Функционирование установки. При запуске центральный контроллер опрашивает устройства и формирует на экране меню управления. Пользователь может настроить параметры каждого из устройств по средствам этого меню, и сохранить настроенные параметры. Далее при запуске установки достаточно будет просто нажать кнопку старт, чтобы установка начала работать с использованием сохраненных параметров. Кроме меню настроек на дисплее должны отображаться кнопка старт, и текущие параметры системы. После активации кнопки старт, мы запускаем функционирование системы параметры которые находятся в значениях нормы, отображаются зеленым цветом, с отклонениями первого типа желтым, отклонением второго типа красным цветом. Посл того как мы запустили установку, у нас появляются еще кнопка запуска/остановка перфузии органа и кнопка стоп вместо кнопки старт. При этом чтобы остановить перфузию или выключить установку нужно будет дополнительно подтвердить действие в контекстном меню.

При нажатии кнопки старт, запускается система термостабилизации и оксигенации жидкости. После того, как заданные параметры будут достигнуты, загорается индикатор «готов» после подключения органа к системе, можно будет нажать кнопку активирования перфузии, тогда откроются клапана и раствор с заданными параметрами поступит в орган. Для приостановления перфузии можно будет нужно нажать кнопку остановить перфузию и подтвердить выбор. Тогда клапана закроются и система перейдет в режим поддержания температуры. Для полного выключения установки нужно нажать кнопку стоп, по уму при этом надо не только остановить оксигенацию и поддержку температуры, но и обеспечить слив перфузионной жидкости и промывку системы.

Старая версия сайта

/ Иммунная система (Иммуносупрессивный) / Антикоагуляция / Другие добавки ( Питательные вещества и гормоны / Питательные вещества и соли желчных кислот — Гликемический контроль) / Селезенка ( Лейкоцитарный фильтр) / Кожа / Органная ванна / Антибиотики / Целевой поток / Температура / Мозг и нервная система ( Автоматизация)

А — Статьи описывающие принципиальную схему подобных установок 1) «Длительная нормотермическая машинная консервация печени человека: что необходимо для успеха?«, 2) «Длительная нормотермическая перфузия ex situ разделенной печени человека в течение более 1 недели«, 3) «Бесклеточный перфузат с добавлением питательных веществ позволяет проводить четырехдневную ex vivo метаболическую консервацию человеческих почек«; 4) «Нормотермическая перфузия опухолевой печени человека в течение 17 дней с сопутствующей экстракорпоральной очисткой крови: Описание случая«; (1, )

Б — Статьи по использованию модели ИИ для анализа данных получаемых от органов на перфузионной системе «Подход машинного обучения к перфузии легких человека ex vivo предсказывает результаты трансплантации и способствует использованию органов«;

В — Статьи с описанием создания центров для массового восстановления органов «Центры восстановления человеческих органов: факт или вымысел?«

Общее описание устройства

Историческая справка

Позже я заполню этот раздел. Сама история создания таких систем в России (см. Гомеостат) и в мире в целом (Алексис Каррель, Чарльз Линдберг) очень интересна. Но многие технические решения устарели и оценить их потенциал на фоне современных технологий, которые созданы за последние 5 лет достаточно сложно.

/Белзер и др. (2 ) разработали гипотермический пульсирующий перфузионный аппарат для сохранения почек собак в течение 72 часов. Также Бреттшнайдеру и Старцлю (
3 ) удалось успешно перфузировать печень собак в течение 8–24 часов перед трансплантацией./

Успехи в длительной перфузии органов

Таблица.

Группы таблицы

Происхождение печени / Продолжительность НМП / Сердце и сосуды (Насосы – Трубка — Давление — Канюляция ) / Легкие ( Оксигенатор – Газоснабжение — Движение диафрагмы) / Почки (Искусственные почки) / Иммунная система (Иммуносупрессивный) / Антикоагуляция / Другие добавки ( Питательные вещества и гормоны / Питательные вещества и соли желчных кислот — Гликемический контроль) / Селезенка ( Лейкоцитарный фильтр) / Кожа / Органная ванна / Антибиотики / Целевой поток / Температура / Мозг и нервная система ( Автоматизация)

Батлер и др. ( 10 )	Нассар и др. ( 11 )	Фогель и др. ( 12 )	Лю и др. ( 13 )	Брал и др. ( 14 )	Эшмуминов и др. ( 15 )

Перечислены только NMP >24 ч из нескольких групп, а не из отдельных статей, чтобы поддерживать четкий обзор. Выбранные статьи — это те, которые описывают большую часть своей установки. Некоторые элементы различаются между исследованиями из-за разных исследуемых конечных точек. Однако основные элементы часто схожи. ACT, активированное время свертывания; CaCl ₂ , хлорид кальция; CaG, глюконат кальция; FFP, свежезамороженная плазма; Fr, французский; HA, печеночная артерия; Hb, гемоглобин; HT, гематокрит; ID, внутренний диаметр; NaHCO
₃ , бикарбонат натрия; P co ₂ , парциальное давление углекислого газа; Po ₂ , парциальное давление кислорода; PV, воротная вена; PVC, поливинилхлорид; RBCs, эритроциты; TPN, полное парентеральное питание; UDCA, урсодезоксихолевая кислота; VC, нижняя полая вена.

Общая схема построения гомеостатической системы (Прототип 1)

Установка должна состоять из модулей подключаемых к общему управляющему контроллеру. Модули: 1. Модуль климатической системы; 2. Модуль искусственных лёгких ( Оксигенатор – Газоснабжение — Движение диафрагмы); 3. Модуль основной насосной станции (сердце, сосуды, давление, конюляция); 4. Модуль накопительного бака; 5. Модуль камеры для размещения органа; 6. Модуль датчиков для сбора биологических данных и передачу их на компьютер. 7. Модуль сбора продуктов обмена. Почки 8. Модуль системы управления установкой ИИ 9. Иммунная система.

Дополнение.

Думаю, имеет смысл реализовать систему в виде независимых блоков объеденных общей шиной rs485 и управляемых основным контроллером.

1. Модуль климатической системы.

Является основным, так как поддерживать заданную температуру надо во всей системе в независимости от ее конфигурации. В этот модуль интегрирован дисплей и органы управления системой перфузии. Диапазон поддерживаемых температур должен быть в пределах от -5“C до +40“C с возможностью задавать циклограмму изменения температур.

2. Модуль искусственных лёгких ( Оксигенатор – Газоснабжение — Движение диафрагмы)

Общие моменты

Во время NMP ex situ метаболические потребности нормализуются до физиологического уровня, что приводит к необходимости использования искусственных легких для обеспечения оксигенации и удаления CO2 для поддержки этих потребностей ( 37 ).

Существуют различные типы оксигенаторов, но в настоящее время в клинической практике чаще всего используются оксигенаторы с микропористой полипропиленовой мембраной из полых волокон ( 38 ). Эти устройства имеют исключительное соотношение площади поверхности к объему, что позволяет им быстро оксигенировать и вентилировать большие объемы крови/перфузата. Однако, поскольку материал является микропористым, он может поглощать липопротеины и становиться гидрофильным. Это может привести к утечке плазмы внутри газового отсека, что впоследствии может повлиять на эффективность газообмена ( 39 ). Эти оксигенаторы с микропористой полипропиленовой мембраной из полых волокон могут использоваться для краткосрочных (6–8 ч) перфузий; однако для долгосрочного использования они могут быть ненадежными. Для долгосрочного использования часто используются диффузионные мембранные оксигенаторы с плазмонепроницаемой полой тканью из полиметилпентена ( 38 ). Эти мембраны имеют более низкую газопередающую способность, чем микропористая полипропиленовая мембрана в кратковременных оксигенаторах, но становятся гидрофобными, что уменьшает утечку плазмы. Это делает данные оксигенаторы пригодными для длительного (5–30 дней) использования ( 38 , 39 ). Оксигенаторы доступны в разных размерах, предназначенных для обеспечения оксигенации от новорожденных до взрослых. Лучший размер для использования при расширенном NMP для печени зависит от веса печени и используемых потоков (см. Насос ). В целом, когда отдельный оксигенатор используется для HA и PV, оксигенатора для новорожденных обычно будет достаточно. Однако, когда используется только один оксигенатор, требуется оксигенатор детского размера (или большего) ( 38 ). Помимо доставки O₂ , удаление CO₂ также важно. Увеличение CO₂ может вызвать снижение pH. Во время нормотермии цель состоит в том, чтобы поддерживать pH как можно более физиологическим (pH 7,35–7,45). Для сбалансированного кислотно-щелочного гомеостаза карбоангидраза играет решающую роль в организме, поскольку она способствует эффективному транспорту CO₂ , катализируя обратимую гидратацию CO₂ до бикарбоната и протона.

Таким образом для длительной перфузии необходимо использовать оксигенаторы с полыми волокнами плазмонепроницаемой полиметилпентеновой диффузионной мембраной, чтобы они оставались функциональными в течение всей длительной перфузии.

Имитация физиологического движения диафрагмы приводит к более однородной перфузии, снижению некроза под давлением и улучшению оксигенации, что имеет решающее значение для достижения долгосрочного МП печени.

Печень

Печень имеет иную сосудистую сеть, чем большинство органов, из-за ее двойного кровоснабжения. Артерия доставляет максимально насыщенную кислородом кровь. Однако PV вносит значительный вклад в оксигенацию печени (±50%) из-за ее высокого потока и высокого насыщения O2 ( 80%–85%) ( 21 ). Это двойное кровоснабжение предполагает, что система PV также должна быть насыщена кислородом, что имеет место в некоторых перфузионных машинах (
13 , 40 , 41 ). С другой стороны, также важно избегать гипероксигенации в PV, так как это приводит к повышенному сопротивлению и снижению потоков как в PV, так и в НА ( 42–44 ) . Было высказано предположение, что эндотелий играет центральную роль в основных механизмах, которые вызывают эту вазоконстрикцию из-за гипероксии, хотя истинный механизм до сих пор неизвестен (
43 , 44 ). Чтобы избежать гипероксии при перфузии печени, иногда используют артериопортальный шунт для смешивания крови из оксигенатора и крови из оттока VC для подачи более физиологически оксигенированной крови в PV ( 42 , 43 ). Физиологические значения парциального давления O2 в диапазоне от 9 до 13 кПа рекомендуются для HA с насыщением O2 80 % для PV (43 ,
44 ). Карбоангидраза также способствует поставке HCO ₃⁻ , что важно для функции холангиоцитов и выработки желчи ( 45 , 46 ). Беджауи и др. ( 47 ) описали снижение регуляции карбоангидразы II после холодовой ишемии в стеатозной печени крыс, а добавление бычьей карбоангидразы II защищало эту печень от повреждения, вызванного холодовой ишемией, и было связано с улучшением функции печени после реперфузии.

Из-за двойного кровоснабжения печени с более низким физиологическим насыщением O ₂ в РV, чем в артерии, эти сосуды требуют разного снабжения кровью/перфузатом с разным насыщением O ₂ .

Движение диафрагмы. Внутри тела печень постоянно подвергается движению со стороны окружающих тканей, поскольку она расположена выше других внутрибрюшных органов и подвешена под диафрагмой. С каждым вдохом диафрагма движется вверх и вниз, периодически вызывая положительное и отрицательное давление на печень, что приводит к расширению и сжатию сосудистой сети печени. Отсутствие этого движения диафрагмы может привести к некрозу, вызванному давлением, и неоднородной перфузии печени во время МП ( 13 , 15 , 42 ). Для краткосрочного НМП это, по-видимому, не является проблемой, но при длительном длительности это может привести к необратимому повреждению печени

Движение диафрагмы.В 1968 году Абуна ( 48 ) был первым, кто применил прерывистое положительное давление в экстракорпоральной системе перфузии печени для имитации дыхательных движений. Эти ритмичные движения обеспечивали более однородную перфузию в печени из-за колебаний печеночного венозного давления. Кроме того, цвет, консистенция и функция печени оставались стабильными во время перфузии до 10 часов без образования внутреннего отека ( 48 ).

Другие группы исследовали влияние движений печени во время перфузии и обнаружили увеличение портального кровотока на 10–25% при постоянном давлении портальной перфузии, снижение давления PV и, следовательно, снижение расчетного сосудистого сопротивления. Эти движения привели к улучшению однородной перфузии и поддержанию архитектуры и функции печени после перфузии в течение 24 часов. Кроме того, выработка желчи была выше, а выведение билирубина улучшилось ( 42 , 49 ). Хотя последующие эксперименты продемонстрировали преимущество ритмических движений, они не были (широко) использованы в перфузионных системах для МП печени человека ( 50–52 ). Вероятно, это связано с техническими причинами. Совсем недавно была разработана перфузионная машина с движением печени, имитирующим движение диафрагмы (15). Печень, перфузируемая в этой машине, показала однородную перфузию, метаболизм и отсутствие некроза под давлением.

В работе прототипа

Основная функция это обеспечение раствора кислородом и удаление из раствора углекислого газа. Состоит из реактора оксигенации, датчика контроля кислорода в растворе. Воздушный насос обеспечивающий циркуляцию насыщенного кислородом воздуха в реакторе, систему подогрева насыщенной кислородом смеси и вентилятора обеспечивающего подогрев реактора от климатической системы.

(циркуляционного насоса обеспечивающего многократный прогон жидкости через реактор?)

3. Модуль основной насосной станции (сердце, сосуды (трубки), давление, конюляция)

Физиологические особенности

Ключевой предпосылкой физиологии млекопитающих является циркуляция крови, реализуемая насосным механизмом сердца. Поэтому крайне важно, чтобы органы ex situ нуждалась в сопоставимой циркуляции для поддержания внутренней среды, включая доставку O₂ и необходимых питательных веществ, а также удаление CO₂ и токсичных отходов. Сердце обеспечивает пульсирующий поток с высоким давлением через артерии к органам, где сопротивление расширенного капиллярного русла вызывает снижение давления, и непрерывный поток возвращается через вены обратно к сердцу.

Преимущества и недостатки пульсирующего и непрерывного потока в системах перфузии органов подробно изучались в течение десятилетий. В 1978 году Мавроудис (16 ) рассмотрел эту тему для аппаратов искусственного кровообращения, показав, что пульсирующий поток улучшает функцию почек, лимфоток и капиллярное кровообращение, снижая среднее артериальное давление, общее периферическое сопротивление и анаэробный метаболизм клеток. После 1978 года исследования продолжились с использованием различных насосов и материалов. Однако до сих пор нет единого мнения о том, какой профиль потока является оптимальным. Некоторые исследования показывают сохраненную и улучшенную (микро)циркуляцию и более однородную перфузию с пульсирующим потоком, тогда как другие исследования искусственного кровообращения или изолированной перфузии органов не обнаруживают никаких различий между пульсирующим и непрерывным потоком ( 17 , 18 ). Поскольку пульсирующий артериальный поток более физиологичен и ряд исследований показывают превосходные результаты как в перфузии капиллярного русла, так и в более высоком потреблении O2 окружающей тканью, пульсирующий поток часто используется для артериальной стороны, а непрерывный поток — для портальной стороны.

Насосы являются необходимым компонентом МП для создания поступательного движения жидкости. Большинство аппаратов для перфузии органов используют роликовые или центробежные насосы, которые могут создавать непрерывный или пульсирующий поток (
14 , 15 , 19 ). Кроме того, все еще много споров о том, какой тип насоса лучше всего подходит для поддержания перфузионного раствора, включая кровь (компоненты), в оптимальном состоянии. Компоненты крови, такие как эритроциты (эритроциты), могут быть повреждены (гемолиз) при использовании в МП из-за механических сил. Степень гемолиза связана с воздействием сдвигающих сил и продолжительностью воздействия ( 20 ). Некоторые исследования показали меньший гемолиз при использовании центробежных насосов по сравнению с роликовыми насосами, тогда как другие не показали никакой разницы или наоборот (20 ). Из-за множества различий между экспериментами по перфузии трудно сказать, какие давления являются оптимальными. Однако в клинической МП сохраняется баланс между минимально возможными давлениями, чтобы избежать ненужного напряжения сдвига, в сочетании с достаточными скоростями потока для достижения адекватной и однородной перфузии. Таким образом, при длительном НМП необходимо минимизировать напряжение сдвига в перфузионном контуре, поддерживая при этом адекватные значения давления и характеристик потока для достижения однородной перфузии.

Сосуды (трубки). В организме существуют различные виды кровеносных сосудов: артерии, капилляры и вены. Все они имеют свои собственные характеристики и функции ( 24 ). Артерии имеют тиккер, эластичную стенку, в целом они меньше в диаметре, чем вены, и используются для перемещения крови от сердца к другим органам. Капилляры состоят из одного слоя клеток, что облегчает обмен O2 _, питательными веществами и продуктами жизнедеятельности внутри органа или ткани. Вены имеют более тонкую стенку и клапаны, что облегчает поток крови обратно к сердцу и функционируют как резервуар основного количества крови организма. Используемые в настоящее время перфузионные аппараты часто не различают трубки между HA и PV. Иногда отличается только диаметр трубки, при этом для PV используется более широкая трубка ( 12 , 25 ). Капилляры существуют внутри печени и их не нужно моделировать.

Может быть важно учитывать длину и диаметр трубки. Давление перфузии и поток в трубке можно описать уравнением Хагена-Пуазейля:

Δ⁢P=8⁢μ⁢𝐿⁢𝑄/π⁢𝑟⁴( 1 )

где ΔP — разность давлений (в Па), L — длина трубки (в м), μ — вязкость перфузата (в Па.с), Q — скорость потока (в м ³ /с), а r — радиус трубки (в м). Это уравнение показывает важность длины и, особенно, диаметра трубки для потока и давления в системе. Другим важным уравнением является уравнение Дарси–Вейсбаха для поддержания ламинарного потока

𝑅⁢𝑒= 𝜌⁢𝜐⁢𝑑/μ (2)

где Re — число Рейнольдса, p — плотность жидкости (в кг/м ³ ), v — средняя скорость потока (м ² /с), d — диаметр (в м), а μ — вязкость жидкости (в Па.с). Когда Re становится слишком высоким (>2400), поток становится турбулентным, что изменяет соотношение потока и давления ( 24 ). Это может быть физиологическим, но также может вызвать повреждение перфузата, например гемолиз ( 20 ). Наиболее оптимальная длина и диаметр трубки для HA и PV в сочетании с различными перфузионными жидкостями еще не установлены.

Существует несколько видов трубок, все со своими уникальными свойствами, но не все подходят для долгосрочного сохранения органов МП. Большинство медицинских трубок изготавливаются из поливинилхлорида, смешанного с пластификаторами для получения гибкости ( 26 ). Обычно использовался пластификатор di(2-ethylhexyl) phthalate, но ди(2-этилгексил)фталат имеет тенденцию мигрировать из пластика при воздействии липидных и протеинсодержащих веществ, таких как кровь и альбумин ( 26 , 27 ). Пациенты или изолированные органы, подвергавшиеся воздействию этих трубок, могут впитывать этот материал, что вызывает беспокойство из-за его потенциального токсического и воспалительного воздействия ( 28 , 29 ). Раскалывание (т. е. отрыв фрагментов полимера) может не только вызывать токсические эффекты, но и вызывать микроэмболии ( 30 ). Это может представлять дополнительную проблему при долгосрочном перфузии органов из-за длительности воздействия. Другие пластификаторы, такие как tris(2-tthylhexyl) trimellitate, заменили ди(2-этилгексил)фталат и, по-видимому, вызывают меньшее расщепление ( 26 , 31 ). Важен не только материал трубки, но и покрытие внутренней части трубки. Трубка может быть покрыта тонким слоем субстрата, чтобы предотвратить повреждение трубки или перфузионной жидкости. Покрытие может минимизировать отслоение, а также уменьшить активацию и потерю гранулоцитов и тромбоцитов, при этом синтетическое полимерное покрытие работает лучше, чем гепариновое покрытие, в снижении воспалительных реакций ( 20 ,32–34 ). Исследования показали снижение активации комплемента и воспаления в покрытых по сравнению с непокрытыми трубками, тогда как другие не обнаружили разницы ( 32 , 33,35 ). Однако трубки с гепариновым покрытием обычно считаются более биосовместимыми и широко используются в экстракорпоральных контурах ( 34 ).

Подводя итог, можно сказать, что трубка для долгосрочного сохранения МП органа должна соответствовать нескольким критериям. Она должна быть изготовлена из такого материала, как медицинский гибкий полимер, который прочен и должен быть покрыт синтетическим полимером или гепарином для минимизации отслоения и повышения биосовместимости. Трубка должна иметь правильную длину и диаметр для поддержания ламинарного потока, стабильного давления и минимизации повреждения перфузата.

Особенности при перфузии органов

Печень. В физиологии человека давление в печеночной артерии (HA) аналогично давлению в аорте (±120 мм рт. ст.), тогда как давление в воротной вене (PV) составляет 6–10 мм рт. ст., а в полой вене (VC) — 2–4 мм рт. ст. ( 21 ). В НМП эти давления различаются между исследованиями: давление в HA составляет от 40 до 100 мм рт. ст., а давление в PV — от 5 до 18 мм рт. ст. ( 22 ). Эти давления коррелируют с потоками в диапазоне от 100 до 450 и от 660 до 1500 мл/мин в HA и PV соответственно ( 22 ). Это сопоставимо с общей скоростью печеночного кровотока у взрослых людей, которая колеблется от 1500 до 1900 мл/мин в зависимости от веса печени, с соотношением артериального и воротного венозного кровотока 0,58 ( 21 ). Реакция печеночного артериального буфера также сохраняется в МП печени ex situ, что указывает на то, что регуляторная способность печеночной артерии производить компенсаторные изменения потока в ответ на изменения воротного венозного кровотока сохраняется ( 23 ).

Для печени можно выбрать канюлированную VC или нет. VC обычно имеет низкое давление, от 2 до 4 мм рт. ст., чтобы создать градиент давления и улучшить однородный поток печени (21 ). Преимущество канюлированной VC заключается в улучшенной возможности точного мониторинга всех давлений и потоков, проходящих через печень ( 36 ). Однако недостатком является возможная обструкция и повышение давления внутри печени, вызывая отек или, наоборот, отрицательное давление внутри печени, когда насос опосредует отток ( 11 , 36 ). Преимущество неканюлированной VC заключается в том, что давление оттока в VC всегда низкое, но при этом доступно меньше мониторинга (11 ). При канюлированной VC всегда есть некоторая утечка из самой печени или сосудов, которую необходимо дренировать и возвращать в резервуар. Для этого часто требуется дополнительный (роликовый) насос ( 12 ).

(вспомнить статью об увеличение выживаемости при увеличение объёма перфузии)

Сердце. Создан для обслуживания четырех камерного сердца с двумя контурами. т. е. Имеет два выхода и два входа с контролем давления и температуры и объема кровотока. Причем расходомеры устанавливается на выходе сердца, датчики давления устанавливаются на входе и выходе сердца, а датчик температуры на внутреннем контуре до основных насосов для поддержания заданной температуры раствора. Насосная система должна поддерживать заданные характеристики давления и сердечных пульсаций. В среднем это давления в пределах 0.1Атм и чсс до 200 уд/мин (! для животных больше).

Особенности работы прототипа

Также этот модуль имеет клапана обеспечивающие работу установки в режиме подготовки к перфузии, когда происходит нагрев и оксигенация систем до заданного уровня. (!вероятно для циркуляции можно использовать искусственный имитатор органа, который позволит циркулировать жидкости с тем же сопротивлением через него, как и через живой орган, пока система настраивается на работу). После того, как система готова к ней подключают орган и переключают в режим его поддержания. Тогда клапана переключаются и перфузионная жидкость начинает подаваться в поддерживаемый орган.

4. Модуль накопительного бака.

Эта часть системы состоит из емкости, куда заливается перфузионная жидкость, и куда она сливается после окончания работы установки, датчик контроля минимального объема жидкости .

5. Модуль камеры для размещения органа.

6. Модуль датчиков для сбора биологических данных и передачу их на компьютер.

7. Модуль сбора продуктов обмена (Почки)

Во время НМП нормализованная метаболическая активность со временем приведет к нарушению физиологической среды. Почки частично отвечают за поддержание стабильной внутренней среды в организме. Обоснованием использования искусственной почки при изолированной МП печени является поддержание физиологического pH путем удаления нелетучих кислот, а также поддержание уровня электролитов и осмолярности путем удаления продуктов метаболизма во время НМП. Внедрение системы диализа для изолированной перфузии печени было описано еще в 1954 году Лонгом и др. ( 53 ). Несмотря на это, большинство современных перфузионных аппаратов не имеют системы диализа для имитации функции почек.

Перфузия печени крысы до 8 ч с помощью встроенной системы диализа показала более низкие уровни калия, более физиологический pH и более низкие уровни глюкозы и мочевины. Выработка желчи также была выше, наряду с меньшим центрилобулярным некрозом и синусоидальной дилатацией ( 54 , 55 ). Диализ с замкнутым контуром диализата (резервуар для диализата, который также используется в качестве дополнительной жидкости) может использоваться для относительно коротких перфузий (<24 ч) с заменой диализата или без нее ( 54 , 55 ). Когда диализат не меняется, механизм основан на расширении объема плазмы, что будет эффективно только в течение короткого времени перфузии. Изменение диализата сделает возможной более длительную перфузию. Однако это может привести к колебаниям содержания перфузата, например, уровня мочевины ( 55 ).

Перфузия изолированной свиной и человеческой печени также показала нарушения физиологического содержания перфузата за счет накопления глюкозы, а также продуктов метаболизма, таких как мочевина и лактат, что привело к повышению осмолярности и ацидозу ( 56–58 ) . Поскольку печень обычно может вырабатывать сотни миллимолей мочевины в день, очевидно, что для предотвращения экстремальных уровней мочевины и, следовательно, экстремальных осмолярностей мочевину необходимо удалять во время многодневной перфузии. При добавлении к контуру системы диализа pH перфузата, электролиты и осмолярность можно поддерживать вблизи физиологических значений, даже до 7 дней перфузии ( 15 , 51 , 58 ).

Другими преимуществами системы диализа являются контроль гематокрита путем регулировки количества замещающей жидкости и возможные манипуляции с содержанием перфузата, такие как корректировка кальция до более низкого физиологического значения, чтобы ингибировать элементы, которые вызывают ишемически-реперфузионное повреждение ( 15 , 57 , 58 ). Несколько различных систем диализа использовались для перфузии печени свиней; однако для изолированной печени человека в основном использовались системы непрерывного диализа ( 15 , 58 ).

Другой метод стабилизации среды — использование естественной почки. Несколько исследований показали, что добавление свиной почки к изолированной свиной печени в перфузионной системе делает среду более физиологичной. Нормализуются показатели глюкозы, pH, электролиты и мочевина остаются более стабильными. Кроме того, наблюдалась лучше сохранившаяся архитектура печени с более низким окислительным стрессом и сниженными воспалительными цитокинами ( 59 , 60 ). Однако комбинированная перфузия ex situ человеческой почки и печени от (в идеале) одного и того же донора пока не описана. Другой теоретической возможностью было бы объединение почки животного, например, свиной почки, с перфузируемой человеческой печенью. Тем не менее, это может привести к другим проблемам, таким как иммунологические осложнения, риск зооноза и может потребовать генной инженерии ( 61 ). Поэтому использование искусственной почки для долгосрочного NMP кажется наиболее осуществимым.

Система диализа не всегда реализуется и необходима при краткосрочном МП. Тем не менее, более стабильная среда создается путем интеграции диализного фильтра для поддержания более физиологических уровней pH, электролитов и осмолярности путем удаления отходов, токсинов и других метаболитов. Кроме того, архитектура печени лучше сохраняется при снижении окислительного стресса и выработки воспалительных цитокинов. Когда желательно долгосрочное сохранение МП печени, система непрерывного диализа будет обязательной для того, чтобы печень оставалась жизнеспособной.

8. Модуль системы управления установкой ИИ

В работе (2023) решили сделать церебральную гемодинамику полностью регулируемой для воспроизведения или изменения нативной перфузии мозга свиньи. С этой целью приток крови к голове был хирургически отделен от системного кровообращения, и полный экстракорпоральный пульсирующий контроль кровообращения (EPCC) был доставлен через модифицированную аорту или плечеголовную артерию. Этот контроль основывался на компьютеризированном алгоритме, который в течение нескольких часов поддерживал артериальное давление, поток и пульсацию на уровне, близком к нативным значениям, индивидуально измеренным до EPCC. Это позволяет изучать нейронную активность и ее циркуляторные манипуляции независимо от большей части остального организма.

9. Модуль иммунной системы

Экстракорпоральная мембранная оксигенация (ЭКМО), аппарат искусственного кровообращения, приводит к немедленной воспалительной реакции с повышением уровня провоспалительных цитокинов и активацией системы комплемента ( 64 ). Та же реакция, вероятно, возникнет при МП, вместе с иммунной активацией, которая уже начинается во время нагревания органа до нормотермии. Этот активированный иммунный ответ должен контролироваться, чтобы предотвратить слишком большую активацию и избежать повреждения органа. Иммунодепрессанты могут быть решением, но обычно не назначаются при МП. Только несколько групп назначают иммунодепрессанты во время краткосрочного НМП, тогда как в течение >24 ч это становится более распространенным. Используются существенно разные дозы. Чаще всего назначают 500 мг метилпреднизолона на перфузию в течение 24 ч или 10 мг/л гидрокортизона ( 11 , 14 , 15 , 65 ). Однако пока не выяснено, насколько это эффективно, равно как и возможные вредные последствия.

Другой важной частью иммунной системы является система комплемента. Она участвует как в ишемически-реперфузионном повреждении, так и в регенерации печени, что делает баланс системы комплемента важным. Это означает, что факторы комплемента могут потенциально играть важную роль во время длительного NMP ( 63 ).

Для долгосрочного сохранения МП может потребоваться иммуносупрессивное лечение, чтобы предотвратить чрезмерную активацию иммунной системы. Будущие исследования должны показать, в какой степени это повлияет на перфузируемый орган. Кроме того, система комплемента требует дальнейшего изучения для определения потенциальных положительных или отрицательных эффектов во время НМП.

Печень

Печень сама по себе играет важную роль в иммунной системе и содержит множество врожденных и адаптивных иммунных клеток ( 63 ).

Печень вырабатывает большинство белков комплемента и сама по себе довольно нечувствительна к атаке комплемента ( 63 ). Вероятно, это главная причина, по которой система комплемента не так уж и обсуждается при NMP печени.

Вопросы по принципиальной схеме установки

Основная помпа качающая давление в орган должна находиться после оксигенатора, перед входом в орган?

старая версия

Компании занимающиеся созданием перфузионного оборудования (Медицинское оборудование — Научное оборудование) / Частные варианты перфузионного оборудования / Основные блоки перфузионного оборудования: (Оксигенация — Прокачка перфузионного раствора — Cостав перфузионного раствора — Поддержание температуры — Камера для органа — Система введения терапии в сосуды органа — Блок управления установкой с помощью искусственного интеллекта )

Компании занимающиеся созданием перфузионного оборудования

В сфере систем сохранения органов работают более 25 компаний (см. топ)

Медицинское оборудование

Vivoline Medical AB (ВИВОЛ)

Vivoline Medical AB поставляет продукцию для трансплантации твердых органов в Швеции и за рубежом. Компания предлагает Vivoline LS1, систему с маркировкой CE для перфузии легких ex vivo, которая лечит и тестирует легкие вне тела. Ранее компания была известна как Igelösa Transplantation Science AB. Vivoline Medical AB была основана в 2008 году и базируется в Лунде, Швеция. С 14 июля 2016 года Vivoline Medical AB работает как дочерняя компания Xvivo Perfusion AB (publ).

Частные варианты перфузионного оборудования

Основные блоки перфузионного оборудования:

Оксигенация

Прокачка перфузионного раствора

Cостав перфузионного раствора

Поддержание температуры

Камера для органа

Система введения терапии в сосуды органа

Блок управления установкой с помощью искусственного интеллекта

Идея не только в том чтобы чтобы параметрами перфузии в зависимости от состояния органа управлял ИИ, но для проведения экспериментов ИИ мог б анализировать данные и учиться подбирать более оптимальные варианты перфузии. Уметь искать не только локальные выгодные состояния, но и находить среди них максимально успешные варианты.

Старая версия сайта

https://link.springer.com/article/10.1007/s12265-024-10517-7

Видео с научного видеохостинга.

Научное оборудование

Материал:

Различные способы воздействия на изолированное сердце.

Мелкие модели (грызуны)

Изъятие сердца.

Вар1 , Еще.

Установки

https://scintica.com/product/cell-and-isolated-tissue/isolated-heart

Вариант установки.

Очень простая система

Мышь.

Cardiac EP and Arrhythmogenesis: Intracardiac Neurons Impact | Protocol Preview

Техника коннюляции сердца

Еще вариант.

Коннюлирование морской свинки + часть2

Коннюлирование.

Общий протокол.

Кролики

https://www.youtube.com/@zeshanhkazm/videos

Крупные модели

https://app.jove.com/v/51671/an-isolated-working-heart-system-for-large-animal-models

статья.

Подборка видео.

Еще система Ex-Vivo Simulator Based on the Principle of a Passive Beating Heart

коннюляция крупного сердца.

An Isolated Working Heart System for Large Animal Models.

Забор кардиомиоцитов

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221501612030409X

видео,

Ещё

Оборудование для человека.

Компания TransMedics®

Organ Care System™ Liver System™ (OCS-Liver) manufactured by TransMedics, Inc (2021, описание на сайте FDA).

Компания xvivogroup

Сайт — https://www.xvivogroup.com/organ-perfusion/

Аппараты искусственного кровообращения

_ Аппараты искусственного кровообращения для оксигенации. Подача документов 510(k) — окончательное руководство для промышленности и персонала FDA.

История создания гомеостатических систем.

Гомеостат 3. Она может поддерживать органы до 5 дней. См. их сайт — https://homeostat.krasn.ru/history и история разработки — https://homeostat.krasn.ru/history

От разных компаний

MappingLab UK (с ютуба)

ADInstruments (видео + на их сайте + их буклет по прибору)

scintica (страница, )_

hugo-sachs (страница, для ИО, )

emkatech (страничка, )

Еще компания.

Сердечно-лёгочный комплекс

Лёгкие + сердце.

Перфузионное оборудование

Основные составные части перфузионного оборудования

Диагностическое оборудование

Терапевтическое оборудование

Программное обеспечение

Физиологические задачи решаемые при создание оборудования

Клиническое оборудование

старая версия

Система перфузии сердца по методу Лангендорфа

(Задача на 02-03/06. Посмотреть какие фирменные установки существуют, возможно кто-то сам что-то конструирует и другую подобную информацию) + улучшить статью на вики и добавить к ней сведенья об использование для трансплантологии и возможности восстановления органов и применения регенеративной медицины. ) + добавить в статью модель установки.

Задача. Теоретически и практически освоить навыки создания и работы простейшей системы поддержки жизнеспособности изолированного органа.

_0_2_ Существует два способа перфузии изолированного сердца, принципиальным различием которых является способ подачи перфузата: в первом случае подача перфузионного раствора осуществляется ретроградно через аорту (метод Лангендорфа, предложенный австрийским физиологом Оскаром Лангендорфом в 1895 году) [1], во втором — через левое предсердие, что является физиологичным аналогом кровообращения (антеградный режим перфузии методом Нилли, разработанным в 1967 году Говардом Морганом и Джеймсом Нилли наоснове модели перфузируемого сердца по Лангендорфу) [2]. (Потом можно усовершенствовать установку до метода Нилли).

Особенности модели

0_2_ Основное преимущество подобных исследований по сравнению с работами, выполняемыми in vivo, состоит в том, что миокард в такой модели выведен из-под влияния регуляторных систем целого организма. Это дает возможность обнаружить изменения биохимических процессов и параметров функционирования миокарда, зависящие исключительно от нарушений его структуры и метаболизма.

Применение модели

Научное

0_1_ Методика перфузии изолированного сердца позволяет проводить:
_ экспериментальные исследования по модели «концентрация агента – ответ сердца» при добавлении в перфузат гуморальных, метаболических и фармокологических веществ;
_ изучение влияния реоксигенации и реперфузии, а также состава перфузата,
при исследовании ишемии, гипоксии и
реперфузионных осложнений;

_ исследования сократительной функции сердца при помощи датчиков сокращения, для оценки насосной функции сердца и др.

Медицинское

Перфузионные устройства

1_ Основные блоки перфузионной машины (Прототип 1) — принципиальная схема

_ Блок регуляции температуры. Вода нагревается в термостате до 37 градусов (1а), благодаря насосу (1б) тёплая жидкость проходит через пространства в системе для нагревания перфузионного растворе и по трубкам возвращается в термостат. В качестве дополнительной опции, датчик температуры.

_ Блок циркуляции перфузионного раствора. Раствор Кребса – Хензеляйта. Ёмкость (2а), заполняется раствором, благодаря насосу (2б) раствор проходит через всю систему, проходит через ёмкость для сбора воздуха (2д), далее через сердце стекает в резервуар для сбора жидкости (2в). Для предотвращение попадание в сердце грязи установлен фильтр. Для предотвращение попадания в раствор пузырьков предусмотрена специальная ёмкость разделения раствора. Дополнительно возможен вариант насоса (2г) обеспечивающего непрерывную циркуляцию раствора. Переходник для добавления веществ в раствор (2е).

_Блок оксигенации перфузионного раствора. Газ из баллон (3а) по трубке с распылителем газа на конце поступает в перфузионный раствор (3б). Уровень насыщения кислородом регулируется на глаз. Средняя интенсивность. O2/CO2 – 95%/5%

0_1_ Для достижения физиологического уровня pH (7,4), а также оксигенации через раствор
пропускают карбоген – смесь, состоящуюна 95% из кислорода и 5% углекислоты. Также кроме раствора Кребса – Хензеляйта иногда применяют растворы Рингера, Локке или Тироде. В зависимости от используемого раствора должно быть изменено процентное соотношение кислорода и углекислоты в пропускаемом газе.

_ The novel in vitro reanimation of isolated human and large mammalian heart-lung blocs

_Блок регуляции гидростатического давления. Регуляцияя давления осуществляется изменением расстояния между конечной точкой раствора и положением сердца (4а).

_Блок диагностики работы сердца. Определение основных гемодинамических показателей. 0_1_ Для регистрации величины внутрижелудочкового давления в полость левого желудочка вводится баллон из латекса либо другого полимерного материала на специальной канюле, которая, в свою очередь, подключена к датчику давления (5а).

_Блок диагностики состава перфузионного раствора. Датчик находится в ёмкости с раствором покидающим сердце (6а).

_ A tomographic microscopy-compatible Langendorff system.

2_ Подключение сердца

Коронарные сосуды перфузируются через аорту, то есть ток крови идёт в обратном порядке (ретроградно). Hаствор подводится прямо к аорте (в отличие от нормальной ситуации, когда кровь попадает в аорту из левого желудочка) через специальную канюлю (ретроградно), тем самым закрывая аортальный клапан. Перфузионный раствор попадает лишь в коронарные артерии. Пройдя путь по сосудам сердечной мышцы, раствор поступает в коронарный синус, откуда попадает в правое предсердие. Далее он покидает сердце либо через трехстворчатый клапан, правый желудочек и легочную артерию, либо через устья полых вен.

https://reni.item.fraunhofer.de/reni/trimming/manus.php?mno=008

pecies:	Rats and Mice
Organ:	Heart
Localization:	Through ventricles and atria with auricles

https://anatomypubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ar.22508

Сердце новорожденной крысы. а, б . Дорсальная и вентральная проекции сердца. а . Обратите внимание на карман, похожий на венозный синус, частично интегрированный в дорсальную стенку правого предсердия. б. Обратите внимание на рудимент артериального протока (DArt). CD . Четырехкамерные срезы, изображающие гистологические особенности сердца. АВС = атриовентрикулярная перегородка; МАС = межпредсердная перегородка; LIVC = левая нижняя полая вена; MLMV = пристеночная створка митрального клапана; MLTV = пристеночная створка трехстворчатого клапана; RIVC = правая нижняя полая вена; РСПВ = правая верхняя полая вена; RPA = правая легочная артерия; RPV = правая легочная вена; SLMV = перегородочная створка митрального клапана; SLTV = перегородочная створка трехстворчатого клапана. Другие сокращения указаны на предыдущих рисунках. Масштабные линейки = 1 мм.

_ Anatomic and Embryological Aspects of the Cardiovascular System of Albino Wistar Rats https://www.thieme-connect.com/products/ejournals/html/10.1055/s-0039-1697008

https://www.researchgate.net/publication/366825349_Non-invasive_photoacoustic_computed_tomography_of_rat_heart_anatomy_and_function

Вариабельность коронарных артерий крыс. (A, B, C) Наиболее распространенные типы ПМЖВ имеют 2–3 диагональные ветви и перегородочную перфорирующую ветвь. (D) Две левые передние нисходящие артерии (дублирование ПМЖВ). (E, F) Левая передняя нисходящая артерия имеет раннее раздвоение и не достигает верхушки сердца. При наличии ветви промежуточной артерии диагональные сосуды менее выражены и располагаются более дистально.

https://www.researchgate.net/figure/Variability-of-rats-coronary-arteries-A-B-C-The-most-common-types-of-LAD-artery-are_fig2_331970047

https://www.researchgate.net/figure/Schematic-representation-of-excised-rat-aortic-arch-Top-geometric-representation-of-a_fig1_5895086

https://www.researchgate.net/figure/A-Schematic-of-the-four-rat-experimental-groups-n-10-per-each-group-B-Steps-of_fig11_281484913

3_ Показатели работающего сердца

0_1_ Методика перфузии изолированного сердца позволяет снимать с препарата следующие показатели: давление в левом желудочке (диастолическое и систолическое); частоту сердечных сокращений (ЧСС); электрограмму; объемную скорость коронарного потока (ОСКП) при перфузии
с постоянным давлением (как разницу между объемом раствора, поступающего в аорту, и величиной его сброса по отводящей системе) либо перфузионное давление (режим постоянного объема); максимальные скорости нарастания и падения внутрижелудочкового давления (+dP/dtmax и -dP/dtmax) и др … ЧСС описывает функциональное состояние узлов автоматии сердца (водителей ритма), в частности синоатриального узла, и системы проведения возбуждения.
Систолическое давление отражает силу изоволюмических сокращений сердечной мышцы, которая зависит в первую очередь от концентрации ионов Са2+ в кардиомиоцитах и, следовательно, от
функциональной активности ферментативных систем, регулирующих уровень Са2+, а также от кинетических свойств миозиновых мостиков. +dP/dtmax определяет скорость сокращения миофибрилл, обусловлевленную интенсивностью взаимодействия активных центров актина и миозина. -dP/dtmax характеризует скорость расслабления кардиомиоцитов, которая зависит в основном от активности АТФазы мембран саркоплазматического ретикулума, определяющей скорость поглощения им кальция. ОСКП позволяет судить о реакционной способности коронарного сосудистого русла.

4_ Очистка системы после работы и подготовка к работе.

Универсальное чистящее средство, Mucasol

Видео процедуры.

1, + много видео при поиске в ютубе.

1_ Основные блоки перфузионной машины (Прототип 1) — реальнаая конструкция

Нету! Второго насоса для циркуляции перфузионного раствора, системы сбора данных (в том числе датчиков).
_ Термостаты

1_ Циркуляционный термостат с ванной Huber 104A-E (ссылка на пример, видео)

_ Насосы

masterflex (1, где-то на складе, ссылка на мануал)

_ Буферные растворы

_Шланги

_Сосуд для оксигенации раствора.

Есть большое количество таких сосудов разных размеров (1). К сосуду присоединяется фильтр для раствора.

_ Сосуд для накопления жидкости перед сердцем и очистки раствора от пузырьков.

_ Устройство для подсоединения сердца.

_ Ванночка для сердца.

Системы

Системы перфузии сердца с гравитационным управлением от https://scintica.com/
Для исследования по Лангендорфу маленьких сердец млекопитающих с вариантом работающего сердца

_ Langendorff Isolated Heart Perfusion (https://www.adinstruments.com/) + Best practices for setting-up an isolated Langendorff heart preparation.

PowerLab C Rodent Langendorff Foundation System

_ Isolated Heart Perfusion Systems (https://www.hugo-sachs.de/) (описание)

_ Emka (видео) + страничка.

ПРАКТИКА

О1, О2,О3. Гомеостат 3.

Подготовка сердца к эксперименту.

_ Практические аспекты создания модели изолированного сердца свиньи (абстракт, статья в Б — 0267659117746232.pdf)

_ Большие модели и видео подсоединения. (2014)

_ Компьютерное моделирование экспериментов, которые можно проводить на изолированном перфузируемом сердце млекопитающего. (препарат Лангендорфа). Тип записи: Компьютерная программа. Категория: Фармакология (животные) и физиология (животные)

Поиск

Isolated Heart Preparation, Langendorff-perfused ex-vivo, Langendorff system, Heart Perfusion Systems, ISOLATED HEART TECHNIQUES

Литература.

0_1_ Метод перфузии изолированного сердца. 2012. ссылка.

0_2 _ ПЕРФУЗИЯ ИЗОЛИРОВАННОГО СЕРДЦА МЕТОДАМИ ЛАНГЕНДОРФА И НИЛЛИ: ОСОБЕННОСТИ ТЕХНИКИ И ПРИМЕНЕНИЕ В СОВРЕМЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
Яна Геннадьевна Торопова, Николай Юрьевич Осяев, Ринат Авхадиевич Мухамадияров
https://doi.org/10.18705/2311-4495-2014-0-4-34-39 ссылка.

_0_3_ Isolated heart models: cardiovascular system studies and technological advances (2015)? https://anat.lf1.cuni.cz/pracovnici/olejnickova/2015_Olejnickova.pdf

_0_4_ Isolated Heart Perfusion Techniques for Rapid Screening of Myocardial Preservation Methods (1975)

_05_ Isolated Perfused Hearts for Cardiovascular Research: An Old Dog with New Tricks, 2024, https://link.springer.com/article/10.1007/s12265-024-10517-7

_06_ Isolated perfused heart preparation and method of use 1999, https://patents.google.com/patent/US7045279B1/en

_07_ Langendorff’s isolated perfused rat heart technique: a review, 2015, https://www.ijbcp.com/index.php/ijbcp/article/view/750/682

_08_ Retrograde heart perfusion: The Langendorff technique of isolated heart perfusion, 2011, (https://www.jmcc-online.com/article/S0022-2828(11)00095-2/abstract Есть много важный картинок) Файл в библиотеке — j.yjmcc.2011.02.018.pdf

_09_ A novel approach to the Langendorff technique: preparation of isolated cardiomyocytes and myocardial samples from the same rat heart, 2013, https://physoc.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1113/expphysiol.2013.072827

_010_Исследование физиологии нормотермической перфузии сердца ex vivo на изолированной модели свиньи со скотобойни, используемой для тестирования и обучения устройства, 2019, https://bmccardiovascdisord.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12872-019-1242-9

_ 011_ An isolated perfused pig heart model for the development, validation and translation of novel cardiovascular magnetic resonance techniques, 2011, https://jcmr-online.biomedcentral.com/articles/10.1186/1532-429X-12-53

_012_ THE ISOLATED HEART PREPARATION — Oxford Academic, 1988, https://academic.oup.com/bja/article-pdf/60/suppl_1/28S/6691135/60-suppl_1-28S.pdf

_0_13_ Переоценка методов отчетности для улучшения воспроизводимости: анализ методологической строгости метода Лангендорфа всего сердца, 2022, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9359653/

_0_14_Limitations of the isolated perfused heart and alternative models, 2022, https://www.reprocell.com/blog/biopta/isolated-perfused-heart

_0_15_ Электромеханическая оценка оптогенетически модулированной активности кардиомиоцитов, 2020, https://www.researchgate.net/publication/339745359_Electromechanical_Assessment_of_Optogenetically_Modulated_Cardiomyocyte_Activity

_0_16_ A combined Langendorff-injection technique for simultaneous isolation of single cardiomyocytes from atria and ventricles of the rat heart, 2020, https://elar.urfu.ru/bitstream/10995/103167/1/2-s2.0-85099325302.pdf (механизм введения терапии)