离体心脏Langendorff模型和工作心脏模型的比较

离体心脏Langendorff模型和工作心脏模型的比较

离体心脏灌注是指将动物心脏取出胸腔，连接上一个特定的灌流装置，用相应的缓冲液灌注其冠脉系统，使离体心脏在人工控制的条件下自主跳动或人工起搏下收缩与舒张。自主设计多因素对动物离体心脏功能影响的实验，并观察心脏在不同条件下的功能变化规律。由于离体心脏脱离神经支配及全身体液因素的影响，且能人为地控制心率，前、后负荷，灌注压等各种影响因素，因此，特别适用于研究某些单一因素对心功能及代谢的影响，而避免相关因素的干扰效应。

离体心脏模型主要分为两种：主动脉逆行灌注（Langendorff）模型和工作心脏模型(Working heart)。这种模型的主要优点是不受神经，体液的调节，影响因素少，而且可控性强（如前负荷、后负荷、营养液成分、温度等均可调节）。因此，离体心脏模型广泛运用于医学各领域生理，药理、生化等基础与临床相关科室的研究领域。

一、离体Langendorff心脏模型

Langendorff 离体心脏灌流流实验是德国生理学家Oslar Langendorff于1895、1897在两篇开创性论文中首次介绍，自此以后沿用至今，不断改进，但基本原理未变。

离体Langendorff心脏的基本原理是将离体动物心脏在恒温恒压条件下，将心脏套管插入主动脉，逆行灌流含氧的（K-H液），由冠状动脉灌流心肌，灌流液经冠状静脉窦从右心房、肺动脉和腔静脉断端流出，此流出液量为冠脉流量（CBF），同时还可记录心肌收缩力。另外从左室插水囊或气囊，测其左室内压（LVP）、左室舒张末期压力（LVEDP）、左室内压变化速率（dp/dt）及心率（HR）。本方法排出了神经和体液的控制，可直接观察药物对心脏功能和冠脉流量的影响，也可研究心肌代谢，分析冠脉流量与心肌代谢的关系，是筛选研究作用于心血管药物的常用方法之一。Langendorff 离体心脏灌流实验的基本设计为逆行灌流，即将灌流液从主动脉灌流入冠脉循环，心室腔可以无灌流液充盈。冠脉循环保证了心脏的正常跳动、代谢、及各种功能的执行。Langendorff 离体心脏灌流实验现已广泛应用于心脏生理、病生理、生化代谢、药物研究等许多方面，近年来更延伸到受体、信号转导、基因表达调控等许多领域。

Langendorfl模型最大的优点，是简单而且相对稳定(只要灌注压和灌注液恰当)。然而，缺点是不完全符合生理状态。其本质是主动脉逆行灌注，心脏是空收缩，没有起到泵的作用，没有前负荷。后来的改良模型，将一水囊置于左心室，使心脏有了一些前负荷。另外，通过水囊还可以测定左室发展压(developing pressure)及瞬肘压力变化(dP／dt)。但这种模型心脏做功很少，在测定心肌代谢方面较困难。水囊大小是固定的，与心室内壁结合不会太紧密，因此，与生理状态下的前负荷有差异。

主要应用:

1、心肌缺血再灌注损伤（ischemia-reperfusion，I/R）是临床心脏重新恢复血液灌流后常见

的现象，主要表现为心肌损伤反而加重，梗死面积扩大，出现心律失常，主要发生机制与自由基产生增多、钙超载、微血管损伤、能量代谢障碍等密切相关。如何减轻心脏I/R损伤是目前临床医学研究的热点之一。缺血预适应具有心肌保护作用，其作用机制亦成为当前的研究热点。应用Langendorff离体心脏灌流技术对心脏进行停灌-复灌处理可制备缺血再灌注损伤模型，满足用户开展此项研究的需求。

2、用于筛选研究作用于心血管的药物。

二、离体工作心脏模型

工作心脏模型是1967年Neely等在Langendorff模型基础上，发明的一种被广泛采用而且较符合生理要求的模型，此模型的最大特点是左室有可以调节的前负荷。这样,离体心脏能和在体模型一样做功,而且在测量心脏能量代谢和心肌酶谱方面接近在体模型。

离体工作心脏实验的基本原理是使灌流液从左心耳流入左心室，左心室收缩克服主动脉阻力将心室内液体射入模拟主动脉管道，使心脏在生理状态下进行灌流实验。在此装置中，左心室充盈压（前负荷）及主动脉柱高（后负荷）可以保持恒定，心率亦可通过电起搏装置加以控制。因此，可以根据需要或将三者同时控制起来，观察药物对心肌收缩性能的影响，或控制其中任二项，观察心肌收缩性与另一项的关系。此外，通过测定冠脉流出液中某些物质，尚可了解药物或其他影响因素对心脏生化方面的影响。

与Langendoft模型不同的是，工作心脏模型是一种双灌流装置，它不仅有主动脉灌流系统，而且还有左房灌流系统，主动脉流人道和流出道通过三通连接互相转换，流出道的压力(后负荷)可以通过管道内液平面高度来谓节。前负荷可以调节左房灌注系统贮槽的液面高度。操作的前半部分用Langendorrf模型，在实行完主动脉逆行灌注后，行肺静脉插管人左房连接左房灌流系统，结扎固定。持续主动脉逆灌流10min，待心脏搏动平稳后。关闭主动脉流入道，打开主动脉流出道，并开始心房灌流，预灌流20 min，待心跳平稳后即可开始实验。

工作心脏模型不仅有主动脉插管，而且通过肺静脉插管入左房，这样，心脏就能象泵一样将灌注液从主动脉射出，而且可以测量心排血量。另外，它还可以通过调节左房和左室压力和容量得到和在体模型一致的心功能曲线。然而，这种模型技术要求高．而且稳定性不够，这是工作心脏模型出来后，Langendorff模型还能沿用至今的原因。

主要应用：

1、广泛用于心肌代谢及心功能研究；

2、用于研究药物对心肌再灌注损伤保护作用机制；

3、筛选研究作用于心功能药物；

附：一些指标测定方法

冠脉流量（CBF）：在心脏恒温浴槽排液口下端放一容量杯或量筒记录一定时间的流出量换算为单位时间流量即为冠脉流量。

主动脉流量（ABF）：关闭主动脉流量计量管，收集一定时间内的主动脉流出液通过指示刻度读取容积数值，换算为单位时间内流量即为主动脉流量。

总心输出量（T-CO）：CBF与ABF之和即为总心输出量。