نموذج حيواني للأطفال للإنعاش القلبي الرئوي خارج الجسم بعد توقف الدورة الدموية لفترات طويلة

Summary

يصف هذا البروتوكول نموذج خنزير حديثي الولادة للمجازة القلبية الرئوية (CPB) ، مع توقف الدورة الدموية والقلب كأداة لدراسة تلف الدماغ الشديد والمضاعفات الأخرى الثانوية ل CPB.

Abstract

أمراض القلب الخلقية (CHD) هي التشوهات الخلقية الأكثر انتشارا ، حيث يتأثر حوالي مليون ولادة في جميع أنحاء العالم سنويا. يتطلب التحقيق الشامل لهذا المرض نماذج حيوانية مناسبة ومعتمدة. تستخدم الخنازير بشكل شائع في الأبحاث الانتقالية بسبب تشريحها وعلم وظائف الأعضاء المماثلين. يهدف هذا العمل إلى وصف والتحقق من صحة نموذج خنزير صغير لحديثي الولادة للمجازة القلبية الرئوية (CPB) مع الدورة الدموية والسكتة القلبية (CA) كأداة لدراسة تلف الدماغ الشديد والمضاعفات الأخرى لجراحة القلب. بالإضافة إلى تضمين قائمة بالمواد ، يوفر هذا العمل خارطة طريق للمحققين الآخرين لتخطيط وتنفيذ هذا البروتوكول. بعد أن أجرى الممارسون ذوو الخبرة العديد من التجارب ، أظهرت النتائج التمثيلية للنموذج معدل نجاح بنسبة 92٪ ، مع حالات فشل تعزى إلى حجم صغير من الخنزير الصغير وتشريح الأوعية المتغير. علاوة على ذلك ، سمح النموذج للممارسين بالاختيار من بين مجموعة متنوعة من الظروف التجريبية ، بما في ذلك الأوقات المتفاوتة في CA ، وتغيرات درجة الحرارة ، والتدخلات الدوائية. باختصار ، تستخدم هذه الطريقة المواد المتاحة بسهولة في معظم المستشفيات ، وهي موثوقة وقابلة للتكرار ، ويمكن استخدامها على نطاق واسع لتعزيز الأبحاث الانتقالية في الأطفال الذين يخضعون لجراحة القلب.

Introduction

أمراض القلب الخلقية (CHD) هي التشوهات الخلقية الأكثر انتشارا ، حيث يتأثر حوالي مليون ولادة في جميع أنحاء العالم^{سنويا 1}. على الرغم من أن التطورات الحديثة في جراحة القلب والصدر (CTS) وعلاج العناية المركزة قد حسنت معدلات الوفيات ، إلا أن الأمراض المصاحبة لا تزال شائعة للغاية^2،3،4،5. تم الإبلاغ عن تشوهات النمو العصبي ، بما في ذلك الإعاقات المعرفية والحركية وكذلك صعوبات التعلم ، في حوالي 25٪ -50٪ من هؤلاء المرضى^6،7،8. ثبت أن الجراحة خلال الأيام الأولى من الحياة ، وخاصة تلك التي تتطلب الدورة الدموية والسكتة القلبية (CA) ، تزيد من المراضة⁹. قد يكون للتغيرات الديناميكية الدموية أثناء الجراحة تأثير مهم على دماغ حديثي الولادة المعرضين للخطر. النماذج التجريبية ضرورية لفهم أصل هذه التشوهات بشكل أفضل والتحقيق في استراتيجيات الحماية العصبية لتحسين توقعات هؤلاء المرضى.

تم توثيق استخدام النماذج الحيوانية لدراسة هذه الفئة من السكان على نطاق واسع^{5،10،11،12،13،14}. والجدير بالذكر أن الخنازير تقدم خيارا ممتازا ، نظرا للتقريب التقريبي في تشريح القلب (الشكل 1) ، والجينوم ، وعلم وظائف الأعضاء ، فضلا عن حجمها الأكبر نسبيا مقارنة بالنماذج الحيوانية الأخرى¹⁵ (الشكل 2). تم وصف استخدام نماذج الخنازير لدراسة آثار كل من المجازة القلبية الرئوية (CPB) و CA سابقا. هذه النماذج الحيوانية التجريبية مفيدة لدراسة التغيرات الديناميكية الدموية ومضاعفات أعضاء الأنسجة النهائية المرتبطة^{بها 14،16،17،18،19،20}. تم تطوير هذه النماذج للسماح للباحثين بدراسة الظروف البشرية في بيئة خاضعة للرقابة ، مع المرونة لمجموعة متنوعة من الظروف التجريبية. تشير معظم الدراسات إلى استخدام القنية المركزية ، وهي تقنية تتطلب مهارات جراحية متقدمة ، وتتطلب استخداما أعلى للموارد ، وتجعل من الصعب ضمان البقاء على المدى الطويل. على الرغم من أن الدراسات السابقة قد وثقت استخدام الخنازير في دراسة CPB^12،15 ، إلا أن القليل منهم اقترحوا تقنية القنية المحيطية.

تقنية القنية المحيطية الجديدة هذه أسهل وأقل عدوانية وأكثر جدوى عند مقارنتها بالدراسات المنشورة الأخرى¹⁹. علاوة على ذلك ، فإن التحقق من صحة هذه التقنية في الأطفال حديثي الولادة الصغيرة أمر جديد ويجب النظر في استخدامه من قبل جميع الباحثين المهتمين باستخدام نموذج حيواني لدراسة أمراض القلب التاجية والأمراض المصاحبة المرتبطة بها. إنه مناسب بشكل خاص للأفراد الذين لديهم إمكانية الوصول إلى مختبر مجهز بالإمدادات والموارد والموظفين ذوي الخبرة في إجراء تجارب النماذج الحيوانية.

باختصار ، الهدف الرئيسي من هذه الدراسة هو وصف والتحقق من صحة نموذج خنزير صغير لحديثي الولادة من CPB مع CA. يهدف البروتوكول إلى دراسة تلف الدماغ الشديد والمضاعفات المحتملة الأخرى لجراحة CPB في بيئة خاضعة للرقابة مع ظروف تجريبية مختلفة. توفر هذه الطريقة نموذجا قابلا للتعميم وموثوقا وعالي الجودة ، والذي يمكن استخدامه لمجموعة متنوعة من البروتوكولات التجريبية.

Protocol

تمت الموافقة على الإجراء الحالي من قبل لجنة أخلاقيات التجارب على (CEEA) التابعة لمركز الطب المقارن والصورة الحيوية في كاتالونيا (CEEA-CMCiB). كما أذنت حكومة كاتالونيا بالبروتوكول التجريبي (رقم 11652) ورقم تعريف الملف FUE-2022-02381434 ومعرف QBXQ3RY3J. قام الممارسون ذوو الخبرة ، بما في ذلك الأطباء البيطريون المعتمدون الذين يقدمون الإشراف والمساعدة ، بإجراء جميع التجارب. تم استخدام الخنازير (Sus scrofa domestica) ، التي يبلغ عمرها 4-6 أيام ، ويزن 2.5-3.5 كجم ، في هذه الدراسة. وبذلت محاولة لتحقيق التوازن بين التوزيع الجنساني لتجنب التحيزات ذات الصلة.

1. التخدير والتنبيب والوصول

1. يجب بدء التخدير وتسكين الألم باستخدام الكيتامين العضلي (20 ملغ/كغ)، ديكسميديتوميدين (0.02 ملغ/كغ)، والميدازولام (0.3 ملغ/كغ). بمجرد تخدير بعمق (بعد 5 دقائق من إعطاء التخدير) ، قم بالأكسجين بنسبة 100٪ O₂ عبر قناع الخطم (2 لتر / دقيقة). بعد ذلك، يجب تحريض التخدير باستخدام البروبوفول الوريدي (0.5 ملغ/كغ) (انظر جدول المواد).
2. ضع الخنزير الصغير في وضع الاستلقاء الظهري. إجراء التنبيب الرغامي باستخدام أنبوب القصبة الهوائية المقيد 2.5 مم (انظر جدول المواد) ، باستخدام التصور المباشر للقصبة الهوائية.
   1. تأكيد وضع الأنبوب الرغامي المناسب عن طريق التسمع المباشر لقواعد الرئة.
3. اضبط التهوية الميكانيكية لتقديم معدل تنفس يبلغ 30 نفسا في الدقيقة ، وحجم المد والجزر من 8-12 مل / كجم ، وضغط الزفير النهائي 4 سم_{H 2}O.
4. راقب باستمرار عمق التخدير أثناء البروتوكول عن طريق معدل ضربات القلب (HR) وضغط الدم (BP) وتشبع الأكسجين (spO2). اضبط معلمات التهوية والتخدير حسب الضرورة.
   ملاحظة: القيم المثالية للعناصر الحيوية هي HR من 130-160 نبضة في الدقيقة ، BP من 75-95 / 60-70 ، و spO2 > 85.
5. الحفاظ على التخدير باستخدام 1.5٪ سيفوفلوران وفنتانيل (25-200 ميكروغرام / كجم / دقيقة) (انظر جدول المواد).
6. استخدم التصور المباشر لوضع القسطرة في الشريان الفخذي (3 Fr) والوريد (4 Fr) (انظر جدول المواد).
   ملاحظة: سيتم استخدام هذه القسطرة لإدارة الدواء والحصول على العينات. على هذا النحو ، من المهم الحفاظ على الوصول.

2. إعداد دائرة CPB وفتيلة

1. قم بتخصيص وإعداد دائرة CPB باتباع الخطوات أدناه (الشكل 3):
   1. تقصير الأنبوب قدر الإمكان ، مع السماح بمسافة كافية للوصول إلى من الجهاز.
   2. قم بإنشاء وإرفاق جسر أنابيب يربط التدفق الخارجي من المؤكسج الغشائي (انظر جدول المواد) بالتدفق إلى المضخة.
      ملاحظة: الجسر حيوي للسماح للدم بالاستمرار في الدوران عبر الجهاز أثناء إجراء CAs للحيوان.
2. بمجرد إغلاق جميع نقاط الاتصال ، قم بتجهيز الدائرة ب 300 مل من محلول ملحي الهيبارين (1000 وحدة مستخدم من الهيبارين مختلطة في 1 لتر من المحلول الملحي) و 300 مل من دم الخنزير المتبرع الطازج ، متبوعا ب 3.5 mEq بيكربونات الصوديوم ، و 350 وحدة مستخدم من الهيبارين ، و 450 ملغ من غلوكونات الكالسيوم (انظر جدول المواد).
   1. "اكتساح" الدائرة عن طريق تشغيل خليط الدم والهيبارين المالحة وبيكربونات الصوديوم وغلوكونات الكالسيوم عبر الدائرة بأكملها لمدة 2 دقيقة بمعدل 0.3 لتر / دقيقة.

3. الجراحة وبدء CPB

ملاحظة: يصور الشكل التكميلي 1 المواد الجراحية اللازمة لوضع القنية.

1. كشف الوريد الوداجي الداخلي الأيسر والشريان السباتي الأيمن للتحضير للقنية (الشكل 4).
2. للقنية ، استخدم تقنية Seldinger أو "عبر الأسلاك"²¹.
   1. أولا ، أدخل قسطرة إبرة في الوريد الوداجي الداخلي الأيسر. بمجرد رؤية وميض من الدم ، أدخل سلك توجيه بعناية في الوعاء وأزل الإبرة ، مما يضمن بقاء السلك في مكانه.
   2. مرر موسعا فوق السلك وفي الوعاء ، ثم قم بإزالة الموسع.
   3. مع بقاء السلك في مكانه ، قم بربط قنية وريدية 8 Fr ودفعها ببطء ~ 4 سم في الوعاء. قم بإزالة السلك بعناية ، مع التأكد من بقاء القنية في مكانها.
   4. كرر تقنية سلك Seldinger مع التوسيع لوضع قنية شريانية للأطفال 6 Fr (انظر جدول المواد) في الشريان السباتي الأيمن.
   5. في وقت القنية الشريانية، يتم تطبيق بلعة من الهيبارين الوريدي (50 وحدة دولية/كغ) عن طريق القنية الشريانية الموضوعة حديثا.
3. بمجرد الوصول ، قم بإصلاح كل من القنية بشكل آمن للحيوان باستخدام 3-0 خيوط بولي قابلة للامتصاص وشريط لمنع الإزالة غير المقصودة (الشكل 5).
4. قم بتوصيل الكانيولا بدائرة CPB ، مما يضمن إضافة محلول ملحي مع الهيبارين إلى نقاط الاتصال لمنع الهواء في الدائرة.
5. اضبط التدفق الأولي على 80-85 مل / كجم / دقيقة وقم بزيادته ببطء إلى معدل تدفق نهائي يبلغ 150 مل / كجم / دقيقة.
   ملاحظة: يمكن للحيوان البقاء على CPB طالما تتطلب التجارب. يصور مخطط الخطوات 1-3 في الشكل التكميلي 2.

4. الدورة الدموية والسكتة القلبية (كاليفورنيا)

1. للحث على CA ، قم بتطبيق 9 mEq من KCl. استخدم العناصر الحيوية لتقييم الاعتقال الكامل والتأكيد باستخدام تخطيط صدى القلب. إدارة KCl إضافية حسب الضرورة.
2. بمجرد توقف القلب ، اعزل عن الدائرة للحث على توقف الدورة الدموية.
3. حافظ على تدفق دائرة CPB باستخدام الجسر الموصوف مسبقا (الخطوة 3.5) الذي يدور عند 1500 دورة في الدقيقة.

5. الإنعاش القلبي الرئوي خارج الجسم (eCPR)

1. بمجرد تحقيق حالة CA المناسبة (0 دقيقة أو 30 دقيقة أو 60 دقيقة) ، ابدأ في إنعاش eCPR.
2. أعد توصيل الخنزير الصغير بدائرة CPB.
3. يتم تطبيق 3 مل من غلوكونات الكالسيوم (2.25 ملليمول/10 مل، مخفف 1:2) و6 مل من بيكربونات الصوديوم (1 م، مخفف 1:2) عن طريق المدخل الشرياني المحيطي، مع إضافة جرعات حسب الضرورة.
   ملاحظة: يمكن استخدام تقويم نظم القلب أو الأدوية المؤثرة في التقلص العضلي (الأدرينالين أو الدوبامين) إذا لزم الأمر.

6. رعاية ما بعد الجراحة

1. بمجرد الإنعاش ، راقب العناصر الحيوية لمدة 15 دقيقة لضمان الاستقرار.
   ملاحظة: المعلمات المثالية في فترة وحدة العناية المركزة هي: HR من 100-150 نبضة في الدقيقة ، BP من 75-95 / 60-70 ، و spO2 > 85.
2. نقل للتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI).
   ملاحظة: بعد التصوير ، لم تتعاف أبدا وتم القتل الرحيم أثناء التخدير عن طريق إعطاء الصوديوم بنتوباربيتال عن طريق الوريد للحصول على عينات من الدماغ للتحليل النسيجي. يمكن الاطلاع على الجدول الزمني للجزء التجريبي من الإجراء ، بما في ذلك استراتيجية جمع العينات ، في الشكل التكميلي 3.

النتائج

خلال فترة 6 أشهر ، تم تنفيذ البروتوكول الكامل 12 مرة من قبل فريق متعدد التخصصات من أطباء الرعاية الحرجة للأطفال وأطباء القلب للأطفال والأطباء البيطريين والفنيين (الشكل التكميلي 2 والشكل التكميلي 3).

يوضح الشكل 1 والشكل 2 التشر...

Discussion

يشيع استخدام المجازة القلبية الرئوية أثناء جراحة القلب للبالغين والأطفال وحديثي الولادة. يعتمد على دائرة آلية خارج الجسم وأكسجين غشائي يعملان معا لأكسجة الدم وتوفير الاستقرار الرئوي والقلبي. أظهرت الدراسات السابقة أن CPB قد يؤثر سلبا على العديد من أجهزة الأعضاء (الكلوية والدماغية والرئو?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
1.5% sevofluorane	Zoetis	20070289
2.5 mm endotracheal tube	Henry Schein	988-1782
3 Fr catheter for peripheral arterial access	Prodimed	3872.1
4 Fr catheter for peripheral venous access	Prodimed	3872.13
6 French ECMO pediatric arterial cannula	Medtronic	77206
8 French ECMO pediatric venous cannula	Medtronic	68112
Adrenaline	B Braun	469801-1119
Adson forceps	Allgaier instruments	08-030-130	Any brand may be substituted
BP cuff	Mindray
Buprenorfine (0.01 mg/kg)	Richter Pharma	#9004114000537
Calcium gluconate (2.25 mmol/10 mL)	B Braun	570-12606194-1119
Dexmedetomidine (0.5-2.0 µg/kg/min)	Orion farma	GTN 064321000017253
Dolethol	vetoquinol	#3605870004904
Dopamine	hikma	A044098010
Fentanyl (25-200 µg/kg/min)	Kern Pharma	756650.2H
Fresh donor pig blood Type O	Any
Heat Exchanger	Maquet Gmbh & Co	MCP70107.2130
Heparin (1350 UI)	ROVI	641641.1
Irwin retractor	Aesculap	BV104R	Any brand may be substituted
Ketamine (20 mg/kg)	Richter Pharma	#9004114000452
Lubricant	Any orotracheal lubricant
Midazolam (0.3 mg/kg)	Serra Pamies	619627.4
Mosquito forceps	Aesculap	BH109R	Any brand may be substituted
Needle forceps	Aesculap	BM016R	Any brand may be substituted
Normal saline (0.9%)	B Braun Fisiovet	5/469827/0610	Any brand may be substituted
Plastic clamps for tubing	Achim Schulz-Lauterbach	DBGM	Any brand may be substituted
Potassium chloride (9 mEq)	B Braun	3545156
Propofol (0.5 mg/kg)	Zoetis	579742.7
Quadrox Membrane Oxygenator	Maquet Gmbh & Co	BE-HMOSD 300000
Rectal thermometer	Any
RotaFlow Console ECMO system	Maquet Gmbh & Co	MCP00703177	Neonatal ECMO System
Scalpel	Aesculap	BB074R	Any brand may be substituted
Sodium bicarbonate (1 M)	Fresenius Kabi	634477.4 OH
Surgical scissors	Talmed Inox	112	Any brand may be substituted
Suture (3/0 poly absorbable)	B Braun Novosyn (R)	0068030N1	Any brand may be substituted