猪离体肺灌注模型中心输出量的测定

摘要

该方案描述了用于通过猪颈静脉放置热稀释导管的手术技术，以估计心输出量并确保在 离体 肺灌注 （EVLP） 期间有足够的肺灌注。

摘要

由于猪与人类的生理相似性，猪被用作 离体 肺灌注 （EVLP） 的实验模型。EVLP 是一种通过体外循环泵灌注不适合移植的肺的技术，以改善其功能并提高其活力。现有的 EVLP 方案通过灌注溶液的类型和灌注流量进行区分，根据体表面积 （BSA），灌注流量从估计心输出量 （CO） 的 40%-100% 不等。用于测量 CO 的设备使用简单的物理原理和其他数学模型。动物模型中的热稀释法仍然是估计 CO 的参考标准品，因为它简单且易于复制。因此，本研究的目的是重现猪热稀释法对 CO 的测量，并将其精密度和准确度与 BSA、重量和 Fick 方法获得的精密度和准确度进行比较，以确定 EVLP 期间的灌注流量。在 23 头猪中，在右颈静脉放置热稀释导管，并在同一侧的颈动脉插管。获取血样进行气体测定，并通过热稀释法、调整体表面积、Fick 原理和体重估计 CO。BSA 获得的 CO 大于其他方法获得的 CO （p = 0.0001， ANOVA， Tukey）。我们得出的结论是，尽管本研究中用于估计 CO 的方法是可靠的，但它们之间存在显着差异;因此，每种方法都必须由研究者进行评估，以确定哪种方法符合方案的需要。

引言

在肺移植中心，离体肺灌注 （EVLP） 是一种工具，有助于增加捐献不符合移植标准标准的肺的可能性¹。这是通过保存和改善脑死亡或心脏骤停供体的肺功能，以及通过评估移植前的肺功能来实现^{的 2,3,4}。在 EVLP 中，体外循环泵允许通过膜气体交换器和白细胞捕获过滤器移植肺灌注⁵。

迄今为止，已经描述了几种 EVLP 方案（Toronto、Lund 和 Organ Care System）。这些根据所用灌注溶液的类型、灌注期间左心房是保持开放还是闭合，以及灌注流量（从供体估计心输出量 （CO） 的 40% 到 100%（取决于所使用的技术）不等）^{来区分 6,7,8}。CO 是心脏每分钟泵送的血量⁹ ，是维持组织灌注的机制。因此，CO 监测可确保适当的组织氧合。CO 是心率和每搏输出量的乘积，以升 10,11,12 为单位。然而，这种维持组织灌注的方法还取决于其他因素，例如静脉回流、外周氧使用、全身血管阻力、呼吸、总血容量和体位¹²。

有几种用于测量和监测 CO 的设备，其中一些使用简单的物理原理，而另一些则使用数学模型。这些方法包括 Fick 原则、热稀释法（经肺或锂稀释）、动脉压波分析以估计每搏输出量 （SV） 以及多普勒或胸部生物反应等侵入性较小的方法。然而，由于相应监测技术的局限性，没有一种 CO 监测设备可以满足所有临床要求^10,13。

通过经心热稀释法测量 CO 是一种简单且易于重现的猪方法。它包括在肺动脉中放置一根带有热敏电阻的导管，并注入一定量的液体，其温度低于血液的温度。热敏电阻检测温度随时间的变化，然后以曲线的形式绘制，曲线下的面积代表微小体积¹⁴。各种研究都表明，对于 EVLP 动物模型，可以通过重量 （100 mL/kg）¹⁵、热稀释法和 Fick 法^10,13 来计算 CO。然而，在临床上，CO 是使用心脏指数 （CI） 计算的，该指数是根据供体的体表面积调整的 CO¹⁶。然而，没有研究在实验猪模型中比较这些方法。

本研究的目的是重现猪通过热稀释法测量的 CO，并将其精度和准确度与使用 BSA 调整的 CO、体重和 Fick 方法获得的精度和准确度进行比较，以确定 EVLP 期间的灌注流量。

研究方案

该协议 （B09-17） 由 INER（Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias "Ismael Cosio Villegas"）的生物伦理委员会批准。本研究使用了 23 头临床健康的长白猪，无论性别，体重在 20-25 公斤之间。根据墨西哥官方标准¹⁷ 和美国实验动物护理和使用指南¹⁸ 的实验动物护理和使用技术规范处理动物。所有动物均来自 Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias Ismael Cosio Villegas，并被安置在相同的环境条件下的单独笼子中，随意提供水和食物。在所有动物中，在右颈静脉放置热稀释导管，在同一侧的颈动脉中放置动脉导管，收集血气，然后计算 CO。所用试剂和设备的详细信息列在 材料表中。

1. 实验准备

1. 在三种 250 mL 0.9% 氯化钠溶液（生理盐水溶液，SS）中稀释 1000 IU 肝素。
2. 将压力传感器连接到生命体征监测仪。使用每个传感器测量热稀释导管相应端口的压力。
3. 通过无针静脉输注将肝素化溶液连接到换能器。确保它们已清除并准备好连接到导管。
4. 从包装中取出热稀释导管。将远端浸入 0.9% NaCl 中以检查球囊的完整性。
5. 检查远端和近端导管连接的通畅性。将导管放在手术器械台上直至使用。

2. 动物准备

1. 在动物准备室中肌肉注射 0.05 mg/kg 阿托品和 4 mg/kg tiletamine-zolazepam（遵循机构批准的方案）。
2. 让猪不受干扰，但受到监视，直到它们躺下并保持这个姿势，没有兴奋或对伤害性刺激有反应的迹象。
3. 将镇静的动物置于俯卧位，并将导管插入左耳的边缘静脉。
4. 将动物转移到手术室进行手术。
5. 将动物置于背侧位置，施用 4 mg/kg 异丙酚 IV、300 μg/kg 维库溴铵和 0.1 mg/kg 芬太尼 IV。
6. 在实验室工作人员的帮助下降低猪的下颌骨，以保持嘴巴张开和舌头伸出。
7. 将 10% 利多卡因喷洒在声带上，用环形镊子夹住纱布清除积聚的唾液，并将会厌与喉口分开。
8. 用喉镜和 3 号直刀片确定气管入口，然后用球囊插入 7 Fr 气管插管。
9. 在验证球囊在气道内的位置后，给球囊充气并将管子固定在下颌骨上。
10. 将猪连接到麻醉机上，以维持 2.5%-3% 七氟烷的麻醉状态（图 1）。
11. 以 25 次呼吸/分钟的频率，潮气量为 6-8 mL/kg 体重，FiO₂% 为 50%-70% 以维持 SaO₂ 大于 90%，触发 2，呼气末正压 （PEEP） 为 5 cmH₂O，吸气比为 1:2 s，吸气流量为 15 L/min，最大为 30 L/min。

3. 放置热稀释导管和测量心输出量

1. 在全身麻醉下将动物保持在背侧位置，并用碘泊维酮对颈部区域进行消毒（图 2）。使用电烙笔做一个 10 cm 的旁正中切口，解剖皮下组织，通过钝性解剖露出右颈外静脉。
2. 放置两条 2-0 丝缝合线，一条在解剖血管的远端部分，另一条在解剖血管的近端部分（图3）。
3. 将导管从颈部部位体外插入心脏所在的胸部区域。使用导管上的标记测量插入深度以到达肺动脉 （PA）。结扎血管的远端部分，并在近端放置一个双环，以便在插入后固定导管。
4. 使用虹膜剪刀在血管的腹侧部分做一个 2 毫米的横向切口。用 Halsted 蚊式止血钳打开切口边缘，将 5Fr 热稀释导管插入右颈静脉（图 4、 图 5 和 图 6）。按照监视器上显示的曲线将导管对准肺动脉 （PA）。

4. 动脉导管的放置

1. 一旦静脉被解剖并放置参考缝合线，将胸骨头肌（相当于胸锁乳突肌）向外侧移位。
2. 解剖气管前（胸骨舌骨）肌肉组织，直到露出颈动脉。
3. 将颈动脉与颈静脉类似地插管，并将其连接到压力传感器以监测体循环动脉压。

5. 评估

1. 将热稀释导管放置在右颈静脉中，并将动脉导管放置在同一侧的颈动脉中后，采集样本进行血气分析。
2. 使用热稀释法、体表面积和 Fick 法获取血气值并评估心输出量 （CO）。
   注:有关详细程序，请参阅之前发布的报告^19-21。

6. 统计分析

1. 使用方差分析 （ANOVA） 分析证明正态分布的数据，并执行 Tukey 事后检验。将值表示为平均值±标准误差。将 p 值 <0.05 视为表示统计显著性。

7. 热稀释法测量

1. 在不到 4 秒的时间内将 5 mL 冷 SS 在 4 °C 下推注到热稀释导管的近端管腔中。
2. 观察监视器屏幕上的热稀释曲线（温度/时间）。曲线应显示快速上升，然后平稳逐渐下降到基线，数值以小数点后一位或两位显示。
3. 用另外两次冷 SS 推注重复推注过程，直到曲线有效、相似且在平均值的 10% 以内。
4. 在确认曲线的有效性和相似性后，计算三个值的平均值并将其记录为最终的 CO 值，以升/分钟为单位。使用基于 Stewart-Hamilton 方程²¹ 的计算从热稀释曲线中获得 CO 和其他指数。

8. 确定体表面积 （BSA） 或心脏指数的调整后心输出量

1. 要确定调整后的心输出量 （CI），请使用 DuBois-DuBois 公式¹⁹ 计算体表面积 （BSA）:
   BSA = 0.007184 × （身高 （cm） ^0.725） × （体重 （kg）^0.425）。
2. 获得 BSA 后，使用公式²⁰ 计算 CI:
   CI = CO/BSA。
   注:CO 在步骤 7 中确定。

9. 通过 Fick 方法估计心输出量

1. 要使用 Fick 方法计算心输出量 （CO），请确定耗氧量 （VO₂） 以及从动脉 （SaO₂） 和静脉 （SvO₂） 血气获得的氧水平差异。使用公式^{2 计算 VO 21}:
   VO₂ = CO x （SaO₂ - SvO₂）。
2. 然后，使用公式²¹ 确定心输出量:
   CO = VO₂ / （[SaO₂ - SvO₂] × 10）。

10. 估计每体重的心输出量

1. 根据先前的报告 ^8,15 确定动物每体重的心输出量。
   注:在 EVLP 方案中，各个小组报告称，猪每体重的估计心输出量 （CO） 为 100 mL/kg ^8,15。

11. 安乐死

1. 一旦完成所有测量，通过颈静脉鞘（遵循机构批准的方案）用过量的戊巴比妥钠 （150 mg/kg/ IV） 对所有 动物实施安乐死。
2. 继续全身麻醉和心脏监测，直到心电图 （ECG） 轨迹显示无心脏电活动^17,18。

结果

所有动物都在外科手术和研究时间内幸存下来。1 只动物 （4.3%） 由于导管插入过程中过度牵引而发生颈静脉撕裂。此外，干预血管均未出现出血。在研究动物中，平均需要 25-30 cm 的导管插入才能到达 PA。在 3 例 （13%） 中，导管对准猪的右上肢。在这些情况下，导管缩回插入部位，猪的上肢重新定位到头部，并手动阻塞颈静脉以将导管引向心脏。2 只动物 （8.6%） 在导管插入过程中出现心动过速...

讨论

鉴于两个物种的大小、生理学和基因组序列的可比性，猪的 EVLP 可以直接转化为人类临床实践²²。根据研究人员选择的 EVLP 方案，CO 的测量对于确定灌注肺部所需的流量至关重要。此外，根据可用的资源和知识，可以选择合适的方法。然而，没有研究将同时评估 CO 的方法与参考方法进行比较。因此，本研究旨在比较四种测量 CO 以估计 EVLP 期间肺流量的技术。我们纳入了实验性血...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Anesthesia machine	General Electric	Carescape 620
Atropine	Amixteria, Stern Pharma GmbH
Catheter Insyte Autoguard 20 GA	Becton Dickinson	381434
Electrocautery pencil	BBraun Aesculap	GN211
Endotracheal tube with a 7 Fr balloon	Rush	MG 027770 002
Fentanyl	Janssen-Cilag
Iodopovidone	Degasa	NDC6732635208
Laryngoscope	Riester
Lidocaine Spray	Pisa
Pressure transducers	Edwards Lifesciences	PX260
Propofol	Pisa
Sevofluorane	Pisa
Silk sutures 2-0	Covidien	GS833
Sodium pentobarbital	Pfizer
straight blade of laryngoscope #3	Miller; Riester
Swan-Ganz 5Fr thermodilution catheter	Arrow Thermodilution Ballon Catheter	Ref AI-07165
Tiletamine-zolazepam	Virbac
Vecuronium bromide	Pisa