Endotracheale Intubation mit einem flexiblen Intubationsendoskop als standardisiertes Modell für ein sicheres Atemwegsmanagement bei Schweinen

Zusammenfassung

Der Einsatz von Schweinen in der Forschung hat in den letzten Jahren zugenommen. Dennoch zeichnen sich Schweine durch eine schwierige Atemwegsanatomie aus. Durch die Demonstration der Durchführung einer endoskopisch gesteuerten endotrachealen Intubation zielt das vorliegende Protokoll darauf ab, die Sicherheit von Labortieren weiter zu erhöhen, um Tierleid und unnötigen Tod zu vermeiden.

Zusammenfassung

Die endotracheale Intubation ist oft eine Grundvoraussetzung für die translationale Forschung in schweinen Modellen für verschiedene Eingriffe, die einen gesicherten Atemweg oder hohe Beatmungsdrücke erfordern. Die endotracheale Intubation ist eine anspruchsvolle Fähigkeit, die eine minimale Anzahl erfolgreicher endotrachealer Intubationen erfordert, um unter optimalen Bedingungen eine hohe Erfolgsrate zu erzielen, die für Nicht-Anästhesiologieforscher oft unerreichbar ist. Aufgrund der spezifischen Anatomie der porcinen Atemwege kann in der Regel von einem schwierigen Atemweg ausgegangen werden. Die Unmöglichkeit, einen sicheren Atemweg herzustellen, kann zu Verletzungen, unerwünschten Ereignissen oder zum Tod des Labortiers führen. Unter Verwendung eines prospektiven, randomisierten, kontrollierten Bewertungsansatzes konnte gezeigt werden, dass die faseroptische endotracheale Intubation länger dauert, aber eine höhere First-Pass-Erfolgsrate aufweist als die konventionelle Intubation, ohne klinisch relevante Abfalle der Sauerstoffsättigung zu verursachen. Dieses Modell stellt ein standardisiertes Schema für die endoskopisch gesteuerte endotracheale Intubation dar, das einen gesicherten Atemweg bietet, insbesondere für Forscher, die mit der Technik der endotrachealen Intubation durch direkte Laryngoskopie unerfahren sind. Dieses Verfahren soll Tierleid und unnötige Tierverluste minimieren.

Einleitung

Die endotracheale Intubation ist oft eine Grundvoraussetzung für die translationale Forschung in Schweinemodellen für verschiedene Interventionen, die einen gesicherten Atemweg oder einen hohen Beatmungsdruck erfordern (wie z.B. Beatmung während der Herz-Lungen-Wiederbelebung¹ oder akutes Atemnotsyndrom²) oder erfordern, dass der zerebrale Blutfluss nicht durch interne Kompression durch supraglottische Atemwegsgeräte beeinträchtigt wird³ , die gelegentlich als Alternativen im Zusammenhang mit einer zu erwartenden schwierigen Atemwegserkrankung bei Schweinen vermehrt werden ^4,5.

Während die Lungenphysiologie von Schweinen ähnliche Merkmale aufweist wie beim Menschen⁶, ist die Sicherung der Atemwege aufgrund spezifischer Unterschiede in der orotrachealen Anatomie des Schweins manchmal deutlich schwieriger⁷. Die Schnauze eines Schweins hat eine schmale Öffnung mit einer sehr großen Zunge, der Kehlkopf ist extrem beweglich und die Epiglottis ist relativ groß, mit einem freien Ende, das sich bis zum weichen Gaumen erstreckt. Kaudal bildet der Kehlkopf mit der Luftröhre einen stumpfen Winkel. Die Arytenoidknorpel sind groß⁸. Der engste Teil der Atemwege befindet sich auf der subglottischen Ebene⁹, vergleichbar mit der Atemwegsanatomie von Kindern¹⁰. Da der Kehlkopf bei Schweinen sehr beweglich ist, besteht die Gefahr, dass das Ende des Endotrachealtubus durch die Stimmbänder verläuft, der Kehlkopf jedoch nur kaudal um bis zu mehreren Zentimeter verschoben wird, was mit einer korrekten Intubation verwechselt werden kann ^8,11. Darüber hinaus ist die Intubation der Speiseröhre ein häufiges Risiko beim Umgang mit dem Atemwegsmanagement von Schweinen¹².

Die Raten schwieriger oder unmöglicher endotrachealer Intubationen mit entsprechenden negativen Auswirkungen auf das Experiment oder die frühe Mortalität wurden nicht systematisch erfasst, aber es wurden mehrere Fallberichte veröffentlicht^13,14. Beim Menschen besteht die Möglichkeit, ein flexibles Intubationsendoskop im Rahmen einer unerwartet schwierigen konventionellen Intubation^{einzusetzen 15}. Dieser Maßnahme gehen oft verschiedene falsche Intubationen voraus. Diese wiederholten Intubationsversuche sind mit unerwünschten Ereignissen beim Menschen verbunden^16,17, insbesondere mit Atemwegskomplikationen ¹⁸. Solche Ereignisse sind bei Versuchstieren schädlich, da sie im einfachsten Fall eine Störvariable im Experiment darstellen; Im schlimmsten Fall können sie zum unnötigen Verlust des Tieres führen.

In der vorliegenden Studie wurde ein Modell entwickelt, das auf den Leitlinien für das erwartete schwierige Atemwegsmanagement beim Menschen 15,19,20,21,22,23,24 basiert. Zuvor wurde eine ähnliche Technik zum Erlernen der faseroptischen Intubation in Studien am Menschen beschrieben^25,26. Das in diesem Bericht vorgestellte Protokoll zielt darauf ab, ein standardisiertes und einfach anzupassendes Intubationsmodell bereitzustellen, das es auch Nicht-Atemwegsspezialisten ermöglicht, eine erfolgreiche und sichere endotracheale Intubation bei Schweinen durchzuführen.

Protokoll

Die Versuche in diesem Protokoll wurden vom Landesuntersuchungsamt Rheinland-Pfalz (Koblenz, Deutschland; Zulassungs-Nr. G20-1-135) genehmigt. Die Experimente wurden nach den ARRIVE-Richtlinien durchgeführt. Insgesamt wurden 10 anästhesierte männliche Schweine (Sus scrofa domestica) mit einem Durchschnittsgewicht von 30 kg ± 2 kg und einem Alter von 12-16 Wochen für die vorliegende Studie verwendet.

1. Tierische Vorbereitung

1. Sorgen Sie für eine normale Umgebung für die Tiere, um Stress zu minimieren. Halten Sie die Nahrung 6 Stunden vor dem geplanten Experiment zurück, um das Aspirationsrisiko zu verringern, aber erlauben Sie den Zugang zu Wasser.
2. Die Schweine werden mit einer kombinierten Injektion von Midazolam (0,5 mg/kg) und Azaperon (2-3 mg/kg) (siehe Materialtabelle) in den Gesäßmuskel oder Hals mit einer Nadel (20 g) zur intramuskulären Injektion beruhigt. Lassen Sie die Tiere ungestört, bis die Sedierung einsetzt (15-20 min).
   HINWEIS: Abhängig von den nationalen Vorschriften kann die Verabreichung von Betäubungsmitteln einer Prüfung unterzogen werden und die Aufsicht eines ausgebildeten Tierarztes erfordern oder nicht. Konsultieren Sie die örtlichen Behörden, bevor Sie die Experimente planen.
3. Transportieren Sie die sedierten Tiere von den Ställen ins Labor. Die Transportzeit darf eine angemessene Sedierungszeit (hier 30-60 min) nicht überschreiten. Sorgen Sie für eine ausreichende Wärmespeicherung, damit das Tier nicht unterkühlt (d. h. unter 38 °C), z. B. indem Sie den Körper je nach Außentemperatur mit einer Decke abdecken.
4. Überwachen Sie mit einem Sensor (siehe Materialtabelle), der am Ohr oder am Schwanz befestigt ist, die periphere Sauerstoffsättigung (SpO₂).
5. Desinfizieren Sie die Haut mit einem Desinfektionsmittel (alkoholisch), bevor Sie eine periphere Venenkanüle (22 G) in eine Ohrvene einführen. Sprühen Sie den Bereich ein, wischen Sie ihn einmal ab, sprühen Sie dann erneut und lassen Sie das Desinfektionsmittel trocknen. Befestigen Sie die Ohrkanüle mit einem Pflaster (siehe Materialtabelle).

2. Anästhesie und mechanische Beatmung

1. Verabreichen Sie Analgesie durch eine intravenöse Injektion von 4 μg/kg Fentanyl. Induzieren Sie eine Anästhesie mit einer intravenösen Injektion von 3 mg/kg Propofol (siehe Materialtabelle).
   HINWEIS: Aufgrund der Bolusanwendung strömt das Medikament schnell in das aktive Kompartiment und sorgt für einen schnellen Beginn der tiefen Anästhesie.
2. Legen Sie das Schwein auf eine Trage in Rückenlage und fixieren Sie es mit Bandagen. Tragen Sie Muskelrelaxans durch eine intravenöse Injektion von 0,5 mg/kg Atracurium auf (siehe Materialtabelle).
3. Starten Sie sofort die nichtinvasive Beatmung über eine Hundebeatmungsmaske (siehe Materialtabelle) oder ähnliche Modelle. Um einen festen Sitz der Maske zu gewährleisten, legen Sie die Eminenz und die Daumen beider Hände auf die Maske, während Sie mit den verbleibenden Fingern einen Kieferstoß ausführen.
   HINWEIS: Beatmungsparameter: FiO 2 (inspiratorischer Sauerstoffanteil) = 100%, maximaler inspiratorischer Druck = <20 cmH 2 0,Atemfrequenz = 18-20 Atemzüge/min, PEEP (positiver endexspiratorischer Druck) = 5 cmH₂ 0.
4. Aufrechterhaltung der Anästhesie durch kontinuierliche Infusion von 0,1-0,2 mg/kg/h Fentanyl und 8-12 mg/kg/h Propofol. Beginnen Sie mit der kontinuierlichen Infusion von 5 ml/kg/h ausgewogener Elektrolytlösung (siehe Materialtabelle). Halten Sie ständig eine ausreichende Anästhesietiefe aufrecht.
   HINWEIS: Surrogatparameter dafür sind das Fehlen von Bewegung, das Fehlen eigener Atemanstrengungen nach der Intubation und das Fehlen eines plötzlichen Anstiegs der Herzfrequenz. Vermeiden Sie nach Möglichkeit eine dauerhafte Muskelentspannung, um motorische Reaktionen als Zeichen einer unzureichenden Anästhesietiefe zu ermöglichen.

3. Endotracheale Intubation

1. Lassen Sie einen Assistenten auf der linken Seite des Kopfes stehen. Lassen Sie die linke Hand des Assistenten den Mund öffnen und kneifen Sie die Zunge nach außen und lassen Sie sie mit einer Kompresse zurück. Bitten Sie den Assistenten, mit dem rechten Zeigefinger auf die rechte Oberlippe zu drücken, um eine bessere Mundöffnung zu erzielen.
2. Führen Sie eine direkte Laryngoskopie durch. Führen Sie dazu das Laryngoskop (siehe Materialtabelle) in die rechte Mundseite ein und schieben Sie es nach vorne, während Sie die Zunge nach links schieben. Schieben Sie die Spitze des Laryngoskops vor, bis es in der epiglottischen Vallecula ruht.
   HINWEIS: Die Epiglottis verdeckt normalerweise die Stimmritze, indem sie am weichen Gaumen klebt.
3. Schieben Sie den Kehldeckel vorsichtig mit einem Rohrführungsdraht (siehe Materialtabelle) mit einer sanften Schöpfbewegung von der rechten piriformen Aussparung nach links entlang des weichen Gaumens beiseite.
4. Geben Sie den Griff des Laryngoskops an den Assistenten weiter, um es in der aktuellen Position zu fixieren.
5. Nehmen Sie nun das flexible Intubationsendoskop, auf dem bereits ein Endotrachealtubus montiert ist und das mit einem Videomonitor verbunden ist. Führen Sie das Endoskop oral ein und schieben Sie es über den Zungengrund, bis die Stimmritze sichtbar wird.
   HINWEIS: Um ein Beschlagen der Kamera zu vermeiden, wird die vorherige Anwendung von Antibeschlagmitteln (siehe Materialtabelle) empfohlen.
6. Schieben Sie das Endoskop zwischen den Stimmbändern in die Luftröhre vor. Bestätigen Sie die Anatomie der Luftröhre, indem Sie die Knorpelringe und die Pars membranacea visuell identifizieren. Schieben Sie das Endoskop vor, bis es über der Carina aufliegt. Versuchen Sie, die empfindliche Schleimhaut nicht mit der Spitze des Endoskops zu berühren, um Schwellungen und Blutungen zu vermeiden.
7. Während Sie die Position des Endoskops beibehalten, schieben Sie den Endotrachealtubus vor, bis er im Kamerabild sichtbar wird.
   HINWEIS: Wenn der Endotrachealtubus nicht durch die Stimmritzenebene vorgeschoben werden kann, besteht die Möglichkeit, dass er sich am Arytenoidknorpel verfangen hat. In diesem Fall muss der Endotrachealtubus 1 cm zurückgezogen und um 90° gedreht werden, bevor er wieder sanft vorgeschoben wird. Bei Bedarf kann dieses Manöver wiederholt werden. Ähnliche Kaliber des flexiblen Intubationsendoskops und des Endotrachealtubus können das Risiko des Auftretens dieses Problems minimieren. Wenn der Endotrachealtubus trotz dieses Manövers nicht vorgeschoben werden kann, ist es wahrscheinlich, dass die subglottische Enge - der engste Teil des Schweinekehlkopfes - nicht passiert werden kann. In diesem Fall muss eine kleinere Endotrachealtubusgröße gewählt werden. Reguläre handelsübliche Endotrachealtuben in den Größen 6,5 cm oder 7,0 cm ID sollten die Stimmritze passieren können, solange keine anatomischen Anomalien vorliegen. Die Anforderungen an die Größe des Endotrachealtubus variieren je nach Ferkelgröße und Rasse.
8. Ziehen Sie das flexible Intubationsendoskop heraus und behalten Sie dabei die Position des Endotrachealtubus bei.
9. Blasen Sie die Manschette mit einer 10-ml-Spritze mit 10 ml Luft auf. Kontrollieren Sie den Manschettendruck mit einem Manschettenmanager (Zielwert: 30 cmH₂O, siehe Materialtabelle).
10. Bestätigen Sie die korrekte Platzierung des Endotrachealtubus und eine ausreichende Belüftung durch periodisches und regelmäßiges Ausatmen von Kohlendioxid mittels Kapnographie²⁴ und beidseitige Belüftung durch Auskultation¹⁵.
11. Beginnen Sie mit der mechanischen Beatmung, nachdem Sie den Schlauch mit einem Beatmungsgerät verbunden haben (PEEP = 5 cmH 2 O, Atemfrequenz = variabel, um ein endtidales CO 2 von <6 kPa zu erreichen, normalerweise 30-50 min⁻¹, FiO 2 = 0,4, I:E (Verhältnis von Inspiration zu Exspiration) = 1:₂, Atemzugvolumen = 6-8 ml/kg).
12. Erweitern Sie die Überwachung (z. B. die Einrichtung einer intraarteriellen Blutdruckmessung, die Installation eines zentralvenösen oder pulmonalen arteriellen Katheters²⁷) oder setzen Sie den Eingriff fort.
    HINWEIS: Legen Sie je nach Fragestellung der weiteren Experimente Grenzwerte für die Vitalparameter und Interventionsmöglichkeiten fest und legen Sie das Monitoring entsprechend im Studienprotokoll fest.

Ergebnisse

Die endotracheale Intubation wurde an 10 männlichen Schweinen (Alter 12-16 Wochen, Gewicht 30 kg ± 3 kg) in einer prospektiven, randomisierten, kontrollierten Studie durchgeführt. Die Schweine wurden randomisiert in zwei Gruppen eingeteilt: eine wurde konventionell larynoskopisch intubiert (CI-Gruppe) und die andere Gruppe wurde mit Hilfe eines flexiblen Intubationsendoskops intubiert, wie im Protokoll beschrieben (FIE-Gruppe). Die Gruppenzuordnung erfolgte durch Ziehen versiegelter Umschläge. Der Ermittler ...

Diskussion

In früheren Studien hat unsere Forschungsgruppe bereits spezifische Details zu den translationalen Vorteilen des porcinen Modells 2,27,32,33 beschrieben. Im Allgemeinen sollte die Reduzierung des Stressniveaus des Tieres und unnötiger Schmerzen ein integraler Bestandteil jedes Studienprotokolls sein und ist von größter Bedeutung, um zuverlässig reproduzierbare Daten zu generieren. Daher is...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Ambu aScope Regular	Ambu GmbH, Medizinprodukte, Bad Nauheim, Germany		Disposable fiber optic outer diameter 5 mm
Ambu aView Monitor	Ambu GmbH, Medizinprodukte, Bad Nauheim, Germany		monitor
Atracurium Hikma 50 mg/5mL	Hikma Pharma GmbH, Martinsried		atracurium
Azaperone (Stresnil) 40mg/mL	Lilly Deutschland GmbH, Bad Homburg, Germany		azaperone
BD Discardit II Spritze 2, 5, 10, 20 mL	Becton Dickinson S.A. Carretera, Mequinenza Fraga, Spain		syringe
BD Luer Connecta	Becton Dickinson Infusion Therapy, AB Helsingborg, Schweden		3-way-stopcock
BD Microlance 3 20 G	Becton Dickinson S.A. Carretera, Mequinenza Fraga, Spain		cannula
Curafix i.v. classics	Lohmann & Rauscher International GmbH & Co. KG, Rengsdorf, Germany		Cannula retention dressing
Engström Carestation	GE Heathcare, Madison USA		ventilator
Fentanyl-Janssen 0.05 mg/mL	Janssen-Cilag GmbH, Neuss		fentanyl
Führungsstab, Durchmesser 4.3	Rüsch		endotracheal tube introducer
IBM SPSS Statistics for Windows, Version 20	IBM SPSS Statistics for Windows, Version 20.0. Armonk, NY: IBM Corp.)		Statistical software
Incetomat-line 150 cm	Fresenius, Kabi Deutschland, GmbH		perfusor line
Intrafix Primeline	B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany		Infusion line
JOZA Einmal Nitril Untersuchungshandschuhe	JOZA, München, Germany		disposable gloves
Laryngoscope, 45.48.50, KL 2000	Medicon		Laryngoscope handle
Littmann Classic III Stethoscope	3M Deutschland GmbH, Neuss, Germany		stethoscope
Luer Lock	B.Braun Melsungen AG, Germany
Maimed Vlieskompresse	Maimed GmbH, Neuenkirchen, Germany		Fleece compress to fix the tongue
Masimo LNCS Adtx SpO2 sensor	Masimo Corporation Irvine, Ca 92618 USA		saturation clip for the tail
Masimo LNCS TC-I SpO2 ear clip sensor	Masimo Corporation Irvine, Ca 92618 USA		Saturation clip for the ear
Masimo Radical 7	Masimo Corporation Irvine, Ca 92618 USA		periphereal oxygen saturation
Midazolam 15 mg/3 mL	Hameln Pharma GmbH, Hameln, Germany		midazolam
Midmark Canine Mask Small Plastic with Diaphragm FRSCM-0005	Midmark Corp., Dayton, Ohio, USA		dog ventilation mask
Octeniderm farblos	Schülke & Mayr GmbH, Nordenstedt, Germany		Alcoholic disinfectant
Original Perfusor syringe 50 mL	B.Braun Melsungen AG, Germany		perfusor syringe
Perfusor FM Braun	B.Braun Melsungen AG, Germany		syringe pump
Propofol 2% 20 mg/mL (50 mL flasks)	Fresenius, Kabi Deutschland, GmbH		propofol
RÜSCH Führungsstab für Endotrachealtubus (ID 5.6 mm)	Teleflex Medical Sdn. Bhd, Malaysia		PVC coated tube guiding wire
Rüschelit Super Safety Clear >ID 6/6.5 /7.0 mm	Teleflex Medical Sdn. Bhd, Malaysia		endotracheal tube
Stainless Macintosh Größe 4	Welch Allyn69604		blade for laryngoscope
Sterofundin	B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany		Balanced electrolyte solution
Ultrastop Antibeschlagmittel bottle with dropper 25 mL	Sigmapharm Arzneimittel GmbH, Wien, Austria		Antifog agent
Vasofix Safety 22 G-16 G	B.Braun Melsungen AG, Germany		venous catheter
VBM Cuff Manometer	VBM Medizintechnik GmbH, Sulz a.N., Germany		cuff pressure gauge
Zelette	Lohmann & Rauscher International GmbH & Co. KG, Rengsdorf, Germany		Tissue swab