מודל בעלי חיים ילדים של החייאה חוץ-גופית לב-ריאה לאחר דום דם ממושך

Summary

פרוטוקול זה מתאר מודל חזירי בילוד של מעקף לב-ריאה (CPB), עם דום דם ודום לב ככלי לחקר נזק מוחי חמור וסיבוכים אחרים משניים ל-CPB.

Abstract

מחלת לב מולדת (CHD) היא המום המולד השכיח ביותר, עם כמיליון לידות המושפעות ברחבי העולם בשנה. חקירה מקיפה של מחלה זו דורשת מודלים מתאימים ומתוקפים של בעלי חיים. חזירונים משמשים בדרך כלל למחקר תרגומי בשל האנטומיה והפיזיולוגיה המקבילות שלהם. עבודה זו נועדה לתאר ולאמת מודל חזרזיר בילוד של מעקף לב-ריאה (CPB) עם דום דם ודום לב (CA) ככלי לחקר נזק מוחי חמור וסיבוכים אחרים של ניתוחי לב. בנוסף להכללת רשימת חומרים, עבודה זו מספקת מפת דרכים לחוקרים אחרים לתכנן ולבצע פרוטוקול זה. לאחר שמתרגלים מנוסים ביצעו מספר ניסויים, התוצאות המייצגות של המודל הראו שיעור הצלחה של 92%, עם כישלונות המיוחסים לגודל חזרזיר קטן ואנטומיה של כלי דם משתנה. יתר על כן, המודל איפשר למתרגלים לבחור מתוך מגוון רחב של תנאי ניסוי, כולל זמנים משתנים ב- CA, שינויי טמפרטורה והתערבויות פרמקולוגיות. לסיכום, שיטה זו משתמשת בחומרים הזמינים ברוב בתי החולים, היא אמינה וניתנת לשחזור, וניתן להשתמש בה באופן נרחב כדי לשפר את המחקר התרגומי בילדים שעברו ניתוחי לב.

Introduction

מחלת לב מולדת (CHD) היא המום המולד השכיח ביותר, עם כמיליון לידות המושפעות ברחבי העולם בשנה¹. למרות שההתקדמות המודרנית בניתוחי לב-חזה (CTS) ובטיפול נמרץ שיפרה את שיעורי התמותה, תחלואה נלווית נותרה נפוצה ביותר 2,3,4,5. הפרעות נוירו-התפתחותיות, כולל ליקויים קוגניטיביים ומוטוריים וכן לקויות למידה, מדווחים בכ-25%-50% מחולים אלה^{בגילאי 6,7,8}. ניתוחים בימים הראשונים לחיים, במיוחד אלה הדורשים דום דם ולב (CA), הוכחו כמגבירים תחלואה⁹. שינויים המודינמיים במהלך הניתוח עשויים להיות בעלי השפעה חשובה על המוח הפגיע המתפתח של היילוד. מודלים ניסיוניים חיוניים כדי להבין טוב יותר את המקור של חריגות אלה ולחקור אסטרטגיות neuroprotective כדי לשפר את הפרוגנוזות של חולים אלה.

השימוש במודלים של בעלי חיים לחקר אוכלוסייה זו תועד באופן נרחב 5,10,11,12,13,14. יש לציין כי חזירונים מציעים אפשרות מצוינת, בהתחשב בקירוב קרוב באנטומיה של הלב (איור 1), בגנום ובפיזיולוגיה, כמו גם בגודלם הגדול יחסית בהשוואה למודלים אחרים של חיות¹⁵ (איור 2). השימוש במודלים של חזרזיר כדי לחקור את ההשפעות של מעקף לב ריאה (CPB) ו- CA תואר בעבר. מודלים ניסיוניים אלה של בעלי חיים שימושיים לחקר שינויים המודינמיים וסיבוכי איברי קצה הקשורים 14,16,17,18,19,20. מודלים אלה פותחו כדי לאפשר לחוקרים לחקור תנאים אנושיים בסביבה מבוקרת, עם גמישות למגוון תנאי ניסוי. רוב המחקרים מדווחים על שימוש בקנולציה מרכזית, טכניקה הדורשת מיומנויות כירורגיות מתקדמות, דורשת ניצול משאבים גבוה יותר ומקשה על הבטחת הישרדות לטווח ארוך. למרות שמחקרים קודמים תיעדו את השימוש בחזירונים בחקר CPB ^12,15, מעטים הציעו את טכניקת הקנולציה ההיקפית.

טכניקת קנולציה היקפית חדשה זו קלה יותר, אגרסיבית פחות וישימה יותר בהשוואה למחקרים אחרים שפורסמו¹⁹. יתר על כן, אימות טכניקה זו בתינוקות ובבעלי חיים קטנים הוא חדשני ויש לשקול אותו לשימוש על ידי כל החוקרים המעוניינים להשתמש במודל בעלי חיים כדי לחקור CHD ותחלואה נלווית אליו. הוא מתאים במיוחד לאנשים עם גישה למעבדה המצוידת באספקה, משאבים וכוח אדם המנוסים בביצוע ניסויים במודלים של בעלי חיים.

לסיכום, המטרה העיקרית של מחקר זה היא לתאר ולאמת מודל חזרזיר בילודים של CPB עם CA. מטרת הפרוטוקול היא לחקור נזק מוחי חמור וסיבוכים אפשריים אחרים של ניתוח CPB בסביבה מבוקרת עם תנאי ניסוי משתנים. שיטה זו מספקת מודל הניתן להכללה, אמין ואיכותי, אשר יכול לשמש למגוון רחב של פרוטוקולים ניסיוניים.

Protocol

ההליך הנוכחי אושר על ידי ועדת האתיקה לניסויים בבעלי חיים (CEEA) של המרכז לרפואה השוואתית וביו-אימג' של קטלוניה (CEEA-CMCiB). ממשלת קטלוניה אישרה גם את פרוטוקול הניסוי (מס '11652), מספר זיהוי תיק FUE-2022-02381434 ותעודת זהות QBXQ3RY3J. מטפלים מנוסים, כולל וטרינרים מוסמכים המספקים פיקוח וסיוע, ביצעו את כל הניסויים. חזירונים (Sus scrofa domestica), בני 4-6 ימים, במשקל 2.5-3.5 ק"ג, שימשו במחקר הנוכחי. נעשה ניסיון לאזן את החלוקה המגדרית כדי למנוע הטיות קשורות.

1. הרגעה, אינטובציה וגישה

1. התחל הרגעה ושיכוך כאבים עם קטמין תוך שרירי (20 מ"ג / ק"ג), dexmedetomidine (0.02 מ"ג / ק"ג), ו midazolam (0.3 מ"ג / ק"ג). ברגע שהחיה מורדמת עמוק (5 דקות לאחר מתן התרופה המוקדמת), יש לחמצן עם 100% O₂ באמצעות מסכת חוטם (2 ליטר/דקה). לאחר מכן, יש להשרות הרדמה עם פרופופול IV (0.5 מ"ג/ק"ג) (ראה טבלת חומרים).
2. מקם את החזרזיר במצב שכיבה גבי. ביצוע אינטובציה אורוטרכאלית באמצעות צינור אנדוטרכאלי אזוק בקוטר 2.5 מ"מ (ראה טבלת חומרים), באמצעות הדמיה ישירה של קנה הנשימה.
   1. ודא מיקום מתאים של צינור אנדוטרכאלי באמצעות הצלה ישירה של בסיסי הריאה.
3. הגדר את האוורור המכני כדי לספק קצב נשימה של 30 נשימות לדקה, נפח גאות של 8-12 מ"ל / ק"ג, ולחץ פקיעת קצה של 4 ס"מ H₂O.
4. יש לנטר ברציפות את עומק ההרדמה במהלך הפרוטוקול באמצעות דופק (HR), לחץ דם (BP) וריווי חמצן (spO2). התאימו את פרמטרי האוורור וההרגעה לפי הצורך.
   הערה: הערכים האידיאליים עבור חיוניים הם HR של 130-160 bpm, BP של 75-95/60-70, ו- spO2 > 85.
5. יש לשמור על טשטוש עם 1.5% סבופלורן ופנטניל (25-200 מק"ג/ק"ג/דקה) (ראו טבלת חומרים).
6. השתמש בהדמיה ישירה כדי למקם צנתרים בעורק הירך (3 Fr) ובווריד (4 Fr) (ראה טבלת חומרים).
   הערה: צנתרים אלה ישמשו למתן תרופות ולרכישת דגימה. ככזה, חשוב לשמור על גישה.

2. הגדרת מעגל CPB ופריימינג

1. התאם אישית והגדר את מעגל CPB לפי השלבים הבאים (איור 3):
   1. קצרו את הצינור ככל האפשר, ועדיין אפשרו מספיק מרחק כדי להגיע לבעל החיים מהמכונה.
   2. צור וחבר גשר צינורות המחבר את הזרימה מהמחמצן הממברנה (ראה טבלת חומרים) לזרימה לתוך המשאבה.
      הערה: הגשר חיוני כדי לאפשר לדם להמשיך לזרום דרך המכונה בזמן ביצוע CAs של החיה.
2. לאחר שכל נקודות החיבור אטומות, יש לפתוח את המעגל עם 300 מ"ל של תמיסת הפרין-מלח (1,000 UI של הפרין מעורבב עם 1 ליטר של מלוחים) ו-300 מ"ל של דם חזיר תורם טרי, ולאחר מכן 3.5 mEq סודיום ביקרבונט, 350 UI של הפרין, ו-450 מ"ג של סידן גלוקונאט (ראה טבלת חומרים).
   1. "טאטא" את המעגל על ידי העברת תערובת הדם, הפרין-מלח, סודיום ביקרבונט וסידן גלוקונאט לאורך כל המעגל במשך 2 דקות בקצב של 0.3 ליטר לדקה.

3. ניתוח והתחלת CPB

הערה: איור משלים 1 מתאר את החומרים הכירורגיים הדרושים להנחת צינורית.

1. חשוף את וריד הצוואר הפנימי השמאלי ואת עורק התרדמה הימני כדי להתכונן לקנולציה (איור 4).
2. עבור קנולציה, השתמש בטכניקת Seldinger או "over-the-wire"²¹.
   1. ראשית, הכנס קטטר מחט לתוך וריד הצוואר הפנימי השמאלי. לאחר הבזק של דם הוא דמיין, בזהירות להכניס חוט מנחה לתוך כלי הדם ולהסיר את המחט, להבטיח את החוט נשאר במקום.
   2. השחילו מרחיב מעל החוט לתוך הכלי ולאחר מכן הסירו את המרחיב.
   3. כשהחוט עדיין במקומו, משחילים צינורית ורידי 8 Fr ומקדמים אותה לאט ~4 ס"מ לתוך הכלי. בזהירות להסיר את החוט, להבטיח את הצינורית נשאר במקום.
   4. חזור על טכניקת חוט סלדינגר עם הרחבה כדי להכניס צינורית עורקי ילדים 6 Fr (ראה טבלת חומרים) לעורק התרדמה הימני.
   5. בזמן קנולציה עורקית, יש לתת בולוס של הפרין תוך ורידי (50 IU/kg) דרך צינורית העורקים החדשה.
3. ברגע שהגישה מושגת, מקמו היטב את שתי הצינוריות לחיה באמצעות 3-0 תפרים וסרט דבק נספגים פולי כדי למנוע הסרה בשוגג (איור 5).
4. חבר את הצינוריות למעגל CPB, וודא שמוסיפים מי מלח עם הפרין לנקודות החיבור כדי למנוע אוויר במעגל.
5. הגדר את הזרימה הראשונית ל- 80-85 מ"ל/ק"ג/דקה והגדל אותה לאט לקצב זרימה אולטימטיבי של 150 מ"ל/ק"ג/דקה.
   הערה: בעל החיים יכול להישאר על CPB כל עוד הניסויים דורשים. סכימה של שלבים 1-3 מתוארת באיור משלים 2.

4. דום דם ולב (CA)

1. כדי לגרום CA, לנהל 9 mEq של KCl. השתמש חיוני כדי להעריך מעצר מלא ולאשר עם אקוקרדיוגרפיה. ניהול KCl נוסף לפי הצורך.
2. ברגע שהלב נעצר, בודדו את בעל החיים מהמעגל כדי לגרום למעצר במחזור הדם.
3. שמור על זרימת מעגל CPB באמצעות הגשר שתואר קודם לכן (שלב 3.5) במחזור של 1,500 סל"ד.

5. החייאה לב-ריאה חוץ-גופית (eCPR)

1. לאחר שהושג מצב CA מתאים (0 דקות, 30 דקות או 60 דקות), התחל החייאה אלקטרונית.
2. חבר מחדש את חזרזיר למעגל CPB.
3. יש לתת 3 מ"ל של סידן גלוקונאט (2.25 מילימול / 10 מ"ל, מדולל 1:2) ו 6 מ"ל של סודיום ביקרבונט (1 M, מדולל 1: 2) דרך גישה עורקית היקפית, הוספת מנות לפי הצורך.
   הערה: ניתן להשתמש בתרופות לב-ריאה או אינוטרופיות (אדרנלין או דופמין) במידת הצורך.

6. טיפול לאחר הניתוח

1. לאחר ההחייאה, יש לעקוב אחר החיוניות במשך 15 דקות כדי להבטיח יציבות.
   הערה: פרמטרים אידיאליים בתקופת היחידה לטיפול נמרץ הם: HR של 100-150 bpm, BP של 75-95/60-70, ו- spO2 > 85.
2. העבירו את בעלי החיים להדמיית תהודה מגנטית (MRI).
   הערה: לאחר ההדמיה, בעלי החיים מעולם לא התאוששו והומתו בזמן הרדמה באמצעות מתן תוך ורידי של נתרן pentobarbital כדי לקבל דגימות מוח לניתוח היסטולוגי. ציר זמן של החלק הניסויי של ההליך, כולל אסטרטגיית איסוף הדגימות, ניתן לראות באיור משלים 3.

תוצאות

במהלך תקופה של 6 חודשים, הפרוטוקול המלא בוצע 12 פעמים על ידי צוות בין-תחומי של רופאי טיפול נמרץ ילדים, קרדיולוגים ילדים, וטרינרים וטכנאים (תרשים משלים 2 ותרשים משלים 3).

איור 1 ואיור 2 מדגימים את האנטומיה הצפויה של החיות שבהן משת...

Discussion

מעקף לב-ריאה נפוץ במהלך ניתוחי לב למבוגרים, ילדים ויילודים. הוא מסתמך על מעגל חוץ-גופי ממונע ומחמצן קרום הפועלים יחד כדי לחמצן דם ולספק ייצוב ריאתי ולבבי. מחקרים קודמים הראו כי CPB עלול להשפיע לרעה על מערכות איברים רבות (כליות, מוחין, ריאות, לב, מערכת העיכול) הן בחולים והן בחולים בריאים לשעבר 22...

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