出血性心停止のブタモデルにおける選択的大動脈弓灌流システムの開発

要約

このプロトコルの目標は、ブタの放血心停止モデルと、トランスレーショナルリサーチ用に特別に構築された選択的大動脈弓灌流回路を実証することです。

要約

出血は、外傷による潜在的に予防可能な死亡の大部分を占めています。心停止の患者に対する選択的大動脈弓灌流(SAAP)などの血管内蘇生法への関心が高まっています。これは、胸部大動脈バルーンカテーテルによる冠循環の能動的灌流を含み、臨床応用に近づいています。ただし、この手法は複雑であり、人間による使用を検討する前に、動物モデルで改良する必要があります。この論文では、特注のSAAPシステムで治療された放血心停止の大規模動物モデルについて説明します。

豚は麻酔をかけられ、器具を装着され、脾臓摘出術が行われた後、制御された対数的な放血が開始されました。動物はヘパリン処理され、流された血液は貯水池に集められました。心停止が観察されると、血液は体外回路を介して酸素供給器に送り込まれ、胸部大動脈に留置された10Frバルーンカテーテルを介して送られました。

これにより、ECGと大動脈基圧波形で示されているように、自発循環(ROSC)が戻ってきました。このモデルと付属のSAAPシステムにより、失血による心停止からの標準化された再現性のある回復が可能になります。

概要

出血は、予防可能な外傷による死亡の大部分を占めています¹.放血の末期段階では、冠状動脈灌流が減少し、心停止と死に至ります。現在の戦略である静脈内輸血と心臓マッサージは、冠状動脈灌流の失敗に対処していないため、効果がありません。

SAAPは、酸素化蘇生液と薬物を近位大動脈に直接注入し、冠状動脈と脳循環を灌流することにより、この問題に対処することを目的としたカテーテルベースの蘇生技術です。限られた豚の研究は、心室細動と出血性心停止後の心臓活動の回復に有望な結果を示しています^2,3,4。ただし、SAAPの研究は進行中であり、この技術は前臨床段階にとどまっています。

SAAP にはいくつかの技術的な課題があります。一定量の灌流液をカテーテルを介して正確な注入速度で送達することが重要であり、現在、SAAPで使用するための市販のFDA承認カテーテルはありません。この技術には、SAAP中に灌流液を効率的に保存、酸素化、および送達できる特定の回路が必要です。この研究の目的は、外傷性パルスレス電気活動 (PEA) 心停止動物モデルと、このツールを放血動物研究で探索する際に使用するカスタムビルドの信頼性の高い SAAP システムを提示することです。

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プロトコル

この研究は、米国実験動物科学協会の認定を受けている医学部教育施設(MSTF、メリーランド大学ボルチモア校、米国メリーランド州)で実施されました。この研究プロトコルは、地元の動物施設管理および使用委員会によって承認されました。

1.動物の選別と住居

1. 体重60〜80 kgの成体雄豚(Sus Scrofa)を使用してください。
2. 動物施設に到着したら、ケージごとに1匹ずつ動物を収容しますが、隣接するケージ内の動物と交流することができます。
3. 順応を確実にするために、動物を最低48時間収容してください。動物に水への自由なアクセスを許可し、実験の前夜まで標準的な食事を与え、挿管中の誤嚥のリスクを最小限に抑えるために動物を絶食する必要があります。
4. 動物を定期的に監視して、動物が健康であることを確認してください。

2.全身麻酔の鎮静と導入

1. テラゾール(4-5 mg / kg)/キシラジン(1.8-2.2 mg / kg)の尾側または臀筋に筋肉内注射することにより、動物がまだ飼育エリアにいる間に動物を鎮静させます。.
2. 動物を住宅エリアから手術室に運び、手術台の上で背側に横たわらせます。
3. パルスオキシメトリプローブを動物の耳に置き、動物の鼻にフェイスマスクを置き、下顎骨が弛緩するまでイソフルランを100%_O2 で投与して麻酔を誘発します。
4. 喉頭鏡を使用して気管内(ET)チューブを留置します。これは、顎を開いたままにし、舌を引き出し、喉頭蓋を特定し、喉頭鏡の先端を中咽頭に通し、喉頭蓋を軟口蓋から移動させることによって達成する必要があります。ETチューブを声帯のひだに通して6〜10 cm進めてから、動物の頭のてっぺんに対して下にカーブした位置に回転させます。
5. ETカフを10 cm³の空気で膨らませ、ガーゼタイを使用してETチューブを動物の鼻に固定し、動物の胸部を聴診してチューブの正しい配置を確認します。
6. ETチューブを熱および水分交換器を介して機械式換気装置に接続します。
7. 吸気O₂ 分率30%、潮汐量7〜10mL/体重、呼吸数10〜15回/分、呼気終末_CO2 張力38-42mmHgを目指すための適切な機械式人工呼吸器の設定を確認します。
8. 麻酔を維持するために、1.5〜3%のイソフルランを使用してください。動物の呼吸パラメータを定期的に評価します。

3. 手術

1. 手術部位の滅菌と準備
   1. 開腹切開術の部位と経皮的アクセス部位の上にある髪の毛を電動バリカンで取り除きます。
   2. すべての切開部位と経皮的穿刺部位をベタジンでこすり洗いし、乾燥させます。
   3. 手術部位の周囲に滅菌ドレープを配置して、無菌の手術野を維持し、汚染を防ぎます。これらをステープルで固定します。
   4. 前後のひづめを少し曲げて引っ込め、ロープまたはテープで所定の位置に拘束します。
   5. ECG接着電極を右前肢、左前肢、右後肢、左後肢、および剣状突起の上に配置します。正しいECGリード線を接着電極に取り付けます。
2. 開腹
   1. 電気焼灼を使用して、20cmの正中線の腹部切開を行います。
   2. 電気焼灼を使用して、皮下組織と白線を解剖します。ハサミを使用して直視下で腹膜腔に入ります。
3. 脾臓摘出術
   1. 放血に反応して自己輸血を防ぐために脾臓を取り外してください。.
   2. 脾臓を正中線創傷に送達し、肺門血管を2つの止血器で固定し、止血器の間を横断します。切断された端を0個のシルクタイで結紮します。
   3. より深く横たわっている短い胃血管を特定し、2つの止血剤を配置し、止血剤の間の血管を横断し、0シルクタイで端を結紮します。
   4. 結紮された血管を注意深く検査して、止血を確認します。出血している血管を結紮します。
   5. 脾臓をその場で調べて、解剖されていないことを確認し、取り除きます。
4. 膀胱瘻造設術
   1. 開腹術の傷口から膀胱を送達します。
   2. 膀胱の腹側部分を2つのDeBakeyクランプでつかみ、ハサミで1cmの切開を行います。
   3. 吸引カテーテルを開口部に通し、膀胱から尿を取り除きます。
   4. 14 Fr 尿道カテーテルを膀胱に挿入します。カテーテルバルーンを生理食塩水10mLで膨らませます。.
   5. 3.0ナイロン縫合糸を使用して巾着縫合糸を配置し、カテーテルを膀胱に固定し、尿のこぼれを防ぎます。
   6. カテーテルを収集バッグに接続します。
   7. 開腹術の傷口を、3'0ナイロン縫合糸を使用してランニングステッチで閉じます。

4. 計装

メモ: SAAP 回路の接続手順については、 表 1 を参照してください。

1. 経皮的血管アクセス
   1. 左右の内頸静脈カニューレ挿入術(図1)
      1. 超音波(US)ガイダンスを使用して、内頸静脈を視覚化します。通常、頸静脈溝の皮膚から約2〜3cmの深さにあります。
      2. 皮膚に対して45°の角度で配置された18Gの針で皮膚に穴を開け、米国の視力の下で静脈内腔に導入します。.0.035インチのセルディンガーガイドワイヤーを針に通します。
      3. ガイドワイヤーを静脈内腔に残すように注意しながら、針を取り外します。
      4. ワイヤーに隣接して5mmの皮膚切開を行い、拡張器付きの7Frシースをガイドワイヤーの上の静脈に通します。
      5. ガイドワイヤーとイントロデューサーを取り外し、シースを所定の位置に残します。1.0シルク縫合糸で皮膚に縫合することにより、鞘を所定の位置に固定します。
      6. 上記の手順を繰り返して、反対側の内頸静脈をカニューレに挿入します。
         注: 頸静脈シースの 1 つは右心房圧モニタリングに使用され、もう 1 つは研究プロトコルに応じて薬物送達に使用できます。あるいは、外頸静脈をカニューレ挿入に使用することもできます。
   2. 頸動脈カニューレ挿入術(図1)
      1. 米国のガイダンスを使用して、気管のすぐ外側の頸動脈を見つけます。
      2. 皮膚に対して45°の角度で配置された18Gの針で皮膚に穴を開け、米国の視力の下で動脈内腔に導入し、0.035インチのセルディンガーガイドワイヤーを針に通します。
      3. ガイドワイヤーを動脈内腔に残すように注意しながら、針を取り外します。
      4. ワイヤーに隣接して5mmの皮膚切開を行い、拡張器付きの7Frシースをガイドワイヤーの上の動脈に通します。
      5. ガイドワイヤーとイントロデューサーを取り外し、シースを所定の位置に残します。1.0シルク縫合糸で皮膚に縫合することにより、鞘を所定の位置に固定します。
   3. 右と左の大腿動脈カニューレ挿入
      1. 米国のガイダンスを使用して、大腿管内の右大腿動脈を特定します。
      2. 18Gの針で皮膚に対して45°の角度で皮膚を穿刺し、米国の視力下で動脈内腔に導入します。.0.035インチのセルディンガーガイドワイヤーを針に通します。
      3. ガイドワイヤーを動脈内腔に残すように注意しながら、針を取り外します。
      4. ワイヤーに隣接して10mmの皮膚切開を行います。
      5. 拡張器付きの14Frシースをガイドワイヤーの上の動脈に通します。
      6. ガイドワイヤーとイントロデューサーを取り外し、シースを所定の位置に残します。1.0シルク縫合糸で皮膚に縫合することにより、鞘を所定の位置に固定します。
      7. 左大腿動脈アクセスの場合は、USを使用して大腿管内の左大腿動脈を特定します。
      8. 18Gの針で45°の角度で皮膚に穴を開け、米国の視力下で動脈内腔に導入します。.90 cm 0.035インチのセルディンガーガイドワイヤーを針に通します。
      9. ガイドワイヤーを動脈内腔に残すように注意しながら、針を取り外します。
      10. ワイヤーに隣接して10mmの皮膚切開を行います。
      11. 長さ18cm、15FrのECMOカニューレをガイドワイヤーを介して動脈に通します。
      12. ガイドワイヤーと拡張器を取り外し、カニューレの遠位端をclamp背中の出血を防ぎます。
   4. 大腿静脈カニューレ挿入術
      1. 米国のガイダンスを使用して、大腿管内の大腿静脈を特定します。
      2. 18Gの針で45°の角度で皮膚に穴を開け、米国の視力下で静脈内腔に導入し、0.035インチのセルディンガーガイドワイヤーを針に通します。
      3. ガイドワイヤーを静脈内腔に残すように注意しながら、針を取り外します。
      4. ワイヤーに隣接して5mmの皮膚切開を行い、ガイドワイヤーを介して静脈にイントロデューサー付きの9Fr中心静脈カテーテルを通します。
      5. ガイドワイヤーとイントロデューサーを取り外し、カテーテルを所定の位置に残します。1.0シルク縫合糸で皮膚に縫合することにより、ラインを所定の位置に固定します。
2. 経皮的血管モニタリング(図1)
   1. 大動脈根圧
      1. 透視法を使用して、マイクロマノメーターカテーテルを右頸動脈の7Frシースに導入します。
      2. データ収集画面に表示される大動脈圧波形を視覚化することで、カテーテルの先端が大動脈弓にあることを確認します。
   2. 右心房圧
      1. 透視法を使用して、以前に校正したマイクロマノメーターカテーテルを右内頸静脈の7 Frシースに導入します。
      2. データ収集画面に表示される圧力波形を観察して、右心房にカテーテル先端が留まることを確認します。

5.放血

1. セットアップの準備
   1. 15,000 IUの未分画ヘパリンをIJVシースのサイドアームを介して注入します。.
   2. 放血チューブを、放血に使用する蠕動ポンプのローラーにロードします。
   3. チューブの一方の端を標準のIVチューブを使用して回路リザーバーに接続します。
   4. ストレートカプラーと1/4インチIDチューブの2インチセグメントを使用して、大腿動脈の15 Fr ECMOカニューレの端にexsanguinationポンプチューブのもう一方の端を接続します。
   5. clを取り外しますamp 15 Fr カニューレから。
   6. 式⁵を使用して対数放血率間隔を計算します。間隔の長さと放血率は、研究プロトコルによって異なります。
      
   7. プログラム可能な特定のポンプコンピュータソフトウェア-PUMPTERMを使用して、プロトコルに従って希望のポンプ速度を設定します。
   8. 標準のイーサネットポートを使用して、コンピューターをプログラム可能なポンプに接続します。制御されたポンプがデジタルディスプレイに表示される更新された初期流量でプログラムされると、コンピューターから切断できます。
2. ポンプ制御の放血
   1. ポンプの START / STOP ボタンを押して、放血を開始します。
   2. PEA が大動脈圧 (SBP <10 mmHg) の損失によって実証されるまで、プロトコルに従って放血を続けます。大動脈基圧波形の拍動性が失われ、洞性心電図のリズムが伴います。
   3. ポンプの START / STOP ボタンを手動で押して、放血を停止します。

6. サープ

1. SAAP回路の準備
   1. 有刺鉄線Yとストレートコネクタ、および3/8インチIDチューブを使用して回路チューブを構築し、再灌流リム、メイン灌流リム、SAAP灌流リム、および末梢灌流リムを組み込みます(図2)。ケーブルタイで接続を固定します。
   2. 近位チューブを血液リザーバーに接続します。
   3. チューブを遠心ポンプに接続します。
   4. チューブを酸素供給器に接続します。
   5. 酸素供給器を酸素供給器の酸素注入ポートに挿入し、標準の酸素チューブを使用して酸素源に接続します。
   6. 回路のメイン灌流肢を蠕動ポンプヘッドにロードします。
   7. 酸素ボンベのダイヤルを回して、6 L / minで酸素を供給します。
   8. 15,000 IUの未分画ヘパリンを回路リザーバーに加えます。.
   9. 回路の灌流肢が固定されていること、および放血中に流された血液が血液貯留層に送り込まれるため、再灌流肢が開いていることを確認します。 START / STOP ボタンを押してSAAP回路の遠心ポンプを作動させ、流量を任意の速度に設定します。これにより、血液が循環し、凝固を防ぐことができます。
   10. バルーンの挿入長さをマークするには、解剖学的なランドマークに対して外側に配置します。バルーンが近位胸部大動脈に収まるように目指します。
   11. SAAPカテーテルを洗い流し、カテーテルハブに3方向ストップコックが取り付けられていることを確認します。
   12. バルーンが完全に収縮していることを確認し、カテーテルのバルーンポートに2方向ストップコックがあることを確認します。
   13. 60 mLシリンジに0.1 mgのエピネフリン(1 mL中)、10 mLの造影剤、および49 mLの生理食塩水の溶液をあらかじめ充填します。この解決策は、左心室の逆行性充填を防ぐために SAAP 灌流の直前に注入される大動脈弁 (AV) 閉鎖ボーラスです。
   14. 別のシリンジに15 mLの生理食塩水/造影剤(1:1)を事前に充填します。これは、カテーテルバルーンを膨らませるために使用されます。
   15. ポンプダイヤルの「上」ボタンと「下」ボタンを使用してポンプを手動でプログラミングすることにより、動物の体重の10 mL / kgの速度で灌流物(酸素化された血液)を送達するようにSAAP回路の蠕動ポンプを設定します。
2. SAAP配信
   1. SAAPカテーテルを大腿動脈の14 Frシースに事前に決定された長さまで挿入し、15 mLの生理食塩水造影剤をあらかじめ充填したシリンジをバルーンポートに取り付け(図2)、シリンジの容量を注入してバルーンを膨らませます。
   2. 透視法でバルーンの配置を確認します。
   3. SAAP灌流肢をSAAPカテーテルに接続し、末梢灌流肢を静脈カテーテルに接続します(図3)。
   4. SAAP回路の再灌流リムをclを取り付けて閉じ、clamp それを取り外して灌流リムを開きます(図2)。
   5. 以前に事前に充填されたAVクロージャーボーラス付きの60mLシリンジを、SAAPカテーテルの動脈内腔にある三方活栓のサイドポートに取り付け(図3)、シリンジの全容量を手動ですばやく注入し、続いてシリンジのサイドポートを閉じます。
   6. 幹線ポート活栓のエンドポートをすぐに開きます。
   7. RUN / STOPボタンを押して、SAAP回路の蠕動ポンプを始動します。
   8. 60秒後、 RUN / STOP ボタンを押して蠕動ポンプを停止します。
   9. SAAPバルーンポートから全ボリュームを吸引して、SAAPバルーンを収縮させます。
   10. カテーテルの動脈内腔にあるストップストップコックでカテーテルへの流れを閉じます。
   11. SBPとECGのリズムを評価します。
       注:SAAP SBPの開始から2分後に90 mmHg<場合、最大7ボーラスの200 mLのヘパリン流血または事前に購入したクエン酸全血をSAAPを介して注入して、SBP >90 mmHgを維持できます。.
       1. 保存された血液をSAAPに使用する場合、心筋へのクエン酸カルシウムの結合を防ぐために、グルコン酸カルシウムとの同時注入が必要です。SAAPカテーテルに接続された3方向ストップコックのサイドポートに取り付けられたシリンジを使用して、SAAP灌流の直前にグルコン酸カルシウムを注入します。パックされたRBCユニットあたり1グラムのグルコン酸カルシウムを使用し、全血ユニット⁵あたり3グラムを使用します。
       2. 動物が心室細動または心室頻拍を発症した場合は、胸骨と頂点にパドルを置き、人員のクリアランスフォームに従って動物と接触することにより、除細動を試みます。.
          1. ショックを与える直前に換気を続け、圧力トランスデューサーを信号調整ユニットから切り離します-ショックを与えた直後にこれらを再接続します。
          2. 150 Jから二相性除細動器を使用してショックを与え、これに続いて最大1分間リズムを再評価します。.心室頻拍または細動が存在する場合は、各ショックの1分間のリズム評価の後、200Jで最大2回のショックを与えます。.
             注:ここで使用される除細動アルゴリズムは二相性除細動器用であり、単相性除細動器は通常、より少ないエネルギーを必要とします。他の心調律が特定された場合 - 心房細動、PEA などの除細動を試みるべきではなく、動物は特定の研究プロトコルに従って治療されるべきです。

7.末梢灌流

注:研究プロトコルに応じてSAAP蘇生が成功した後、SAAP回路を使用してさらに容量交換を末梢的に継続できます。

1. 主灌流肢のSAAP灌流肢をクランプします。
2. SAAP回路の末梢灌流肢が大腿静脈のカテーテルのサイドアームに接続されており、ストップコックとチューブが開いていることを確認します。
3. 適切な蘇生液と量がSAAPリザーバーにあることを確認します。
4. SAAP回路の再循環リムがクランプされていることを確認してください。
5. プロトコルのニーズに応じて、ペリスタルティックポンプに適切な流量設定を設定して、液体を注入します。

8.安楽死

1. 実験の最後に、>2 mmol / kgの塩化カリウムを中央静脈に注射して動物を安楽死させ、1分間の心不全を待ちます。

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結果

大動脈基基部血圧はベースラインで83/58 mmHgであり、放血中に徐々に0〜10 mmHgに低下しました。無脈性電気活動(PEA)の開始後、SAAPが実施され、その間、収縮期血圧はSAAPの期間中、120mmHgまで急速に上昇しました(図4)。SAAP と大動脈バルーンの収縮の停止後、BSP は約 60 mmHg に低下しましたが、SAAP 後の期間に再び徐々に増加し、ベースライン レベル?...

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ディスカッション

適切な灌流物の酸素化は、SAAP¹²の重要な機能です。リザーバーと一体化したフィルターを使用しています。フィルターは、標準の酸素チューブを介して酸素ボンベに接続されています。酸素の流れは6 L / minで酸素供給器に供給されます。回路に組み込まれた遠心ポンプが血液を推進し、血液は酸素供給器を介してろ過されます。適切な酸素化は、回...

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資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
3/8” ID tubing	Saint-Gobain	E-3603	This tubing is used throughout the circuit.
1/4" Tubing	Tygon	E-3603	2" segment for a connector between Exsanguination tubing and ECMO cannula
2-way stopcocks	Harvard Apparatus	72-2650	standard stopcock
3-way	Harvard Apparatus	72-2658	Standard stopcock
Barbed Connectors	Harvard Apparatus	72-1587	Y connectors
Barbed Connectors	Harvard Apparatus	72-1575	Straight connectors
Blood Reservoir	LivaNova	50715	This is sold together with the oxygenator
Cable ties	Commercial Electric	GT-200ST	Standard cable ties.
Centrifugal pump BVP-Z	ISMATEC	ISM 446	Centrifugal Pump used for recirculation of blood
Controlled Peristaltic Dispensing Pump	New Era Pump Systems	NE-9000B	Peristaltic pump for Exsanguination
ECMO Cannula	Medtronic	96570-015	Exsanguination cannula
Gas tubing	AirLife	1302	Standard oxygen tubing
Oxygen source	AirGas	OX USP300	Standard oxygen tank with flowmeter
Oxygenator	LivaNova	50715	This is sold together with the reservoir
Peristaltic pump 1 MCP	ISMATEC	ISM 405	SAAP peristaltic pump
SAAP catheter	n/a	n/a	Proprietary catheter designed by Dr. Manning
Venous catheter	Teleflex	CDC-29903-1A	9 French single lumen catheter