ブタモデルにおける心拍出量の測定

要約

熱希釈、圧力-体積ループカテーテル、造影心室造影法は、ブタの実験室環境で一回生量や心拍出量などの心臓生理機能を決定するための信頼性が高く正確な方法です。

要約

豚は、心臓の生理機能が人間と似ているため、医学研究で頻繁に使用されます。この種の研究では、一回拍出量や心拍出量などの心臓パラメータの測定が不可欠です。造影心室造影、熱希釈、および圧力-体積ループ(PV-loop)カテーテルを使用して、利用可能なリソースと専門知識に応じて、心臓のパフォーマンスデータを正確に取得できます。この研究では、5匹のヨークシャー豚に麻酔をかけ、挿管しました。必要な測定機器を配置するために、中心静脈および動脈へのアクセスが得られました。温度プローブを大動脈基部に配置しました。冷たい生理食塩水ボーラスを右心房に送達し、温度たわみ曲線を記録しました。曲線下面積の統合により、現在の心拍出量の計算が可能になりました。ピグテールカテーテルを左心室に経皮的に配置し、30mLのヨウ素化造影剤を2秒間かけてパワー注入しました。デジタルサブトラクション血管造影画像を体積解析ソフトウェアにアップロードして、一回拍出量と心拍出量を計算しました。圧力ボリュームループカテーテルを左心室(LV)に挿入し、LVの連続的な圧力と体積のデータを提供し、一回拍出量と心拍出量の両方の計算を可能にしました。3つの方法はすべて、互いに良好な相関関係を示しました。PVループカテーテルと熱希釈は、誤差が3%、ピアソン係数が0.99で、95%CI=0.97〜1.1(p=0.002)と最高の相関を示しました。心室造影に対するPVループカテーテルも、6%の誤差と0.95、95%CI = 0.96〜1.1(p = 0.01)のピアソン係数と良好な相関を示しました。最後に、心室造影に対する熱希釈は、r = 0.95、95%CI = 0.93〜1.11、(p = 0.01)で2%の誤差がありました。結論として、PVループカテーテル、造影心室造影、および熱希釈は、それぞれ研究者の要件に応じて特定の利点を提供すると述べています。各方法は、一回拍出量や心拍出量など、豚のさまざまな心臓パラメータを測定するための信頼性と精度を備えています。

概要

ブタは、ヒトと同様の生理機能を持つため、出血制御や蘇生研究によく使用されます。蘇生研究に不可欠なのは、介入に対する生理学的反応を評価するための継続的な心拍出量モニタリングです。肺動脈(PA)カテーテルやパルス輪郭分析ベースのシステムなど、いくつかの臨床システムが存在します¹。さらに、心エコー検査(エコー)、コンピューター断層撮影(CT)、磁気共鳴画像法(MRI)はすべて、血行動態データを取得するために使用できます。拡張末期および収縮期に得られた画像は、その心周期中に放出される血液の量を決定するために使用できます。これらの技術は低侵襲ですが、イメージング時に取得したデータのみを提示し、継続的な測定は提供しません²。また、オペレーターに大きく依存するか(エコー)、高度で高価な機器(CTおよびMRI)が必要です。さまざまな研究所の能力とリソースを考えると、それぞれの場合に心拍出量を最適に測定するためのさまざまな代替方法があります。

熱希釈は、Swan-Ganz カテーテル³ を使用して臨床現場で心拍出量を測定する一般的な方法です。この方法は、ブタの実験室で再現して、心拍出量を直接測定することができます。造影心室造影は、透視機能が容易に利用できる場合にも利用できます⁴.最後に、圧力-体積ループカテーテルは、心室圧と心室容積を心拍ごとに直接測定する手段を提供し、より微妙なデータを生成することができます⁵。この方法では、電気アドミタンスとウェイの方程式を利用してチャンバーの容積を測定します。アドミタンスカテーテルは、従来のコンダクタンスベースのカテーテルと比較して、血液と心筋との間の平行コンダクタンス現象を排除するため、キャリブレーションを繰り返すことなく、より正確な測定を行うことができます⁶。

この研究の目的は、健康なブタ モデルで心臓の一回生量と出力を測定するという点で、これら 3 つの方法の精度を互いに検証することです。最終的に、各研究者は、研究要件と利用可能なリソースに応じて、どのアプローチが自分のニーズに最も適しているかを選択できます。

プロトコル

この手続きは、メリーランド大学ボルチモア校の動物管理・使用委員会(承認#0320017)によって承認され、倫理的な動物研究に関する国立衛生研究所のガイドラインに準拠していました。体重が50〜70kgのヨークシャー豚の成体雄5頭が研究に登録されました。この研究では、デジタルデータ収集システムとペアリングされたソフトウェアを利用して、すべての血行動態データと温度データを記録しました。ブタモデルでの心臓パラメータの測定は、準備、熱希釈、心室造影、PVループカテーテル挿入、そして最後に安楽死のステップで構成されていました。5匹すべての動物が、3つの心拍出量測定プロトコルのそれぞれを受けました。

1.動物の選別と住居

1. 体重50〜70 kgの青年期のオスのヨークシャー豚(Sus Scrofa)を使用してください。
2. 干し草、わら、松の削りくずなどの高炭素の寝具を備えたエリアで少なくとも30平方フィートのケージに入れられている家畜。動物を個別に収容し、手順の前夜に。
3. 新しい動物の順応期間は、施設のガイドラインに従って許可してください。
   注:これは通常、大型哺乳類の場合48〜72時間です⁷。
4. 動物に標準的な食事を与え、実験の前夜まで水への自由なアクセスを提供します。
5. 気管内挿管中の誤嚥リスクを最小限に抑えるために、処置の前夜に動物を絶食させます。
6. かさぶた、擦り傷、擦り傷などの怪我の兆候がないか皮膚を検査することにより、動物の健康状態を毎週監視します。通常の呼吸作業(15〜30呼吸/分)と適切でインタラクティブな行動を確保します。口腔粘膜がピンク色で、湿っていて、分泌物がないことを確認してください。
   1. 動物が十分な栄養を持っていることを確認するために、定期的に動物の体重を量ります。異常がある場合は獣医スタッフに報告し、その後、動物をプロトコルから除外してください。

2.全身麻酔の鎮静と導入

1. 耳の脂肪パッド尾側にテラゾール(4-5 mg / kg)/キシラジン(1.8-2.2 mg / kg)の筋肉内注射により、その住居エリアで動物を鎮静させます。.
2. 動物が完全に鎮静され、刺激に対する反応が最小限またはまったくなくなるまで待って、動物の安全な取り扱いと輸送を確保します。
3. 動物を収容エリアから処置室に運び、手術台の上で背側に横たわらせます。
4. パルスオキシメトリプローブを動物の耳に置き、100%_O2の機械式人工呼吸器を使用して鼻マスクで動物の換気を開始します。鼻の周りのマスクのゴム製ガスケットが適切に密閉されていることを確認してください。適切なシールが確保されたら、全身麻酔が誘発され、顎がリラックスするまで3〜4%イソフルランを投与します。
   注:吸入揮発性物質の使用に関する機関のガイドラインに必ず従ってください。.一般に、処置室は十分に換気されている必要があり、吸入曝露を排除するために適切な清掃/換気メカニズムを使用する必要があります。
5. 喉頭鏡を使用して、イソフルラン気化器の電源を切り、鼻マスクを取り外して、口腔気管チューブを配置します。オペレーターが喉頭鏡を挿入し、喉頭蓋を軟口蓋から腹側に変位させる間、2人目の人に顎を開いたままにしてもらいます。声帯が視覚化されたら、8-0を挿入します声帯を通る気管内(ET)チューブは少なくとも5cm。
6. ETカフを10mLの空気で膨らませ、へそのテープを使用してETチューブを動物の鼻に固定します。胸部上昇、呼気終末CO₂、および/または胸部聴診によってチューブの配置を確認します。
7. ETチューブを熱および水分交換器で麻酔器に接続します。
8. 人工呼吸器の設定を調整して、吸気O₂ 分率30%、潮汐量7〜10 mL / kg、呼吸数10〜16呼吸/分を実現し、呼気終末_CO2 張力を38〜42 mmHgに維持します。
9. 吸入麻酔薬を戻し、1.5〜3%イソフルランを使用して維持します。不随意運動や頻脈などの痛みや不快感の兆候がないか動物を監視します。動きが消えるか、頻脈が解消するまでイソフルランを調整します。.

3.手術部位の滅菌と準備

1. 電動バリカンを使用して、毛の上にある経皮的アクセス部位(両側の腹側頸部)をクリップします。
2. すべての経皮的穿刺部位をベタジンとイソプロピルアルコールで準備してこすり洗いし、完全に乾燥させます。
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. テープまたはロープを使用して前肢と後肢を手術台に固定することにより、動物を手術台に固定します。加熱パッドを動物の下に置き、37°Cに設定します。
5. 温度プローブの先端に水性潤滑剤を塗布し、プローブを直腸に挿入して、連続的な体温データを提供します。
6. ECG接着電極を左右の横胸壁に配置します。ECGリード線を接着電極に取り付け、ECGリード線をデータ収集ユニットに接続します。
7. 慎重に、動物を腹側横臥に反転させ、移動中に気道チューブとECGリードが制御されていることを確認します。

4.外部頸静脈カニューレ挿入術

注:頸静脈アクセスは、熱希釈手順中の右心房静脈カニューレ挿入のために得られます。

1. 超音波(US)ガイダンスを使用して、外側頸部領域にある頸静脈の外頸静脈を特定します。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、米国の指導の下で先端を静脈内腔に進めます。.
2. 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、静脈内腔に通します。ガイドワイヤーを静脈内腔内の所定の位置に残したまま、針を取り外します。
3. #11ブレードメスを使用してワイヤーに隣接して5mmの皮膚切開を行い、拡張器付きの15cm、7Frシースをガイドワイヤーの上の静脈に通します。ガイドワイヤーと拡張器を取り外します。シースが所定の位置に留まっていることを確認します。鞘を3-0シルク縫合糸で皮膚に縫合することにより、所定の位置に縫い合わせます。
4. 手順4.1から4.3を繰り返して、反対側の外頸静脈をカニューレに挿入します。

5.頸動脈カニューレ挿入

注:頸動脈カニューレ挿入は、熱希釈、造影心室造影、およびPVループカテーテル挿入中にLVおよび大動脈基部へのアクセスを提供するために行われます。

1. USプローブを使用して、気管の外側の頸動脈を特定します。可能な場合はカラードップラーイメージングを使用して、拍動性の流れを確保します。
2. 皮膚に対して45°の角度で配置された18Gの針で皮膚を穿刺し、米国の視力の下で動脈内腔に進めます。.0.035インチのセルディンガーガイドワイヤーを針を通して動脈内腔に進めます。ガイドワイヤーを動脈内腔内の位置に残したまま、針を取り外します。
3. #11ブレードメスでワイヤーに隣接して5mmの皮膚切開を行い、拡張器付きの20cm7Frシースをガイドワイヤーを介して動脈に通します。シースを皮膚の外側に5〜10cm残します。ガイドワイヤーと拡張器を取り外し、シースが所定の位置に留まっていることを確認します。3-0シルク縫合^8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. 心拍出量測定

注:以下の方法はすべて、この研究で使用した5匹の動物のそれぞれで順番に実行されます。

1. 熱希釈
   1. 頸動脈シースを介してT型熱電対プローブを挿入し、透視ガイドを使用してプローブを大動脈根にガイドします。
   2. プローブをデータ収集システムに取り付けます。数分間のデータ収集を待って、自信を持ってベースライン大動脈温度を確立します。データ収集の2〜3分で温度が中央値の1°C以内にとどまると、信頼性の高いベースライン温度が達成されます。
   3. 次に、外頸静脈シースを介して5 Fr、110 cmのカテーテルを挿入し、透視法を使用してカテーテルを右心房に移動します。
   4. 位置を確認したら、20mLの12°C生理食塩水をカテーテルに強制的に洗い流します。
   5. データ収集ソフトウェアで温度たわみ曲線を観察します。この領域を強調表示し、ソフトウェアの心拍出量機能を使用して心拍出量を計算します(図1)。
   6. 必要に応じてこのプロセスを3〜5回繰り返して、これらの測定値全体の平均値を取得します。
2. 心室造影
   1. ポータブルX線透視ガイドを使用して、0.035インチのガイドワイヤーを頸動脈シースを介して左心室に挿入します。先端が大動脈弁を横切るようにシースを進めます。0.035インチのガイドワイヤーを取り外し、頸動脈シースを介して80cmマーカーピグテールカテーテルを挿入して、ピグテールがLV頂点に留まるようにします。ピグテールを所定の位置に残したまま、シースがLV内になくなるように、シースを5cm引き出します。
      1. 部屋にいるすべての担当者が0.5mmのリードエプロン相当品を着用していることを確認してください。エミッターから1m以内にいる人には、鉛入りメガネを着用してもらいます。
      2. ビームオン時間を最小限に抑え、エミッターが適切にコリメートされていることを確認して、ラボの人員への曝露を減らします。
      3. すべての担当者がエミッターからできるだけ離れて立っていることを確認しながら、曝露を減らすために手順を実行できるようにします。
   2. カテーテルを造影剤パワーインジェクターに取り付け、少なくとも30mLのヨウ素化造影剤を装填します。動物の現在の心拍数に注意してください。
   3. パワーインジェクターを 15 mL/s で合計 30 mL のコントラストを供給するように構成し、デバイスをアームします。
   4. デジタル減算血管造影法(DSA)の透視鏡を30°の左前方傾斜角で30フレーム/秒で構成します。
   5. 透視鏡でDSAを開始し、画像が減算されるのを待ちます。透視装置に減算画像が表示されたらすぐにパワーインジェクションを開始します。これを行うには、透視装置が画像から放射線不透過性材料を差し引いたらすぐにインジェクターボタンを押して、画像シリーズ中にLVチャンバーのみが不透明になるようにします(図2A)。
      注:あるいは、DSAが利用できない場合は、古典的な透視法を心室造影に使用できます。
   6. これらの画像を画像アーカイブおよび通信システム (PACS) にアップロードします。
   7. 心室造影画像を定量イメージングソフトウェアにインポートします。
   8. 左心室解析機能を使用して、マーカーピグテールの1cmマークを基準として、ソフトウェアを画像にキャリブレーションします。
   9. [拡張期終了] ボタンをクリックし、拡張期末を示す最大の LV ボリュームを示すフレームを DSA 画像で検索します。次に、マウスを使用してLV境界を少しずつトレースし、精度を確保します。
   10. 次に、[ 収縮期末 端]ボタンをクリックして、LVボリュームが最も少ない収縮期末期を示すフレームを検索します。再度、前の手順と同じ方法で LV 境界をトレースします。
   11. 「分析」ボタンをクリックします。次に、プログラムは Dodge-Sandler area-length 法⁹ を使用して定量的体積分析を実行し、収縮末期容積、拡張末期容積、および脳卒中容積を計算します。その後、データは LV 分析ドキュメントに出力されます。
   12. 測定された一回拍出量に以前に記録された心拍数を掛けて、心拍出量を決定します。
3. 圧力-体積ループカテーテル
   1. PVループカテーテルを通常の生理食塩水に少なくとも20分間予浸します。カテーテルをデータ収集システムに接続します。
   2. 圧力トランスデューサーを含むPVループカテーテルの先端を生理食塩水のシリンジに挿入し、圧力トランスデューサーを半月板のすぐ下に保持します。.カテーテルモジュールの粗調整ボタンと微調整ボタンを使用して、データ収集ソフトウェアで出力圧力信号を0mmHgになるまで調整します。
   3. PVループカテーテルの血中抵抗率と一回拍出量を製造元の指示に従って校正します。
      注:製造業者は、大型動物モデルには1.5mΩの血液抵抗率と60mLの一回生量を使用することを提案しています。
   4. ステップ6.2.1と同様に、0.035インチのガイドワイヤーを頸動脈シースに挿入し、透視ガイドを使用してLVに進めます。シースが大動脈弁を横切るまでシースを進めます。.シースを所定の位置に残したままガイドワイヤーを取り外し、ピグテール部分がLV頂点に静止するまで、頸動脈シースを介して透視ガイド下でPVループカテーテルを挿入します(図2B)。シースを ~5 cm 引き出して LV 内に入らないようにし、ピグテールはそのままにします。
   5. 製造元の指示に従って、データを収集する前に、データ取得画面の ベースラインスキャン オプションに移動し、 Enter ボタンを押してベースラインスキャンを実行します。ベースラインスキャンは、PVループカテーテルシステムを使用して行われ、正確な心拍数測定を確認します。 Enter ボタンをもう一度押すと、圧力と体積のデータ取得が開始されます。ボリュームセグメントをスクロールして、最適なボリューム波形を取得できます。
   6. データ収集ソフトウェアに出力されている圧力体積曲線を確認します。PVループが適切に記録されていること、つまりエッジが滑らかな長方形であることを確認してください。(図 2C)。そうでない場合は、適切なループが記録されるまで、カテーテルをねじるか、前後に動かして、カテーテルをゆっくりと再配置します。心拍数に拡張末期と収縮末期の容積の差を掛けて、一回拍出量と心拍出量を計算します。
   7. カテーテルをテープまたは縫合糸で所定の位置に固定し、全体に適切な位置を確保します。

7.安楽死

1. 頸静脈シースを介して>2 mEq / kg塩化カリウム(50〜70 mLの2 mEq / mL KCl)注射を使用して動物を安楽死させます。.
2. ECG トレースで心臓の電気的活動が示されず、呼気終末 CO₂ 張力が 0 mmHg に達するまで、全身麻酔と心臓モニタリングを続けます。
   注:血行動態モニタリングは実験全体を通じて維持されました。

結果

豚の体重は51.4kgから61.5kgの範囲で、平均体重は56.6kg±3.6kgでした。PVループカテーテル、心室造影、熱希釈で測定した平均一回生量は、5人の被験者全員で12.0mL±57.6回、8.5mL±53.0回、9.8mL±53.0回でした。PVループカテーテル、心室造影、および熱希釈によって測定された平均心拍出量は、5人の被験者全員で1.1 L / min±5.3 L / min、5.3 ± 1.2 L / min、および5.2 ± 1.0 L / minでした(

ディスカッション

この研究では、豚の心拍出量を正確に測定するための3つの異なる方法の標準化された方法を詳しく説明しています。ブタは、ヒトと類似した心血管の解剖学的および生理学的構造を有しており、ヒトの心臓生理学のモデルとして、特に外科的および介入的プロセスの前臨床評価に一般的に使用されている¹⁰。これにより、ブタは心血管生理学、病理...

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
0.9% sodium chloride injection	Hospira	0409-4888-50
7 Fr Introducer Kit	Terumo	RCFW-5.0-35
Anesthesia Machine	Drager	Fabius Tiro
Contrast Power Injector	GEHealthcare	E8004N
Fluoroscope	GEHealthcare	OEC 9800
Heating/Cooling T/pump	Gaymar	Tp-700
Isoflurane	Baxter	10019-360-40
Jackie catheter	Terumo	40-5023
Omnipaque	GEHealthcare	559289
PowerChart	ADinstruments	ML866/P	Software
PowerLab	ADinstruments	PL3516
PV-loop catheter	Transonic		Prefer pigtail tip to straight tip
PV-loop module	Transonic	FFS-097-A004
Surgical suture, black braided silk, 3.0	Surgical Speciaties Corp.
Thermocouple probe	ADinstruments	MLT1401
Ultrasound probe	Philips	L12-4
Various-sized syringes
ViewPlus	Sanders Data Systems		Software