Ex Vivo肺灌流のためのブタモデルにおける心拍出量の測定

要約

このプロトコルは、ブタの頸静脈を介して熱希釈カテーテルを配置して、心拍出量を推定し、 ex vivo 肺灌流 (EVLP) 中に適切な肺灌流を確保するために使用される外科的技術について説明しています。

要約

ブタは人間と生理学的に類似しているため、 ex vivo 肺灌流(EVLP)の実験モデルとして使用されています。EVLPは、移植に適さない肺を体外循環ポンプで灌流し、機能を改善し、生存率を高める技術です。既存のEVLPプロトコルは、灌流液の種類と灌流流量によって区別され、体表面積(BSA)に応じて推定心拍出量(CO)の40%〜100%の範囲で変動します。COを測定するためのデバイスは、単純な物理原理と他の数学的モデルを使用します。動物モデルにおける熱希釈は、その単純さと再現性の容易さから、COを推定するための参照標準であり続けています。したがって、この研究の目的は、ブタでの熱希釈によるCOの測定を再現し、その精度と精度をBSA、重量、およびフィックの方法によって得られたものと比較して、EVLP中の灌流を確立することでした。23頭のブタにおいて、熱希釈カテーテルを右頸静脈に留置し、同側の頸動脈をカニューレ挿入した。血液サンプルはガソメトリーのために採取され、COは熱希釈、調整された体表面積、フィックの原理、および体重あたりによって推定されました。BSAによって得られたCOは、他の方法で得られたCOよりも大きかった(p = 0.0001、ANOVA、Tukey)。この研究でCOを推定するために使用された方法は信頼性が高いが、それらの間には大きな違いがあると結論付けています。したがって、各方法は研究者によって評価され、どれがプロトコルのニーズを満たすかを判断する必要があります。

概要

肺移植センターでは、ex vivo 肺灌流 (EVLP) は、移植の標準基準を満たさない肺の提供の可能性を高めるのに役立つツールです¹。これは、脳死または心停止のドナーの肺機能を維持および改善することによって、また移植前に肺のパフォーマンスを評価することによって達成されます^2,3,4。EVLPでは、体外循環ポンプにより、膜ガス交換体と白血球捕捉^{フィルター5}を介して肺の灌流を移植することができます。

現在までに、いくつかの EVLP プロトコルが説明されています (トロント、ルンド、および臓器ケア システム)。これらは、使用される灌流溶液の種類、灌流中に左心房が開いたままにされるか閉じたままにされるか、および^ドナーの推定心拍出量(CO)の40%から100%(使用される技術に応じて)変化する灌流の流れによって区別されます^6,7,8。COは、心臓が1分間に送り出す血液の量⁹であり、組織灌流が維持されるメカニズムです。したがって、COモニタリングは適切な組織酸素化を保証します。心拍数と一回拍出量の積であるCOは、リットル10,11,12で測定されます。しかし、組織灌流を維持するためのこのアプローチは、静脈還流、末梢酸素の使用、全身血管抵抗、呼吸、総血液量、および体位などの他の要因にも依存する¹²。

COを測定および監視するためのいくつかのデバイスがあり、その中には単純な物理原理を使用するものもあれば、数学的モデルを使用するものもあります。これらの方法には、フィック原理、熱希釈(経肺またはリチウム希釈)、動脈圧波の分析による一回換気量(SV)の推定、ドップラーや胸部バイオリアクタンスなどの低侵襲な方法が含まれます。しかし、COモニタリングデバイスは、対応するモニタリング技術^10,13の限界により、すべての臨床要件を満たすことはできません。

経心臓熱希釈によるCOの測定は、ブタで簡単かつ容易に再現可能な方法です。これには、サーミスタ付きのカテーテルを肺動脈に留置し、血液よりも低い温度の液体を大量に注入することが含まれます。サーミスタは時間の経過に伴う温度の変化を検出し、曲線の形式でプロットされ、曲線の下の領域は微量の体積¹⁴を表します。さまざまな研究により、EVLP動物モデルの場合、COは重量(100mL/kg)¹⁵、熱希釈、およびフィック法^10,13によって計算できることが説明されています。しかし、クリニックでは、COは、ドナーの体表面積¹⁶に調整されたCOである心拍指数(CI)を用いて算出される。それにもかかわらず、実験的なブタモデルでこれらの方法を比較した研究はありません。

この研究の目的は、ブタでの熱希釈によるCOの測定を再現し、その精度と精度をBSA、重量、およびEVLP中の灌流を確立するためのFickの方法によって調整されたCOを使用して得られたものと比較することでした。

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プロトコル

このプロトコル(B09-17)は、INER(Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias "Ismael Cosio Villegas")の生命倫理委員会によって承認されました。この研究では、体重20〜25 kgの雌雄を問わず、臨床的に健康なランドレース豚23頭を使用しました。動物は、メキシコの公式規格¹⁷ の実験動物の世話と使用に関する技術仕様および米国の実験動物の世話と使用に関するガイド¹⁸に従って取り扱われました。すべての動物は、Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias Ismael Cosio Villegasから入手し、同じ環境条件下で個々のケージに収容され、水と食物が自由に提供されました。すべての動物において、熱希釈カテーテルを右頸静脈に留置し、動脈カテーテルを同じ側の頸動脈に留置して血液ガスを採取し、COを計算しました。使用した試薬や機器の詳細は 、資料表に記載されています。

1. 実験の準備

1. 1000 IUのヘパリンを3つの250 mL 0.9%塩化ナトリウム溶液(生理食塩水、SS)のそれぞれに希釈します。.
2. 圧力トランスデューサーをバイタルサインモニターに取り付けます。各トランスデューサーを使用して、熱希釈カテーテルの対応するポートで圧力を測定します。
3. ヘパリン処理された溶液を無針静脈内注入 で トランスデューサーに接続します。それらがクリアされ、カテーテルに接続する準備ができていることを確認してください。
4. 熱希釈カテーテルをパッケージから取り出します。遠位端を0.9%NaClに浸して、バルーンの完全性を確認します。
5. 遠位カテーテルと近位カテーテルの接続の開存性を確認します。カテーテルは使用時まで手術器具台に置いておいてください。

2.動物の調理

1. 0.05 mg / kgアトロピンと4 mg / kgチレタミン-ゾラゼパムを動物調製室のすべてのブタに筋肉内投与します(施設で承認されたプロトコルに従います)。
2. 豚を邪魔せずに放置しますが、横臥になり、興奮や侵害受容刺激に対する反応の兆候なしにこの位置に留まるまで監視下に置きます。
3. 鎮静した動物を腹臥位に置き、左耳の辺縁静脈にカテーテルを挿入します。
4. 動物を手術室に移して手術を受けます。
5. 動物を背側に置き、4 mg / kgプロポフォールIV、300 μg / kg臭化ベクロニウム、および0.1 mg / kgフェンタニルIVを投与します。.
6. 実験室のスタッフの助けを借りて豚の下顎を下げ、口を開けて舌を突き出させます。
7. 声帯に10%リドカインをスプレーし、リング鉗子で保持したガーゼで蓄積した唾液を取り除き、喉頭蓋を喉頭開口部から分離します。.
8. 喉頭鏡と3番のストレートブレードで気管入口を特定し、バルーンで7Fr気管内チューブを挿入します。
9. バルーンを膨らませ、気道内での位置を確認した後、チューブを下顎骨に固定します。
10. ブタを麻酔器に接続して、2.5%〜3%のセボフルランで麻酔状態を維持します(図1)。
11. 25呼吸/分の頻度、6-8 mL / kg重量の一回換気量、SaO₂を90%以上に維持するための50%-70%のFiO₂%、2のトリガー、5 cmH₂Oの呼気終末陽圧(PEEP)、1:2 sの吸気比、および15 L / minおよび最大30 L /minの吸気流量で、容量制御換気モードで動物を換気します。

3. 熱希釈カテーテルの留置と心拍出量の測定

1. 全身麻酔下で動物を背側の位置に保ち、ヨードポビドンで頸部の消毒を行います(図2)。電気焼灼ペンシルを使用して 10 cm の傍正中切開を行い、皮下組織を解剖して、鈍的解剖によって右外頸静脈を露出させます。
2. 2つの2-0シルク縫合糸を、1つは遠位部分に、もう1つは解剖した血管の近位部分に配置します(図3)。
3. カテーテルを首の部位から心臓が位置する胸部に体外挿入します。カテーテルのマーキングを使用して挿入深さを測定し、肺動脈(PA)に到達します。血管の遠位部分を結紮し、近位部分に二重ループを配置して、挿入されたカテーテルを固定します。
4. 虹彩はさみを使用して、血管の腹側部分に2mmの横切開を行います。ハルステッドの蚊止血鉗子で切開部の端を開き、5Fr熱希釈カテーテルを右頸静脈に挿入します(図4、 図5、 および図6)。モニターに表示される曲線に従って、カテーテルを肺動脈(PA)に向けます。

4. 動脈カテーテルの留置

1. 静脈を解剖し、基準縫合糸を配置したら、胸頭筋(胸鎖乳突筋に相当)を横方向に変位させます。
2. 頸動脈が露出するまで、気管前(胸骨舌骨)の筋肉組織を解剖します。
3. 頸静脈と同様に頸動脈をカニューレ挿入し、それを圧力トランスデューサに接続して全身の動脈圧を監視します。

5. 評価

1. 熱希釈カテーテルを右頸静脈に留置し、動脈カテーテルを同じ側の頸動脈に配置したら、血液ガス分析のためにサンプルを採取します。
2. 血液ガスの値を取得し、熱希釈法、体表面積、およびフィック法を使用して心拍出量(CO)を評価します。
   注:詳細な手順については、以前に公開されたレポート^19-21を参照してください。

6. 統計分析

1. 分散分析(ANOVA)を使用して正規分布を示すデータを分析し、テューキーの事後検定を実行します。値を平均誤差±標準誤差として表します。 p 値 <0.05 は統計的有意性を示すと考えます。

7. 熱希釈測定

1. 4°Cで5mLの冷SSボーラスを熱希釈カテーテルの近位内腔に4秒未満で注入します。.
2. モニター画面で熱希釈曲線(温度/時間)を観察します。曲線は、急速な上昇とそれに続くベースラインへのスムーズで緩やかな下降を示し、数値は小数点以下 1 桁または 2 桁で表示されます。
3. 曲線が有効で類似し、平均値の10%以内になるまで、コールドSSの2つの追加のボーラスを使用してボーラス注入プロセスを繰り返します。
4. 曲線の妥当性と類似性を確認した後、3つの値の平均を計算し、それをリットル/分単位の最終的なCO値として記録します。スチュワート・ハミルトン方程式²¹に基づく計算を使用して、熱希釈曲線からCOおよびその他の指数を取得します。

8.体表面積(BSA)または心臓指数の調整済み心拍出量の決定

1. 調整された心拍出量(CI)を決定するには、DuBois-DuBoisの式¹⁹を使用して体表面積(BSA)を計算します。
   BSA = 0.007184 × (身長 (cm)^0.725) × (重量 (kg)^0.425)。
2. BSAを取得したら、式²⁰を使用してCIを計算します。
   CI = CO/BSAです。
   注意: COはステップ7で決定されます。

9. フィック法による心拍出量の推定

1. フィック法を使用して心拍出量(CO)を計算するには、酸素消費量(VO₂)と、動脈(SaO₂)と静脈(SvO₂)の血液ガスから得られる酸素レベルの差を決定します。式²¹を使用してVO₂を計算します。
   VO₂ = CO x(SaO₂ - SvO₂)。
2. 次に、式²¹を使用して心拍出量を決定します。
   CO = VO₂ /([SaO₂ - SvO₂] × 10)。

10. 体重当たりの心拍出量の推定

1. 以前の^報告8,15に従って、動物の体重あたりの心拍出量を決定します。
   注:EVLPプロトコルでは、さまざまなグループが、ブタの体重あたりの推定心拍出量(CO)が100 mL /^kg8,15であると報告しています。

11.安楽死

1. すべての測定が完了したら、頸静脈シース を介して (施設で承認されたプロトコルに従って) ペントバルビタールナトリウム (150 mg/kg/IV) を過剰摂取したすべての動物を安楽死させます。
2. 心電図検査(ECG)のトレースが心臓の電気的活動を示さなくなるまで、全身麻酔と心臓モニタリングを続けます^17,18。

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結果

すべての動物は外科的処置と研究時間を生き延びました。1匹(4.3%)は、カテーテル挿入時の過剰な牽引により頸静脈断裂を発症した。さらに、介在した血管のいずれも出血を示さなかった。研究された動物では、PAに到達するために平均25〜30cmのカテーテル挿入が必要でした。3例(13%)では、カテーテルはブタの右上肢に向けられました。これらの場合、カテーテルを挿入部位まで引っ込め、ブ?...

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ディスカッション

ブタのEVLPは、2つの種のサイズ、生理学、およびゲノム配列の比較可能性を考えると、ヒトの臨床診療に直接翻訳されています²²。研究者が選択したEVLPプロトコルによると、COの測定は、肺の灌流に必要な流量を決定するために不可欠です。さらに、利用可能なリソースと知識に応じて、適切な方法を選択できます。しかし、COを同時に評価する方法と参照方法を比較した研?...

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資料

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