Effects of Extracorporeal membrane oxygenation on the Coagulation system(체외막 산소화가 응고 시스템에 미치는 영향)

요약

우리는 양에서 장기적으로 깨어 있는 체외막 산소화(ECMO) 모델을 확립하기 위한 프로토콜을 제시합니다. ECMO 모델 동안 응고 시스템의 관리 및 평가에 특별한 주의를 기울입니다.

초록

이 연구는 양 모델에서 장기 각성 체외막 산소화(ECMO)가 응고 시스템에 미치는 영향을 조사하는 것을 목표로 했습니다. 총 10마리의 건강한 양이 연구에 포함되었으며 각 그룹에는 5마리의 양이 있었습니다. 정맥동맥 ECMO(V-A ECMO) 그룹에서는 오른쪽 경동맥과 오른쪽 외부 경정맥에서 캐뉼레이션을 수행했습니다. 정맥-정맥 ECMO(V-V ECMO) 그룹에서는 이중 루멘 카테터를 사용하여 오른쪽 외부 경정맥에 삽입했습니다. ECMO를 시작한 후, 양들은 마취에서 회복되어 7일 동안 깨어 있었습니다. 목표 활성화 응고 시간(ACT) 목표는 220-250초로 설정되었습니다. 두 그룹 모두에서 실제 ACT는 헤파린 용량이 점차 증가함에 따라 약 250초 동안 변동했으며, 실험이 끝날 때 거의 60IU/kg/min에 도달했습니다. 더욱이, 활성화된 부분 트롬보플라스틴 시간(APTT)과 트롬빈 시간(TT) 값은 동일한 용량의 헤파린을 투여받았음에도 불구하고 V-V ECMO 그룹에 비해 V-A ECMO 그룹에서 유의하게 높았습니다. 실험실 검사 결과는 정상적이고 합리적인 범위 내에서 변동했지만, 연구가 끝날 때 두 그룹 모두에서 신장의 경색 병소가 관찰되었습니다.

서문

체외막산소화(ECMO)는 중증 환자에게 심폐 지원을 제공하여 생명을 구하는 중재 역할을 합니다. 정맥-동맥 ECMO(V-A ECMO)와 정맥 ECMO(V-V ECMO)의 두 가지 주요 형태로 분류됩니다^1,2. V-A ECMO는 순환 부전을 경험하는 환자에게 사용되는 반면, V-V ECMO는 호흡 부전이 있지만 심각한 심혈관 기능 장애가 없는 환자에게 선호됩니다 ^3,4.

혈전증과 출혈은 ECMO 환자에서 흔히 발생하는 합병증이다⁵. ECMO 회로는 혈액을 인공 표면에 노출시켜 복잡한 응고 반응을 시작합니다⁶. 이러한 과정은 내피 손상과 미세순환 장애를 유발할 수 있으며, 이로 인해 중요한 장기의 기능 장애를 초래할 수 있습니다 ^7,8. 결과적으로, 효과적인 전신 항응고 관리는 ECMO 환자에게 중요한 것으로 간주됩니다. 그럼에도 불구하고 다양한 ECMO 관련 임상 환경에서 항응고 전략을 안내할 근거는 여전히 부족합니다.

안정적인 ECMO 동물 모델의 확립은 ECMO가 신체에 미치는 영향에 대한 통찰력을 제공할 수 있으며, ECMO 관리 전략의 최적화, ECMO 관련 합병증 감소 및 임상 실습에서 환자 결과 개선에 크게 기여할 수 있습니다. 양과 돼지와 같은 대형 동물은 인간의 생리학적 매개변수와 매우 유사하기 때문에 ECMO 모델을 구축하기 위한 주요 선택입니다 ^9,10. 그러나 이전의 대형 동물 ECMO 모델은 유지 관리 시간이 24시간 미만이었기 때문에 ECMO가 응고 시스템에 미치는 영향을 종합적으로 평가하기가 어려웠습니다¹¹. 따라서 ECMO의 병태생리학적 기전을 철저히 탐구하기 위해 장기적인 ECMO 대동물 모델을 구축할 필요가 있습니다. 응고 시스템에 대한 ECMO의 효과를 조사하기 위해 장기간의 대형 동물 모델을 활용하면 임상 실습에 대한 보다 강력한 증거를 제공할 수 있습니다.

이 연구는 건강한 양에서 장기(7일) 깨어 있는 V-A 및 V-V ECMO 모델을 확립하는 것을 목표로 합니다. 전체 모델 수립 및 평가의 중심 초점은 항응고제의 관리입니다.

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프로토콜

이 실험 프로토콜은 Fuwai 병원의 기관 동물 관리 및 사용 위원회(번호 0101-2-20-HX(X))의 승인을 받았습니다. 모든 절차는 미국 국립보건원(National Institutes of Health)의 실험실 동물의 사용 및 관리 가이드(Guide for the Use and Care of Laboratory Animals)에 설명된 지침을 준수했습니다. 이 실험은 Fuwai 병원 동물 실험 센터, 심혈관 임플란트 재료에 대한 전임상 연구 및 평가의 베이징 핵심 실험실에서 수행되었습니다(등록 번호. CNAS LA0009)에 의해 작성되었습니다. Fuwai 병원의 동물 실험 센터에서 요구하는 검역 기준을 충족하는 건강한 양이 연구에 활용되었습니다. 또한, 이 연구는 Animal Research: Reporting of In Vivo Experiments 가이드라인을 따랐습니다. 체중 범위가 50-65kg이고 연령 범위가 12-24개월인 수컷 스몰테일 한양( 재료 표 참조)은 수술 전 최소 일주일 동안 음식과 물을 자유롭게 이용할 수 있는 특정 병원체가 없는 환경에 수용되었습니다. 양들은 각각 5명의 개체로 구성된 두 그룹에 무작위로 배정되었습니다: Veno-Arterial ECMO(V-A ECMO) 그룹과 Veno-Venous ECMO(V-V ECMO) 그룹. 건강한 양의 선택은 유기체에 대한 ECMO 지원의 효과를 정확하게 평가해야 할 필요성에 의해 정당화되었습니다. 연구에 사용된 장비 및 시약은 재료 표에 나열되어 있습니다.

1. 동물 준비

1. 수술 전에 48 시간 동안 건강한 성인 양을 단식시키고 12 시간 동안 물을 빼앗습니다.
2. 수술 전에 수술 기구와 ECMO 매개변수를 소독하십시오. 수술 팀의 모든 구성원을 위해 수술용 모자, 일회용 안면 마스크, 깨끗한 수술복, 신발 커버, 멸균 수술복 및 멸균 장갑을 포함한 개인 보호 장비를 제공합니다.
3. 이정맥을 통해 프로포폴 주사(5mg/kg)를 투여합니다. 앞서 설명한 것처럼 허벅지에 혈압 커프를 고정하고 네 팔다리 모두에 심전도 리드를 놓습니다. 혈압 커프와 ECG 리드를 ECG 및 비침습적 혈압 측정을 위한 의료용 모니터에 연결¹².
4. 단일 루멘 기관내관을 기관에 삽입하고 볼륨 조절 모드로 튜브를 인공호흡기에 연결합니다. 매개 변수를 다음과 같이 설정하십시오 : 일회 호흡량 : 8-10 mL / kg, 호흡수 : 12-20 / 분, 초기 흡기 산소 (FiO2) 분율 : 60 %.
5. 마취 유지를 위해 정맥 마취(프로포폴, 8-10 mg/kg/h)와 흡입 마취(이소플루란 2%-3%)를 병용하여 투여합니다. 수술 중 진통제를 위해 간헐적으로 플루르비프로펜(1-2mg/kg)을 정맥 주사합니다.
6. 양을 수술대에 올려놓고 유연한 천 벨트로 팔다리를 고정합니다. 좌측 경동맥과 경정맥을 분리하고 각각 단일내강 중심정맥 카테터(18 Fr)와 삼중내강 중심정맥 카테터(7 Fr)를 삽입합니다. 혈류역학적 모니터링을 위해 왼쪽 경동맥에 있는 18G 카테터를 의료용 모니터에 연결합니다. 왼쪽 경정맥에 있는 7 Fr 삼중 루멘 중앙 정맥 카테터를 주입 펌프와 의료용 모니터에 연결하여 동시 정맥 수액 투여, 약물 주입 및 중심 정맥압 모니터링을 수행합니다. 3방향 스톱콕을 사용하여 모든 연결을 수행합니다. 정맥 또는 동맥 혈액 샘플을 삼방향 마개를 통해 채취합니다.
   참고: 카테터 삽입 후 2-0 수술용 봉합사로 카테터와 혈관을 접합합니다.
7. 올바른 경정맥과 정맥을 노출시킵니다. 우측 경정맥을 통해 헤파린 덩어리(120 IU/kg)를 투여하여 전신 항응고를 달성합니다.
   참고: 캐뉼레이션을 위한 목표 활성화 응고 시간(ACT)은 250초 이상입니다.

2. 캐뉼레이션

1. V-A ECMO 회로 확립: 우측 경동맥을 통해 동맥 카테터(18 Fr)를 10-15cm 깊이까지 삽입하고 정맥 카테터(24 Fr)를 오른쪽 외부 경정맥을 통해 오른쪽 심방으로 삽입합니다.
2. V-V ECMO 회로 확립: 올바른 외부 경정맥을 노출시키고 오른쪽 외부 경정맥을 통해 이중 루멘 카테터(23 Fr)를 삽입합니다.
   알림: 이 절차를 수행하는 동안 양의 혈압과 심박수를 기준선의 ±20% 이내로 유지하십시오. 동맥 이산화탄소(PaCO2)의 분압을 35-40mmHg 사이로 유지하십시오. 호기말 이산화탄소(EtCO2)의 분압이 35-45mmHg 사이로 유지되는지 확인합니다. 양에서 혈압과 심박수의 변화가 있을 때 마취 깊이를 조정합니다. 이것이 효과가 없거나 응급 상황인 것으로 판명되면 혈관 활성 약물 사용을 고려하십시오. 일회 호흡량과 호흡수에 주로 초점을 맞춰 인공호흡기 매개변수를 조정하여 PaCO2 및 EtCO2를 정상 값 내로 유지합니다.
3. V-V ECMO에서 카테터 팁을 우심방(RA)을 통과시키고 하대정맥(IVC) 내에 배치합니다. 이중 루멘 카테터의 유출 포트를 삼첨판 쪽으로 향하게 합니다(초음파 지원으로 위치 확인).
   참고: 카테터 삽입 후 2-0 수술용 봉합사로 카테터와 혈관을 접합합니다. 절개 부위를 4-0 수술용 봉합사로 봉합합니다.

3. ECMO의 개시

1. 제조업체의 지침에 따라 모든 ECMO 장치를 연결합니다( 재료 표 참조). 누출이 없는지 확인하십시오.
   알림: 연결하는 동안 무균 원리를 따르십시오.
2. 프라이밍 용액은 생리식염수(1000mL)와 2000IU의 헤파린으로 구성됩니다. 프라이밍 용액을 ECMO 회로에 수동으로 주입하고 회로에 기포가 없는지 확인한 후 프라이밍을 위한 원심 펌프를 시작합니다(1000-1500rpm).
3. 프라이밍이 완료되면 원심 펌프를 끕니다. 유입 카테터를 원심 펌프의 입구에 연결하고 유출 카테터를 산소공급기의 출구에 연결합니다. 3방향 스톱콕을 사용하여 모든 연결을 수행합니다. 3방향 스톱콕을 통해 연결부의 공기를 배출합니다. 산소 공급원을 ECMO 시스템에 연결하여 올바른 산소 흐름을 보장합니다. 그런 다음 ECMO 실행을 위해 원심 펌프를 시작합니다. 2.0rpm의 펌프 속도로 초기 펌프 유량을 3000L/min으로 설정합니다.
4. 변위나 꼬임을 방지하기 위해 양의 목에 ECMO 회로 튜브 라인을 절반 고리로 감습니다.

4. 수술 후 관리 및 모니터링

1. 양을 대사 케이지로 옮기고 수술 완료 후 양을 적절하게 구속하십시오.
   알림: 캐뉼라의 변위나 꼬임을 방지하는 데 특히 중점을 두고 양의 머리와 어깨를 고정하십시오. 점차적으로 마취 깊이를 줄입니다. 수술 후 수호팀 구성원의 개인 보호는 보호 장비(멸균 옷, 장갑, 마스크, 모자)를 착용하여 보장합니다.
2. 안정적인 호흡 및 혈액 가스 분석 결과를 확보하려면 기관내관을 제거합니다.
3. 수술 후 초기 24시간 동안 플루르비프로펜(1-2mg/kg)과 덱스메데토미딘(0.2-0.3μg/kg·h)을 정맥 주사하여 진정 및 통증 완화를 돕습니다.
   참고: 처음 24시간 후에는 수술 후 통증으로 인해 양에게 동요와 혈압 변동이 있는 경우 진정제 및 진통제를 고려하십시오.
4. 모니터링 케이지 내부에서는 양이 특정 범위 내에서 자유롭게 이동하고 적절한 양의 사료와 물에 제한 없이 접근할 수 있는지 확인합니다.
5. ECMO 유압 매개변수(펌프 유량, 펌프 속도, 펌프 전 압력, 펌프 후 압력 및 산소 공급기 후 압력)와 함께 기본 활력 징후(심박수 및 동맥 혈압)를 지속적으로 실시간으로 확인하십시오.
   알림: ECMO 관리를 위한 목표 매개변수를 설정합니다(펌프 유량: 2.0-2.5L/min, 펌프 속도: 3000-3500rpm, 산소 유량: 1.0-1.5L/min, FiO2 50%-80%). 혈액 가스 결과에 따라 위의 매개변수를 조정하십시오.
6. 6시간마다 혈액 가스와 ACT를 측정하고 매일 혈구 수, 혈액 화학 및 응고 검사를 모니터링합니다. 응고 지표를 기반으로 항응고 전략을 조정합니다.
   참고: 목표 ACT 목표: 220-250초.
7. 5-12cm H₂O 사이의 중심 정맥압(CVP)을 유지하기 위해 체액 균형에 따라 정맥 주입을 조정합니다.감염 예방을 위해 매일 세푸록심 나트륨(1.5g, i.v., b.i.d.)을 투여합니다. 매일 절개 소독을 실시하고 감염이나 출혈의 징후를 면밀히 모니터링합니다.

5. 안락사

1. 7일의 실험 기간이 끝나면 ECMO 회로를 제거합니다.
2. 안락사를 위해 염화칼륨(100mg/kg)을 프로포폴(20mg/kg)로 진정 투여하여 정맥 주사합니다.
   참고: 안락사 후 주요 장기(심장, 신장, 폐, 간, 뇌 및 창자)를 채취하여 경색, 출혈 또는 명백한 손상의 존재 여부를 육안으로 확인했습니다. 모든 장기 손상은 상세하게 기록되었습니다. 그런 다음, 장기를 작은 조각으로 자르고 4% 포름알데히드로 고정하고 파라핀을 묻힌 다음 헤마톡실린-에신(HE) 염색을 위해 4μm 절편으로 나누었습니다¹³. 최소 2명의 병리학자가 독립적으로 광학 현미경으로 HE 절편에 대한 조직학적 검사를 수행합니다.

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결과

전체 실험 기간 동안 총 10마리의 양을 평가했으며, 각 그룹에는 5마리의 양이 있었습니다(표 1). ECMO를 시작한 후 모든 양은 마취에서 회복되어 7일 동안 깨어 있었습니다. 두 그룹 모두에서 ECMO 유량이 1.8L/min을 초과했습니다. V-V ECMO 그룹에서는 유량이 약 1.8L/min으로 변동한 반면, V-A ECMO 그룹에서는 2.3L/min에서 1.8L/min 범위였습니다(그림 1A...

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토론

이 연구는 양의 V-V 및 V-A ECMO에 대한 강력하고 장기적인 생존 모델을 확립하기 위한 절차를 간략하게 설명합니다. 살아남은 모든 동물은 안정적인 활력 징후를 보였으며 심각한 출혈이나 응고 현상은 발생하지 않았습니다. ECMO 흐름 및 산소화 성능은 안정적으로 유지되었으며 주요 병리학적 손상은 관찰되지 않았습니다. 이 연구는 항응고 관리에 대한 자세한 정보를 제공...

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자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
ACT analyzer	Hemochron, USA	Jr Signature
Anaesthesia machine	Drager, Germany	Primus
Arterial catheter	Edwards Lifescience, USA	18-Fr	Provide return access into an artery for VA-EMCO
Blood chemistry analyzer	IDEXX Laboratories, USA	Catalyst One
Blood gas analyzer	Abbott, USA	Abbott i-STAT1
Centrifugal pump	Jiangsu STMed Technologies, China	STM CP-24 I
Centrifugal pump drive and console	Jiangsu STMed Technologies, China	OASSIST STM001
Coagulation test analyzer	Beijing Succeeder Technology, China	SF-8050
Complete blood count analyzer	Siemens Healthcare, Germany	ADVIA 2120i
Dual-channel micro-injection pump	Zhejiang Smith Medical Instrument, China	WZS-50F6
Dual-lumen catheter	MAQUET Avalon Elite, Germany	23-Fr	Provide return and drainage accesses into the right external jugular vein for VV-ECMO
Flurbiprofen	Beijing Tide Pharmaceutical Co., Ltd., China	5ml: 50mg
GraphPad software	GraphPad Software, USA	GraphPad Prism v9.0	Statistical analysis
Heparin	Shanghai Shangyao No.1 Biochemical Pharmaceutical Co., Ltd., China	2ml: 12500IU
High-frequency electrosurgical	COVIDIEN, USA	Force F
Multi-parameter medical monitor	Philips, Netherlands	MP60
Oxygenator kit	Medos, Germany	Hilite 7000LT
Oxygenator kit	Maquet, Germany	BE-PLS 2050
Propofol	Xi’an Libang Pharmaceutical Co. Ltd, China	20ml: 0.2g
Single-lumen central venous catheter	TuoRen, China	18Fr	Insert in left carotid artery  for hemodynamic monitoring and blood sampling.
Small Tail Han sheep	Jinyutongfeng Commercial and Trade Co. Ltd, China	weight: 50-65 kg, age: 12-24 months
Triple-lumen central venous catheter	TuoRen, China	7Fr	Insert in left jugular vein for intravenous fluid administration, drug injection, and blood sampling.
Ultrasound machine	GE, USA	E9
Venous catheter	Edwards Lifescience, USA	24-Fr	Provide the drainage access into a vein for VA-ECMO
Ventilator	Drager, Germany	Savina