Ex vivo 폐 관류를 위한 돼지 모델에서의 심박출량 측정

요약

이 프로토콜은 돼지의 경정맥을 통해 열희석 카테터를 삽입하여 심박출량을 추정하고 체외 폐 관류(EVLP) 동안 적절한 폐 관류를 보장하는 데 사용되는 수술 기술을 설명합니다.

초록

인간과 생리학적으로 유사하기 때문에 돼지는 체외 폐 관류(EVLP)의 실험 모델로 사용됩니다. EVLP는 체외 순환 펌프를 통해 이식에 적합하지 않은 폐를 관류하여 기능을 개선하고 생존력을 높이는 기술입니다. 기존 EVLP 프로토콜은 체표면적(BSA)에 따라 추정 심박출량(CO)의 40%-100%까지 변하는 관류 용액 및 관류 흐름의 유형에 따라 차별화됩니다. CO를 측정하는 장치는 간단한 물리적 원리와 기타 수학적 모델을 사용합니다. 동물 모델에서의 열희석은 단순성과 재현의 용이성 때문에 CO를 추정하기 위한 참조 표준이 되고 있습니다. 따라서 본 연구의 목적은 돼지에서 열희석에 의한 CO 측정값을 재현하고 그 정밀도 및 정확도를 BSA, 중량 및 Fick's 방법으로 얻은 것과 비교하여 EVLP 중 관류 흐름을 설정하는 것이었습니다. 23마리의 돼지에서 열희석 카테터를 오른쪽 경정맥에 삽입하고 같은 쪽의 경동맥을 캐뉼러로 삽입했습니다. gasometry를 위해 혈액 샘플을 얻었고 CO는 열 희석, 조정된 신체 표면적, Fick의 원리 및 체중당 추정했습니다. BSA에 의해 얻어진 CO는 다른 방법으로 얻어진 것보다 컸다(p =0.0001, ANOVA, Tukey). 우리는 이 연구에서 CO를 추정하는 데 사용된 방법이 신뢰할 수 있지만 그들 사이에는 상당한 차이점이 있다는 결론을 내렸습니다. 따라서 어느 것이 프로토콜의 요구 사항을 충족하는지 결정하기 위해 조사자가 각 방법을 평가해야 합니다.

서문

폐 이식 센터에서 체외 폐 관류(EVLP)는 이식을 위한 표준 기준을 충족하지 않는 폐의 기증 가능성을 높이는 데 도움이 되는 도구입니다¹. 이는 뇌사 또는 심정지가 있는 기증자의 폐 기능을 보존하고 개선하며, 이식 전 폐 성능을 평가함으로써 달성됩니다 ^2,3,4. EVLP에서 체외 순환 펌프를 사용하면 막 가스 교환기와 백혈구 포집 필터⁵를 통해 폐의 관류를 이식할 수 있습니다.

현재까지 여러 EVLP 프로토콜(Toronto, Lund 및 Organ Care System)이 설명되었습니다. 이는 사용된 관류 용액의 유형, 관류 중 좌심방이 열려 있거나 닫혀 있는지 여부, 그리고 기증자 ^6,7,8의 추정 심박출량(CO)의 40%에서 100%(사용된 기술에 따라 다름)까지 변하는 관류 흐름에 의해 구별됩니다. 일산화탄소(CO)는 분당 심장이 펌프질하는 혈액의 양이다.⁹ 그리고 조직 관류가 유지되는 메커니즘이다. 따라서 CO 모니터링은 적절한 조직 산소화를 보장합니다. 심박수와 스트로크 볼륨의 곱인 CO는 리터^10,11,12로 측정됩니다. 그러나 조직 관류를 유지하기 위한 이러한 접근법은 정맥 순환, 말초 산소 사용, 전신 혈관 저항, 호흡, 총 혈액량 및 신체 위치와 같은 다른 요인에 의존하기도 한다¹².

CO를 측정하고 모니터링하기 위한 여러 장치가 있으며, 그 중 일부는 간단한 물리적 원리를 사용하고 다른 일부는 수학적 모델을 사용합니다. 이러한 방법에는 Fick 원리, 열희석(경폐 또는 리튬 희석), 스트로크 부피(SV)를 추정하기 위한 동맥압파 분석, 도플러 또는 흉부 생체 반응과 같은 덜 침습적인 방법이 포함됩니다. 그러나, 어떠한 CO 모니터링 장치도 해당 모니터링 기법(^10,13)의 한계로 인해 모든 임상적 요구사항을 충족시킬 수 없다.

심장 경열 희석에 의한 CO 측정은 돼지에서 간단하고 쉽게 재현 가능한 방법입니다. 그것은 폐 동맥에 서미스터가 있는 카테터를 삽입하고 혈액의 온도보다 낮은 양의 액체를 주입하는 것을 포함합니다. 서미스터는 시간 경과에 따른 온도 변화를 감지한 다음 곡선 형태로 표시되며 곡선 아래 영역은 분 부피¹⁴를 나타냅니다. 다양한 연구에 따르면 EVLP 동물 모델의 경우 CO는 중량(100mL/kg)¹⁵, 열희석 및 Fick의 방법^10,13으로 계산할 수 있습니다. 그러나 클리닉에서 CO는 기증자의 신체 표면적(¹⁶)에 맞게 조정된 CO인 심장 지수(CI)를 사용하여 계산됩니다. 그럼에도 불구하고 실험용 돼지 모델에서 이러한 방법을 비교한 연구는 없습니다.

이 연구의 목적은 돼지에서 열희석에 의한 CO 측정을 재현하고 EVLP 중 관류 흐름을 설정하기 위해 BSA, 무게 및 Fick의 방법으로 조정된 CO를 사용하여 얻은 정밀도와 정확도를 비교하는 것이었습니다.

프로토콜

프로토콜(B09-17)은 INER(Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias "Ismael Cosio Villegas")의 생명윤리 위원회에서 승인되었습니다. 이 연구에는 체중이 20-25kg 사이인 임상적으로 건강한 재래종 돼지 23마리가 사용되었습니다. 동물은 공식 멕시코 표준¹⁷ 의 실험동물 관리 및 사용에 대한 기술 사양과 미국¹⁸의 실험실 동물 관리 및 사용에 대한 가이드에 따라 처리되었습니다. 모든 동물은 Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias Ismael Cosio Villegas에서 입수했으며 물과 음식이 제공되는 동일한 환경 조건에서 개별 케이지에 수용되었습니다. 모든 동물에서 열희석 카테터를 오른쪽 경정맥에 삽입하고 동맥 카테터를 같은 쪽의 경동맥에 삽입하여 혈액 가스를 수집한 다음 CO를 계산했습니다. 사용된 시약 및 장비에 대한 자세한 내용은 재료 표에 나와 있습니다.

1. 실험적 준비

1. 3개의 250mL 0.9% 염화나트륨 용액(식염수, SS) 각각에 1000IU의 헤파린을 희석합니다.
2. 생체 신호 모니터에 압력 변환기를 부착합니다. 각 변환기를 사용하여 열희석 카테터의 해당 포트에서 압력을 측정합니다.
3. 바늘 없는 정맥 주입을 통해 헤파린화된 용액을 변환기에 연결합니다. 그들이 청소되고 카테터에 연결할 준비가 되었는지 확인하십시오.
4. 포장에서 열희석 카테터를 제거합니다. 말단부를 0.9% NaCl에 담그어 풍선의 무결성을 확인합니다.
5. 원위 및 근위 카테터 연결부의 개통성을 확인합니다. 사용할 때까지 카테터를 수술 기구 테이블 위에 두십시오.

2. 동물 준비

1. 동물 준비실에 있는 모든 돼지에게 0.05mg/kg 아트로핀과 4mg/kg 틸레타민-졸라제팜을 근육 주사로 투여합니다(기관에서 승인한 프로토콜에 따름).
2. 돼지를 방해하지 않고 감시하에 두십시오. 돼지가 누워서 흥분의 징후나 통각 자극에 반응하지 않고 이 자세를 유지할 때까지 관찰하십시오.
3. 진정제를 투여한 동물을 엎드린 자세로 놓고 왼쪽 귀의 가장자리 정맥에 카테터를 삽입합니다.
4. 수술을 위해 동물을 수술실로 옮깁니다.
5. 동물을 등쪽에 놓고 4mg/kg 프로포폴 IV, 300μg/kg 베쿠로늄 브로마이드 및 0.1mg/kg 펜타닐 IV를 투여합니다.
6. 실험실 직원의 도움을 받아 돼지의 하악골을 내려 입을 벌리고 혀를 내밀 수 있도록 합니다.
7. 10% 리도카인을 성대에 분사하고, 고리 집게로 고정된 거즈로 축적된 타액을 제거하고, 후두개에서 후두개를 분리합니다.
8. 후두경과 3번 직선 칼날로 기관 입구를 확인한 다음 풍선으로 7 Fr 기관내관을 삽입합니다.
9. 풍선을 부풀리고 기도 내 위치를 확인한 후 튜브를 하악골에 고정합니다.
10. 돼지를 마취기에 연결하여 2.5%-3% 세보플루란으로 마취 상태를 유지합니다(그림 1).
11. 25회 호흡/분의 빈도, 6-8mL/kg 무게의 일회 호흡량, SaO₂ 를 90% 이상으로 유지하기 위해 50%-70%의 FiO₂%, 2의 트리거, 5cmH₂O의 호기말 양압(PEEP), 1:2s의 흡기 비율, 15L/min 및 최대 30L/min의 흡기 흐름으로 동물을 환기시킵니다.

3. 열희석 카테터 배치 및 심박출량 측정

1. 전신 마취 하에 동물을 등쪽 위치에 유지하고 요오도포비돈으로 자궁 경부 부위의 방부제를 수행합니다(그림 2). 전기소작용 연필을 이용하여 10cm의 정중주위 절개를 하고 피하조직을 절개하여 우측 외경정맥을 둔기로 노출시킵니다.
2. 두 개의 2-0 실크 봉합사를 배치하는데, 하나는 절개된 혈관의 원위 부분에, 다른 하나는 근위 부분에 배치합니다(그림 3).
3. 목 부위에서 심장이 위치한 흉부까지 카테터를 체외로 삽입합니다. 폐동맥(PA)에 도달하기 위해 카테터의 표시를 사용하여 삽입 깊이를 측정합니다. 혈관의 원위 부분을 결찰하고 근위 부분에 이중 루프를 배치하여 삽입된 카테터를 고정합니다.
4. 홍채 가위를 사용하여 혈관의 복부 부분을 2mm 가로 절개합니다. Halsted's mosquito 지혈 겸자로 절개 부위의 가장자리를 열고 5Fr 열희석 카테터를 오른쪽 경정맥에 삽입합니다(그림 4, 그림 5 및 그림 6). 모니터에 표시된 곡선을 따라 카테터를 폐동맥(PA) 쪽으로 향하게 합니다.

4. 동맥 카테터의 배치

1. 정맥을 절개하고 기준 봉합사를 배치한 후에는 흉쇄근(흉쇄유돌근과 동일)을 측면으로 변위합니다.
2. 경동맥이 노출될 때까지 기관전(흉골) 근육을 절개합니다.
3. 경정맥과 유사한 경동맥을 캐뉼레이팅하고 전신 동맥압을 모니터링하기 위해 압력 변환기에 연결합니다.

5. 평가

1. 열희석 카테터를 우측 경정맥에 삽입하고 동맥 카테터를 같은 쪽의 경동맥에 배치하면 혈액 가스 분석을 위해 샘플을 채취합니다.
2. 혈액 가스 값을 얻고 열희석 방법, 신체 표면적 및 Fick의 방법을 사용하여 심박출량(CO)을 평가합니다.
   참고: 자세한 절차는 이전에 발행된 보고서^19-21을 참조하십시오.

6. 통계 분석

1. 분산 분석(ANOVA)을 사용하여 정규 분포를 보여주는 데이터를 분석하고 Tukey의 사후 검정을 수행합니다. 값을 평균 ± 표준 오차로 표현합니다. p 값 <0.05를 통계적 유의성을 나타내는 것으로 간주합니다.

7. 열희석 측정

1. 4°C에서 5mL의 Cold SS 볼루스를 4초 이내에 열희석 카테터의 근위 내강에 주입합니다.
2. 모니터 화면에서 열희석 곡선(온도/시간)을 관찰하십시오. 곡선은 급격한 상승 후 기준선까지 부드럽고 점진적인 하강을 보여야 하며 숫자 값이 소수점 이하 하나 또는 두 자리로 표시되어야 합니다.
3. 곡선이 유효하고 유사하며 평균값의 10% 이내가 될 때까지 Cold SS의 두 볼루스를 추가로 사용하여 볼루스 주입 과정을 반복합니다.
4. 곡선의 유효성과 유사성을 확인한 후 세 값의 평균을 계산하고 최종 CO 값(분당 리터)으로 기록합니다. Stewart-Hamilton 방정식²¹을 기반으로 한 계산을 사용하여 열희석 곡선에서 CO 및 기타 지수를 얻습니다.

8. 신체 표면적(BSA) 또는 심박출률에 대한 조정된 심박출량 결정

1. 조정된 심박출량(CI)을 결정하려면 DuBois-DuBois 공식¹⁹를 사용하여 신체 표면적(BSA)을 계산합니다.
   BSA = 0.007184 × (높이 (cm) ^0.725) × (무게 (kg) ^0.425).
2. BSA가 얻어지면 공식²⁰을 사용하여 CI를 계산합니다.
   CI = 일산화탄소/BSA.
   알림: CO는 7단계에서 결정됩니다.

9. Fick's method에 의한 심박출량 추정

1. Fick의 방법을 사용하여 심박출량(CO)을 계산하려면 산소 소비량(VO₂)과 동맥(SaO₂) 및 정맥(SvO₂) 혈액 가스에서 얻은 산소 수준의 차이를 결정합니다. 공식 2를 사용하여 VO₂₁을 계산합니다.
   VO₂ = CO x (SaO₂ - SvO₂).
2. 그런 다음^다음 공식을 사용하여 심박출량을 측정합니다.
   CO = VO₂ / ([SaO₂ - SvO₂] × 10).

10. 체중당 심박출량 추정

1. 이전 보고서 ^8,15에 따라 동물의 체중당 심박출량을 결정합니다.
   참고: EVLP 프로토콜에서 다양한 그룹에서 돼지의 체중당 추정 심박출량(CO)이 100mL/kg ^8,15라고 보고했습니다.

11. 안락사

1. 모든 측정이 완료되면 경정맥초(기관에서 승인된 프로토콜에 따라)를 통해 펜토바르비탈나트륨(150mg/kg/IV)을 과다 투여한 모든 동물을 안락사시킵니다.
2. 심전도(ECG) 추적에서 심장 전기 활동이 나타나지 않을 때까지 전신 마취 및 심장 모니터링을 계속합니다^17,18.

결과

모든 동물은 수술 과정과 연구 시간을 견뎌냈다. 한 동물(4.3%)은 카테터 삽입 중 과도한 견인으로 인해 경정맥 파열이 발생했습니다. 더욱이, 개입된 혈관 중 어느 곳에서도 출혈이 나타나지 않았다. 연구된 동물에서 PA에 도달하기 위해 평균 25-30cm의 카테터 삽입이 필요했습니다. 3건(13%)에서 카테터는 돼지의 오른쪽 상지를 향했습니다. 이 경우 카테터를 삽입 부위로 접고, 돼지의 상지를 머리 쪽?...

토론

돼지의 EVLP는 두 종의 크기, 생리학 및 게놈 서열의 유사성을 감안할 때 인간의 임상 실습에 직접 적용됩니다²². 연구자가 선택한 EVLP 프로토콜에 따르면 CO 측정은 폐를 관류하는 데 필요한 흐름을 결정하는 데 필수적입니다. 또한 사용 가능한 리소스와 지식에 따라 적절한 방법을 선택할 수 있습니다. 그러나 CO를 동시에 평가하는 방법을 참조 방법과 비교한 연구는 없습니다. 따?...

자료

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