Разработка селективной системы перфузии дуги аорты на модели обескровливания свиньи с остановкой сердца

Резюме

Целью данного протокола является демонстрация модели обескровливания свиней с остановкой сердца и специально построенного селективного контура перфузии дуги аорты для трансляционных исследований.

Аннотация

Кровотечение составляет большинство потенциально предотвратимых смертей от травмы. Растет интерес к методам эндоваскулярной реанимации, таким как селективная перфузия дуги аорты (SAAP) у пациентов с остановкой сердца. Она включает в себя активную перфузию коронарного кровообращения через баллонный катетер грудного отдела аорты и приближается к клиническому применению. Тем не менее, метод сложен и требует доработки на животных моделях, прежде чем можно будет рассмотреть возможность использования человеком. В этой статье описывается большая животная модель обескровливания остановки сердца, обработанная с помощью специальной системы SAAP.

Свиней обезболивали, обработали инструментами и провели спленэктомию, прежде чем было начато контролируемое логарифмическое обескровливание. Животных гепаринизировали, а пролитую кровь собирали в резервуар. После того, как наблюдалась остановка сердца, кровь перекачивалась по экстракорпоральной цепи в оксигенатор, а затем доставлялась через баллонный катетер на 10 Фр, размещенный в грудной аорте.

Это привело к возвращению спонтанного кровообращения (ROSC), о чем свидетельствуют ЭКГ и форма волны давления корня аорты. Эта модель и сопутствующая система SAAP позволяют обеспечить стандартизированное и воспроизводимое восстановление после обескровливания остановки сердца.

Введение

Кровотечение является причиной большинства потенциально предотвратимых смертей от травм¹. На терминальных стадиях обескровливания коронарная перфузия снижается, что приводит к остановке сердца и смерти. Современные стратегии – внутривенное переливание крови и массаж сердца – неэффективны, поскольку они не устраняют недостаточность коронарной перфузии.

SAAP — это метод катетерной реанимации, направленный на решение этой проблемы путем вливания насыщенной кислородом реанимационной жидкости и лекарств непосредственно в проксимальную аорту, перфузию коронарного и мозгового кровообращения. Ограниченные исследования на свиньях продемонстрировали многообещающие результаты в восстановлении сердечной деятельности после фибрилляции желудочков и геморрагической остановки сердца ^2,3,4. Тем не менее, исследования SAAP продолжаются, и метод остается на доклинических стадиях.

Существует несколько технических проблем, связанных с SAAP. Крайне важно, чтобы определенный объем перфузата доставлялся через катетер с точной скоростью инфузии, и в настоящее время не существует коммерчески доступного, одобренного FDA катетера для использования в SAAP. Этот метод требует специальной схемы, которая способна эффективно хранить, насыщать кислородом и доставлять перфузат во время SAAP. Целью данного исследования является представление животной модели травматической безпульсовой электрической активности (ПЭА) остановки сердца и специально созданной, надежной системы SAAP для использования при изучении этого инструмента в исследованиях на животных.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

протокол

Данное исследование проводилось в Учебном центре Медицинской школы (MSTF, Университет Мэриленда, Балтимор, штат Мэриленд, США), который аккредитован Американской ассоциацией науки о лабораторных животных. Протокол исследования был одобрен местным Комитетом по уходу за животными и их использованию.

1. Отбор и содержание животных

1. Используют взрослого самца свиньи (Sus Scrofa) весом 60-80 кг.
2. По прибытии в помещение для животных разместите животных по одному в клетке, но с возможностью взаимодействия с животными в соседних клетках.
3. Держите животных не менее 48 часов, чтобы обеспечить акклиматизацию. Обеспечьте животным свободный доступ к воде и кормите их стандартным рационом до ночи перед экспериментом, когда животные должны голодать, чтобы свести к минимуму риск аспирации во время интубации.
4. Регулярно наблюдайте за животными, чтобы убедиться, что они находятся в хорошем состоянии здоровья.

2. Седация и индукция общей анестезии

1. Успокоить животное, пока оно еще находится в зоне своего содержания, путем внутримышечной инъекции телазола (4-5 мг/кг)/ксилазина (1,8-2,2 мг/кг) каудально в ухо или в ягодичную мышцу.
2. Транспортируйте животное из зоны содержания в операционную и положите его в лежачем положении на операционный стол.
3. Поместите пульсоксиметрический зонд на ухо животного, наденьте маску на морду животного и дайте изофлуран в 100%_O2, пока нижняя челюсть не расслабится, чтобы вызвать анестезию.
4. Установите эндотрахеальную трубку (ЭТ) с помощью ларингоскопа. Этого следует добиться, удерживая челюсти открытыми, вытягивая язык, определяя надгортанник, пропуская кончик ларингоскопа в ротоглотку и смещая надгортанник из мягкого неба. Проведите трубку ЭТ через голосовые складки на 6-10 см, а затем поверните ее в положении с изгибом вниз относительно макушки головы животного.
5. Надуйте манжету ЭТ воздухом на 10 см³ см, закрепите трубку ЭТ на морде животного с помощью марлевых стяжек и аускультируйте грудную клетку животного для подтверждения правильности размещения трубки.
6. Подключите трубку ET к аппарату искусственной вентиляции легких через теплообменник и влагу.
7. Подтвердите соответствующие настройки аппарата искусственной вентиляции легких для обеспечения вдыхаемого уровня_О2 в размере 30%, с дыхательным объемом 7-10 мл на кг массы тела, частотой дыхания 10-15 вдохов/мин, с целью конечного напряжения_СО2 в конце прилива 38-42 мм рт.ст.
8. Для поддержания анестезии используют 1,5-3% изофлуран. Регулярно оценивает параметры дыхания животного.

3. Хирургия

1. Стерилизация и подготовка области хирургического вмешательства
   1. Удалите волосы, расположенные над местом лапаротомического разреза и местами чрескожного доступа, с помощью электрической машинки для стрижки волос.
   2. Счистите все места разрезов и чрескожных проколов бетадином и дайте высохнуть.
   3. Наложите стерильные простыни вокруг операционного участка, чтобы сохранить стерильные операционные поля и предотвратить загрязнение. Закрепите их на месте скобами.
   4. Втяните передние и задние копыта с небольшим сгибанием и зафиксируйте на месте веревкой или лентой.
   5. Поместите адгезивные электроды ЭКГ на правую переднюю конечность, левую переднюю конечность, правую заднюю конечность и левую заднюю конечность, а также над мечевидной костью. Прикрепите правильные отведения ЭКГ к адгезивным электродам.
2. Лапаротомия
   1. С помощью электрокаутеризации сделайте разрез живота по средней линии живота диаметром 20 см.
   2. С помощью электрокаутеризации рассекайте через подкожную клетчатку и белую линию. Войдите в брюшную полость под прямым зрением с помощью ножниц.
3. Спленэктомия
   1. Удалите селезенку, чтобы предотвратить аутотрансфузию в ответ на обескровливание.
   2. Доставить селезенку в рану по средней линии, зажать сосуды ворот двумя гемостатами и пересечь между гемостатами. Перевязка разрезанных концов 0 шелковыми завязками.
   3. Определите глубоко лежащие короткие желудочные сосуды, поместите два гемостата, пересекте сосуды между гемостатами и перевяжите концы 0 шелковыми завязками.
   4. Внимательно осмотрите перевязанные сосуды, чтобы убедиться в гемостазе. Перевязывают любые кровоточащие сосуды.
   5. Осмотрите селезенку in situ, чтобы убедиться, что она свободно рассечена, и удалите ее.
4. Цистостомия
   1. Доставьте мочевой пузырь через лапаротомическую рану.
   2. Возьмитесь за вентральную часть мочевого пузыря между двумя зажимами Дебейки и сделайте разрез на 1 см с помощью ножниц.
   3. Введите отсасывающий катетер в отверстие и удалите мочу из мочевого пузыря.
   4. Установите мочевой катетер 14 Fr в мочевой пузырь. Надуйте баллон катетера 10 мл физиологического раствора.
   5. Наложите кисетной шов с помощью нейлонового шовного материала 3.0, чтобы закрепить катетер в мочевом пузыре и предотвратить разлив мочи.
   6. Подсоедините катетер к мешку для сбора.
   7. Закройте лапаротомическую рану бегущим швом с помощью нейлонового шва 3'0.

4. Контрольно-измерительные приборы

ПРИМЕЧАНИЕ: В таблице 1 приведены основные шаги по подключению цепи SAAP.

1. Чрескожный сосудистый доступ
   1. Канюляция правой и левой внутренней яремной вены (Рисунок 1)
      1. С помощью ультразвукового контроля (УЗИ) визуализируйте внутреннюю яремную вену; Обычно он располагается на глубине около 2-3 см до кожи в яремной борозде.
      2. Проколите кожу иглой 18 G, расположенной под углом 45° к коже, и введите ее в венозный просвет под контролем УЗИ. Пропустите через иглу направляющую проволоку Сельдингера 0,035 дюйма.
      3. Извлеките иглу, стараясь оставить проводник в венозном просвете.
      4. Сделайте надрез кожи толщиной 5 мм рядом с проволокой, и проденьте в вену через проводник оболочку 7 Fr с расширителем.
      5. Снимите направляющую проволоку и интродьюсер, оставив тубус на месте. Закрепите ножны на месте, пришвартовав их к коже шелковыми швами 1,0.
      6. Повторите описанные выше действия, чтобы канюлировать контралатеральную внутреннюю яремную вену.
         ПРИМЕЧАНИЕ: Один из оболочек яремной вены используется для контроля давления в правом предсердии, другой может быть использован для доставки лекарств в зависимости от протокола исследования. В качестве альтернативы для канюляции можно использовать наружные яремные вены.
   2. Канюляция сонной артерии (Рисунок 1)
      1. Расположите сонную артерию сбоку от трахеи с помощью УЗИ.
      2. Проколите кожу иглой 18 G, расположенной под углом 45° к коже, и введите ее в просвет артерии под ультразвуковым зрением, пропустите через иглу проводник Сельдингера 0,035 дюйма.
      3. Извлеките иглу, стараясь оставить проводник в просвете артерии.
      4. Сделайте разрез кожи толщиной 5 мм рядом с проволокой, и проденьте в артерию через проводник оболочку 7 Fr с расширителем.
      5. Снимите направляющую проволоку и интродьюсер, оставив тубус на месте. Закрепите ножны на месте, пришвартовав их к коже шелковыми швами 1,0.
   3. Канюляция правой и левой бедренной артерии
      1. Найдите правую бедренную артерию в бедренном канале с помощью УЗИ.
      2. Проколите кожу иглой 18 G под углом 45° к коже и введите ее в просвет артерии под контролем УЗИ. Пропустите через иглу направляющую проволоку Сельдингера 0,035 дюйма.
      3. Извлеките иглу, стараясь оставить проводник в просвете артерии.
      4. Сделайте надрез кожи толщиной 10 мм рядом с проволокой.
      5. Проденьте тубус на 14 Fr с расширителем в артерию через проводник.
      6. Снимите направляющую проволоку и интродьюсер, оставив тубус на месте. Закрепите ножны на месте, пришвартовав их к коже шелковыми швами 1,0.
      7. Для доступа к левой бедренной артерии найдите левую бедренную артерию в бедренном канале с помощью УЗИ.
      8. Проколите кожу иглой 18 G под углом 45° и введите ее в просвет артерии под контролем УЗИ. Пропустите через иглу направляющую проволоку Seldinger размером 90 см 0,035 дюйма.
      9. Извлеките иглу, стараясь оставить проводник в просвете артерии.
      10. Сделайте надрез кожи толщиной 10 мм рядом с проволокой.
      11. Проденьте канюлю ЭКМО длиной 18 см 15 Фр в артерию через проводник.
      12. Снимите проводник вместе с расширителем и зажмите дистальный конец канюли, чтобы предотвратить кровотечение из спины.
   4. Канюляция бедренной вены
      1. Найдите бедренную вену в бедренном канале с помощью УЗИ.
      2. Проколите кожу иглой 18 G под углом 45° и введите ее в венозный просвет под контролем УЗИ, пропустите через иглу проводник Сельдингера 0,035".
      3. Извлеките иглу, стараясь оставить проводник в венозном просвете.
      4. Сделайте разрез кожи толщиной 5 мм рядом с проволокой и проденьте центральный венозный катетер 9 Fr с вводителем в вену через проводник.
      5. Снимите проводник и проводник, оставив катетер на месте. Закрепите линию на месте, пришить ее к коже шелковыми швами 1.0.
2. Чрескожный мониторинг сосудов (Рисунок 1)
   1. Давление корня аорты
      1. С помощью рентгеноскопии ввести катетер микроманометра в 7 Fr влагалище в правой сонной артерии.
      2. Убедитесь, что наконечник катетера находится в дуге аорты, визуализировав форму волны давления в аорте, представленную на экране сбора данных.
   2. Давление в правом предсердии
      1. С помощью рентгеноскопии ввести предварительно откалиброванный катетер микроманометра в 7 Fr влагалище в правую внутреннюю яремную вену.
      2. Подтвердите размещение кончика катетера в правом предсердии, наблюдая за формой волны давления, представленной на экране сбора данных.

5. Обескровливание

1. Подготовка к настройке
   1. Введите 15 000 МЕ нефракционированного гепарина через боковое плечо оболочки IJV.
   2. Загрузите обескровливающую трубку в ролик перистальтического насоса, используемого для обескровливания.
   3. Подсоедините один конец трубки к резервуару контура с помощью стандартной трубки для внутривенного введения.
   4. Подсоедините другой конец трубки обескровливающего насоса с помощью прямой муфты и 2-дюймового сегмента трубки с внутренним диаметром 1/4 дюйма к концу канюли ЭКМО 15 Fr в бедренной артерии.
   5. Снимите зажим с канюли на 15 Fr.
   6. Рассчитайте логарифмические интервалы скорости обескровливания по формуле⁵. Продолжительность интервала и скорость обескровливания зависят от протокола исследования.
      
   7. Установите желаемый расход насоса в соответствии с протоколом с помощью программируемого специального компьютерного программного обеспечения насоса -PUMPTERM.
   8. Подключите к компьютеру программируемый насос с помощью стандартного порта Ethernet. После того, как управляемый насос запрограммирован с обновленным начальным расходом, отображаемым на цифровом дисплее, его можно отключить от компьютера.
2. Обескровливание с помощью насоса
   1. Начните обескровливание, нажав кнопку СТАРТ/СТОП на насосе.
   2. Продолжайте обескровливание в соответствии с протоколом до тех пор, пока ПЭА не проявится в виде потери давления в аорте (САД <10 мм рт.ст.) с потерей пульсации в форме волны корневого давления аорты, сопровождающейся синусовым ритмом ЭКГ.
   3. Остановите обескровливание, вручную нажав кнопку СТАРТ/СТОП на насосе.

6. СААП

1. Подготовка контура SAAP
   1. Сконструируйте трубку цепи с использованием Y-образных и прямых соединителей с зазубринами, а также трубки с внутренним диаметром 3/8 дюйма, чтобы включить в себя реперфузионную конечность, основную перфузионную ветвь, перфузионную ветвь SAAP и периферическую перфузионную конечность (Рисунок 2). Закрепите соединения кабельными стяжками.
   2. Подсоедините проксимальную трубку к резервуару для крови.
   3. Подсоедините трубку к центробежному насосу.
   4. Подсоедините трубку к оксигенатору.
   5. Подключите оксигенатор к источнику кислорода с помощью стандартной кислородной трубки, вставив ее в отверстие для инфузии кислорода на оксигенаторе.
   6. Загрузите основную перфузионную ветвь контура в перистальтическую головку насоса.
   7. Подавайте кислород со скоростью 6 л/мин, вращая диск на кислородном баллоне.
   8. Добавьте 15 000 МЕ нефракционированного гепарина в резервуар контура.
   9. Убедитесь, что перфузионная ветвь контура зажата, а реперфузионная конечность открыта, так как пролитая кровь закачивается в резервуар для крови во время обескровливания. Активируйте центробежный насос в контуре SAAP, нажав кнопку START/STOP, и установите расход на любом уровне. Это позволит крови циркулировать, препятствуя свертыванию.
   10. Отметьте длину введения баллона, расположив его снаружи напротив анатомических ориентиров. Стремитесь к тому, чтобы баллон находился в проксимальном отделе грудной аорты.
   11. Промойте катетер SAAP и убедитесь, что к концентратору катетера прикреплен 3-ходовой запорный кран.
   12. Убедитесь, что баллон полностью спущен, и убедитесь, что катетер имеет 2-ходовой запорный кран в порту баллона.
   13. Предварительно наполните шприц объемом 60 мл раствором 0,1 мг адреналина (в 1 мл), 10 мл контрастного вещества и 49 мл физиологического раствора. Этим решением является болюсное закрытие аортального клапана (АВ), которое вводится непосредственно перед перфузией SAAP для предотвращения ретроградного наполнения левого желудочка.
   14. Наполните еще один шприц 15 мл физиологического раствора/контрастного раствора (1:1). Это будет использоваться для надувания баллона с катетером.
   15. Настройте перистальтический насос в контуре SAAP для подачи перфузата (насыщенной кислородом крови) со скоростью 10 мл/кг от массы тела животного, вручную запрограммировав насос с помощью кнопок «вверх» и «вниз» на диске насоса.
2. Доставка SAAP
   1. Введите катетер SAAP в оболочку 14 Fr в бедренной артерии на заранее определенную длину, присоедините шприц, предварительно заполненный 15 мл физиологического контрастного раствора, к порту баллона (рис. 2) и введите объем шприца для надувания баллона.
   2. Подтвердите размещение баллона с помощью рентгеноскопии.
   3. Подсоедините перфузионную конечность SAAP к катетеру SAAP, а периферическую перфузионную конечность — к венозному катетеру (рисунок 3).
   4. Закройте реперфузионный лимб контура SAAP, приложив к нему зажим, и откройте перфузионный лимб, сняв с него зажим (рис. 2).
   5. Прикрепите предварительно заполненный шприц объемом 60 мл с болюсом закрытия AV к боковому порту трехходового запорного крана в просвете артериального катетера SAAP (рис. 3) и быстро вручную введите весь объем шприца, после чего закройте боковой порт шприца.
   6. Немедленно откройте конечный порт запорного крана артериального порта.
   7. Запустите перистальтический насос в цепи SAAP, нажав кнопку RUN/STOP .
   8. Через шестьдесят секунд остановите перистальтический насос, нажав кнопку RUN/STOP .
   9. Сдуйте баллон SAAP, отсасывая весь объем из порта баллона SAAP.
   10. Перекройте поток к катетеру с помощью запорного крана в артериальном просвете катетера.
   11. Оцените САД и ритм ЭКГ.
       ПРИМЕЧАНИЕ: Если через 2 минуты после начала приема SAAP САД < 90 мм рт.ст., через SAAP можно вводить до 7 болюсов по 200 мл гепаринизированной пролитой крови или предварительно приобретенной цитратированной цельной крови для поддержания САД >90 мм рт.ст.
       1. Если для СААП используется накопленная кровь, необходима совместная инфузия с глюконатом кальция для предотвращения связывания цитрата кальция в миокарде. Введите глюконат кальция непосредственно перед перфузией SAAP с помощью шприца, прикрепленного к боковому порту 3-ходового запорного крана, подключенного к катетеру SAAP. Используйте 1 грамм глюконата кальция на упакованную единицу эритроцитов и 3 грамма на единицу цельной крови⁵.
       2. Если у животного развивается фибрилляция желудочков или желудочковая тахикардия, попробуйте провести дефибрилляцию, поместив лопатки на грудину и верхушку и, после разрешения персонала, установите контакт с животным.
          1. Продолжайте вентиляцию, непосредственно перед подачей удара отсоедините датчики давления от блоков преобразования сигнала - снова подключите их сразу после подачи удара.
          2. Нанесите удар током с помощью двухфазного дефибриллятора, начиная со 150 Дж, затем повторно оцените ритм в течение одной минуты. При наличии желудочковой тахикардии или фибрилляции нанесите еще до двух ударов давлением 200 Дж после одной минуты оценки ритма после каждого удара.
             ПРИМЕЧАНИЕ: Используемый здесь алгоритм дефибрилляции предназначен для двухфазного дефибриллятора, монофазные дефибрилляторы обычно требуют меньше энергии. Если выявлены другие сердечные ритмы - фибрилляция предсердий, ПЭА и т.д., не следует пытаться провести дефибрилляцию, и животное должно лечиться в соответствии с конкретным протоколом исследования.

7. Периферическая перфузия

ПРИМЕЧАНИЕ: После успешной реанимации SAAP, в зависимости от протокола исследования, дальнейшее замещение объема может быть продолжено периферически с использованием схемы SAAP.

1. Зажмите перфузионную конечность SAAP основной перфузионной конечности.
2. Убедитесь, что периферическая перфузионная конечность контура SAAP соединена с боковым рычагом катетера в бедренной вене, а запорные краны и трубки открыты.
3. Убедитесь, что в резервуаре SAAP находится соответствующая реанимационная жидкость и ее объем.
4. Убедитесь, что рециркуляционный лимб контура SAAP зажат.
5. Вливайте жидкость в соответствии с потребностями протокола, установив соответствующие настройки расхода на перистальтическом насосе.

8. Эвтаназия

1. В конце эксперимента усыпить животное путем введения >2 ммоль/кг хлорида калия в центральную вену и подождать 1 минуту асистолии.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Результаты

Артериальное давление корня аорты составляло 83/58 мм рт.ст. на исходном уровне и постепенно снижалось до 0-10 мм рт.ст. во время обескровливания. После начала безпульсовой электрической активности (ПЭА) была проведена СААП, во время которой систолическое артериальное дав...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Обсуждение

Адекватная оксигенация перфузата является критически важной способностью SAAP¹². Мы используем фильтр, который интегрирован с резервуаром. Фильтр подключается к кислородному баллону с помощью стандартной кислородной трубки. Поток кислорода подается в ок?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Материалы

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