Определение сердечного выброса в модели свиньи для легочной перфузии ex vivo

Резюме

В этом протоколе описывается хирургическая техника, используемая для установки термодилюционного катетера через яремную вену у свиней для оценки сердечного выброса и обеспечения адекватной перфузии легких во время перфузии легких ex vivo (EVLP).

Аннотация

Из-за их физиологического сходства с человеком, свиньи используются в качестве экспериментальных моделей для перфузии легких ex vivo (EVLP). ЭВЛП — это метод, при котором легкие, не пригодные для трансплантации, перфузируются с помощью насоса экстракорпорального кровообращения для улучшения их функции и повышения жизнеспособности. Существующие протоколы ЭВЛП дифференцируются по типу перфузионного раствора и перфузионного потока, который варьируется от 40% до 100% от расчетного сердечного выброса (СО) в зависимости от площади поверхности тела (БСА). В приборах для измерения CO используются простые физические принципы и другие математические модели. Терморазведение в животных моделях продолжает оставаться эталонным стандартом для оценки CO из-за его простоты и легкости воспроизведения. Таким образом, цель данного исследования состояла в том, чтобы воспроизвести измерение CO методом терморазведения у свиней и сравнить его точность и достоверность с данными, полученными с помощью BSA, веса и метода Фика, для установления перфузионного потока во время EVLP. У 23 свиней в правую яремную вену был помещен катетер для термодилюции, а сонная артерия с той же стороны была канюлирована. Образцы крови были получены для газометрии, а CO был оценен с помощью терморазведения, скорректированной площади поверхности тела, принципа Фика и для каждой массы тела. CO, полученный с помощью BSA, был больше (p = 0,0001, ANOVA, Tukey), чем полученный другими методами. Мы приходим к выводу, что, хотя методы, использованные в этом исследовании для оценки CO, надежны, между ними существуют существенные различия; Таким образом, каждый метод должен быть оценен исследователем, чтобы определить, какой из них соответствует потребностям протокола.

Введение

В центрах трансплантации легких перфузия легких ex vivo (ЭВЛП) является инструментом, который помогает увеличить потенциал донорства легких, которые не соответствуют стандартным критериям трансплантации¹. Это достигается за счет сохранения и улучшения функциональности легких у доноров со смертью мозга или остановкой сердца, а также за счет оценки работоспособности легких перед трансплантацией ^2,3,4. При ЭВЛП насос экстракорпоральной циркуляции позволяет осуществлять перфузию легкого через мембранный газообменник и фильтр для улавливания лейкоцитов⁵.

На сегодняшний день описано несколько протоколов EVLP (Toronto, Lund и Organ Care System). Они различаются по типу используемого перфузионного раствора, по тому, остается ли левое предсердие открытым или закрытым во время перфузии, а также по потоку перфузии, который колеблется от 40% до 100% (в зависимости от используемой техники) от расчетного сердечного выброса (СО) донора ^6,7,8. CO – это количество крови, перекачиваемое сердцем в минуту⁹ и являющееся механизмом, с помощью которого поддерживается перфузия тканей. Таким образом, мониторинг CO обеспечивает надлежащее насыщение тканей кислородом. CO, произведение частоты сердечных сокращений на ударный объем, измеряется в литрах 10,11,12. Однако этот подход к поддержанию перфузии тканей также зависит от других факторов, таких как венозный возврат, использование периферического кислорода, системное сосудистое сопротивление, дыхание, общий объем крови и положение тела¹².

Существует несколько приборов для измерения и мониторинга СО, некоторые из которых используют простые физические принципы, а другие – математические модели. Эти методы включают в себя принцип Фика, термодилюцию (транспульмональное или литиевое разведение), анализ артериальной волны давления для оценки ударного объема (СО) и менее инвазивные методы, такие как допплерография или грудное биореактивное сопротивление. Однако ни одно устройство для мониторинга CO не может удовлетворить все клинические требования из-за ограничений соответствующей методики мониторинга^10,13.

Измерение CO с помощью транссердечного термодилюции является простым и легко воспроизводимым методом у свиней. Он предполагает размещение катетера с термистором в легочную артерию и введение объема жидкости с температурой ниже, чем у крови. Термистор обнаруживает изменения температуры с течением времени, которые затем строятся в виде кривой, площадь которой представляет минутный объем¹⁴. В различных исследованиях было показано, что для животных моделей EVLP CO может быть рассчитан по весу (100 мл/кг)¹⁵, терморазведению и методу Фика^10,13. Тем не менее, в клинике CO рассчитывается с использованием сердечного индекса (CI), который представляет собой CO, скорректированный по площади поверхности тела донора¹⁶. Тем не менее, нет исследований, сравнивающих эти методы на экспериментальных моделях свиней.

Цель данного исследования состояла в том, чтобы воспроизвести измерение CO методом терморазведения у свиней и сравнить его точность и достоверность с данными, полученными с помощью CO, скорректированного по BSA, весу и методу Фика для установления перфузионного потока во время EVLP.

протокол

Протокол (B09-17) был одобрен комитетом по биоэтике INER (Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias "Ismael Cosio Villegas"). Для этого исследования были использованы двадцать три клинически здоровые свиньи породы ландрас любого пола весом от 20 до 25 кг. С животными обращались в соответствии с техническими спецификациями по уходу и использованию лабораторных животных Официального мексиканского стандарта¹⁷ и Руководством по уходу и использованию лабораторных животных США¹⁸. Все животные были получены из Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias Ismael Cosio Villegas и содержались в индивидуальных клетках в идентичных условиях окружающей среды, обеспеченные водой и пищей ad libitum. У всех животных катетер термодилюции помещали в правую яремную вену, а артериальный катетер помещали в сонную артерию с той же стороны для сбора газов крови и последующего расчета угарного газа. Подробная информация об используемых реагентах и оборудовании приведена в Таблице материалов.

1. Подготовка к эксперименту

1. Разведите по 1000 МЕ гепарина в каждом из трех 250 мл 0,9% раствора натрия хлорида (физиологический раствор, SS).
2. Прикрепите датчики давления к монитору жизненно важных показателей. С помощью каждого датчика измерьте давление в соответствующем отверстии катетера для терморазведения.
3. Подключите гепаринизированные растворы к датчику с помощью безыгольной внутривенной инфузии. Убедитесь, что они освобождены и готовы к подключению к катетеру.
4. Извлеките катетер для терморазбавления из упаковки. Погрузите дистальный конец в 0,9% NaCl, чтобы проверить целостность баллона.
5. Проверьте проходимость дистальных и проксимальных катетерных соединений. Держите катетер на столе для хирургических инструментов до момента использования.

2. Подготовка животных

1. Введите 0,05 мг/кг атропина и 4 мг/кг тилетамин-золазепама внутримышечно всем свиньям в помещении для подготовки животных (в соответствии с утвержденными в учреждении протоколами).
2. Оставьте свиней в покое, но под наблюдением, пока они не станут лежачими и не останутся в этом положении без признаков возбуждения или реакции на ноцицептивные раздражители.
3. Поместите животное под действием седативных препаратов в положение лежа и вставьте катетер в краевую вену левого уха.
4. Переведите животное в операционную для проведения операции.
5. Поместите животное в дорсальное положение и введите 4 мг/кг пропофола внутривенно, 300 мкг/кг векурония бромида и 0,1 мг/кг фентанила внутривенно.
6. Опустите нижнюю челюсть свиньи с помощью сотрудников лаборатории, чтобы рот оставался открытым, а язык высунутым.
7. Распылите 10% лидокаин на голосовые связки, очистите скопившуюся слюну марлей, удерживаемой кольцевыми щипцами, и отделите надгортанник от гортанного отверстия.
8. Определите вход в трахею с помощью ларингоскопа и прямого лезвия No 3, затем введите эндотрахеальную трубку 7 Fr с баллоном.
9. Надуйте баллон и закрепите трубку на нижней челюсти после проверки ее размещения в дыхательных путях.
10. Подключите свинью к наркозному аппарату для поддержания состояния анестезии с помощью 2,5%-3% севофлурана (Рисунок 1).
11. Проветривать животное в режиме вентиляции с регулируемым объемом с частотой 25 вдохов/мин, дыхательным объемом 6-8 мл/кг веса, FiO₂% от 50%-70% для поддержания SaO₂ более 90%, триггером 2, положительным давлением в конце выдоха (PEEP) 5 смЧ₂O, коэффициентом вдоха 1:2 с и потоком на вдохе 15 л/мин и максимум 30 л/мин.

3. Установка катетера термодилюции и измерение сердечного выброса

1. Держите животное в дорсальном положении под общим наркозом и проведите антисептическую обработку шейного отдела йодоповидоном (рисунок 2). Сделайте парамедианный разрез диаметром 10 см с помощью карандаша с электрокаутеризацией и рассеките подкожную клетчатку, обнажив правую наружную яремную вену путем тупого рассечения.
2. Наложите два шелковых шва 2-0, один в дистальной части, а другой в проксимальной части рассеченного сосуда (Рисунок 3).
3. Вводите катетер экстракорпорально от места шеи к грудному отделу, где расположено сердце. Измерьте глубину введения с помощью разметки на катетере, чтобы добраться до легочной артерии (ПА). Перевяжите дистальную часть сосуда и поместите двойную петлю в проксимальную часть, чтобы зафиксировать катетер после введения.
4. Сделайте поперечный разрез 2 мм на вентральной части сосуда с помощью ножниц для радужной оболочки. Откройте края разреза с помощью москитных кровоостанавливающих щипцов Холстеда и вставьте катетер терморазведения 5Fr в правую яремную вену (рис. 4, рис. 5 и рис. 6). Направьте катетер в направлении легочной артерии (ЛТ), следуя кривым, отображаемым на мониторе.

4. Установка артериального катетера

1. После того, как вена рассечена и наложены опорные швы, сместите стерноцефальную мышцу (эквивалент грудино-ключично-сосцевидной мышцы) в сторону.
2. Рассекайте претрахеальную (стерноподъязычную) мускулатуру до тех пор, пока не обнажится сонная артерия.
3. Канюлюируют сонную артерию по аналогии с яремной веной и подключают ее к датчику давления для контроля системного артериального давления.

5. Оценка

1. После того, как катетер термодилюции будет помещен в правую яремную вену, а артериальный катетер будет помещен в сонную артерию с той же стороны, возьмите образцы для анализа газов крови.
2. Получите значения газов крови и оцените сердечный выброс (CO) с помощью метода термодилюции, площади поверхности тела и метода Фика.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения подробной информации о процедурах, пожалуйста, обратитесь к ранее опубликованным отчетам^19-21.

6. Статистический анализ

1. Анализируйте данные, демонстрирующие нормальное распределение, с помощью дисперсионного анализа (ANOVA) и выполняйте апостериорный тест Тьюки. Выражайте значения как среднее значение ± стандартной погрешности. Рассматривайте значения p <0,05 как указывающие на статистическую значимость.

7. Измерение терморазбавления

1. Введите 5 мл болюса холодного SS при 4 °C в проксимальный просвет катетера термодилюции менее чем за 4 с.
2. Наблюдайте за кривой терморазбавления (температура/время) на экране монитора. Кривая должна показывать быстрый подъем с последующим плавным и постепенным спуском к исходной линии, при этом числовые значения должны отображаться с одним или двумя знаками после запятой.
3. Повторите процесс болюсной инъекции с двумя дополнительными болюсами холодного SS до тех пор, пока кривые не станут действительными, аналогичными и в пределах 10% от среднего значения.
4. После подтверждения достоверности и схожести кривых рассчитайте среднее из трех значений и запишите его как итоговое значение CO в литрах в минуту. Получение CO и других индексов из кривой терморазбавления с помощью расчетов на основе уравнения Стюарта-Гамильтона²¹.

8. Определение скорректированного сердечного выброса по площади поверхности тела (BSA) или сердечному индексу

1. Чтобы определить скорректированный сердечный выброс (ДИ), рассчитайте площадь поверхности тела (БСА) по формуле Дюбуа-Дюбуа¹⁹:
   BSA = 0,007184 × (Рост (см)^0,725) × (Вес (кг)^0,425).
2. После получения BSA рассчитаем CI по формуле²⁰:
   CI = CO/BSA.
   ПРИМЕЧАНИЕ: CO определяется на шаге 7.

9. Оценка сердечного выброса по методу Фика

1. Чтобы рассчитать сердечный выброс (CO) по методу Фика, определите потребление кислорода (_VO2) и разницу в уровнях кислорода, получаемых из газов артериальной (SaO₂) и венозной (SvO₂) крови. Рассчитаем VO₂ по формуле²¹:
   VO₂ = CO x (SaO₂ - SvO₂).
2. Затем определите сердечный выброс по формуле²¹:
   CO = VO₂ / ([SaO₂ - SvO₂] × 10).

10. Оценка сердечного выброса на массу тела

1. Определить сердечный выброс на массу тела животных в соответствии с предыдущими отчетами ^8,15.
   ПРИМЕЧАНИЕ: В протоколе EVLP различные группы сообщили, что расчетный сердечный выброс (CO) на массу тела у свиней составляет 100 мл/кг ^8,15.

11. Эвтаназия

1. Усыпите всех животных с передозировкой пентобарбитала натрия (150 мг/кг/внутривенно) через оболочку яремной вены (в соответствии с утвержденными в учреждении протоколами) после завершения всех измерений.
2. Продолжайте общую анестезию и мониторинг сердца до тех пор, пока электрокардиография (ЭКГ) не покажет отсутствие электрической активности сердца^17,18.

Результаты

Все животные выдержали хирургическую процедуру и время обучения. У одного животного (4,3%) развился разрыв яремной вены из-за чрезмерного вытяжения во время введения катетера. Кроме того, ни у одного из поврежденных сосудов не было кровотечения. У исследуемых животных для достижения ПА т?...

Обсуждение

ЭВЛП у свиней имеет прямое применение в клинической практике человека, учитывая сопоставимость размеров, физиологии и геномной последовательности двух видов²². Согласно выбранному исследователем протоколу EVLP, измерение CO имеет важное значение для определения потока, нео?...

Материалы

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