Имплантация беспроводного телеметрического устройства в модель овцы Фонтана для непрерывного и долгосрочного гемодинамического мониторинга

Резюме

Этот протокол описывает хирургическую методологию имплантации беспроводного телеметрического устройства для крупных животных для обеспечения непрерывного и долгосрочного сбора гемодинамических данных, включая частоту сердечных сокращений, артериальное давление, давление нижней и верхней полых вен и сердечный ритм.

Аннотация

В то время как процедура Фонтена значительно увеличивает продолжительность жизни пациентов с одним желудочком, хорошо известно, что образовавшееся кровообращение вызывает значительное бремя заболевания в долгосрочной перспективе как следствие хронически повышенного давления в центральных венах и снижения сердечного выброса. Хронические модели Фонтена на животных являются ценным активом для изучения поздних физиологических последствий, связанных с этой операцией, и необходимым инструментом для оценки будущих устройств, предназначенных для смягчения отказа Фонтена. Тем не менее, предыдущие попытки создания хронических моделей Фонтена были затруднены из-за низких показателей выживаемости. Кроме того, эффективный сбор гемодинамических данных представляет собой серьезную проблему при свободном передвижении животных. С этой целью использование беспроводных имплантируемых телеметрических систем обеспечивает новое решение для долгосрочного мониторинга сердечно-сосудистых данных в режиме реального времени. Этот протокол описывает методологию хирургической имплантации беспроводного телеметрического устройства в модель выживаемости овец по Фонтену, облегчающую непрерывную и непрерывную регистрацию нескольких гемодинамических параметров, включая частоту сердечных сокращений, артериальное давление и локализованное давление в нижней (IVC) и верхней полой вене (SVC). Телеметрические устройства имплантировали с канюляцией либо сонной артерии и внутренней яремной вены, либо бедренной артерии и вены, для размещения чувствительных к давлению катетеров в восходящей аорте и ВПВ или брюшной аорте и НПВ соответственно. Использование беспроводных телеметрических систем позволило осуществлять тщательный послеоперационный мониторинг после одноэтапной операции Фонтена, что способствовало улучшению благополучия и выживаемости животных.

Введение

Разработка процедуры Фонтена в 1971 году привела к значительному улучшению исходов у пациентов с одним желудочком¹. Целью данной операции является разделение системного и легочного венозного возврата к сердцу, тем самым увеличивая системную оксигенацию и снимая объемную нагрузку на системный желудочек. С момента его появления в хирургический подход были внесены многочисленные изменения. В настоящее время полное шунтирование правых отделов сердца чаще всего достигается путем этапной реконструкции ^2,3. Как правило, первый этап проводится в течение первой недели жизни⁴. Затем пациенты проходят второй этап, который состоит либо из процедуры Гленна, либо из метода Хеми-Фонтена, чтобы перенаправить кровоток из верхней полой вены (ВПВ) в легочную артерию (ЛП)⁵. Затем следует операция Фонтена, которая включает в себя создание экстракардиального канала или латерального туннеля между нижней полой веной (IVC) и PA⁶. Хирургические достижения, подобные тем, которые были сделаны на протяжении всей истории процедуры Фонтена, не могли бы быть достигнуты без^{использования животных моделей}.

В то время как процедура Фонтена значительно увеличивает продолжительность жизни пациентов с одним желудочком, хорошо известно, что возникающее кровообращение, которое функционирует без субпульмонального насоса, вызывает значительное бремя заболевания в долгосрочной перспективе в результате хронически повышенного центрального венозного давления (ЦВД) и снижения сердечного выброса 8,9,10,11,12 . Хронические модели Фонтена на животных являются ценным активом для изучения поздних физиологических последствий, связанных с^{этой операцией}. Активный сбор данных о сердечно-сосудистых параметрах, таких как CVP, частота сердечных сокращений и другие жизненно важные показатели, для фиксации послеоперационных гемодинамических изменений имеет важное значение для всесторонней оценки развивающейся патофизиологии. Кроме того, животные модели являются необходимым инструментом для проверки возможностей новых желудочковых вспомогательных устройств, предназначенных для смягчения гемодинамических недостатков циркуляции Фонтена in vivo 14,15,16,17,18,19.

Однако эффективный сбор данных представляет собой серьезную проблему. Методы на основе инвазивных катетеров ограничены их преходящим характером, связанными с процедурными рисками и невозможностью мониторинга состояния животного в течение длительных периодов времени. Более того, предыдущие попытки создать модель Фонтена крупного животного были затруднены низкими показателями выживаемости, предположительно из-за неспособности нормальных сердец адаптироваться к острому становлению циркуляции Фонтена ^7,20. С этой целью использование беспроводных телеметрических систем обеспечивает новое решение для долгосрочного сбора сердечно-сосудистых данных в режиме реального времени у свободно движущихся животных^21,22. Эти устройства также могут обеспечить тщательный послеоперационный мониторинг, что может привести к улучшению благополучия и выживаемости животных.

В данной статье мы опишем методологию успешной имплантации и использования беспроводной телеметрической системы²³ в модели овцы хронического Фонтана. Этот метод обеспечил надежное и надежное средство непрерывного сбора гемодинамических данных, позволяющее изучать венозное давление и другие ключевые физиологические параметры. Внедрение этой технологии в доклинические модели имеет решающее значение для углубления нашего понимания физиологии Фонтена и разработки новых терапевтических стратегий, направленных на улучшение долгосрочных результатов лечения пациентов с болезнью Фонтена.

протокол

Этот экспериментальный протокол был одобрен Комитетом по уходу за животными и их использованию Национальной детской больницы Исследовательского института Эбигейл Векснер (AR20-00121). Все процедуры проводились в соответствии с рекомендациями, изложенными в Руководстве Национального института здравоохранения по использованию и уходу за лабораторными животными. Это исследование проводилось в соответствии с рекомендациями «Исследования на животных: отчетность об экспериментах in vivo ». Овцы породы Дорсет весом 23-38 кг и возрастом от 2 до 12 месяцев содержались в специальной среде, свободной от патогенов, со свободным доступом к пище и воде в течение как минимум 1 недели до операции. Оборудование и реагенты, использованные в исследовании, перечислены в Таблице материалов.

1. Подготовка животных

1. За 1 неделю до операции ветеринарная бригада осмотрит овец, чтобы убедиться, что они могут безопасно проходить анестезию. Быстро оздоровить овец и лишить их воды за 12 ч до хирургического вмешательства.
2. Седативный препарат с комбинацией кетамина (4 мг/кг) и диазепама (0,5 мг/кг) вводится через внутреннюю яремную вену (IJ).
3. Брейте овец в соответствии с запланированной процедурой (подробно описано ниже) и над бедром для установки заземляющей прокладки электрокоагуляции. Очистите места операций спиртом.
4. Введите в трахею однопросветную эндотрахеальную трубку диаметром 8-9 мм.
5. Ввести орогастральный зонд для декомпрессии желудка и рубца.
6. Введите однопросветный венозный катетер (16-18 G) в правую яремную вену или боковую подкожную вену для непрерывного введения жидкости, непрерывной инфузии (CRI) пропофола и инъекции препарата по мере необходимости.
7. Поместите артериальный катетер (22-24 G) в ушную артерию для непрерывного мониторинга артериального давления.
8. Поместите манжету для измерения артериального давления на правую переднюю конечность для неинвазивного измерения артериального давления, зажим на ухе или языке для контроля насыщения кислородом и электрокардиограмму (ЭКГ) на всех четырех конечностях.
9. Во время процедуры следует поддерживать анестезию с использованием ингаляционного изофлурана 1%-3% со 100%_O2 и/или пропофола CRI (20-45 мг/кг/ч).
10. Асептически очистите места проведения операций с помощью препарата на основе хлоргексидина и наложите простыню стандартным стерильным способом.
11. Вводите цефазолин (25 мг/кг) для антибиотикопрофилактики перед разрезом и повторно дозируйте каждые 4 ч во время операции по мере необходимости.
12. Введите подкожное введение местного анестетика, такого как бупивакаин 0,25%, во все запланированные места разрезов до разреза.

2. Подготовка прибора телеметрии

1. Откройте программу телеметрии и включите устройство телеметрии с помощью магнитного переключателя, пока оно еще запечатано в оригинальной упаковке.
2. В программном обеспечении нажмите « Оборудование », расположенное на верхней панели, и выберите «Редактировать конфигурацию PhysioTel Digital (CLC) », чтобы назначить блок телеметрии контроллеру канала связи (CLC).
3. Как только CLC будет выбран, откроется страница «Сведения о CLC ». На этой странице нажмите «Поиск имплантатов», после чего начнется поиск устройств для имплантатов, включенных поблизости.
4. Нажмите кнопку Добавить , чтобы добавить единицу телеметрии в список Выбранные имплантаты . Теперь устройство будет отображаться в списке «Настроенные имплантаты» на странице сведений о CLC . Нажмите Сохранить и выйти.
5. Начните сбор данных, нажав кнопку « Воспроизвести » рядом с названием блока телеметрии на вкладке «Контроль выборки ». Автоматически откроется график, отображающий сбор данных в реальном времени.
6. Извлеките устройство из внешней упаковки и перенесите его в стерильную внутреннюю упаковку на операционный стол.
7. Обнулите устройство, пока оно остается во внутренней упаковке. Подождите, пока измерения с помощью устройства не станут стабильными в течение 30 с, и используйте значения стабилизированного непульсирующего среднего давления (NPMN) в качестве смещения.
8. В окне «Настройка темы» выберите значок настроек рядом с параметром, который обнуляется, и откройте вкладку «Смещения ». Введите значение смещения, полученное в результате измерений NPMN, в текстовое поле.
9. После ввода смещения проверьте, составляют ли показания NPMN 0 ± 0,1 мм рт.ст. Если нет, повторяйте шаг 2.7 до тех пор, пока значения не окажутся в желаемом диапазоне.
10. Выполните шаги 2.7-2.9 для обоих напорных каналов.
11. Перед введением катетеров, чувствительных к давлению, в кровеносный сосуд постучайте по наконечнику, чтобы определить соответствующий канал. На выходе сигнала будут заметны постукивания.
12. Используйте катетер, соответствующий каналу давления левого желудочка (ЛЖП) для измерения артериального давления и каналу артериального давления (АД) для измерения венозного давления.
13. На вкладке Стандартные атрибуты диалогового окна Атрибуты анализа артериального давления установите минимальную высоту пульса равной 1 мм рт.ст. для канала АД.

3. Метод 1: Канюляция бедренной артерии и вены

1. Брейте овец по широкому периметру вокруг правого паха и над животом и грудью.
2. Положите овцу лежа на операционный стол так, чтобы ее передние конечности были зафиксированы в сгибании с помощью гибкого тканевого ремня, а задние конечности были зафиксированы в разгибании с помощью завязки, чтобы обеспечить доступ к паху (рисунок 1A).
3. Сделайте поперечный разрез шириной 5 см в правой паховой области с центром пальпируемой бедренной артерии, примерно на 1 см ниже паховой складки.
4. Используя комбинацию электрокаутеризации и тупого рассечения, рассекайте через подкожную клетчатку до бедренного треугольника. Определите местонахождение бедренных сосудов путем пальпации артериального пульса.
5. Разделите мышцу сарториуса и длинную приводящую мышцу вдоль направления мышечных волокон, чтобы обнажить бедренные сосуды (рис. 1B).
6. Используя комбинацию тупого и острого рассечения, очистите соединительную ткань от бедренных сосудов по окружности.
7. Проведите шелковую завязку с двойной петлей 2-0 вокруг обоих сосудов проксимальнее и дистальнее места канюляции для временной перевязки сосуда.
8. Сделайте 6-сантиметровый поперечный разрез через кожу в правой нижней части живота, примерно на 3 см выше паховой складки.
9. Используя комбинацию электрокоагуляции и тупого рассечения, рассекайте подкожно-жировую клетчатку и соединительную ткань, чтобы создать карман размером 6 см x 4 см, поверхностный к наружной косой.
10. Вставьте телеметрическое устройство в подкожный карман и закрепите его на месте с помощью шелкового шовного материала 2-0 (рис. 1C).
11. Проведите туннель антенны телеметрического устройства под подкожную клетчатку и закрепите ее на месте с помощью шелкового шва 2-0.
12. Для размещения биопотенциальных (ЭКГ) отведений делают 1-сантиметровые встречные разрезы на коже над средней и нижней частью живота, а также нижней и верхней частью грудной клетки. Туннель подкожно соединить эти разрезы с карманом на теле аппарата и направить провода ЭКГ к их нужному расположению.
13. Поместите положительный электрод в подкожную клетчатку слева от нижней части грудины. Убедитесь, что силиконовая трубка снята, чтобы открыть кончик стальной проволоки под ней.
14. Поместите отрицательный электрод в подкожную клетчатку справа от верхней грудины.
15. Лишняя проводка для обоих проводов может быть свернута и закреплена в подкожном месте с помощью шелкового шва 2-0.
16. Создайте подкожный туннель от нижнего кармана брюшного устройства к паховому разрезу и проденьте через него два катетера давления.
17. Наложите кисетной шов с помощью полипропиленового шва 6-0 вокруг места канюляции бедренной артерии и вены, который можно закрепить с помощью пластикового жгута.
18. Заполните гелевые наконечники катетера несжимаемым гелем с высокой вязкостью, чтобы предотвратить коагуляцию внутри наконечников катетера и обеспечить отсутствие пузырьков воздуха.
19. Ввести дозу гепарина внутривенно (100 ЕД/кг) за 3 мин до канюляции.
20. Затяните проксимальный и дистальный отделы 2-0 шелковыми жгутами вокруг бедренной артерии. Аккуратно надрежьте сосуд в центре кисетного стежка скальпелем с лезвием #11 и слегка расширьте кончиком изогнутого гемостата.
21. Вставьте давящий катетер, соответствующий каналу LVP, и продвигайте его в брюшную аорту, ослабляя проксимальный шелковый жгут, чтобы обеспечить прохождение катетера. Затяните кисетный шов и завяжите его вокруг катетера.
22. Повторите шаги 3.20 и 3.21 для канюляции бедренной вены с помощью напорного катетера, соответствующего каналу АД, и введите его в абдоминальную НПВ (Рисунок 1D).
23. С помощью рентгеноскопии убедитесь, что кончики катетеров расположены правильно в НПВ и аорте.
24. Повторите приближение портновской мышцы с помощью рассасывающегося шва 2-0.
25. Закройте кожу глубокими дермальными и подкожными швами с помощью рассасывающихся швов 3-0 и 4-0 соответственно.

4. Метод 2: Канюляция сонной артерии и внутренней яремной вены

1. Брейте овец по широкому периметру вокруг левой шеи и вниз по грудь.
2. Расположите овцу в правом боковом пролежне на операционном столе так, чтобы левая передняя конечность была зафиксирована при сгибании с помощью завязки, чтобы обнажить грудную клетку (рисунок 2А).
3. Сделайте продольный разрез кожи шириной 5 см над левой сонной артерией и IJ веной, примерно на 7 см краниально от грудного входа.
4. С помощью электрокаутеризации рассекайте подкожно-жировую клетчатку, соединительную ткань и платизму, чтобы обнажить сосуды шеи (рисунок 2B).
5. Используя комбинацию тупого и резкого рассечения, очистите соединительную ткань от левой сонной артерии и IJ вены по окружности.
6. Проведите шелковую завязку с двойной петлей 2-0 вокруг обоих сосудов проксимальнее и дистальнее места канюляции для временной перевязки сосуда.
7. Сделайте продольный разрез 6 см у основания левой шеи между лопаткой и шейным отделом позвоночника.
8. Используя комбинацию электрокоагуляции и тупого рассечения, рассеките подкожно-жировую клетчатку и соединительную ткань, чтобы создать карман размером 6 см x 4 см, идущий к позвоночнику.
9. Вставьте телеметрический прибор в подкожный карман и закрепите его на месте с помощью шелкового шва 2-0.
10. Проведите туннель антенны телеметрического устройства под подкожную клетчатку и закрепите ее на месте с помощью шелкового шва 2-0.
11. Сделайте встречные разрезы кожи по 1 см у основания шеи, а также в нижней левой и верхней правой части грудной клетки, для размещения отведений ЭКГ. Туннель подкожно соединить эти разрезы с карманом на теле устройства и направить провода ЭКГ к их нужному месту (рисунок 2В).
12. Расположите провода ЭКГ аналогично описанным выше шагам для процедуры имплантации бедренной кости (раздел 3).
13. Создайте подкожный туннель от латерального кармана устройства к медиальному разрезу шейки и проденьте через него два катетера давления. Подготовьте эти катетеры давления с помощью геля перед канюляцией, как описано в процедуре имплантата бедренной кости.
14. С помощью полипропиленового шва 6-0 наложите кошельковый шов вокруг места канюляции на обоих сосудах и закрепите пластиковым жгутом.
15. Ввести дозу гепарина внутривенно (100 ЕД/кг) за 3 мин до канюляции.
16. Затяните проксимальный и дистальный отделы 2-0 шелковых жгутов вокруг сонной артерии. Аккуратно надрежьте сосуд в центре кисетного стежка скальпелем с лезвием #11 и слегка расширьте кончиком изогнутого гемостата.
17. Вставьте давящий катетер, соответствующий каналу LVP, и продвинуте его в грудную восходящую аорту, ослабляя проксимальный шелковый жгут, чтобы обеспечить прохождение катетера. Затяните кисетный шов и завяжите его вокруг катетера.
18. Повторите шаги 4.16 и 4.17 для канюляции левой вены IJ с помощью напорного катетера, соответствующего каналу АД, и введите его в грудной отдел ЖВК.
19. Подтвердите правильное расположение кончиков катетеров в грудной ВПК и восходящей аорте с помощью рентгеноскопии (Рисунок 2D).
20. Повторите аппроксимацию мышцы платизмы с помощью рассасывающегося шва 2-0.
21. Закройте кожу глубокими дермальными и подкожными швами с помощью рассасывающихся швов 3-0 и 4-0 соответственно.

5. Восстановление

1. Прекратить прием анестетиков. Извлеките орогастральный зонд и экстубируйте его, когда овца дышит без посторонней помощи аппарата искусственной вентиляции легких. Обычно это происходит после того, как овца проявляет признаки возбуждения (движение, моргание, реакция на болезненные раздражители, тонус челюсти, жевание).
2. Удалите артериальный катетер.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Непрерывный мониторинг артериального давления может быть обеспечен телеметрическим устройством, если один из его катетеров давления был помещен в аорту.
3. Переведите овец в изолированный жилой блок для выздоровления. Помогите овцам оставаться в лежачем положении на грудине, а затем, в конечном итоге, стоять.
4. Введите внутривенно банамин (2,2 мг/кг) и подкожно бупренорфин SR (0,03 мг/кг) при послеоперационной боли.

Результаты

Хирургические исходы
В общей сложности 13 овцам была выполнена одномоментная операция по методу Фонтена с полным каволегочным соединением с отслоением как ВПВ, так и НПВ от правого предсердия, прямым анастомозом ВПВ в ПА и размещением экстракардиального ко...

Обсуждение

Нами разработаны два хирургических метода имплантации беспроводного телеметрического устройства в модель овцы. Устройство было успешно имплантировано 5 овцам для достижения непрерывного, долгосрочного мониторинга и записи нескольких сердечно-сосудистых параметр?...

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
0.9% Sodium Chloride solution	Baxter Healthcare Corporation	Pharmacy	Intraoperative fluid resuscitation and wound rinse
16 G intravenous catheter	BD	382259	For fluid and drug administration
22 G intravascular catheter	BD	381423	For arterial  blood pressure monitoring
70% isopropyl alcohol	Aspen Vet	11795782	Topical cleaning solution
ACT cartridge	Abbot Diagnostics	03P86-25	Activated clotting time
Backhaus towel clamp	Medline	MDS1411111	To affix sterile drape
Banamine	Hospira Pharmaceuticals	Pharmacy	Postoperative pain control: concentration 50 mg/mL, dose 2.2 mg/kg
Blood pressure cuff	Royal Philips	9.89803E+11	Non-invasive blood pressure monitoring
Bupivacaine hydrochloride	Hospira Pharmaceuticals	Pharmacy	Local anesthetic: concentration 2.5 mg/mL, dose 2.5 mg/kg
Buprenorphine	Hospira Pharmaceuticals	Pharmacy	Postoperative pain control: concentration 0.3 mg/mL, dose 0.03 mg/kg
Castroviejo needle holder	Medline	MDS0750386	Needle holder when suturing blood vessels
Cautery cleaner pad	Cardinal Health	300-2SS	To clean cautery pencil tip
Cautery pencil	Medline	ESRK3002L	For dissection using electrocautery
Cefazolin	Hospira Pharmaceuticals	Pharmacy	Antibiotic prophylaxis
Cetacaine	Cetylite	220	Topical anesthetic spray for intubation
Chloraprep	BD	930825	Topical antiseptic
Debakey atraumatic forceps	Medline	MDS1130630F	For tissue handling
Diazepam	Hospira Pharmaceuticals	Pharmacy	Sedative: concentration 5 mg/mL, dose 0.5 mg/kg
ECG leads	3M	2570	ECG monitoring
Endotracheal tube, size 8-9	Covidien	86452, 86114, or 86454	To secure airway
Hartmann hemostatic forceps	Medline	MDS1221109	To clamp blood vessels and hold small sutures
Heparin	Hospira Pharmaceuticals	Pharmacy	Anticoagulant: 1,000 USP units/mL
Pressure transducer kit	Edwards Lifesciences	VSYPX12N	For arterial  blood pressure monitoring
Pulse oximeter lingual clip	Nellcor	PO736	For pulse oximetry
Isoflurane	Baxter Healthcare Corporation	Pharmacy	Anesthetic: dose 1-3%
Kantrowitz forcep (right angle)	Medline	MDS1243528	For blunt dissection around blood vessels
Ketamine	Hospira Pharmaceuticals	Pharmacy	Sedative: concentration 100 mg/mL, dose 4 mg/kg
Laparotomy drape	Medline	DYNJP3008	Sterile drape
Lubricating jelly	Medline	MDS0322273Z	Endotracheal tube lubricant
Mayo Hegar needle holder	Medline	MDS2418420F	Needle holder when suturing soft tissue
Mayo scissors	Medline	MDS0816121	To cut suture
Metzenbaum curved scissors	Medline	MDS3223226	For sharp dissection
Needles and syringes	Cardinal Health	309604	For intravenous and subcutaneous drug administration
Optixcare	Aventix	OPX-4252	Corneal lubricant
Perma-Hand silk suture	Ethicon	C016D	For blood vessel ligation and attachment of the telemetry device subcutaneously
PhysioTel Digital wireless telemetry device	Data Sciences International	L21 model	Wireless telemetry device implant
Pierce microforceps	Medline	MDG384908	Small needle handling
Plastic tourniquet and suture snare	Medtronic	79013	To facilitate hemostasis during vessel cannulation
Pressure bag	Carefusion	64-10029	For arterial blood pressure monitoring
Prolene 6-0 suture	Ethicon	8307H	Purse string stitch for vessel cannulation
Propofol	Fresenius Kabi	Pharmacy	Anesthetic: concentration 10 mg/mL, dose 20-45 mg/kg/h
Scalpel #10 blade	Medline	MDS15310	For skin incisions
Scalpel #11 blade	Medline	CISION11CS	For incision into blood vessels
Schnidt tonsil forceps	Medline	MDS5018719	For blunt dissection through subcutaneous tissue
SoftCarry stretcher	Four Flags Over Aspen	SSTR-4	For animal transportation
Sterile disposable OR towel	Medline	MDT2168201	Sterile drape
Sterile bowl	LSL Industries	5232	To hold saline solution
Sterile cotton X-ray detectable gauze sponge	Medline	NON21430LF	Fluid absorption
Orogastric tube	Jorgensen Lab, Inc.	J0348R	For stomach and rumen decompression
T-port	Medline	DYNDTN0001	Intravenous catheter tubing connector
Urine drainage bag	Covidien	3512	Connects to orogastric tube to collect gastric fluids
Veterinary trocar with stylet	Braintree Scientific, Inc.	TRO-STY 7B-12	To guide telemetry wires through subcutaneous tissue
Vicryl 2-0 suture	Ethicon	VCPB269H	Closure of subcutaneous soft tissue
Vicryl 3-0 suture	Ethicon	VCPB416H	Closure of deep dermal layer
Vicryl 4-0 suture	Ethicon	J494H	Closer of subcuticular layer
Warming blanket	Jorgensen Lab, Inc.	J1034B	To maintain animal's body temperature
Weitlander retractor	Teleflex Medical	165358	For wound retraction
Yankauer bulb tip suction	Medline	DYND50138	Sterile waste management