cardiopulmonary bypass (cpb) circuit setup for cardiac arrest and resuscitation in pediatric animal model

Extracorporale cardiopulmonale reanimatie in diermodel na hartstilstand

Congenital heart disease (CHD) is the most prevalent congenital malformation, with about one million births impacted&#160;worldwide per year1. Though modern advances in cardiothoracic surgery (CTS) and intensive care treatment have improved mortality rates, comorbidities remain extremely common2,3,4,5. Neurodevelopmental abnormalities, including cognitive and motor impairments as well as learning disabilities, are reported in around 25%-50% of these patients6,7,8. Surgery during the first days of life, especially those that require circulatory and cardiac arrest (CA), has been demonstrated to increase morbidity9. Hemodynamic alterations during surgery may have an important effect on the vulnerable developing newborn brain. Experimental models are essential to better understand the origin of these abnormalities and investigate neuroprotective strategies to improve the prognoses of these patients.
The use of animal models to study this population has been widely documented5,10,11,12,13,14. Notably, piglets offer an excellent option, given close approximations in cardiac anatomy (Figure 1), genome, and physiology, as well as their relatively larger size in comparison to other animal models15 (Figure 2). The use of piglet models to study the effects of both cardiopulmonary bypass (CPB) and CA has been previously described. These experimental animal models are useful for studying hemodynamic changes and associated end-tissue organ complications14,16,17,18,19,20. These models were developed to allow researchers to study human conditions in a controlled setting, with flexibility for a variety of experimental conditions. Most studies report the use of central cannulation, a technique that demands advanced surgical skills, requires higher resource utilization, and makes it difficult to ensure long-term survival. Though previous studies have documented the use of piglets in studying CPB12,15, few have proposed the peripheral cannulation technique.
This new peripheral cannulation technique is easier, less aggressive, and more feasible when compared to other published studies19. Moreover, validating this technique in newborns and small animals is novel and should be considered for use by all researchers interested in using an animal model to study CHD and its associated comorbidities. It is particularly appropriate for individuals with access to a laboratory equipped with supplies, resources, and personnel experienced in conducting animal model experiments.
In summary, the main aim of this study is to describe and validate a neonatal piglet model of CPB with CA. The protocol aims to study severe brain damage and other possible complications of CPB surgery in a controlled setting with varying experimental conditions. This method provides a model that is generalizable, reliable, and of high quality, which can be used for a wide variety of experimental protocols.

Auteur in de schijnwerpers: simulatie van pediatrische hartchirurgie met behulp van een neonataal biggenmodel

Pediatrisch diermodel van extracorporale cardiopulmonale reanimatie na langdurige circulatiestilstand

Mortality rates for children with congenital heart defects have improved significantly in recent years given improvements in cardiac surgery. However, comorbidities remain extremely common, and that's the goal of our lab. We aim to investigate these comorbidities, uncover underlying causes, and develop preventative measures.Right now, we are studying neuro abnormalities that develop after cardiac surgery. This protocol offers a feasible and reproducible animal model of simulating pediatric cardiac surgery. So with that, researchers can use it as a base to test many different experimental conditions and a wide variety of other hypotheses.The peripheral cannulation technique for porcine cardiopulmonary bypass in our model is both practical and cost effective. Furthermore, it does allow a more reliable way to assess postoperative outcomes than the traditional central cannulation technique. The flexibility of our model encourages future work in congenital heart disease and comorbidity studies.For example, our lab is currently planning to expand this model to study real-time monitoring of cerebral parameters such as oxygenation status and cerebral blood flow.

Cardiopulmonale bypass (CPB) circuitopstelling voor hartstilstand en reanimatie in pediatrisch diermodel

Plaats om te beginnen de vier tot zes dagen oude verdoofde big in de dorsale ligpositie. Na het uitvoeren van orotracheale intubatie met behulp van een manchetbuis, ausculteert u de longbases om de juiste plaatsing van de endotracheale tube te bevestigen. Stel mechanische beademing in en controleer continu de diepte van de anesthesie tijdens de operatie door middel van hartslag, bloeddruk en zuurstofverzadiging.Pas de beademings- en sedatieparameters indien nodig aan. Breng vervolgens een 3 Franse katheter in de dijbeenslagader in, gevolgd door een 4 Franse katheter in de ader. Start vervolgens het cardiopulmonale bypass, of CPB, circuit dat is opgezet door de CPB-slang in te korten terwijl u voldoende afstand tussen het dier en de machine houdt.Maak een slangbrug om de uitstroom van de membraanoxygenator en de instroom van de pomp met elkaar te verbinden. Zodra alle aansluitpunten zijn afgedicht, veegt u het circuit schoon met 300 microliter heparine-zoutoplossing en 300 milliliter vers donorvarkensbloed, gevolgd door natriumbicarbonaat, heparine en calciumgluconaat. Zodra het CPB-circuit klaar is, legt u de linker interne halsader bloot en plaatst u de naaldkatheter erin.Leg op dezelfde manier de rechter halsslagader bloot om u voor te bereiden op canulatie. Zodra een bloedflits zichtbaar is, steekt u voorzichtig een voerdraad in het bloedvat. Draai een dilatator over de draad en in het vat.Verwijder vervolgens de dilatator. Rijg langzaam een 8 Franse veneuze canule ongeveer vier centimeter in het vat en verwijder de draad, zorg ervoor dat de canule op zijn plaats blijft. Plaats vervolgens een 6 Franse pediatrische arteriële canule in de rechter halsslagader zoals eerder aangetoond met dilatatie.Dien ten slotte een intraveneuze heparinebolus toe via de nieuw geplaatste arteriële canule. Gebruik na het bereiken van toegang 3-0 resorbeerbare hechtingen om beide canules aan het dier te bevestigen en tape om onbedoelde verwijdering te voorkomen. Sluit de canules aan op het CPB-circuit en zorg ervoor dat heparine-zoutoplossing wordt toegevoegd aan de aansluitpunten om te voorkomen dat er lucht in het circuit komt.Stel de beginstroom in op 80 tot 85 milliliter per kilogram per minuut. Om een hartstilstand te veroorzaken, dient u negen milli-equivalenten kaliumchloride toe. Zodra het hart is gestopt, isoleert u het dier van het circuit.Houd vervolgens de stroom van het CPB-circuit aan om te circuleren op 1.500 tpm. Nadat u de juiste hartstilstand heeft bereikt, begint u met extracorporale cardiopulmonale reanimatie door de big opnieuw aan te sluiten op het CPB-circuit. Dien drie milliliter calciumgluconaat en zes milliliter natriumbicarbonaat toe via perifere arteriële toegang, voeg indien nodig doses toe.De vaatcanulatie en CPB met hartstilstand behaalden een slagingspercentage van 92% in de experimenten. MRI's toonden duidelijke tekenen van vroege hersenbeschadiging in het CPB met dieren met een hartstilstand in vergelijking met controles. De acute diffusie-tensorbeeldvormingsmodaliteit identificeerde de tekenen van een infarct beter dan andere conventionele MRI-sequenties.

Research

JoVE Journal

Medicine

Cardiopulmonary Bypass (CPB) Circuit Setup for Cardiac Arrest and Resuscitation in Pediatric Animal Model

Pediatric Animal Model of Extracorporeal Cardiopulmonary Resuscitation After Prolonged Circulatory Arrest

Congenital heart disease (CHD) is the most prevalent congenital malformation, with about one million births impacted worldwide per year. Comprehensive ...