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

Extracorporeal Cardiopulmonary Resuscitation in Animal Model After Cardiac Arrest

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.

저자 스포트라이트: 신생아 자돈 모델을 사용한 소아 심장 수술 시뮬레이션

장기간의 순환 정지 후 체외 심폐 소생술의 소아 동물 모델

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.

소아 동물 모델에서 심정지 및 소생술을 위한 심폐 우회술(CPB) 회로 설정

먼저, 생후 4-6일 된 마취된 새끼 돼지를 등쪽 누운 자세로 눕힙니다. 커프가 있는 튜브를 사용하여 구강 삽관을 수행한 후 폐 기저부를 청진하여 적절한 기관내 튜브 배치를 확인합니다. 기계 환기를 설정하고 수술 중 심박수, 혈압 및 산소 포화도를 통해 마취 깊이를 지속적으로 모니터링합니다.필요에 따라 인공호흡기 및 진정 매개변수를 조정합니다. 그런 다음 대퇴 동맥에 3 프렌치 카테터를 삽입한 다음 정맥에 4 프렌치 카테터를 삽입합니다. 다음으로, 동물과 기계 사이의 충분한 거리를 유지하면서 CPB 튜브를 줄여 설정된 심폐 우회술(CPB) 회로를 시작합니다.멤브레인 산소 발생기 유출과 펌프 유입을 연결하는 튜브 브리지를 만듭니다. 모든 연결 지점이 밀봉되면 300마이크로리터의 헤파린 식염수와 300밀리리터의 신선한 기증자 돼지 혈액으로 회로를 청소한 다음 중탄산나트륨, 헤파린 및 글루콘산칼슘을 사용합니다. CPB 회로가 준비되면 왼쪽 내부 경정맥을 노출시키고 바늘 카테터를 삽입합니다.마찬가지로, 우측 경동맥을 노출시켜 캐뉼레이션을 준비합니다. 혈흔이 보이면 가이드 와이어를 혈관에 조심스럽게 삽입하십시오. 확장기를 와이어 위로 용기에 끼웁니다.그런 다음 확장기를 제거하십시오. 8개의 프랑스 정맥 캐뉼라를 약 4cm 정도 혈관에 천천히 끼우고 와이어를 제거하여 캐뉼라가 제자리에 유지되도록 합니다. 그런 다음 6 프랑스 소아 동맥 캐뉼라를 이전에 확장으로 입증한 것처럼 오른쪽 경동맥에 삽입합니다.마지막으로, 새로 배치된 동맥 캐뉼라를 통해 헤파린 볼루스를 정맥 투여합니다. 접근에 성공한 후에는 3-0 흡수성 봉합사를 사용하여 두 캐뉼라를 동물에 고정하고 실수로 제거되지 않도록 테이프를 붙입니다. 캐뉼라를 CPB 회로에 연결하고 회로에 공기가 유입되는 것을 방지하기 위해 연결 지점에 헤파린 식염수가 추가되도록 합니다.초기 유량을 분당 킬로그램당 80-85밀리리터로 설정합니다. 심장 마비를 유도하려면 9밀리 당량의 염화칼륨을 투여하십시오. 심장이 멈추면 동물을 회로에서 격리하십시오.그런 다음 CPB 회로 흐름을 유지하여 1, 500 RPM으로 순환합니다. 적절한 심정지 상태에 도달한 후 새끼 돼지를 CPB 회로에 다시 연결하여 체외 심폐 소생술을 시작합니다. 말초 동맥 접근을 통해 3 밀리리터의 글루콘산 칼슘과 6 밀리리터의 중탄산 나트륨을 투여하고 필요에 따라 용량을 추가합니다.심정지가 있는 혈관 캐뉼레이션 및 CPB는 실험에서 92%의 성공률을 달성했습니다. MRI는 대조군에 비해 심정지 동물과 함께 CPB에서 초기 뇌 손상의 명확한 징후를 보여주었습니다. 급성 확산 텐서 이미징 방식은 기존의 다른 MRI 시퀀스보다 경색의 징후를 더 잘 식별했습니다.

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 ...

연구

의학