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

Kardiyak Arrest Sonrası Hayvan Modelinde Ekstrakorporeal Kardiyopulmoner Resüsitasyon

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.

Yazar Spotlight: Yenidoğan Domuz Yavrusu Modeli Kullanarak Pediatrik Kalp Cerrahisini Simüle Etme

Uzun Süreli Dolaşım Durması Sonrası Ekstrakorporeal Kardiyopulmoner Resüsitasyonun Pediatrik Hayvan Modeli

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.

Pediatrik Hayvan Modelinde Kardiyak Arrest ve Resüsitasyon için Kardiyopulmoner Bypass (CPB) Devre Kurulumu

Başlamak için, dört ila altı günlük anestezi uygulanmış domuz yavrusunu sırt yaslanmış pozisyona getirin. Manşetli bir tüp kullanarak orotrakeal entübasyon yaptıktan sonra, uygun endotrakeal tüp yerleşimini doğrulamak için akciğer tabanlarını oskülte edin. Mekanik ventilasyonu ayarlayın ve ameliyat sırasında kalp atış hızı, kan basıncı ve oksijen satürasyonu aracılığıyla anestezi derinliğini sürekli olarak izleyin.Ventilasyon ve sedasyon parametrelerini gerektiği gibi ayarlayın. Daha sonra femoral artere 3 Fransız kateter yerleştirin, ardından damara 4 Fransız kateter yerleştirin. Ardından, hayvan ile makine arasında yeterli mesafeyi korurken CPB borusunu kısaltarak kurulan kardiyopulmoner baypas veya CPB devresini başlatın.Membran oksijenatör çıkışını ve pompa girişini bağlamak için bir boru köprüsü oluşturun. Tüm bağlantı noktaları kapatıldıktan sonra, devreyi 300 mikrolitre heparin salin solüsyonu ve 300 mililitre taze donör domuz kanı, ardından sodyum bikarbonat, heparin ve kalsiyum glukonat ile süpürün. CPB devresi hazır olduğunda, sol iç juguler veni ortaya çıkarın ve iğne kateterini içine yerleştirin.Benzer şekilde, kanülasyona hazırlanmak için sağ karotis arteri açığa çıkarın. Bir kan parlaması göründüğünde, kabın içine dikkatlice bir kılavuz tel yerleştirin. Telin üzerine ve kabın içine bir dilatör geçirin.Ardından dilatörü çıkarın. 8 Fransız venöz kanülünü yavaşça kabın içine yaklaşık dört santimetre geçirin ve kanülün yerinde kaldığından emin olarak teli çıkarın. Ardından, daha önce dilatasyon ile gösterildiği gibi sağ karotis artere 6 Fransız pediatrik arteriyel kanül yerleştirin.Son olarak, yeni yerleştirilen arteriyel kanül yoluyla intravenöz bir heparin bolusu uygulayın. Erişim sağladıktan sonra, her iki kanülü de hayvana sabitlemek için 3-0 emilebilir dikişler ve yanlışlıkla çıkarılmasını önlemek için bant kullanın. Kanülleri CPB devresine bağlayın ve devrede hava oluşmasını önlemek için bağlantı noktalarına heparin salin eklendiğinden emin olun.İlk akışı dakikada kilogram başına 80 ila 85 mililitre olarak ayarlayın. Kardiyak arresti indüklemek için dokuz milieşdeğer potasyum klorür uygulayın. Kalp durduğunda, hayvanı devreden izole edin.Ardından, 1.500 RPM'de dolaşmak için CPB devre akışını koruyun. Uygun kardiyak arrest koşullarına ulaştıktan sonra, domuz yavrusunu CPB devresine yeniden bağlayarak ekstrakorporeal kardiyopulmoner resüsitasyona başlayın. Periferik arteriyel erişim yoluyla üç mililitre kalsiyum glukonat ve altı mililitre sodyum bikarbonat uygulayın ve gerektiği kadar doz ekleyin.Damar kanülasyonu ve kardiyak arrestli KPB deneylerde %92 başarı oranı elde etti. MRG'ler, kontrole kıyasla kardiyak arrest hayvanlarında CPB'de erken beyin hasarının açık belirtilerini gösterdi. Akut difüzyon tensör görüntüleme yöntemi, enfarktüs belirtilerini diğer konvansiyonel MRG sekanslarına göre daha iyi tanımladı.

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 ...

Tıp