Summary
이 프로토콜은 돼지의 상행 대동맥 밴딩에 대한 최소 침습 수술 절차를 설명합니다.
Abstract
심부전의 대형 동물 모델은 크기와 인간과의 생리학적 유사성으로 인해 새로운 치료 중재 개발에 필수적인 역할을 합니다. 압력 과부하로 인한 심부전, 상향 대동맥 밴딩의 모델을 만들기 위해 노력해 왔으며 여전히 관상 동맥 상부 상태이며 인간의 대동맥 협착증을 완벽하게 모방하지 않고 인간의 상태와 매우 유사합니다.
이 연구의 목적은 경피적으로 도입된 고충실도 압력 센서로 정밀하게 보정된 대동맥 밴드를 배치하여 좌심실 압력 과부하를 유도하는 최소 침습적 접근 방식을 입증하는 것입니다. 이 방법은 수술 절차(3R)를 개선하여 균질한 횡단 협착 구배와 그룹 내 변동성 감소를 나타냅니다. 또한 신속하고 사건 없이 동물을 회복할 수 있어 폐사율을 최소화할 수 있습니다. 연구 기간 동안 동물은 수술 후 최대 2개월 동안 경흉부 심초음파와 압력-부피 루프 분석을 사용하여 추적되었습니다. 그러나 원하는 경우 더 긴 후속 조치를 취할 수 있습니다. 이 대형 동물 모델은 신약, 특히 비대와 좌심실 압력 과부하와 관련된 구조적 및 기능적 변화를 표적으로 하는 약물을 테스트하는 데 유용한 것으로 입증되었습니다.
Introduction
심부전(HF)은 전 세계 수백만 명의 사람들에게 영향을 미치는 생명을 위협하는 질병으로, 사회적, 경제적으로 큰 영향을 미칩니다1. 중요한 병인 중 하나는 대동맥 판막 질환 또는 대동맥 협착증(AS)입니다. 대동맥 협착증은 고령기에 더 많이 발생하며 미국에서 두 번째로 흔한 판막 병변으로 꼽힙니다. AS 관련 사망률은 유럽에서도 증가했으며, 특히 최근 중재적 시술을 받을 수 없는 국가에서 증가했다2. 심방세공의 복잡성과 치료 혁신의 부족을 감안할 때, 인간의 상태를 재현하고 새로운 중재의 테스트를 용이하게 할 수 있는 신뢰할 수 있는 동물 모델이 절실히 필요하다3. 설치류 모델이 대형 동물 모델보다 많지만 후자는 크기와 생리적 유사성으로 인해 몇 가지 이점을 제공하여 인간이 사용할 수 있는 약물 용량 및 의료 기기를 테스트할 수 있습니다.
이 방법의 목적은 생물의학 연구에 사용되는 대부분의 대형 동물 종에 적용할 수 있는 상행 대동맥 밴딩(AAB)의 재현 가능한 모델을 확립하는 것입니다. 이 연구에서 절차는 3R 원칙(교체, 감소 및 정제4)을 준수하는 최소 침습적 접근 방식을 사용하여 돼지에서 입증되었습니다. 이 접근 방식은 정확한 압력 구배를 생성하여 높은 재현성을 제공합니다(잠재적으로 필요한 동물의 수를 줄일 수 있음). 또한, 작은 수술 절개(2-3cm)는 수술적 모욕을 최소화하여 흉골 절개술 및 더 큰 개흉술5 (정제)과 같은 보다 공격적인 접근법에 비해 동물의 웰빙을 개선한다. 또한, 문헌의 자세한 설명과 함께 방법의 비디오 데모를 제공하면 잠재적으로 훈련 목적으로만 사용되는 동물의 필요성을 줄여 동물 사용을 더욱 줄일 수 있습니다. 이 모델은 뚜렷한 성장률을 가진 다양한 돼지 균주/품종에 적용할 수 있으며 지속적인 압력 과부하를 유도하여 1개월 또는 2개월의 추적 관찰 후 상당한 비대를 유발합니다.
현재의 방법은 동물의 크기 변동성을 무시하고 고정 협착증6을 사용하거나, 고충실도 압력 센서보다 신뢰성이 떨어지고 신호 감쇠8에 취약한 유체 충전 압력 판독값7을 사용하여 기울기를 계산한다. 또 다른 접근법은 협착증 원위부(stenosis 5)에 대한 단일 압력 측정을 사용한다. 그러나 경피적으로 전달된 고충실도 압력 센서를 사용하여 동시 근위 및 원위 압력 신호를 통해 협착을 교정하면 프로토콜이 크게 최적화되어 그룹 균질성이 향상됩니다. 이 방법을 시각적으로 시연함으로써 다른 연구자들은 큰 장애물 없이 이를 복제할 수 있어야 하며, 3R 원칙의 적용을 촉진하는 동시에 이 모델의 가용성을 높일 수 있습니다.
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Protocol
동물 실험은 포르토 대학의 심혈관 연구 개발 센터(UnIC, Porto, Portugal)의 실험 수술 실험실에서 수행되었습니다. 기관 동물 윤리 위원회는 국가 동물 보건 당국(Direcção-Geral de Alimentação e Veterinária, DGAV, Ref: 2021-07-30 011706 0421/000/000/2021)에 따라 연구를 승인했습니다. 실험자들은 면허를 받았거나(FELASA와 동등한 실험실 동물 과학 승인) 흉부외과 의사 또는 마취과 의사였습니다. 이 작업에 사용된 동물은 Landrace x Pietrain 배경의 수컷이었고 DGAV(PTAH03)의 허가를 받은 사육사로부터 구입했습니다. 동물의 시작 체중은 20-25kg으로 최대 2개월의 추적 관찰이 가능했습니다(70-80kg, 그림 1). 추적 기간이 길어지면 동물이 크게 성장하기 때문에 인프라가 감당할 수 없습니다.
1. 마취 및 활력 징후 모니터링
- 선택한 동물을 하룻밤 동안 물과 함께 단식하십시오.
- 의식이 있는 동물의 무게를 측정하거나(동물 저울에 따라 걸을 수 있음) 도착 체중 및 예상 성장률을 기반으로 한 추정치를 사용합니다.
- 연장선(100cm)에 연결된 20mL 루어 잠금 주사기에 케타민(15mg/kg), 미다졸람(0.5mg/kg), 아자페론(4mg/kg)을 넣고 21G 바늘( 재료 표 참조)을 준비합니다. 주입 튜브의 죽은 부피를 설명할 수 있는 충분한 마취제가 있는지 확인하십시오.
- 돼지를 조용하고 안전한 환경(가능하면 일반적으로 빈 동물 관리실)에 격리하고 목이나 뒷다리 근육에 근육 주사를 통해 동물을 마취시킵니다(기관 프로토콜에 따름). 동물이 조용하고 어두운 곳에 있는지 확인하고 10-15분 정도 소요되는 누운 자세를 잃으면서 다치지 않도록 하십시오.
알림: 연장선을 사용하면 동물을 제지할 필요가 없습니다. - 동물이 누워있으면 마취된 동물을 들것에 눕히고 수술실로 옮깁니다(의식적인 체중 측정이 옵션이 아닌 경우 이 시점에서 동물의 체중을 측정하십시오).
- 캐뉼러를 삽입할 귀에 따라 동물을 오른쪽 또는 왼쪽 측면 욕창에 배치합니다. 클로르헥시딘과 알코올로 원을 그리며 귀를 여러 번 청소하십시오. 그런 다음 20G 정맥 카테터를 사용하여 가장자리 귀 정맥을 캐뉼링하고 부직포 접착제를 사용하여 고정합니다( 재료 표 참조). IV 카테터를 식염수로 미리 세척된 3포트 스톱콕 매니폴드에 연결합니다.
참고: 또는 표준 IV 주입 라인(드립 라인)과 비교하여 주입 펌프를 사용하면 유속(2mL/kg/h)을 정밀하게 조정할 수 있습니다. - 경피 펜타닐 패치(50μg/h)( 재료 표 참조)를 반대쪽 귀에 삽입합니다.
- 따뜻한 매트리스 위에 있는 방사선 투명 수술 테이블에 동물을 올려 놓고 제자리에 고정합니다(발을 수술 테이블에 고정하는 끈).
- 프로포폴 관류 라인을 3포트 스톱콕 매니폴드에 연결합니다. 마취 유지는 주사기 관류 펌프( 재료 표 참조)에 장착된 50mL 주사기를 통해 10-20mg/kg/h의 속도로 투여되는 프로포폴에 의해 제공됩니다.
- 프로포폴(4mg/kg)과 펜타닐(10μg/kg)( 자료표 참조)을 투여하여 무호흡을 유도하고 삽관을 허용합니다.
알림: 동물은 이 순간부터 무호흡 상태가 되며 기계적 환기를 설정해야 합니다. 계속하기 전에 산소 공급원을 사용할 수 있고 인공호흡기( 재료 표 참조)가 보정되어 환기할 준비가 되었는지 확인하십시오. - 반응성 상실을 확인한 후 한 사용자가 돼지의 입을 벌리고 혀를 바깥쪽으로 당기는 동시에 4번 Miller 블레이드( 재료 표 참조)가 있는 후두경을 사용하여 후두개를 식별하고 부드럽게 움직여 성대를 볼 수 있습니다. 기관내관을 직접 삽입하거나 부기와 기관내관을 먼저 그 위로 전진시킵니다. 일부 비외상성 장 겸자는 연구개를 움직이고 후두개에 접근하는 데 도움이 될 수 있습니다.
- 기관내 튜브 커프를 팽창시키고 마취 기계/인공호흡기에 연결합니다. 환기 매개변수를 일회 호흡량 8-10mL/kg, 분당 15-25회 호흡수, PEEP(호기말 양압) 5cm H2O로 조정합니다. 호기말 CO2 를 35mmHg에서 45mmHg 사이로 유지하기 위해 환기 매개변수를 조정합니다.
- SpO2 센서를 혀나 귀(최상의 신호가 나오는 곳)에 놓고 식도 온도 프로브를 놓고 ECG 전극을 부착합니다( 재료 표 참조).
- 각막 손상을 방지하기 위해 멸균 안과 윤활 연고를 바르십시오.
2. 동맥 캐뉼레이션
- 구개반사가 없고 심장 박동과 혈압이 일정하여 적절한 마취 깊이를 확보한 후 클로르헥시딘과 알코올로 사타구니 부위를 철저히 세척하고 원을 그리며 소독합니다. 동물을 천공 멸균 커튼( 재료 표 참조)으로 덮고 구멍은 대퇴 동맥 부위에 위치합니다(이전에 촉진 또는 초음파로 확인됨). 예방적 항생제로 세파졸린(25mg/kg)을 투여한다.
- 시술에 동물 회수(대동맥 밴딩)가 포함된 경우 이 시점부터 무균 기술을 사용하십시오.
알림: 터미널 절차(PV 루프 분석)인 경우 엄격한 무균 기술이 필요하지 않습니다. 그러나 멸균 방식으로 작업하는 것이 혈류역학적 측정에 영향을 줄 수 있는 감염을 피하는 데 유리합니다. - 펑크 부위를 확인하고 피하 1 % 리도카인으로 해당 부위에 침투합니다.
- 혈관 프로브를 사용하여 총대퇴동맥을 확인하고( 자료표 참조) 초음파 마커의 위치와 정확한 깊이를 확인합니다.
알림: 대퇴 동맥 천자는 특정 시스템에서 복면 양식을 사용하여 단축, 장축 또는 두 기술의 조합을 사용하여 수행할 수 있습니다. 그러나 우리 팀은 단축 접근 방식을 더 자주 사용합니다. - 조립하기 전에 도입기와 확장기를 헤파린화 식염수로 세척하여 도입기 덮개( 재료 표 참조)를 준비합니다. 확장기를 제거할 때 출혈을 방지하기 위해 도입기 측면 포트의 3방향 마개가 동물을 향해 꺼진 위치에 있는지 확인하십시오.
- 동맥 바늘(바람직하게는 초음파 바늘, 재료 표 참조)을 대퇴 동맥으로 전진시키면서 초음파를 사용하여 궤적을 모니터링합니다. 바늘 허브에서 나오는 동맥혈을 맥동시켜 확인할 수 있는 동맥 내강에 도달하면 J-tip 가이드와이어를 동맥으로 전진시킵니다. 가이드와이어의 올바른 도입은 초음파로 확인할 수 있습니다.
- 바늘을 제거하고 추가 출혈을 방지하기 위해 천자 부위에 압력을 유지한 다음 도입기 + 확장기(크기 6Fr, 길이 10cm) 어셈블리를 동맥으로 전진시킵니다. 확장기를 제거하고 측면 포트에서 흡입하고 멸균 식염수로 순차적으로 세척하여 도입기의 위치를 확인합니다.
- 혈압 모니터링을 위해 대퇴 동맥 도입기의 측면 포트에 동맥 압력 라인을 연결합니다. 압력 변환기 높이가 오른쪽 심방 높이에 있고 대기압이 0인지 확인하십시오.
- 좌심실 카테터가 삽입될 때까지 멸균 드레이프로 도입기를 덮습니다.
3. 상행 대동맥 밴딩(준비)
- 동물의 위치를 약간 오른쪽 측면 욕창으로 조정하고 왼쪽 앞발을 들어 올립니다.
- 심장 초음파 변환기( 재료 표 참조)를 사용하여 상행 대동맥의 위치를 찾고 절개 부위를 표시한 후 클로르헥시딘과 알코올로 동물의 가슴을 원을 그리며 철저히 소독합니다.
- 멸균 커튼으로 동물을 덮으십시오.
- 충분한 진통을 보장하기 위해 펜타닐 볼루스(10μg/kg)를 투여합니다. 마취 및 진통의 깊이를 확인하려면 첫 번째 절개 시 손바닥 반사가 없고 심박수나 혈압에 변화가 없는지 관찰합니다.
- 3/4늑간 공간 수준에서 2-3cm의 피부 절개를 하고 늑간 공간에 도달할 때까지 밑에 있는 근막과 근육층을 절개합니다.
- 동물이 폐 손상을 피하기 위해 PEEP 없이 강제 호기 상태에 있는 동안 뭉툭한 가위를 사용하여 흉부에 들어갑니다.
- 견인기를 최대 3cm까지 배치할 수 있도록 절개 부위를 늘립니다.
- 리브를 집어넣고 기본 구조를 시각화합니다. 올바른 위치에 절개하면 폐동맥이 잘 보여야 합니다. 대동맥은 대동맥 뒤쪽에 있습니다.
- 최소 침습 심장 수술 겸자와 가위를 사용하여 심낭을 열고 습식 멸균 거즈를 사용하여 대동맥의 시야를 덮고 있는 좌심방과 폐 조직을 수축시킵니다.
알림: 심방 세동을 유발할 수 있으므로 왼쪽 심방을 너무 많이 조작하지 마십시오. 이러한 증상이 발생하고 저절로 해결되지 않으면 전기 심율동전환을 시행하십시오. - 횡방향 심낭동에 도달할 때까지 대동맥을 폐동맥에서 조심스럽게 분리합니다. 이것은 밴딩 재료가 통과하는 채널입니다.
참고: 상행 대동맥의 밴딩을 위해 동물의 크기와 추적 기간에 따라 여러 재료를 사용할 수 있습니다. 성장이 제한적이거나 추적 기간이 짧은 동물의 경우 나일론 케이블 지퍼 타이를 사용할 수 있으며(저렴한 옵션), 더 빠르게 성장하는 동물 및/또는 더 긴 추적 기간의 경우 티타늄 클립으로 고정된 혈관 보철물을 사용하여 밴드 내재화를 피할 수 있습니다(아래 섹션에서 자세히 설명)( 재료 표 참조). - 옵션 1 (나일론 케이블 지퍼 타이) :
- 나일론 밴드 끝에 꼭 맞을 만큼 작은 루멘으로 멸균 플라스틱 튜브의 ~10cm 부분을 자릅니다.
알림: 멸균 튜브와 나일론 밴드는 이전에 에틸렌 옥사이드 멸균 또는 포름알데히드에 최소 24시간 동안 담가 멸균되었습니다. - 90° 곡선 겸자를 사용하여 플라스틱 튜브(나일론 밴드에 대한 비외상 가이드 역할)를 대동맥과 폐동맥(근위부) 사이의 공간에서 대동맥과 우심방(원위부) 사이의 공간으로 이전에 생성된 경로를 통해 대동맥 주위로 통과시킵니다. 손가락으로 촉진하면 집게가 올바른 경로를 통과하도록 안내하는 데 도움이 될 수 있습니다.
- 폐동맥이나 우심방에 너무 많은 부담을 주면 혈역학적 불안정이 발생할 수 있으므로 주의하십시오. 이 단계에서 활력 징후에 세심한 주의를 기울여 장기간의 전신 저혈압을 피하십시오.
- 플라스틱 가이드가 말단부에 보이면 티슈 집게로 잡고 대동맥 주위를 조심스럽게 당겨 나일론 밴드를 가져옵니다. 대동맥을 조이지 않고 나일론 밴드의 양쪽 끝을 연결합니다.
- 나일론 밴드 끝에 꼭 맞을 만큼 작은 루멘으로 멸균 플라스틱 튜브의 ~10cm 부분을 자릅니다.
- 옵션 2 (ePTFE 이식편)
- 5mm 40cm 길이의 이식편을 ~10cm 멸균 ePTFE 이식편으로 자릅니다.
- 90° 곡선 집게를 사용하여 이식편을 다루고 대동맥 주위로 통과시킵니다. 3.11.2단계와 3.11.3단계를 참조하십시오.
- 대동맥 카테터 삽입을 용이하게 하기 위해 밴딩 부위에 방사선 불투과성 마커( 재료 표 참조)를 배치합니다.
- 늑간 공간을 젖은 거즈와 멸균 커튼으로 덮습니다.
4. 좌심실(LV)/대동맥 카테터 삽입
- 헤파린을 투여한다(200 U.kg-1).
참고: 혈관 내 시술은 혈전 형성 및 원위 색전술의 위험과 관련이 있는 반면, 헤파린 투여는 대동맥에 대한 수술 접근 중에 과도한 출혈을 유발할 수 있습니다. 따라서 LV/대동맥 카테터 삽입은 대동맥에 접근하고 밴딩을 삽입한 후에 수행됩니다. - 이중 지혈 밸브 어댑터 또는 별 모양의 지혈 밸브를 6 Fr MP1 가이드 카테터( 재료 표 참조)에 연결하고 헤파린화 식염수로 세척합니다. 가이드 카테터에 260cm 0.035인치 J-팁 가이드와이어를 미리 로드합니다. 대퇴 동맥초를 통해 이 어셈블리를 소개합니다.
알림: 표준 교차 절단 지혈 밸브를 통해 두 개의 고충실도 압력 센서(HFPS)를 전진시킬 때 출혈 위험이 있을 수 있습니다. 또 다른 접근법은 두 개의 별도 가이드 카테터를 사용하는 것이지만 두 번째 동맥 접근 부위가 필요합니다. 출혈 문제와 추가 접근 부위의 필요성을 모두 해결하기 위해 이중 포트 지혈 밸브 또는 별 모양의 지혈 밸브를 선택할 수 있습니다. 이러한 대안은 출혈 문제를 해결하고 추가 액세스 포인트에 대한 요구 사항을 제거합니다. 가이드 카테터가 동맥초를 통해 전진하면 카테터의 측면 포트에서 혈압 측정이 허용되지 않는다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 혈압을 측정하려면 대신 동맥선을 가이드 카테터의 지혈 밸브 어댑터의 측면 포트에 연결해야 합니다. - 가이드와이어를 전진시키고 형광 투시 유도에 따라 카테터를 상행 대동맥으로 안내합니다. 대동맥 판막이 확인되면 가이드 와이어로 조심스럽게 교차하고 가이드 카테터를 LV에 삽입합니다. 필요한 경우 조영제를 사용하여 해부학적 위치를 쉽게 지정할 수 있습니다. 압력 트레이스를 확인하여 LV 위치를 확인하십시오.
- 가이드 카테터를 LV에 남겨둔 상태에서 가이드와이어를 제거합니다. 흡입 후 카테터를 세척하고 카테터에 기포가 없는지 확인합니다.
- 이중 지혈 밸브의 포트 중 하나를 통해 이미 보정된 HFPS를 LV로 전진시킵니다. 멸균 펜으로 카테터 본체에 표시를 하여 가이드 카테터 팁에서 언제 나오는지 알 수 있습니다. 또는, 명확한 심실 압력 신호의 확인은 가이드 카테터를 빠져 나갔다는 신호입니다(HFPS가 가이드 카테터 내부에 있는 동안 신호 간섭이 관찰됨).
- 이중 지혈 밸브의 다른 포트를 통해 두 번째 HFPS를 LV로 진행시킵니다.
- HFPS 중 하나를 LV에 남겨둔 상태에서 가이드 카테터를 밴딩 부위에 놓인 방사선 불투과성 마커 원위부로 상행 대동맥으로 다시 당깁니다. 압력 트레이스를 사용하여 카테터 위치를 확인합니다.
알림: HFPS는 기록 시스템에 연결하고 압력 센서가 평형을 이룰 수 있도록 사용하기 전에 최소 30분 동안 멸균 식염수에 넣어야 합니다. HFPS를 가이드 카테터에 도입하기 전에 센서를 멸균 식염수 표면에 배치하여 압력이 0이 되도록 하십시오. - 혈관 접근 부위를 멸균 드레이프로 덮고 흉부로 이동하여 대동맥을 수축시킵니다.
5. 상행 대동맥 밴딩(수축)
- 나일론 밴드(옵션 1) 또는 ePTFE 이식편(옵션 2)을 약간 당겨 HFPS가 올바른 위치에 있는지 확인합니다 - LV 압력은 올라가야 하지만 밴딩 원위부(방사선 불투과성 마커)의 대동맥 압력은 증가하지 않아야 합니다.
- 카테터 위치가 잘못된 경우 HFPS의 위치를 조정하여 수축 부위에 대한 근위 및 원위 압력이 명확하게 기록되도록 합니다.
- 옵션 1: 나일론 밴드가 대동맥 주위에 꼭 맞을 때까지 닫습니다.
- 나일론 밴드를 한 번에 한 딸깍 소리 씩 닫으면서 압력을 면밀히 모니터링합니다. 클릭할 때마다 압력이 안정화될 때까지 기다립니다.
- 원하는 압력 구배에 도달할 때까지 나일론 밴드를 서서히 닫습니다. 목표는 약 100mmHg의 기울기이며 좌심실 이완기 말단 압력이 25mmHg를 초과하지 않도록 합니다.
알림: 달성된 기울기가 100mmHg 미만(즉, 90-95mmHg 사이)인 경우 나일론 밴드를 더 이상 조이지 마십시오. 이 상황에서는 과도하게 조이지 않는 것이 중요합니다. 그러나 절차 중 또는 안정화 후 나일론 밴드가 실수로 과도하게 조여진 경우 뼈 절단기( 재료 표 참조)를 사용하여 나일론 밴드를 절단한 다음 이전 절차(3.11단계 및 5.3단계)를 반복하여 적절한 압력 구배를 재조정하고 달성할 수 있습니다. - 주변 구조물의 우발적인 손상을 방지하기 위해 나일론 밴드 끝에 멸균 플라스틱 튜브 조각을 놓습니다.
- 옵션 2: 압력을 모니터링하면서 ePTFE 말단을 근사화하고 45° 겸자를 사용하여 밴드를 수축시켜 수축의 상대적 위치를 추정합니다.
- 티타늄 헤모클립을 집게 위치에 놓습니다(ePTFE 이식편의 두 끝을 고정하면 자국이 남아 헤모클립 위치를 안내하는 역할을 합니다).
- 압력 구배를 확인하십시오. 그라데이션이 최적이면 이전 헤모클립 바로 위에 두 번째 헤모클립을 배치하여 이전 헤모클립 위치를 확인합니다(이렇게 하면 수축이 증가하지 않지만 클립의 말단 미끄러짐을 방지할 수 있음).
- 그라데이션이 충분하지 않은 경우 이전 클립 아래에 추가 클립을 배치합니다(대동맥을 더 수축). 그라데이션이 최적이 될 때까지 이 작업을 수행합니다. 그라디언트가 너무 크면 클립 적용자를 사용하여 클립을 제거하고 다른 클립을 더 멀리 배치합니다.
- 흉부에 이식편 재료가 너무 많지 않도록 ePTFE 이식편의 끝을 다듬고 이식편의 원위 이동을 방지하기 위해 5.0 봉합사( 재료 표 참조)를 사용하여 이식편을 대동맥의 근위부에 봉합합니다.
- 밴딩을 배치한 후 15분 동안 기다렸다가 압력을 안정화하고 기울기가 최적으로 유지되는지 또는 변형 및 급성 파손이 설치되는지 확인합니다. 저혈압이 자발적으로 해결되지 않고 발생하면 LV가 보상되지 않을 가능성이 매우 높으므로 밴딩 완화가 필요합니다.
- 3-0 PDS II 봉합사를 사용하여 심낭을 닫습니다( 재료 표 참조).
- 흉부 배액관을 놓고 수술용 흡인기에 연결합니다. PEEP를 10cmH2O로 증가시켜 무기폐를 앓고 있는 폐를 모집하기 시작합니다.
- 3-0 PDS II 봉합사를 사용하여 흉벽을 여러 겹으로 봉합합니다.
- 흉부 배액관을 제거하면서 마지막 근육 봉합을 닫고 고압으로 호기 종료 시 환기를 중지합니다(수동으로 20-30cmH2O로 조정).
- 정상적인 환기를 재개하고 요오드-포비돈으로 수술 상처를 씻어낸 후 피내 패턴의 3-0 PDS II 봉합사를 사용하여 피부를 닫습니다.
- Mikro-cath( 재료 표 참조)를 제거하고 절차 중 압력 드리프트를 설명하기 위해 표면 압력을 확인합니다.
- 가이드 카테터를 제거합니다.
- 도입기 덮개를 제거하고 수동 압박을 적용하여 동맥 절제술을 닫습니다. 액세스 사이트에 최소 10분 동안 압축을 적용합니다. 천천히 압력을 제거하고 출혈이나 혈종 형성이 없는지 확인하여 지혈 부위를 평가합니다.
- 필요한 경우 흡수성 봉합사를 사용하여 천자 부위에 바늘을 놓습니다.
알림: 필요한 경우 이때 빠른 경흉부 심초음파를 통해 심장 기능이 양호한지 확인하고 대동맥 압력 구배를 추정할 수 있습니다. 압력 구배가 고충실도 압력 센서로 측정되었기 때문에 필수는 아니지만, 에코 파생 구배를 사용하여 모델을 임상 데이터와 비교할 수 있습니다. 수술로 인해 이미지 품질이 저하됩니다. - 마취를 중단하고 자발적 환기가 감지되면 동물을 발관합니다. 인공호흡기에서 동물을 분리하고 기관내 튜브를 통해 적절한 공기 흐름이 느껴지고 말초 산소 공급이 손상되지 않았는지 확인합니다.
- 필요한 경우 Guedel을 발관하고 배치하십시오.
- 말초 정맥 카테터를 제거합니다.
- ECG/심박수 및 말초 산소 공급을 모니터링하면서 최소 15분 동안 동물을 모니터링하십시오.
- 안정되면 주변 온도가 상승된 깨끗한 회수 펜으로 동물을 데려가십시오. 휴대용 생체 신호 장치( 자료표 참조)를 사용하여 동물이 의식을 회복할 때까지 심박수와 포화도를 지속적으로 모니터링합니다.
- 원하는 기간 동안 동물을 추적하고 경흉부 심장 초음파 또는 압력 부피 루프 분석을 수행하여 심장 기능을 결정합니다.
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Representative Results
이 모델의 초기 개발 당시 사망률은 약 30%였으며, 동물들은 밴드링 후 급성 심부전과 수술 합병증으로 사망했습니다. 그러나 모델이 확립된 후 수술 합병증이 덜 흔해졌고 사망률은 약 15%로 떨어졌습니다. 발생한 2건의 사망은 박리 중 대동맥 파열로 인한 것이었다.
고충실도 압력 센서를 사용하면 고품질 압력 신호를 얻을 수 있으므로(그림 2) 협착을 실시간으로 정확하게 보정할 수 있습니다. 이를 통해 수술된 모든 동물이 비슷한 정도의 좌심실 압력 과부하를 경험하여 그룹 내 변동성을 줄일 수 있습니다. 또한 카테터 자체에는 2.3F 샤프트가 있어 더 큰 유체 충전 카테터에 비해 흐름 방해에 미치는 영향이 최소화됩니다. 초기 투자 후 카테터를 여러 번 재사용할 수 있으며 멸균이 필요한 경우 에틸렌옥사이드를 사용할 수 있습니다(일반적으로 병원의 외과 부서와 협력하여 사용 가능).
경협 구배는 좌심실(근위압)과 원위 대동맥(원위압) 사이의 압력 차이를 측정하는 소프트웨어에 의해 실시간으로 계산될 수 있습니다. 각 수축 단계 사이에 몇 분 동안 안정화를 하면 좌심실이 적응할 시간을 가질 수 있습니다. 원하는 수축 정도를 결정한 후 밴딩 정도가 안정적으로 유지되고 동물이 보상되도록 15분의 안정화 기간을 적용해야 합니다(그림 2A).
이 접근법은 경협 구배를 실시간으로 측정하지 않고 모든 동물 간에 유사한 구배를 갖는 균질성(7마리의 수술된 동물에 대해 각각 92.3 ± 2.3mmHg, 평균의 평균 및 표준 오차)과 좌심실 압력의 엄격한 모니터링이 부족한 다른 방법론보다 우수합니다. 또한 이 접근법은 돼지, 특히 흉골이 더 크게 돌출된 베트남 배불뚝이 돼지와 같은 특정 품종에서 경흉부 심장 초음파를 수행하는 것과 관련된 어려움을 피할 수 있습니다.
경흉부 심장 초음파는 수술 직후와 추적 시점 모두에서 대동맥 밴드를 확인할 수 있습니다(그림 3). 밴딩 수술은 난류에 의한 대동맥의 상당한 협착을 초래하며, 이는 연속파 도플러를 사용하여 정성적으로 평가하거나 정량화할 수 있습니다. 그림 2 는 2개월 추적 심장 초음파의 대표적인 이미지를 보여주며, 유의한 대동맥 협착증(윗줄)과 좌심실 동심원 비대(중간 및 아래 줄)를 보여줍니다. 밴딩 후 2개월이 지나면 동물은 상당한 심장 비대가 발생합니다. 거시적 평가 결과 심장이 더 크고 좌심실 벽이 더 두꺼워졌습니다(그림 4). 2개월의 추적 기간은 사용된 동물의 성장 속도에 따라 결정되었는데, 추적 기간이 길어지면 동물이 너무 커서 인프라에서 처리할 수 없기 때문입니다.
그림 1: 대동맥 밴딩 프로토콜의 개략도. 20-25kg의 수컷 돼지를 받은 후 동물은 1주일의 격리 기간을 거칩니다. 시술 당일에는 동물을 마취하고, LV와 대동맥을 카테터로 삽입하고, 고충실도 압력 센서를 삽입한 후 대동맥 밴딩 및 동물 회수를 실시합니다. 전체 절차는 숙달되면 약 2시간 동안 지속됩니다. 수술 2개월 후, 동물은 샘플 수집 및 생리학적 변수 측정을 포함한 최종 평가를 받게 됩니다. AB-대동맥 밴딩, Ao-대동맥, LV-좌심실, PV-압력-용적, RHC-우측 심장 카테터 삽입, US-초음파. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 대동맥 밴딩 중 압력 측정. (A) 대동맥 밴딩 중 LV 및 대동맥(밴딩 원위부) 압력의 대표적인 흔적. 수축 전(B)과 후(C) 좌완 및 대동맥압을 확대하여 구배 생성(최대 수축기 좌완과 대동맥압의 차이)을 보여줍니다. (D) 심실 압력 센서의 분리, 대동맥 근위부에서 밴딩으로 전환, 대동맥 원위부에서 밴딩으로 전환. AP-동맥압, LVP-좌심실압, MC-하이파이 압력 센서. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 경흉부 심장 초음파. 수술 후 2개월에 추적 관찰한 결과 대동맥의 상당한 협착증이 발견되었습니다(검은색 화살표, 윗줄). LV 비대는 2D(흰색 화살표, 중간 줄)와 동심원 비대(흰색 화살표, 맨 아래 줄)를 보여주는 M 모드 모두에서 분명합니다. 수직 막대는 3cm에 해당하며 2D PSAX 이미지는 15cm 깊이에서 획득되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 심장의 사후 거시적 분석. 대동맥 밴딩은 LV 벽의 명확한 비대와 함께 심장 비대증으로 이어집니다. 심장 조각은 왼쪽에서 오른쪽으로 베이스, 중간 캐비티 및 정점입니다. 심낭 유착은 심외막 전체에 걸쳐 볼 수 있습니다. 눈금 막대는 1cm(위쪽 줄)와 4cm(아래쪽 줄)를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
최근 몇 년 동안 여러 연구에서 외과적 대동맥 밴딩을 좌심실 압력 과부하 및 심부전(하행9 에서상행 대동맥 10)에 대한 모델로 활용하여 연구자들이 특정 요구에 맞는 다양한 표현형을 얻을 수 있도록 했습니다. 이러한 모델을 사용하려면 값비싼 장비와 전문 지식이 필요하지만 이러한 모델이 제공하는 정보는 매우 중요합니다. 돼지는 크기와 인간의 심장과 유사하기 때문에 이상적인 모델11 역할을 하며 이종 이식을 위한 장기 기증자로서 윤리적으로 인정받고 있다.
이 방법의 주요 중요한 단계는 대동맥을 절개하고 그 주위에 밴딩 재료(나일론 케이블 또는 ePTFE 이식편)를 배치하는 것입니다. 이 단계에서 주변 구조물 또는 대동맥 자체의 열상 또는 파열을 포함하여 여러 합병증이 발생할 수 있습니다. 이러한 합병증을 조절하려면 출혈을 조절하여 상처를 적절하게 시각화할 수 있는 경우 구멍에 스트링 봉합사 또는 서약이 있는 매트리스 봉합사를 삽입하여 이러한 합병증을 조절할 수 있습니다. 흉부외과 전문의에게 시술을 받는 것이 좋으며, 이를 통해 합병증과 사망률을 크게 줄일 수 있습니다.
또 다른 중요한 단계는 대동맥의 수축으로, 안정화 기간을 사이에 두고 순차적으로 수행해야 합니다. 좌심실이 현재 협착증에 대처할 수 없기 때문에 지속적인 상당한 저혈압(평균 동맥압 60mmHg 미만)이 발생할 수 있으므로 전신 말초 압력에 세심한 주의를 기울이는 것이 중요합니다. 특히 심실압이 떨어지기 시작할 때 해결되지 않으면 급성 심부전으로 인해 동물을 잃게 됩니다. 나일론 케이블이나 티타늄 클립은 저혈압이 저절로 해결되지 않을 때 제거해야 합니다.
그러나 이 모델과 많은 대동맥 밴딩 모델의 주요 한계는 관상동맥 골에 대한 밴드의 위치입니다. 관상동맥 밴딩 배치는 대동맥 협착증을 완전히 모방하지 않으며 관상동맥 순환계의 혈압을 증가시킬 수 있으며, 이는 보호가 될 수 있다12. 제한된 근거는돼지에서 관상동맥 하대동맥과 관상동맥 대동맥 밴딩 사이에 차이가 없음을 시사하며, 이는 관상동맥 하 밴딩 수술과 관련된 합병증 증가가 가치가 없을 수 있음을 시사한다.
사용된 동물 균주와 추적 시간에 따라 밴드 내재화가 문제가 될 수 있습니다. 주로 설치류(14)에서 기술되었지만, 돼지(15)의 폐동맥에서도 관찰되었다. ePTFE 그라프트 세그먼트를 사용하면 접촉 면적이 크게 증가하고 밴드 내재화가 발생하지 않습니다. 그러나 ePTFE 이식편은 더 비싸고 베트남 배불뚝이 돼지와 같이 느리게 자라는 품종을 사용할 때 나일론 지퍼 타이를 사용할 때 밴드 내재화는 문제가 되지 않습니다. 연구자들은 사용된 동물 품종에 따라 접근 방식을 선택해야 합니다.
빠르게 성장하는 품종의 경우 동물의 크기(>100kg)를 처리할 수 있을 만큼 큰 인프라 및 장비의 가용성)과 엄청난 유지 관리 비용으로 인해 장기적인 추적 관찰이 어려울 수 있습니다.
이 모델과 심낭 공간 접근이 필요한 모든 모델의 또 다른 한계는 수술 후 상당한 심낭 유착이 존재한다는 것입니다. 우리의 경험에 따르면 밴드 삽입 후 심낭 절개를 닫거나 닫지 않는 것의 차이는 없습니다. 기능에는 영향을 미치지 않지만 심장을 해부하고 다른 구조를 식별하는 데 시간이 더 많이 걸리고 심낭이 완전히 분리되면 심외막이 손상될 수 있습니다.
이 최소 침습 방법은 일반적인 수술 절차를 크게 개선하여 사고 없이 빠르게 회복할 수 있습니다. 동시 압력 측정 및 실시간 그래디언트 측정을 위해 두 개의 고충실도 카테터를 사용하면 절차의 정확도와 모델의 재현성이 크게 향상되어 필요한 동물의 수를 줄일 수 있습니다. 이 모델은 좌심실 비대를 목표로 하는 새로운 치료 개입 또는 장치 연구뿐만 아니라 좌심실 압력 과부하와 관련된 새로운 병태생리학적 메커니즘의 결정에 적용할 수 있습니다.
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Disclosures
저자는 공개할 것이 없습니다.
Acknowledgments
이 작업은 QREN 프로젝트 2013/30196, "la Caixa" Banking Foundation, Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) 프로젝트, LCF/PR/HP17/52190002에 따라 지원 및 자금 지원을 받았습니다. JS와 EB는 Marie Sklodowska-Curie 보조금 계약 번호 813716에 따라 유럽 연합의 Horizon 2020 연구 및 혁신 프로그램의 지원을 받았습니다. PdCM은 Stichting Life Sciences Health(LSH)-TKI 프로젝트 MEDIATOR(LSHM 21016)의 지원을 받았습니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3-0 PDS II suture | Ethicon | Z683G | Aorta banding |
| 5-0 prolene | Ethicon | 7472H | Aorta banding |
| ACUSON NX2 Ultrasound System | Siemens | (240)11284381 | Vascular Access and Echocardiography |
| Arterial Extension 200 cm | PMH | 303.0666 | Anesthesia Maintenance |
| Atlan A300 Ventilator | Draeger | 8621300 | Ventilation |
| Bone cutters | Fehling | AMP 367.00 | Aorta banding |
| Cefazolin 1000 mg | Labesfal | 100063 | Antibiotic |
| Chlorhexidine 4% Wash Solution | AGA | 19110008 | Cleaning |
| Doyen Intestinal Forceps | Aesculap | EA121R | Intubation |
| Echogenic Introducer Needle | Teleflex | AN-04318 | Vascular Access |
| Endotracheal tube | Intersurgical | 8040070 | Intubation |
| ePTFE vascular graft (5 mm x 40 cm) | GORE-TEX | S0504 | Aorta banding |
| Extension line 100 cm | PMH | 303.0394 | Anesthesia Induction |
| F.O. Laryngoscope | Luxamed | E1.317.012 | Intubation |
| F.O. Miller Blade 4 204 x 17 mm | Luxamed | 3 | Intubation |
| Fenestrated Sterile Drape | Bastos Viegas | 4882-256 | Aseptic Technique |
| Fentanyl 0.5 mg/10 mL | B.Braun | 5758883 | Anesthesia / Analgesia |
| Guidewire 260 cm J-tip | B.Braun | J3 FC-FS 260-035 | Left Ventricle catheterization |
| Infusomat Space Infusion Pump | B.Braun | 24101800 | Fluids / Drug administration |
| Intercostal retractor | Fehling Surgical | MRP-1 | Thoracotomy |
| Introcan Certo IV Catheter 20G | B.Braun | 4251326 | Fluids / Drug administration |
| Isotonic Saline Solution 0.9% | B.Braun | 5/44929/1/0918 | Fluids / Drug administration |
| Ketamidor 100 mg/mL | Richter pharma | 1121908AB | Anesthesia Induction |
| L10-5v Linear Transducer | Siemens | 11284481 | Vascular Access |
| Midazolam 15 mg/3 mL | Labesfal | PLB762-POR/2 | Anesthesia Induction |
| Mikro-cath | Millar | 63405(1) | Pressure recording |
| MP1 guide catheter 6 Fr | Cordis | 67027000 | Left Ventricle catheterization |
| Needle Holder | Fehling Surgical | ZYY-5 | Aorta banding |
| Non-woven adhesive | Bastos Viegas | 442-002 | Fluids / Drug administration |
| P4-2 Phased Array Transducer | Siemens | 11284467 | Echocardiography |
| Perfusor Compact Syringe Perfusion Pump | B.Braun | 8717030 | Fluids / Drug administration |
| Pressure Signal Conditioner | ADinstruments | PCU-2000 | Pressure recording |
| Propofol Lipuro 2% | B.Braun | 357410 | Anesthesia Maintenance |
| Radifocus Introducer II Standard Kit B - Introducer Sheath | Terumo | RS+B60K10MQ | Vascular Access |
| Radiopaque marker | Scanlan | 1001-83 | Aorta banding |
| Scissors | Fehling Surgical | Thoracotomy | |
| Skinprep (Chlorhexidine 2% / 70% Isopropyl alcohol) | Vygon | SKPC015ES | Disinfection |
| Stopcock manifold (3 ports) | PMH | 310.0489 | Fluids / Drug administration |
| Straight forceps | Fehling Surgical | ZYY-1 | Thoracotomy |
| Stresnil 40 mg/mL | ecuphar | 572184.2 | Anesthesia Induction |
| Syringe Luer Lock 20 cc | Omnifix B.Braun | 4617207V | Anesthesia Induction |
| Syringe Luer Lock 50 cc | Omnifix B.Braun | 4617509F | Anesthesia Maintenance |
| Transdermal fentanyl Patch 50 mcg/h | Mylan | 5022153 | Analgesia |
| Ultravist | Bayer | KT0B019 | Angiography |
| Universal Hemostasis Valve Adapter | Merit Medical | UHVA08 | Left Ventricle catheterization |
| Velcro Limb Immobilizer | PMH | SU-211 | Animal stabilization |
| Venofix A, 21 G | B.Braun | 4056337 | Anesthesia Induction |
| Vista 120S Patient Monitor | Draeger | MS32997 | Monitoring |
| Weck titanium clip | Teleflex | 523760 | Aorta banding |
| Weck titanium clip applier | Teleflex | 523166 | Aorta banding |
| Zhiem Vision | Iberdata | N/A | Fluoroscopy |
References
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