Summary
We presenteren een ex vivo varkenslongmodel voor de demonstratie van longmechanica en alveolaire rekruteringsmanoeuvres voor onderwijsdoeleinden. De longen kunnen langer dan één dag (tot vijf dagen) worden gebruikt met minimale veranderingen in de variabelen van de longmechanica.
Abstract
Mechanische ventilatie wordt veel gebruikt en vereist specifieke kennis voor begrip en beheer. Gezondheidswerkers op dit gebied kunnen zich onzeker voelen en gebrek aan kennis hebben vanwege ontoereikende trainings- en onderwijsmethoden. Daarom is het doel van dit artikel om de stappen te schetsen die betrokken zijn bij het genereren van een ex vivo varkenslongmodel dat in de toekomst kan worden gebruikt om longmechanica te bestuderen en te onderwijzen. Om het model te genereren, werden vijf varkenslongen zorgvuldig en met voldoende zorg uit de thorax verwijderd volgens de richtlijnen van de ethische commissie voor dieronderzoek en werden ze via een tracheale canule verbonden met de mechanische ventilator. Deze longen werden vervolgens onderworpen aan de alveolaire rekruteringsmanoeuvre. Parameters van de ademhalingsmechanica werden geregistreerd en videocamera's werden gebruikt om video's van de longen te verkrijgen tijdens dit proces. Dit proces werd gedurende vijf opeenvolgende dagen herhaald. Als ze niet werden gebruikt, werden de longen gekoeld bewaard. Het model toonde elke dag verschillende longmechanica na de alveolaire rekruteringsmanoeuvre; Niet beïnvloed door de dagen, alleen door de manoeuvre. Daarom concluderen we dat het ex vivo longmodel een beter begrip kan geven van de longmechanica en de effecten ervan, en zelfs van de alveolaire rekruteringsmanoeuvre door middel van visuele feedback tijdens alle stadia van het proces.
Introduction
Mechanische beademing (MV) wordt veel gebruikt op intensive care-afdelingen (ICU's) en chirurgische centra. De monitoring ervan is essentieel om asynchronieën te helpen herkennen en verwondingen voor alle patiënten te voorkomen, vooral wanneer de patiënt ernstig longletsel heeft 1,2,3,4,5,6. Het monitoren van ademhalingsmechanica kan ook bijdragen aan het klinische begrip van de ziekteprogressie en therapeutische toepassingen, zoals het gebruik van positieve eind-expiratoire druk (PEEP) of de alveolaire rekruteringsmanoeuvre (ARM). Het gebruik van deze technieken vereist echter een goed begrip van curven en basismechanicavan de longen 3,4.
Studenten, bewoners en medische professionals voelen zich onzeker over MV-beheer, van het inschakelen van de ventilator en de eerste aanpassingen tot het bewaken van het plateau en de rijdruk, en deze onzekerheid gaat gepaard met een gebrek aan kennis en adequate voorafgaande training 7,8,9,10. We merkten op dat professionals die deelnamen aan simulaties en een longmodel gebruikten, meer vertrouwen, begrip van de parameters en begrip van de componenten van longmechanica rapporteerden 8,11,12.
Modellen voor het bestuderen en trainen van MV met testlongen, balgen en zuigers kunnen verschillende drukken en volumes simuleren, evenals verschillende longmechanische omstandigheden 13,14,15. Computationele en softwaremodellen dragen ook bij aan de studie van cardiopulmonale interactie door simulaties te genereren die kunnen worden gebruikt om de principes van MV11 aan gezondheidswerkers teleren16,17.
Hoewel computationele modellen problemen kunnen opleveren bij het weergeven van pulmonale hysterese16, kunnen modellen met testlong en balg 13,14,15 druk-volumecurven produceren die vergelijkbaar zijn met de fysiologische curve en longdynamica demonstreren. Als voordeel vertoont de ex vivo varkenslong een vergelijkbare anatomie als mensen18, waarbij ook MV-curves, pulmonale hysterese worden geproduceerd en visuele feedback wordt gegeven van de longen in de acryldoos tijdens de longmechanica-analyse. Visuele modellen zijn belangrijk en kunnen helpen bij het begrijpen van moeilijk voor te stellen componenten en concepten. Ex vivo longmodellen vertegenwoordigen dus een praktische manier van lesgeven.
Studies met ex vivo varkenslongen, zoals die op MV met positieve en negatieve druk 19,20,21, analyse van aerosoldistributie 22,23, pediatrische simulaties24 en longperfusie25 kunnen de kennis over MV verbeteren. Recente studies die modellen in positieve en negatieve druk analyseren, hebben aangetoond dat beademing met positieve druk kan leiden tot abrupte rekrutering met grotere lokale vervorming, grotere uitzetting, verschillen in hysteresecurve en mogelijke weefsellaesies in vergelijking met negatieve drukdruk 19,20,21. Desalniettemin zijn positiedrukmodellen nodig omdat patiënten onder positieve druk staan tijdens MV-druk 19,20,21. De ontwikkeling van een longmodel voor preklinische studies opent mogelijkheden voor nieuw onderzoek en toepassingen, waaronder MV-onderwijs en -training.
Hier presenteren we een ex vivo varkenslongmodel voor studie- en trainingsdoeleinden. Ons primaire doel is het beschrijven van de stappen voor het genereren van dit ex vivo varkenslongmodel onder positieve druk MV. Het kan in de toekomst worden gebruikt om longmechanica te bestuderen en te onderwijzen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Het protocol werd goedgekeurd door de Commissie Ethiek Dierproeven van onze instelling (protocol nr. 1610/2021).
1. Anesthesie en voorbereiding van dieren
- Plaats het dier in eerste instantie op een weegschaal en controleer het gewicht om de medicijnen en sedatie aan te passen die nodig zijn voor de procedure.
- Dien ketamine 5 mg/kg en midazolam 0,25 mg/kg intramusculair toe.
- Prik de marginale oorader aan met een veneuze katheter van 20 G en dien intraveneus propofol (5 mg/kg) toe voor anesthesie-inductie.
- Dien 3 ml heparine intraveneus toe in de toegang tot de marginale oorader om te helpen bij de cardiopulmonale extractie en perfusie.
- Voer na anesthesie orotracheale intubatie uit met een orotracheale canule van 6,5 mm (OTC) en bevestig de OTC met plakband, waarbij u deze stevig vastzet om verplaatsing tijdens de procedure te voorkomen.
OPMERKING: De diepte van de sedatie wordt gecontroleerd door hemodynamische parameters te bewaken en een gasanalysator te gebruiken, zoals de gemiddelde arteriële druk, hartslag en geïnspireerde/verlopen isofluraanconcentratie.
2. Intraoperatieve mechanische beademing
- Sluit het dier via de OTC aan op MV, waarbij de sedatie met 1,5% isofluraan op 50% van de ingeademde zuurstoffractie (FiO2) en fentanyl 10 mcg/kg bolus + 10 mcg/kg/u continue infusie gehandhaafd blijft.
- Tik op het scherm van de mechanische ventilator en selecteer de modus voor volumegestuurde ventilatie (VCV), selecteer de knop voor het ademvolume (TV) en draai aan het scrollwiel totdat de waarde van het ademvolume overeenkomt met 8 ml/kg.
- Tik op het scherm van de mechanische ventilator. Selecteer de FiO2 en draai aan het scrollwiel totdat de waarde van 50% is bereikt.
- Tik op het scherm van de mechanische ventilator en selecteer de ademhalingsfrequentie (RR). Draai aan het wiel totdat het de ideale waarde heeft bereikt om een verlopen CO2 van 35-45 mmHg te behouden, gemeten met capnografie gekoppeld aan de mechanische ventilator.
NOTITIE: De diepte van de sedatie wordt gecontroleerd door hemodynamische parameters te bewaken en een gasanalysator te gebruiken, zoals de gemiddelde arteriële druk, hartslag en geïnspireerde/verlopen isofluraanconcentratie.
3. Weefseldissectie en OTC-uitwisseling
- Maak een mediale sternale incisie van 2 cm boven het manubrium tot 2 cm onder de processus xiphoid van het borstbeen om toegang te krijgen tot de borstholte. Plaats de riboprolmechanismen en vergroot het gezichtsveld tijdens de procedure.
- Gebruik een scalpel om een horizontale tracheale incisie te maken ter hoogte van het ringvormige kraakbeen (net bij de eerste tracheale ringen) die breed genoeg is om een nieuwe tracheale canule in te brengen.
- Laat de OTC-manchet die zich in de luchtweg bevindt leeglopen en trek langzaam om deze te verwijderen. Breng ondertussen de nieuwe OTC in de incisie in de luchtpijp na het verwijderen van de oude OTC. Lekkage kan optreden als gevolg van de leeggelopen manchet, waardoor wordt gestopt bij het verplaatsen van de nieuwe OTC.
- Blaas de nieuw ingebrachte manchet van de tracheale buis op door een spuit van 20 ml op de pilootballon aan te sluiten. De spuit levert lucht onder druk en blaast de pilootballon en manchet op. Zodra de manchet is opgeblazen, verwijdert u de spuit.
- Bind de nieuwe tracheale canule rechtstreeks aan de luchtpijp met 2-0 polyester om lekkage en beweging te voorkomen terwijl u de long in de plexiglas ventilatiebox plaatst.
- Ontleed met het scalpel de weefsels om de cardiopulmonale organen uit de thorax te verwijderen.
4. Euthanasie bij dieren
- Verhoog de isofluraanconcentratie tot 5% en dien 10 ml 19,1% kaliumchloride toe. Controleer vervolgens de afwezigheid van vitale functies.
OPMERKING: Deze procedure is uitgevoerd volgens de National Institutes of Health Guide for the Care and Use of Laboratory Animals.
5. Cardiopulmonale extractie
- Ontleed na euthanasie het ademhalingsband om de longen te verwijderen.
- Na de weefseldissectie klemt u de OTC vast met de juiste Kelly-pincet tijdens het einde van de inspiratie, waarbij u de longen opgeblazen houdt.
- Koppel de OTC los van de mechanische ventilator, maar houd deze vastgeklemd.
- Doorsnijd de aortaslagader, plaats de aspirator in de borstholte om het geëxtravaseerde bloed te verwijderen, houd de visualisatie van de holte tijdens het voltooien van de dissecties en maak de organen vrij die uit de borstholte moeten worden verwijderd.
OPMERKING: Het inferieure longligament moet voorzichtig worden losgemaakt om longscheuren te voorkomen. - Verwijder het hart en de long uit de ribbenkast met de OTC vastgeklemd, zonder ze te scheiden, en plaats ze op een dienblad.
6. Cardiopulmonale voorbereiding
- Met de long op een dienblad, kanunneert u de longslagader met een katheter met één lumen met grote diameter en sluit u deze aan op de infusieset om continu 2.000 ml koude 0,9% zoutoplossing (SS) toe te dienen of totdat er heldere vloeistof uit de aorta stroomt.
OPMERKING: SS moet met een normale snelheid worden toegediend, vermijd het knijpen in de intraveneuze (IV) zak. - Hecht na het opruimen van de stroom de aortaslagader met 2-0 polyester en dien nog eens 100 ml 0,9% SS toe. Sluit de katheteruitlaat met één lumen, aangezien de vloeistof tot het einde van het experiment binnen blijft.
- Maak de OTC los, houd er rekening mee dat de longen leeglopen en gesloten blijven, klaar om MV en de ARM te ontvangen.
7. MV in een acryldoos
- Open na bereiding de acryldoos en plaats de longen verticaal in de doos. Leid de OTC door het gat in het deksel en sluit de tracheale canule aan op de mechanische ventilator.
NOTITIE: Zorg ervoor dat de tracheacanule stevig in de luchtpijp is bevestigd. - Selecteer de knop Ventilatie starten .
- Tik op het scherm van de mechanische ventilator en selecteer de mechanische ventilator voor VCV.
- Tik op het instellingenscherm van de VCV-modus en selecteer de tv-knop , draai aan het wiel totdat het de waarde van 6 ml/kg bereikt. Doe hetzelfde om PEEP in te stellen op 5 cm H2O, FiO2 op 21%, RR op 15 ademhalingen per minuut en de inspiratoire pauzetijd op 10%.
8. ARM
- Om de werving te starten, verhoogt u de PEEP van 5 cm H2O naar 6 cm H2O en verhoogt u deze vervolgens stapsgewijs in stappen van 2 cm H2O tot het bereiken van 14 cm H2O.PEEP wordt verhoogd met behulp van de knop op het scherm onder de PEEP-waarde die op het scherm wordt weergegeven. Draai aan het wiel om de waarde te verhogen.
- Noteer voor elke PEEP de waarden voor piekdruk, plateaudruk, dynamische compliantie en luchtwegweerstand die worden weergegeven op het scherm van de mechanische ventilator. Noteer de aandrijfdruk, dat is de plateaudrukwaarde minus de op dat moment aangepaste PEEP-waarde.
- Na het bereiken van 14 cm H2O, verlaagt u de PEEP stapsgewijs met 2 cm H2O tot 6 cm H2O en verlaagt u deze vervolgens tot 5 cm H2O. PEEP wordt verlaagd met behulp van de knop op het scherm onder de PEEP-waarde die op het scherm wordt weergegeven. Draai aan het wiel om de waarde te verlagen.
- Noteer voor elke PEEP de waarden voor piekdruk, plateaudruk, dynamische compliantie en luchtwegweerstand die worden weergegeven op het scherm van de mechanische ventilator. Noteer de aandrijfdruk, dat is de plateaudrukwaarde minus de op dat moment aangepaste PEEP-waarde.
NOTITIE: Handhaaf elke PEEP-waarde gedurende 10 minuten tijdens de verhoging en gedurende 5 minuten bij elke stap tijdens de afname.
- Noteer voor elke PEEP de waarden voor piekdruk, plateaudruk, dynamische compliantie en luchtwegweerstand die worden weergegeven op het scherm van de mechanische ventilator. Noteer de aandrijfdruk, dat is de plateaudrukwaarde minus de op dat moment aangepaste PEEP-waarde.
9. Cardiopulmonaal onderhoud
- Klem aan het einde van de rekruteringsfase de tracheale canule voorzichtig vast met de klem tijdens het inademen, waarbij u de longen opgeblazen houdt. Open de acryldoos.
- Haal de longen uit de acryldoos en plaats ze voorzichtig in een glazen bak.
NOTITIE: Zorg ervoor dat de tracheacanule stevig in de luchtpijp is bevestigd. - Giet 500 ml 0,9% RVS.
- Bewaar het gedurende 24 uur in de koelkast in een in plastic verpakte glazen verpakking bij een temperatuur van 2 tot 8 °C.
- Herhaal de stappen 7, 8 en 9 gedurende vijf opeenvolgende dagen.
Figuur 1: Stroomschema van de studie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
We gebruikten vijf vrouwelijke varkens met een gewicht tussen 23,4 en 26,9 kg en volgden het beschreven protocol voor cardiopulmonale extractie en longmechanica-analyse. Het is onze bedoeling dat het model nuttig is voor de studie van longmechanica door piekdruk, plateaudruk, weerstand, aandrijfdruk en dynamische compliantievariabelen te analyseren die rechtstreeks van het mechanische ventilatorscherm zijn verzameld. Het stroomschema van het model is weergegeven in figuur 1.
De longen werden gedurende vijf opeenvolgende dagen geanalyseerd, waarbij het hele proces werd herhaald dat werd beschreven in de items 7.2, 8.1, 8.2, 9.1, 9.2 en 9.3 van het protocol. We hebben geprobeerd aan te tonen hoe longvariabelen zich voor en na rekrutering gedroegen en om de duurzaamheid van het ex vivo longmodel in de vastgestelde periode te verifiëren.
Significante verschillen (p < 0,05) werden waargenomen voor alle variabelen tussen pre- en post-ARM. De piekdruk, plateaudruk (figuur 2) en aandrijfdruk (figuur 3) namen af na de manoeuvre (p = 0,0005), terwijl de dynamische compliantie (p = 0,0007) toenam (figuur 4), wat aantoont dat open ingeklapte longblaasjes en longgebied toenemen. Ook de weerstand (figuur 5) nam toe na rekrutering (p = 0,0348). Geen van de variabelen werd significant beïnvloed door de dag.
Op basis van deze resultaten hebben we aangetoond dat het model effectief is in het aantonen van visuele longmechanische veranderingen via de ARM (Figuur 6) en in het bestuderen en onderwijzen van longmechanica (Figuur 7). Daarnaast hebben we laten zien dat het model minimaal vijf dagen aaneengesloten gebruikt kan worden. Omdat we het model na deze periode niet hebben geëvalueerd, kunnen we de uiteindelijke duurzaamheid van het longmodel niet bevestigen.
Figuur 2: Druk. (A) Piekdruk. De pre-ARM Ppeak varieerde van 21 ± 3,2 tot 23 ± 2,3 cmH2O, terwijl de post-ARM Ppeak varieerde tussen 9 ± 0,6 en 12,6 ± 1,4 cmH2O in de vijf longen. De tweerichtings-ANOVA statistische analyse werd gebruikt om de p-waarde van 0,0005 te berekenen, wat als significant werd beschouwd. (B) Plateau druk. Het pre-ARM Pplateau varieerde van 21 ± 3,2 tot 22 ± 2,3 cmH2O, terwijl het post-ARM Pplateau varieerde tussen 8,8 ± 0,4 en 11,6 ± 1,6 cmH2O in de vijf longen. De tweerichtings-ANOVA statistische analyse werd gebruikt om de p-waarde van 0,0005 te berekenen, wat als significant werd beschouwd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Rijdruk. De pre-ARM Rijdruk varieerde van 16 ± 3,2 tot 17 ± 2,3 cmH2O, terwijl de post-ARM Rijdruk varieerde tussen 3,8 ± 0,4 en 6,6 ± 1,6 cmH2O in de vijf longen. De tweerichtings-ANOVA statistische analyse werd gebruikt om de p-waarde van 0,0005 te berekenen, wat als significant werd beschouwd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: Dynamische naleving. De pre-ARM Dynamic compliance varieerde van 9,1 ± 1,2 tot 10,2 ± 2,6 ml/cmH2O, terwijl de post-ARM Dynamic compliance varieerde tussen 23,6 ± 3,5 en 43,8 ± 11,3 ml/cmH2O in de vijf longen. De tweerichtings-ANOVA statistische analyse werd gebruikt om de p-waarde van 0,0007 te berekenen, die als significant werd beschouwd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5: Weerstand. De pre-ARM-weerstand varieerde van 1,4 ± 1,0 tot 7 ± 3,2 cmH2O/L/seg, terwijl de post-ARM-weerstand varieerde tussen 2,4 ± 0,4 en 6,6 ± 5,1 cmH2O/L/seg in de vijf longen. De tweerichtings-ANOVA statistische analyse werd gebruikt om de p-waarde van 0,0348 te berekenen, die als significant werd beschouwd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 6: Longmodel. (A) Long met PEEP van 5 cm. (B) Long met PEEP van 6 cm. (C) Long met PEEP van 8 cm. (D) Long met PEEP van 10 cm. (E) Long met PEEP van 12 cm. (F) Long met PEEP van 14 cm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 7. Grafieken voor mechanische ventilatie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Het beschreven protocol is nuttig voor het produceren van een ex vivo varkenslongmodel onder positieve druk MV. Het kan worden gebruikt voor het bestuderen en onderwijzen van longmechanica door middel van visuele feedback van de longen tijdens rekrutering en analyse van de curven en waarden die op het scherm van het apparaat worden geprojecteerd. Om dit resultaat te bereiken, zijn pilotstudies nodig om het gedrag van de longen buiten de ribbenkast te begrijpen en de noodzaak van aanpassingen te identificeren.
We stelden vast dat het kritieke punt de vorming van bellen, fistels en laesies in het borstvlies was die werden gevisualiseerd bij het aansluiten van de mechanische ventilator, met een verschil tussen geïnspireerde en verlopen tv en veranderingen in de volumecurve. Een van de eerste protocolwijzigingen was dus het gebruik van een brede chirurgische opening van de thorax, met diafragma-incisie aan het begin van de procedure tijdens de dissectie van de cardiopulmonale organen, wat de visualisatie van de structuren kan verbeteren en kan helpen bij het zorgvuldig loslaten van het inferieure longligament, waardoor de longintegriteit behouden blijft. Bovendien toonde het handmatig opblazen van de pilotenlongen na het ontleden van de structuren aan dat dit opblazen de druklimieten overschrijdt en bijdraagt aan de vorming van blaren en fistels. Sommige onderzoeken met ex vivo longen presenteerden de mogelijkheid om fibrinelijm te gebruiken voor lekken, met positieve resultaten; Hoewel we deze aanpak niet in het onderzoek hebben gebruikt, zou het een alternatief kunnen zijn om het modelte verbeteren 26,27. Een ander relevant punt is dat de longen werden verwijderd en volledig leegliepen in de pilotstudie, waardoor ze volledig instortten van orgaanvoorbereiding tot MV-initiatie, wat het moeilijk maakte om de longen te openen voor MV en de kans op fistelvorming verhoogde. Daarom begonnen we de OTC vast te klemmen en de longen opgeblazen te houden tijdens de dissectie totdat SS werd toegediend. Daarna werd de OTC vrijgegeven, leeggelaten en aangesloten op de mechanische ventilator om de ARM te starten, en werd een analyse van de longmechanica uitgevoerd om de pulmonale hysteresecurve aan te tonen. Dit bracht de rekrutering van de longen of de analyse van de longmechanica niet in gevaar, omdat verdoofde patiënten atelectase hebben en verminderde longcompliantie hebben, zelfs tijdens MV 28,29,30,31.
In de pilotstudie werd een initiële PEEP van 5 cm H2O gebruikt en verhoogd in stappen van 5 cm H2O tot 25 cm H2O32,33. De piek- en plateaudrukken bereikten echter waarden van respectievelijk meer dan 40 en 30 cm H2O met fistelvorming. Zo werd een geleidelijke toename van 2 cm H2O-stappen uitgevoerd om het gedrag van drukken in de loop van de tijd beter te analyseren en om PEEP-limieten in ons ex vivo longmodel te begrijpen. Er was geen verschil in sterfte tussen aanhoudende en incrementele inflatie, maar incrementele inflatie wordt het meest gebruikt en kan de stapsgewijze analyse van longmechanica vergemakkelijken34. Wat betreft het gebruik van onderdruk 20,21, het model werd alleen getest onder positieve druk omdat patiënten op MV worden blootgesteld aan positieve druk. We sluiten het gebruik van onderdruk in de toekomst niet uit, maar het zou vereisen dat de acrylkast wordt gewijzigd.
De literatuur presenteert enkele modellen die zijn geproduceerd met een testlong, zuigers en een ex vivo model13,14 die in hermetisch afgesloten dozen werden geplaatst die de ribbenkast simuleerden. Ons model werd in een conventionele acryldoos geplaatst, die, ondanks het verminderen van de mogelijkheid om negatieve druk uit te oefenen, de productie van het model kan vergemakkelijken. Een ander model dat voor preklinische studies18 werd geproduceerd, is vergelijkbaar met het onze, maar de longen waren horizontaal gepositioneerd terwijl de onze verticaal werden gehouden, waarbij de werking van de zwaartekracht werd ontvangen zonder de steun van de organen en de ribbenkast. Deze longen werden gebruikt tijdens experimenten binnen 48 uur na euthanasie 18,19,20,21,35. Ons model werd in totaal 120 uur gebruikt, waarbij het gedurende 24 uur van het experiment op een temperatuur van 2-8 °C werd gehouden, waarbij de positieve resultaten werden weergegeven die werden beschreven in het gedeelte over representatieve resultaten.
De kloof in onderwijs en training werd op dit eerste moment niet aangepakt, maar het model is effectief voor het analyseren van longmechanica en kan worden gebruikt als hulpmiddel voor onderzoek en onderwijs. Bovendien was het niet onze bedoeling om perfusieoplossingen te bestuderen, maar op dezelfde manier waarop we SS in stap 6.1 hebben geïnfuseerd, kunnen perfusie- en conserveringsoplossingen worden gebruikt, wat nieuwe mogelijkheden opent voor studies met hetzelfde gepresenteerde model.
Deze techniek heeft enkele beperkingen: 1) kennis van de anatomie van dieren om ervoor te zorgen dat de longen op de juiste manier worden verwijderd; 2) het model is niet langer dan vijf dagen geëvalueerd; 3) het model lijkt geschikt voor het aanleren van ventilatie, maar is niet getest in een onderwijscontext; 4) Het is een diermodel, dus het is belangrijk om rekening te houden met de toepasbaarheidsbeperkingen bij mensen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs verklaren dat er geen sprake is van belangenverstrengeling.
Acknowledgments
We bedanken alle collega's en professionals die hebben bijgedragen aan en ondersteuning hebben geboden aan de bouw van dit ex vivo varkenslongmodelprotocol.
Deze studie had geen financieringsbronnen.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 0.9% Saline solution | 2500ml | ||
| Anesthesia machine - Primus | Drager | REF 8603800-18 | Anesthesia work station used in the procedure |
| Aspirator | For blood aspiration from thorax | ||
| Bedside Monitor - Life Scope | Nihon Kohden | BSM-7363 | Multiparameter monitor used during the procedure |
| Bonney Tissue Forceps | Any tissue forceps is suitable | ||
| Disposable scalper, #23 | Any scalper is suitable | ||
| Disposable syringe needles, 18G x 1 1/2", 23G x 1" | BD | 302814 | Widely available |
| Disposable syringes, 10ml | Widely available | ||
| Electrosurgical unit - SS-501 | WEM | For cutting and coagulation during thorax incision | |
| Fentanyl | 10 mcg/kg bolus + 10 mcg/kg/hour continuous infusion | ||
| Finochietto retractor | Any finochietto retractor is suitable | ||
| heparin | 3ml | ||
| Infusion set | Any infusion set is suitable | ||
| Isoflurane | 1.5% | ||
| Kelly Forceps Curved | Any kelly forceps is suitable | ||
| Ketamine | 5mg/kg | ||
| Lactated Ringer solution | 500ml | ||
| Mechanical ventilator - Servo I | Maquet | REF 6449701 | Mechanical ventilator used in the procedure |
| Metzenbaum Scissor (Straight and curved) | Any metzenbaum scissor is suitable | ||
| Midazolam | 0.25mg/kg | ||
| Orotracheal intubation cannula, #6.5 | Rusch | 112282 | Widely available |
| Plexiglass | Custom made plexiglass box: 30x45x60cm | ||
| Polyester suture, 2-0 | Widely available | ||
| Potassium choride | 10 ml, 19.1% potassium chloride. | ||
| propofol | 5mg/kg | ||
| Three way stopcock | Widely available | ||
| Venous catheter, G20 x 1" | BD | 38183314 | Widely available |
References
- Roberto, C., Carvalho, R., Toufen Jr, C., Franca, S. A. Mechanical Ventilation: Principles, graphic analysis and ventilation modalities. Jornal Brasileiro de Pneumologia. 33 (2), 54-55 (2007).
- Barbas, C. S. V., et al. Brazilian recommendations for mechanical ventilation 2013. Part I. Revista Brasileira de Terapia Intensiva. 26 (2), 89-121 (2014).
- Walter, J. M., Corbridge, T. C., Singer, B. D.
- Faustino, E. A. Concepts and monitoring of pulmonary mechanics in patients under ventilatory support in the intensive care unit. Revista Brasileira de Terapia Intensiva. 19 (2), 161-169 (2007).
- Holanda, M. A., Vasconcelos, R. S., Ferreira, J. C., Pinheiro, B. V.
- Rezoagli, E., Laffey, J. G., Bellani, G. Monitoring lung injury severity and ventilation intensity during mechanical ventilation. Seminars in Respiratory and Critical Care Medicine. 43 (3), 346-368 (2022).
- Tallo, F. S. Evaluation of self-perception of mechanical ventilation knowledge among Brazilian final-year medical students, residents, and emergency physicians. Clinics. 72 (2), 65-70 (2017).
- Schroedl, C. J., et al. Impact of simulation-based mastery learning on resident skill managing mechanical ventilators. American Thoracic Society Scholar. 2 (1), 34-48 (2021).
- Wilcox, S. R., et al. Academic emergency medicine physicians' knowledge of mechanical ventilation. The Western Journal of Emergency Medicine. 17 (3), 271-279 (2016).
- Cox, C. E., et al. Effectiveness of medical resident education in mechanical ventilation. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 167 (1), 32-38 (2003).
- Keegan, R., Henderson, T., Brown, G. Use of the virtual ventilator, a screen-based computer simulation, to teach the principles of mechanical ventilation. Journal of Veterinary Medical Education. 36 (4), 436-443 (2009).
- Spadaro, S., et al. Simulation training for residents focused on mechanical ventilation: A randomized trial using mannequin-based versus computer-based simulation. Simulation in Healthcare. 12 (6), 349-355 (2017).
- Chase, J. G., Yuta, T., Mulligan, K. J., Shaw, G. M., Horn, B. A novel mechanical lung model of pulmonary diseases to assist with teaching and training. BMC Pulmonary Medicine. 6 (21), 1-11 (2006).
- Kuebler, W. M., Mertens, M., Pries, A. R. A two-component simulation model to teach respiratory mechanics. Advances in Physiology Education. 31 (2), 218-222 (2007).
- Heili-Frades, S., Peces-Barba, G., Rodríguez-Nieto, M. J. Design of a lung simulator for learning lung mechanics in mechanical ventilation. Archivos de Bronconeumología. 43 (12), 674-679 (2007).
- Ngo, C., Dahlmanns, S., Vollmer, T., Misgeld, B., Leonhardt, S. An object-oriented computational model to study cardiopulmonary hemodynamic interactions in humans. Computer Methods and Programs in Biomedicine. 159, 167-183 (2018).
- Lazzari, C. D., Genuini, I., Pisanelli, D. M., D'Ambrosi, A., Fedele, F. Interactive simulator for e-Learning environments: a teaching software for health care professionals. Biomedical Engineering Online. 13 (172), 1-18 (2014).
- Perinel, S., et al. Development of an ex vivo human-porcine respiratory model for preclinical studies. Scientific Reports. 7, 1-6 (2017).
- Aboelnazar, N. S., et al. Negative pressure ventilation decreases inflammation and lung edema during normothermic ex-vivo lung perfusion. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 37 (4), 520-530 (2018).
- Sattari, S., et al. Introducing a custom-designed volume-pressure machine for novel measurements of whole lung organ viscoelasticity and direct comparisons between positive- and negative-pressure ventilation. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 8, 1-12 (2020).
- Sattari, S., et al. Positive- and negative-pressure ventilation characterized by local and global pulmonary mechanics. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 207 (5), 577-586 (2023).
- Montigaud, Y., et al. Development of an ex vivo preclinical respiratory model of idiopathic pulmonary fibrosis for aerosol regional studies. Scientific Reports. 9 (1), 17949 (2019).
- Montigaud, Y., et al. Aerosol delivery during invasive mechanical ventilation: development of a preclinical ex vivo respiratory model for aerosol regional deposition. Scientific Reports. 9 (1), 17930 (2019).
- Montigaud, Y., et al. Development of an ex vivo respiratory pediatric model of bronchopulmonary dysplasia for aerosol deposition studies. Scientific Reports. 9 (1), 5720 (2019).
- Buchko, M. T., et al. A low-cost perfusate alternative for ex vivo. lung perfusion. transplantation proceedings. 52 (10), 2941-2946 (2020).
- Kondo, N. Development of an effective method utilizing fibrin glue to repair pleural defects in an ex-vivo pig model. Journal of Cardiothoracic Surgery. 15 (1), 110 (2020).
- Gasek, N., et al. Development of alginate and gelatin-based pleural and tracheal sealants. Acta Biomaterialia. 131, 222-235 (2021).
- Li, X., et al. Effects of individualized positive end-expiratory pressure combined with recruitment maneuver on intraoperative ventilation during abdominal surgery: a systematic review and network meta-analysis of randomized controlled trials. Journal of Anesthesia. 36 (2), 303-315 (2022).
- Hu, M. C., Yang, Y. L., Chen, T. T., Lee, C. I., Tam, K. W. T. Recruitment maneuvers to reduce pulmonary atelectasis after cardiac surgery: A meta-analysis of randomized trials. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 164 (1), 171-181 (2020).
- Hu, M. C., et al. Recruitment maneuvers in patients undergoing thoracic surgery: a meta-analysis. General Thoracic and Cardiovascular Surgery. 69 (12), 1553-1559 (2021).
- Zeng, C., Lagier, D., Lee, J. W., Melo, M. F. V. Perioperative pulmonary atelectasis: Part I. Biology and mechanisms. Anesthesiology. 136 (1), 181-205 (2022).
- Niman, E., et al. Lung recruitment after cardiac arrest during procurement of atelectatic donor lungs is a protective measure in lung transplantation. Journal of Thoracic Disease. 14 (8), 2802-2811 (2022).
- Calvo, R. N., et al. Comparison of the efficacy of two alveolar recruitment maneuvers in improving the lung mechanics and the degree of atelectasis in anesthetized healthy sheep. Research in Veterinary Science. 150 (5), 164-169 (2022).
- Pensier, J., et al. Effect of lung recruitment maneuver on oxygenation, physiological parameters and mortality in acute respiratory distress syndrome patients: a systematic review and meta-analysis. Intensive Care Medicine. 45 (12), 1691-1702 (2019).
- Mariano, C. A., Sattari, S., Quiros, K. A. M., Nelson, T. M., Eskandari, M. Examining lung mechanical strains as influenced by breathing volumes and rates using experimental digital image correlation. Respiratory Research. 23 (1), 92 (2022).
