Methodenartikel

Ein strukturierter Ansatz zur Extubation bei mechanisch beatmeten Ratten

DOI:

10.3791/68510

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18. Juli 2025

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1Department of Neurosurgery, Department of Anesthesiology, Sanbo Brain Hospital, Capital Medical University, 2Department of Neurosurgery, Department of Intensive Care Medicine, Sanbo Brain Hospital, Capital Medical University, 3Laboratory of In Vivo Electrophysiology, Core Facility Center of Capital Medical University, 4Laboratory for Clinical Medicine, Capital Medical University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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In dieser Studie wird ein strukturierter Extubationsansatz vorgeschlagen, der auf Rattenmodelle der mechanischen Beatmung (MV) zugeschnitten ist. Der Ansatz ermöglicht einen reibungslosen Übergang von MV zu Spontanatmung bei gleichzeitiger Minimierung von extubationsbedingten Komplikationen. Die Standardisierung der Entwöhnung, des Atemwegsmanagements und der Nachsorge nach der Extubation erhöht die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit experimenteller Studien.

Zusammenfassung

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Die mechanische Beatmung (MV) ist in der Intensivpflege weit verbreitet, aber mit verschiedenen Komplikationen verbunden, die sich sowohl auf kurz- als auch auf langfristige Ergebnisse auswirken, einschließlich beatmungsinduzierter Lungenverletzungen, beatmungsinduzierter Zwerchfelldysfunktion und beatmungsassoziierter Hirnverletzungen. Dies sind Schlüsselkomponenten des Post-Intensivstations-Syndroms (PICS). Nagetiermodelle sind für die Untersuchung der anhaltenden Auswirkungen und der zugrunde liegenden Mechanismen von MV von entscheidender Bedeutung, doch standardisierte Modelle nach der Extubation sind nach wie vor begrenzt. Die Extubation ist ein kritischer Übergangsschritt, der in bestehenden Rattenmodellen oft inkonsistent durchgeführt wird, was zu Fehlern und Komplikationen führt. Diese Studie stellt einen vierstufigen strukturierten Extubationsansatz für Sprague-Dawley-Rattenmodelle der MV vor, der den Übergang von MV zur Spontanatmung optimiert und gleichzeitig extubationsbedingte Komplikationen minimiert. Der Ansatz umfasste: (1) Einleitung der Entwöhnung durch Reduzierung der Propofol-Sedierung auf 50 % und Beurteilung der Bereitschaft über Atemfrequenz, Thoraxverschiebung, arterielle Blutgase und Reflexe; (2) Vorbereitung auf die Extubation durch Freigabe der Atemwege und Aufrechterhaltung der Sauerstoffversorgung; (3) Durchführung der Extubation mit Aufrechterhaltung der Sedierung und kontrollierter Sondenentfernung; und (4) die Versorgung nach der Extubation mit kontinuierlicher Überwachung und Sauerstoffunterstützung. Dieses Modell wurde durch 20 erfolgreiche Extubationen nach anfänglichem Scheitern validiert und bietet eine wertvolle Plattform für die Untersuchung der Langzeiteffekte von MV, insbesondere im Zusammenhang mit PICS. Dieser Ansatz ist für eine MV von 6 h optimiert und es wird davon ausgegangen, dass er auf andere Stämme und längere Beatmungsdauern ausgedehnt werden kann, obwohl solche Anpassungen eine sorgfältige Validierung und Überwachung erfordern, um die Zuverlässigkeit und den Tierschutz zu gewährleisten.

Einleitung

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Die maschinelle Beatmung (MV) ist nach wie vor ein Eckpfeiler der Intensivmedizin, da sie bei akutem Atemversagen eine wesentliche Atemunterstützung bietet und als wichtige Ergänzung während der Anästhesie für chirurgische Eingriffe dient1. MV ist jedoch mit einer Reihe von Komplikationen verbunden, wie z. B. einer beatmungsinduzierten Lungenschädigung2, einer ventilationsinduzierten Dysfunktion des Zwerchfells und der exspiratorischen Muskeln 3,4,5,6 und einer beatmungsassoziierten Hirnschädigung 7,8. Diese Komplikationen tragen zu einem Versagen der Extubation, einem längeren Aufenthalt auf Intensivstationen und Krankenhäusern sowie zu einer erhöhten Mortalitätbei 9. Mit der Verbesserung der Überlebensraten auf der Intensivstation hat sich die Aufmerksamkeit zunehmend auf die Langzeitfolgen der MV verlagert, wobei das Post-ICU-Syndrom (PICS) zu einem kritischen Problem geworden ist10. Die pathophysiologischen Mechanismen, die der PICS zugrunde liegen, sind nach wie vor unklar, was zum Teil auf den Mangel an zuverlässigen Tiermodellen zurückzuführen ist, um die Nuancen der Erholung nach der Extubation und der Langzeitfolgen von MV11 zu erfassen.

Rattenmodelle waren entscheidend für das Verständnis von MV-induzierten Verletzungen, da sie Skalierbarkeit, Reproduzierbarkeit und mechanistische Einblicke bieten. Die meisten bestehenden Modelle konzentrieren sich jedoch auf die akuten Auswirkungen der MV, wobei die Tracheotomie die vorherrschende Methode für MV in experimentellen Settings ist 12,13,14. Während die Tracheotomie die MV und die anschließende Entwöhnung erleichtert, umgeht sie die oberen Atemwege, eine kritische anatomische und funktionelle Barriere. Dies erhöht die Anfälligkeit für pulmonale Komplikationen wie z.B. beatmungsassoziierte Pneumonie15,16. Darüber hinaus stört das Fehlen eines nasalen Luftstroms in Tracheostomiemodellen die Synchronisierung des Gehirnnetzwerks. Dies erschwert die Untersuchung kognitiver und neurologischer Outcomes 17,18. Im Gegensatz dazu behalten endotracheale Intubations-/Extubationsmodelle die Integrität der oberen Atemwege bei. Sie vermeiden die inhärenten Nachteile der Tracheotomie und ähneln eher dem klinischen Verlauf der Entwöhnung von MV.

Bestehenden Extubationsmodellen fehlt es jedoch oft an Standardisierung, was zu einer erheblichen Variabilität beim Übergang von MV zu Spontanatmung führt19,20. Dieser Mangel an Struktur birgt das Risiko von extubationsbedingten Komplikationen, einschließlich Atemwegsobstruktion, Atemnot und Aspiration, die zum Tod von Tieren führen können. Solche Fehler beeinträchtigen nicht nur die Fähigkeit, langfristige Ergebnisse zu untersuchen, sondern machen auch das ursprüngliche MV-Modell ineffektiv, wodurch wertvolle Zeit, Ressourcen und finanzielle Investitionen verschwendet werden. Diese Probleme unterstreichen die dringende Notwendigkeit eines strukturierten Extubationsansatzes, um ein erfolgreiches Überleben nach der Extubation und robuste Langzeitstudien zu gewährleisten.

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, wurde ein strukturierter Extubationsansatz für Sprague-Dawley (SD)-Rattenmodelle entwickelt, der sich eng an die klinische Praxis für die Entwöhnung von MV anlehnt. Dieser Ansatz umfasst vier Schlüsselphasen: die Annäherung an die Entwöhnung, die Vorbereitung der Extubation, die Durchführung der Extubation und die Pflege nach der Extubation. Zu den wichtigsten Verfahrensempfehlungen gehört die Beibehaltung einer leichten bis mäßigen Sedierung während der Entwöhnung, insbesondere die Reduzierung der Propofol-Infusion auf 50 % der Dosis, die während der vollständigen MV verwendet wird, um eine spontane Atmung zu ermöglichen und gleichzeitig Unruhe zu verhindern. Die Extubationsbereitschaft sollte auf der Grundlage einer stabilen Atemfrequenz von 60-70 Atemzügen pro Minute und eines angemessenen spontanen Tidalvolumens beurteilt werden, das mit einer einfachen, kalibrierten selbstgemachten Skala approximiert werden kann. Eine vollständige Wiederherstellung des Bewusstseins ist vor der Extubation nicht erforderlich. Die Propofol-Infusion sollte zum Zeitpunkt der Extubation abgebrochen werden, um das Risiko einer intubationsinduzierten Unruhe weiter zu verringern. Durch die Standardisierung des Extubationsprozesses minimierte dieser Ansatz die Variabilität, vermied extubationsbedingte Komplikationen und erhöhte die Überlebensraten. Dieses Modell wurde für MV-Dauern von bis zu 6 h optimiert; Eine Verlängerung der MV über diesen Zeitraum hinaus kann modifizierte Sedierungsprotokolle, inkrementelle Entwöhnungsstrategien und eine sorgfältige physiologische Überwachung erforderlich machen, um das Überleben und zuverlässige Ergebnisse zu gewährleisten. Obwohl das Protokoll an SD-Ratten validiert wurde, kann es für andere Stämme angepasst werden, indem die Beatmungseinstellungen angepasst werden, um die stammspezifische Atemmechanik und die unterschiedliche Anfälligkeit für Lungenschäden zu berücksichtigen. Mit geeigneten Modifikationen kann der strukturierte Ansatz auch längerfristige Beatmungsstudien unterstützen, wodurch sowohl die Reproduzierbarkeit als auch die translationale Relevanz in experimentellen Modellen verbessert werden.

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Protokoll

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Die Studie konzentrierte sich auf Verhaltenstests nach der Extubation und wurde vom Animal Experiments and Experimental Animal Welfare Committee der Capital Medical University (Nr. AEEI-2024-391). Alle Ratten im Alter von 8 Wochen (SD, männlich, 200-250 g) wurden vor dem Experiment 3 Tage lang in der Tiereinrichtung der Capital Medical University akklimatisiert. Die Ratte wurde in einer kontrollierten Umgebung untergebracht, einschließlich eines 12-stündigen Hell-Dunkel-Zyklus, der um 8:00 Uhr begann, einer Temperatur von 25 °C ± 1 °C und einer Luftfeuchtigkeit von 50 % ± 10 %. Nahrung und Wasser wurden ad libitum zur Verfügung gestellt. Alle Verfahren, die Anästhesie, Absaugung und Blutbehandlung umfassen, wurden unter Einhaltung angemessener Sicherheitsmaßnahmen durchgeführt, einschließlich der Verwendung persönlicher Schutzausrüstung, steriler Techniken und der Einhaltung institutioneller Biosicherheitsprotokolle. Alle Verfahren wurden in Übereinstimmung mit den ARRIVE-Richtlinien durchgeführt. Alle in der aktuellen Studie verwendeten Geräte sind in Abbildung 1 dargestellt. Die Liste der Reagenzien und der verwendeten Geräte finden Sie in der Materialtabelle.

1. Videolaryngoskopie-assistierte orale Intubation

  1. Bereiten Sie das Intubationsgerät vor.
    1. Verwenden Sie ein speziell modifiziertes Intubationsgerät, das an ein Ohrenschmalzentfernungsgerät angepasst ist (Schaufeldurchmesser 5,5 mm, zu einem Zungenspatel gebogen). Dieses Gerät ist mit einer Lichtquelle und einer Kamera ausgestattet, die über Bluetooth mit einem Smartphone verbunden sind, um eine Echtzeit-Visualisierung zu ermöglichen (Abbildung 2A).
  2. Wählen Sie einen Endotrachealtubus aus.
    1. Wählen Sie einen 16-G-Endotrachealtubus basierend auf dem Gewicht der Ratte.
  3. Einleitung einer Anästhesie (nach institutionell anerkannten Protokollen).
    1. Injizieren Sie Propofol (2 mg/100 g) über die Schwanzvene. Bestätigen Sie die Anästhesie, indem Sie überprüfen, ob keine visuellen und Zehenquetschreaktionen auftreten. Überwachen Sie die distale Hautfarbe als Indikator für den Sauerstoffversorgungsstatus.
  4. Positioniere die Ratte.
    1. Befestigen Sie die betäubte Ratte auf einem kleinen Tiertisch. Fixieren Sie Gliedmaßen und Schneidezähne und halten Sie die Körpertemperatur mit einer Kleintier-Heizdecke auf 37-38 °C.
  5. Führen Sie eine Intubation durch.
    1. Ziehe die Zunge sanft in den rechten Mundwinkel. Führen Sie das Intubationsgerät an der Basis der Zunge ein und schieben Sie es in Richtung Epiglottis.
    2. Hebe die Gerätespitze an, um die Stimmritze freizulegen. Führen Sie den Endotrachealtubus während der Inhalation ein (Abbildung 2-C). Nach der Intubation wird die Ratte an das Beatmungsgerät angeschlossen.

2. Mechanische Beatmung

  1. Schließen Sie den Sauerstoffkonzentrator an.
    1. Stellen Sie die entsprechende Sauerstoffkonzentration ein und schließen Sie sie an das Beatmungsgerät an (normalerweise 80%).
  2. Stellen Sie die Parameter des Beatmungsgeräts ein.
    1. Beatmung der Ratte für 6 Stunden mit einem Kleintierbeatmungsgerät mit lungenprotektiven Einstellungen: Atemzugvolumen: 4-6 mL/kg, PEEP: 0 cmH2O.
  3. Aufrechterhaltung der Narkose: Infusion von Propofol (4 mg/kg/h) über eine Spritzenpumpe.
  4. Überwachen Sie die Blutgase.
    1. Testen Sie die arteriellen Blutgase alle 3 Stunden mit einem Blutgasanalysator. Überwachen Sie kontinuierlich die distale Hautfarbe zwischen den Blutgasanalysen als Indikator für den Sauerstoffversorgungsstatus.

3. Verfahren zur Extubation der Atemwegsdruck-Endpunktkontrolle (APEC)

HINWEIS: Nachdem die geplante Dauer der mechanischen Beatmung abgeschlossen ist, fahren Sie mit dem vierstufigen Extubationsprotokoll fort: (1) Annäherung an die Entwöhnung, (2) Vorbereitung der Extubation, (3) Durchführung der Extubation und (3) Pflege nach der Extubation (Abbildung 3). Dieser systematische Ansatz gewährleistet einen reibungslosen Übergang zur Spontanatmung bei gleichzeitiger Minimierung extubationsbedingter Komplikationen und bewahrt die Integrität des experimentellen Modells.

  1. Näherung an die Entwöhnung
    1. Reduzieren Sie die Propofol-Infusion: Verringern Sie die Propofol-Infusionsrate um 50 %, um eine Reaktivierung des Zwerchfells zu ermöglichen und gleichzeitig die Bewegungen der Gliedmaßen und des Kopfes zu minimieren.
    2. Beurteilen Sie die Bereitschaft zur Entwöhnung: Überprüfen Sie die folgenden Parameter, bevor Sie das Beatmungsgerät abklemmen - Atemfrequenz: 60-70 Atemzüge/min; Verschiebung des Brustkorbs: ≥1 mm (Messung mit einer Stahlnadel, die auf den Xiphoid-Prozess gelegt wird); PaCO2: 35-45 mmHg; pH-Wert: 7,35-7,45; Vorhandensein von Schnurrhaar- und Zungenreflexen (optional).
      HINWEIS: Die Schnurrhaar- und Zungenreflexe wurden als binäre Indikatoren (nicht vorhanden oder vorhanden) definiert. Der Whisker-Reflex bezieht sich auf die unwillkürliche Bewegung oder das Zucken der Vibrissen als Reaktion auf leichte taktile Stimulation. Der Zungenreflex war gekennzeichnet durch Zungenrückzug oder Bewegung bei sanfter Stimulation.
    3. Beatmungsgerät abklemmen: Trennen Sie das Beatmungsgerät, sobald alle Kriterien erfüllt sind, und bereiten Sie die Ratte für die Extubation vor.
  2. Vorbereitung auf die Extubation
    1. Stellen Sie die Sauerstoffversorgung sicher: Verwenden Sie eine selbst hergestellte Gesichtsmaske, um eine ausreichende Sauerstoffversorgung (normalerweise 80 %) aufrechtzuerhalten, und verwenden Sie die Hautfarbe als Indikator für den Sauerstoffversorgungsstatus.
    2. Klare Atemwegssekrete: Verwenden Sie ein selbstgebautes Absauggerät (verkürzter Epiduralkatheter [~5,5 cm], verbunden mit einer 10 mL Spritze). Steuern Sie die Sauggeschwindigkeit bei ~2 mL/s für 3-4 s pro Sitzung.
    3. Nach angemessener Vorbereitung und Freigabe der Atemwege wird das Verfahren mit der Durchführung der Extubation fortgesetzt.
      HINWEIS: Das typische Sekretvolumen beträgt <0,5 ml pro Saugzug. Die Absaugung erfolgt während der MV alle 30 Minuten, um die Ansammlung zu minimieren. Zum Zeitpunkt der Extubation betrug die Saugfrequenz in der Regel das 5-8-fache mit einer geschätzten Gesamtmenge von 2-4 ml.
  3. Durchführung der Extubation
    1. Aufrechterhaltung der Sedierung: Halten Sie Propofol in halber Dosis, um Unruhe während der Extubation zu vermeiden.
    2. Endotrachealtubus entfernen: Verwenden Sie eine beidhändige Technik und stabilisieren Sie den Kopf der Ratte mit dem linken Zeigefinger und Daumen. Entfernen Sie das Rohr vorsichtig mit dem rechten Zeigefinger und Daumen.
    3. Propofol absetzen: Beenden Sie die Propofol-Infusion unmittelbar nach der Extubation.
      HINWEIS: Eine erfolgreiche Extubation sollte nicht zu Hypoxämie oder Hyperkapnie führen. Und nach einer erfolgreichen Extubation ist eine sorgfältige Nachsorge unerlässlich.
  4. Pflege nach der Extubation
    1. Überwachen Sie die Vitalfunktionen: Überwachen Sie die Atemfrequenz, die inspiratorische Amplitude und die distale Hautfarbe.
    2. Sorgen Sie für Sauerstoffversorgung: Verwenden Sie eine selbstgemachte Gesichtsmaske, um eine ausreichende Sauerstoffversorgung (in der Regel ~80%) zu gewährleisten.
    3. Bereiten Sie sich auf die erneute Intubation vor: Halten Sie alle Intubationsgeräte (Abbildung 1) griffbereit und stehen Sie bei Bedarf sofort zur Verfügung.
      HINWEIS: Die durchschnittliche Beobachtungszeit bis zur Wiederherstellung des Aufrichtens des Reflexes beträgt 48,5 min ± 10,4 min. Die arterielle Blutgasanalyse wurde bei einem Median von 20 Minuten durchgeführt, mit PaO2 von 73,2 mmHg ± 4,6 mmHg und PaCO2 von 48,3 mmHg ± 3,6 mmHg.

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Ergebnisse

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Dieser strukturierte Extubationsansatz wurde an vier fehlgeschlagenen Extubationen und 20 nachfolgenden erfolgreichen Extubationen entwickelt. In den ersten vier Versuchen wurde die Extubation auf der Grundlage der Erfahrung oder des individuellen Urteils durchgeführt. Zu den Gründen für die fehlgeschlagene Extubation der vier Ratten gehörten Unruhe während der Extubation (n = 2), respiratorische Insuffizienz nach der Extubation (n = 1) und Obstruktion der Atemwege durch Sekrete (n = 1). ...

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Diskussion

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In dieser Studie wurde ein strukturierter APEC-Extubationsansatz für ein Rattenmodell von MV etabliert, der von den ersten vier fehlgeschlagenen Extubationen und den zugrunde liegenden Ursachen inspiriert wurde. Alle 20 Ratten, die mit diesem Ansatz extubiert wurden, waren erfolgreich und schlossen die nachfolgenden Verhaltenstests innerhalb der folgenden drei Tage ab. Der Ansatz, der aus vier Schlüsselschritten besteht - Annäherung an die Entwöhnung, Vorbereitung der Extubation, Durchfü...

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Offenlegungen

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Es werden keine Interessenkonflikte, finanzieller oder sonstiger Art, von den Autoren deklariert.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
16G EndotrachealtubusNJKEWBIONAEndotrachealtubus
BlutgasanalysatorEpocal IncEPOC-LesegerätÜberwachen Sie die Blutgase
Intravenöser KatheterIntrocan-SicherheitArtikel-Nr.: 4254074BBefindet sich in den Arterien und Venen
Mikro-SpritzenpumpeSLGO MedizintechnikCP-1000Infusion von Medikamenten
Sauerstoffkonzentrator für HaustierePeking zhongshidichuang Wissenschaft und Technologieentwicklung Co., LtdZS-MVVersorgung mit Sauerstoff
Heizdecke für KleintierePeking zhongshidichuang Wissenschaft und Technologieentwicklung Co., LtdZS-THalten Sie die Temperatur aufrecht
Beatmungsgerät für KleintiereNJKEWBIOKW-100Sorgen Sie für Atmung

Referenzen

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Schlagwörter

Mechanische BeatmungExtubation bei Rattenstrukturierte Extubationventilatorbedingte Sch digungZwerchfelldysfunktionHirnverletzungWeaning ProtokollNachsorge nach ExtubationAtemwegsklearingPropofol Sedierung

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