Leistenkannulation zur Etablierung der extrakorporalen Zirkulation im adulten Schweinemodell

Zusammenfassung

Dieser Artikel beschreibt die Etablierung der extrakorporalen Zirkulation durch Leistenkanüle und erläutert die Vor- und Nachteile dieser Technik.

Zusammenfassung

Aufgrund der ähnlichen Größenverhältnisse eignen sich adulte Schweinemodelle für kardiovaskuläre und zirkulationsphysiologische Studien zur extrakorporalen Zirkulation. Wie üblich wird die Verbindung zum kardiopulmonalen Bypass (CBP) durch eine Sternotomie und Kanulierung großer Gefäße hergestellt. Allerdings können während der methodischen Durchführung Probleme auftreten, zum Beispiel durch eine kleine Situs, schwer sichtbare Gefäße oder Gefäßanomalien mit einer kleinen Aorta. Eine iatrogene Aortenruptur kann zum Abbruch des Experiments führen. Daher besteht ein weiterer, sicherer Zugang über die Leistengefäße. In der In-vivo-Studie wird eine Herz-Lungen-Maschine mit Einweggerät (Hohlfaser-Oxygenator mit einer Perfusionskapazität von bis zu 3,5 l/min) verwendet. Bei der leistenalen Kanulation werden die Oberschenkelarterie und Vene in der rechten Leiste seziert. Ein 14-16 Französisch (Fr.). Für die Kanulation werden Edwards Heartport-Kanüle und eine 22-Fr. SAP-Femoralkanüle verwendet. Die Kanüle erfolgt mit der Seldinger-Technik. Die Leistenkanüle führte in den Großtierversuchen zu deutlich weniger abgebrochenen Experimenten und ermöglichte eine bessere Entlastung des Herzens während der Dissektion. Die Leistenkanüle zur Etablierung einer extrakorporalen Zirkulation in einer Modellstudie für Großtiere stellt einen sicheren Ansatz dar. Dies führt zu minimalem Trauma an der Aorta und einer verbesserten Sichtbarkeit im Thorax. Darüber hinaus ermöglicht dieser Zugang eine minimalinvasive Herzoperation. Der Fokus liegt auch auf den ethischen Aspekten von Tierversuchen und dem damit verbundenen experimentellen Erfolg.

Einleitung

In vivo sind Schweinemodelle aufgrund ihrer vergleichbaren anatomischen und physiologischen Eigenschaften für kardiovaskuläre und zirkulationsphysiologische Untersuchungen geeignet. Auch die Etablierung einer extrakorporalen Zirkulation ist aufgrund der Größen- und Gewichtsverhältnisse unproblematisch. Das bedeutet, dass umfangreiche Studien zu verschiedenen Themen in vivo durchgeführt werden können. Dies gilt insbesondere für Studien zur Nutzung einer Herz-Lungen-Maschine und zur damit verbundenen Einrichtung eines extrakorporalen Schaltkreises ^1,2. Das Ziel der hier vorgestellten Methode ist es, eine experimentelle Plattform für die extrakorporeale Zirkulation bei Schweinen mit Leistengefäßen bereitzustellen. Dies bietet einen weniger invasiven Ansatz im Vergleich zur zentralen Kanulierung mittels medianer Sternotomie. Darüber hinaus wird die Leistengefäßkanüle zunehmend für minimalinvasive Herzoperationen und temporäre mechanische Kreislaufunterstützung^eingesetzt. Diese Methode kann also für Forschung, die sich speziell auf diese Bereiche konzentriert, nützlich sein.

Beim Aufbau eines extrakorporalen Schaltkreises werden Aorta und Atrium als Standard für die Cannulation verwendet. Der Zugang über die Aorta kann insbesondere durch morphologische Veränderungen im Aortengewebe, eine kurze aufsteigende Aorta oder ein vergrößertes Herz in einem Small Situs erschwert werden, das die Sicht auf die Aorta behindert (Abbildung 1A-B). Bei Schweinen ist die Aorta oft besonders klein, kurz und dorsal zur Hauptpulsader gelegen. Das Risiko eines iatrogenen Aortenrupturs durch Manipulation während der Kanüle kann die Folge sein. Daher ist ein weiterer sicherer arterieller und venöser Zugang notwendig. Dies kann durch Kanüle der Oberschenkelgefäße erreicht werden. Bei großen Tieren (Gattung Hausschwein) liegen die Leistengefäßdurchmesser zwischen 6 und 8 mm (Arterie der Oberschenkelarterie) und zwischen 10 und 12 mm (Femoralvene). Um eine ausreichende Organdurchsetzung beim Versuchstier (40–60 kg) zu gewährleisten, verwenden Sie für die arterielle Kanüle eine 14-16 Fr. Edwards Kanüle (Abbildung 2A) und eine 22 Fr. Sorin Kanüle (Abbildung 2B) für venöse Kanüle⁵.

Protokoll

Alle Großtierversuche an Schweinen (Alter 3–4 Monate; Geschlecht: männlich und weiblich; Gewicht 40–60 kg; Hausschweine) wurden nach gründlicher Überprüfung vom Landrat Karlsruhe am 10. Oktober 2022 unter der Aktennummer 35.-9185.81/G-96/22 genehmigt. Dies ist ein terminales Verfahren; Alle Tiere wurden am Ende des Eingriffs eingeschläfert.

1. Anästhesie und Tiervorbereitung

1. Die Prämedikation erfolgt stets an unserer Fakultät in der Interfakultätsbiologischen Biomedizinischen Forschungseinrichtung. Behandeln Sie das Labortier mit 0,075 mL/kg Midazolamhydrochlorid (5 mg/mL) und 0,225 mL/kg Ketamin (100 mg/mL), bevor es in den Operationssaal gebracht wird.
2. Setzen Sie einen einwohnenden Venenkatheter in die Ohrvene, über den eine Analgesie mit 0,56 mg/kg BW/0,5 h Piritramid und einem Volumen Sterofundin 1/1 verabreicht werden kann.
3. Befestigen Sie alle Gliedmaßen mit einem Mullverband auf dem Operationstisch.
4. Befestigen Sie ein 5-Kanal-EKG an Thorax und Bauch zur Rhythmusanalyse, eine Temperatursonde rektal und ein Pulsoximeter an die Nasenschleimhaut zur Überwachung^von 6,7,8,9.

2. Intubation und Belüftung

1. Sichern Sie die Atemwege durch Intubation und starten Sie eine druckgesteuerte Belüftung.
2. Verwenden Sie die folgenden Belüftungseinstellungen unter Druckregelung mit einem Atemschutzgerät. Die Anfangseinstellungen sind wie folgt:
   FiO₂ 0.6-0.8
   Atemfrequenz von 12–18/min
   Atemminutenvolumen von ca. 0,2 L/min/kg
3. Mit diesen Einstellungen sollten Sie einen_CO2-Wert von 35–40 mmHg, einen paO-2 von 150–200 mmHg und einen normalen Atemstoffwechsel mit einem pH-Wert von 7,35–7,45 anstreben. Überprüfen Sie die Belüftung regelmäßig mit Blutgasanalysen ^7,8,9.

3. Aufrechterhaltung der Anästhesie

1. Halten Sie die Anästhesie mit 1,5 % Sevofluran (über den Beatmungsgerät verabreicht) oder Propofol 1 %, 8 mg/kg BW/H. Ist die Anästhesietiefe unzureichend, erhöhen Sie die Sevoflurandosis auf 2,0 % oder verabreichen Sie einen Propofolbolus von 2-4 mg/kg BW. Anzeichen einer unzureichenden Anästhesie sind ein intraoperatives Erwachen, Schmerzreaktionen, Bewegungen, das mitatmende Tier, schneller Herzschlag, arterielle Hypertonie usw. Dexpanthenol wird verwendet, um Trockenheit der Bindehauthaut der Augen zu verhindern 7,8,9,10.

4. Messung des arteriellen Drucks und großer zentraler venöser Zugang

1. Zur arteriellen Überwachung öffnen Sie die linke Leiste (das Verfahren ist wie in Abschnitt 5.4 beschrieben), legen Sie die Oberschenkelarterie frei und legen Sie einen Druckkatheter mittels Punktion ein. Die Druckkurve wird mit einem Druckwandler dargestellt.
2. Zielen Sie auf einen mittleren arteriellen Druck (MAP) von 50–60 mmHg⁶. Um MAP aufrechtzuerhalten, verabreichen Sie Volumen oder Noradrenalin.
3. Sichern Sie den Zugang mit großem Lumenvolumen extern durch offene Vorbereitung der Jugularvene. Dieser Katheter verfügt über zwei Volumenzugänge: einen für die Volumensubstitution und einen für die Überwachung des zentralvenösen Drucks (8–12 mmHg). Dieser Druck sowie der arterielle Druck werden über den Wandler angezeigt.
4. Führen Sie einen transurethralen Einwohnkatheter ein, um die Urinproduktion zu beurteilen. Balanciere das Volumen mit einem^{Urinbeutel 6}.

5. Operatives Verfahren

1. Markieren Sie vor Beginn des chirurgischen Eingriffs die zu operierenden Bereiche (standardisierte Zugangswege in der Herzchirurgie) mit einem wasserunlöslichen Stift (Schnittführung; Abbildung 3). Decken Sie alle nicht relevanten Bereiche mit blauen chirurgischen Vorhängen ab.
2. Bereiten Sie den Operationstisch mit allen Instrumenten vor (Abbildung 4).
3. Median Sternotomie
   1. Führen Sie einen Längsschnitt der Haut oberhalb der sternalen Mittellinie durch und trennen Sie anschließend die subkutanen Schichten, den Brustmuskel und das Brustbeinperiost mittels Elektrokauterie.
   2. Decke die Mittellinie des Brustbeins für die mediane Sternotomie frei. Stellen Sie sicher, dass die Jugularfossa und der Xiphoid-Prozess gut definiert sind, und schneiden Sie die retrosternale Oberfläche stumpf mit einem Finger auf.
   3. Danach wird das Brustbein längs mit einer Sternalsäge geteilt. Stellen Sie die Hämostase durch Elektrokauterie am Periost und Auftragen von Knochenwachs sicher. Setzen Sie den sternalen Retraktor ein.
   4. Legen Sie das darunterliegende Fettgewebe und den Thymus frei. Öffnen Sie das Perikard längs und setzen Sie Perikard-Stay-Nähte (Mersilin 0) an, um einen Perikardbrunnen zu schaffen.
   5. Untersuchen Sie den Standort und das Herz sorgfältig. Die letzten Schritte finden nach der leistenalen Kanulation statt. Zuerst wird die aufsteigende Aorta und die Lungenarterie mobilisiert und eine Purneennaht (Polypropylen 4,0 RB-1) für die Kardioplegiekanüle eingesetzt.
   6. Zerlege die Aorta frei im Umfang des zu klemmenden Bereichs¹¹.
4. Vorbereitung von Leistengefäßen
   1. Führen Sie einen Längschnitt auf der Haut (Leistenschnitt) durch und schneiden Sie das fetthaltige Hautgewebe mit Elektrokauterisation durch (Abbildung 5A-H). Erweitern Sie das Gewebe mit einem Geweberetraktor.
   2. Schneiden Sie entlang des Musculus gracilis und der Faszie des Musculus adductor femoris mit einer Sektionsschere, um die Femoralarterie und die Vene zwischen den Muskeln freizulegen. Dann schließt man die Gefäße mit einem roten und blauen Gummiband um.
   3. Um die Kanüle im Gefäß zu sichern, wickeln Sie einen Seidenfaden um das Gefäß und sichern Sie es mit einem Tourniquet¹².
5. Kanüleposition: Um die Position der intravaskulären Kanüle besser zu verstehen, positionieren Sie die venöse und arterielle Kanüle am Versuchstier (siehe illustratives Diagramm, Abbildung 6)¹².
6. Venöse Kanüle
   1. Verwenden Sie eine 22 Fr. Seldinger-Kanüle und ein Punktionsset zur Kanüle der Oberschenkelvene. Das Einstichset besteht aus einem 180 cm langen Draht, einer Punktkanüle und Dilatatoren (Abbildung 7A).
   2. Der Schaltplan ist in Abbildung 8A-E ¹² dargestellt. Setzen Sie eine Taschensaitennaht mit Polypropylen 5.0 RP-2 ein und durchstoßen Sie die Vene mit einer 18 GA Stichkanüle.
   3. Führe den Draht über die Kanüle mit der Einführungshilfe in das Gefäß (Femurvene) ein. Achte darauf, dass der Draht locker hin und her geschoben werden kann.
   4. Führe den Draht in die obere Vena cava. Die Position kann durch Palpation oder ein Echokardiogramm überprüft werden.
   5. Entfernen Sie die Kanüle und drücken Sie die Stichstelle leicht mit einer Mullbinde zusammen (um Blutverlust zu vermeiden). Erweitern Sie die Stichstelle vorsichtig mit den verschiedenen Dilatatoren (beginnen Sie mit dem kleinsten); Der Draht muss jederzeit straff gehalten werden.
   6. Fädeln Sie die Kanüle auf und drücken Sie den unteren, straffen Draht bis zur Vorhoffsebene in das Gefäß und schließen Sie die Naht des Tabakbeutels ein. Wenn der Thorax offen ist, muss die Position der oberen Vena cava überprüft werden. Dies ist notwendig, um das venöse Blut aus der oberen und unteren Höhlenvena abzuleiten und das Herz angemessen zu entlasten.
   7. Sichern Sie die Kanüle mit Seide an der Tabakbeutelnaht. Ziehe vorsichtig den Draht und den Kanüleneinlass heraus, entlüfte mit antegradem Blut und klemme mit einer Schlauchklemme. Dann verbinden Sie die Kanüle mit dem 1/2"-Stecker und dem 1/2" 3x32-Rohr des CPB.
7. Arterielle Kanüle
   1. Verwenden Sie eine 14-16 Fr. Seldinger Kanüle und ein Stichset zur Kanüle der Oberschenkelarterie. Letzterer besteht aus einem 100 cm langen Draht, einer Einstichkanüle und Dilatatoren (Abbildung 7B).
   2. Das Verfahren ist dasselbe wie bei der venösen Kanulation¹². Bereiten Sie die Nähte der Purse String vor (4-0 Polypropylen RB-1) und setzen Sie die Einstichkanüle ein.
   3. Führe den Draht über die Kanüle und entferne die Kanüle. Erweitern Sie die Stichstelle mit den einzelnen Dilatatoren (12 Fr. und 14 Fr.) und setzen Sie die arterielle 16-Fr-Kanüle ein.
   4. Entferne den Draht und den Einlass, entleere rückwärts und klemme ab. Dann verbinden Sie die Kanüle mit dem 3/8"-Anschluss und dem 3/8" 3x32-Rohr der Herz-Lungen-Maschine und befestigen Sie sie am Gewebe.
8. Verbindung zum kardiopulmonalen Bypass
   1. Nachdem der kardiopulmonale Bypass mit den leistenalen Gefäßen verbunden wurde, wird der extrakorporale Kreislauf eingeleitet (Abbildung 9A und Video 1). Aufgrund des geringen Höhenunterschieds zwischen der Venenkanüle und dem Reservoir muss der venöse Abfluss häufig durch aktive Absaugung unterstützt werden. Diese Saugkraft beträgt ca. -60 bis -80 mmHg und wird von einer Walzenpumpe erzeugt. Visualisieren Sie die Saugkraft, indem Sie den Druck auf dem venösen Rohr mit einem Druckmesser 13,14,15 messen.

Ergebnisse

Die Änderung des Kanültyps zur Etablierung der extrakorporalen Zirkulation von der thorakalen zentralen Kanulation zur leistenalen Kanulation führte in Tierversuchen nicht zu einer iatrogenen Aortenruptur (Tabelle 1). Der Hintergrund ist eine Tierstudie, bei der 18 Schweine pro Gruppe operiert wurden. Bei den ersten 15 Eingriffen erlitten sechs Schweine einen iatrogenen Aortenruptur nach zentraler Kanulation, weshalb das Experiment eingestellt wurde. Die Sterblichkeitsra...

Diskussion

Experimentelle Herzchirurgie ist heute unentbehrlich. Mögliche Ziele umfassen die Bewertung der Funktion der linken ventrikulären Pumpe unter Verabreichung verschiedener Medikamente und deren pharmakokinetische Eigenschaften, die Optimierung chirurgischer Eingriffe sowie die Optimierung der Perfusion im extrakorporalen Kreislauf. Erwachsene Schweinemodelle sind aufgrund ihrer kardiovaskulären und physiologischen Eigenschaften sehr gut für diesen Zweck gee...

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Dexpanthenol 5 %	Bayer	PZN AT-2424276	Anästhesie
HLM Set Trilly AF Kinder	Eurosets	AG71155	Einweg-Set für Herz-Lungen-Maschinen
Ketamin 5 mg/ml	Pfizer	PZN 01395650	Anästhesie
Mersilene 0	Ethicon	R844	Perikard-Stay-Nähte
Midazolam 5 mg/5 ml	Hameln	PZN 05918501	Anästhesie
Perkutanes Einfü HRKIT 100 cm	Maquet	PIK 100	Arterielles Punktionsset
Piritramid 15 mg/ml	Piramal	PZN 01312724	Anästhesie
Polypropylen 4,0 RB-1 (Prolene)	ETHICON	8710H	Tabakbeutelnaht am Gefäß
PotiSite arterielle Perfusionskanüle 16 Fr.	Edwards	FLK0012	Arterielle Leistenkanüle
Propofol 1 % 200 mg/20 ml	Fresenius KABI	PZN 18116200	Anästhesie
RAP Femoralvenenkanüle 22 Fr.	LivaNova	200-100	Venöse Leistenkanüle
Revas Access Kit Dual Lumen 180 cm	Freelife	FLK0012	Venöse Punktionsanlage
Seide 75 cm	Resorba	G850N	um die Kanüle um das Gefäß zu fixieren
Sevofluran 100% /V/V) 250ml	SEVOrane	PZN 03796821	Anästhesie
Silikon-Loops 2,5 mm blau	SERAG Wiessner	SL27	zur Vorbereitung der Vene
Silikon-Loops 2,5 mm rot	SERAG Wiessner	SL26	zur Vorbereitung der Arterie
Stereofundin ISO 1/1 E ISO	B/BRAUN	PZN 01078955	Band
Tourniquet-Kit 7 Fr.	Medtronic	79005	zum Befestigen der Kanülen am Gefäß