Hier präsentieren wir ein Protokoll zur Bewertung der pulmonalen Hypertonie durch kardiale Katheterisation in einem Frühlingslamm-Modell der sich entwickelnden bronchopulmonalen dysplasie-assoziierten pulmonalen Hypertonie. Die beschriebene Methode ermöglicht eine direkte Messung des mittleren Pulmonalarterie- und pulmonalen Keildrucks sowie die Berechnung des pulmonalen Gefäßwiderstands.
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Methodenartikel
Herzkatheterisation zur Beurteilung der pulmonalen Hypertonie bei Frühgeborenen
* These authors contributed equally
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Bronchopulmonale Dysplasie mit pulmonaler Hypertonie (BPD-PH) ist eine verheerende Komplikation der Frühgeburt, die mit erhöhter Morbidität und Mortalität einhergeht. Frühgeburt stört die normale Lungen- und Gefäßentwicklung, und postnatale Expositionen wie mechanische Beatmung und Sauerstofftherapie können das Lungen- und pulmonale Gefäßwachstum weiter beeinträchtigen und so zur Entwicklung von BPD-PH beitragen. Im Frühgeborenen-Lamm-Modell der sich entwickelnden BPD werden Lämmer zu früh geboren und bis zu 21 Tage mechanisch belüftet, wobei unterbrochene Lungenentwicklung sowie Verletzungen durch mechanische Beatmung und oxidativen Stress berücksichtigt werden, um zentrale Merkmale der Entwicklung von BPD-PH zu reproduzieren.
Ziel des kardialen Katheterisationsprotokolls ist es, die pulmonale Hämodynamik bei Früh- und Terminlämmern bei neonatalen Lämmern direkt zu beurteilen. Die Lämmer werden während der gesamten Studie intubiert, mechanisch belüftet und sediert. Zum Zeitpunkt der kardialen Katheterisation wird ein Swan-Ganz-Katheter durch die äußere Jugularvene zur oberen Vena cava und dann durch das rechte Vorhof, den rechten Ventrikel und die Hauptlungenarterie vorgeschoben. Die Position der Kather wird durch die Identifizierung charakteristischer Druckwellenformen bestätigt, die während des Vorlaufs durch die rechtsseitigen Herzkammern erzeugt werden. Der mittlere Pulsarteriendruck und der Keildruck der pulmonalen Kapillaren werden mittels Drucktransduktion gemessen, und das Herzvolumen wird durch Thermodilution bestimmt, um die Berechnung des pulmonalen Gefäßwiderstands zu ermöglichen.
Das Protokoll liefert reproduzierbare Messungen der pulmonalen Hämodynamik, die parallel zu denen bei der klinischen Herzkatheterisation bei menschlichen Neugeborenen erzielt werden. Durch die direkte Bewertung von pulmonalen Gefäßdrücken und Resistenzen erhöht diese Methode den translationalen Nutzen des Frühlingslammmodells für die mechanistische Bewertung potenzieller Therapien für BPD-PH.
Einleitung
Bronchopulmonale Dysplasie (BPD) tritt bei bis zu 45 % der Frühgeborenen vor der 28. Schwangerschaftswoche auf, nimmt in den Vereinigten Staaten zu und kann durch pulmonale Hypertonie (PH, BPD-PH) 1,2,3 verkompliziert werden. Der Prozess der chronischen kardiopulmonalen Erkrankungen beginnt, wenn die normale Lungenreifung durch eine Frühgeburt unterbrochen wird und durch postnatale Verletzungen durch mechanische Beatmung und oxidativen Stress verschärft wird. Eine anhaltende Lungenverletzung führt zu einer pulmonalen Gefäßremodellierung und zur Entwicklung eines pH-Wert 4,5.
Der pädiatrische pH ist definiert als mittlerer Lungenarteriendruck (mPAP) ≥20 mmHg bei Kindern >3 Monate alt. Wenn der pulmonale vaskuläre Resistenzindex (PVR) ebenfalls >3 Holzeinheiten (WU) x m2 und der pulmonale Kapillarkeildruck (PCWP) < 15 mmHg beträgt, dann werden Patienten mit präkapillarem pH definiert, was im Zusammenhang mit BPD-PH6 als sekundär zur pulmonalen Gefäßerkrankung gilt. Der pulmonale Gefäßwiderstand wird anhand hämodynamischer Messungen berechnet, die während der kardialen Katheterisation mit der Gleichung erhalten werden
Die Häufigkeit von BPD-PH steigt mit der Schwere von BPD und tritt bei 25–41 % der Säuglinge mit schwerer BPD 7,8 auf. BPD-PH ist mit deutlich erhöhter Morbidität und Mortalität verbunden. Metaanalysen zeigen ein Odds Ratio für die Sterblichkeit von 4,4–6,4 im Vergleich zu BPD ohne pH und eine Sterblichkeitsrate von 40–47 % innerhalb von zwei Jahren bei Neugeborenen mit BPS und schwerer, persistierender PH9. BPD-PH führt außerdem zu längeren Krankenhausaufenthalten, einem höheren Sauerstoffbedarf zu Hause, einem erhöhten Tracheostomierisiko und höheren Raten neuroentwicklungsbedingter Beeinträchtigungen 7,10,11.
Angesichts der hohen Morbidität und Mortalität im Zusammenhang mit BPD-PH sind genaue PH-Bewertungen unerlässlich, um die Risikostratifizierung, Überwachung und das Therapiemanagement zu unterstützen sowie die optimale Auswahl von Kandidaten für klinische Studien zur Verbesserung der Ergebnisse zu erleichtern. Obwohl die Echokardiographie oft für die Erstuntersuchung des pH verwendet wird, ist die rechte Herzkatheterisation der Goldstandard für die Diagnose des pH in allen Altersgruppen, einschließlich Neugeborenen, da sie eine direkte Messung von mPAP, PCWP undCO-12 ermöglicht. Die kardiale Katheterisierung bestimmt die PVR genau und präzise und ist daher unerlässlich, sie in klinische und translationale Forschung einzubeziehen, insbesondere in Großtiermodellen, die potenzielle therapeutische Wirkstoffe für PH12,13 testen.
Das Frühlingslamm-Modell ist ein einzigartiges Großtiermodell der Entwicklung von BPD-PH, das dazu verwendet werden kann, das Verständnis der Krankheitsmechanismen zu verbessern und neuartige Therapien zu testen14. Frühgeborene Lämmer werden während des späten kanalikulären bis frühen sacculären Stadiums der Lungenentwicklung (entspricht etwa 24 bis 28 Wochen der Schwangerschaft) durch Kaiserschnitt nach Exposition gegenüber pränatalen Steroiden geboren. Die Lämmer werden intubiert und wiederbelebt, wobei eine standardisierte Technik nach neonatalen Richtlinien verwendet wird. Sie erhalten exogenes Tensid, Koffein und frühe enterale Ernährung (zusätzlich zu intravenöser (IV) Dextrose als Standardversorgung auf der neonatalen Intensivstation15. Frühere Studien mit diesem Modell zeigten, dass nach 21 Tagen mechanischer Beatmung mit physiologischen Zielen, die denen bei Frühgeborenen ähneln, Messungen des pulmonalen Gefäßdrucks und der postmortalen Lungenhistologie erhöhte PVR, alveolare Vereinfachung und andere histologische Veränderungen zeigten, die mit der Entwicklung von BPD-PH15,16 übereinstimmen. Frühere Ansätze führten Thorakotomien vor, um einen Thermistordraht und einen Katheter direkt in den pulmonalen Stamm einzuführen, was an sich zur Entwicklung von BPD-PH beigetragen haben könnte.
Hier wird ein weniger invasives Protokoll für die Katheterisierung des rechten Herzens über die äußere Jugularvene beschrieben, um die pulmonale Hämodynamik direkt zu messen und die PVR bei Früh- und Terminlämmern zu berechnen. Die Technik liefert reproduzierbare Messungen von pulmonalen Gefäßdrücken und CO, die denen entsprechen, die während der klinischen Herzkatheterisation bei menschlichen Neugeborenen erzielt werden. Das Protokoll verbessert die translationale Nützlichkeit des Frühlingslammmodells für mechanistische Studien und präklinische therapeutische Tests bei BPD-PH.
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Protokoll
Alle experimentellen Verfahren wurden prospektiv genehmigt und in Übereinstimmung mit den Tierhandhabungs- und Ausbildungsstandards des Institutional Animal Care and Use Committee der University of Utah durchgeführt.
1. Positionsaufbau
- Stellen Sie das Lamm in eine Schlinge und stellen Sie sicher, dass der zuvor platzierte Gefäßzugang (Nabel- oder Jugularvenenkatheter) funktioniert.
- Dexmedetomidin-Infusion wird für die Sedierung bei 0,2 bis 1,0 mcg/kg pro Stunde gehalten und die Infusionsrate angepasst, um die gewünschte Sedierungstiefe zu erreichen.
- Geben Sie zusätzliche, schneller wirkende Sedierung und Analgesie mit Pentobarbital (1 mg/kg/Dosis IV Push) und Buprenorphin (5 μg/kg/Dosis IV Push) bei Bedarf.
- Rasieren Sie den rechten oder linken Hals über der äußeren Jugularvene und injizieren Sie 0,5 ml 1% Lidocain subkutan über die Stelle. Sterilisieren Sie die Stelle mit drei abwechselnden Betadin- und Alkohol-Peelings.
- Tragen Sie sterile Handschuhe und geeignete persönliche Schutzausrüstung. Entsorgen Sie alle Nadeln und andere scharfe Gegenstände sofort nach Gebrauch in einem zugelassenen Behälter.
- Bereiten Sie einen Swan-Ganz-Katheter mit 2 % heparinisiertem Kochsalzlösung und verbinden Sie den distalen Port mit einem Druckwandler für kontinuierliche Aufzeichnungen in LabChart.
- Null den Druckwandler.
- Überwachen Sie während des gesamten Eingriffs die Sauerstoffsättigung (SpO2), den arteriellen Blutdruck und die Herzfrequenz. Stoppen Sie das Verfahren, damit die Vitalwerte stabilisieren können, oder brechen Sie ab, wenn SpO2 <90 % für 2 Minuten, Herzfrequenz <60 Schläge pro Minute oder Atemfrequenz >100 Atemzüge pro Minute trotz Anpassungen des Beatmungs- und Atmungssauerstoffanteils oder wenn der arterielle Blutdruck >15 % gegenüber dem Vorbehandlungsstand gesunken ist.
2. Einführung und Weiterentwicklung des Katheters
- Verwenden Sie eine 11-Klinge, um einen 1 cm langen Schnitt über der äußeren Halsschlagader zu machen und das Gefäß freizulegen.
- Sezieren Sie die äußere Jugularvene und isolieren Sie sie dann, indem Sie eine 3,0-Seidennaht unter die Vene führen. Verwenden Sie diese Naht, um die proximale Kontrolle des Gefäßes im Falle einer Blutung aufrechtzuerhalten, während der Katheter eingeführt wird.
- Führe eine 18-G-Nadel mit 2,5 Zoll Durchmesser ins Gefäß.
- Führen Sie einen Führungsdraht durch die Nadel mit der Seldinger-Technik.
- Führen Sie einen 6-Fur-Einführer (gefüllt mit heparinisiertem Kochsalzlösung) über den Führungsdraht in das Gefäß.
- Entfernen Sie das Führungsseil, solange der Einbringer an Ort und Stelle bleibt.
- Nähen Sie den Einführer, um seine Position im Gefäß in einer Tiefe von etwa 3,0 cm bis 3,5 cm mit der zuvor platzierten Seidenbindung zu sichern.
- Überprüfen Sie den Blutfluss aus dem Einführer durch Aspiration und spülen Sie den Einführer dann mit heparinisierter Kochsalzlösung.
- Führen Sie den zuvor vorbereiteten Swan-Ganz-Katheter durch den Einführer und schieben Sie ihn allmählich vor, während Sie die transduzierte Druckwellenform überwachen.
HINWEIS: Überprüfen und überprüfen Sie die Nivellierung und Nullstellung des Wandlers vor dem Einführen des Katheters. Kleine Fehler bei der Gleichstellung der Wandler können den Pulsarteriendruck, PCWP, mPAP und PVR verändern. Schon ein Nivellierungsfehler von 1–2 cm kann die Ergebnisse erheblich verändern.
3. Messung von Drücken und Herzvolumen (CO)
- Schieben Sie den Swan-Ganz-Katheter vor, bis die typische venöse Druckverfolgung durch eine typische rechte Vorhofdruckverfolgung ersetzt wird (Abbildung 1). Beachten Sie, dass der rechte Vorhofdruck typischerweise nicht null erreicht (obwohl dies bei schwerer Hypovolämie auftreten kann). Aufgezeichnete transduzierte Drücke.
- Schieben Sie den Swan-Ganz-Katheter weiter vor, bis eine typische Druckverfolgung des rechten Ventrikels (ventrikulär) sichtbar ist (Abbildung 1). Beachten Sie, dass der Druck im rechten Ventrikel null erreicht. Aufgezeichnete transduzierte Drücke.
HINWEIS: Ein Katheterpeitschenartefakt, das durch die Bewegung der Katheterspitze während des Blutflusses verursacht wird, kann zu falsch hohen systolischen Spitzen führen. - Langsam wird der Swan-Ganz-Katheter eingeführt, bis eine pulmonale arterielle Verfolgung vorliegt. Beachten Sie, dass der Pulsarteriendruck (arteriell) nicht null erreicht. Aufgezeichnete transduzierte Drücke.
HINWEIS: Wenn es schwierig ist, den Katheter in die Lungenarterie zu schieben, kann der Ballon kurzzeitig aufgeblasen werden, um die Katheterspitze zur Lungenklappe zu bewegen. Eine weitere Methode zur Fehlersuche ist die Neupositionierung des Tieres. Eine Überdämpfung der Wellenform kann durch Knicke im Rohr auftreten und einen falsch niedrigen Druckwert erzeugen. - Den Katheter weiter vorschieben und den Ballon aufblasen, um einen Keil an der Gefäßwand zu bilden, der die Messung des PCWP ermöglicht. Begrenze die Ballonaufblasung auf maximal 10 Sekunden, sobald die Wellenform bestätigt ist.
HINWEIS: Die Ballonaufblasung sollte von einem Widerstandsgefühl begleitet werden. Wenn kein Widerstand festgestellt wird, sollte man die Möglichkeit in Betracht ziehen, dass der Ballon geplatzt ist, und keine zusätzliche Luft einlassen. - Messen Sie die Herzmenge durch Thermoverdünnung, wobei Sie auf Anweisungen auf der kardialen Ausgangsmaschine verweisen (die genauen Schritte können je nach verwendetem Modell leicht variieren).
- Schließen Sie das Herzausgangsgerät an den Anschluss des Swan-Ganz-Katheters an.
- Legen Sie das Thermistorkabel in einen Behälter mit Eiswasser.
- Geben Sie die entsprechende Rechenkonstante basierend auf dem Kathetermodell ein und injizieren Sie die Temperatur, um das Herzvolumen zu berechnen.
- Füllen Sie acht 5-mL-Spritzen mit 0,9 % Kochsalzlösung und geben Sie sie in Eiswasser.
- Über den Katheter wird ein 3–5 mL (je nach Modell des verwendeten Swan-Ganz-Katheters) kalt injiziert (0–5°C).
- Zeichnen Sie das Herzvolumen des Geräts auf.
- Folgen Sie den Anweisungen der kardialen Ausgangsmaschine, um die Kaltinjektion 5–6 Mal zu wiederholen.
- Entleere den Ballon und ziehe den Swan-Ganz-Katheter heraus. Falls die kardiale Katheterisation am letzten Tag der Studie nicht durchgeführt wird, entfernen Sie den Einbringer und ligatizieren Sie die äußere Halsvene mit 3,0-Seidennähten. Überwachen Sie das Tier auf Komplikationen.
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Ergebnisse
Erwartete Druckverfolgungen vom rechten Vorhof, rechten Ventrikel, Lungenarterie und Pulmonalkapillarkeil sind in Abbildung 1 dargestellt. Beim Eintritt in eine zentrale Vene sollte die Druckverfolgung eine sehr niedrigdruckige, wellenförmige Wellenform zeigen (nicht abgebildet). Atemwegsvariationen können vorliegen. Es sollten keine scharfen Aufwärtsstreiche vorhanden sein (typisch für arterielle Verfolgung). Beim Betreten des rechten Atriums wird die Welle...
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Diskussion
Die kardiale Katheterisation ermöglicht eine direkte Messung des mPAP und die Berechnung des CO im Frühlingslamm-Modell der sich entwickelnden BPD-PH. Das Verfahren ist technisch und erfordert spezielle Ausrüstung, liefert jedoch genaue und reproduzierbare Messungen, weshalb es das bevorzugte diagnostische Verfahren beim Menschen ist und als überlegener Endpunkt für klinische Studien gilt. Wenn eine kardiale Katheterisation im Frühlingslammmodell durchgeführt wird, sind die entscheidende...
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Offenlegungen
Die Autoren haben keine relevanten Interessenkonflikte offenzulegen.
Danksagungen
Wir würdigen die zahlreichen Bachelor-Studierenden an der University of Utah, die beim Umgang mit Lamm geholfen und diese Studien ermöglicht haben. Wir danken auch der Abteilung für Pädiatrie der University of Utah für ihre fortwährende Unterstützung unseres Labors.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| 0,45% Natriumchlorid-Injektion USP | Baxter | 2B1313 | |
| 3-Wege-Stopfcock mit drehbarem männlichem Luer-Lock | Medex | MX5311L | |
| 48 Zoll (121,9 cm) Verlängerungsset | Medex | MX048 | |
| 5 mL Spritze | Terumo | SS-05L | |
| Bridge Amp | ADInstruments | FE221/CS | |
| CONTINU-FLO-Lösungsset mit CONTROL-A-FLOW-Regler | Baxter | 2C6895 | |
| DB9M - DB9F Kabel (400 mm) | ADInstruments | MLAC02 | |
| DIN(8) zu MLT0699 oder MLT0670 Kabel (3,9 m) | ADInstruments | MLAC06 | |
| Einmaliger BP-Transducer (Stopfcock) | ADInstruments | MLT0670 | |
| Injektionate Temperatursonde | Edwards Lifesciences | 9850A | |
| LabChart 8.1.30 für Windows | ADInstruments | Pro Upgrade | |
| Patient CCO Kabel | Edwards Lifesciences | 70CC2 | |
| Perkutaner Schlauch-Introduktor-Kit mit integrierter Hämostase-Ventil/Seitenanschluss für den Gebrauch mit 4 - 6 Fr. Kathetern | Arrow | AK-09601 | |
| Power Lab C | ADInstruments | PLC01 | |
| Swan-Ganz True Size Thermodilution Katheter | Edwards Lifesciences | 132F5 | 6 Fr, 10 cm, Ballon-Volumen 0,7 mL |
| Vigilance II Monitor | Edwards Lifesciences | VIG2 |
Referenzen
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