Dieses Protokoll beschreibt eine minimalinvasive perkutane Technik zur Implantation von vorderen und hinteren Pleurakathetern bei Schweinen, die eine direkte Messung des regionalen Pleuradrucks ohne Thorakotomie ermöglicht.
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Methodenartikel
Dieses Protokoll beschreibt eine minimalinvasive perkutane Technik zur Implantation von vorderen und hinteren Pleurakathetern bei Schweinen, die eine direkte Messung des regionalen Pleuradrucks ohne Thorakotomie ermöglicht.
Die Messung des Pleuradrucks ermöglicht eine erweiterte physiologische Beurteilung, einschließlich der Aufteilung der Atemmechanik in Lungen- und Brustwandkomponenten, der Berechnung des transpulmonalen Drucks und der Quantifizierung regionaler Pleuradruckgradienten. Diese Informationen sind entscheidend zur Optimierung der mechanischen Beatmung, zur Beurteilung der Auswirkungen veränderter Brustwandphysiologie und zur Förderung translationsmedizinischer Forschung bei Lungenverletzungen. Aktuelle Techniken zur direkten Pleuradruckmessung erfordern jedoch häufig die offene Implantation von Pleuradrucksensoren mittels Thorakotomie, was zeitaufwändig, risikoreich ist und die Brustwandmechanik beeinträchtigen kann. Um diese Einschränkungen zu überwinden, haben wir eine minimalinvasive, perkutane, bildgesteuerte Technik zur Platzierung eines Pleurakatheters entwickelt. Das Verfahren wurde an anästhesierten, mechanisch beatmeten Schweinen durchgeführt. Unter Ultraschallkontrolle wurde eine Tuohy-Nadel in den Pleuraraum vorgeschoben, und ein kleiner künstlicher Pneumothorax (50–100 mL Sauerstoff) wurde erzeugt, um die Pleurablätter zu trennen. Über einen Führungsdraht wurde ein 9-Fr-Schleuseinführer platziert, der die Vorverlegung eines ballongestützten Katheters in die vordere Pleura ermöglichte. Anschließend wurde das Tier in eine halbprone Lage gedreht, und ein zweiter Katheter wurde dorsal eingeführt, nachdem derselbe Pneumothorax durch zusätzliche 50–100 mL Sauerstoff vergrößert worden war. Die korrekte Platzierung wurde mittels Computertomographie (CT) und physiologischer Kurvenverläufe bestätigt. Nach Evakuierung des Pneumothorax und Reexpansion der Lunge wurde die Position durch Bildgebung verifiziert. Eine erfolgreiche vordere und hintere Katheterplatzierung wurde bei 16 von 20 Tieren (80 %) erreicht, was die Durchführbarkeit dieses Ansatzes belegt. Fehlgeschlagene Eingriffe resultierten aus unbeabsichtigtem Pneumothorax während des vorderen Pleurazugangs oder aus einer fehlerhaften Positionierung des vorderen Katheters außerhalb des Zielbereichs in ventraler Region. Diese Methode bietet einen weniger invasiven und reproduzierbaren Ansatz zur direkten regionalen Pleuradrucküberwachung in Großtiermodellen. Da der chirurgische Zugang vermieden wird, eignet sich diese perkutane, bildgesteuerte Technik besonders gut für experimentelle Protokolle zur Untersuchung der Atemmechanik, der Lungen- und Brustwandphysiologie sowie der mechanischen Beatmung in der translationsmedizinischen Forschung.
Der Pleuradruck wird in experimentellen Studien häufig als zentraler Indikator der Brustwandmechanik verwendet und hilft dabei, das getrennte Verhalten des Atemapparats und seine Wechselwirkung mit der Lunge während der mechanischen Beatmung zu beschreiben1. Diese Variable ist entscheidend für die Berechnung des transpulmonalen Drucks, der die primäre Bestimmungsgröße der Lungenbelastung darstellt2. Bei Lungenverletzungen kann der Pleuradruck zudem helfen, die Mechanik am Ende der Ausatmung zu beschreiben und Einblicke in den überlagerten Druckgradienten zu geben, ein Phänomen, das mit der Belastung der abhängigen Lungenregionen verbunden ist3,4. Diese regionale Druckverteilung erzeugt ventro-dorsale Unterschiede im Pleural- und transpulmonalen Druck, die während der kontrollierten mechanischen Beatmung hauptsächlich durch die gravitative Belastung und das Ausmaß der Lungenverletzung bestimmt werden, während sie während spontaner oder assistierter Atmung durch regionale inspiratorische Muskelaktivität weiter verstärkt werden können5.
Die direkte Überwachung des Pleuradrucks wird in der klinischen Praxis nicht durchgeführt, da das Verfahren zu invasiv ist, um als sicher zu gelten. Aus diesem Grund wird der ösophageale Druck (Pes) häufig als bester Surrogatparameter für den Pleuradruck verwendet6. Der Pes wird jedoch von mehreren Faktoren beeinflusst, die seine Genauigkeit beeinträchtigen können, darunter die Katheterposition, die durch das Baydur-Verhältnis beurteilte Druckübertragung und der Beatmungsmodus7. Der ösophageale Ballon befindet sich innerhalb einer dehnbaren Struktur, und sein Signal wird sowohl von der Ösophaguswand als auch von benachbarten mediastinalen Organen geformt. Bereits geringfügige Verschiebungen in der Kathetertiefe oder -ausrichtung können den gemessenen Druck oder die Größe seiner Atemschwankungen verändern8. Zudem spiegelt der Pes hauptsächlich den mittleren bis dorsalen Pleuradruck wider und ist daher weniger repräsentativ für ventrale Bereiche sowie für das gesamte Pleuramilieu bei heterogener Lungenverletzung9.
Aus diesen Gründen bleibt die direkte Messung des Pleuradrucks die Goldstandardmethode in der translations- und experimentellen Physiologie10. Zur direkten Messung des Pleuradrucks wurden bereits mehrere Geräte eingesetzt. Plättchenförmige Pleurasensoren werden häufig in experimentellen Modellen verwendet11,12; in einigen Studien wurden außerdem ösophageale Ballonkatheter in den Pleuraraum eingeführt, um den Pleuradruck direkt zu erfassen13,14. Trotz der Verfügbarkeit verschiedener Instrumente zur direkten Pleuradruckmessung war für deren Insertion traditionell entweder eine offene Thorakotomie oder ein thorakoskopischer Zugang erforderlich. Diese Verfahren sind invasiv, erfordern fortgeschrittene chirurgische Fähigkeiten, verlängern die Vorbereitungszeit des Eingriffs und stören die normale Biomechanik der Brustwand, wodurch die untersuchten physiologischen Bedingungen erheblich verändert werden.
In diesem Methodenartikel stellen wir eine neuartige perkutane Technik zur Platzierung von ösophagealen Ballonkathetern in den Pleuraraum von Schweinen zur direkten regionalen Überwachung des Pleuradrucks vor. Dieser Ansatz ist minimalinvasiv und erfordert weder eine Thorakotomie noch eine spezialisierte chirurgische Ausbildung. Der anteriore Pleurazugang wird mithilfe einer standardmäßigen, ultraschallgesteuerten Punktionstechnik durchgeführt, während die Computertomographie (CT) zur Bestätigung der Platzierung des intrapleuralen Führungsdrahts und des Katheters sowie zur Unterstützung bei der Planung des posterioren Pleurazugangs verwendet wird. Die Methode ermöglicht die Platzierung von Kathetern in verschiedenen Regionen der Pleurahöhle zur regionalen Beurteilung der partitionierten Atemmechanik. Das Ziel der Technik besteht darin, die Verfahrenskomplexität und das Risiko zu verringern, gleichzeitig aber hochwertige Pleuradruckaufzeichnungen für physiologische und translationsmedizinische Forschung zu erhalten.
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Nach Genehmigung durch den Ausschuss für Tierversuche und Tierversuchstierwohl (2020I000073) am Massachusetts General Hospital, Boston, MA, wurden die Experimente von März bis November 2025 an 20 gesunden Yorkshire-Schweinen mit einem Gewicht von 30–40 kg durchgeführt.
ACHTUNG: Dieses Protokoll erzeugt absichtlich einen Pneumothorax und verwendet 100 % Sauerstoff. Führen Sie den Eingriff unter kontinuierlicher physiologischer Überwachung durch Personal durch, das in der Anästhesie von Großtieren und im Zugang zur Pleura geschult ist, und beseitigen Sie Zündquellen während der Sauerstoffinsufflation.
1. Tierpräparation
2. Vorbereitung der Ausrüstung
3. Anteriore perkutane Pleurazugang
4. Percutane posteriore Pleurazugang
5. Endgültige Positionierung und Überwachung
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Die Platzierung von Pleurakathetern mittels perkutaner Technik wurde bei 20 Schweinen durchgeführt (Tabelle 1). Bei 17 Tieren wurden insgesamt 34 Pleurakatheter (17 anterior und 17 posterior) eingelegt. Davon erreichten 33 Katheter (97 %) die beabsichtigte Pleuraregion, während ein anteriorer Katheter in die Pleurahöhle eindrang, aber den Zielort in ventraler Lage nicht erreichte. Die korrekte regionale Platzierung sowohl der anterioren als auch der posterioren Katheter wurde somit bei 16 der 17 Tiere, b...
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Dieses perkutane Protokoll bietet eine praktische und reproduzierbare Methode, um regionale Pleuradruckmessungen durchzuführen, ohne dass eine Thorakotomie oder thorakoskopischer Zugang erforderlich ist. Mehrere Aspekte des Verfahrens sind besonders wichtig, um eine erfolgreiche Katheterplatzierung und hochwertige Druckaufzeichnungen sicherzustellen.
Ein entscheidendes Element der Technik ist die anteriore Punktion, die unter direkter thorakaler Ultraschallführung durchgeführt wird. Mithilfe d...
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Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenzulegen.
Diese Arbeit wurde durch die NIH-Zuschüsse R01HL177025 und R01HL171199 unterstützt.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Klebeband | 3M Tegaderm | 1624W | Katheterfixierung vor dem Einführer |
| Tier-Schermaschine | 3M Clipper | 9661L | Entfernung von Brusthaaren |
| Atropin (injizierbar) | Sparhawk Laboratories Inc. | NDC:58005-354 | Intramuskuläre Prämedikation |
| Computertomographie-Scanner | NeuroLogica | Omnitom Elite PCD; 1-NL5100-060 | Beurteilung der Position von Führungsdraht/Katheter und Pneumothorax; |
| Software zur Datenerfassung | ADInstruments | LabChart Pro 8.1.31 | Aufnahmesoftware bei 1.000 Hz ohne digitale Filterung |
| Datenerfassungssystem | ADInstruments | ML865 | Zur Erfassung des Pleuradrucks |
| Differenzdruckaufnehmer | Harvard Apparatus / Hugo Sachs | 73-3882 | Druckmessgerät zur Aufzeichnung des Pleuradrucks |
| Einweg-OP-Tuch | Cardinal Health | CAT 28700-004 | Vorbereitung des sterilen Feldes (Schritt 2.1) |
| EKG & Pulsoximetrie-Monitor | Mindray | BeneView T5 | Überwachung der Vitalparameter |
| Endotrachealtubus, 7,0 mm | Teleflex Medical | REF 5-10314 | Endotracheale Intubation |
| Ösophagusballonkatheter | Cooper Surgical | REF 47-9005 | Als intrapleurale Druckkatheter verwendet (Schritt 2.1) |
| Fentanyl (injizierbar) | Hikma | NDC 0641-6030-01 | IV-Analgesie |
| Sterile Mullkompressen | Medline | REF NON21430LF | Vorbereitung des Standorts (Schritt 2.1) |
| Führungsdraht 0.025" × 33 cm | Teleflex Medical | REF AW-04025 | Für die Seldinger-Technik (Schritt 2.1) |
| Infusionspumpe | Smiths Medical | Medfusion 4000 | Kontinuierliche Anästhetikumapplikation |
| Einführungshülse, 9 Fr | Cordis | REF 402-609X | Für die Insertion eines intrapleuralen Katheters (Schritt 2.1) |
| Mechanischer Beatmungsapparat | Maquet – Getinge | Servo-I, ventilation mit volumenkontrollierter Beatmung | |
| Augensalbe | Lodi Veterinary Care | NDC 17033-211-38 | Hornhautprotektion nach der Anästhesieeinleitung |
| Sauerstoff 100 % (medizinische Qualität) | Airgas | N/V | Für kontrollierten Pneumothorax |
| Pancuronium (injizierbar) | Selleck Chemicals | S2497 | Neuromuskuläre Blockade |
| Povidon–Jodlösung | BICCA | CAT 3955-16 | Hautantiseptik |
| Propofol (injizierbar) | NorthStar | NDC 16714-977-01 | Induktion und Aufrechterhaltung |
| Atemschaltung (Beatmungsschaltung) | Medline | REF NON026370 | Standard-Schaltung |
| Skalpell Nr. 11 | Bard-Parker | REF 372611 | Für den Hautschnitt (Schritt 2.1) |
| Sterile Abdeckung | Medline | REF MDT2168286 | Vorbereitung des sterilen Feldes |
| Sterile Handschuhe (Latex) | Biogel | REF 31280 | Sterile Schutzhandschuhe |
| Steriler Kittel | Halyard | REF 95121 | Sterile chirurgische Kleidung |
| Spritzen 10 mL | Medline | REF SYR110010 | Zum Aspirieren/Injizieren (Schritt 2.1) |
| Spritzen 50 mL | BD | REF 309680 | Für die Pleura-Luftaspiration (Schritt 2.1) |
| Tiletamin–Zolazepam (injizierbar) | Virbac | NADA 71805-06 | Telazol; intramuskuläre Sedierung |
| Tuohy-Nadel, echogen 18G × 100 mm | Pajunk | REF 521185-31C | Für die Pleurapunktion (Schritt 2.1) |
| Ultraschallsonde (Butterfly iQ+) | Butterfly Network | 950-20002-00 | Wird mit der Butterfly iQ App für iPad verwendet (Schritt 2.1) |
| Ultraschall-Software/Anwendung | Butterfly Network | Butterfly iQ 2.46; iPad 11 iPadOS 26 | Butterfly iQ App für iPad |
| Xylazin (injizierbar) | Cronus Pharma | LLC |
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