Presentamos un protocolo para establecer un modelo de oxigenación por membrana extracorpórea (ECMO) despierto a largo plazo en ovejas. Se presta especial atención al manejo y evaluación del sistema de coagulación durante el modelo ECMO.
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Presentamos un protocolo para establecer un modelo de oxigenación por membrana extracorpórea (ECMO) despierto a largo plazo en ovejas. Se presta especial atención al manejo y evaluación del sistema de coagulación durante el modelo ECMO.
Este estudio tuvo como objetivo investigar los efectos de la oxigenación por membrana extracorpórea (ECMO) despierta a largo plazo en el sistema de coagulación en un modelo de oveja. Se incluyeron en el estudio un total de diez ovejas sanas, con 5 ovejas en cada grupo. En el grupo de ECMO VENO-ARTERIAL (ECMO V-A), la canulación se realizó en la arteria carótida derecha y en la vena yugular externa derecha. En el grupo de ECMO veno-venoso (ECMO V-V), se utilizó un catéter de doble lumen para insertarlo en la vena yugular externa derecha. Después de iniciar la ECMO, las ovejas se recuperaron de la anestesia y permanecieron despiertas durante 7 días. El objetivo de tiempo de coagulación activado (ACT) se estableció en 220-250 s. En ambos grupos, la ACT real fluctuó alrededor de 250 s con la dosis de heparina aumentando gradualmente, alcanzando casi 60 UI/kg/min al final de los experimentos. Además, los valores de tiempo de tromboplastina parcial activada (TTPA) y tiempo de trombina (TT) fueron significativamente más altos en el grupo de V-A ECMO en comparación con el grupo V-V ECMO, a pesar de recibir las mismas dosis de heparina. Aunque los resultados de las pruebas de laboratorio fluctuaron dentro de un rango normal y razonable, se observaron focos de infarto en los riñones en ambos grupos al final del estudio.
La oxigenación por membrana extracorpórea (ECMO, por sus siglas en inglés) es una intervención que salva vidas, ya que proporciona apoyo cardiopulmonar a los pacientes gravemente enfermos. Se clasifica en dos formas principales: ECMO VENO-ARTERIAL (V-A ECMO) y ECMO VENO-VENOSA (V-V ECMO)1,2. La ECMO V-A se emplea para los pacientes que experimentan insuficiencia circulatoria, mientras que la ECMO V-V se prefiere para aquellos con insuficiencia respiratoria pero sin disfunción cardiovascular grave 3,4.
La trombosis y el sangrado son complicaciones prevalentes en los pacientes con ECMO5. El circuito ECMO expone la sangre a superficies artificiales, iniciando respuestas complejas de coagulación6. Estos procesos pueden conducir a daño endotelial y trastornos de la microcirculación, resultando en una disfunción posterior en órganos vitales 7,8. En consecuencia, el tratamiento eficaz de la anticoagulación sistémica se considera crucial para los pacientes con ECMO. A pesar de esto, sigue habiendo una falta de evidencia para guiar las estrategias de anticoagulación en varios entornos clínicos relacionados con la ECMO.
El establecimiento de un modelo animal estable de ECMO puede proporcionar información sobre el impacto de la ECMO en el cuerpo, contribuyendo significativamente a la optimización de las estrategias de manejo de la ECMO, la reducción de las complicaciones relacionadas con la ECMO y la mejora de los resultados de los pacientes en la práctica clínica. Los animales grandes, como las ovejas y los cerdos, son las principales opciones para establecer modelos de ECMO debido a que sus parámetros fisiológicos se asemejan mucho a los de los humanos 9,10. Sin embargo, los modelos anteriores de ECMO en animales grandes tenían un tiempo de mantenimiento de menos de 24 h, lo que dificultaba la evaluación exhaustiva del impacto de la ECMO en el sistema de coagulación11. Por lo tanto, existe la necesidad de establecer modelos animales grandes de ECMO a largo plazo para explorar a fondo los mecanismos fisiopatológicos de la ECMO. El uso de modelos animales grandes a largo plazo para investigar los efectos de la OMEC en el sistema de coagulación puede proporcionar pruebas más sólidas para la práctica clínica.
Este estudio tiene como objetivo establecer un modelo de OMEC V-A y V-V despierto a largo plazo (7 días) en ovejas sanas. El enfoque central de todo el establecimiento y evaluación del modelo es el manejo de la anticoagulación.
Este protocolo experimental recibió la aprobación del Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales del Hospital de Fuwai (nº 0101-2-20-HX(X)). Todos los procedimientos se adhirieron a las pautas descritas en la Guía para el uso y cuidado de animales de laboratorio de los Institutos Nacionales de Salud. El experimento se llevó a cabo en el Laboratorio Clave de Investigación Preclínica y Evaluación de Materiales de Implantes Cardiovasculares de Pekín, Centro Experimental Animal del Hospital de Fuwai (nº de registro. CNAS LA0009). En el estudio se utilizaron ovejas sanas que cumplieron con los estándares de cuarentena requeridos en el Centro Experimental Animal del Hospital de Fuwai. Además, esta investigación siguió las directrices de Animal Research: Reporting of In Vivo Experiments. Los machos de oveja Han de cola pequeña con un rango de peso de 50 a 65 kg y un rango de edad de 12 a 24 meses (ver Tabla de Materiales) se alojaron en un entorno específico libre de patógenos con libre acceso a alimentos y agua durante al menos una semana antes de la cirugía. Las ovejas fueron asignadas aleatoriamente a dos grupos, cada uno compuesto por 5 individuos: el grupo de ECMO VENO-ARTERIAL (V-A ECMO) y el grupo de ECMO VENO-VENOSO (V-V ECMO). La selección de ovejas sanas se justificó por la necesidad de evaluar con precisión los efectos del soporte de ECMO en el organismo. Los equipos y reactivos utilizados en el estudio se enumeran en la Tabla de Materiales.
1. Preparación animal
2. Canulación
3. Inicio de la OMEC
4. Gestión y seguimiento postoperatorio
5. Eutanasia
Se evaluaron un total de diez ovejas durante todo el experimento, con cinco ovejas en cada grupo (Tabla 1). Tras el inicio de la ECMO, todas las ovejas se recuperaron de la anestesia y permanecieron despiertas durante 7 días. En ambos grupos, el caudal de ECMO superó los 1,8 L/min. En el grupo V-V ECMO, el caudal fluctuó alrededor de 1,8 L/min, mientras que en el grupo V-A ECMO, osciló entre 2,3 L/min y 1,8 L/min (Figura 1A). Los signos vitales de cada oveja se mantuvieron estables. El nivel de ácido láctico en sangre estuvo por debajo de 1 mmol/L entre 60 h y 180 h después del despertar en ambos grupos (Figura 1B). A lo largo de los 7 días, el nivel de ACT se mantuvo en torno a los 220-250 s, y el ACT real fluctuó en torno a los 250 s (Figura 1C), con la dosis de heparina aumentando gradualmente, alcanzando casi 60 UI/kg/min al final de los experimentos (Figura 1D).
El tiempo de protrombina (TP) para ambos grupos osciló entre 15 s y 32 s (Figura 2A). El tiempo de tromboplastina parcial activada (TTPA) y el tiempo de trombina (TT) en el grupo de V-V ECMO fueron menores que los del grupo V-A ECMO (diferencia estadísticamente significativa para APTT) en ciertos puntos de tiempo a lo largo del experimento (Figura 2B,C). La razón internacional normalizada en cada grupo fluctuó alrededor de 1,5 (Figura 2D). El fibrinógeno, los productos de degradación de la fibrina, los dímeros D y las plaquetas fluctuaron de manera similar entre los dos grupos y se mantuvieron dentro del rango normal (Figura 3).
Los niveles séricos de creatinina y nitrógeno ureico en sangre en ambos grupos se mantuvieron dentro de los límites normales durante todo el experimento, sin diferencias estadísticas entre los dos grupos (Figura 4). Además, se observó que el balance de líquidos en ambos grupos mostró fluctuaciones mínimas alrededor de 0, y las mediciones de CVP de ambos grupos se mantuvieron dentro del rango normal durante todo el estudio (Figura 5). Al final del experimento, las ovejas de ambos grupos presentaron focos de infarto en los riñones, a pesar de que los resultados de laboratorio fluctuaron dentro de rangos normales y razonables (Figura 6 y Tabla 1).

Figura 1: Monitoreo de parámetros básicos. (A) Flujo de ECMO. b) Lac. (C) ACTO. (D) Dosis de heparina. Lac, Ácido láctico; ACT: tiempo de coagulación activado; V-V ECMO: oxigenación por membrana extracorpórea veno-venosa; V-A ECMO, oxigenación por membrana extracorpórea veno-arterial. Valores: media ± SEM. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Resultados de la función de coagulación. (A) PT. (B) APTT. (C) TT. d) INR. TP: tiempo de protrombina; TTPA: tiempo de tromboplastina parcial activado; TT: tiempo de trombina; INR: razón internacional normalizada; V-V ECMO: oxigenación por membrana extracorpórea veno-venosa; V-A ECMO, oxigenación por membrana extracorpórea veno-arterial. Se realizó una prueba t no apareada para comparar los dos grupos en cada punto temporal. Valores: media ± SEM; *P < 0,05; P > 0,05 no se mostró. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Fibrinógeno, productos de degradación de fibrina, dímeros D y recuento de plaquetas en ambos grupos. (A) FIB. (B) FDP. (C) Dímero D. d) PLT. FIB: fibrinógeno; FDP, productos de degradación de fibrina; PLT: recuento de plaquetas; V-V ECMO: oxigenación por membrana extracorpórea veno-venosa; V-A ECMO, oxigenación por membrana extracorpórea veno-arterial. Se realizó una prueba t no apareada para comparar los dos grupos en cada punto temporal. Valores: media ± SEM; P > 0,05 no se mostró. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Monitorización de la función renal. (A) Creatinina. (B) BOLLO. V-V ECMO: oxigenación por membrana extracorpórea veno-venosa; V-A ECMO: oxigenación por membrana extracorpórea veno-arterial; BUN, Nitrógeno ureico en sangre. Se realizó una prueba t no apareada para comparar los dos grupos en cada punto temporal. Valores: media ± SEM; P > 0,05 no se mostró. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Cambios dinámicos en el balance de fluidos y los valores de CVP. (A) Cambios diarios en el balance de líquidos del grupo V-V ECMO. (B) Cambios diarios en el balance de líquidos del grupo V-A ECMO. (C) Monitoreo de CVP. Se realizó una prueba t no apareada para comparar la CVP de los dos grupos en cada punto temporal. Valores: media ± SEM; P > 0,05 no se mostró. CVP: presión venosa central; V-V ECMO: oxigenación por membrana extracorpórea veno-venosa; V-A ECMO: oxigenación por membrana extracorpórea veno-arterial; PSD, día postoperatorio. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6: Anatomía renal y tinción de hematoxilina-eosina en ambos grupos. Barras de escala: 400 μm; Inserciones: 100 μm. V-V ECMO: oxigenación por membrana extracorpórea veno-venosa; V-A ECMO, oxigenación por membrana extracorpórea veno-arterial. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Número de ovejas | Sexo | Peso (kg) | Resultados anatomopatológicos* |
| VA1 | Masculino | 58 | Ninguno |
| VA2 | Masculino | 54 | Ninguno |
| VA3 | Masculino | 55 | Infarto focal pequeño |
| VA4 | Masculino | 56 | Infarto focal pequeño |
| VA5 | Masculino | 57 | Infarto focal pequeño |
| VV1 | Masculino | 56 | Ninguno |
| VV2 | Masculino | 60 | Ninguno |
| VV3 | Masculino | 63 | Ninguno |
| VV4 | Masculino | 59 | Ninguno |
| VV5 | Masculino | 60 | Infarto focal pequeño |
| *El diagnóstico anatomopatológico renal fue realizado por dos patólogos independientes para obtener una evaluación objetiva. | |||
Tabla 1: Resultados anatomopatológicos renales de los dos grupos.
Este estudio describe el procedimiento para establecer modelos robustos de supervivencia a largo plazo para V-V y V-A ECMO en ovejas. Todos los animales supervivientes mostraron signos vitales estables y no se produjeron hemorragias graves ni eventos de coagulación. El flujo de ECMO y el rendimiento de la oxigenación se mantuvieron estables, sin que se observaran lesiones patológicas importantes. El estudio proporciona información detallada sobre el tratamiento de la anticoagulación.
El tratamiento de la anticoagulación desempeña un papel crucial en la atención perioperatoria de la OMEC. Inicialmente, con base en estudios previos, el ACT objetivo se estableció en 180-220 s 14,15,16,17. Sin embargo, durante la fase previa al experimento, se observó depósito de fibrina y trombosis en el oxigenador (ver Tabla de Materiales), lo que indica que fueron necesarios niveles más altos de anticoagulación para las ovejas. A pesar de la ausencia de signos hemorrágicos significativos y de recuentos de plaquetas relativamente estables, el ACT objetivo se ajustó a 220-250 s. Este ajuste en los objetivos de anticoagulación pone de manifiesto las diferencias hematológicas entre ovejas y humanos. Después de este ajuste, se redujeron la deposición de fibrina y la formación de trombos en el oxigenador, lo que condujo a un rendimiento estable del oxigenador.
A lo largo de todo el experimento, se observó una tendencia en los recuentos de plaquetas de las ovejas, caracterizada por una disminución inicial seguida de un aumento. Sorprendentemente, sin recibir transfusiones de sangre completa o plaquetas, los recuentos de plaquetas se recuperaron y superaron el nivel basal al7º día. La disminución inicial en el recuento de plaquetas en ovejas sanas sometidas a una infusión continua de heparina puede atribuirse a la trombocitopenia inducida por heparina18. El aumento posterior puede ser dilucidado por mecanismos compensatorios dentro de los sistemas de coagulación y hematopoyéticos de las ovejas.
Además, los valores de APTT y TT fueron notablemente más altos en la OMEC V-A en comparación con la ECMO V-V cuando se administraron las mismas dosis de heparina a ovejas sanas. Esta observación sugiere que la ECMO V-A responde mejor a los parámetros de coagulación después de la anticoagulación con heparina. En un estudio de cohorte previo, se observó que los pacientes que recibían apoyo de V-A ECMO necesitaban dosis más bajas de heparina en comparación con los que recibían apoyo de V-V ECMO para alcanzar niveles similares de APTT. Además, los pacientes con V-A ECMO mostraron un consumo elevado de factores de coagulación19. Estos hallazgos indican colectivamente la necesidad de consideraciones distintas en el manejo de la coagulación entre estas dos modalidades de ECMO.
Si bien casi todos los resultados de las pruebas de laboratorio fluctuaron dentro de rangos normales y razonables, se identificaron focos de infarto en los riñones de ambos grupos al final del experimento. Esto pone de relieve que la perfusión y la coagulación de los órganos vitales siguen siendo los puntos focales del tratamiento de la OMEC, lo que pone de relieve que no se puede confiar únicamente en las pruebas de laboratorio para evaluar el estado de los órganos.
Durante el tratamiento de este modelo, la dosis de heparina aumentó gradualmente, lo que indica una anticoagulación dinámica para el tratamiento de la OMEC a largo plazo. Sin embargo, la estrategia de anticoagulación ECMO empleada para ovejas normales puede no ser directamente aplicable a los escenarios clínicos de pacientes críticos. La complejidad de la enfermedad crítica y su respuesta inflamatoria pueden alterar aún más la hemostasia del paciente, particularmente en casos de hipercoagulabilidad adquirida e hiperinflamación, como se observa en pacientes con COVID-19 7,20. La estrategia de anticoagulación para la ECMO en diversas situaciones clínicas sigue siendo una consideración clínica crucial. Son necesarios futuros ensayos clínicos detallados para investigar las estrategias de anticoagulación con ECMO en pacientes con diferentes estados basales de coagulación preoperatorios y aquellos que se someten a diferentes situaciones clínicas (modelos V-V y V-A).
Persistieron varias limitaciones en este estudio. En primer lugar, no se incluyó a un grupo falso. En segundo lugar, para minimizar el consumo de sangre, no se realizó un seguimiento dinámico de los marcadores de inflamación. Además, este estudio no estableció un modelo animal de enfermedad relacionado con ECMO, y el manejo postoperatorio de ECMO descrito en este artículo puede diferir de la práctica clínica.
En conclusión, se demuestra que el modelo de ECMO a largo plazo en ovejas despiertas con valores objetivo de ACT entre 220-250 s para el tratamiento de la anticoagulación es factible y estable. Además de monitorizar de cerca la función de la coagulación, la función de perfusión de los órganos vitales sigue siendo un punto focal en el tratamiento de la ECMO. Son necesarios más experimentos en el futuro para profundizar en las estrategias adecuadas de tratamiento de la anticoagulación en modelos animales de ECMO de la enfermedad.
Los autores no tienen nada que revelar.
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Analizador ACT | Hemochron, EE. UU | Máquina | |
| Drager, Alemania | Catéter arterial Primus | ||
| Edwards Lifescience, EE. UU | 18 Fr | Proporciona acceso de retorno a una arteria para VA-EMCO | |
| Analizador de química sanguínea | IDEXX Laboratories, EE. UU. | Catalizador One | |
| Analizador de gases en sangre | Abbott, EE. UU. | Abbott i-STAT1 | |
| Jiangsu STMed Technologies, China | STM CP-24 I | ||
| Accionamiento y consola de la bomba centrífuga | Jiangsu STMed Technologies, China | OASSIST STM001 | |
| Analizador de pruebas de coagulación | Beijing Succeeder Technology, China | SF-8050 | |
| Analizador de hemograma completo | Siemens Healthcare, Alemania | ADVIA 2120i | |
| Bomba de microinyección de doble canal | Zhejiang Smith Medical Instrument, China | WZS-50F6 | |
| Catéter de doble luz | MAQUET Avalon Elite, Alemania | 23-Fr | Proporciona accesos de retorno y drenaje en la vena yugular externa derecha para VV-ECMO |
| Flurbiprofeno | Beijing Tide Pharmaceutical Co., Ltd., China | 5ml: 50mg | |
| GraphPad software | GraphPad Software, EE. UU. | GraphPad Prism v9.0 | Análisis estadístico |
| Heparina | Shanghai Shangyao No.1 Biochemical Pharmaceutical Co., Ltd., China | 2ml: 12500UI | |
| Electroquirúrgico de alta frecuencia | COVIDIEN, EE. UU | Force F | |
| Monitor médico multiparamétrico | Philips, Países Bajos | MP60 | |
| Kit de oxigenación | Medos, Alemania | Hilite 7000LT | |
| Kit de oxigenador | Maquet, Alemania | BE-PLS 2050 | |
| Propofol | Xi' an Libang Pharmaceutical Co. Ltd, China | 20ml: 0,2 g | |
| Catéter venoso central de un solo lumen | TuoRen, China | 18Fr | Inserto en la arteria carótida izquierda para monitorización hemodinámica y toma de muestras de sangre. |
| Oveja Han de cola pequeña | Jinyutongfeng Commercial and Trade Co. Ltd, China | peso: 50-65 kg, edad: 12-24 meses | |
| Catéter venoso central de triple luz | TuoRen, China | 7Fr | Inserto en la vena yugular izquierda para la administración de líquido intravenoso, inyección de drogas y toma de muestras de sangre. |
| Ecógrafo | GE, EE. UU. | E9 | |
| Catéter venoso | Edwards Lifescience, EE. UU | 24 Fr | Proporcionar el acceso de drenaje a una vena para el ventilador VA-ECMO |
| Drager | , Alemania | Savina |
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