Article de méthode

Une approche structurée de l’extubation chez les rats ventilés mécaniquement

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DOI :

10.3791/68510

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18 juillet 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

Dans cet article

Résumé

Cette étude propose une approche d’extubation structurée adaptée aux modèles de ventilation mécanique (VM) chez le rat. L’approche facilite une transition en douceur de la MV à la respiration spontanée tout en minimisant les complications liées à l’extubation. La normalisation du sevrage, de la gestion des voies respiratoires et des soins post-extubation améliore la fiabilité et la reproductibilité des études expérimentales.

Résumé

La ventilation mécanique (VM) est largement utilisée dans les soins intensifs, mais elle est associée à diverses complications qui affectent les résultats à court et à long terme, notamment les lésions pulmonaires induites par la ventilation, le dysfonctionnement du diaphragme induit par la ventilation et les lésions cérébrales associées à la ventilation. Ce sont des éléments clés du syndrome post-unité de soins intensifs (PICS). Les modèles de rongeurs sont essentiels pour étudier les impacts prolongés et les mécanismes sous-jacents des MV, mais les modèles standardisés post-extubation restent limités. L’extubation est une étape de transition critique qui est souvent effectuée de manière incohérente dans les modèles de rats existants, entraînant des échecs et des complications. Cette étude présente une approche d’extubation structurée en quatre étapes pour les modèles de MV chez le rat Sprague-Dawley, conçue pour optimiser la transition de la MV à la respiration spontanée tout en minimisant les complications liées à l’extubation. L’approche impliquait : (1) d’amorcer le sevrage en réduisant la sédation au propofol à 50 % et d’évaluer l’état de préparation par la fréquence respiratoire, le déplacement thoracique, les gaz sanguins artériels et les réflexes ; (2) la préparation à l’extubation par le dégagement des voies respiratoires et le maintien de l’oxygénation ; (3) exécution de l’extubation avec sédation maintenue et retrait contrôlé du tube ; et (4) la prestation de soins post-extubation comprenant une surveillance continue et une assistance en oxygène. Validé par 20 extubations réussies suite à des échecs initiaux, ce modèle offre une plate-forme précieuse pour étudier les effets à long terme de la MV, en particulier dans le contexte du PICS. Cette approche est optimisée pour 6 h de MV et est supposée être extensible à d’autres souches et à des durées de ventilation plus longues, bien que de telles adaptations nécessitent une validation et une surveillance minutieuses pour assurer la fiabilité et le bien-être des animaux.

Introduction

La ventilation mécanique (VM) reste la pierre angulaire des soins intensifs, fournissant une assistance respiratoire essentielle en cas d’insuffisance respiratoire aiguë et servant d’adjuvant vital pendant l’anesthésie pour les interventions chirurgicales1. Cependant, la MV est associée à une gamme de complications, telles que des lésions pulmonaires induites par la ventilation2, un dysfonctionnement du diaphragme et des muscles expiratoires induits par la ventilation 3,4,5,6 et des lésions cérébrales associées à la ventilation 7,8. Ces complications contribuent à l’échec de l’extubation, au séjour prolongé dans les unités de soins intensifs (USI) et les hôpitaux, et à l’augmentation de la mortalité9. À mesure que les taux de survie aux USI s’améliorent, l’attention s’est de plus en plus portée sur les conséquences à long terme de la MV, le syndrome post-USI (PICS) devenant une préoccupation majeure10. Les mécanismes physiopathologiques sous-jacents au PICS restent flous, en partie à cause du manque de modèles animaux fiables pour saisir les nuances de la récupération post-extubation et des séquelles à long terme du MV11.

Les modèles de rats ont joué un rôle essentiel dans l’avancement de la compréhension des blessures induites par la MV, offrant évolutivité, reproductibilité et informations mécanistes. Cependant, la plupart des modèles existants se concentrent sur les effets aigus de la MV, la trachéotomie étant la méthode prédominante pour la MV dans les contextes expérimentaux 12,13,14. Bien que la trachéotomie facilite la MV et le sevrage par la suite, elle contourne les voies respiratoires supérieures, une barrière anatomique et fonctionnelle critique. Cela augmente la susceptibilité aux complications pulmonaires telles que la pneumonie associée à la ventilationassistée 15,16. De plus, l’absence de flux d’air nasal dans les modèles de trachéotomie perturbe la synchronisation du réseau cérébral. Cela complique les investigations sur les résultats cognitifs et neurologiques17,18. En revanche, les modèles d’intubation/extubation endotrachéale conservent l’intégrité des voies respiratoires supérieures. Ils évitent les inconvénients inhérents à la trachéotomie et ressemblent davantage à la trajectoire clinique du sevrage de la MV.

Cependant, les modèles d’extubation existants manquent souvent de standardisation, ce qui entraîne une variabilité considérable dans la transition de la MV à la respiration spontanée19,20. Ce manque de structure introduit des risques de complications liées à l’extubation, notamment l’obstruction des voies respiratoires, la détresse respiratoire et l’aspiration, qui peuvent entraîner la mort des animaux. De tels échecs compromettent non seulement la capacité d’enquêter sur les résultats à long terme, mais rendent également le modèle MV initial inefficace, ce qui fait perdre un temps, des ressources et des investissements financiers précieux. Ces problèmes soulignent le besoin crucial d’une approche d’extubation structurée pour assurer la survie post-extubation et des études à long terme robustes.

Pour relever ces défis, une approche d’extubation structurée a été développée pour les modèles de rats de Sprague-Dawley (SD) qui s’aligne étroitement sur les pratiques cliniques de sevrage du MV. Cette approche comprend quatre étapes clés : l’approche du sevrage, la préparation à l’extubation, l’exécution de l’extubation et les soins post-extubation. Les principales recommandations procédurales comprennent le maintien d’une sédation légère à modérée pendant le sevrage, en particulier la réduction de la perfusion de propofol à 50 % de la dose utilisée pendant la MV complète - pour permettre une respiration spontanée tout en prévenant l’agitation. L’état de préparation à l’extubation doit être évalué sur la base d’une fréquence respiratoire stable de 60 à 70 respirations par minute et de volumes courants spontanés adéquats, qui peuvent être approximés à l’aide d’une échelle simple et calibrée faite maison. Il n’est pas nécessaire de reprendre complètement conscience avant l’extubation. La perfusion de propofol doit être interrompue au moment de l’extubation afin de réduire davantage le risque d’agitation induite par l’intubation. En normalisant le processus d’extubation, cette approche a minimisé la variabilité, évité les complications liées à l’extubation et amélioré les taux de survie. Ce modèle a été optimisé pour des durées MV allant jusqu’à 6 h ; l’extension de la MV au-delà de cette période peut nécessiter des protocoles de sédation modifiés, des stratégies de sevrage progressif et une surveillance physiologique minutieuse pour assurer la survie et des résultats fiables. Bien qu’il ait été validé chez des rats SD, le protocole peut être adapté à d’autres souches en ajustant les paramètres de ventilation pour tenir compte de la mécanique respiratoire spécifique à la souche et des différentes susceptibilités aux lésions pulmonaires. Avec les modifications appropriées, l’approche structurée peut également soutenir les études de ventilation à plus long terme, améliorant à la fois la reproductibilité et la pertinence translationnelle dans les modèles expérimentaux.

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Protocole

L’étude s’est concentrée sur les tests comportementaux post-extubation et a été approuvée par le Comité des expériences animales et du bien-être des animaux expérimentaux de la Capital Medical University (No. AEEI-2024-391). Tous les rats âgés de 8 semaines (écart-type, mâles, 200-250 g) ont été acclimatés dans l’animalerie de la Capital Medical University pendant 3 jours avant l’expérience. Le rat a été logé dans un environnement contrôlé, comprenant un cycle lumière/obscurité de 12 heures commençant à 8h00, une température de 25 °C ± 1 °C et un taux d’humidité maintenu à 50 % ± 10 %. De la nourriture et de l’eau ont été fournies à volonté. Toutes les procédures impliquant une anesthésie, une aspiration et une manipulation du sang ont été effectuées avec des mesures de sécurité appropriées, y compris l’utilisation d’équipement de protection individuelle, des techniques stériles et le respect des protocoles de biosécurité de l’établissement. Toutes les procédures ont été effectuées conformément aux directives ARRIVE. Tous les équipements utilisés dans la présente étude sont présentés à la figure 1. La liste des réactifs et de l’équipement utilisé est fournie dans la table des matériaux.

1. Intubation orale assistée par vidéo-laryngoscopie

  1. Préparez le dispositif d’intubation.
    1. Utiliser un dispositif d’intubation modifié sur mesure, adapté d’un dispositif d’élimination du cérumen (diamètre de la cuillère de 5,5 mm, incurvé dans un abaisse-langue). Cet appareil est équipé d’une source lumineuse et d’une caméra, reliée en Bluetooth à un smartphone pour une visualisation en temps réel (Figure 2A).
  2. Sélectionnez une sonde endotrachéale.
    1. Choisissez une sonde endotrachéale de 16 G en fonction du poids du rat.
  3. Induire une anesthésie (selon les protocoles approuvés par l’établissement).
    1. Injecter du propofol (2 mg/100 g) par la veine de la queue. Confirmez l’anesthésie en vérifiant l’absence de réponses visuelles et de pincement des orteils. Surveillez la couleur distale de la peau comme indicateur de l’état d’oxygénation.
  4. Positionnez le rat.
    1. Fixez le rat anesthésié sur une petite table pour animaux. Fixez les membres et les incisives et maintenez la température corporelle à 37-38 °C à l’aide d’une couverture chauffante pour petits animaux.
  5. Effectuer l’intubation.
    1. Tirez doucement la langue vers le coin buccal droit. Insérez le dispositif d’intubation à la base de la langue et avancez-le vers l’épiglotte.
    2. Soulevez l’extrémité de l’appareil pour exposer la glotte. Insérez la sonde endotrachéale pendant l’inhalation (Figure 2-C). Une fois intubé, le rat sera connecté au ventilateur.

2. Ventilation mécanique

  1. Connectez le concentrateur d’oxygène.
    1. Ajustez la concentration d’oxygène appropriée et connectez-vous au ventilateur (généralement 80 %).
  2. Réglez les paramètres du ventilateur.
    1. Aérer le rat pendant 6 h à l’aide d’un ventilateur pour petits animaux avec réglages de protection pulmonaire : volume courant : 4-6 mL/kg, PEP : 0 cmH2O.
  3. Maintenir l’anesthésie : Perfuser du propofol (4 mg/kg/h) à l’aide d’une pompe à seringue.
  4. Surveillez les gaz sanguins.
    1. Analysez les gaz du sang artériel toutes les 3 h à l’aide d’un analyseur de gaz du sang. Surveillez en permanence la couleur distale de la peau entre les analyses de gaz du sang comme indicateur de l’état d’oxygénation.

3. Procédure d’extubation du contrôle de la pression des voies respiratoires (APEC)

REMARQUE : Une fois la durée prévue de la ventilation mécanique terminée, procédez au protocole d’extubation en quatre étapes : (1) Approche du sevrage, (2) Préparation de l’extubation, (3) Exécution de l’extubation et (3) Prise en charge post-extubation (Figure 3). Cette approche systématique assure une transition en douceur vers la respiration spontanée tout en minimisant les complications liées à l’extubation et en préservant l’intégrité du modèle expérimental.

  1. Approche du sevrage
    1. Réduire l’infusion de propofol : Diminuez le taux de perfusion de propofol de 50 % pour permettre la réactivation du diaphragme tout en minimisant les mouvements des membres et de la tête.
    2. Évaluer l’état de préparation au sevrage : Vérifiez les paramètres suivants avant de débrancher le ventilateur - Fréquence respiratoire : 60-70 respirations/min ; Déplacement de la poitrine : ≥1 mm (mesurer à l’aide d’une aiguille en acier placée sur le processus xiphoïde) ; PaCO2 : 35-45 mmHg ; pH : 7,35-7,45 ; Présence de moustaches et de réflexes de la langue (facultatif).
      REMARQUE : Les réflexes de la moustache et de la langue ont été définis comme des indicateurs binaires (absents ou présents). Le réflexe de la moustache fait référence au mouvement involontaire ou aux contractions des vibrisses en réponse à une stimulation tactile légère. Le réflexe de la langue était caractérisé par le retrait ou le mouvement de la langue lors d’une stimulation douce.
    3. Débranchez le ventilateur : Débranchez le ventilateur une fois que tous les critères sont remplis et préparez le rat pour l’extubation.
  2. Préparation à l’extubation
    1. Assurez l’oxygénation : Utilisez un masque facial fabriqué par vos soins pour maintenir une oxygénation adéquate (généralement 80 %) et utilisez la couleur de la peau comme indicateur de l’état d’oxygénation.
    2. Sécrétions des voies respiratoires claires : Utilisez un appareil d’aspiration fabriqué par vos soins (cathéter épidural raccourci [~5,5 cm] relié à une seringue de 10 ml). Contrôlez la vitesse d’aspiration à ~2 mL/s pendant 3 à 4 s par session.
    3. Après une préparation adéquate et un dégagement des voies respiratoires, la procédure passe à l’exécution de l’extubation.
      REMARQUE : Le volume typique de sécrétion est de <0,5 mL par aspiration. L’aspiration est effectuée toutes les 30 minutes pendant la MV pour minimiser l’accumulation. Au moment de l’extubation, la fréquence d’aspiration était généralement de 5 à 8 fois, avec une quantité totale estimée de 2 à 4 ml.
  3. Exécution de l’extubation
    1. Maintenir la sédation : Maintenir le propofol à la demi-dose pour éviter l’agitation pendant l’extubation.
    2. Retirer la sonde endotrachéale : Utilisez une technique à deux mains et stabilisez la tête du rat avec l’index et le pouce gauches. Retirez délicatement le tube avec l’index et le pouce droits.
    3. Arrêter le propofol : Arrêter la perfusion de propofol immédiatement après l’extubation.
      REMARQUE : Une extubation réussie ne devrait pas entraîner d’hypoxémie ou d’hypercapnie. Et après une extubation réussie, des soins post-extubation diligents sont essentiels.
  4. Soins post-extubation
    1. Surveillez les signes vitaux : Surveillez la fréquence respiratoire, l’amplitude inspiratoire et la couleur distale de la peau.
    2. Fournir de l’oxygénation : Utilisez un masque facial fabriqué par vos soins pour assurer un apport suffisant en oxygène (généralement ~80 %).
    3. Préparez-vous à la réintubation : Gardez tous les appareils d’intubation (Figure 1) à portée de main et prêts à être utilisés immédiatement si nécessaire.
      REMARQUE : Le temps d’observation moyen jusqu’à la restauration du réflexe de redressement est de 48,5 min ± 10,4 min. L’analyse des gaz du sang artériel a été effectuée à une durée médiane de 20 min, avec une PaO2 de 73,2 mmHg ± 4,6 mmHg et une PaCO2 de 48,3 mmHg ± 3,6 mmHg.

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Résultats

Cette approche d’extubation structurée a été développée sur quatre extubations ratées et 20 extubations réussies ultérieures. Dans les quatre premières tentatives, l’extubation a été effectuée en fonction de l’expérience ou du jugement individuel. L’échec de l’extubation chez les quatre rats s’explique notamment par l’agitation pendant l’extubation (n = 2), l’insuffisance respiratoire après l’extubation (n = 1) et l’obstruction des voies respiratoires par les sécrétions (n = 1). Ces échec...

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Discussion

Dans cette étude, une approche d’extubation structurée de l’APEC a été établie pour un modèle de MV chez le rat, en s’inspirant des quatre premières extubations ratées et des causes sous-jacentes. Les 20 rats extubés à l’aide de cette approche ont réussi et ont subi des tests comportementaux ultérieurs dans les trois jours suivants. L’approche, composée de quatre étapes clés - l’approche du sevrage, la préparation de l’extubation, l’exécution de l’extubation et les soins post-extubation ...

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Déclarations de divulgation

Aucun conflit d’intérêts, financier ou autre, n’est déclaré par les auteurs.

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Sonde endotrachéale 16GNJKEWBIONASonde endotrachéale
Analyseur de gaz du sangEpocal IncLecteur EPOCSurveiller les gaz sanguins
Cathéter intraveineuxSécurité IntrocanRéf. 4254074BHabité dans les artères et les veines
Micro-pousse-seringueSLGO Technologie médicaleCP-1000Perfusion de médicaments
Concentrateur d’oxygène pour animaux de compagnieBeijing zhongshidichuang Science and technology development Co., LtdZS-MVApport d’oxygène
Couverture chauffante pour petits animauxBeijing zhongshidichuang Science and technology development Co., LtdZS-TMaintenir la température
Ventilateur pour petits animauxNJKEWBIOKW-100Fournir une respiration

Références

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Mots-clés

Ventilation m caniqueExtubation du ratExtubation structur eL sion induite par le ventilateurDysfonctionnement diaphragmatiqueL sion c r braleProtocole de sevrageSoins post extubationD gagement des voies respiratoiresS dation au propofol

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