כאן אנו מציגים הליך סטנדרטי לאינטובציה אנדוטרכאלית באמצעות טרכאוטומיה ואחריה בית החזה בחולדות, שמטרתו לשפר את הדיוק והשחזור של יישומים שאינם הישרדותיים הדורשים הנשמה פולשנית וחשיפה של איברי בית החזה במודלים של חולדות in vivo .
מאמר שיטה
כאן אנו מציגים הליך סטנדרטי לאינטובציה אנדוטרכאלית באמצעות טרכאוטומיה ואחריה בית החזה בחולדות, שמטרתו לשפר את הדיוק והשחזור של יישומים שאינם הישרדותיים הדורשים הנשמה פולשנית וחשיפה של איברי בית החזה במודלים של חולדות in vivo .
אינטובציה אנדוטרכאלית ואוורור לאחר מכן הן לעתים קרובות דרישות בסיסיות למחקר תרגומי במודלים של חולדות עבור התערבויות שונות הדורשות לחצי אוורור מבוקרים או גבוהים או גישה לחלל החזה ולאיברים. אינטובציה אנדואורוטרכאלית קונבנציונלית באמצעות המסלול האנטומי הקיים דרך הפה מתאימה היטב לניסויי הישרדות. עם זאת, הליך זה מציב כמה אתגרים, כולל בדרך כלל רמות גבוהות יותר של הניסיון והמיומנות הטכנית הנדרשים, ציוד מתקדם יותר ומאמץ זמן גדול יותר עם שיעורי כישלון אינטובציה רלוונטיים וסיבוכים כגון ניקוב קנה הנשימה, תת-חמצון מערכתי זמני ודליפה אווירית רלוונטית.
כתב יד זה, אם כן, מציג פרוטוקול מפורט שלב אחר שלב לאינטובציה אנדוטרכאלית באמצעות טרכאוטומיה במודלים של חולדות שאינן הישרדותיות כאשר נדרשת הצלחה מובטחת באינטובציה, רמות חמצון קבועות, לחצי אוורור גבוהים או בית חזה פתוח.
הפרוטוקול מדגיש את החשיבות של טכניקה כירורגית קפדנית כדי להבטיח תוצאות עקביות ואמינות, במיוחד עבור חוקרים חסרי ניסיון או חסרי שגרה בטכניקה של אינטובציה אנדואורוטרכאלית באמצעות לרינגוסקופיה ישירה. הליך זה צפוי, אם כן, למזער את סבלם של בעלי חיים ואת אובדן בעלי החיים המיותרים.
באופן כללי, מכרסמים מסוגלים לפצות על מצוקה נשימתית למשך זמן רב יותר מאשר החולים. הם יכולים להישאר יציבים ומספיקים תחת הנשמה ספונטנית למשך זמן רב יותר ובמהלך הליכים פולשניים יותר, למשל, אפילו באמצעות השתלת כבד, אשר ידוע כאחד ההליכים המלחיצים ביותר עבור מחזור הלב ריאה 1,2,3.
עם זאת, אינטובציה אנדוטרכאלית היא דרישה בסיסית למחקר תרגומי במודלים של חולדות עבור סביבות והתערבויות שונות שמקורן במגוון תחומים ביו-רפואיים והיא חיונית בנוף המדעי של ימינו 4,5,6,7,8,9,10,11 . בעוד שרוב עבודות המעבדה הניסיוניות המבוצעות בחולדות באופן כללי עדיין אינן דורשות הנשמה פולשנית12, ישנם מערכי ניסוי מסוימים הדורשים אינטובציה וסיוע הנשמה מבוקר. מערכי ניסוי אלה כוללים כל ניסוי הדורש נתיב אוויר מאובטח, לחצי אוורור גבוהים, לפרוסקופיה או גישה ישירה לחלל החזה ולאיברים.
במיוחד במקרה של גישה נדרשת לחלל החזה ואיברים, אינטובציה אנדוטרכאלית היא הכרחית מכיוון שקריסת הריאה תגרום לאי ספיקה נשימתית קטלנית ברגע שהלחץ השלילי בחלל התוך פלאורלי ומנגנון ההשראה של השרירים הבין-קוסטליים והסרעפת יאבדו13.
בעוד שישנם פרסומים רבים על שיטות לאינטובציה אנדואורוטרכאלית לא פולשנית במכרסמים 14,15,16,17, נראה כי חסרים פרוטוקולים לאינטובציה אנדוטרכאלית פולשנית על ידי טרכאוטומיה. למרות הפולשנות של האחרון, אשר מאפשר יישום רק מודלים בעלי חיים שאינם הישרדות, ישנם יתרונות גדולים של אינטובציה באמצעות tracheotomy. אלה כוללים עקומת למידה תלולה יותר, שיעורי הצלחה גבוהים ומתמידים יותר, ציוד טכני פחות נדרש, והזדמנויות משופרות לניטור הצלחה18,19.
הצלחת האינטובציה חיונית לתוצאה. בעוד דגירות שווא שונות, כמו גם ניסיונות אינטובציה חוזרים ונשנים בחולים, קשורים בבירור עם תופעות לוואי וסיבוכים חמורים כמו מוות20,21, אירועים כאלה מזיקים גם בחיות ניסוי. במקרה הטוב, הם מייצגים משתנה מבלבל חזק בניסוי, אבל הם יכולים גם להוביל לאובדן מיותר של החיה. לכן, הגיוני להגדיל את שיעורי ההצלחה של אינטובציה במחיר של אי-פולשניות אם מערך הניסוי והאסטרטגיה מאפשרים זאת.
פרוטוקול סטנדרטי זה של אינטובציה באמצעות טרכאוטומיה כירורגית מציע מספר יתרונות, כולל שונות מופחתת בשיעורי ההצלחה של אינטובציה, השפעות ממוזערות על הפרמטרים של פיזיולוגיה לב-נשימתית, ובקרה מחקרית מלאה ומניפולציה של פרמטרים. הוא מסייע במתן נתיב אוויר מאובטח, במיוחד עבור חוקרים חסרי ניסיון בהליך של אינטובציה אנדוטרכאלית באמצעות לרינגוסקופיה ישירה, ומאפשר לחוקרים לנהל מחקרים שאינם הישרדות עם תנאים מבוקרים מאוד. אנו מדגישים ציוני דרך אנטומיים מרכזיים ומספקים תובנות לגבי פתרון בעיות נפוצות בהן נתקלים במהלך ההליך.
כל פעילויות בעלי החיים המתוארות כאן אושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים (IACUC) של המועצה האזורית באדן-וירטמברג בקרלסרוהה, גרמניה. חיות ניסוי נוהלו על פי תקנים מוסדיים ועל פי החוקים הגרמניים לשימוש וטיפול בבעלי חיים ועל פי הנחיות מועצת הקהילה האירופית (2010/63/EU) וכן הנחיות ARRIVE ונערכו במתקנים מוכרים. חולדות ספראק דולי זכרים ממעבדות Janvier עם משקל הזמנה של 400 גרם שימשו.
1. הכנת ההליך (איור 1)

איור 1: מערך ניסויי. (A) צינורית מקופלת המחוברת לצינור זילוח המשמש כוו הכנה כירורגי. (B) וו הכנה עם מהדק הממוקם במוט קיבוע מתכת. (ג) בעל חיים מורדם לפני התערבות. (ד) שקית אוורור מנאונטולוגיה. (ה-ו) הרכבה אטומה של מזרק Luer-lock על שקית האוורור באמצעות צינור מתכווץ חום. (G) צנתרים תוך ורידיים מקוצרים ומשופעים בגדלים שונים עם חוט מנחה מעורק-מוביל-קתות שנקבע לטכניקת סלדינגר. (ח) בנייה סופית בהתאמה אישית. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
2. הרדמה ושיכוך כאבים
3. הכנה כירורגית (איור 2)

איור 2: הכנת קנה הנשימה. (A) שאיפת חמצן באמצעות מסכה. (B) יש לעבור ממסכה למזרק Luer-lock זכר למריחת חמצן. (C) חתך בעור בית החזה. (D) הכנה דרך הפאשיה הצווארית. (E) חשיפה של שריר הסטרנוקלידומסטואיד והשריר האינפראהיואידי. (F) לטרליזציה של השריר האינפראהיואידלי החציוני. (ז) דיסקציה קהה לכיוון קנה הנשימה. (H) מנהור קנה הנשימה באמצעות מהדקים אוברהולט. (I) קלע קנה הנשימה באמצעות לולאת כלי סיליקון. (י-נ) קלע כפול קאודלי של קנה הנשימה באמצעות תפר נימה פולי לקיבוע צינורית אנדוטרכאלית מאוחרת יותר. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
4. הליך אינטובציה (איור 3)

איור 3: אינטובציה אנדוטרכאלית באמצעות טרכאוטומיה. (A) מצב ראשוני לאחר הכנה. (B) הארכה קאודלית של קנה הנשימה באמצעות צבת א-טראומטית. (ג-ו) חתך חלקי בקנה הנשימה של 180° של היקף. (ז,ח) הכנסת חוט מנחה של סלדינגר לקנה הנשימה. (ט-מ) החדרת קטטר תוך ורידי שונה לתוך קנה הנשימה מונחה על ידי חוט Seldinger. (נ-ו) הסרת חוט הסלדינגר. (P) חיבור Luer-lock של קטטר קנה הנשימה לשקית האוורור המותאמת. (כ-ט) קשירת תפר הנעילה שהונח בעבר כדי למנוע הוצאת קטטר בשוגג. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
5. אוורור ידני וחציון בית החזה (איור 4)

איור 4: אוורור ידני וחציון בית החזה. (A) מצב ראשוני לאחר אינטובציה. (ב-ה) חציון בית החזה החל מהקסיפואיד. (פ-י) חשיפה לבית החזה באמצעות ווים להכנה כירורגית. (י) התקנה סופית במהלך האוורור. (K-L) תהליך של אוורור ידני. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
6. המתת חסד
אינטובציה אנדוטרכאלית באמצעות טרכאוטומיה ולאחר מכן בית החזה בוצעה ב-10 חולדות זכרים (משקל ממוצע 405 ±-30 גרם) ליישומים שאינם הישרדותיים. ההליך בוצע על ידי מתמחה שנה שנייה בכירורגיה. שיעור ההצלחה שהוגדר על ידי הישרדות מעל 20 דקות של אינטובציה והנשמה היה 100%. משך הזמן הממוצע של הליך ההכנה והאינטובציה מהחתך בעור ועד לקיבוע צינור האינטובציה היה 6:55 ± 0:53 דקות (טבלה 1).
| מספר בעלי החיים בשימוש | 10 |
| משקל גוף (ממוצע וסטיית תקן) | 405 ± 30 גרם |
| שיעור הצלחה באינטובציה | 100% |
| משך ההליך (ממוצע וסטיית תקן) | 6:55 ± 0:53 דקות |
| ריווי חמצן ממוצע | 96% |
| ריווי חמצן מינימלי | 92% |
טבלה 1: תוצאות מייצגות. תוצאות מייצגות של הפרוטוקול ב-10 בעלי חיים.
הרוויה נוטרה באמצעות בדיקה חד-פעמית של דופק-אוקסימטריה עצמית ברגל האחורית ומעולם לא ירדה מתחת ל-92%. אוורור ספונטני נבלם עד החתך של הסרעפת. כל החולדות שרדו את 20 הדקות שנדרשו למדידות הניסוי עד להמתת חסד מכוונת באמצעות כריתת לב חדה ופתאומית (איור 5).

איור 5: רוויית חמצן היקפית. ריווי חמצן היקפי נמדד לאורך כל תקופת הליך זה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
בארה"ב לבדה, כ-110 מיליון חולדות ועכברים משמשים בניסויים בבעלי חיים בשנה24. אמנם לא ניתן למצוא נתונים מהימנים, אך אחוז רלוונטי מהם יקבל הנשמה נתמכת, במיוחד בתחומי מחקר ריאות ולב, כמו גם הרדמה. רוב בעלי החיים הללו מקבלים אינטובציה אנדואורוטרכאלית לא פולשנית, הכרוכה במספר אתגרים. אלה כוללים עקומות למידה איטיות יותר, שיעורים גבוהים יותר של כישלון אינטובציה, מספר גדול יותר של אינטובציות, סיבוכים נשימתיים הקשורים, כמו גם דליפות נשימתיות25. אינטובציה לא פולשנית תדרוש אפוא בדרך כלל אנשי מחקר מנוסים יותר, טכנולוגיות מתקדמות יותר כגון סיבים אופטיים, קפנומטריה ומכונות הנשמה, ומשאבים כספיים וחומרניים גדולים יותר26. כל ההיבט של אינטובציה הוא, אם כן, בלבול משמעותי הרלוונטי בניתוח סטטיסטי עוקב ובהטרוגניות בין-אישית של תוצאות. עם זאת, אינטובציה אנדואורוטרכאלית לא פולשנית היא לעתים קרובות האפשרות המעשית היחידה בתכנוני ניסויים אורכיים.
חלופות הן טרכאוסטומיה לגישה ארוכת טווח לקנה הנשימה בניסויים אורכיים או טרכאוטומיה כירורגית ל"שימוש חד-פעמי" בניסויים שאינם הישרדותיים. בעוד פרוטוקולים על טכניקה מיקרוכירורגית עבור tracheostomy בחולדות זמינים27, אין כיום פרוטוקולים עבור אינטובציה endotracheal באמצעות tracheotomy במודלים חולדות שאינם הישרדות.
ההליך הסטנדרטי המתואר כאן עבור אינטובציה אנדוטרכאלית באמצעות טרכאוטומיה ולאחר מכן thoracotomy בחולדות, אם כן, מייצג שיטה רבת ערך עבור חוקרים העוסקים במחקרים שאינם הישרדות. הליך זה אינו דורש כוח אדם מומחה או הכשרה מקיפה. יש לו שיעור הצלחה באינטובציה שהוא הרבה יותר גבוה מאשר אינטובציה אנדואורוטרכאלית ומאפשר צעדים פרוצדורליים הרבה יותר מבוקרים.
מגבלות הטכניקות המוצגות כוללות בעיקר את הפולשנות של ההליך, וברצף, את התאימות הבלעדית עם ניסויים שאינם הישרדות. בשל הפגמים הגדולים בעור וברקמות רכות, כמו גם פיסטולה בקנה הנשימה החתך, אקסטובציה והתאוששות מהליך זה אינם אפשריים ואינם מומלצים, במיוחד בשילוב עם תוראקוטומיה.
בעת פתרון בעיות נפוצות בהן נתקלים במהלך ההליך, ברצוננו להפנות את תשומת הלב לנקודות ולהמלצות הבאות: יש להכין ציוד ותרופות באופן נרחב ככל האפשר. על הנסיין לבצע בקרה המוסטטית בקפדנות על ידי הכנה עדינה ושימוש במקלוני צמר גפן לא טראומטיים. על הנסיין להכין את קנה הנשימה לאורך של לפחות 0.5 ס"מ על מנת לאפשר ניידות מספקת ולהשתמש בלולאת כלי הסיליקון על מנת לא לאבד את קנה הנשימה לאחר החתך, שכן הדבר עלול לגרום לשאיפה וחנק כאשר קנה הנשימה הולך לאיבוד בעומק הרקמה עקב תופעת רקע. חותכים רק חלקית את קנה הנשימה במשיכת מספריים אחת ברורה. באופן אידיאלי, יש לחתוך 180° של היקף. מתחת לזה עלול לגרום לכישלון באינטובציה. מעל זה עלול לגרום הצמדה של קנה הנשימה עם נסיגה של שני הקצוות לתוך עומק הרקמה ולאחר מכן חנק. בעת קשירת תפר הפוליפילמנט לאבטחת צינור האינטובציה, יש להשתמש בקשר הזזה על מנת להבטיח הידוק מספיק כדי למנוע דליפת אוויר או נקע צינור בשוגג ובו בזמן להימנע מסגירה לא מכוונת של הצינור. השארת חוט סלדינגר במקומו במהלך התפירה יכולה למנוע סגירה לא מכוונת. בעת ביצוע אוורור ידני באמצעות שקית האוורור, יש להימנע לחלוטין מברוטראומה של הריאה על ידי נפחי גאות גבוהים. במקום זאת, יש לשאוף להנשמה מגינה על הריאות, בתדירות גבוהה ובגאות נמוכה, במיוחד כל עוד בית החזה לא בוצע ולא ניתן להעריך את נפחי הריאות באופן חזותי.
על ידי הצעת מתודולוגיה מפורטת וניתנת לשחזור, פרוטוקול זה מאפשר סטנדרטיזציה של הליכים ניסיוניים, שיפור אמינות הנתונים ויכולת השוואה בין מחקרים. כתוצאה מכך, שיטה זו תורמת לחידוד הטכניקות המדעיות במחקר הפרה-קליני, ובסופו של דבר משפרת את הרלוונטיות התרגומית של ממצאים בתחומי הפיזיולוגיה, הפרמקולוגיה, המדעים הכירורגיים והביו-רפואיים.
למחברים אין מה לחשוף.
המחברים מודים בהכרת תודה לשירות אחסון הנתונים SDS@hd הנתמך על ידי משרד המדע, המחקר והאמנויות באדן-וירטמברג (MWK) וקרן המחקר הגרמנית (DFG) באמצעות מענק INST 35/1314-1 FUGG ו- INST 35/1503-1 FUGG. יתר על כן, המחברים מודים בהכרת תודה על התמיכה של NCT (המרכז הלאומי למחלות גידולים בהיידלברג, גרמניה) באמצעות תוכנית הפוסט-דוקטורט המובנית שלו והתוכנית לאונקולוגיה כירורגית. אנו מכירים גם בתמיכה באמצעות כספי מדינה שאושרו על ידי הפרלמנט הממלכתי של באדן-וירטמברג עבור קמפוס החדשנות בריאות + מדעי החיים הברית היידלברג מנהיים מתוכנית הפוסט-דוקטורט המובנית של אלכסנדר סטודייה-פישר: בינה מלאכותית בבריאות (AIH) - שיתוף פעולה של DKFZ, EMBL, אוניברסיטת היידלברג, בית החולים האוניברסיטאי היידלברג, בית החולים האוניברסיטאי מנהיים, המכון המרכזי לבריאות הנפש, ומכון מקס פלנק למחקר רפואי. יתר על כן, אנו מכירים בתמיכה באמצעות מכון הסרטן DKFZ הקטור במרכז הרפואי האוניברסיטאי מנהיים. עבור דמי הפרסום, אנו מכירים בתמיכה כספית על ידי Deutsche Forschungsgemeinschaft במסגרת תוכנית המימון "Open Access Publikationskoste" וכן על ידי אוניברסיטת היידלברג.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| Ambu Spur II שקית אוורור לשימוש חד פעמי ליילודים | Meier Medizintechnik | 335 102 000 | שקית אוורור |
| BD Microlance 3 צינורית 20 גרם | BD (בקטון, דיקינסון) | 301300 | צינורית |
| BD Microlance Discardit II 20 מ"ל מזרק | BD (בקטון, דיקינסון) | 300296 | מזרק פלסטיק |
| מוטות קיבוע | Legefirm | 500343896 | מזלגות כוונון המשמשים כמוטות קיבוע מתכת בצורת Y |
| צינור מתכווץ חום | Sekesoer | RSG-400 | צינור מתכווץ חום |
| קטטר תוך ורידי | BD (בקטון, דיקינסון) | 393230 | BD Venflon Pro Safety קטטר תוך ורידי 14 גרם; מקוצר באמצעות מספריים; לחלופין ניתן להשתמש ב-16 גרם או 18 גרם ניתן להשתמש בצינור |
| פרפוסור מפלסטיק | M. Schilling GmbH | S702NC150 | צינור חיבור COEX 150 ס"מ |
| תפר פוליפילמנט | COVIDIEN CL331 | תפר כירורגי פוליפילמנט מומלץ בחוזק של 1 עד 2; ניתן להסיר מחט | |
| כרית חימום Royal Gardineer גודל S, 20 וואט | Royal Gardineer | IP67 | כרית חימום |
| חוט מדריך Seldinger | VYGON | 115.798 | חוט מנחה מתכת מסט המנהיג העורקי |
| עניבת לולאת כלי סיליקון SERAG | WIESSNER | SL26 | עניבת לולאת כלי סיליקון 2.5 מ"מ אדום |
| Spraque Dawley חולדות | Janvier Labs | חולדות זכרים במשקל 400 גרם | |
| צלחת פלדה | Maschinenbau Feld GmbH | C010206 | צלחת גיליון מגולוונת, 40X50 ס"מ, עובי 4.0 מ"מ |