Questo protocollo descrive una tecnica percutanea mini-invasiva per l'inserimento di cateteri pleurici anteriori e posteriori nei suini, che consente la misurazione diretta della pressione pleurica regionale senza toracotomia.
Articolo metodologico
Tecnica percutanea guidata da immagini per la misurazione diretta della pressione pleurica in un modello suino
In questo articolo
Sommario
Abstract
La misurazione della pressione pleurica consente una valutazione fisiologica avanzata, inclusa la suddivisione della meccanica del sistema respiratorio in componenti polmonare e della parete toracica, il calcolo della pressione transpolmonare e la quantificazione dei gradienti regionali di pressione pleurica. Queste informazioni sono essenziali per ottimizzare la ventilazione meccanica, valutare l'impatto di alterazioni della fisiologia della parete toracica e promuovere la ricerca traslazionale nelle lesioni polmonari. Tuttavia, le tecniche attualmente disponibili per la misurazione diretta della pressione pleurica richiedono spesso l'impianto chirurgico a cielo aperto di trasduttori di pressione pleurica mediante toracotomia, procedura che risulta lunga, ad alto rischio e potenzialmente in grado di compromettere la meccanica della parete toracica. Per superare questi limiti, abbiamo sviluppato una tecnica mini-invasiva, percutanea e guidata da immagini per il posizionamento di un catetere pleurico. La procedura è stata eseguita su suini anestetizzati e sottoposti a ventilazione meccanica. Guidati dall'ecografia, un ago di Tuohy è stato avanzato nello spazio pleurico e un piccolo pneumotorace artificiale (50–100 mL di ossigeno) è stato creato per separare i foglietti pleurici. Sopra un filo guida, è stato posizionato un introduttore per guaina da 9 Fr, che ha permesso l'avanzamento di un catetere con punta a palloncino nella pleura anteriore. Successivamente, l'animale è stato posizionato in semiprono e un secondo catetere è stato inserito dorsalmente dopo aver aumentato lo stesso pneumotorace con ulteriori 50–100 mL di ossigeno. Il corretto posizionamento è stato confermato mediante tomografia computerizzata (TC) e tracciati fisiologici. Dopo l'evacuazione dello pneumotorace e la riepansione polmonare, l'immagine ha verificato la posizione finale. Il posizionamento riuscito dei cateteri anteriore e posteriore è stato ottenuto in 16 su 20 animali (80%), dimostrando la fattibilità procedurale di questo approccio. I tentativi non riusciti sono stati dovuti a pneumotorace non intenzionale durante l'accesso pleurico anteriore o a un errato posizionamento del catetere anteriore al di fuori della regione ventrale target. Questo metodo fornisce un approccio meno invasivo e riproducibile per il monitoraggio diretto della pressione pleurica regionale nei modelli animali di grandi dimensioni. Evitando l'accesso chirurgico, questa tecnica percutanea guidata da immagini si presta particolarmente bene a protocolli sperimentali volti a indagare la meccanica respiratoria, la fisiologia polmonare e della parete toracica e la ventilazione meccanica nella ricerca traslazionale.
Introduzione
La pressione pleurica è stata ampiamente utilizzata negli studi sperimentali come indicatore chiave della meccanica della parete toracica, contribuendo a descrivere il comportamento frazionato del sistema respiratorio e la sua interazione con il polmone durante la ventilazione meccanica1. Questa variabile è essenziale per il calcolo della pressione transpolmonare, che rappresenta il principale determinante dello stress polmonare2. In caso di danno polmonare, la pressione pleurica può inoltre aiutare a descrivere la meccanica di fine espirazione e fornire informazioni sul gradiente di pressione sovrapposto, un fenomeno associato al carico agente sulle regioni polmonari depresse3,4. Questa distribuzione regionale di pressione genera differenze ventro-dorsali nella pressione pleurica e transpolmonare, che durante la ventilazione meccanica controllata sono determinate principalmente dal carico gravitazionale e dalla gravità del danno polmonare, mentre durante la respirazione spontanea o assistita possono essere ulteriormente amplificate dall'attività regionale dei muscoli inspiratori5.
Il monitoraggio diretto della pressione pleurica non viene eseguito nella pratica clinica perché la procedura è troppo invasiva per essere considerata sicura. Per questo motivo, la pressione esofagea (Pes) è comunemente utilizzata come la migliore surrogata della pressione pleurica6. Tuttavia, la Pes è influenzata da diversi fattori che possono comprometterne l'accuratezza, tra cui la posizione del catetere, la trasmissione della pressione valutata tramite il rapporto di Baydur e la modalità di ventilazione7. Il palloncino esofageo si trova all'interno di una struttura compliant, e il suo segnale è modulato sia dalla parete esofagea che dagli organi mediastinici adiacenti. Anche piccoli spostamenti nella profondità o allineamento del catetere possono alterare la pressione misurata o l'entità delle sue fluttuazioni tidali8. Inoltre, la Pes riflette principalmente la pressione pleurica media-dorsale, risultando quindi meno rappresentativa delle regioni ventrali e dell'ambiente pleurico complessivo in caso di danno polmonare eterogeneo9.
Per questi motivi, la misurazione diretta della pressione pleurica rimane l'approccio di riferimento in fisiologia sperimentale e traslazionale10. Diversi dispositivi sono stati utilizzati per la misurazione diretta della pressione pleurica. Sensori pleurici di tipo wafer sono frequentemente impiegati in modelli sperimentali11,12, e in alcuni studi sono stati introdotti nello spazio pleurico cateteri con palloncino esofageo per registrare direttamente la pressione pleurica13,14. Nonostante la disponibilità di diversi strumenti per la misurazione diretta della pressione pleurica, la loro inserzione ha tradizionalmente richiesto un accesso mediante toracotomia aperta o toracoscopia. Questi approcci sono invasivi, richiedono competenze chirurgiche avanzate, prolungano i tempi di preparazione della procedura e alterano la meccanica normale della parete toracica, modificando in modo significativo le condizioni fisiologiche sotto studio.
In questo articolo metodologico, presentiamo una nuova tecnica percutanea per posizionare cateteri con palloncino esofageo nello spazio pleurico del suino, al fine di monitorare direttamente la pressione pleurica regionale. Questo approccio è mini-invasivo e non richiede toracotomia né formazione chirurgica avanzata. L'accesso pleurico anteriore viene eseguito mediante una comune tecnica di puntura guidata da ultrasuoni, mentre l'imaging mediante tomografia computerizzata (TC) viene utilizzato per confermare il posizionamento del filo guida e del catetere intrapleurici e per assistere nella pianificazione dell'accesso pleurico posteriore. Il metodo consente il posizionamento di cateteri in diverse regioni della cavità pleurica, permettendo una valutazione regionale della meccanica respiratoria frazionata. La tecnica mira a ridurre la complessità e il rischio della procedura, mantenendo al contempo registrazioni di alta qualità della pressione pleurica per la ricerca fisiologica e traslazionale.
Protocollo
Dopo l'approvazione del Comitato per la Cura e l'Utilizzo degli Animali da Laboratorio (2020I000073) presso il Massachusetts General Hospital di Boston, MA, gli esperimenti sono stati condotti da marzo a novembre 2025 su 20 suini Yorkshire sani del peso di 30–40 kg.
PRECAUZIONE: Questo protocollo crea intenzionalmente un pneumotorace e utilizza ossigeno al 100%. Eseguire la procedura sotto monitoraggio fisiologico continuo da parte di personale esperto in anestesia su animali di grandi dimensioni e accesso pleurico, ed eliminare tutte le possibili fonti di accensione durante l'insufflazione di ossigeno.
1. Preparazione dell'animale
- Sedare l'animale con tiletamina–zolazepam (4,4 mg/kg) per via intramuscolare, xilazina (2,2 mg/kg) e atropina (0,04 mg/kg).
- Stabilire un accesso endovenoso e somministrare fentanil (2 µg/kg) e propofol (2 mg/kg) per via endovenosa per consentire un'intubazione endotracheale sicura.
- Intubare l'animale e confermare il corretto posizionamento delle vie aeree verificando l'espansione bilaterale del torace, la presenza di suoni respiratori bilaterali e un'onda costante di CO₂ al fine del respiro.
- Iniziare la ventilazione a volume controllato (VCV) con una frazione di ossigeno inspirato (FiO₂) pari a 0,4, volume corrente di 10 mL/kg, pressione positiva al termine dell'espirazione (PEEP) di 5 cmH₂O e frequenza respiratoria di 15–20 atti/min. Regolare la frequenza respiratoria per mantenere la CO₂ al fine del respiro compresa tra 35 e 45 mmHg.
- Mantenere un'anestesia e un'analgesia continue per tutta la durata della procedura con propofol endovenoso (10 mg∙kg-1∙h-1) e fentanil (5 µg∙kg-1∙h-1). Prima della somministrazione del blocco neuromuscolare, confermare un'adeguata profondità anestetica valutando il rilassamento della mandibola, l'assenza di riflesso palpebrale, l'assenza di risposta di ritrazione alla compressione interdigitale o del mantello, e l'assenza di risposte emodinamiche alla stimolazione. Dopo il blocco neuromuscolare, monitorare l'adeguatezza dell'anestesia mediante variabili fisiologiche, tra cui frequenza cardiaca, pressione arteriosa e assenza di risposte autonomiche alla stimolazione procedurale. Applicare un unguento oftalmico dopo l'induzione dell'anestesia per prevenire l'essiccamento della cornea.
- Monitorare continuamente la frequenza cardiaca, la pressione arteriosa, la saturazione di ossigeno, la CO₂ al fine del respiro e le pressioni delle vie aeree. Mantenere la frequenza cardiaca tra 70 e 140 battiti/min, la pressione arteriosa media superiore a 60 mmHg, la saturazione di ossigeno superiore al 92%, la CO₂ al fine del respiro compresa tra 35 e 45 mmHg e la pressione massima delle vie aeree inferiore a 35 cmH₂O ogni volta che possibile.
- Somministrare un agente bloccante neuromuscolare (pancuronio 0,1 mg∙kg-1∙h-1) e confermare l'assenza di attività respiratoria spontanea prima di iniziare l'accesso pleurico.
2. Preparazione dell'attrezzatura
- Preparare l'equipaggiamento sterile necessario per l'accesso pleurico guidato da ultrasuoni e il posizionamento del catetere, come indicato nella Tabella dei Materiali.
- Rasare, pulire e preparare con campo sterile le superfici toraciche anteriore e posteriore in condizioni asettiche.
3. Accesso pleurico percutaneo anteriore
- Posizionare l'animale in posizione supina con una leggera rotazione verso il lato opposto al sito previsto per l'inserzione del catetere pleurico anteriore.
- Identificare la linea sternale e la cupola diaframmatica mediante ecografia.
- Identificare la cupola diaframmatica mediante ecografia, quindi spostarsi di circa 5 cm in senso laterale e 5 cm in senso craniale dalla linea mediana al livello del diaframma per selezionare il sito di puntura anteriore.
- Visualizzare lo spazio pleurico anteriore con la sonda ecografica.
- Inserire l'ago di Tuohy con guida ecografica al margine superiore della costa inferiore dello spazio intercostale selezionato, con la curvatura orientata verso l'alto.
- Avanzare l'ago verso la pleura parietale sotto guida ecografica in tempo reale utilizzando un approccio in piano.
- Applicare una leggera pressione positiva alla siringa mentre si avanza di ulteriori 1–2 mm durante una manovra di apnea in fine espirazione, fino a quando una repentina perdita di resistenza indichi l'ingresso nello spazio pleurico.
- Iniettare circa 50–100 mL di ossigeno al 100% per creare un piccolo pneumotorace artificiale anteriore. Regolare il volume finale di ossigeno in base ai risultati della tomografia computerizzata riguardo all'espansione del pneumotorace e alla separazione pleurica.
- Inserire il filo guida a molla attraverso l'ago ed estrarre l'ago.
- Eseguire una scansione TC per confermare il corretto posizionamento del filo guida all'interno dello spazio pleurico, che risulta ampliato e chiaramente delineato dal pneumotorace artificiale.
- Dopo la conferma TC, effettuare una piccola incisione cutanea nel sito di ingresso del filo.
- Avanzare un introduttore da 9 Fr sopra il filo guida utilizzando la tecnica di Seldinger.
- Rimuovere il filo guida e inserire il catetere con palloncino esofageo nella cavità pleurica anteriore attraverso l'introduttore.
- Insufflare il palloncino con il volume di riempimento ottimale, determinato da una curva pressione-volume (PV) in vivo15, per garantire un corretto espansione del palloncino e una trasmissione affidabile della pressione.
- Collegare il catetere con palloncino a un trasduttore di pressione differenziale esterno mediante un sistema di trasmissione della pressione riempito d'aria.
- Effettuare la messa a zero del trasduttore di pressione rispetto alla pressione atmosferica prima di collegare il catetere, per assicurare misurazioni di pressione accurate.
- Collegare il trasduttore di pressione a un sistema di acquisizione dati e acquisire i segnali di pressione mediante un software di acquisizione dati.
- Acquisire tutti i segnali di pressione con una frequenza di campionamento di 1.000 Hz senza ulteriore filtraggio digitale. Iniziare la registrazione una volta osservato un tracciato di pressione stabile.
4. Accesso pleurico percutaneo posteriore
- Riposizionare l'animale in posizione semiprona per favorire la migrazione dorsale dell'aria intrapleurica.
- Iniettare ulteriori 50–100 mL di ossigeno al 100% attraverso il catetere anteriore per ampliare il pneumotorace dorsale e facilitare l'accesso posteriore.
- Effettuare una scansione TC per confermare la migrazione dorsale del pneumotorace artificiale e identificare l'area ottimale per la puntura posteriore.
- Segnare sul tessuto cutaneo il sito di puntura posteriore a metà strada tra i processi spinosi e la linea ascellare posteriore.
- Inserire l'ago di Tuohy perpendicolarmente al margine superiore della costa inferiore dello spazio intercostale selezionato, collegando una siringa vuota per aspirazione continua.
- Avanzare l'ago durante una manovra di apnea in fine espirazione attraverso i piani muscolari, aspirando continuamente fino all'ottenimento di aria, confermando così l'ingresso nel pneumotorace dorsale.
- Inserire il guida-filo a molla ed estrarre l'ago.
- Effettuare una scansione TC per confermare il corretto posizionamento del filo guida all'interno dello spazio pleurico, che risulta ampliato e chiaramente delineato dal pneumotorace artificiale.
- Dopo la conferma TC, effettuare una piccola incisione cutanea nel punto di ingresso del filo.
- Avanzare il dilatatore da 9 Fr sul filo guida utilizzando la tecnica di Seldinger.
- Rimuovere il filo guida e inserire il secondo palloncino esofageo nella cavità pleurica dorsale attraverso il dilatatore.
- Insufflare il palloncino con il volume di riempimento ottimale, determinato da una curva pressione-volume (PV) in vivo, per garantire un'espansione corretta del palloncino e una trasmissione affidabile della pressione.
- Collegare il catetere al trasduttore di pressione differenziale e verificare sul monitor la morfologia corretta dell'onda pleurica.
5. Posizionamento finale e monitoraggio
- Verificare che i parametri del ventilatore (volume corrente, flusso inspiratorio e pressione delle vie aeree) e i valori emodinamici rimangano stabili durante e dopo il posizionamento del catetere.
- Drenare il pneumotorace attraverso gli introduttori posteriore e anteriore aspirando delicatamente l'aria intrapleurica con una siringa da 50 mL fino a quando non si oppone resistenza al drenaggio. Evitare di creare una pressione negativa eccessiva all'interno dello spazio pleurico.
- Fissare entrambi i cateteri con palloncino esofageo alla cute con nastro adesivo, quindi rimuovere con attenzione entrambi gli introduttori da 9 Fr per prevenire lo spostamento del catetere.
- Effettuare una TAC per valutare la presenza di pneumotorace residuo. Se è presente un pneumotorace residuo, posizionare l'animale in decubito prono e ridurre la FiO₂ a 0,25, se tollerato fisiologicamente, per favorire il riassorbimento dell'ossigeno.
- Confermare l'assenza di perdite a livello delle vie aeree o pleuriche confrontando i volumi correnti inspirati ed espirati ed eseguendo una pausa inspiratoria. Verificare una pressione di plateau stabile e il ritorno del flusso a zero.
- Rivalutare le forme d'onda della pressione pleurica anteriore e posteriore dopo la rimozione degli introduttori. Confermare che la morfologia attesa della forma d'onda rimanga stabile; se questa cambia, non iniziare la registrazione finché non si sia rivalutata la posizione del catetere e la stabilità della forma d'onda.
- Iniziare la registrazione simultanea della pressione pleurica anteriore e posteriore solo dopo aver confermato l'evacuazione o il riassorbimento del pneumotorace, la stabilità della ventilazione e dell'ematodinamica, l'assenza di una perdita in corso e la stabilità delle forme d'onda della pressione pleurica.
- Regolare la ventilazione mantenendo il volume corrente a 10 mL/kg e riducendo la PEEP da 5 a 3 cmH₂O. I valori della pressione pleurica di fine espirazione sono stati ottenuti durante una manovra stabile di pausa di fine espirazione come mostrato in Figure 1.
- Al termine di ogni protocollo sperimentale, mentre gli animali erano mantenuti sotto anestesia generale, l'eutanasia è stata eseguita mediante somministrazione endovenosa di KCl (soluzione al 7%, 2 mL/kg).
Risultati
Il posizionamento del catetere pleurico mediante tecnica percutanea è stato tentato in 20 suini (Tabella 1). In 17 animali, sono stati inseriti un totale di 34 cateteri pleurici (17 anteriori e 17 posteriori). Di questi, 33 cateteri (97%) hanno raggiunto la regione pleurica prevista, mentre un catetere anteriore è entrato nella cavità pleurica ma non ha raggiunto la posizione ventrale target. Il corretto posizionamento regionale di entrambi i cateteri anteriori e posteriori è stato quindi ottenuto in 16 dei 17 animali in cui è stato effettuato l'inserimento del catetere (94%), corrispondente a 16 degli 20 animali complessivi (80%; IC 95%, 56,3%–94,3%).
I tracciati rappresentativi della pressione pleurica ottenuti da procedure riuscite hanno mostrato chiare differenze fisiologicamente significative tra i sensori anteriori e posteriori (Figura 1). Il catetere anteriore presentava tipicamente oscillazioni cardiache evidenti, più ampie rispetto a quelle registrate dal palloncino esofageo, riflettendo la sua vicinanza al cuore e al mediastino. Al contrario, i segnali pleurici posteriori mostravano un artefatto cardiaco minimo e forme d'onda respiratorie lisce, in accordo con la regione toracica dipendente meccanicamente più silenziosa.
Durante l'occlusione al termine dell'espirazione, i cateteri posizionati correttamente hanno mostrato un gradiente di pressione pleurica riproducibile da dorsale a ventrale. La pressione pleurica posteriore era costantemente positiva al termine dell'espirazione, mentre il segnale anteriore variava da negativo a positivo (Tabella 2). Il gradiente risultante, compreso tra 2 e 7 cmH₂O, corrispondeva alla distribuzione prevista della pressione sovrapposta gravitazionale nei suini anestetizzati e ventilati meccanicamente.
Quattro procedure (20%) sono state classificate come non riuscite. In tre animali, la procedura è stata interrotta dopo l'accesso pleurico anteriore e il posizionamento del filo guida perché l'immagine TC ha evidenziato un pneumotorace non controllato, dovuto a una perforazione involontaria del parenchima polmonare, indicativa di perdita dell'apposizione polmone-pleurica e quindi preclusiva a una misurazione affidabile della pressione pleurica. Pertanto, in questi soggetti non è stato effettuato il posizionamento del catetere né la valutazione dell'onda pressoria. La restante procedura non riuscita è stata causata da un posizionamento anteriore del catetere fuori bersaglio: il palloncino è entrato nello spazio pleurico ma non ha raggiunto la regione ventrale target, determinando un’onda pressoria priva del gradiente antero-posteriore atteso.
L'imaging TC ha confermato i risultati fisiologici. Nei posizionamenti corretti, i cateteri a palloncino sono stati visualizzati nelle regioni pleuriche ventrali o dorsali previste, in diretto contatto con la pleura parietale (Figura 2). Nel caso non riuscito e fuori bersaglio, la TC ha mostrato una posizione intrapleurica del catetere al di fuori della regione target. L'esame post mortem ha ulteriormente confermato la posizione del catetere e la localizzazione pleurica al termine del protocollo (Figura 3).
Nel complesso, questi risultati dimostrano che la tecnica percutanea consente in modo affidabile di ottenere segnali di pressione pleurica interpretabili quando si raggiunge un posizionamento regionale, e che sia la morfologia dell'onda sia l'imaging TC forniscono indicatori pratici del successo o insuccesso della procedura.
Figura 1: Forme d'onda della pressione pleurica e delle vie aeree dopo l'evacuazione del pneumotorace. Sono stati registrati simultaneamente i segnali di pressione delle vie aeree (rosso), pressione esofagea (blu), pressione pleurica anteriore (arancione) e pressione pleurica posteriore (ciano) durante la ventilazione a volume controllato. L'area ombreggiata indica la pausa end-espiratoria utilizzata per ricavare i valori di pressione end-espiratoria. Il tracciato posteriore mostra oscillazioni cardiogeniche minime e valori end-espiratori più elevati, mentre il tracciato anteriore mostra oscillazioni cardiache più evidenti e una pressione end-espiratoria più bassa. Durante la pausa, la differenza tra pressione pleurica posteriore e anteriore rappresenta il gradiente verticale di pressione pleurica. Abbreviazione: cmH₂O = centimetri di acqua. Cliccare qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 2: Conferma mediante tomografia computerizzata del posizionamento del catetere pleurico. Le frecce gialle indicano il catetere anteriore nella regione pleurica ventrale, e le frecce rosse indicano il catetere posteriore nella regione pleurica dorsale. Sono mostrate scansioni tomografiche computerizzate trasversali (a sinistra e al centro) e sagittali (a destra) per i soggetti P1 e P2. Le immagini sono state ottenute dopo il posizionamento del catetere e prima dell'evacuazione completa del pneumotorace artificiale. La prontezza alla registrazione è stata successivamente confermata dopo il drenaggio, mediante la riacquisizione dell'espansione polmonare e la stabilizzazione delle onde pressorie fisiologiche. Il posizionamento riuscito è stato definito come la localizzazione del catetere all'interno della regione pleurica anteriore o posteriore prevista, con una morfologia dell'onda compatibile. Abbreviazione: CT = tomografia computerizzata. Cliccare qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 3: Conferma anatomica post-mortem del posizionamento del catetere pleurico. L'esame toracico eseguito al termine del protocollo ha confermato la posizione del catetere intrapleurico. I cerchi gialli indicano il catetere pleurico anteriore, mentre il cerchio verde indica il catetere pleurico posteriore. Cliccare qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
| Categoria di esito | Numero di animali (n = 20) | Percentuale (%) | IC 95% (%) | Descrizione |
| Posizionamento anteriore e posteriore riuscito | 16 | 80% | 56,3–94,3 | Entrambe le cannule ventrale e dorsale correttamente posizionate nelle regioni bersaglio |
| Posizionamento intrapleurico ma fuori bersaglio | 1 | 5% | 0,1–24,9 | Cannula anteriore all'interno della cavità pleurica ma non nella regione bersaglio |
| Insucceso a causa di pneumotorace non controllato | 3 | 15% | 3,2–37,9 | Procedura interrotta dopo il posizionamento del guidawire a causa di pneumotorace non controllato riscontrato all'immagine TC |
Tabella 1: Esiti procedurali in 20 soggetti sperimentali. La tabella riporta per ogni categoria di esito il numero e la percentuale di animali, l'intervallo di confidenza al 95% e la descrizione. Abbreviazioni: CI = intervallo di confidenza.
| Soggetto | Pressione finale espiratoria anteriore (cmH₂O) | Pressione finale espiratoria posteriore (cmH₂O) | Gradiente verticale (cmH₂O) |
| 1 | -1.2 | 2.5 | 3.7 |
| 2 | -0.2 | 3.1 | 3.3 |
| 3 | -3.0 | 3.0 | 6.0 |
| 4 | 1.6 | 4.9 | 3.3 |
| 5 | 0.1 | 4.5 | 4.4 |
| 6 | -1.7 | 3.2 | 5.0 |
| 7 | 4.1 | 6.4 | 2.3 |
| 8 | -1.2 | 5.6 | 6.8 |
| 9 | -0.8 | 4.7 | 5.5 |
| 10 | 1.1 | 5.7 | 4.7 |
| 11 | -1.1 | 6.1 | 7.2 |
| 12 | -0.9 | 6.5 | 7.4 |
| 13 | -1.6 | 2.8 | 4.4 |
| 14 | 0.3 | 3.5 | 3.1 |
| 15 | 0.6 | 3.6 | 3.0 |
| 16 | 0.1 | 2.9 | 2.8 |
| Media | -0.2 | 4.3 | 4.5 |
| DS | 1.6 | 1.4 | 1.6 |
| Intervallo | -3.0–4.1 | 2.5–6.5 | 2.3–7.4 |
Tabella 2: Valori della pressione pleurica alla fine dell’espirazione nelle regioni anteriore e posteriore e relativo gradiente verticale. Il gradiente è stato calcolato come pressione posteriore meno pressione anteriore. Le misurazioni sono state effettuate durante ventilazione a volume controllato con volume corrente di 10 mL/kg e pressione positiva alla fine dell’espirazione di 3 cmH₂O. Abbreviazioni: PEEP = pressione positiva alla fine dell’espirazione; VCV = ventilazione a volume controllato.
| Problema | Causa probabile | Criteri di riconoscimento | Azione correttiva |
| Evacuazione incompleta del pneumotorace artificiale | Ossigeno intrapleurico residuo dopo il posizionamento del catetere ed espansione polmonare incompleta | Persistenza di pneumotorace residuo o apposizione pleurica incompleta alla TC; valori di pressione pleurica assoluti non affidabili nonostante le oscillazioni respiratorie conservate | Ridurre la FiO2 a 0,25 se fisiologicamente tollerabile, posizionare l'animale in decubito prono e attendere 30 minuti per favorire il riassorbimento dell'ossigeno. Ripetere l'acquisizione TC prima della registrazione della pressione per confermare la riduzione del pneumotorace e l'espansione polmonare |
| Pneumotorace non controllato | Puntura accidentale del parenchima polmonare durante l'accesso pleurico | Evidenza alla TC di pneumotorace ampio o non controllato; espansione polmonare incompleta; evidenza al ventilatore di perdita o meccanica instabile | Non procedere con la registrazione della pressione. Se non è possibile ottenere una misurazione affidabile della pressione pleurica, classificare la procedura come non riuscita |
| Avanzamento del catetere fuori bersaglio | Guida metallica o catetere avanzati lateralmente o lontano dalla regione pleurica ventrale o dorsale prevista | La TC mostra la posizione intrapleurica del catetere al di fuori della regione target; l'onda non presenta le differenze anteriori-posteriori attese o il gradiente di pressione verticale | Riposizionare il catetere se fattibile. Se non è possibile raggiungere la regione prevista, classificare il posizionamento come subottimale o non riuscito |
| Onda pleurica anomala | Errato posizionamento del catetere, insufficiente riempimento del palloncino, scarsa apposizione catetere-pleura, perdita nel collegamento o errore del trasduttore/azzeramento | Tracciato piatto, rumore eccessivo, assenza di oscillazioni respiratorie, valori di pressione assoluti non fisiologici o perdita della morfologia attesa dell'onda anteriore/posteriore | Verificare tutti i collegamenti e l'azzeramento del trasduttore. Controllare il volume di riempimento del palloncino. Rivalutare la posizione del catetere mediante imaging e ripetere la valutazione dell'onda prima della registrazione |
| Perdita persistente a livello delle vie aeree o pleurica | Puntura del parenchima polmonare o persistente comunicazione pleuro-aerea dopo l'accesso | Differenza tra volumi correnti inspirati ed espirati; pressione plateau instabile; mancato ritorno del flusso a zero durante la pausa inspiratoria | Interrompere l'acquisizione dati. Rivalutare la meccanica ventilatoria e l'imaging. Procedere solo se la perdita si risolve e vengono ripristinate onde stabili delle vie aeree e pleuriche |
| Spostamento del catetere dopo la rimozione dell'introduttore | Movimento del catetere durante il ritiro dell'introduttore o fissaggio inadeguato alla cute | Modifica della morfologia dell'onda dopo la rimozione dell'introduttore; perdita delle oscillazioni cardiache anteriori attese; perdita dell'onda respiratoria liscia posteriore; evidenza alla TC di spostamento | Fissare saldamente il catetere alla cute con nastro adesivo prima della rimozione dell'introduttore. Rivalutare la morfologia dell'onda dopo la rimozione dell'introduttore. Confermare la posizione mediante TC se si sospetta uno spostamento |
| Impossibilità di aspirare aria | L'aria presente nel pneumotorace artificiale si è spostata lontano dalla punta dell'introduttore. | Nessuna aria viene aspirata tirando lo stantuffo della siringa, con pressione negativa generata durante il tentativo di aspirazione. | Tentare l'aspirazione utilizzando una siringa di volume inferiore. Se ciò non è sufficiente, eseguire imaging TC per identificare la localizzazione dell'accumulo d'aria e modificare la posizione dell'animale di conseguenza, in modo da avvicinare l'accumulo alla punta dell'introduttore. |
Tabella 3: Guida alla risoluzione dei problemi per il posizionamento del catetere pleurico percutaneo e la registrazione della pressione. I problemi comuni sono associati a possibili cause, criteri di riconoscimento e azioni correttive. Abbreviazioni: CT = tomografia computerizzata; FiO₂ = frazione di ossigeno inspirato.
Discussione
Questo protocollo percutaneo fornisce un metodo pratico e riproducibile per ottenere misurazioni regionali della pressione pleurica senza la necessità di accesso tramite toracotomia o toracoscopia. Diversi aspetti della procedura sono particolarmente importanti per garantire un posizionamento corretto del catetere e registrazioni della pressione di alta fedeltà.
Un elemento fondamentale della tecnica è la puntura anteriore eseguita sotto guida diretta dell'ecografia toracica. L'ecografia viene utilizzata per visualizzare chiaramente la pleura e lo spazio intercostale scelto, fornendo una conferma in tempo reale della traiettoria dell'ago. Poiché la procedura richiede una manipolazione controllata e precisa dell'ago durante l'avvicinamento alla superficie pleurica, abbiamo utilizzato un ago di Tuohy potenziato con ecografia per migliorare la visibilità della punta e ridurre al minimo il rischio di una perforazione involontaria del polmone o di un mancato accesso allo spazio pleurico16.
La visualizzazione continua della punta dell'ago è fondamentale durante tutta la fase di avanzamento. Per questo motivo, si preferisce un approccio ecografico in piano, in quanto consente di visualizzare l'intero corpo e la punta dell'ago mentre avanzano verso lo spazio pleurico, migliorando la precisione della procedura e riducendo il rischio di perforazione polmonare accidentale.
Anche il momento corretto dell'avanzamento dell'ago è essenziale. L'avanzamento dell'ago durante una pausa in fine espirazione minimizza il movimento ciclico della superficie pleurica associato alla ventilazione corrente, migliorando così la precisione e riducendo l'incidenza del contatto con il parenchima.
Il pneumotorace è stato creato utilizzando ossigeno puro per facilitare il riassorbimento di qualsiasi gas residuo non rimosso mediante aspirazione con siringa. Questo riassorbimento avviene attraverso il gradiente di diffusione dell'ossigeno tra lo spazio pleurico e gli alveoli, poiché l'animale viene ventilato con una FiO₂ inferiore a 1,017. Questo approccio riduce al minimo il rischio che il gas intrapleurico residuo interferisca con le misurazioni della pressione. Il volume di ossigeno deve essere sufficiente a separare i foglietti pleurici e consentire un sicuro avanzamento del filo guida e dell'introduttore, evitando al contempo un'eccessiva amplificazione del pneumotorace artificiale. Una volta completato il posizionamento del catetere, l'ossigeno insufflato deve essere completamente evacuato prima di effettuare le misurazioni della pressione.
È necessaria una corretta posizione per consentire l'accesso posteriore. Ruotando l'animale in posizione semiprona, la bolla di ossigeno intrapleurica si sposta posteriormente, rendendo lo spazio pleurico dorsale accessibile mediante una puntura cieca che utilizza la stessa tecnica di Seldinger prevista per la puntura anteriore. Una rotazione adeguata del corpo è essenziale per permettere la migrazione dorsale della bolla di ossigeno. Una rotazione insufficiente può impedire la separazione dei foglietti pleurici posteriori, rendendo più difficoltosa l'avanzamento del guidewire, anche con una pianificazione del sito di puntura assistita dalla TC.
Dopo il posizionamento del catetere, è obbligatorio verificare l'integrità del sistema. L'assenza di perdite a livello delle vie aeree o pleuriche viene confermata confrontando i volumi correnti inspirati ed espirati ed eseguendo una pausa inspiratoria. Una pressione di plateau stabile insieme al ritorno del flusso a zero indica che non è presente alcuna perdita in atto e che l'accesso pleurico non crea una comunicazione persistente con le vie aeree. Inoltre, la morfologia dell'onda di pressione deve essere valutata per verificare il corretto funzionamento e posizionamento del catetere. Ci si aspetta che le registrazioni anteriori mostrino oscillazioni cardiache più evidenti a causa della vicinanza al cuore e al mediastino, mentre le registrazioni posteriori mostrano in genere onde respiratorie più lisce con minima interferenza cardiaca. Queste oscillazioni cardiache rappresentano una caratteristica fisiologica attesa piuttosto che un artefatto del segnale e pertanto confermano un corretto posizionamento anteriore del catetere. Il catetere deve essere fissato in modo sicuro alla cute con nastro adesivo prima della rimozione dell'introduttore, per ridurre al minimo il rischio di spostamento. Dopo l'evacuazione del pneumotorace artificiale e la rimozione dell'introduttore, le tracce di pressione devono essere rivalutate per confermare che la morfologia dell'onda rimanga invariata, escludendo così uno spostamento del catetere nelle fasi finali della procedura. Questi controlli sono coerenti con i principi fondamentali della ventilazione meccanica, il monitoraggio18. Una guida pratica per la risoluzione dei problemi tecnici più comuni, con le relative cause probabili, criteri di riconoscimento e azioni correttive è riportata in Tabella 3.
Un vantaggio importante di questo metodo è che l'accesso pleurico viene ottenuto per via percutanea, senza aprire il torace. Gli approcci minimamente invasivi sono generalmente preferiti quando raggiungono lo stesso obiettivo sperimentale, poiché riducono il carico procedurale ed evitano alterazioni non necessarie delle strutture anatomiche19. In questo modello suino, la tecnica percutanea potrebbe ridurre il tempo di preparazione, evitare la toracotomia e contribuire a preservare la meccanica nativa della parete toracica, anche se non è stata effettuata alcuna comparazione formale con approcci basati sulla toracotomia.
Questo metodo presenta tuttavia diverse limitazioni. Il posizionamento corretto del catetere dipende dall'operatore ed esige esperienza nell'uso dell'ecografia toracica, nell'accesso pleurico percutaneo e nella tecnica di Seldinger. La perforazione involontaria del parenchima polmonare durante l'accesso pleurico rappresenta la principale causa di fallimento della procedura, poiché il pneumotorace risultante impedisce il successivo posizionamento del catetere. Anche misurazioni affidabili della pressione dipendono da un corretto riempimento del palloncino. Sia il sottoriempiemento che il sovra-riempimento del palloncino possono alterare le misurazioni della pressione, sottolineando l'importanza di determinare il volume ottimale di riempimento prima dell'acquisizione dei dati. Come per ogni tecnica di misurazione diretta della pressione pleurica, la pressione pleurica può essere campionata soltanto nel punto di posizionamento del catetere e riflette quindi la meccanica pleurica regionale piuttosto che la distribuzione della pressione in tutta la cavità pleurica. Sebbene l'ossigeno insufflato venga aspirato alla fine della procedura, l'evacuazione completa non può essere verificata direttamente senza l'ausilio di immagini. Pertanto, potrebbe rimanere dell'ossigeno intrapleurico residuo non rilevato, che potrebbe influenzare le misurazioni assolute della pressione pleurica. Nonostante questi limiti, i segnali dinamici di pressione pleurica sono risultati fisiologicamente interpretabili nei casi di posizionamento riuscito.
Nel complesso, questo protocollo fornisce una tecnica semplice, minimamente invasiva e fisiologicamente fondata per ottenere misurazioni regionali della pressione pleurica in modelli traslazionali. L'accesso percutaneo e i segnali di pressione regionali lo rendono adatto a studi che indagano la pressione transpolmonare, la distribuzione regionale della pressione e altri aspetti più ampi della meccanica respiratoria.
Dichiarazioni
Gli autori non hanno conflitti di interessi da dichiarare.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato sostenuto dalle sovvenzioni NIH R01HL177025 e R01HL171199.
Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Nastro adesivo | 3M Tegaderm | 1624W | Fissaggio del catetere prima dell'introduttore |
| Rasoiatore per animali | 3M Clipper | 9661L | Rimozione dei peli toracici |
| Atropina (iniettabile) | Sparhawk Laboratories inc. | NDC:58005-354 | Premedicazione intramuscolare |
| Scanner di tomografia computerizzata | NeuroLogica | Omnitom Elite PCD; 1-NL5100-060 | Valutazione della posizione del filo guida/catetere e di pneumotorace; |
| Software per l'acquisizione dei dati | ADInstruments | LabChart Pro 8.1.31 | Software di acquisizione a 1.000 Hz senza filtraggio digitale |
| Sistema di acquisizione dati | ADInstruments | ML865 | Per l'acquisizione della pressione pleurica |
| Trasduttore di pressione differenziale | Harvard Apparatus / Hugo Sachs | 73-3882 | Trasduttore di pressione per la registrazione della pressione pleurica |
| Asciugamano monouso | Cardinal Health | CAT 28700-004 | Preparazione del campo sterile (Passaggio 2.1) |
| ECG & monitor di ossimetria del polso | Mindray | BeneView T5 | Monitoraggio dei parametri vitali |
| Tubo endotracheale, 7,0 mm | Teleflex Medical | RIF 5-10314 | Intubazione endotracheale |
| Catetere con palloncino esofageo | Cooper Surgical | REF 47-9005 | Utilizzato come catetere per la pressione intrapleurica (Passo 2.1) |
| Fentanil (iniettabile) | Hikma | NDC 0641-6030-01 | Analgesia endovenosa |
| Tamponi di garza (sterili) | Medline | REF NON21430LF | Preparazione del sito (Passaggio 2.1) |
| Guidewire 0,025" × 33 cm | Teleflex Medical | REF AW-04025 | Per la tecnica di Seldinger (Passaggio 2.1) |
| Pompa per infusione | Smiths Medical | Medfusion 4000 | Somministrazione continua di anestetico |
| Guaina introduttiva, 9 Fr | Cordis | REF 402-609X | Per l'inserimento del catetere intrapleurico (Passaggio 2.1) |
| Ventilatore meccanico | Maquet – Getinge | Servo-I, ventilazione a volume controllato | |
| Unguento oftalmico | Lodi Veterinary Care | NDC 17033-211-38 | Protezione della cornea dopo l'induzione dell'anestesia |
| Ossigeno 100% (grado medico) | Airgas | N/A | Per pneumotorace controllato |
| Pancuronio (iniettabile) | Selleck Chemicals | S2497 | Blocco neuromuscolare |
| Povidone–Soluzione di iodio | BICCA | CAT 3955-16 | Antisepsi cutanea |
| Propofolo (iniettabile) | NorthStar | NDC 16714-977-01 | Induzione e mantenimento |
| Circuito respiratorio (circuito del ventilatore) | Medline | REF NON026370 | Circuito standard |
| Bisturi n. 11 | Bard-Parker | REF 372611 | Per l'incisione cutanea (Passaggio 2.1) |
| Telo sterile | Medline | RIF MDT2168286 | Preparazione del campo sterile |
| Guanti sterili (in lattice) | Biogel | RIF 31280 | Guanti protettivi sterili |
| Camice sterile | Halyard | RIF 95121 | Camice chirurgico sterile |
| Siringhe da 10 mL | Medline | REF SYR110010 | Per aspirazione/iniezione (Passaggio 2.1) |
| Siringhe da 50 mL | BD | REF 309680 | Per l'aspirazione dell'aria pleurica (Passaggio 2.1) |
| Tiletamina–zolazepam (iniettabile) | Virbac | NADA 71805-06 | Telazol; sedazione intramuscolare |
| Ago di Tuohy, ecogeno 18G × 100 mm | Pajunk | REF 521185-31C | Per la puntura pleurica (Passo 2.1) |
| Sonda per ultrasuoni (Butterfly iQ+) | Butterfly Network | 950-20002-00 | Utilizzato con l'app Butterfly iQ per iPad (passaggio 2.1) |
| Software/applicazione di ultrasuoni | Butterfly Network | Butterfly iQ 2.46; iPad 11 iPadOS 26 | App Butterfly iQ per iPad |
| Xilazina (iniettabile) | Cronus Pharma | LLC |
Riferimenti
- Dornhorst AC, Leathart GL. A method of assessing the mechanical properties of lungs and air-passages. Lancet. 1952;260(6725):109-11.
- Rezoagli E, Laffey JG, Bellani G. Monitoring lung injury severity and ventilation intensity during mechanical ventilation. Semin Respir Crit Care Med. 2022;43(3):346-68.
- Gattinoni L, et al. Regional effects and mechanism of positive end-expiratory pressure in early adult respiratory distress syndrome. JAMA. 1993;269(16):2122-7.
- Spina S, et al. The pleural gradient does not reflect the superimposed pressure in patients with class III obesity. Crit Care. 2024;28(1):306.
- Yoshida T, et al. Spontaneous effort causes occult pendelluft during mechanical ventilation. Am J Respir Crit Care Med. 2013;188(12):1420-7.
- Akoumianaki E, et al. The application of esophageal pressure measurement in patients with respiratory failure. Am J Respir Crit Care Med. 2014;189(5):520-31.
- Restivo A, et al. Impact of Baydur ratio correction on the reliability of esophageal pressure measurement. J Appl Physiol (1985). 2026. doi: 10.1152/japplphysiol.00364.2026.
- Hedenstierna G. Esophageal pressure: benefit and limitations. Minerva Anestesiol. 2012;78(8):959-66.
- Milic-Emili J, Mead J, Turner JM, Glauser EM. Improved technique for estimating pleural pressure from esophageal balloons. J Appl Physiol. 1964;19(2):207-11.
- Cherniack RM, Farhi LE, Armstrong BW, Proctor DF. A comparison of esophageal and intrapleural pressure in man. J Appl Physiol. 1955;8(2):203-11.
- Terzi N, et al. Comparison of pleural and esophageal pressure in supine and prone positions in a porcine model of acute respiratory distress syndrome. J Appl Physiol (1985). 2020;128(6):1617-25.
- Yoshida T, et al. Esophageal manometry and regional transpulmonary pressure in lung injury. Am J Respir Crit Care Med. 2018;197(8):1018-26.
- Bastia L, et al. Role of positive end-expiratory pressure and regional transpulmonary pressure in asymmetrical lung injury. Am J Respir Crit Care Med. 2021;203(8):969-76.
- Katira BH, et al. Positive end-expiratory pressure, pleural pressure, and regional compliance during pronation: an experimental study. Am J Respir Crit Care Med. 2021;203(10):1266-74.
- Mojoli F, et al. In vivo calibration of esophageal pressure in the mechanically ventilated patient makes measurements reliable. Crit Care. 2016;20:98.
- Lichtenstein D. Lung ultrasound in the critically ill. Curr Opin Crit Care. 2014;20(3):315-22.
- Northfield TC. Oxygen therapy for spontaneous pneumothorax. BMJ. 1971;4(5779):86-8.
- Bellani G, editor. Mechanical Ventilation from Pathophysiology to Clinical Evidence. Springer International Publishing; Cham; 2022.
- Roberts ME, et al. British Thoracic Society guideline for pleural disease. Thorax. 2023;78(11):1143-56.
Ristampe e permessi
Richiedi il permesso di riutilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE
Richiedi permesso