麻酔をかけた成体ブタの肺動脈にオレイン酸を連続的に注入すると、急性呼吸不全が誘発され、急性呼吸代償不全時の制御実験が可能になります。
麻酔をかけた成体ブタの肺動脈にオレイン酸を連続的に注入すると、急性呼吸不全が誘発され、急性呼吸代償不全時の制御実験が可能になります。
このプロトコルは、ヨークシャー豚に中央投与されたオレイン酸注入を利用した急性呼吸目迫モデルの概要を示しています。実験に先立ち、各ブタは全身麻酔、気管内挿管、および人工呼吸器を受け、両側頸静脈中心血管アクセスカテーテルを装備しました。オレイン酸は、専用の肺動脈カテーテルを介して0.2 mL / kg / hの速度で投与されました。注入は60〜120分間続き、呼吸困難を引き起こしました。実験全体を通して、心拍数、呼吸数、動脈血圧、中心静脈圧、肺動脈圧、肺毛細血管楔圧、呼気終末二酸化炭素、ピーク気道圧、プラトー圧などのさまざまなパラメータが監視されました。60分頃、部分動脈酸素圧(PaO2)と酸素飽和ヘモグロビン(SpO2)の画分の低下が観察されました。注入中に、肺動脈圧の急激な上昇を伴う周期的な血行動態の不安定性が発生した。注入後、肺実質の組織学的解析により、実質損傷と急性疾患の進行を示す変化が明らかになり、急性呼吸器代償不全のシミュレーションにおけるモデルの有効性が確認されました。
トランスレーショナルリサーチにおけるブタモデルの利用は、ヒト医学の理解を深める上で非常に重要です1。ブタモデルは、その生理学的および解剖学的類似性により、ヒトとの比較により、複雑な疾患や治療介入を研究するための貴重なプラットフォームを提供します1。急性呼吸不全の文脈では、ブタモデルは、病態生理学的メカニズムを調査し、治療戦略を評価し、潜在的な介入を評価するユニークな機会を提供します1,2,3。ブタモデルでヒトの呼吸生理学とさまざまな刺激に対する応答の重要な側面を再現する能力により、ヒト試験に進む前に治療モダリティを包括的に評価することができます1,2,3。この研究パラダイムにより、研究者は前臨床研究と臨床応用の間のギャップを埋め、新しい治療法の開発を促進し、患者の転帰を改善することができます1。したがって、効率的で効果的、かつ再現性のある急性呼吸不全ブタモデルの確立は、呼吸器疾患の知識を進歩させ、ヒト医学における効果的な介入の開発を導くための重要なツールとして機能します1。
重篤な病状である呼吸困難は、過去30年間でその診断と管理の進歩が限られてきました4。現在採用されている評価およびトリアージ指標には、自覚症状、身体検査所見、SpO2、および呼吸数が含まれますが、早期段階での急性肺疾患の検出には限界があることがよくあります5,6,7。この不十分さは、効率的なトリアージとリソース配分を妨げるだけでなく、慢性肺疾患患者の疾患の進行と治療反応を効果的かつ定量的にモニタリングすることもできません。ロングCOVIDのような慢性呼吸器疾患の新たな状況と、急性呼吸器不全が病院のリソースに及ぼす負担は、トランスレーショナルリサーチを拡大し、呼吸器疾患管理のイノベーションを促進する緊急の必要性を強調しています。
ブタの血流にオレイン酸を直接注入することは、急性呼吸困難を誘発する強力な方法として認識されている8。一価不飽和脂肪酸であるオレイン酸は、肺循環に導入されると、重大な肺障害を引き起こし、呼吸機能を損なう能力が実証されています8。注入すると、オレイン酸は血管収縮を引き起こし、肺動脈の圧力と抵抗を増加させ、ガス交換と酸素化の障害を引き起こします9。さらに、オレイン酸は、炎症誘発性メディエーターの放出や免疫細胞の動員など、炎症経路の活性化を促進し、肺損傷や呼吸困難の発症に寄与します10。これらすべてが、重度の低酸素血症、肺動脈圧の上昇、および血管外肺水の蓄積をもたらします11。肺実質の組織学的評価は、ヒトの急性呼吸困難と区別がつかない損傷を示しています9。
この記事では、オレイン酸を肺動脈に直接投与して急性呼吸困難を誘発し、治療不可能な重度の血行動態の低下を回避する方法について詳しく説明します。記載されている方法は、急性呼吸不全の根底にある病態生理学的メカニズムを探求し、潜在的な治療介入と革新を評価する将来の研究者にとって貴重なツールになると期待されています。
このプロトコルは、ヴァンダービルト大学の施設内動物管理および使用委員会(プロトコルM1800176-00)から承認を受け、国立衛生研究所の実験動物の世話と使用に関するガイドラインを厳守しました。この実験では、体重約40〜45 kgの雄と雌のヨークシャー豚を使用しました。動物は商業的な供給源から入手しました( 資料の表を参照)。現在の慣行には、獲得した豚の既存の病状のスクリーニングは含まれていません。この慣行が意図した結果を妨害したり、マスクしたりする可能性があることは認識されていますが、ベンダーによると、その可能性は低いと考えられており、この制限は受け入れられています。
1.動物の調理
2.オレイン酸注入
3.静脈波形解析と人工呼吸器の管理手順
初期の単発ブタのパイロットデータは、PaO2の変化に沿って、他の呼吸モニタリング指標(RRおよびSpO2)の変更前にRIVA-RIが増加したことを示しています(図3)。PaO2の低下は、このモデルが達成しようとしている「肯定的な」結果です。予備データでは、30分経過時点から疾患の進行に伴ってRIVA-RIが増加し、PaO2が減少することも示されています(図3、赤矢印)。PaO2は、患者の臨床状態に関係なく、酸素供給と消費のバランスを反映しているという事実に続発する呼吸器状態を監視する設定において最も関心のある血行動態パラメータです28,29。また、急性呼吸困難の診断と治療の実施も推進します30。どちらの値も、ブタモデルではSpO2が減少するかなり前に変化し、これは60分のマーク31に遅れました(図3)。予備データは、以前に報告された肺疾患の重症度の臨床指標としてのSpO2の単回使用の制限も支持しています29,32,33,34。これらのデータは、この説明されたモデルが、PACを介して直接オレイン酸送達を使用して急性呼吸不全を達成することに成功していることを裏付けています。
ガス交換定義を用いた急性呼吸不全の達成に成功しただけでなく、呼吸困難の達成に成功した後のブタ肺組織5,6(ホルマリン固定、パラフィン包埋、ヘマトキシリンおよびエオシンによる染色)の組織学的評価では、ヒトの急性呼吸困難と一致する変化が示されました(図2)。これは、急性呼吸困難に対するオレイン酸の使用に関する以前の文献を裏付けています9。

図1:ヨークシャー豚におけるブタ急性呼吸窮迫研究のタイムライン。 RIVA-RI値、血行動態データ(心拍数、呼吸数、血圧、SpO2、肺動脈圧、肺毛細血管楔入圧、中心静脈圧、胸膜圧、プラトー圧、ピーク圧)、および動脈血ガス分析(PaO2、 PaCO2、乳酸、塩基過剰、およびpH)は、最初の1.5時間は30分ごとに取得され、その後は犠牲になるまで15分ごとに取得されました。NHLBI ARDS Clinical Network Mechanical Ventilation Protocolは、P / F比が<100のときに開始されます。人工呼吸器の調整は、PaO2 55-80 mmHg または SpO2 88%-95% の目標酸素化でこのプロトコルに従います。FiO2 および/または PEEP がエスカレーションする前に、静脈波形のキャプチャに最低 2 分かかります。略語:ABG =動脈血ガス;RIVA = 呼吸器非侵襲的静脈波形解析;min = 分;PaO2 =酸素の分圧。PaCO2 = 二酸化炭素の分圧。mL =ミリメートル;kg =キログラム;h = 時間;FiO2 =吸気酸素の割合。PEEP = 呼気終末陽圧。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2:PaO2/FiO2 <100によるオレイン酸注入後のブタ肺の組織学。 ブタ肺組織の組織学的変化は、粘液型に現れる線維性組織による肺胞拡張肺胞中隔、肺細胞過形成、およびリンパ球浸潤(赤矢印)-急性呼吸困難の古典的な所見の実証により、このオレイン酸モデルを検証しています。スケールバー = 500 μm;拡大部分 = 100 μm. この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図3:1頭のブタのブタモデルにおけるオレイン酸注入の経時的なRIVA-RIとPaO2 およびSpO2 とのグラフ関係。 オレイン酸を肺動脈に直接注入することで急性呼吸困難が誘発されるため、PaO2 (A) と SpO2 (B) が減少すると RIVA-RI が増加します。RIVA-RIをオレイン酸注入全過程にわたってカラースペクトル(C)で可視化したところ、40分注入後にRIVA-RI値の増加が観察され、呼吸困難の発症を通じて増加しました。赤矢印は、RIVA-RIとPaO2 が変化し始めた30分時点を示していますが、SpO2 は同じままでした。略語= RIVA-RI =呼吸器非侵襲的静脈波形分析呼吸指数、PaO2 =酸素分圧、SpO2 =酸素ヘモグロビン飽和度、分=分。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
このプロトコルの重要な要素は、呼吸困難を誘発するためにオレイン酸の投与中のブタの血行動態状態を綿密に監視することである15。研究者にとって、血行動態モニタリングデバイスを適切に配置するために必要な時間をかけることが最も重要です。このモデルの1つの特定の欠点は、炎症および呼吸器系8,10,18の損傷の結果として生じる可能性のある血行動態の不安定性である。オレイン酸を肺動脈に直接投与すると、頸静脈/心房接合部での投与よりも不安定性が少なくなりますが、そのような不安定性の可能性は依然として認識されるべきです。.通常、手順の開始後約45〜60分で、MPAPの大幅な増加が発生します。したがって、ブタの呼吸不全を達成するためには、血行動態サポートを提供する必要があるかもしれません。通常、60 mmHg 未満の SBP および/または 50 bpm 未満の HR に対して 50-70 mcg のノルエピネフリンおよび/または 10-30 mcg のエピネフリンを投与すると、血行動態の悪化が修正され、実験の継続が可能になります。血行動態の不安定性の発症は、このモデルの主要な制限として特定されています。
このモデルの別の制限は、実験に必要な期間です。これまでの経験から、呼吸困難の初期の兆候が現れるまでには通常平均60分かかります。ほとんどの場合、PaO2 は減少し続けます。しかし、何らかの形で推定される適応が発生し、PaO2の一時的な回復につながる孤立した例があります。現在まで、このリバウンドは進行中のオレイン酸注入中に30分以上持続していません。.オレイン酸の使用は内皮細胞に直接毒性があり、この損傷に続いて肺微小血管透過性および肺内シャントが増加することを理解することが重要です11。このため、より直接的な投与は、より安定した孤立した肺損傷と急性呼吸不全につながると考えられています これは、このプロトコルの目標です。
この方法は、オレイン酸を使用してブタの呼吸困難を誘発する複数の報告の融合に基づいて考案されました。Boker et.オレイン酸誘発性肺損傷を使用して、PaO2、肺コンプライアンス、および炎症誘発性サイトカインの変化を調査し、ARDSnet低潮汐量20を使用して機械的換気を比較しました。彼らはオレイン酸の連続注入を使用しましたが、呼吸不全を PaO 2 を 65 mmHg 以下の PaO2 と定義し、5 分間隔で 20 回の連続測定を行いました。彼らは、50 mmHg20 を超える MAP を制御するために滴定された連続ドーパミン注入 (5-12 μg/kg/分) で血行動態を支えました。マッチら。al.19 はまた、オレイン酸モデルを使用して急性呼吸困難後の機械換気戦略を調査しました。彼らは大腿静脈に5Frカテーテルを配置しましたが、カテーテルは右心房内で終了し、オレイン酸は0.2 mL / kg / hの速度で投与されました19。ドーパミンは、MAP目標が60 mmHg19の血行動態サポートにも使用されました。呼吸不全は、5分間隔で2回の連続測定で60mmHg以下のPaO2 と定義された19。本明細書に記載されているモデルと、これら2つの以前のオレイン酸使用例との間には、複数の違いがあります。まず、血行動態制御の維持に明らかな違いがありました。予防的血管作用性注入は望ましくなく、このプロトコルでは、血行動態の苦痛の最初の兆候でより反応性の高い投与が選択されました。2 番目の違いは、オレイン酸の送達で観察されました。彼らは、大腿静脈を介して横隔膜の約 1 〜 2 cm 上で終了した 5 Fr シングル ルーメン カテーテルを介してそれらをより全身的に投与することを選択し、全身投与による血行動態の不安定性がより観察されています。対照的に、専用の肺動脈カテーテルを介して肺動脈に直接投与すると、大幅に少なくなります。
ブタに急性肺損傷を誘発する別の方法は、Risselらによって説明されました。al.11では、気管支肺胞洗浄とオレイン酸の注射の両方を行いました。彼らのダブルヒット法は、急性呼吸窮迫症候群(ARDS)11の病因メカニズムの2つの中心要素を模倣することにより、明らかに重篤な肺損傷を引き起こし、1時間マーク11で同様のPaO2 / FiO2を示しました。しかし、彼らの説明された目標は、ARDS11のさまざまな治療オプションを研究するのに適したブタに重度の肺損傷を引き起こすことです。説明されているプロトコルの目標は、孤立した急性呼吸不全を作成することです。したがって、界面活性剤の枯渇と肺胞の虚脱を確実にするための別のステップの追加は必要であるとは見出されておらず、この記述されたモデルでは今日まで行われていません。
呼吸器疾患の分野における革新と研究の必要性に照らして、効率的で信頼性が高く、再現性のある動物モデルの確立は最も重要です。急性呼吸不全を誘発するためのオレイン酸の使用は、広く研究されてきました8,10,11,18,19,20。本報告書では、成体ブタの急性呼吸不全を誘発するために採用されたカニューレ挿入、血行動態モニタリング、およびオレイン酸投与戦略について詳細に説明している。この包括的なモデルの説明は、既存の文献とともに、将来の科学者によるこの分野の重要な仮説の調査を容易にすることを目的としています。
呼吸器の非侵襲的静脈波形解析に関連する知的財産に関する暫定特許が著者(BA、CB、KH)によって出願されました。
著者は、ホセ・A・ディアス博士、ジェイミー・アドコック博士、メアリー・スーザン・フルツ、およびヴァンダービルト大学医療センターのSRライト研究所の支援とサポートに感謝します。この研究は、国立衛生研究所(BA;R01HL148244)。内容は著者の単独の責任であり、必ずしも国立衛生研究所の公式見解を表すものではありません。
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| 動脈カテーテル | メリット メディカル、サウス ジョーダン、ユタ州、米国 | MAK401 | MAK ミニ アクセス キット 4F |
| 血圧アンプ | ADInstruments, Colorado Springs, CO, USA | FE117 https://www.adinstruments.com/products/bp-blood-pressure-amp | |
| Central Venous Catheter | Arrow International, Cleveland, OH, USA | AK-09800 | 8.5 Fr. x 4" (10 cm) Arrow-Flex |
| Disposable Pressure Transducers | AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA | MLT0670 | https://www.adinstruments.com/products/disposable-bp-transducers |
| Edwards Lifesciences Triple Stage Venous Cannulas | Edwards Life Sciences, Irvine, CA | TF293702 | https://www.graylinemedical.com/products/edwards-lifesciences-triple-stage-venous-cannulas-venous-dual-stage-cannula-tf293702?variant=31851942576185&gad=1& gclid=Cj0KCQiAr8eqBhD3ARIsAIe -buNdmkzavUBaIx-1be7boWn2kW hbUR6QCjaobB08uuK9qJW66JvY TM4aAufGEALw_wcB |
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| https://bossinstruments.com/product/7-3-4-lahey-thyroid-retractor-6mmx28mm/ オレイン酸 | Sigma-Aldrich, Merck, Darmstadt, Germany | O1008 | https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/sial/o1008?gclid=CjwKCAjwzJmlBhBBEiwAEJy Lu2047wRpXqF_Z2BegUyhgZJ _WygsWfErhgrGCIyMp8PxwNH sTZ8qARoCl1QQAvD_BwE&gcl src=aw.ds |
| Peripheral IV Catheter Angiocath 18-24 G 1.16 inch | McKesson, Irving, TX, USA | 329830 | https://mms.mckesson.com/product/329830/Becton-Dickinson-381144 |
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