ブタに遠隔測定装置を埋め込むための新しい手術技術が開発され、不快感なく継続的なモニタリングが可能になりました。デバイスは背面に配置され、刺激と感染のリスクを最小限に抑えます。
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この記事について
サマリー
要約
遠隔測定装置は前臨床心血管研究に不可欠であり、実験動物の心電図、体温、呼吸などの生理学的パラメーターを混乱を引き起こすことなく継続的にモニタリングできます。腹腔内配置などの従来の方法は、特に豚がうつ伏せになる習慣があるため、不快感を引き起こす可能性があります。この問題に対処するために、動物の快適性を向上させ、信号品質を維持することを目的とした、ブタにワイヤレス遠隔測定装置を埋め込むための新しい手術技術が開発されました。この研究には、40頭のヨークシャー豚(20〜30 kg)が参加しました。テレメトリ装置は背面に埋め込まれた。脊椎の外側に 2 インチの切開を行い、続いて鈍的解剖を行い、広背筋膜の下にポケットを作りました。ポケットは、デバイスを挿入する前に感染を防ぐためにバンコマイシン溶液で処理されました。リードは確保され、サイトは層状に閉鎖されました。すべてのブタは、手術後に強力で継続的なテレメトリ信号を示しました。180日間の追跡期間中、感染は2例のみ発生し、1例は抗生物質で管理され、もう1例はデバイスの取り外しが必要でした。重大な出血やテレメトリ信号の喪失は観察されず、すべての動物は研究の終わりまで生存しました。この新しい技術は、豚に遠隔測定装置を埋め込むための信頼性の高い方法を提供し、高品質の生理学的データを提供しながら不快感と感染リスクを軽減します。前臨床心血管研究でのより広範な使用が期待されており、動物福祉とデータの信頼性の両方が向上します。
概要
遠隔測定装置は、特に心筋梗塞の動物モデルを使用した研究において、心血管生理学の理解を深める上で極めて重要な役割を果たしています。これらのデバイスは、バイタルパラメータや心電図 (ECG) 測定値などの生理学的信号の継続的なモニタリングを可能にすることで、心臓イベント中に発生する動的な変化についての貴重な洞察を提供します。ブタなどの動物モデルが人間の心血管反応を模倣するのに役立つ前臨床研究では、テレメトリ装置が不可欠なツールとなっています1。抑制されずに自由に動く動物の心電図を継続的に記録できるため、心筋梗塞の影響について微妙な視点が得られ、研究者は心機能の変化をリアルタイムで捉えることができます。
心筋梗塞の動物モデルを含む研究では、埋め込み型遠隔測定装置には明確な利点があります。これらは、動物の自然な行動への混乱を最小限に抑えながら心拍数などの重要なパラメーターの測定を容易にし、外部デバイスによってもたらされる潜在的な交絡因子を排除します2。
これらのデバイスには、外科的移植の手順が記載されたマニュアルが付属していることがよくありますが、研究や動物モデルによって、マニュアルとは異なる移植技術が必要になる場合があります。腹腔内や首の配置などの従来の遠隔測定移植部位は、潜在的な不快感、大腿骨アクセスの妨害、動きの制限、感染リスクの増加など、拡張心血管研究で使用されるブタモデルに欠点を示します1,2,3。したがって、拘束されていないブタの長期モニタリングと互換性のある代替アプローチが必要でした。
不快感を引き起こす可能性のある従来の腹腔内配置や、他のいくつかの研究でブタの成功率が低い首の配置と比較して、この背側アプローチは、データ品質を維持しながら福祉を改善することを目的としています。
この研究の主な目的は、動物の快適さと信頼性を確保するために、ブタの背中にワイヤレス遠隔測定デバイスを埋め込むための新しい外科技術を開発および検証することでした。目的は、長期間 (最大 180 日間) にわたる継続的な心電図モニタリングの利点を活用することでした。この技術は、ブタでは不快感、可動性の制限、血管アクセスの妨害、および感染の実質的なリスクと関連している従来の移植方法(腹腔内、鼠径部、首の配置など)で観察された制限に対応して開発されました。私たちは、動物福祉を強化し、術後合併症を軽減し、拘束されていない動物の長期モニタリング中に信頼性の高い信号品質を維持するために、この新しい背側アプローチを開発しました。
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プロトコル
すべての動物処置は、テキサス心臓研究所の施設動物管理および使用委員会 (IACUC) によって承認されました。動物には、EMKA easyTEL+L-EEEETA デジタル システム (https://www.emkatech.com/product/easytel-large-animals/) を移植しました。
1. 実験動物の術前準備
- 体重が20kgから30kgの男女のヨークシャー豚を使用してください。麻酔開始の12〜24時間前に豚に餌を与えないでくださいが、水へのアクセスを許可してください。
2.鎮静と麻酔
- テラゾール(チレタミンおよびゾラゼパム、2〜6 mg / kg筋肉内[IM])および硫酸アトロピン(0.02〜0.05 mg / kg IM)を投与します。薬が鎮静を誘発するまで10〜15分待ってから、豚を準備室に運びます。顎の緊張がなく、つま先を挟むことに対する反応がないことで、適切な麻酔を確認します。麻酔中の角膜乾燥を防ぐために、両目に眼科用軟膏を塗ります。
- フェイスマスクを装着して、適切な顎の緊張が緩和して気管内挿管が可能になるまで、酸素とイソフルランを 3% で投与します。
- 声帯を直接見ながらブタに挿管します。ブタを容積式人工呼吸器に接続し、O2 (40%-100%)中のイソフルラン吸入(0.5%-3.0%)によって麻酔を維持します。
- 静脈内 (IV) カテーテルを耳静脈に留置します。外側耳介静脈の上の領域を剃り、70%イソプロピルアルコールで消毒し、続いてポビドンヨード溶液で消毒します。無菌技術を使用して20〜22Gのカテーテルを静脈に挿入し、カテーテルを医療用テープで固定し、滅菌生理食塩水で洗い流して開存性を確認します。
- ブプレノルフィン(ブプレネックス、0.005〜0.015 mg / kg IM)、フルニキシンメグルミン(1.1〜2.2 mg / kg IVまたはIM)、およびセフチオフール(ナクセル、3〜5 mg / kg IM)を投与します。
- 胸、背中上部、背中下部、および四肢すべての遠位部分、特にひづめの前面の領域を剃り、電動バリカンを使用して皮膚を完全に露出させ、電極を配置します。70%イソプロピルアルコールに浸した滅菌ガーゼですべての剃った部分を掃除し、中央から外側に円を描くように拭き取り、破片や油を取り除き、滅菌ドレープに備えます。粘着性 ECG 電極を 4 本すべてに配置し、皮膚にしっかりと接触させて信号アーティファクトを最小限に抑えます。
3.外科的処置
- 手術室では、豚を腹側の位置でテーブルの上に置きます。イソフルラン吸入で麻酔を維持します(0.5%-3.0%)。血漿のIV注入を10〜15 mL / hで開始します。
- 手術部位の準備
- 70%イソプロピルアルコールに浸した滅菌ガーゼで、左上背中とその周囲の剃毛領域(約15 cm x 15 cm)の手術切開部位を洗浄します。ガーゼに目に見える汚れや破片が残らなくなるまで、中心から外側に向かって拭きます。アルコールを完全に自然乾燥させます。
- ポビドンヨードスクラブ溶液と滅菌ガーゼを使用して、滅菌外科用スクラブを実行します。切開線から始めて、円を描くようにしっかりとした円を描くようにスクラブを塗布します。必要に応じて新鮮なガーゼを使用して、少なくとも5分間こすり続けます。
- 滅菌ガーゼまたはスポンジスティックでポビドンヨード溶液を塗布し、再び中心から外側に移動します。この最終的な塗料層を完全に自然乾燥させます。拭き取らないでください。
- 準備された手術領域を滅菌手術用ドレープで隔離します。
- 切開の解剖学的ランドマークを特定します。これらのランドマークは、脊椎(上縁)、肩甲骨(左縁)、僧帽筋の下縁(右縁; 図1)。
- 10番の刃を使用して、背骨から横方向に約2インチの縦方向の切開を行います。
- 表皮を切開した後、電気焼灼を使用して皮下組織を通過し、僧帽筋を分割します。すべての筋膜層を分割するように特に注意してください。
- 内側の筋膜層が分割されたら、人差し指と中指で鈍い解剖を使用して、この層にポケットを作成します。肩甲骨の先端が指先の届く範囲にあることを確認してください。解剖後、肩甲骨の先端がポケットの範囲で触知可能になります(図2)。
- テレメトリ デバイスが、皮膚切開部の張力を最小限に抑えてポケットに収まることを確認してください。ポケットからデバイスを取り出します。
- バンコマイシン(1 g)を50 mLの0.9%生理食塩水と混合し、約10 mLの混合物をポケットに1〜2分間入れます。ガーゼパッドで余分な溶液を取り除きます。
- 図2に示すように、14 Frの血管カタスを使用してワイヤーを配置します。
- 血管カスを外側から内側、外側から内側に挿入します。筋肉の下の針をポケットに向けます。体の3分の1だけが見えるまで針を進めます。針を取り外し、カテーテルの先端からカテーテルハブまでリードをカテーテルに通します。
- 1〜2インチの鉛を露出させたままにします。リードが十分に露出すると、他のリードの留置中に皮下路でリードが失われるのを防ぎます。カテーテルを取り外します。
- 1 つの色のリード線 (黄色、赤、緑、または青) を挿入し、その後すぐにポケットの反対側に対応する反対側の透明なリード線を挿入します。各ペアを一度に 1 組ずつ挿入して、テレメトリ デバイス上の配置を一致させ、配置中の混乱を防ぎます。色付きの透明なリード線は、各ECGチャネルの差動ペアを形成し、バイポーラ信号の取得を可能にし、電気ノイズを低減します。すべてのリードペアに対してこのプロセスを順番に繰り返します。黒いアースリードを最後に挿入します。このアプローチにより、一貫したリード線の向きと正確な信号伝送が保証されます(図3)。
- すべてのリード線が配置されたら、リード線の先端がかろうじて皮膚の下に入るようにワイヤーを引っ張ります。皮膚レベルでリードが見えていないことを確認します(図3)。
- 手をガイドとして使用して、すべてのワイヤーをループに集め、重いシルクで束に結びます。
- デバイスとリードバンドルをポケットに入れます。デバイスが平らに収まり、正しい向きになっていることを確認してください。デバイスの片面には、「この面は外側を向いている」という指示が貼られています。
- その側端が肩甲骨の触知可能な尾端の少なくとも1〜2 cm内側にあるように、デバイスをポケット内に配置します。続行する前に、ブタの左前肢を可動域で優しく操作し、装置が肩甲骨に大きく衝突したりこすれたりしないことを確認します。
- デバイスの読み取り値がレシーバとコンピュータに送信されていることを確認します(図4)。
注:成功した送信は、心拍数を正確に測定し、リズムを評価し、QRS群を識別する送信として定義されます。生の信号は、完全に等電体またはアーティファクトフリーではない可能性があります。 - 止血を確実にします。1-0ビクリルで筋肉層を閉じます。バンコマイシン混合物を筋肉層の上に塗布します。吸収まで1〜2分待ちます。
- 2-0 Vicrylで皮下層を閉じます。切開部にホッチキスを留め、ティッシュ接着剤を塗布します。
4. 術後のケア
- 集中治療室への入院時から、心拍数、呼吸数、体温などのバイタルサインを毎時監視および記録します。人工呼吸器を使用している間の自発呼吸努力、咀嚼反射の存在、胸骨横臥を維持する能力など、抜管基準が満たされるまでブタを継続的に評価します。抜管はこれらの臨床指標に基づいて行われ、動脈血ガス測定によってサポートされるべきです。
- 抜管後も1時間ごとのモニタリングを継続します。豚が生理学的安定性を示したら、4時間ごとに減らします。回復中に豚が放置されないようにしてください。訓練を受けた獣医技術者は、回復期間中常に立ち会い続ける必要があります。
- 豚を隣接する囲いに個別に収容し、同種との視覚的接触は許可しませんが、物理的接触は許可せず、豚が完全に回復するまで豚をグループ収容に戻しません。
- ブプレノルフィン(0.05〜0.1 mg / kg IMまたはPO)を6〜12時間ごとに、または担当獣医師の指示に従って、および必要に応じて6〜8時間ごとにフルニキシンメグルミン(1.1〜2.2 mg / kg IV、IM、またはPO)を投与する術後鎮痛剤を投与します。
- ナクセル(セフチオフール、3-5 mg/kg IM)から始めて、手術の翌日から1日1回、24時間抗菌予防を投与し、その後、バイトリル(エンロフロキサシン、2.5-5.0 mg/kg PO、BID)を最大14日間投与します。
- 術後 14 日目に創傷が完全に治癒し、ステープルが除去されるまで、8 時間ごとに切開部位にヨウ素スプレーを塗布して、無菌の術後ケアを維持します。必要に応じて、切開部位に3重抗生物質軟膏を塗布します。
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結果
表 1 に示されているデータは、ブタへの遠隔測定装置の背側移植のための外科技術の信頼性と安全性を示しています。40頭のブタすべて(100%)でECG送信の成功が記録され、デバイスの位置決めとリード構成が一貫して効果的な長期信号取得を可能にしたことが確認されました。大きな出血イベントがないこと (0%、失血 ≥10 mL と定義) は、筋膜ポケット郭清の安全性と血管構造の慎重な取り扱いを示しています。感染は研究の初期に2頭のブタ(5%)で発生し、全身性抗生物質で管理されました。その後、術中のバンコマイシン洗浄や術後の消毒ケアの強化を含むプロトコルの変更が実施されました。すべての動物は180日のエンドポイントまで生存し、移植法の長期的な生存可能性を強調しました。
表 2 は 、現在の結果を以前に公開されたテレメトリ移植戦略と比較したものです。背側移植は、行動傾向、大腿骨アクセスへの干渉、または合併症率が高いためにブタにはあまり適していない可能性がある首や腹部などの他の解剖学的部位への移植と比較して同等または優れた信号信...
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ディスカッション
デバイス埋め込み手順は、継続的な ECG モニタリングの新しい侵襲的遠隔測定方法として説明されています。この方法により、動物実験で信頼性の高い記録が保証されます。EMKA装置4 のユーザーマニュアルには、犬や豚などの大型動物の腹部に装置を埋め込むための外科的処置が記載されているが、ブタは通常腹部に横たわっており、腹膜に圧力がかかり、動物に痛みや不快感を与える可能性があるため、腹腔内配置は望ましいとは考えられなかった5.この研究では、拘束されていない自由に動くブタが必要だったため、鼠径部の配置も望ましくなかったため、装置が動きを制限したり、過度の刺激を引き起こさないようにすることが重要でした。また、この研究では大腿動脈への経皮的アクセスが必要であり、装置の鼠径部への配置はそれを妨げたでしょう。別の一般的なアプローチである首の筋肉内層にデバイスを埋め込むことも除外されました3;研究者らのこれまでの経験から、ブタはアクセスできる手術部...
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開示事項
誰も宣言しませんでした。
謝辞
テキサス心臓研究所科学出版部門のスティーブン・N・パーマー博士(ELS)が原稿の編集に貢献しました。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1ccシリンジ | Vetone | V1 670097 | |
| 10ccシリンジ | Medline | SYR110010 | |
| 12ccシリンジ | Vetone | V1 670065 | |
| 20ccシリンジ | Nipro | JD+20L | |
| 20G針 | Medline | SYR100205 | |
| 3ccシリンジ | Nipro | JD+03L-NIJ | |
| ACTカートリッジ | Medtronic | 402-03 | |
| Alcohol | Vetone | V1 500205 | |
| 麻酔回路 | Fisher &Paykel | RT210 | |
| 血管カス 14 Fr | BD | 382269 | |
| 硫酸アトロピン | Vetone | V1 510221 | |
| 肥満用ドレープ | Medline | DYNJP3105 | |
| Blade 10 | Medline | MDS15010 | |
| Blade 11 | Medline | MDS15011 | |
| ブプレノルフィン | PAR Pharmaceuticals | 3003408B | |
| カメラカバー | Aspen Surgical | LT-C02 | |
| 焼灼ペン | Medline | ESPB3000 | |
| 焼灼ペン スクラッチパッド | Medline | DYNJ01208 | |
| Coflex 2 インチテープ | Vetwrap | 1404BK | |
| Curos キャッププロテクター | 3M | CFF1-270 | |
| ECG 電極 | Medline | MDSM618305 | |
| EMKA easyTEL+L-EEEETA デジタルシステム | EMKA | ||
| 気管内チューブ | Jorvet | J0615J | |
| フルニキシン メグルミン | メルク | 65707 | |
| インジェクションキャップ | ICU Medical | C1000 | |
| イントロデューサーカテーテル 5F | アボット | 406101 | |
| トロデューサーカテーテル 6F | アボット | 407845 | |
| イソフルラン | ベトン | MWI502017 | |
| IV カテーテル延長セット | バクスター | 2C8612 | |
| IV ポンプ セット SmartSite | BD Alaris | 2420-0007 | |
| ライトカバー | Medline | DYNJLHS2 | |
| Naxcel (セフチオフール) | Zoetis | 25434 | |
| ニードルカウンター | Medline | DYNJNC20F | |
| 経皮的入り針 | Cook | G00272 | |
| Permahand シルク 2-0 | Ethicon | C012D | |
| PlasmaLyte | Baxter | 2B2544 | |
| ポビドンヨードペイントスティック | Aplicare | ORF20025S | |
| 圧力監視トランスデューサー 1x1 | Edwards Lifesciences | PX260 | |
| 圧力チューブ 84 インチ | Edwards Lifesciences | 50P184 | |
| 生理食塩水 | Baxter | 2F7124 | |
| 靴カバー | Medline | NON29858 | |
| Skinホッチキス | Covidien | 8886803712 | |
| 標本カップ | Medline | DYND30389 | |
| スポンジ、4 インチ×4インチ、X線検出可能な | Covidien | 441002 | |
| スポンジ、ラップ | Medline | MDS241518 | |
| 外科医の帽子 | CardinalHealth | 4359 | |
| 手術用手袋 | Medline | MSG9065 | |
| 手術用ガウン | Medline | DYNJP2001S | |
| サージカルマスク | ハリヤード | 6211580 | |
| テーブルカバー | Medline | DYNJP2311 | |
| Telazol | Zoetis | 10004135 | |
| ティッシュ接着剤 | 3M | 1469SB | |
| バンコマイシン | フレゼニウス Kabi | 402254G | |
| Vicryl 1 | Ethicon | J480H | |
| Vicryl 2-0 | Ethicon | J869H |
参考文献
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- Swindle, M., Smith, A. C., Helke, K. Recommendations for medical device implantation in swine. Israel J Vet Med. 68, 3-11 (2013).
- Implanted telemetry: A valuable tool for preclinical research. , National Centre for the Replacement, Refinement and Reduction of Animals in Research. https://www.emkatech.com/implanted-telemetry-in-preclinical-research/ (2023).
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