方法論記事

機械的に換気されたラットにおける抜管への構造化されたアプローチ

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DOI：

10.3791/68510

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2025年7月18日

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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

この記事について

サマリー

この研究では、人工呼吸器 (MV) のラット モデルに合わせた構造化抜管アプローチを提案しています。このアプローチは、抜管関連の合併症を最小限に抑えながら、MVから自発呼吸へのスムーズな移行を促進します。ウィーニング、気道管理、抜管後のケアの標準化により、実験的研究の信頼性と再現性が向上します。

要約

人工呼吸器(MV)は救命救急で広く使用されていますが、人工呼吸器による肺損傷、人工呼吸器による横隔膜機能障害、人工呼吸器による脳損傷など、短期的および長期的な転帰に影響を与えるさまざまな合併症と関連しています。これらは、集中治療室後症候群(PICS)の主要な構成要素です。げっ歯類モデルは、MVの長期にわたる影響と根本的なメカニズムを調査するために不可欠ですが、標準化された抜管後のモデルは依然として限られています。抜管は重要な移行ステップであり、既存のラットモデルでは一貫性なく行われることが多く、失敗や合併症につながります。この研究では、MV の Sprague-Dawley ラット モデルに対する 4 段階の構造抜管アプローチを提示し、抜管関連の合併症を最小限に抑えながら MV から自発呼吸への移行を最適化するように設計されています。アプローチには以下が含まれていました: (1) プロポフォール鎮静を 50% に減らして離乳を開始し、呼吸数、胸部変位、動脈血ガス、および反射 神経を介して 準備を評価します。(2)気道クリアランスによる抜管の準備と酸素化の維持。(3)鎮静を維持し、制御されたチューブ抜去で抜管を実行する。(4)継続的なモニタリングと酸素サポートを含む抜管後のケアを提供します。最初の失敗後、20回の抜管成功を通じて検証されたこのモデルは、特にPICSの文脈におけるMVの長期的な影響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。このアプローチは、6時間のMVに最適化されており、他の菌株やより長い換気時間に拡張可能であると想定されていますが、このような適応には、信頼性と動物福祉を確保するために慎重な検証と監視が必要です。

概要

人工呼吸器(MV)は、急性呼吸不全に不可欠な呼吸サポートを提供し、外科的処置の麻酔中の重要な補助剤として機能する、クリティカルケアの基礎であり続けています1。しかし、MVは、人工呼吸器による肺損傷2、人工呼吸器による横隔膜および呼気筋機能障害3,4,5,6、人工呼吸器による脳損傷7,8など、さまざまな合併症と関連しています。これらの合併症は、抜管の失敗、集中治療室(ICU)や病院での長期滞在、および死亡率の増加の一因となります9。ICUの生存率が向上するにつれて、MVの長期的な影響にますます注目が移り、ICU後症候群(PICS)が重大な懸念事項として浮上しています10。PICSの根底にある病態生理学的メカニズムは、抜管後の回復とMV11の長期後遺症のニュアンスを捉えるための信頼できる動物モデルが不足していることが一因であり、依然として不明です。

ラットモデルは、MV誘発性傷害の理解を深める上で極めて重要であり、スケーラビリティ、再現性、およびメカニズムの洞察を提供してきました。ただし、ほとんどの既存のモデルは MV の急性影響に焦点を当てており、気管切開術が実験設定 12,13,14 での MV の主要な方法です。気管切開術はMVとその後の離乳を促進しますが、解剖学的および機能的に重要な障壁である上気道を迂回します。これにより、人工呼吸器関連肺炎などの肺合併症に対する感受性が高まります15,16。さらに、気管切開モデルでは鼻の空気の流れがないと、脳ネットワークの同期が乱れます。これは、認知的および神経学的転帰の研究を複雑にします17,18。対照的に、気管内挿管/抜管モデルは、上気道の完全性を保持します。それらは気管切開の固有の欠点を回避し、MVからの離脱の臨床軌道により密接に似ています。

ただし、既存の抜管モデルは標準化されていないことが多く、MV から自発呼吸への移行にかなりのばらつきがあります19,20。この構造の欠如は、気道閉塞、呼吸困難、誤嚥など、抜管に関連する合併症のリスクをもたらし、動物の死亡につながる可能性があります。このような失敗は、長期的な結果を調査する能力を損なうだけでなく、初期のMVモデルを無効にし、貴重な時間、リソース、および財政的投資を浪費します。これらの問題は、抜管後の生存率と堅牢な長期研究を成功させるために、構造化された抜管アプローチが重要であることを強調しています。

これらの課題に対処するために、Sprague-Dawley(SD)ラットモデルに対して、MVからの離脱の臨床実践と密接に一致する構造化された抜管アプローチが開発されました。このアプローチには、離乳へのアプローチ、抜管の準備、抜管の実行、抜管後のケアという4つの主要な段階が含まれます。主な手続き上の推奨事項には、離乳時に軽度から中程度の鎮静を維持すること、具体的には、プロポフォール注入をフルMV中に使用される用量の50%に減らすことが含まれます。抜管の準備は、毎分 60 から 70 回の呼吸の安定した呼吸数と適切な自発的な潮汐量に基づいて評価する必要があります。これは、簡単な校正済みの自家製スケールを使用して近似できます。抜管前に意識を完全に回復する必要はありません。プロポフォールの注入は、挿管誘発性興奮のリスクをさらに減らすために、抜管時に中止する必要があります。.抜管プロセスを標準化することで、このアプローチはばらつきを最小限に抑え、抜管関連の合併症を回避し、生存率を向上させました。このモデルは、最大 6 時間の MV 持続時間用に最適化されています。この期間を超えてMVを延長するには、生存と信頼できる結果を確保するために、修正された鎮静プロトコル、漸進的な離脱戦略、および慎重な生理学的モニタリングが必要になる場合があります。SDラットでは検証されていますが、このプロトコルは、株特有の呼吸力学と肺損傷に対するさまざまな感受性を考慮して換気設定を調整することにより、他の株に適合させることができます。適切な修正を加えることで、構造化されたアプローチは、より長期的な換気研究もサポートし、実験モデル間の再現性と並進的関連性の両方を向上させることができます。

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プロトコル

この研究は抜管後の行動試験に焦点を当て、首都医科大学の動物実験および実験動物福祉委員会によって承認されました。AEEI-2024-391)。8週齢のラット(標準偏差、雄、200-250g)を実験の3日前からキャピタル医科大学の動物施設で順応させた。ラットは、午前8:00から始まる12時間の明暗サイクル、25°C±1°Cの温度、湿度が50%±10%に維持されるなど、制御された環境下で飼育されました。食料と水は 自由に提供されました。麻酔、吸引、および血液の取り扱いを含むすべての手順は、個人用保護具の使用、滅菌技術、施設のバイオセーフティプロトコルの遵守など、適切な安全対策を講じて行われました。すべての手順は、ARRIVEガイドラインに準拠して実施されました。現在の調査で使用されたすべての機器を 図1に示します。試薬と使用した機器のリストは、 材料表に記載されています。

1. ビデオ喉頭鏡補助経口挿管

  1. 挿管装置を準備します。
    1. 耳垢除去装置(スコップ直径5.5mm、舌圧子に湾曲)から適応したカスタム変更の挿管装置を使用します。このデバイスには、光源とカメラが装備されており、スマートフォンにBluetoothで接続してリアルタイムで視覚化できます(図2A)。
  2. 気管内チューブを選択します。
    1. ラットの体重に基づいて16-G気管内チューブを選択します。
  3. 麻酔を誘発します(施設で承認されたプロトコルに従います)。
    1. 尾静脈 から プロポフォール(2 mg / 100 g)を注入します。.視覚反応やつま先つま先つまみの反応がないことを確認して、麻酔を確認します。酸素化状態の指標として遠位の皮膚の色を監視します。
  4. ラットを配置します。
    1. 麻酔をかけたラットを小動物のテーブルに固定します。手足と切歯を固定し、小動物用ヒーティングブランケットを使用して体温を37〜38°Cに保ちます。
  5. 挿管を行います。
    1. 舌を右口角にそっと引っ張ります。挿管装置を舌の付け根に挿入し、喉頭蓋に向かって進めます。
    2. デバイスの先端を持ち上げて声門を露出させます。吸入中は気管内チューブを挿入します(図2-C)。挿管されると、ラットは人工呼吸器に接続されます。

2.機械換気

  1. 酸素濃縮器を接続します。
    1. 適切な酸素濃度を調整し、人工呼吸器(通常は80%)に接続します。
  2. 人工呼吸器のパラメータを設定します。
    1. 肺保護設定の小動物用人工呼吸器を使用してラットを6時間換気します:一回換気量:4-6 mL / kg、PEEP:0 cmH2O。
  3. 麻酔を維持する:シリンジポンプ を介して プロポフォール(4 mg / kg / h)を注入します。.
  4. 血液ガスを監視します。
    1. 血液ガス分析装置を使用して、動脈血ガスを3時間ごとにテストします。酸素化状態の指標として、血液ガス分析の合間に遠位の皮膚の色を継続的に監視します。

3. 気道圧エンドポイントコントロール(APEC)抜管術

注:計画された人工呼吸器の期間が完了したら、(1)離乳へのアプローチ、(2)抜管の準備、(3)抜管の実行、(3)抜管後のケア(図3)の4段階の抜管プロトコルに進みます。この体系的なアプローチにより、抜管関連の合併症を最小限に抑え、実験モデルの完全性を維持しながら、自発呼吸へのスムーズな移行が保証されます。

  1. 離乳が近づいている
    1. プロポフォールの注入を減らす:プロポフォールの注入速度を50%減らして、手足と頭の動きを最小限に抑えながら横隔膜の再活性化を可能にします。
    2. 離乳の準備状況を評価する: 人工呼吸器を外す前に、次のパラメーターを確認してください -呼吸数: 60-70 呼吸/分;胸部変位:≥1 mm(剣状突起に配置された鋼針を使用して測定)。PaCO2:35-45 mmHg;pH:7.35-7.45;ひげと舌反射の存在(オプション)。
      注:ひげ反射と舌反射は、バイナリインジケーター(存在しないか存在する)として定義されました。ウィスカー反射とは、軽い触覚刺激に反応した振動の不随意運動またはけいれんを指します。舌反射は、穏やかな刺激による舌の離脱または動きによって特徴付けられました。
    3. 人工呼吸器を切断する:すべての基準が満たされたら人工呼吸器を切断し、ラットの抜管の準備に進みます。
  2. 抜管の準備
    1. 酸素供給を確保する:自作のフェイスマスクを使用して適切な酸素供給(通常は80%)を維持し、酸素化状態の指標として肌の色を使用します。
    2. 透明な気道分泌物:自作の吸引装置(10mLの注射器に接続された短縮硬膜外カテーテル[~5.5cm])を使用します。吸引速度を ~2 mL/s で 3-4 秒/セッションに制御します。
    3. 適切な準備と気道のクリアランスの後、手順は抜管の実行に進みます。
      注:一般的な分泌量は、吸引あたり<0.5mLです。.MV中は30分ごとに吸引を行い、蓄積を最小限に抑えます。抜管時の吸引頻度は一般的に5〜8回で、合計で2〜4mLの推定量でした。
  3. 抜管の実行
    1. 鎮静を維持する:抜管中の興奮を防ぐために、プロポフォールを半分の用量に保ちます。.
    2. 気管内チューブを取り外す:両手技を使用し、左の人差し指と親指でラットの頭を安定させます。右手の人差し指と親指でチューブをそっと取り外します。
    3. プロポフォールの中止:抜管後すぐにプロポフォールの注入を停止します。.
      注:抜管が成功しても、低酸素血症や高炭酸ガス血症を引き起こすべきではありません。.そして、抜管が成功した後は、抜管後の入念なケアが不可欠です。
  4. 抜管後のケア
    1. バイタルサインのモニタリング:呼吸数、吸気振幅、遠位の皮膚の色をモニタリングします。
    2. 酸素供給:自作のフェイスマスクを使用して、十分な酸素供給を確保します(通常は~80%)。
    3. 再挿管の準備:すべての挿管デバイス(図1)を手元に置き、必要に応じてすぐに使用できるようにします。
      注:直立反射が回復するまでの平均観察時間は48.5分±10.4分です。動脈血ガス分析は中央値20分で行われ、PaO2は73.2 mmHg±4.6 mmHg、PaCO2は48.3 mmHg±3.6 mmHgでした。

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結果

この構造化された抜管アプローチは、4 回の抜管失敗とその後の 20 回の成功した抜管で開発されました。最初の 4 回の試行では、経験または個々の判断に基づいて抜管が行われました。4匹のラットの抜管失敗の理由は、抜管中の興奮(n = 2)、抜管後の呼吸不全(n = 1)、分泌物による気道閉塞(n = 1)でした。これらの失敗は、最適な鎮静、透明な気道、および十分な酸素供給が抜管を成功させるための重要な要素であることを浮き彫りにしました(表1)。その結果、抜管プロセスは、(1)離乳へのアプローチ、(2)抜管の準備、(2)抜管の実行、(4)抜管後のケアの4つのステップで構成されました。次の20匹のラットはすべて抜管に成功し、48.5分±10.4分後に完全に回復しました。各ステップで測定された主要なパラメータとその変動を 表2にまとめます。

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ディスカッション

この研究では、MVのラットモデルに対して、最初の4回の抜管失敗と根本的な原因に触発されて、構造化されたAPEC抜管アプローチが確立されました。このアプローチを用いて抜管された20匹のラットはすべて成功し、その後の行動試験を3日以内に完了した。このアプローチは、ウィーニングへのアプローチ、抜管の準備、抜管の実行、抜管後のケアの4つの主要なステップで構成されており、抜管に伴う合併症を最小限に抑えながら、機械的呼吸から自発呼吸へのスムーズな移行を確実にするように設計されています。この構造化モデルは、MV の長期的な影響を調査するための貴重なプラットフォームを提供します。

MVは、重篤な患者や大手術を受けている患者1の命を救う介入ですが、さまざまな合併症2,3,4,5,6,7,8<...

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開示事項

著者は、金銭的またはその他の利益相反を宣言していません。

材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
16G気管内チューブNJKEWBIONA気管内チューブ
血液ガス分析装置エポカル株式会社EPOCリーダー血液ガスのモニタリング
静脈内カテーテルイントロカンの安全性4254074B動脈と静脈に留置
マイクロシリンジポンプSLGOメディカルテクノロジーCP-1000薬の注入
ペット用酸素濃縮器北京中時地創科学技術開発有限公司ZS-MVの酸素の供給
小動物用加熱ブランケット北京中時地創科学技術開発有限公司ZS-T温度を維持する
小動物用人工呼吸器NJKEWBIOKW-100呼吸を提供する

参考文献

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