方法論記事

埋め込み型除細動器を用いた豚心停止モデル

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DOI:

10.3791/69305

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2026年1月9日

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1Nord University, 2UiT The Arctic University of Norway, 3Nordland Hospital Trust, 4NTNU The Norwegian University of Science and Technology, 5Department of Pain Medicine and Research, Oslo University Hospital and University of Oslo, 6Helgeland Hospital Trust

この記事について

サマリー

このプロトコルは、植込み型心房除細動器(ICD)を用いて、安定して心室不整脈を誘発し、内部心電図を実施し、豚モデルで心内心電図記録を取得することを実証しています。

要約

本研究は、心室細動(VF)の信頼性の高い誘発および心房変動のために、埋め込み型除細動器(ICD)を用いた再現可能な豚心停止モデル、ならびに心室内心電図モニタリングを行うことを提示します。大型動物モデルは心停止のトランスレーショナル研究に不可欠です。しかし、従来のVF誘導およびカディオバージョン技術(主に外部電極と除細動を用いる)は、運動アーティファクト、変換率の不安定さ、高い動物資源使用によりしばしば妨げられます。このプロトコルは、同じ動物内で繰り返しの心室細動誘導および心電復位サイクルを記述し、3R原則(置換、減少、精錬)に従い、生理的ストレスと動物数を最小限に抑えつ正確な制御を提供します。ICDベースの手法により、心内心電図による正確なリズムモニタリングが蘇生中に可能であり、表面心電図に比べてアーティファクト耐性が向上しています。11頭の豚は繰り返し心室細動誘導および心房変律動を受け、高い成功率と自発循環の回復を得ました。このモデルは心停止研究における標準化かつ信頼性の高いデータ取得を可能にし、実験的な一貫性を確保し、病態生理や蘇生戦略の再現性のある調査を促進しつつ、動物の使用を最小限に抑えます。

概要

豚と人間は解剖学的および生理学的に大きな類似点を持ち、豚のモデルは蘇生研究に不可欠です。心室細動(VF)および心停止を誘発する技術には、9Vバッテリーまたは副鼻腔発電機2を用いて脊髄針を心筋に挿入して直流(DC)を投与する方法があります。経皮または皮下交流(AC)3,4;ペーサー電極を用いた心筋内適用は、直流(DC)(9Vバッテリー)、交流(AC;オシロスコープ/機能発生器)、または外部ペースメーカー5,6,7,8を使用します。これらの方法はすべて効果的に心室細動を誘発しますが、洞調律(SR)への変換は通常、DCショックと自発循環の回復(ROSC)を経皮的に外接して行うことが多いです。さらに、外部ショックは重大な生理的・組織的ストレスと潜在的な損傷を課し、動物ごとの再介入回数を制限します。そのため、VF研究では統計的に有意な差異を検出するために多数の動物が必要であり、動物使用を減らすという倫理的義務と矛盾します。

これまでのヒト研究では、埋め込み型除細動器(ICD)システムを使って心室細動が誘発できることが示されています。私たちの知る限り、ICDシステムを用いた繰り返しのVF誘導や変換は、豚モデルで研究されていません。心電図(ECG)は、心室細動から洞調律への転換を検出するために用いられます。心肺蘇生術(CPR)中は、動作アーティファクトや電極-皮膚界面に関連するアーティファクト、電極の電気的特性のため、高品質な標準表面心電図の取得が信頼性が低いまたは取得が困難になることがあります。

動物研究の3R原則(置換、減少、精錬)8および心停止時の流量検出に関する進行中の研究に沿い、単一動物内で繰り返されるVF誘導およびSRへの変換に関する予測可能かつ再現可能な豚心停止モデルの開発を目指しました。さらに、ICD装置を使ってCPR中の心内心電図の測定も目指しました。この方法は変動性を減らしCPRの成功率を向上させることで、既存のモデルの主要な限界を解消し、動物の使用を最小限に抑え、より信頼性の高い心停止研究を促進します。この洗練されたアプローチは一貫性を確保し、従来の手法に比べて大きな利点を提供し、倫理的基準を守りながら信頼性の高い結果を得られるようにしています。提示されたモデルは技術的に高度で、ICDやプログラミングユニットへのアクセス、さらにペースメーカーリード挿入のための透視や超音波検査が必要です。ICD、ペースメーカーリード、血管導入装置の大きさから、このモデルは体重25kg以上の豚にも適用可能です。

プロトコル

本プロトコルで記述された実験はノルウェー動物研究庁(FOTS-ID 25415)により承認され、科学目的で使用される動物保護に関するEU指令2010/63/EUに従って実施されました。ノルウェーランドレース豚(Sus scrofa domesticus)11頭(オス10頭、メス1頭、平均年齢56歳±1.5日、平均体重30±3kg)が使用されました。実験装置は 図1に示されています。

1. 動物採取、麻酔、モニタリング

  1. 動物の採取
    1. 計画された実験に適したサイズと重さの豚を地元の農家と連携して確保してください。
    2. 動物福祉を促進するために、処置直前に動物を回収してください。回収まで自由に食事と水を提供してください。
  2. 農場での鎮静
    1. 30kgの豚に対して以下の筋肉内薬剤を投与します:ケタミン2500mg(ベラタミンVET 100mg/mL25mL)、ミダゾラム10mg(ミダゾラム5mg/mL2mL)、アトロピン1mg(アトロピン1ml)。
    2. 輸送前に豚が眠り、横たわり、刺激に反応しないことを確認することで十分な鎮静を確認しましょう。
  3. 鎮静された豚を安全で換気の良いケージに入れて運びます。ヒートブランケットを使って低体温症から身を守る。輸送時間を最小限にしましょう。
  4. 実験室での準備
    1. 豚の体重を量って。標準的な無菌技術を用いて、20Gの末梢静脈内(IV)カテーテルを2本耳に挿入します。必要に応じて、狭まった静脈に温かい水を入れた手袋を装着して血管拡張を促進します。豚の耳の外側にゴムやガーゼの包帯を巻いて貼り、テープで固定して点滴カテーテルを安定させます。
    2. 首と顎を洗って剃りましょう。必要に応じてケタミン(50mg静脈注射)またはチオペンタール(50〜100mg静脈注射)を投与し、鎮静を維持します。自然呼吸を確保するためにチオペンタールの高用量は避けてください。
  5. 初期の監視と位置特定
    1. 豚を手術台に伏せて配置してください。尾部には新生児パルスオキシメーターを、胴体には心電図(ECG)電極を取り付けます。クリアな数値を確認してください。
    2. IV点滴は以下の通り開始します:
      カテーテル1:チオペンタール(ペントクル・アブクル)を5%グルコースまたは0.9%NaClで希釈し、最終濃度25 mg/mLにします。点滴速度 0.16 mL/kg/h(相当4 mg/kg/h)
      カテーテル2:ミダゾラムとモルヒネを5%グルコースまたは0.9%ナチュラル酸で希釈し、最終濃度0.15 mg/mLおよび2 mg/mL(それぞれ0.15 mg/kg/hおよび2 mg/kg/h)にしたカテーテル。輸注速度は1 mL/kg/h。同じカテーテルにリンガーアセテート(リンガー酢酸塩)4-10 mL/kg/hを投与します。
      注意:点滴カテーテル内で結晶形成を防ぐため、ペントバルビタールを他の薬剤と混ぜて使用しないでください。
  6. 酸素供給と深麻酔誘導
    1. 豚専用フェイスマスクで酸素(6L/min)を供給し、自己膨張式換気バッグに接続します。
    2. ペントバルビタール(200-300mg IV)による深麻酔を誘発し、自然呼吸の停止を確認します。マスク換気開始。
  7. 挿管
    1. 口の口を塞ぐことで豚の口を開けろ。豚がうつ伏せになった場合は、ミラーの直線喉頭鏡ブレード#5を挿入して喉頭蓋を特定し、喉頭内開口を開けます。付属のパルスオキシメーターで飽和度(SpO2)をモニターし、80%を下回った場合は必要に応じて換気してください。
    2. 気管挿管の場合は、鼻梁が見えるまでブギーを挿入します。外径7.0mmの気管管チューブをブギーの上に差し出し、管を反時計回りに90度回転させて声帯を通過しやすくします。高級なものを外してカフを膨らませてください。
    3. カプノグラフに接続された自己膨張袋を使って豚を換気します。CO2の回復を観察し、肺音を聴診してチューブの位置を確認しましょう。チューブをテープで固定してください。
    4. 挿入が失敗した場合(換気音が聞こえず呼気期末潮CO2 (ETCO2)がない場合、チューブを取り外して同じ手順を繰り返します。
    5. チューブを人工呼吸器に接続してください。音量制御換気は以下のように設定します:
      潮流量:8〜10 mL/kg
      呼吸数:~17/分
      吸入酸素割率(FiO2):21%
      正の呼気末圧(PEEP):5 cmH2O
    6. SpO2をモニターし、ETCO2を終了させてください。換気頻度を調整して血液pHを~7.45に保つ。アルカローシスを防ぐために過呼吸を避けましょう。ほとんどの豚は生理的に基塩過剰(BE)が+5から+10と高く、pHの安定性を維持するためにヒトより高いETCO2を目指しています。

2. 楽器編成

  1. 動脈カテーテルの挿入
    1. 豚を仰向けにし、手足をガーゼ包帯で固定します。
    2. 首、顎、鼠径部、腹部をエタノール入りのクロルヘキシジン5 mg/mLで消毒し、無菌のカーテンで覆います。
    3. 後ろ脚を伸ばして腸骨動脈を伸ばします。超音波で腸骨動脈を特定し、セルディンガー法を用いて5のフレンチパルスインデックス連続心拍出量(PiCCO)動脈カテーテルを挿入します。
    4. カテーテルをプレフィルドの圧力トランスデューサーに接続し、フラッシュセットをしてください。トランスデューサーをゼロにして動脈圧トレーシングが良好か確認してください。後ろ脚を解放しろ。
  2. 膀胱カテーテル術
    1. 超音波で乳首の一番下のラインにある膀胱を特定してください。膀胱を露出させるために透熱療法を用いたミニ開腹手術を行います。
      注意:ダイサーミー装置は高温を発生させ、熱損傷のリスクがあります。人身傷害を防ぎ、精密な制御のために電極への接触を避け、周囲の組織との接触を避けて意図しない損傷を防ぎましょう。透熱療法は潜在的に発がん性のある外科用煙を発生させます。使用を最小限に抑え、効果的な局所煙の除去と室内換気を確保しましょう。
    2. 膀胱に直径0.5cmのハンドリング縫合糸を貼ります。縫合部内にジアテルミーで0.5cmの切開を入れ、12シャリエールカテーテルを挿入します。
    3. カテーテルバルーンに滅菌水で膨らませ、縫合糸をきつく締めます。カテーテルを採集袋に取り付けてください。
    4. 膀胱を腹膜腔に再挿入し、開腹手術をホチキスで閉じます。
  3. 中心静脈カテーテル(CVC)挿入
    1. 豚をトレンデレンブルグ姿勢で傾け、人工呼吸器のPEEPを10cmH2Oに増やして頸部の静脈を広げます。
    2. 超音波で左外頸静脈を特定し、セルディンガー法を用いて3ルーメンCVCを挿入します。
    3. すべてのルーメンで静脈逆流を確認してください。鎮静と点滴をCVCに移します。
    4. 圧力トランスデューサーを第3腔に接続し、中心静脈圧(CVP)トレーシングを確認します。
  4. 血管導入器および植込み型心電転律除細動器(ICD)電極の設置
    1. 超音波を使って右外頸静脈を特定します。
    2. セルディンガー法を用いて7フロリウム血管導入剤を挿入します。静脈逆流を確認し、生理食塩水で洗浄してください。(イントロデューサーのサイズはICDリードの種類によって異なる場合がありますので、該当する生産者にご相談ください。)
    3. PEEPを5cmH2Oに減らし、手術台を水平にします。経食道心エコーまたは透視で導入先端の位置を確認します。
    4. 血管導入装置に単一のコイルICD電極を挿入します。電極を右心室の頂点まで前進させます。
    5. 利用可能な経胸腔心エコーまたは経食道心エコー検査、または透視検査を用いて適切な電極位置を観察してください。
    6. 専用のコネクターリードを使って、ICDリードをペーシングシステムアナライザー(PSA)に接続します。心腔内R波>6 mVを測定して右心室への位置を確認します。
    7. ICDリードの先端を右心室(頂点または遠位中隔)に固定するためにヘリックスを露出させます。
    8. ペーシング閾値(<2.5 V; 0.4 ms)とインピーダンス(ペーシング用500-1500 Ω、ショックコイル用50-100 Ω)の測定でリードの適切な位置を確認しましょう。必要ならリードの位置を変えてください。
    9. 左鎖骨の下に4cmの水平皮膚切開を透熱療法で行います。鉗子と指を使って、ICDを収容できるほどの小さな皮下ポケットを作ります。
    10. リードをICDに接続し、デバイスをポケットに挿入します。ICDリードが右心室に適切な位置にあり、引き込み式スクリューが心筋にしっかりと固定されていることが重要です。測定されたR波が下がったり、ペーシングの閾値が大幅に上昇した場合は、リードの位置を変えてください。さらに、インピーダンス(ペーシングやショック)が範囲外であれば、リードのコネクタ端がICDのヘッダーに完全に前進しているか、セットスクリューがしっかり固定されているかも確認してください。

3. ペースメーカー/除細動器のプログラミング

  1. PSAのペーシングシステムアナライザー(PSA)モードからプログラマーモードに切り替えます。付属のアンテナを使ってICDをプログラマに接続し、ワイヤレステレメトリを確認します。
  2. ICDプログラミングソフトウェアは自動的に起動します。心内R波、閾値、インピーダンスの再測定を行い、必要に応じてICDリードの位置を再配置します。
  3. ペーシングモードを希望の設定(例:VVI 60 bpm、出力3.5 V、パルス幅0.4 ms、自動検知有効)にプログラムしてください。
  4. 頻脈不整脈療法のパラメータを、ゾーン数、治療に必要なR波数、治療の種類(例:2ゾーンの心室頻拍(VT)190-240、心室細動(VF)240>など)にプログラムします。VTゾーンでは32回のインターバル、2回の抗頻脈ペーシングの試行、30 Jの心房復位、VFゾーンではDCショックの前に12回のインターバル。
    注:不整脈の検出時間は、心拍数(サイクル長)や診断に必要な連続したR波数など、プログラムされたパラメータによって異なります。例えば、心拍数が240 bpmで、VFの診断に12回連続のR波が必要な場合、180 bpmで32回のR波が必要な場合よりも検出時間が大幅に短くなります。これは臨床現場のように、治療が自動的に提供される環境にも当てはまります。これに対し、プログラマーのテストモードを使用する場合は、あらかじめ定められた時間間隔(最大20秒)後に治療を行うか、手動で行うことができ、オペレーターが起動するまで治療は行われません。これらの後者のモードでは、不整脈の検出は自動ではなく手動です。
  5. プログラマ画面の右側で テスト アイコンを選択し、 FibberとNIPS フォルダを開きます。 心室ファイバー アイコンを押すと、さまざまな方法で心室線波を誘導できます。最も信頼できるのはDCファイバー11で、2秒間7.5 Vの一定DC電圧です。VFの他の選択肢としては、ショックオンT波や50Hzのペーシングがあります。
  6. 心室細動が誘発された場合、治療を行う方法は3つあります(画面左下隅)。自動(Automatic)を使うと、ICD内のプログラムされた頻脈療法パラメータに従って自動的にショックを発生させます。他の選択肢には、3秒から20秒のプログラム可能な間隔でICDがショックを与えるタイムド、またはオペレーターが 「デリバリーセラピー 」アイコンを押した場合にのみ治療が行われるマニュアルがあります。
  7. 心室頻脈は心 室NIPS アイコンをクリックすると誘発できます。「 バースト 」アイコンを選択し、誘導時の希望のサイクル長(例:300ms)を選択し、これは心拍数200に相当します。 長押しすると 最大20秒(バースト)を適用しVTを誘発します。失敗した場合は、280msや260msなど短いサイクル長で手順を繰り返します。
  8. 心室動または心室細動が誘発された場合、頻拍フォルダ内のプログラム設定に従って治療が行われます。設定にアクセスするには、デバイスの パラメータ アイコンをクリックしてください。SRの回復を確実にしてください。

4. 非侵襲的連続頸動脈ドップラーモニタリングの確立

  1. 頸動脈の流れを監視するには、左頸動脈からの動脈内圧トレーシングと、可能であればハンズフリーで連続的なドップラー(例えばレスキュードップラー15)を用いた非侵襲的な超音波ガイド付き流速測定を組み合わせて用いてください。
  2. ドップラープローブを左頸動脈に垂直に取り付けます。十分な量の超音波ジェルを使って適切な肌接触を確保しましょう。
  3. 超音波モニターで頸動脈の痕跡が良好かどうか確認してください。プローブをしっかりと固定し、粘着テープで固定してください。

5. 心停止研究の実施

  1. 心拍リズムのモニタリングには、ペースメーカーから得られる心内心電図と患者モニターから得られた表層心電図トレーシングを使用します。
  2. ROSCのモニタリングには、患者モニターから得られる左頸動脈の侵襲的動脈圧と、レスキュードップラーから得られる非侵襲的超音波誘導流速測定を用いてください。
  3. プログラマーの利用可能な方法のいずれかを用いて、研究プロトコルに従ってVFまたはVTを誘導します。アボットデバイスにおいて、VF誘導で最も信頼性の高い方法はDCファイバー:2秒間、7.5Vの一定DC電圧を印加します。VF誘導の代替方法としては、T波での衝撃や50Hzのペーシングがあります。通常、300〜250ms(心拍数200〜240 bpmに相当)のサイクル長で急速なオーバードライブペーシングによってVTを誘発します。
  4. 頸動脈ドップラートレース上の頸動脈の流れ停止を観察してください。研究プロトコルに従い、無出血期間を維持してください。
  5. 研究プロトコルに従い、手動CPR、機械的圧迫、またはその他の介入を行います。
  6. 必要に応じて、埋め込み型除細動器を通じて手動DCショックを施してピッグを洞調律に変換します。エネルギーレベルをプログラムし、動物の大きさに応じて調整します。成獣豚の場合、最大エネルギー設定は通常36〜41Jです(メーカーによって異なります)。小型動物では10〜20 Jで十分かもしれません。
    注:人間の場合、ICDは通常、心室細動治療時に30〜40Jのエネルギーを供給します。30kgの豚では、より少ないエネルギーで十分であり、ICDの寿命が延び、他の動物に再利用可能です。送達エネルギーはプログラム可能ですが、15 J未満は推奨されません。なぜなら、成功しない場合や高エネルギーの繰り返しショックが必要になると、無脈期間が長くなり、動物間の再現性が低下するためです。
  7. 高い変換率を確保するために、VFを120秒以内に終了させてください。動物がVT状態にある場合は、抗頻脈ペーシング(ATP)—頻脈よりも速い低電圧インパルスを伝達する—または同期DCショック(心房復位)によって変換を実現します。
    注意:市販のICDは治療を無期限に保留するようにプログラムできません。安全上の理由から、リズムが心室細動のままであれば、最大検出時間が経過すると自動的に強いショックを与えます。
    注意:DCショックを与える際は動物との直接接触を避けてください。衝撃は埋め込み型電極によって与えられ、電気損傷のリスクは最小限ですが、標準的な安全対策は守る必要があります。
  8. 動物を休ませ、血圧、ETCO2、 pHなどの生理パラメータの正常化を確認しましょう。通常の休憩時間は約5〜10分、またはバイタルパラメータができるだけ基準値に近い状態に戻るまでの間です。
  9. 研究プロトコルに従い、ステップ5.3から5.6を必要なだけ繰り返します。

6. 安楽死と廃棄物の処理

  1. 研究終了後は、豚を50 mmol塩化カリウム(塩化カリウム1 mmol/mL 50 mL)またはペントバルビタール0.1 mg/kg(エキサゴン獣医 400 mg/mL)のいずれかを投与して安楽死させます。
    注意:安楽死薬は強力で致死的な薬剤です。厳重に扱い、地域の安全対策を守ってください。
  2. ペースメーカー、電極、カテーテル、チューブ、ラインなど、動物の死体から異物をすべて除去してください。すべての鋭利器具(例:注射器)は、承認された鋭利器容器に保管してください。
    注意:ICDを移植する前に、取り扱い、保管、再利用準備中の予期せぬ衝撃を防ぐために Disabled療法 がプログラムされていることを確認してください。動物の死体やすべての使い捨て機器は生物的危険物として扱ってください。地域のバイオセーフティおよび廃棄物管理規則に従って処分してください。

結果

意図的にタイミングを合わせて心室細動誘導を行い、その後のROSCによるSRカディオバージョンは、この方法の肯定的な成果とみなされました。心房細動または心動性のいずれも誘発しなかった場合、陰性の結果とみなされました。VFファイバーモードを用いることで、すべての動物で一貫してVFまたはVTが誘発され、望ましい結果となりました(表1)。さらに、除細動モードの使用はすべての豚に一貫して心を転覆しました。心房細動誘導と心復位の両方はプログラミングユニットから遠隔操作されていました。したがって、外部洞発生器や除細動器は不要でした。すべての動物は各実験中に複数回、ROSCを用いた洞調律に心復律を受けました(表1)15,17。各VFシーケンス間の安静間隔は最低5分でした。誘発心室減熱後のROSC達成率は、すべての動物の配列で92%でした(表1)。VFはROSCへの変換に2回の直流ショックが必要で、1つの動物で2回発生しました。VF15誘導前に冠動脈にマイクロビーズを注入して意図的に大きな心筋梗塞を引き起こした2つの動物では、VF誘導によりPEAが発生した。ある動物では、直流ショックが即座に心停止への移行を引き起こしました。その後、3匹すべてで標準的なCPRが開始されましたが、いずれもROSCを達成できませんでした。ICDを用いた心室細動の誘導および心房変動を用いた11件の豚実験では、各動物が繰り返しの心室細動と蘇生サイクルを成功裏に受けました。ICDプロトコルは一貫して高いカディオバージョン成功率を生み出し、生理的ストレスを最小限に抑え、自然循環の迅速な回復を得ました。心内心電図モニタリングにより、蘇生過程でアーティファクトのないリズム記録が得られ、不整脈や介入の正確な検出が可能となりました。これらの結果は、この技術の信頼性、再現性、そして変換率、回復間隔、心電図信号の質の測定など詳細なアウトカム解析の可能性を示し、蘇生戦略の堅牢な実験的調査を支持しています

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図1:実験装置。 (A) 実験動物は伏せの状態で気管内チューブを挿管し、人工呼吸器に接続されました。仰臥位で超音波指導のもと、以下の血管アクセスが確立されました:(B) PiCCO動脈ラインを大腿動脈に挿入、(C) 右外頸静脈に中心静脈カテーテルを挿入、(D) 右内頸静脈に血管鞘導入器を挿入しました。さらに、膀胱内に恥骨上カテーテルが挿入されました(ここには示されていません)、(E)左頸動脈の上にレスキュードップラー頸動脈フロープローブが置かれました。(F) 血管鞘を通して、ペースメーカー電極を右心室に挿入し、心エコーまたは透視で位置を確認しました。(G) 植込み型除細動器(ICD)が左鎖骨下の皮下ポケットに挿入され、ペースメーカー電極に接続されました。(H) 動物は心電図、尾部容積法(SpO₂)、動脈血圧、中心静脈圧、末期CO₂を記録するマルチモーダルモニターに接続された。(I) レスキュードップラーセンサーはレスキュードップラーレコーダーに接続され、連続した頸動脈の流れ追跡を提供しました。(J) ICDデバイスはテレメトリを通じてICDプログラマーに接続されていました。BioRenderで作成したフィギュア。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。

ペースメーカーによる不整脈実施されたCPR手技不整脈転換率(%)
豚*心室細動(n)心室頻拍(n)手動圧縮(n)機械的圧縮(n)
11246291.6
214705100
39709100
48455100
518012594.4
6808087.5
715896100
81809994.4
914295100
102701311100
1119012484.2

表1:ICD誘発性心室細動/心室動静およびその後の心房復位の概要。 *11頭の豚が実験を受けました。平均して、植込み型除細動器(ICD)を用いて1匹あたり18件の不整脈(心室細動)や心室頻拍(VT)が誘発されました。平均室室/心室回動の持続時間は0.75分でした。CPRは以前の研究プロトコル15、16、17に従い、選択された心室性心室回収エピソードで実施されました。その後、ICDを通じた直流(DC)ショックにより動物は洞調律(SR)に変換されました。各動物は次の不整脈が誘発される前に5分間安定させられました。

ディスカッション

私たちの知る限り、植込み型除細動器を用いて豚に心室細動(VF)を誘発し、心律転動性細動(VF)を誘発するモデルは、これまで文献で記載されていません。VFは一般的に正弦波波発生器や外部バッテリーからの心外膜電極直流を用いて誘導されます。カディオバージョンは通常、体外除細動器を用いて行われます。これらの方法は確実に心室細動を誘発することがありますが、体外除細動を用いた心翻転動物の失敗は最大45%の症例で報告されています。

CPR中の心電図モニタリングは、圧迫に関連するアーティファクトが基礎的なリズムを隠す可能性があるため困難です18。しかし、心内心電図を備えた埋め込み型除細動器により、胸部圧迫中の連続リズムモニタリングが可能となり、より正確なリアルタイムリズム評価と信頼性の高い圧迫後の分析が可能になります。

対照的に、このモデルはすべての動物に確実にカディオベーションを行い、実験ごとに複数の成功した変換が見られました。これにより、実験プロトコルを横断して個々の動物を繰り返し使用できるようになり、犠牲となる動物の数を減らし、資源効率の向上につながりました。さらに、このモデルは外部除細動パッチの必要性を排除し、胸部のスペースを確保し、器具操作時のアクセスを改善しました。

このモデルは、去勢していない動物における短く完全な循環停止の生理的影響を研究できる点で独特であり、心の再起は穏やかな単一の内部ショックによって達成されます。この特徴により、腎臓や消化管などの重要臓器における虚血耐性の制御された調査、全般虚血後の血流再分配、内因性交感神経活性化、虚血ストレス応答、アドレナリン作動性薬剤投与の相互作用が可能となります。したがって、このモデルは高度に標準化された条件下で全身虚血を引き起こす心停止に対する臓器特異的および全身的応答を探る貴重な実験的プラットフォームを提供します。電極の配置だけでなく、生理的安定性の維持も再現性のために非常に重要です。温度、換気、麻酔深度の継続的なモニタリングにより、実験全体を通じて正常な体調、十分な酸素供給、安定した血行動態が確保されます。

提示された代表的な結果は、ICD制御による心室動誘導およびカディオバージョンの信頼性と再現性を、管理された実験環境下で示しています。遠隔で心室細波を誘発・終了させる能力により、外部干渉を最小限に抑えた迅速かつ正確なタイミングが可能となり、心停止の生理学や蘇生動態の研究に価値があります。アウトカム分析は、心室室誘発の一貫性、成功したカディオバージョン数、ROSCの安定性に焦点を当てました。

本研究では、使用動物の数を最小限に抑えつつ統計的に堅牢なデータを生成することで3Rsの原則を遵守しました。成功率が高いため、各被験者で心室細動および心房復変を複数回誘発することができました。被験者内で繰り返し測定統計を用い、固定効果とランダム効果の両方を考慮した混合効果モデルを用いることで、研究はわずか11隻の動物で実施可能でした。

制限
このモデルの主な制約は、専門的な機器とオペレーターの専門知識の必要性にあります。ペースメーカージェネレーター、経静脈ペーシングリード、プログラミングユニット、そして訓練を受けたオペレーターはすべて必須です。ペーシングリードの正確な位置は重要であり、通常は経胸心エコーや透視による画像診断の指導が必要です。

したがって、このモデルの実装は資源が限られた環境で困難となる場合があります。しかし、確立されると、非転動性細動の発生を最小限に抑え、実験制御を強化する非常に効果的かつ再現性の高い方法を提供します。このモデルは、大型動物モデルでの 生体内 蘇生研究を行う研究グループにとって広く関連しています。

この豚モデルは、心臓蘇生中の自動頸動脈ドップラーモニタリングの実現可能性を評価するために開発されており、臨床的蘇生戦略の検証のためではありません。この研究は急性生理学的反応に焦点を当て、長期追跡や組織学的評価を除外した最終プロトコルとして実施されました。さらに、この研究では11頭の動物のみを使用しました。各動物で複数回の繰り返し実験が行われましたが、個体間の変動性は完全に捉えられていなかった可能性があります。さらに、この研究には従来の方法を用いた対照群は含まれていませんでした。これらの手法は高い失敗率があると言及されましたが、同じ実験枠組み内で直接比較できないため、提案された手法の相対的な利点を示す能力が制限されています。最後に、ICD、プログラマー、ドップラー超音波などの特殊機器へのアクセスが必要であり、資源制約のある環境での適用性が制限される可能性があります。さらに、手術プロトコルは技術的にも要求が高く、複数の血管アクセス点、膀胱ストーマの作成、ICD埋め込みなどが絡み、経験の浅い操作者には厳しい学習曲線となる可能性があります。

この実験装置では、心内心電図記録をプログラムユニットからエクスポートすることができませんでした。したがって、データの解釈は視覚的な監視のみに依存していました。今後の研究では、心電図の痕跡を直接エクスポートできる方法を取り入れ、定量的分析を容易にすべきです。

開示事項

シャーロット・ビョーク・イングルは、RescueDopplerに関連する技術を所有するCimon Medicalのコンサルタントです。残りの著者たちは利益相反を認めていない。

謝辞

英語の校正を支援するためにPerplexityとMicrosoft Copilotを使いました。すべての内容は著者によって審査・承認されました。このプロジェクトは、ノルド大学、ノルウェー科学技術大学、ノルウェー研究評議会から資金提供を受けています。

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
Abbott Durata 7120 ICD シングルコイルリードアボット、アボットパーク、イリノイ州7120
アボット・ギャラント VR ICDアボット、アボットパーク、イリノイ州CDVRA500Q
アボット・マーリン・プログラマーアボット、アボットパーク、イリノイ州3650
中心静脈カテーテル Certofix trioB. ブラウン医療、メルスンゲン、ドイツ4167408-07
気管内チューブ ポートックス #7.0スミス・メディカル、ロックランド、マサチューセッツ州100/150/070
エキサゴンVET(ペントバルビタール 400 mg/mL)VetViva Richter、ヴェルス、オーストリア該当なし
ヘパリン 5000 IU/mLフランス、ルイトル&エキュートのパンファルマETI3M807-1
ケタミン 50 mg/mLアブクールAB、ヘルシンボリ、スウェーデンLB-12355-01
ミダゾラム 5 mg/mLB. ブラウン医療、メルスンゲン、ドイツ753-12612876-0621
モルヒネアブクールAB、ヘルシンボリ、スウェーデンLB-122184-01
生理食塩水洗浄液フレゼニウス・カビ、ウプサラ、スウェーデンB202382-05
ペントクル(チオペンタール)アブクールAB、ヘルシンボリ、スウェーデンLB-122564-01
末梢静脈カテーテル 20G VasofixB. ブラウン医療、メルスンゲン、ドイツ4268113B
PiCCO モニタリングキット(圧力トランスデューサー、フラッシュシステム、サーミスタ)パルシオン、フェルトキルヒェン、ドイツPV8215
PiCCOカテーテル 5 Fr 20 cmパルシオン、フェルトキルヒェン、ドイツPV2015L20-A
圧力トランスデューサーおよびフラッシュキット TruWaveエドワーズ・ライフサイエンス、アーバイン、カリフォルニア州PX272
レスキュードップラーシモン・メディカル、トロンハイム、ノルウェー該当なし独自仕様で、市販されていません
リンガーアセテートフレゼニウス・カビ、ウプサラ、スウェーデンB203150-02
尿管 12 Ch様々な該当なし
血管鞘導入器 Prelude 7.0 Frメリット・メディカル、サウスジョーダン、ユタ州PSI-7F-11-035-18G
Vue 超音波ジェルオプティマム・メディカル、リーズ、ユナイテッド・キングディム1157

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