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方法論記事

ヤギにおける超音波評価のための重度爆風肺損傷モデルの開発

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DOI：

10.3791/70656

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2026年5月29日

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Trauma Medical Center, Daping Hospital, 2No. 951 Hospital of PLA

この記事について

サマリー

本研究は、ヤギの駆動圧力4.5 MPaで重度の爆肺損傷モデルを確立し、顕著な損傷と41.67%の死亡率を生み出しました。肺の超音波スコアリングは損傷を動的に評価し、従来の指標と相関させて診断価値を示しました。この再現可能なモデルは、急性肺損傷の診断と治療を前進させます。

要約

爆風肺損傷(BLI)は、特に軍事や産業現場で重度の肺損傷と高い罹患率を引き起こし、出血や呼吸不全の可能性があることから、診断と治療の改善の必要性が浮き彫りになっています。本研究は、動的評価のためのポイント・オブ・ケア超音波の正確性と実現可能性を評価するために、ヤギにおける標準化された重度BLIモデルの開発を目指しました。ヤギは生物ショックチューブ(BST-I.)を用いて制御された爆風過圧を受け、駆動圧力はそれぞれ4.0 MPa(n = 4)、4.5 MPa(n = 12)、5.0 MPa(n = 4)でした。ピーク過圧などの重要なパラメータが記録されました。バイタルサイン、肺超音波スコアリング(LUS)、酸素化指数(PaO₂/FiO₂)、および血管外肺水(EVLW)は、損傷前0時間および損傷後0.5時間、3時間、6時間、9時間、12時間後にモニタリングされました。胸部CT(0時間および12時間)で肺損傷比率を定量化し、安楽死後の全身検査で肺出血および損傷スコアが評価されました。4.5 MPaでは最大過圧は396.92 kPaで、損傷後の死亡率は41.67%でしたが、4.0 MPaでは死亡率は0%でした。LUSは時間とともに増加し、PaO₂/FiO₂と負の相関を示し、EVLWと3時間、6時間、9時間で正の相関、12時間で肺損傷率と正の相関を示しました。4.5 MPa群の総損傷面積比は42.14%で重度の損傷を示し、4.0 MPaは中等度の損傷を示しました。4.5 MPaモデルは重度の損傷の研究に適しており、4.0 MPaは中程度の損傷しか引きずらず、5.0 MPaは100%の死亡率をもたらしました。反発性のヤギモデルが確立され、LUSを用いて非侵襲的に肺損傷を時間経過的に評価し、急性肺損傷のモニタリングと治療戦略の探求の基盤を提供しました。

概要

軍用・民間環境を問わず、爆風曝露は罹患率や死亡率の主要な要因であり、肺損傷が転帰の主な決定要因です。現代の証拠では、肺打撲が肺炎や急性呼吸困難症候群(ARDS)などの重篤な呼吸合併症の重要なリスク因子であり、これらは影響を受ける個人の予後に大きな影響を与えることが確認されています。したがって、肺損傷の程度を迅速かつ正確に評価することは、臨床管理の指針となり生存率向上に不可欠です。

コンピュータ断層撮影(CT)は、爆風肺損傷(BLI)の重症度を評価するのに効果的です3。しかし、電離放射線への曝露が伴い、大量の死傷者や限られた医療資源が関わる状況では実用的でない場合があります。鼓膜穿孔の臨床検査は肺破裂損傷の潜在的なマーカーとして研究されていますが、単独の鼓膜穿孔は隠れた肺破裂損傷や予後不良の信頼できる指標とは言えず、さらなる検査の必要性を排除するものではありません。爆発被害者の臨床症状は非常に多様で、急性に現れる患者もいれば、12〜24時間後に呼吸不全を発症する患者もおり、特にBLI5を見逃した損傷を発見するために救急外来での頻繁な再評価の重要性を強調しています。これらの制限は、肺打撲の重症度を迅速に評価するために、迅速かつベッドサイド対応の画像診断技術の緊急性を強調しています。大量死傷者事象においては、迅速なトリアージと評価が可能なツールが資源配分の最適化と全体的な成果向上に不可欠です。

胸部超音波検査は、そのリアルタイムで非侵襲的かつ携帯可能な性質から、集中治療現場で不可欠なツールとして浮上しています6。胸膜および実質肺疾患の診断における確立された役割は、爆胎肺損傷の動的評価において非常に有望な手法となっています。肺の硬化、気管支造影、胸膜管異常、彗尾アーティファクトなどの超音波サインは、肺打撲や浮腫の程度や重症度を示す指標となります。電離放射線がないため、繰り返しの評価を必要とする患者に特に適しており、資源が限られた環境での利用性も大きな利点です。

既存の文献では、トリアージやモニタリングのためのポイント・オブ・ケア超音波(POCUS)の使用が支持されていますが、超音波はすでに外傷評価(例:外傷に対する超音波を用いた拡張集中評価、eFAST)で気胸や血胸8の検出に日常的に使用されています。それでも、重度肺打撲の評価におけるその正確性と実現可能性を厳密に検証するには、翻訳的かつ生理学的に関連性の高い動物モデルが必要です。本研究は、ヤギにおける標準化された重度肺外胚損傷モデルの確立を目指しており、この生命を脅かす状態の迅速なトリアージおよび継続的なモニタリングにおけるポイントオブケア超音波の有用性を体系的に評価するプラットフォームとなることを目的としています。

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プロトコル

本稿に記載されたすべての実験手法は、第三軍医大学実験動物福祉倫理委員会(SCXK (Yu) 2017-0002)の承認を得ています。さらに、すべての動物関連の手続きは、承認委員会が定めた動物使用ガイドラインを厳格に遵守して実施されました。

1. 実験動物

  1. 健康なヤギ(生後3〜6ヶ月、メス、体重約15kg)を用意してください。

2. 負傷プラットフォーム

  1. 生物用ショックチューブ(大きいもの)(BST-I.)による肺爆発損傷を引き起こす。これは長さ39.4 m(図1)で、2枚の半剛性アルミニウムフィルムで駆動部と実験部の2つのセクションに分けられ、それぞれ4.0 MPa、4.5 MPa、5.0 MPaの駆動圧力を用いる。

3. 動物の調理

  1. 実験前に動物を24時間断食し、8時間は水分を断ち切ります。
  2. 計量して記録してください。
  3. 麻酔を導入するためにミダゾラムを使い(筋肉内注射:1 mg/kg)
  4. 胸、首、鼠径部の毛を剃り、脱毛クリームを塗って残りの毛を完全に取り除きます。

4. 超音波検査用の区画図

  1. 伏在静脈の内置針を通して3%のペントバルビタールナトリウム(10〜20 mg/kg)でヤギを麻酔します。手足は胴体に垂直に伸ばし、横方向にリラックスした姿勢で保ちます。
  2. 超音波プローブを肋間腔に平行に下から上へ、背側から前方へと動かして肺の縁を印します。
  3. 肺の肋間隙に連続して長さ2.5センチメートルの長方形を描き、超音波検査用のパーティションとして描きます。合計66の分割があり、右側に33、左側に33次あり、各肋間空間の分割数は、最初の肋間空間から10番目の肋間空間までそれぞれ1、2、2、5、5、5、4、3、1です(図2)。

5. 外科手術

  1. ヤギは必ず麻酔をかけてください。もしそうでなければ、さらに10 mg/kgの3%ペントバルビタールナトリウムを注射してください。
  2. 頸静脈カテーテル術
    1. ヤギを右側横に横たわり、適切に拘束します。
    2. 頸静脈溝の中央3分の1に約4cmの縦方向の皮膚切開を行います。皮下組織と皮膚大腸筋を鈍的に解離し、外頸静脈を露出・隔離します。
    3. 導入針の誘導のもと、二重ルーメン中心静脈カテーテル(7Fr)を挿入します。カテーテルを約15〜20cm進め、先端がヤギの前腔静脈内、右心房から約2cmの位置に位置します。カテーテルを結紮し、しっかりと固定してください。
    4. 遠位腔を三方向ストップコックで温度センサーと圧力トランスデューサーに接続し、中心静脈圧のモニタリングと冷たい生理食塩水注射を行います。近位腔を三方向ストップコックを介して静脈内輸液ラインに接続し、輸液および補助麻酔投与を行います。
  3. 気管挿管
    1. ヤギを背側横たわりの姿勢にし、首を伸ばして固定します。
    2. 正中線に沿って5〜6cmの縦方向の皮膚切開を行います。鈍的解離を用いて胸骨舌骨筋を分離し、気管の2〜3cmの区画を露出させます。
    3. 露出した気管の下に非吸収性の縫合糸を置き、気管を優しく持ち上げて安定させます。安定化したセグメントの中央点に2〜3個の気管リングを通って水平の「T」字切開を行います。
    4. サイズ6.0のカフ付き気管内チューブを気管腔に挿入し、遠位に前進させます。カフを膨らませろ。気管切開部をゆるく縫合し、チューブを皮膚にしっかりと縫合してください。気管内チューブを直接人工呼吸器回路に接続してください。
      注:人工呼吸器のパラメータ:換気方式は間欠的正圧換気(IPPV)です。潮汐量(VT)は8 mL/kgに設定されています。呼吸数(RR)は毎分15回の呼吸で維持されています。吸気と呼気の比率(I:E)は1:1.5に設定されています。流量(V)は7.2 L/minに設定されています。吸入酸素の割合(FIO2)は21%に調整されます。正の呼気末圧(PEEP)は3.9 cm H2Oに設定されています。吸気圧(ピンスプ)は9から12 cmH 2 Oの範囲です。
  4. 大腿動脈カテーテル術
    1. ヤギを右側横に横たわり、適切に拘束します。
    2. 鼠径部の内側に縦方向に3〜4cmの皮膚切開を行います。鈍的解離技術を用いて大腿神経血管束を明らかにし、鈍い切開法と鋭い解離法を組み合わせて大腿動脈を隣接する静脈や神経から慎重に分離します。
    3. 孤立した大腿動脈区画に小さな横動脈切開を行い、ピッコ熱希釈カテーテル(4Fr)を動脈内に挿入します。カテーテルを16cmまで前進させ、先端が総腸骨動脈に入っていることを確認します。カテーテルを周囲の皮膚や皮下組織にしっかりと縫合してください。
      注意:カテーテルを血管壁に曲げたり無理に押し付けたりしないよう注意してください。これは圧力伝達や熱希釈の正確な測定を妨げます。
    4. カテーテルを三方向ストップコックを介して圧力トランスデューサーに接続し、血圧や血管外肺水などの血行動態を継続的にモニタリングします。このラインは断続的な動脈血サンプリングにも使用されます。カテーテル閉塞を防ぐために、ヘパリン化生理食塩水洗浄(1–2 mL/h)を継続的に維持してください。

6. モニタリングと測定

  1. バイタルサイン
    1. 負傷前0時間、負傷後0.5時間、3時間、6時間、9時間、12時間の各時点でバイタルサインを測定・記録してください。
    2. すべてのセンサーラインをPiCCO監視モジュールに接続してください。圧力トランスデューサーを心臓の高さに位置させてください。トランスデューサーのストップコックを大気中の空気に開放し、動脈圧と静脈の両方の圧力線に対してゼロ校正を行います。
    3. 平均動脈圧(MAP)を監視し記録してください。中心体温(T)、呼吸数(RR)、心拍数(HR)を監視するための電極パッドを指定された位置に配置します:胸部左側、第2肋骨と第3肋骨の間;胸の左側、第5肋骨と第6肋骨の間に;そして胸の右側、第2肋骨と第3肋骨の間にあります。
  2. 超音波検査(Bモード)
    1. 負傷前0時間、負傷後0.5時間、3時間、6時間、9時間、12時間後に肺超音波検査を行います。一定のスキャン手順を保ちましょう。まず右肺を検査し、次に左肺を各時点で検査します。
    2. 各パーティションの中間点で、超音波プローブを皮膚表面に対して垂直に位置させます。プローブのマーカードットが背骨に向いていることを確認してください。
    3. 10肋骨から1肋骨までの肋間隙をスキャンしてビデオクリップを取得します。少なくとも2回の完全な呼吸サイクルを含むビデオ録画を保存してください。
    4. 保存された画像に以下の標準化された肺超音波スコア(LUS)を適用します。9: 2名の訓練を受けた超音波技師を割り当てて、スコアリングプロセスを独立して実施させます。最終評価のために2つのスコアの平均を計算してください。
      注:スコア0はAラインの存在を示します。スコア1は、複数の明確に分離されたBライン、または胸膜ラインの50%未満を占めるBラインの合流が特徴です。スコア2は、一般的に「ホワイトラング」と呼ばれる広まる融合性Bラインを示します。スコア3は、組織状エコーテクスチャや動的気管支図として現れる固化の証拠がある場合に割り当てられます。
  3. 動脈血ガス(ABG)分析
    1. 損傷前0時間、損傷後0.5時間、3時間、6時間、9時間、12時間の各時点で動脈血液サンプルを採取し分析を行います。
    2. 注射器を使い、まずヘパリン化された生理食塩水を吸引し、PiCCO動脈ラインから約5mLの血液を除去します。その後、カテーテルを通じて直接0.3mLの新鮮な動脈血を抽出します。
    3. すぐに血液サンプルをCG4+の検査カートリッジに注入してください。カルトリッジを携帯型血液ガス分析装置に挿入して分析を行います。
    4. pH、酸素分圧(PaO2)、その他関連パラメータの測定値を記録してください。酸素化指数(酸素分圧と吸入酸素の割合の比率、PaO₂/FiO₂)を計算します。
  4. 血管外肺水(EVLW)測定
    1. 損傷前0時間、損傷後0.5時間、3時間、6時間、9時間、12時間の各地点で経肺熱希釈によるEVLW測定を行います。
    2. 6.1.2節で説明されている動脈圧および静脈圧トランスデューサーの再ゼロ化を行います。進む前にモニターに安定した動脈波形が表示されていることを確認してください。
    3. 中心静脈カテーテルの温度センサーを通して、氷のように冷たく(0°C)の生理食塩水を正確に10mL注射します。注射は7秒以内に完了します。各時点で3回連続で注射を行います。3つの測定値の平均を用いて最終的なEVLW値を算出します。
    4. PiCCOシステムが提供するEVLWおよびその他の血行動態パラメータを記録します。
  5. コンピュータ断層撮影(CT)
    1. 負傷前0時間、損傷後12時間に胸部CTスキャンを取得してください。
    2. 64スライスCTスキャナーを用いてスキャンを行い、以下のプロトコルに従います:管電流:200 mas;管電圧:100 kV;回転時間:0.4秒。
    3. 実験条件を知らずに、資格のある放射線科医にスキャンとその後の分析を依頼してください。専用のワークステーションを使って、全肺容積と損傷肺容積の三次元体積解析を行い、定義されたハウンズフィールド単位(HU)閾値を設定して損傷した肺組織をセグメント化します。ダメージ範囲を手動で修正してください。
    4. 損傷肺容積の割合(肺損傷比率)を、(損傷肺容量 ÷ 総肺容量)×100%の式で計算します。

7. ヤギの爆風損傷手術

  1. BST-I.バイオショックチューブを用いて、ヤギを3つの異なる爆風過圧カテゴリーのいずれかにランダムに割り当てます。駆動圧力をそれぞれ4.0 MPa(n = 4)、4.5 MPa(n = 12)、5.0 MPa(n = 4)に調整し、対応する一次爆風波を生成します。
  2. 第6節に記載されたすべての事前測定とモニタリングを完了してください。ショックチューブ内の固定フレームに立ったまま、キャンバスストラップでヤギを固定します。ヤギは爆風源から37.5m離れた位置に位置し、右側が爆風の震源を向いています(図3)。
  3. 気圧センサーをBST-I内の動物の位置に配置してください。信号調整モジュールをデータ取得システムに接続します。損傷のパラメータ:ピーク過圧、上昇時間、正の位相持続時間、正の位相インパルスを各傷害事象ごとに記録します。
    注:ピーク過圧:衝撃波によって生じる過圧の最大値。上昇時間:圧力が0からピーク値まで上昇するまでの時間。正の位相持続時間:衝撃前線が通過した後も過圧は周囲圧力を上回るままです。正位相インパルス:衝撃波過圧によって与えられる単位面積あたりの総運動量。
  4. 爆発後はすぐにショックチューブからヤギを回収してください。ヤギの全体的な状態を迅速に評価してください。吸引装置を使って、気管内チューブや気道から血の混じった分泌物を速やかに除去してください。無呼吸が確認された場合は、直ちに手動換気を開始してください。
  5. 第6節に記載されたすべての負傷後の測定とモニタリングを完了してください。

8. 安楽死と検死

  1. 損傷後12時間の観察期間を終えた後、ヤギに3%のペントバルビタールナトリウムを静脈注射して深く麻酔します。動脈カテーテルや他の主要な血管から出血を除去してください。肺を慎重に摘出するために胸骨切開術を進めてください。
  2. ImageJソフトウェアを使って総スコアリングを行います。
    1. ImageJで粗い肺画像を開き、メニューパスを使って16ビットグレースケール画像に変換します:Image > タイプ > 16ビット。 (図4A–B)
    2. 損傷組織と正常組織の接合部をグレースケール値を閾値として設定します。この閾値を超えるすべての領域を赤色で損傷ゾーンとして示します(図4C)。
    3. 肺組織の外縁を手動でなぞり、肺全体の面積の境界を定義します(図4D)。
    4. メニューパスを使って背側と腹側の両方のピクセル比(損傷面積/肺総面積)を計算します: Ctrl + M > Analyze > Set Measurements。「面積」「面積比率」「閾値までの制限」オプションが選択されていることを確認してください。これら2つの比率を平均して、肺全体の最終損傷面積比率を算出します。
  3. Yelvertonら10および当研究所の歴史的基準から採用した標準化されたスコアリングシステムを用いて肺打撲のグレードを付けます。
    注:粗重肺損傷の評価基準:グレード0(損傷の欠如):目に見える打撲や出血なし。グレード1(軽度):全肺表面積の10%未満に及ぶ散在性点状出血または打撲。グレード2(中等度):肺表面積の最大30%に及ぶ打撲または肝化。グレード3(重度):全肺表面積の最大50%に影響する打撲または肝臓化。グレード4(非常に重度):肺の全表面積の50%以上に影響を及ぼす打撲または肝臓化。

9. 統計分析

  1. すべての統計解析はSPSSソフトウェア(バージョン22.0)を使用して実施してください。
  2. 連続測定データを平均±標準偏差(x ± s)として表現します。
  3. すべてのデータセットを正規性のテストを行いましょう。
  4. 独立標本t検定を用いて、2つのグループの平均を比較します。
  5. 相関解析にはピアソン相関係数を用いてください。
  6. 有意性閾値をp < 0.05に設定します。
    注:「#」は負傷前のスコアと比較してp < 0.05を意味します。「##」は、負傷前のスコアと比較してp < 0.01を意味します。「*」はp < 0.05を意味し、4.0MPa群と4.5MPa群の比較を意味します。「**」はp < 0.01を意味し、4.0MPaグループと4.5MPaグループの比較を指します。

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結果

4.5 MPa群の測定損傷パラメータは以下の通りです:ピーク過圧396.92±23.11 kPa、上昇時間9.41±0.32 ms、正相持続時間51.57±1.39 ms、正相インパルス5884.26±231.44 kPa.ms。衝撃波の圧力-時間プロファイルは 図5に示されています。4.0 MPaのコホートでは、負傷直後および12時間後の死亡率は0%でした。4.5 MPaのコホートでは、損傷直後の死亡率は16.67%(2/12)で、12時間までに41.67%(5/12)に増加しました。5.0 MPa群の即時死亡率は100%(4/4)でした。4.0 MPaおよび4.5 MPa群の心拍数(HR)、呼吸数(RR)、平均動脈圧(MAP)の動的変化は 図6 および 表1に示されています。

4.0 MPaおよび4.5 MPa群の肺超音波スコア(LUS)、動脈酸素分圧と分数吸...

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ディスカッション

爆風肺損傷は、爆発性爆発への曝露によって引き起こされる重度の疾患です。肺実質損傷、肺槽出血、炎症、凝固障害を特徴とし、しばしばARDSに進行し、死亡率が高い11,12,13です。現在の診断方法には、詳細な形態学的評価のためのCT3,14や、呼吸力学を評価するための食道圧測定などの技術が含まれます。しかし、CTには固定機器への依存、電離放射線への曝露、特に病院前や資源制約のある環境での即時評価への適用性が限られているといった顕著な制約があります16。対照的に、LUSはその携帯性、リアルタイムの機能、打撲や浮腫16などの病理を特定す...

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開示事項

すべての著者は利益相反を認めていません。

謝辞

この活動は、国防科学技術優秀青年賞(2023-JCJQ-ZQ-001)、国防バイオテクノロジー優秀若手人材賞(01-SWKJYCJJ06年)、重慶優秀青年基金(CSTB2022NSCQ-JQX0017)、軍事臨床重点専門建設プロジェクトによって支援されました。

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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
64スライスCTスキャナーGEライトスピード、アメリカ5133730-3
ベビーログ8000Dräドイツhttps://www.draeger.com/en_in/Products/Babylog-8000-plus
バイオロジックショックチューブ(大きいもの)(BST-I)陸軍医科大学 大平病院BST-I
CG4+テストカートリッジアボット、アメリカ合衆国CG4+
二重内腔中心静脈カテーテルブラウン、ドイツデュオ V730
電気吸引装置江蘇宇月医療機器&サプライ株式会社7A-23D
気管内チューブタンパ、杭州ETT6014C
ヘパリンナトリウム常州千鴻バイオファーマ有限公司
単用点滴カテーテル威海吉睿医療製品有限公司22Gおよび時間;25mm/Y-G
ImageJソフトウェア
IOTech WaveView 7.15.6ソフトウェアIOtech、アメリカhttps://iotechsoftware.com/
ミダゾラム中国の女華製薬株式会社http://pharma-api.com/2-2-5-midazolam-injection/
PCB センサーPCBピエゾトロニクス社(アメリカ)M102A02
ペントバルビタールナトリウム上海製薬NA
フィリップス IntelliSpace ポータルワークステーションhttps://www.philips.ca/healthcare/product/HC881101/intellispace-portal-12
ピッコモニタリングキットプルシオン、ドイツPV8215
携帯型血液ガス分析機アボット、アメリカ合衆国i-STAT 300G
携帯型ワイヤレスカラー超音波機器ユーキーバイオメディカルエレクトロニクス株式会社、中国D-236
Veet 純粋脱毛クリームレキット・ベンキザーhttps://www.veet.co.in/en/products/hair-removal-creams/

参考文献

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