本プロトコルでは、胸腔鏡手術を行うことなく局所胸膜圧を直接測定することを可能にする、ブタへの前・後胸膜カテーテル挿入のための低侵襲経皮的技術について解説します。
この記事について
サマリー
要約
胸膜圧の測定により、呼吸器系の力学を肺と胸壁の成分に分けること、経肺圧の算出、および領域的な胸膜圧勾配の定量化を含む、高度な生理学的評価が可能になります。これらの情報は、人工呼吸の最適化、胸壁生理の変化による影響の評価、および肺損傷に関するトランスレーショナルリサーチの推進において不可欠です。しかし、現在の直接的な胸膜圧測定の手法は、多くの場合、開胸術による胸膜圧トランスデューサの外科的植え込みを必要とし、これは時間を要し、リスクが高く、また胸壁の力学を損なう可能性があります。これらの制限を克服するため、我々は低侵襲な経皮的画像ガイド下胸膜カテーテル留置術を開発しました。この処置は、麻酔下で人工呼吸管理中のブタを用いて行われました。超音波ガイド下でTuohy針を胸膜腔内に進め、少量の人工気胸（酸素 50–100 mL）を誘発して胸膜層を分離させました。ガイドワイヤーを用いて 9 Fr シース導入器を留置し、バルーンチップカテーテルを前胸膜へ進めました。その後、動物をセミプローン位（半うつ伏せ位）にし、さらに 50–100 mL の酸素を追加して気胸を拡大させた後、2本目のカテーテルを背側に挿入しました。留置の確認は、コンピューター断層撮影（CT）および生理学的波形により行われました。気胸を排出して肺を再膨張させた後、画像診断により位置を確認しました。20頭中16頭（80%）で前方および後方のカテーテル留置に成功し、この手法の処置としての実現可能性が支持されました。不成功となった症例は、前方胸膜へのアプローチ時の意図しない気胸、または前方カテーテルが目標とする腹側領域の外に誤設置されたことによるものでした。本手法は、大型動物モデルにおける直接的な領域的胸膜圧モニタリングのための、低侵襲かつ再現可能なアプローチを提供します。外科的アプローチを回避するこの経皮的画像ガイド下の手法は、呼吸力学、肺および胸壁の生理学、ならびにトランスレーショナルリサーチにおける人工呼吸を調査する実験プロトコルに適しています。
概要
胸膜圧は、胸壁メカニクスの主要な指標として実験的研究で広く用いられており、呼吸器系の分断された挙動や、機械換気中の肺との相互作用を記述するのに役立っています1。この変数は、肺ストレスの主要な決定要因となる経肺圧を算出するために不可欠です2。肺損傷において、胸膜圧は呼気終末のメカニクスを記述し、依存側肺領域に作用する負荷に関連する現象である重畳圧勾配（superimposed pressure gradient）についての洞察を得るためにも利用されます3,4。このような局所的な圧力分布により、胸膜圧および経肺圧に腹側と背側の差が生じます。制御された機械換気下では、これらの差は主に重力負荷と肺損傷の重症度によって決定されますが、自発呼吸または補助呼吸下では、局所的な吸気筋活動によってさらに増幅される可能性があります5。
直接的な胸膜圧モニタリングは、手技の侵襲性が高く安全とは見なされないため、臨床現場では行われていません。そのため、一般的に食道圧（Pes）が胸膜圧の最良の代替指標として用いられています6。しかし、Pesはカテーテルの位置、Baydur比で評価される圧力伝達、および換気モードなど、精度に影響を及ぼしうるいくつかの要因に左右されます7。食道バルーンはコンプライアンスのある構造の中に配置されており、その信号は食道壁および隣接する縦隔器官の両方によって形成されます。カテーテルの挿入深さやアライメントのわずかなずれであっても、測定される圧力や一回換気量の変動幅が変化することがあります8。さらに、Pesは主に中〜背側の胸膜圧を反映するため、不均一な肺損傷がある場合、腹側領域や胸膜環境全体を代表させる指標としては不十分になります9。
これらの理由から、直接的な胸膜圧測定は、トランスレーショナル生理学および実験生理学におけるゴールドスタンダードなアプローチであり続けています10。直接的な胸膜圧測定には、いくつかのデバイスが使用されてきました。実験モデルではウェハー状の胸膜センサーが頻繁に用いられており11,12、一部の研究では、胸膜圧を直接記録するために食道バルーンカテーテルが胸膜腔内に導入された例もあります13,14。直接的な胸膜圧測定のためのさまざまなツールが利用可能であるにもかかわらず、その挿入には伝統的に開胸術または胸腔鏡下アプローチのいずれかが必要でした。これらの手法は侵襲的であり、高度な外科的専門知識を要し、処置の準備時間を延長させ、さらに正常な胸壁メカニクスを乱すため、調査対象である生理学的条件を著しく変化させてしまいます。
本メソッド記事では、直接的な区域的胸膜圧モニタリングを目的として、豚の胸腔内に食道バルーンカテーテルを留置する新しい経皮的手法を提示します。このアプローチは低侵襲であり、開胸術や高度な外科的トレーニングを必要としません。前胸壁からのアプローチは標準的な超音波ガイド下穿刺法を用いて行い、胸腔内ガイドワイヤーおよびカテーテルの留置確認、ならびに後胸壁からのアプローチ計画の補助にコンピュータ断層撮影（CT）画像を使用します。本手法により、胸腔内の異なる領域にカテーテルを留置することが可能となり、区分けされた呼吸力学の区域的評価が行えます。この技術は、生理学的およびトランスレーショナル研究において高忠実度の胸膜圧記録を維持しつつ、手技の複雑さとリスクを低減することを目的としています。
プロトコル
マサチューセッツ総合病院（米国マサチューセッツ州ボストン）の施設内動物ケアおよび使用委員会（Institutional Animal Care and Use Committee）による承認（2020I000073）を得た後、2025年3月から11月にかけて、体重30–40 kgの健康なヨークシャー種豚20頭を用いて実験を行った。
注意：このプロトコールは、意図的に気胸を誘発し、100%酸素を使用します。本処置は、大型動物の麻酔および胸膜穿刺の訓練を受けた人員による継続的な生理学的モニタリングの下で実施し、酸素注入中は火気を厳禁としてください。
1. 動物の準備
- チレタミン・ゾラゼパム（4.4 mg/kg）、キシラジン（2.2 mg/kg）、およびアトロピン（0.04 mg/kg）を筋肉内投与して動物を鎮静させる。
- 静脈路を確保し、フェンタニル（2 µg/kg）およびプロポフォール（2 mg/kg）を静脈内投与して、安全に気管挿管が行えるようにする。
- 動物に挿管し、両側胸部の拡張、両側の呼吸音、および一定の呼気終末CO₂波形の存在を確認して、気道への適切な配置を検証する。
- 吸入酸素分画（FiO₂）0.4、1回換気量 10 mL/kg、呼気終末陽圧（PEEP）5 cmH₂O、呼吸数 15–20 breaths/minとして、容量制御換気（VCV）を開始する。呼気終末CO₂を35から45 mmHgの間に維持するように呼吸数を調整する。
- 処置全般を通じて、プロポフォール（10 mg∙kg-1∙h-1）およびフェンタニル（5 µg∙kg-1∙h-1）を静脈内投与し、持続的な麻酔および鎮痛を維持する。筋弛緩剤を投与する前に、下顎の弛緩、眼瞼反射の消失、指間または蹄のピンチに対する逃避反応の消失、および刺激に対する血行動態反応の消失を確認し、十分な麻酔深度にあることを検証する。筋弛緩剤の投与後は、心拍数、動脈圧、および処置中の刺激に対する自律神経反応の消失を含む生理学的変数を用いて、麻酔の適切性をモニタリングする。角膜の乾燥を防ぐため、麻酔導入後に眼軟膏を塗布する。
- 心拍数、血圧、酸素飽和度、呼気終末CO₂、および気道圧を継続的にモニタリングする。可能な限り、心拍数を 70–140 beats/min、平均動脈圧を 60 mmHg 以上、酸素飽和度を 92% 以上、呼気終末CO₂を 35 から 45 mmHg の間、および最高気道圧を 35 cmH₂O 未満に維持する。
- 筋弛緩剤（パンクロニウム 0.1 mg∙kg-1∙h-1）を投与し、胸膜へのアプローチを開始する前に自発呼吸がないことを確認する。
2. 装置の準備
- 材料表に記載されている、超音波ガイド下胸膜穿刺およびカテーテル留置に必要な滅菌器具を準備します。
- 滅菌条件下で、胸部の前方および後方の表面をクリップし、洗浄し、ドレープを掛けます。
3. 前方経皮的胸膜穿刺
- 動物を仰臥位に配置し、予定している前胸壁側胸膜カテーテル挿入部位とは反対側へわずかに回転させる。
- 超音波を用いて、胸骨線と横隔膜ドームを確認する。
- 超音波で横隔膜ドームを確認した後、横隔膜の高さの中線から外側へ約5 cm、頭側へ5 cm移動させ、前方の穿刺部位を選定する。
- 超音波プローブを用いて前胸膜腔を可視化する。
- 選定した肋間腔の下方肋骨の上縁から、曲率を上に向けて超音波ガイド下Tuohy針を刺入する。
- インプレーン法を用い、リアルタイム超音波ガイド下で壁側胸膜に向かって針を進める。
- 呼気終末保持操作を行いながら、さらに1–2 mm進める際にシリンジで緩やかな正圧をかけ、抵抗が急激に消失して胸膜腔への進入が確認されるまで進める。
- 約50–100 mLの100%酸素を注入し、前方に小さな人工気胸を作成する。最終的な酸素注入量は、CTでの気胸の拡大および胸膜の分離状況に基づき調整する。
- 針を通してスプリングワイヤーガイドを挿入し、針を抜去する。
- CTスキャンを行い、人工気胸によって拡大し明確に描写された胸膜腔内にガイドワイヤーが正しく配置されていることを確認する。
- CTで確認後、ワイヤー挿入部位に小さな皮膚切開を施す。
- セルディンガー法を用い、ガイドワイヤーに沿って9 Frイントロデューサーを進める。
- ガイドワイヤーを抜去し、イントロデューサーを通じて食道バルーンカテーテルを前胸膜腔に挿入する。
- バルーンを適切な膨張量で膨らませる。この量は、正確なバルーン拡張と信頼性の高い圧力伝達を確保するため、in vivoバルーン圧力-容量（PV）曲線15から決定する。
- 空気充填式の圧力伝達システムを用いて、バルーンカテーテルを外部差圧トランスデューサーに接続する。
- 正確な圧力測定を行うため、カテーテルを接続する前に圧力トランスデューサーを大気圧でゼロ点調整する。
- 圧力トランスデューサーをデータ収集システムに接続し、データ収集ソフトウェアを用いて圧力信号を取得する。
- すべての圧力信号を、追加のデジタルフィルタリングなしに1,000 Hzのサンプリング周波数で取得する。安定した圧力波形が観察された時点で記録を開始する。
4. 後方経皮的胸膜アクセス
- 胸腔内の空気が背側へ移動するように、動物をセミプローン位に再配置します。
- 前方のカテーテルから100%酸素をさらに50–100 mL注入し、背側の気胸を拡大させ、後方からのアプローチを容易にします。
- CTスキャンを行い、人工気胸が背側に移動したことを確認し、最適な後方穿刺部位を特定します。
- 棘突起と後腋窩線の中間点に、後方穿刺部位を皮膚上にマークします。
- 選択した肋間腔の下位肋骨の上縁にTuohy針を垂直に刺入し、持続的に吸引するため、空のシリンジを装着します。
- 呼気終末保持操作を行いながら、空気が得られるまで持続的に吸引しつつ、筋層を貫いて針を進め、背側気胸への進入を確認します。
- スプリングワイヤーガイドを挿入し、針を抜去します。
- CTスキャンを行い、人工気胸によって拡大し明確に描出された胸腔内にガイドワイヤーが正しく配置されていることを確認します。
- CTで確認後、ワイヤー挿入部位に皮膚を小さく切開します。
- セルジンガー法を用いて、ガイドワイヤーに沿って9 Frイントロデューサーを進めます。
- ガイドワイヤーを抜去し、イントロデューサーを通じて2つ目の食道バルーンを背側胸腔内に挿入します。
- バルーンが正しく拡張し、圧力が確実に伝達されるよう、in vivoバルーン圧力-容量（PV）曲線から決定した最適な充填量でバルーンを膨張させます。
- カテーテルを差圧トランスデューサーに接続し、モニター上で胸膜波形の形態が正しいことを確認します。
5. 最終的な位置決めとモニタリング
- カテーテル留置中および留置後に、人工呼吸器のパラメータ（1回換気量、吸気流速、気道圧）および血行動態の値が安定していることを確認する。
- 50 mLシリンジを用いて胸膜腔内の空気を緩やかに吸引し、排液に抵抗がなくなるまで、後方および前方のイントロデューサーから気胸をドレナージする。この際、胸膜腔内に過度な陰圧を作らないように注意する。
- 両方の食道バルーンカテーテルを粘着テープで皮膚に固定し、その後、カテーテルの脱落を防ぎながら2本の9 Frイントロデューサーを慎重に抜去する。
- CTスキャンを行い、残存気胸があるか評価する。残存気胸がある場合は、動物を腹臥位にし、生理的に許容される範囲内でFiO₂を0.25まで下げ、酸素の再吸収を促進させる。
- 吸気量と呼気量の1回換気量を比較し、吸気ホールドを行うことで、気道または胸膜からのリークがないことを確認する。プラトー圧が安定し、流速がゼロに戻ることを検証する。
- イントロデューサー抜去後、前方および後方の胸膜圧波形を再評価する。期待される波形形態が安定していることを確認し、波形が変化している場合は、カテーテルの位置と波形の安定性を再評価するまで記録を開始しない。
- 気胸の排出または再吸収、呼吸および血行動態の安定、リークの消失、および胸膜圧波形の安定が確認された後にのみ、前方および後方胸膜圧の同時記録を開始する。
- TVを10 mL/kgに維持し、PEEPを5から3 cmH₂Oに下げて人工呼吸を調整する。呼気終末胸膜圧の値は、 Figure 1に示す安定した呼気終末ホールド操作中に取得した。
- 各実験プロトコルの終了時に、動物を全身麻酔下に維持したまま、KCl（7%溶液、2 mL/kg）を静脈内投与して安楽死させた。
結果
経皮的アプローチを用いて、20頭の豚に胸腔カテーテルの留置を試みた(表1)。17頭の動物において、計34本の胸腔カテーテル（前方17本、後方17本）を挿入した。このうち33本のカテーテル（97%）が目的の胸膜領域に到達したが、前方カテーテルの1本は胸腔内には進入したものの、目標とする腹側部位に到達しなかった。したがって、カテーテル挿入を実施した17頭のうち16頭（94%）で、前方および後方の両カテーテルの適切な領域への留置が達成され、これは全20頭のうち16頭（80%; 95% CI, 56.3%–94.3%）に相当した。
成功した処置における代表的な胸膜圧のトレースでは、前方のセンサーと後方のセンサーとの間に、明確で生理学的に意味のある差が認められました（図1）。前方カテーテルでは通常、心臓および縦隔に近いことを反映して、食道バルーンで記録されたものよりも顕著な心拍振動が認められました。対照的に、後方の胸膜信号では、心臓によるアーチファクトが最小限であり、かつ滑らかな呼吸波形が示され、これは機械的に静穏な依存側胸郭領域と一致していました。
呼気終末の閉塞時において、適切に配置されたカテーテルでは、再現性のある背側から腹側への胸膜圧勾配が認められた。呼気終末における後方の胸膜圧は一貫して陽性であったが、前方の信号は陰性から陽性の範囲であった（表2）。得られた2〜7 cmH₂Oの勾配は、麻酔下で機械換気を行った豚において予想される重畳的な重力圧力分布と一致していた。
4件の処置（20%）が不成功に分類された。3匹の動物では、前胸壁へのアクセスおよびガイドワイヤーの留置後に処置を中止した。これは、肺実質の不注意な穿刺により制御不能な気胸が生じ、CT画像で肺と胸壁の接合が消失し、信頼性の高い胸腔内圧の測定が不可能であることが示されたためである。したがって、これらの個体ではカテーテルの留置および圧力波形の評価は見送られた。残りの不成功となった処置は、前方のカテーテル留置位置が目標から外れたことによるものである。バルーンは胸腔内に入ったが、目標とする腹側に到達せず、その結果、期待される前後方向の勾配を欠く波形となった。
CT画像により生理学的所見が裏付けられた。正常に留置できた例では、バルーンカテーテルが意図した腹側または背側の胸膜領域に視覚化され、壁側胸膜に直接接していた（図2）。ターゲット外となった失敗例では、CTによりカテーテルが標的領域外の胸膜内に位置していることが示された。プロトコル完了後の死後検査により、カテーテルの位置および胸膜内の局在がさらに確認された（図3）。
全体として、これらの結果は、適切な部位に留置できれば、経皮的手法によって解釈可能な胸膜圧信号を確実に得られること、また、波形の形態とCT画像の双方から手技の成否を判断する実用的な指標が得られることを示しています。
図1気胸脱気後の胸膜圧および気道圧の波形。 ボリュームコントロール換気中に、気道圧（赤）、食道圧（青）、前胸膜圧（オレンジ）、および後胸膜圧（シアン）の信号を同時に記録した。網掛け部分は、呼気終末圧の値を抽出するために用いた呼気終末保持期間を示す。後方の波形は心源性変動が最小限であり、呼気終末値が高いのに対し、前方の波形は心拍による変動がより顕著であり、呼気終末圧が低い。保持期間中、後胸膜圧から前胸膜圧を差し引いた値が、垂直方向の胸膜圧勾配を表す。略語：cmH2O₂O = 水柱センチメートル こちら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胸腔カテーテル留置のコンピュータ断層撮影による確認。 黄色の矢印は腹側胸膜領域の前方カテーテルを、赤色の矢印は背側胸膜領域の後方カテーテルを示す。被験者P1およびP2の横断像（左および中央）と矢状断像（右）のコンピューター断層撮影（CT）スキャンを示す。画像はカテーテル留置後、人工気胸を完全に脱気する前に取得した。その後、ドレナージによって肺の再膨張と安定した生理学的圧力波形が確認され、記録可能な状態であることを確認した。留置の成功は、カテーテルが意図した前方または後方の胸膜領域内に位置し、かつ整合性のある波形形態が得られたことと定義した。略語：CT = コンピューター断層撮影。 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胸膜カテーテル留置の死後解剖学的確認。 プロトコルの最後に実施した胸部検査により、胸腔内カテーテルの位置を確認した。黄色の円は前胸壁側カテーテルを、緑色の円は後胸壁側カテーテルを示している。 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。
| アウトカムカテゴリー | 動物数 (n = 20) | パーセンテージ (%) | 95%信頼区間 (%) | 概要 |
| 前歯部および臼歯部への良好な埋入 | 16 | 80% | 56.3–94.3 | 腹側および背側両方のカテーテルが標的領域に正しく配置されている |
| 胸膜腔内ではあるが、標的外への配置 | 1 | 5% | 0.1–24.9 | 前方カテーテルが胸膜腔内にあるが、標的領域内にはない |
| 制御不能な気胸のため失敗 | 3 | 15% | 3.2–37.9 | CT撮像時に制御不能な気胸が認められたため、ガイドワイヤー留置後に処置を中止した。 |
表1：20例の実験被験者における処置結果。本表は、各アウトカムカテゴリー、動物数および割合、95%信頼区間、および詳細を報告している。略語：CI = 信頼区間。
| 被験者 | 呼気終末陽圧 (cmH₂O)₂O) | 呼気終末陽圧 (cmH₂O)₂O) | 垂直勾配 (cmH₂O)₂O) |
| 1 | -1.2 | 2.5 | 3.7 |
| 2 | -0.2 | 3.1 | 3.3 |
| 3 | -3.0 | 3.0 | 6.0 |
| 4 | 1.6 | 4.9 | 3.3 |
| 5 | 0.1 | 4.5 | 4.4 |
| 6 | -1.7 | 3.2 | 5.0 |
| 7 | 4.1 | 6.4 | 2.3 |
| 8 | -1.2 | 5.6 | 6.8 |
| 9 | -0.8 | 4.7 | 5.5 |
| 10 | 1.1 | 5.7 | 4.7 |
| 11 | -1.1 | 6.1 | 7.2 |
| 12 | -0.9 | 6.5 | 7.4 |
| 13 | -1.6 | 2.8 | 4.4 |
| 14 | 0.3 | 3.5 | 3.1 |
| 15 | 0.6 | 3.6 | 3.0 |
| 16 | 0.1 | 2.9 | 2.8 |
| 平均値 | -0.2 | 4.3 | 4.5 |
| 標準偏差 | 1.6 | 1.4 | 1.6 |
| 範囲 | -3.0–4.1 | 2.5–6.5 | 2.3–7.4 |
表2：呼気終末における前方の胸膜圧値、後方の胸膜圧値、およびその結果得られた垂直方向の勾配。勾配は、後方の圧から前方の圧を差し引いて算出した。測定は、1回換気量 10 mL/kg、呼気終末陽圧 3 cmH₂O のボリュームコントロール換気中に実施した。略語：PEEP = 呼気終末陽圧、VCV = ボリュームコントロール換気。
| 課題 | 考えられる原因 | 認識基準 | 是正措置 |
| 人工気胸の不完全な排気 | カテーテル留置後の残留胸膜腔内酸素と不完全な肺再膨張 | CTにおける持続的な残存気胸または不完全な胸膜接合。呼吸変動は維持されているものの、絶対的な胸膜腔内圧の値は信頼できない。 | 生理学的に許容される場合はFiO2を0.25まで下げ、動物を腹臥位にし、酸素の再吸収を促進させるため30分間待機する。圧測定を行う前に、気胸の軽減と肺の再膨張を確認するため、再度CT撮影を行う。 |
| 制御不能な気胸 | 胸膜アプローチ時における肺実質の不注意な穿刺 | CTで確認された大量または制御不能な気胸、不完全な肺再膨張、または人工呼吸器で認められるリークや不安定な力学的特性 | 圧力記録に進んではなりません。信頼性の高い胸膜圧の測定が得られない場合は、手技を失敗と分類してください。 |
| オフターゲットのカテーテル進展 | ガイドワイヤーまたはカテーテルが、目的とする腹側または背側の胸膜領域から側方または離れた方向へ進んでいる | CTでは胸腔内カテーテルの位置が標的領域外にあることが示されており、波形には期待される前後差または垂直方向の圧力勾配が認められない。 | 可能であればカテーテルの位置を調整してください。目的の領域に到達できない場合は、留置を不適切または不成功に分類してください。 |
| 異常な胸膜波形 | カテーテルの留置不良、バルーンの充填不足、カテーテルと胸膜の密着不全、接続部の漏れ、またはトランスデューサー／ゼロ点調整のエラー | フラットライン、過剰なノイズ、呼吸性変動の消失、非生理学的な絶対圧値、または予想される前後波形の形態の喪失 | すべての接続およびトランスデューサのゼロ点調整を確認してください。バルーンの充填量を確認してください。画像診断によりカテーテルの位置を再評価し、記録前に波形評価を繰り返してください。 |
| 持続的な気道漏出または胸膜漏出 | 肺実質穿刺、または穿刺後の持続的な胸膜-気道連通 | 吸気時と呼気時の1回換気量の差、不安定なプラトー圧、吸気保持中にフローがゼロに戻らない現象 | データ収集を停止する。ベンチレーターのメカニクスおよび画像を再評価する。リークが解消し、気道および胸膜の波形が安定して復帰した場合のみ、次へ進む。 |
| イントロデューサー抜去後のカテーテル脱落 | イントロデューサー抜去時のカテーテルの移動、または皮膚への固定不十分 | イントロデューサー除去後の波形形態の変化、期待される心前壁振動の消失、後壁の滑らかな呼吸波形の消失、CTによる転位の証拠 | イントロデューサーを抜去する前に、カテーテルを粘着テープで皮膚に固定してください。イントロデューサー抜去後、波形の形態を再評価してください。位置のずれが疑われる場合は、CTで位置を確認してください。 |
| 空気の吸引不全 | 人工気胸内の空気は、イントロデューサーの先端から移動した。 | シリンジプランジャーを引いた際に空気は吸引されず、吸引を試みた際に負圧が発生している。 | より少容量のシリンジを用いて吸引を試みる。これで不十分な場合は、CT撮像を行い気腔の位置を特定し、それに合わせて動物の位置を調整して、気腔を導入針の先端に近づける。 |
表3：経皮的胸腔カテーテル留置および圧力記録におけるトラブルシューティングガイド。 よくある問題に対し、考えられる原因、認識基準、および是正処置をまとめています。略語：CT = コンピュータ断層撮影、FiO₂ ＝吸入酸素分率。
ディスカッション
この経皮的プロトコルは、開胸術や胸腔鏡下アプローチを必要とせずに、局所的な胸膜圧測定を行うための実用的かつ再現可能な手法を提供します。カテーテルの適切な留置と高忠実度の圧力記録を確実にするためには、本手順のいくつかの側面が特に重要となります。
この手法の重要な要素は、胸部超音波による直接誘導下で行われる前方穿刺である。超音波を用いることで、胸膜および選択した肋間腔を明確に可視化し、針の軌道をリアルタイムで確認することができる。本処置では、胸膜表面に到達する際に針を制御し正確に操作する必要があるため、針先の視認性を向上させ、不慮の肺穿刺や胸膜腔への進入不全のリスクを最小限に抑えるために、超音波対応のTuohy針を使用した16。
針先を継続的に視覚化することは、穿刺を進める全過程において極めて重要です。そのため、インプレーン超音波アプローチが推奨されます。この手法では、胸膜腔に向かって進む針のシャフト全体と先端を視覚化できるため、手技の精度が向上し、不注意による肺穿刺のリスクを低減することが可能です。
針を刺入させるタイミングも極めて重要です。呼気終末に保持した状態で針を進めることで、潮気量換気に伴う胸膜表面の周期的な動きを最小限に抑えることができ、それにより精度が向上し、肺実質への接触回数を減らすことができます。
シリンジ吸引で除去しきれなかった残留ガスの吸収を促進するため、純酸素を用いて気胸を誘発しました。動物を1.0未満のFiO₂17で換気しているため、胸膜腔と肺胞との間の酸素拡散勾配によってこの吸収が起こります。この手法により、残留した胸膜腔内ガスが圧力測定に干渉するリスクを最小限に抑えることができます。酸素の注入量は、人工気胸を不必要に拡大させることなく、胸膜層を分離させ、ガイドワイヤーとイントロデューサーを安全に挿入できる十分な量にする必要があります。カテーテルの留置が完了したら、圧力測定を行う前に、注入した酸素を完全に排出させなければなりません。
後方からのアプローチを可能にするには、適切なポジショニングが必要です。動物をセミプローン位（半側臥位）に回転させることで、胸腔内の酸素ポケットを後方に移動させることができ、前方穿刺と同様のセルジンガー法によるブラインド穿刺で背側の胸膜腔にアクセスすることが可能になります。酸素ポケットを背側に移動させるためには、十分な体位回転が不可欠です。回転が不十分な場合、後方の胸膜層が分離せず、CTによる穿刺部位の計画を行っていてもガイドワイヤーの挿入が困難になる可能性があります。
カテーテル留置後、システムの整合性を確認することが必須です。吸気量と呼気量の潮気量を比較し、吸気保持を行うことで、気道または胸膜への漏れがないことを確認します。プラトー圧が安定し、フローがゼロに戻ることは、現在進行中の漏れがなく、胸膜へのアプローチが気道との持続的な交通を形成していないことを示しています。さらに、カテーテルが正しく機能し、適切に配置されているかを確認するために、圧力波形の形態を評価する必要があります。前方での記録は、心臓や縦隔に近いため、心拍による振動（cardiac oscillations）がより顕著に現れることが予想されます。一方、後方での記録は通常、心拍による干渉が最小限に抑えられた、より滑らかな呼吸波形を示します。これらの心拍振動は、信号のアーチファクトではなく期待される生理学的特徴であり、したがってカテーテルが前方に正しく配置されていることを裏付けます。導入器を抜去する前に、カテーテルを粘着テープで皮膚にしっかりと固定し、脱落のリスクを最小限に抑えます。人工気胸の脱気と導入器の抜去後、圧力波形を再評価し、波形形態に変化がないことを確認することで、処置の最終段階におけるカテーテルのずれを排除します。これらのチェックは、人工呼吸管理の基本原則およびモニタリング18に準拠しています。最も一般的な技術的問題、想定される原因、認識基準、および corrective action をまとめた簡潔なトラブルシューティングガイドをTable 3に示します。
この手法の重要な利点は、胸腔を開かずに経皮的に胸膜へのアクセスが得られることです。低侵襲アプローチは、同一の実験目的を達成できる場合には一般的に好まれます。これは、手技による負担を軽減し、解剖学的構造への不要な乱れを回避できるためです19。このブタモデルにおいて、経皮的技法は準備時間を短縮し、開胸術を回避し、本来の胸壁のメカニクスを維持するのに役立つ可能性があります。ただし、開胸術ベースのアプローチとの正式な比較は行われていません。
それにもかかわらず、この手法にはいくつかの限界があります。カテーテルの設置に成功するかどうかは術者に依存しており、胸部超音波検査、経皮的胸膜アプローチ、およびセルディンガー法に関する経験が必要です。胸膜へのアプローチ中に肺実質を誤って穿刺することが手技失敗の主な原因となります。その結果として気胸が発生すると、その後のカテーテル設置ができなくなるためです。また、信頼性の高い圧力測定には、バルーンの適切な充填が不可欠です。バルーンの充填不足または過剰充填は、いずれも圧力測定値に影響を及ぼす可能性があり、データ収集前に最適な充填量を決定することの重要性が強調されます。あらゆる直接的胸膜圧測定法と同様に、胸膜圧はカテーテルが設置された部位でのみサンプリングされるため、胸膜腔全体の圧力分布ではなく、局所的な胸膜力学を反映することになります。手技の最後に注入した酸素を吸引しますが、完全な排出は画像診断なしには直接的に確認できません。そのため、残留した胸膜内酸素が検出されずに残り、絶対的な胸膜圧測定値に影響を与える可能性があります。これらの制約はあるものの、設置に成功したケースでは、動的な胸膜圧信号を生理学的に解釈することができました。
全体として、本プロトコルは、トランスレーショナルモデルにおいて局所的な胸膜圧を測定するための、簡便で低侵襲かつ生理学的根拠に基づいた手法を提供する。経皮的アプローチと局所的な圧力信号により、経肺圧、局所的な圧力分布、および呼吸力学のより広範な側面を調査する研究に適している。
開示事項
著者は開示すべき利益相反はありません。
謝辞
本研究は、NIHグラント R01HL177025およびR01HL171199の支援を受けて行われました。
材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 粘着テープ | 3M Tegaderm | 1624W | イントロデューサー留置前のカテーテル固定 |
| アニマルクリッパー | 3M クリッパー | 9661L | 胸部の除毛 |
| アトロピン（注射剤） | Sparhawk Laboratories inc. | NDC:58005-354 | 筋肉内前投薬 |
| コンピュータ断層撮影装置 | NeuroLogica | Omnitom Elite PCD; 1-NL5100-060 | ガイドワイヤー/カテーテルの位置および気胸の評価。 |
| データ収集ソフトウェア | ADInstruments | LabChart Pro 8.1.31 | デジタルフィルタリングなしの1,000 Hzでのデータ収集ソフトウェア |
| データ収集システム | ADInstruments | ML865 | 胸膜圧測定のため |
| 差圧トランスデューサー | Harvard Apparatus / Hugo Sachs | 73-3882 | 胸膜圧記録用圧力トランスデューサ |
| 使い捨て手術用タオル | Cardinal Health | CAT 28700-004 | 滅菌領域の準備（ステップ2.1） |
| 心電図 & パルスオキシメータモニター | Mindray | BeneView T5 | バイタルサインのモニタリング |
| 気管内チューブ、7.0 mm | Teleflex Medical | 参照 5-10314 | 気管挿管 |
| 食道バルーンカテーテル | Cooper Surgical | 参照 47-9005 | 胸膜腔内圧カテーテルとして使用（ステップ 2.1） |
| フェンタニル（注射剤） | Hikma | NDC 0641-6030-01 | 静脈内鎮痛法 |
| 滅菌ガーゼパッド | メドライン | 参照番号 NON21430LF | 部位の準備（ステップ 2.1） |
| ガイドワイヤー 0.025" × 33 cm | Teleflex Medical | 参照番号 AW-04025 | セルディンガー法について（ステップ 2.1） |
| 輸液ポンプ | Smiths Medical | Medfusion 4000 | 持続的麻酔投与 |
| イントロデューサーシース, 9 Fr | Cordis | REF 402-609X | 胸腔内カテーテル挿入用（ステップ 2.1） |
| 人工呼吸器 | Maquet – Getinge | Servo-I、容積制御換気 | |
| 眼科用軟膏 | Lodi Veterinary Care | NDC 17033-211-38 | 麻酔導入後の角膜保護 |
| 酸素100%（医療用） | Airgas | 該当なし | 制御下気胸のための |
| パンクロニウム（注射剤） | Selleck Chemicals | S2497 | 神経筋遮断 |
| ポビドン–ヨウ素溶液 | BICCA | CAT 3955-16 | 皮膚の消毒 |
| プロポフォール（注射剤） | ノーススター | NDC 16714-977-01 | 導入および維持 |
| 呼吸回路（ベンチレーター回路） | Medline | REF NON026370 | 標準回路 |
| 11番メス | バードパーカー | 参照 372611 | 皮膚切開（ステップ 2.1）について |
| 滅菌ドレープ | Medline | 参照 MDT2168286 | 滅菌領域の準備 |
| 滅菌手袋（ラテックス製） | バイオゲル | REF 31280 | 滅菌保護手袋 |
| 滅菌ガウン | ハリアード | 参照番号 95121 | 滅菌手術ガウン |
| 10 mL シリンジ | Medline | 参照 SYR110010 | 吸引・注入用（ステップ 2.1） |
| 50 mL シリンジ | BD | 参照 309680 | 胸腔内空気吸引（ステップ 2.1）用 |
| チレタミン–ゾラゼパム（注射剤） | Virbac | NADA 71805-06 | テラゾール；筋肉内鎮静 |
| Tuohy針、エコージェニック 18G × 100 mm | Pajunk | 参照番号 521185-31C | 胸腔穿刺（ステップ2.1）について |
| 超音波プローブ (Butterfly iQ+) | Butterfly Network | 950-20002-00 | iPad用Butterfly iQアプリと共に使用（ステップ2.1） |
| 超音波ソフトウェア／アプリケーション | Butterfly Network | Butterfly iQ 2.46; iPad 11 iPadOS 26 | iPad用Butterfly iQアプリ |
| キシラジン（注射剤） | Cronus Pharma | 有限責任会社 |
参考文献
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