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방법 논문

삼첨판 기능 연구를 위한 새로운 우심실 용적 및 압력 부하 새끼 돼지 심장 모델.

1.3K 조회수

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DOI:

10.3791/61251

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2020년 7월 28일

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1Division of Pediatric Cardiology, Department of Pediatrics, University of Alberta, 2Department of Surgery, University of Alberta, 3Department of Laboratory Medicine and Pathology, University of Alberta, 4Department of Biomedical Engineering, University of Alberta, 5Department of Civil Engineering, University of Calgary, 6Faculty of Kinesiology, University of Calgary

이 논문에서

요약

우심실의 압력과 부피 과부하가 결합된 새로운 회복 새끼 돼지 심장 모델은 삼첨판 기능 연구를 위해 설명됩니다.

초록

삼첨판 판막(TV)이 부피 증가 또는 압력 스트레스 요인에 직면하는 심장 상태는 조기 판막 부전과 관련이 있습니다. 조기 TV 고장의 원인이 되는 근본적인 병태 생리학에 대한 이해를 높이기 위한 기계론적 연구는 부족합니다. 인간을 대상으로 이러한 연구를 수행할 수 없기 때문에 동물 모델이 필요합니다. 이 원고에서는 부피 및 압력 스트레스를 결합한 상태에서 TV의 변화를 연구하기 위한 새로운 만성 회복 유아 새끼 돼지 심장 모델에 대한 프로토콜을 설명합니다. 이 모델에서는 우심실과 TV의 부피 부하가 폐동맥 판막의 파괴를 통해 이루어집니다. 그런 다음 폐동맥 밴드의 배치를 통해 압력 부하가 이루어집니다. 이 모델의 성공 여부는 중재 수술 후 4주 후에 심장초음파검사, 심장내압 측정 및 심장 표본의 병리학적 검사를 통해 평가됩니다.

서론

일반 TV는 낮은 볼륨 및 압력 스트레스 환경에서 작동합니다. 그러나 TV가 선천적으로 기형이거나 심장 생리학적으로 우심실과 TV가 부피 증가(예: 예압) 및/또는 압력(후부하) 스트레스로 인해 어려움을 겪는 소아 및 성인 심장 질환이 있습니다(예: Fallot의 사지학, 엡스타인의 기형, 선천적으로 교정된 대동맥 전위, 심방 전환 시술 후 대동맥 전위, 심방 전환 시술 후 대동맥 전위, 특발성 폐고혈압 및 저형성 좌심 증후군. 이러한 심장 질환에서 TV는 조기 판막 고장에 걸리기 쉬우며, 이는 이환율과 사망률을 증가시킵니다 1,2,3,4,5. 이러한 심장 병변의 조기 TV 부전은 TV가 증가된 부피 및/또는 압력 스트레스 요인에 노출되는 것과 관련이 있을 수 있다는 가설을 세울 수 있지만 정확한 원인은 알려져 있지 않습니다. 지난 10년 동안의 연구에 따르면 또 다른 방실 판막인 승모판막은 스트레스 요인에 대응하여 구조적 변화를 이끌어낼 수 있는 능력이 있습니다 6,7,8. 그러나 현재의 문헌에는 스트레스 요인에 대한 TV 적응을 평가하는 기계론적 연구가 부족합니다. 이러한 측면은 부분적으로 그러한 연구를 가능하게 할 적절한 동물 심장 모델이 부족하기 때문일 수 있습니다.

문헌에는 우심실에 개별적으로 부피 또는 압력이 가해지는 모델이 있습니다. 그러나 우심실의 만성 압력과 부피 부하의 조합은 달성하기가 더 어려웠습니다. 문헌에는 우심실에 압력 부하를 가하기 위해 폐동맥 밴드를 배치하고 우심실에 체적 부하를 가하기 위해 심방 중격 결손을 생성하는 동물 모델이 있습니다9. 이 기술은 단단한 폐동맥 밴드가 존재하면 심방 중격 결손을 가로질러 오른쪽에서 왼쪽으로 션트가 발생할 수 있기 때문에 우심실의 만성적인 동시 압력 및 부피 부하의 목표를 달성할 수 없었습니다. 그 결과 심방 중격 결손이 더 이상 우심실에 체적 부하를 제공하지 않습니다. 심방 중격 오른쪽에서 왼쪽으로 션트는 청색증 동물10을 초래합니다. 이러한 복잡성을 극복하기 위해 이 모델은 자연적으로 존재하는 심방 중격 결손이 있는 동물을 제외해야 합니다.

다른 모델들은 새끼 돼지의 저형성 좌심 증후군에 대한 하이브리드 I기 완화 수술을 활용했다11. 이것은 우심실의 압력과 체적 부하를 결합할 수 있는 회복 모델입니다. 그러나 이 시술에는 재정적으로 엄두를 낼 수 없는 값비싼 풍선 팽창 스텐트가 필요합니다. Zeltser et al.12 및 Lambert et al.13 의 연구는 우심실 유출로와 폐동맥 판막을 절단한 다음 그 위에 폴리테트라플루오로에틸렌 패치를 꿰매어 Fallot 복구 기술의 경환형 패치 테트라로지를 모방하여 우심실에 부피를 가하는 것을 포함합니다. 그런 다음 우심실의 압력 부하가 폐동맥 밴드의 배치를 통해 이루어집니다. 이 모델은 기술적으로 까다로울 수 있으며 우심실 유출로에 심실 절개술 흉터를 남겨 RV 기능과 TV 기능에 영향을 미칠 수 있다는 단점이 있습니다.

이 연구는 심실 절제술 없이 우심실에 가해지는 압력 증가와 체적 스트레스를 결합한 혁신적인 만성 회복 새끼 돼지 심장 모델을 설명합니다. 이 모델은 압력 및 부피 스트레스 요인의 만성적 동시 증가에 대한 TV 적응 변화에 대한 기계론적 연구를 가능하게 합니다.

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프로토콜

이 원고의 프로토콜과 절차는 수의사의 감독 하에 개발되었으며 캐나다 동물 관리 위원회의 지침과 실험실 동물의 관리 및 사용에 대한 지침에 따라 수행되었습니다. 이 프로토콜은 앨버타 대학교(University of Alberta)의 기관 동물 관리 위원회(institutional animal care committee)의 승인을 받았습니다. 원고 절차에 관련된 모든 개인은 적절한 생물 안전성 교육을 받았습니다.

1. 시술 전 준비, 마취 및 접근

  1. 동물 포함 및 제외 기준.
    1. 포함 기준: 이 모델에는 생후 4주에서 5주 사이에 암컷과 수컷 듀록 교잡 새끼 돼지를 모두 사용합니다. 이 연령대의 새끼 돼지는 생후 4개월에서 6개월 사이의 유아와 동등한 인간 성숙도를 가지고 있습니다.
    2. 제외 기준: 심방 중격 결손 및/또는 특허관 동맥관(심초음파로 평가), 심장 또는 심장외 기형이 있거나 감염성 질환이 의심되는 새끼 돼지를 제외합니다.
  2. 적응을 위해 수술 최소 5-7일 전에 새끼 돼지를 수용 시설로 이송합니다.
  3. 수술 하루 전에 새끼 돼지를 검사하여 수술에 적합한지, 기침, 구토, 설사, 창백함, 쇠약, 무기력 또는 피부 병변과 같은 질병의 징후가 없는지 확인하십시오.
  4. 수술 전 최소 3시간 동안 고형 사료를 빠르게 섭취하여 수술 시간까지 물을 마실 수 있습니다.
  5. 새끼 돼지를 수술실로 옮깁니다.
  6. 근육 주사를 통해 아트로핀(0.04mg/kg), 미다졸람(0.2mg/kg) 및 케타민(2mg/kg)의 절차적 사전 투약을 투여합니다. 또한 수술 전후 진통을 위해 부프레노르핀(0.01mg/kg)의 서방성 제제를 피하로 투여합니다.
  7. 수술대에 재순환하는 물 담요를 놓고 초기에 수온을 약 40°C로 설정합니다. 새끼 돼지의 심부 체온을 38.0에서 39.5 °C 사이로 유지하기 위해 물 담요 온도를 조정합니다.
  8. 턱이 완전히 이완되면 후두에 리도카인 1%를 분사합니다. 휴대용 맥박 산소 농도계 모니터링으로 표준 기관내 삽관을 수행합니다.
  9. 모니터링 장비의 적절한 기능을 확인, 부착 및 확인하십시오 : 맥박 산소 측정기, 카프 노 그래프, ECG 원격 측정 리드 및 온도 프로브.
  10. 수술 중 마취를 위해 새끼 돼지에게 흡입된 이소플루란(2-5%)을 투여하고 마취 깊이에 따라 조정합니다. 심박수, 호흡수 및 호흡 패턴, 산소 포화도, 눈꺼풀 및 금단 반사 반응을 평가하여 마취 깊이를 모니터링합니다.
  11. 다음 초기 인공호흡기 설정을 사용하십시오: PEEP 4cmH2O, 일회 호흡량 8-10mL/kg 및 흡기 대 호기 비율 1:1. 인공호흡기 비율은 26-36/분 사이이며, 현장 진료 혈액 가스 분석기를 사용하여 분석된 동맥혈 가스에서 35-42mmHg 사이의 pCO2 를 달성하도록 조정되었습니다.
  12. 새끼 돼지를 누운 자세로 놓습니다. 시술 중 윤활을 위해 양쪽 눈에 멸균 안과 연고를 바르십시오.
  13. 수술 부위의 수염을 면도합니다. 멸균 거즈와 소독제 스크럽(포비돈-요오드 7.5%)을 사용하여 가슴 내부에서 외부로 3회 원을 그리며 소독합니다. 멸균 거즈로 여분의 스크럽 용액을 닦아냅니다. 무균 기술을 사용하여 수술 부위(목과 가슴 왼쪽)와 주변 부위를 드레이프합니다.
  14. 변형된 Seldinger 기법을 사용하여 경동맥(3.5 프렌치 단강 카테터 또는 24 게이지 IV 카테터)과 내부 경정맥(5개 또는 6개의 프렌치 이중 또는 삼중 루멘 카테터) 모두에 중앙 카테터를 배치하여 약물 전달 절차 중 압력 모니터링, 혈액 샘플링 및 정맥 접근을 가능하게 합니다.
  15. 수술 전후 패혈증 예방을 위해 세파졸린(30mg/kg)을 정맥 주사하고 복압성 궤양 예방을 위해 라니티딘(1mg/kg)을 투여합니다. 중심 정맥 카테터를 통해 정맥 주사 유지 유체(D5WNS)를 시작합니다.

2. 폐동맥 판막 교두의 바이옵톰 파괴

  1. 수술 평면을 확인한 후 세 번째 늑간 공간에서 좌흉술을하여 주요 폐동맥을 시각화 할 수있는 적절한 노출을 보장합니다.
  2. 멸균 젤과 슬리브를 사용하여 좌측 개흉술을 통해 심외막 심초음파 검사를 수행하여 심방 중격 결손, 특허 동맥관 결손의 존재 여부를 평가한 다음 폐 및 삼첨판 판막을 통해 선천적 기형을 평가합니다.
  3. 왼쪽 개흉술 절개를 통해 주폐동맥(MPA)에 지갑 끈 봉합사를 놓고 올가미에 부착합니다.
  4. 바늘 흡입기를 사용하여 지갑 끈 봉합사 중간에 MPA를 뚫고 와이어를 전진시킵니다. 와이어를 통해 MPA 절개 부위를 통해 맞춤형으로 설계된 플랜지형 7-프렌치 카테터 피복을 전진시킵니다. 카테터 플랜지 주위에 지갑 끈 봉합사를 감아 MPA 표면에 카테터를 단단히 고정하고 올가미를 조일 수 있습니다(그림 1).
  5. 이광안체(bioptome)를 칼집에 도입하고 심외막 심초음파(epicardial echocardiographic) 유도에 따라 폐동맥 판막으로 진행합니다.
  6. 직접 심외막 심초음파 시각화에서 바이옵톰을 사용하여 폐동맥 판막 교두의 교합을 고정합니다. 바이옵톰을 빼내면 교두 파열이 발생하고 폐동맥 판막이 파괴됩니다.
    1. 중등도에서 중증의 폐 역류를 달성하기 위해 필요에 따라 이 과정을 반복합니다. 이것은 분지 폐동맥에서 맥파 도플러 심문을 사용하여 평가됩니다. 우리는 시술 시점에서 0.6에서 0.7 사이의 역-순방향 속도 시간 적분(VTI) 비율을 달성하는 것을 목표로 합니다. 만족스러우면 바이옵톰을 철회합니다.
  7. 시술 중 정상 혈압을 유지하기 위해 필요에 따라 에피네프린(0.05 - 0.15 μg/kg/분) 및/또는 노르에피네프린(0.05 - 0.15 μg/kg/분)을 정맥 주사합니다(평균 전신 동맥 혈압 60 – 80 mmHg).

3. 폐동맥 밴드의 배치

  1. 이전에 배치된 피복을 통해 단일 루멘 5-프렌치 제대 카테터를 삽입하고 폐동맥 밴드를 배치하는 동안 RV 압력 모니터링을 위해 우심실(RV)로 전진시킵니다.
  2. 보강과 강도를 위해 실라스틱 밴드의 중간을 통해 실크 또는 합성 꼰 비흡수성 봉합사를 짜십시오. 이 실라스틱 밴드를 폐동맥 판막 사이와 카테터 천자 부위 근위부의 MPA 주위에 감습니다.
  3. 직접 RV 압력 측정을 통해 폐동맥 밴드를 조이고 혈관 클립을 사용하여 ≥60%의 전신 RV 수축기 혈압을 달성하도록 조정합니다. 원하는 압력에 도달하면 봉합사를 묶어 폐동맥 밴드를 고정합니다.
  4. 탯줄 카테터를 폐동맥 밴드를 가로질러 원위 MPA로 전진시켜 폐동맥 밴드 구배를 뒤로 당깁니다. 제대 카테터와 덮개를 제거합니다.
  5. 지갑 끈 봉합사를 묶어 MPA 천자 부위를 닫습니다(그림 2).
  6. 왼쪽 개흉술 절개 부위를 첫 번째 층은 비흡수성 봉합사를 사용하여 3단으로 봉합한 다음 흡수성 봉합사를 사용하여 근육층을 봉합합니다. 스킨 스테이플을 바르고 피부층을 닫습니다.
  7. 국소 진통제를 위해 부피바카인(0.5%, 최대 용량 2mg/kg)으로 피부 절개 부위에 침투합니다. 이전에 투여된 피하 서방형 부프레노르핀 외에 수술 후 진통제를 위해 멜록시캄(0.2mg/kg)을 1회 정맥 투여합니다.
  8. 동맥 중심선과 정맥 중심선을 모두 제거하고 혈관을 묶어 지혈을 보장합니다.
  9. 절개 부위에 히비탄 크림(클로르헥시딘 1%)을 바르고 절개 부위를 덮을 붕대 드레싱을 고정합니다.
  10. 흡입 이소플루란을 끕니다. 새끼 돼지가 적절한 기도 보호 메커니즘으로 스스로 숨을 쉴 수 있게 되면 수술 후 회복 모니터링 및 관리를 통해 발관합니다.
  11. 절개 감염의 예방을 위해 새끼 돼지에게 경구용 세팔렉신 30mg/kg BID를 5일 동안 경험적으로 투여합니다.

4. 심초음파검사

  1. 색상 도플러 및 등급별로 폐 역류를 정성적으로 평가합니다.0에서 4 [0 = 없음, 1 = 사소한 (단일 좁은 제트), 2 = 경미한 (제트 <길이가 10mm, 근위 제트 폭 대 RV 유출로 비율 < 0.25), 3 = 중간 (RV 유출로 비율에 대한 근접 제트 폭이 0.25에서 0.65 사이인 단일 또는 다중 제트), 및 4 = 심각(RV 유출 지역 비율에 대한 근위 제트 폭이 > 0.65인 넓은 제트)].
    1. 중재 그룹에서는 분지 폐동맥에서 맥파 도플러를 사용하여 역-순방향 속도 시간 적분(VTI) 비율을 측정하여 폐 역류를 반정량화합니다(그림 3).
    2. 색 도플러 평가[0 = 없음, 1 = 경미(단일 좁은 제트), 2 = 경미(여러 개의 좁은 제트), 3 = 보통(넓은 제트가 우심방의 중간 부분에 도달함), 4 = 심각(넓은 제트가 우심방의 뒤쪽 벽에 도달)]을 통해 삼첨판 역류의 중증도를 정성적으로 평가합니다. 폐동맥 및 삼첨판 역류 등급 시스템은 모두 현행 지침 14,15,16,17,18,19를 따릅니다.
  2. 정점 4챔버 보기에서 이완기 말기와 수축기 말기에서 우심실 경계에 의해 결합된 영역을 추적하여 측정한 우심실 분획 영역 변화(RV FAC)를 사용하여 우심실 수축기 기능을 평가합니다. RV FAC를 두 영역 간의 차이로 계산하며, 이는 이완기 RV 말단 영역의 백분율로 표시됩니다. RVFAC 값이 35%< 비정상적인 RV 수축기 기능20을 나타냅니다.

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결과

모델 검증을 위해 폐동맥 판막 파열 및 폐동맥 밴드 배치로 좌개흉술을받은 10 마리의 새끼 돼지 (중재 그룹, IP)를 좌측 개흉술을 받은 10 마리의 연령 및 성별 대조군 새끼 돼지 (대조군, CP)를 비교했습니다. 기준선에서, 중재 전, 모든 새끼 돼지는 정상적인 우심실 기하학적 구조와 기능을 가진 폐 역류가 없거나 경미했습니다. 대조군에는 가벼운 삼첨판 역류를 보이는 새끼 돼지가 한 마리 있었습니다. 나머지 모든 새끼 돼지는 전혀 또는 사소한 삼첨판 역류가 없었습니다. 개흉술 후 대조군에서 삼첨판 또는 폐 역류에 대한 급성 변화는 없었다. 중재 후, 중재군의 모든 새끼 돼지는 중등도에서 중증의 폐 역류를 보였으며 한 새끼 돼지에서 삼첨판 역류가 경미한 것에서 경증으로 증가했습니다. 우심실 수축기 기능은 두 그룹 모두에서 정상이었다. 중재군에서는 중재수술의 실현 가능성이나 용이성 측면에서 성별 간에 차이가 없었다.

4주간의 회복 기간 후, 새끼 돼지는 RV 압력의 직접 심장 ...

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토론

이 새로운 심장 모델을 개발하는 동안 몇 가지 고려 사항이 최종 모델 설계에 영향을 미쳤습니다.

새끼 돼지의 나이와 수술 노출
현재의 새끼 돼지 모델을 공식화하기 전에, 이 팀은 절차적 계기 및 노출이 적절한 연령 범위를 결정하는 것을 목표로 생후 1주에서 6주에 이르는 새끼 돼지 사체에 대해 작업했습니다. 수술 절차에는 직접적인 심장 초음파 안내가 필요했기 때문에 새끼 돼지는 심외막에 심장 초음파 프로브를 배치할 수 있는 적절한 크기와 시술 장비를 움직일 수 있는 충분한 공간이 있어야 했습니다. 이 연구에서 우리는 좌측 측면 개흉술이 시술을 위해 주요 폐동맥에 가장 잘 노출된다는 것을 확인했습니다. 또한, 생후 3주에서 4주 경의 새끼 돼지가 수술에 적합한 크기라는 것을 발견했다. 새끼 돼지를 사육한 University of Alberta Swine Research and Techn...

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공개 사항

저자는 공개하지 않습니다.

감사의 글

이 연구 작업은 여성 및 아동 병원 연구소(Women and Children's Hospital Research Institute)를 통해 스톨러리 아동 병원 재단(Stollery Children's Hospital Foundation)이 제공한 넉넉한 보조금을 통해 지원되었습니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
Drugs
1% 리도카인 스프레이WDDC103365Lidodan 30mL
아트로핀 나트륨 주사WDDC/Rafter 8 제품0.5mg/mL
부피바카인WDDC/Sterimax5mg/mL
부프레노르핀 HCl 서방형 주사Chiron Compounding Pharmacy1mg/mL
부프레노르핀 레귤러WDDC/Champion Alstoe121378Vetergesic 0.3mg/mL
세파졸린WDDC/Fresenius Kabi1020161g/바이알
세팔렉신 캡슐WDDC/NovopharmNovo-Lexin 250mg/캡슐
에피네프린WDDC아드레날린(1:1000) 1mg/mL
푸로세미드 정제WDDC/Novopharm10mg 정제
요오드 스크럽/스프레이Cardinal HealthKF22422 Betadine 브랜드
케타민 염산염 주사WDDC/베토퀴놀131771Narketan 100mg/mL
미다졸람WDDC/Sandoz1011005mg/mL
노르에피네프린WDDC1mg/mL
펜토바르비탈 나트륨WDDC/Bimeda-MTC127189안타닐 240mg/mL
라니티딘 주사WDDC25mg/mL
라니티딘 정제Sanis300mg 정제
수술용 스크럽 스폰지Stevens333-3774794% CHG 수술용 비누 스크럽 브러시
<강력한>장비
24G 말초 IV 카테터BDInsyte-N
5Fr 이중 루멘 중앙 정맥 카테터화살표CS-1450220cm
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) , 기 대

참고문헌

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