우리는 양에서 장기적으로 깨어 있는 체외막 산소화(ECMO) 모델을 확립하기 위한 프로토콜을 제시합니다. ECMO 모델 동안 응고 시스템의 관리 및 평가에 특별한 주의를 기울입니다.
방법 논문
* These authors contributed equally
우리는 양에서 장기적으로 깨어 있는 체외막 산소화(ECMO) 모델을 확립하기 위한 프로토콜을 제시합니다. ECMO 모델 동안 응고 시스템의 관리 및 평가에 특별한 주의를 기울입니다.
이 연구는 양 모델에서 장기 각성 체외막 산소화(ECMO)가 응고 시스템에 미치는 영향을 조사하는 것을 목표로 했습니다. 총 10마리의 건강한 양이 연구에 포함되었으며 각 그룹에는 5마리의 양이 있었습니다. 정맥동맥 ECMO(V-A ECMO) 그룹에서는 오른쪽 경동맥과 오른쪽 외부 경정맥에서 캐뉼레이션을 수행했습니다. 정맥-정맥 ECMO(V-V ECMO) 그룹에서는 이중 루멘 카테터를 사용하여 오른쪽 외부 경정맥에 삽입했습니다. ECMO를 시작한 후, 양들은 마취에서 회복되어 7일 동안 깨어 있었습니다. 목표 활성화 응고 시간(ACT) 목표는 220-250초로 설정되었습니다. 두 그룹 모두에서 실제 ACT는 헤파린 용량이 점차 증가함에 따라 약 250초 동안 변동했으며, 실험이 끝날 때 거의 60IU/kg/min에 도달했습니다. 더욱이, 활성화된 부분 트롬보플라스틴 시간(APTT)과 트롬빈 시간(TT) 값은 동일한 용량의 헤파린을 투여받았음에도 불구하고 V-V ECMO 그룹에 비해 V-A ECMO 그룹에서 유의하게 높았습니다. 실험실 검사 결과는 정상적이고 합리적인 범위 내에서 변동했지만, 연구가 끝날 때 두 그룹 모두에서 신장의 경색 병소가 관찰되었습니다.
체외막산소화(ECMO)는 중증 환자에게 심폐 지원을 제공하여 생명을 구하는 중재 역할을 합니다. 정맥-동맥 ECMO(V-A ECMO)와 정맥 ECMO(V-V ECMO)의 두 가지 주요 형태로 분류됩니다1,2. V-A ECMO는 순환 부전을 경험하는 환자에게 사용되는 반면, V-V ECMO는 호흡 부전이 있지만 심각한 심혈관 기능 장애가 없는 환자에게 선호됩니다 3,4.
혈전증과 출혈은 ECMO 환자에서 흔히 발생하는 합병증이다5. ECMO 회로는 혈액을 인공 표면에 노출시켜 복잡한 응고 반응을 시작합니다6. 이러한 과정은 내피 손상과 미세순환 장애를 유발할 수 있으며, 이로 인해 중요한 장기의 기능 장애를 초래할 수 있습니다 7,8. 결과적으로, 효과적인 전신 항응고 관리는 ECMO 환자에게 중요한 것으로 간주됩니다. 그럼에도 불구하고 다양한 ECMO 관련 임상 환경에서 항응고 전략을 안내할 근거는 여전히 부족합니다.
안정적인 ECMO 동물 모델의 확립은 ECMO가 신체에 미치는 영향에 대한 통찰력을 제공할 수 있으며, ECMO 관리 전략의 최적화, ECMO 관련 합병증 감소 및 임상 실습에서 환자 결과 개선에 크게 기여할 수 있습니다. 양과 돼지와 같은 대형 동물은 인간의 생리학적 매개변수와 매우 유사하기 때문에 ECMO 모델을 구축하기 위한 주요 선택입니다 9,10. 그러나 이전의 대형 동물 ECMO 모델은 유지 관리 시간이 24시간 미만이었기 때문에 ECMO가 응고 시스템에 미치는 영향을 종합적으로 평가하기가 어려웠습니다11. 따라서 ECMO의 병태생리학적 기전을 철저히 탐구하기 위해 장기적인 ECMO 대동물 모델을 구축할 필요가 있습니다. 응고 시스템에 대한 ECMO의 효과를 조사하기 위해 장기간의 대형 동물 모델을 활용하면 임상 실습에 대한 보다 강력한 증거를 제공할 수 있습니다.
이 연구는 건강한 양에서 장기(7일) 깨어 있는 V-A 및 V-V ECMO 모델을 확립하는 것을 목표로 합니다. 전체 모델 수립 및 평가의 중심 초점은 항응고제의 관리입니다.
이 실험 프로토콜은 Fuwai 병원의 기관 동물 관리 및 사용 위원회(번호 0101-2-20-HX(X))의 승인을 받았습니다. 모든 절차는 미국 국립보건원(National Institutes of Health)의 실험실 동물의 사용 및 관리 가이드(Guide for the Use and Care of Laboratory Animals)에 설명된 지침을 준수했습니다. 이 실험은 Fuwai 병원 동물 실험 센터, 심혈관 임플란트 재료에 대한 전임상 연구 및 평가의 베이징 핵심 실험실에서 수행되었습니다(등록 번호. CNAS LA0009)에 의해 작성되었습니다. Fuwai 병원의 동물 실험 센터에서 요구하는 검역 기준을 충족하는 건강한 양이 연구에 활용되었습니다. 또한, 이 연구는 Animal Research: Reporting of In Vivo Experiments 가이드라인을 따랐습니다. 체중 범위가 50-65kg이고 연령 범위가 12-24개월인 수컷 스몰테일 한양( 재료 표 참조)은 수술 전 최소 일주일 동안 음식과 물을 자유롭게 이용할 수 있는 특정 병원체가 없는 환경에 수용되었습니다. 양들은 각각 5명의 개체로 구성된 두 그룹에 무작위로 배정되었습니다: Veno-Arterial ECMO(V-A ECMO) 그룹과 Veno-Venous ECMO(V-V ECMO) 그룹. 건강한 양의 선택은 유기체에 대한 ECMO 지원의 효과를 정확하게 평가해야 할 필요성에 의해 정당화되었습니다. 연구에 사용된 장비 및 시약은 재료 표에 나열되어 있습니다.
1. 동물 준비
2. 캐뉼레이션
3. ECMO의 개시
4. 수술 후 관리 및 모니터링
5. 안락사
전체 실험 기간 동안 총 10마리의 양을 평가했으며, 각 그룹에는 5마리의 양이 있었습니다(표 1). ECMO를 시작한 후 모든 양은 마취에서 회복되어 7일 동안 깨어 있었습니다. 두 그룹 모두에서 ECMO 유량이 1.8L/min을 초과했습니다. V-V ECMO 그룹에서는 유량이 약 1.8L/min으로 변동한 반면, V-A ECMO 그룹에서는 2.3L/min에서 1.8L/min 범위였습니다(그림 1A). 각 양의 활력 징후는 안정적으로 유지되었습니다. 혈중 젖산 수치는 두 그룹 모두에서 각성 후 60시간에서 180시간 사이에 1mmol/L 미만이었습니다(그림 1B). 7일 동안 ACT 수치는 약 220-250초를 유지하는 것을 목표로 했으며, 실제 ACT는 약 250초 동안 변동했으며(그림 1C), 헤파린 투여량은 점차 증가하여 실험이 끝날 때 거의 60IU/kg/min에 도달했습니다(그림 1D).
두 그룹 모두의 프로트롬빈 시간(PT)은 15초에서 32초 사이였습니다(그림 2A). V-V ECMO 그룹의 활성화된 부분 트롬보플라스틴 시간(APTT) 및 트롬빈 시간(TT)은 실험 전반에 걸쳐 특정 시점에서 V-A ECMO 그룹(APTT의 경우 통계적으로 유의한 차이)보다 낮았습니다(그림 2B, C). 각 그룹의 국제 정규화 비율은 약 1.5 부근에서 변동했습니다(그림 2D). 피브리노겐, 피브린 분해 산물, D-이합체 및 혈소판은 두 그룹 간에 유사하게 변동했으며 정상 범위 내에 머물렀습니다(그림 3).
두 그룹 모두에서 크레아티닌과 혈액 요소 질소의 혈중 수치는 실험 내내 정상 범위 내에서 유지되었으며 두 그룹 간에 통계적 차이는 없었습니다(그림 4). 또한, 두 그룹의 유체 균형은 0 부근에서 최소한의 변동을 보였으며 두 그룹의 CVP 측정값은 전체 연구에서 정상 범위 내에 유지되는 것이 관찰되었습니다(그림 5). 실험이 끝날 무렵, 두 그룹의 양은 실험실 결과가 정상적이고 합리적인 범위 내에서 변동했음에도 불구하고 신장에서 경색 병소를 나타냈습니다(그림 6 및 표 1).

그림 1: 기본 매개변수 모니터링. (A) 에크모 흐름. (b) 락. (C) 법. (D) 헤파린 용량. 락, 젖산; ACT, 활성화된 응고 시간; V-V ECMO, 정맥-정맥 체외막 산소화; V-A ECMO, 정맥 동맥 체외막 산소화. 값: 평균 ± SEM. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 응고 기능의 결과. (A) PT. (B) APTT. (C) TT. (D) 루피. PT, 프로트롬빈 시간; APTT, 활성화된 부분 트롬보플라스틴 시간; TT, 트롬빈 시간; INR, 국제 표준화 비율; V-V ECMO, 정맥-정맥 체외막 산소화; V-A ECMO, 정맥 동맥 체외막 산소화. 각 시점에서 두 그룹을 비교하기 위해 쌍을 이루지 않은 t-검정 을 수행했습니다. 값: 평균 ± SEM; *P < 0.05; P > 0.05가 표시되지 않았습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 두 그룹 모두에서 피브리노겐, 피브린 분해 산물, D-이합체 및 혈소판 수. (A) 피브리노겐. (B) FDP. (C) D-다이머. (D) PLT. FIB, 피브리노겐; FDP, 피브린 분해 제품; PLT, 혈소판 수; V-V ECMO, 정맥-정맥 체외막 산소화; V-A ECMO, 정맥 동맥 체외막 산소화. 각 시점에서 두 그룹을 비교하기 위해 쌍을 이루지 않은 t-검정 을 수행했습니다. 값: 평균 ± SEM; P > 0.05가 표시되지 않았습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 신장 기능 모니터링. (A) 크레아티닌. (B) 롤빵. V-V ECMO, 정맥-정맥 체외막 산소화; V-A ECMO, 정맥-동맥 체외막 산소화; BUN, 혈액 요소 질소. 각 시점에서 두 그룹을 비교하기 위해 쌍을 이루지 않은 t-검정 을 수행했습니다. 값: 평균 ± SEM; P > 0.05가 표시되지 않았습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: 유체 균형 및 CVP 값의 동적 변화. (A) V-V ECMO 그룹의 일일 유체 균형 변화. (B) V-A ECMO 그룹의 일일 유체 균형 변화. (C) CVP 모니터링. 각 시점에서 두 그룹의 CVP를 비교하기 위해 쌍을 이루지 않은 t-검정 을 수행했습니다. 값: 평균 ± SEM; P > 0.05가 표시되지 않았습니다. CVP, 중심 정맥압; V-V ECMO, 정맥-정맥 체외막 산소화; V-A ECMO, 정맥-동맥 체외막 산소화; PSD, 수술 후 당일. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 6: 두 그룹 모두에서 신장 해부학적 구조와 Hematoxylin-Eosin 염색. 눈금 막대 : 400 μm; 삽입 : 100 μm. V-V ECMO, 정맥-정맥 체외막 산소화; V-A ECMO, 정맥 동맥 체외막 산소화. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 양 수 | 성 | 무게 (kg) | 신장 병리학적 결과* |
| 바사1 | 남성 | 58 | 없음 |
| 바륨2 | 남성 | 54 | 없음 |
| 바륨3 | 남성 | 55 | 국소 소형 경색 |
| 바사4 | 남성 | 56 | 국소 소형 경색 |
| VA5 | 남성 | 57 | 국소 소형 경색 |
| VV1 | 남성 | 56 | 없음 |
| VV2 | 남성 | 60 | 없음 |
| VV3 시리즈 | 남성 | 63 | 없음 |
| VV4 시리즈 | 남성 | 59 | 없음 |
| VV5 시리즈 | 남성 | 60 | 국소 소형 경색 |
| *신장 병리학적 진단은 객관적인 평가를 얻기 위해 두 명의 독립적인 병리학자에 의해 수행되었습니다. | |||
표 1: 두 그룹에 대한 신장 병리학적 결과.
이 연구는 양의 V-V 및 V-A ECMO에 대한 강력하고 장기적인 생존 모델을 확립하기 위한 절차를 간략하게 설명합니다. 살아남은 모든 동물은 안정적인 활력 징후를 보였으며 심각한 출혈이나 응고 현상은 발생하지 않았습니다. ECMO 흐름 및 산소화 성능은 안정적으로 유지되었으며 주요 병리학적 손상은 관찰되지 않았습니다. 이 연구는 항응고 관리에 대한 자세한 정보를 제공합니다.
항응고 관리는 ECMO 수술 전후 치료에서 중요한 역할을 합니다. 초기에는 이전 연구를 기반으로 목표 ACT를 180-220초 14,15,16,17로 설정했습니다. 그러나 사전 실험 단계에서 산소공급기의 피브린 침착 및 혈전증(재료 표 참조)이 관찰되었으며, 이는 양에게 더 높은 항응고 수준이 필요함을 나타냅니다. 유의미한 출혈 징후가 없고 혈소판 수가 비교적 안정적이었음에도 불구하고 목표 ACT는 220-250초로 조정되었습니다. 항응고 표적의 이러한 조정은 양과 인간 사이의 혈액학적 차이를 강조합니다. 이러한 조정에 따라 산소공급기 내 섬유소 침착 및 혈전 형성이 감소하여 안정적인 산소공급기 성능을 발휘할 수 있었습니다.
전체 실험에 걸쳐, 양의 혈소판 수에서 경향이 관찰되었는데, 초기에는 감소한 후 증가가 뒤따르는 것이 특징이었습니다. 놀랍게도, 전혈 또는 혈소판 수혈을 받지 않았는데도 혈소판 수치가 회복되어 7일 째 되는 날에는 기준선 수준을 넘어섰습니다. 지속적인 헤파린 주입을 받은 건강한 양에서 혈소판 수치가 초기에 감소하는 것은 헤파린 유발 혈소판 감소증(heparin-induced thrombocytopenia)에 기인할 수 있다18. 후속 증가는 양의 응고 및 조혈 시스템 내의 보상 메커니즘에 의해 설명될 수 있습니다.
또한, APTT 및 TT 값은 건강한 양에게 동일한 용량의 헤파린을 투여할 때 V-V ECMO에 비해 V-A ECMO에서 현저하게 높았습니다. 이러한 관찰은 V-A ECMO가 헤파린 항응고 후 응고 매개변수에 더 잘 반응한다는 것을 시사합니다. 이전 코호트 연구에서는 V-A ECMO 지원을 받는 환자가 유사한 APTT 수치를 달성하기 위해 V-V ECMO 지원을 받는 환자에 비해 더 적은 용량의 헤파린이 필요하다는 점에 주목했습니다. 또한, V-A ECMO 환자는 응고 인자의 섭취가 증가한 것으로 나타났다19. 이러한 결과는 이 두 가지 ECMO 양식 간의 응고 관리에서 뚜렷한 고려 사항이 필요함을 총체적으로 나타냅니다.
거의 모든 실험실 검사 결과가 정상적이고 합리적인 범위 내에서 변동했지만, 실험 결과 두 그룹의 신장에서 경색 병소가 확인되었습니다. 이는 중요한 장기의 관류 및 응고가 ECMO 관리의 초점으로 남아 있음을 강조하며, 장기 상태를 평가하기 위해 실험실 검사만으로는 신뢰할 수 없다는 점을 강조합니다.
이 모델을 관리하는 동안 헤파린의 용량이 점진적으로 증가했는데, 이는 장기적인 ECMO 관리를 위한 동적 항응고를 나타냅니다. 그러나 정상 양에 대해 채택된 ECMO 항응고 전략은 중증 환자의 임상 시나리오에 직접 적용되지 않을 수 있습니다. 중증 질환의 복잡성과 염증 반응은 특히 COVID-19 환자에서 관찰된 것과 같은 후천성 과응고 및 과염증의 경우 환자의 지혈을 더욱 방해할 수 있습니다 7,20. 다양한 임상 상황에서 ECMO에 대한 항응고 전략은 여전히 중요한 임상적 고려 사항으로 남아 있습니다. 수술 전 기준선 응고 상태가 다양한 환자와 다른 임상 상황(V-V 및 V-A 모델)을 겪고 있는 환자를 위한 ECMO 항응고 전략을 조사하기 위해 향후 상세한 임상 시험이 필요합니다.
이 연구에서는 몇 가지 제한 사항이 지속되었습니다. 첫째, 가짜 그룹은 포함되지 않았습니다. 둘째, 혈액 섭취를 최소화하기 위해 염증 지표에 대한 동적 모니터링을 수행하지 않았습니다. 또한, 본 연구에서는 ECMO와 관련된 질병 동물모델을 확립하지 않았으며, 본 논문에서 기술한 ECMO 수술 후 관리는 임상과 다를 수 있다.
결론적으로, 항응고 관리를 위한 목표 ACT 값이 220-250초 사이인 장기 awake sheep ECMO 모델은 실현 가능하고 안정적인 것으로 나타났습니다. 응고 기능을 면밀히 모니터링하는 것 외에도 중요한 장기의 관류 기능은 ECMO 관리의 초점으로 남아 있습니다. 질병 동물 ECMO 모델에서 적절한 항응고 관리 전략을 탐구하기 위해 향후 추가 실험이 필요합니다.
저자는 공개할 내용이 없습니다.
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| ACT 분석기 | Hemochron, 미국 | Jr 시그니처 | |
| 마취기 | Dräger, 독일 | Primus | |
| 동맥 카테터 | Edwards Lifescience, USA | 18-Fr | |
| 혈액 화학 분석기 | IDEXX Laboratories, USA | Catalyst One | |
| 혈액 가스 분석기 | Abbott, 미국 | Abbott i-STAT1 | |
| 원심 펌프 | Jiangsu STMed Technologies, 중국 | STM CP-24 I | |
| 원심 펌프 드라이브 및 콘솔 | Jiangsu STMed Technologies, 중국 | OASSIST STM001 | |
| 응고 테스트 분석기 | Beijing Succeeder Technology, 중국 | SF-8050 | |
| 완전한 혈구 수 분석기 | Siemens Healthcare, 독일 | ADVIA 2120i | |
| 이중 채널 마이크로 주입 펌프 | Zhejiang Smith Medical Instrument, 중국 | WZS-50F6 | |
| 이중 루멘 카테터 | MAQUET Avalon Elite, 독일 | 23-Fr | VV-ECMO |
| Flurbiprofen | Beijing Tide Pharmaceutical Co., Ltd., 중국 | 5ml: 50mg | |
| GraphPad 소프트웨어 | GraphPad 소프트웨어, 미국 | GraphPad Prism v9.0 | 통계 분석 |
| Heparin | Shanghai Shangyao No.1 Biochemical Pharmaceutical Co., Ltd., 중국 | 2ml: 12500IU | |
| 고주파 전기 수술 | COVIDIEN, 미국 | Force F | |
| 다중 매개변수 의료 모니터 | Philips, 네덜란드 | MP60 | |
| 산소공급기 키트 | Medos, 독일 | Hilite 7000LT | |
| 산소공급기 키트 | Maquet, 독일 | BE-PLS 2050 | |
| 프로포폴 | 사이' Libang Pharmaceutical Co. Ltd, 중국 | 20ml: 0.2g | |
| 단일루멘 중앙 정맥 카테터 | TuoRen, 중국 | 18Fr | 혈역학적 모니터링 및 혈액 샘플링을 위해 왼쪽 경동맥에 삽입합니다. |
| 작은 꼬리 한 양 | Jinyutongfeng 상업 무역 유한 회사, 중국 | 체중 : 50-65 kg, 연령 : 12-24 개월 | |
| 트리플 루멘 중앙 정맥 카테터 | TuoRen, 중국 | 7Fr | 정맥 투여, 약물 주입 및 혈액 샘플링을 위해 왼쪽 경정맥에 삽입합니다. |
| 초음파 기계 | GE, 미국 | E9 | |
| 정맥 카테터 | Edwards Lifescience, 미국 | 24-Fr | |
| 인공호흡기 | Dräger, 독일 | 사비나 |
이 JoVE 논문의 텍스트 또는 그림 재사용 허가 요청
허가 요청