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방법 논문

돼지 등에 무선 원격 측정 장치를 이식하기 위한 수술 기법

819 조회수

⸱

DOI:

10.3791/67810

⸱

2025년 8월 15일

 ,  , 
1Center for Preclinical Surgical & Interventional Research, The Texas Heart Institute

이 논문에서

요약

불편함 없이 지속적인 모니터링이 가능한 돼지에 원격 측정 장치를 이식하기 위한 새로운 수술 기술이 개발되었습니다. 장치는 뒷면에 배치되어 자극과 감염 위험을 최소화합니다.

초록

원격 측정 장치는 전임상 심혈관 연구에 필수적이며, 실험 동물의 심전도, 온도, 호흡과 같은 생리학적 매개변수를 중단 없이 지속적으로 모니터링할 수 있습니다. 복강 내 배치와 같은 전통적인 방법은 특히 엎드려 누워 있는 습관으로 인해 돼지의 경우 불편함을 유발할 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 동물의 편안함을 개선하고 신호 품질을 유지하는 것을 목표로 돼지에 무선 원격 측정 장치를 이식하는 새로운 수술 기술이 개발되었습니다. 이 연구에는 40마리의 요크셔 돼지(20-30kg)가 참여했습니다. 원격 측정 장치는 뒤쪽에 이식되었습니다. 척추 측면에 2인치 절개를 한 후 뭉툭하게 절개하여 광배근 근막 아래에 주머니를 만들었습니다. 장치를 삽입하기 전에 감염을 방지하기 위해 주머니를 반코마이신 용액으로 처리했습니다. 리드는 고정되었고 현장은 층층적으로 폐쇄되었습니다. 모든 돼지는 수술 후 강력하고 지속적인 원격 측정 신호를 보였습니다. 180일의 추적 관찰 기간 동안 감염 사례는 단 2건만 발생했습니다: 하나는 항생제로 관리되었고 다른 하나는 장치 제거가 필요했습니다. 심각한 출혈이나 원격 측정 신호의 손실은 관찰되지 않았으며 모든 동물은 연구가 끝날 때까지 생존했습니다. 이 새로운 기술은 돼지에 원격 측정 장치를 이식하는 신뢰할 수 있는 방법을 제공하여 불편함과 감염 위험을 줄이는 동시에 고품질 생리학적 데이터를 제공합니다. 이는 전임상 심혈관 연구에서 더 광범위하게 사용되어 동물 복지와 데이터 신뢰성을 모두 향상시킬 수 있는 가능성을 가지고 있습니다.

서론

원격 측정 장치는 특히 심근경색의 동물 모델을 사용한 연구에서 심혈관 생리학에 대한 이해를 높이는 데 중추적인 역할을 합니다. 중요한 매개변수 및 심전도(ECG) 판독값을 포함한 생리학적 신호를 지속적으로 모니터링할 수 있게 함으로써 이러한 장치는 심장 사건 중에 발생하는 동적 변화에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다. 돼지와 같은 동물 모델이 인간의 심혈관 반응을 모방하는 데 중요한 역할을 하는 전임상 연구에서 원격 측정 장치는 필수 도구가 되었습니다1. 자유롭고 자유롭게 움직이는 동물의 ECG를 지속적으로 기록하는 능력은 심근경색의 영향에 대한 미묘한 관점을 제공하여 연구자들이 심장 기능의 실시간 변화를 포착할 수 있도록 해줍니다.

심근경색의 동물 모델을 대상으로 한 연구에서 이식형 원격 측정 장치는 뚜렷한 이점을 제공합니다. 이는 동물의 자연스러운 행동에 대한 방해를 최소화하면서 심박수와 같은 중요한 매개변수의 측정을 용이하게 하여 외부 장치에 의해 도입된 잠재적인 교란 요인을 제거합니다2.

이러한 장치에는 외과적 이식 지침이 포함된 설명서가 함께 제공되는 경우가 많지만, 다른 연구 및 동물 모델에는 설명서에 있는 것과 다른 이식 기술이 필요할 수 있습니다. 복강 내 또는 목 배치와 같은 전통적인 원격 측정 이식 부위는 잠재적인 불편함, 대퇴골 접근 방해, 움직임 제한 및 감염 위험 증가를 포함하여 확장된 심혈관 연구에 사용되는 돼지 모델에 단점을 나타냅니다 1,2,3. 따라서 구속되지 않은 돼지의 장기 모니터링과 양립할 수 있는 대체 접근 방식이 필요했습니다.

불편함을 유발할 수 있는 전통적인 복강 내 배치 또는 다른 연구에서 돼지의 성공률이 낮은 목 배치와 비교할 때 이 등쪽 접근 방식은 데이터 품질을 유지하면서 복지를 개선하는 것을 목표로 합니다.

이 연구의 주요 목표는 동물의 편안함과 신뢰성을 보장하기 위해 돼지 등에 무선 원격 측정 장치를 이식하는 새로운 수술 기술을 개발하고 검증하는 것이었습니다. 목표는 장기간(최대 180일)에 걸쳐 지속적인 ECG 모니터링의 이점을 활용하는 것이었습니다. 이 기술은 돼지에서 불편함, 제한된 이동성, 혈관 접근 방해 및 감염의 상당한 위험과 관련된 전통적인 이식 방법(예: 복강 내, 사타구니 및 목 배치)에서 관찰된 한계에 대응하여 개발되었습니다. 우리는 동물 복지를 강화하고, 수술 후 합병증을 줄이고, 구속되지 않은 동물의 장기 모니터링 동안 신뢰할 수 있는 신호 품질을 유지하기 위해 이 새로운 등쪽 접근법을 개발했습니다.

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프로토콜

모든 동물 절차는 텍사스 심장 연구소의 기관 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC)의 승인을 받았습니다. 동물에게 EMKA easyTEL+L-EEEETA 디지털 시스템(https://www.emkatech.com/product/easytel-large-animals/)을 이식했습니다.

1. 실험동물의 수술 전 준비

  1. 체중이 20kg에서 30kg 사이인 성별의 요크셔 돼지를 사용하십시오. 마취 시작 12-24시간 전에 돼지에게 먹이를 주지 말고 물에 접근할 수 있도록 하십시오.

2. 진정 및 마취

  1. 텔라졸(틸레타민 및 졸라제팜; 2-6 mg/kg 근육주사[IM]) 및 아트로핀 설페이트(0.02-0.05 mg/kg IM)를 투여합니다. 약물이 진정을 유도할 때까지 10-15분 동안 기다린 다음 돼지를 준비실로 이송합니다. 턱 긴장도가 없고 발가락 꼬집기에 대한 반응이 없어 적절한 마취를 확인합니다. 마취 중 각막 건조를 방지하기 위해 양쪽 눈에 안용 연고를 바르십시오.
  2. 안면 마스크를 착용하여 적절한 턱 긴장도 이완으로 기관내 삽관이 허용될 때까지 산소와 이소플루란을 3%로 투여합니다.
  3. 성대를 직접 볼 수 있는 상태로 돼지를 삽관하십시오. 돼지를 용적 인공호흡기에 연결하고 O2 (40%-100%)에서 이소플루란 흡입(0.5%-3.0%)으로 마취를 유지합니다.
  4. 정맥(IV) 카테터를 귀 정맥에 삽입합니다. 외측 귓바퀴 정맥 위의 부위를 면도하고 70% 이소프로필 알코올로 소독한 다음 포비돈-요오드 용액으로 소독합니다. 무균 기술을 사용하여 20-22G 카테터를 정맥에 삽입한 다음 의료용 테이프로 카테터를 고정하고 멸균 식염수로 세척하여 개통성을 확인합니다.
  5. 부프레노르핀(Buprenex; 0.005-0.015 mg/kg IM), 플루닉신 메글루민(1.1-2.2 mg/kg IV 또는 IM) 및 세프티오푸르(Naxcel; 3-5 mg/kg IM)를 투여합니다.
  6. 전극 배치를 위해 전기 가위를 사용하여 가슴, 등 위쪽, 허리 및 네 팔다리의 원위 부분, 특히 발굽 앞쪽 부위를 면도하여 전극 배치를 위해 피부를 완전히 노출시킵니다. 70% 이소프로필 알코올에 적신 멸균 거즈로 면도한 모든 부위를 청소하고 중앙에서 바깥쪽으로 원을 그리며 닦아 멸균 드레이핑을 준비합니다. 네 팔다리 모두에 접착식 ECG 전극을 배치하여 단단한 피부 접촉을 보장하여 신호 아티팩트를 최소화합니다.

3. 수술 절차

  1. 수술실에서 돼지를 복부 위치의 테이블 위에 놓습니다. 이소플루란 흡입(0.5%-3.0%)으로 마취를 유지합니다. 10-15 mL/h에서 혈장용해질의 IV 주입을 시작합니다.
  2. 수술 부위 준비
    1. 왼쪽 등 상부와 주변 면도부(약 15cm x 15cm)의 수술 절개 부위를 70% 이소프로필 알코올에 적신 멸균 거즈로 청소합니다. 거즈에 눈에 보이는 먼지나 이물질이 남지 않을 때까지 중앙에서 바깥쪽으로 닦습니다. 알코올을 완전히 자연 건조시키십시오.
    2. 포비돈-요오드 스크럽 용액과 멸균 거즈를 사용하여 멸균 수술용 스크럽을 수행합니다. 절개선에서 시작하여 확장되는 원을 그리며 바깥쪽으로 움직이면서 단단한 원을 그리며 스크럽을 바릅니다. 필요에 따라 신선한 거즈를 사용하여 최소 5분 동안 계속 문지릅니다.
    3. 멸균 거즈 또는 스폰지 스틱으로 포비돈-요오드 용액을 바르고 다시 중앙에서 바깥쪽으로 움직입니다. 이 최종 페인트 층을 완전히 자연 건조시키십시오. 닦아내지 마십시오.
    4. 멸균 수술용 드레이프로 준비된 수술 부위를 격리합니다.
  3. 절개 부위의 해부학적 랜드마크를 식별합니다. 이 랜드마크는 척추(위쪽 경계), 견갑골(왼쪽 경계) 및 승모근의 아래쪽 경계(오른쪽 경계; 그림 1).
  4. 10번 칼날을 사용하여 척추에서 측면으로 약 2인치 떨어진 곳에 2인치 세로 절개를 합니다.
  5. 표피를 절개한 후 전기 소작을 사용하여 피하 조직을 통해 전진한 다음 승모근을 분할합니다. 모든 근막층을 나누는 데 특별한 주의를 기울이십시오.
  6. 내부 근막층이 분할되면 검지와 중지로 무딘 해부를 사용하여 이 층에 주머니를 만듭니다. 견갑골 끝이 손가락 끝이 닿는 곳에 있는지 확인하십시오. 해부 후 견갑골 끝은 주머니 범위에서 만져질 수 있습니다(그림 2).
  7. 원격 측정 장치가 피부 절개 부위의 장력을 최소화하면서 주머니에 맞는지 확인하십시오. 주머니에서 장치를 꺼냅니다.
  8. 반코마이신(1g)을 50mL의 0.9% 식염수와 혼합하고 약 10mL의 혼합물을 주머니에 1-2분 동안 넣습니다. 거즈 패드로 여분의 용액을 제거하십시오.
  9. 14Fr 혈관관을 사용하여 그림 2와 같이 와이어를 배치합니다.
    1. 혈관 관을 삽입하여 측면에서 내측으로, 바깥쪽에서 내부 방향으로 이동합니다. 근육 아래의 바늘을 주머니 쪽으로 향하게 합니다. 몸의 3분의 1만 보일 때까지 바늘을 전진시킵니다. 바늘을 제거하고 카테터 끝에서 카테터 허브까지 카테터를 통해 리드를 끼웁니다.
    2. 1인치에서 2인치 사이의 납을 노출시키십시오. 충분히 노출된 납은 다른 납을 배치하는 동안 피하에서 손실되는 것을 방지합니다. 카테터를 제거합니다.
    3. 하나의 컬러 리드(노란색, 빨간색, 녹색 또는 파란색)를 삽입한 다음 즉시 포켓 반대쪽에 해당 반대쪽 투명 리드를 삽입합니다. 각 쌍을 한 번에 한 쌍씩 함께 삽입하여 원격 측정 장치의 배열과 일치시키고 배치 중 혼동을 방지합니다. 컬러 및 투명 리드는 각 ECG 채널에 대해 차동 쌍을 형성하여 양극 신호 수집을 가능하게 하고 전기 노이즈를 줄입니다. 모든 리드 쌍에 대해 이 프로세스를 순차적으로 반복합니다. 검은색 접지 리드를 마지막으로 삽입합니다. 이 접근 방식은 일관된 리드 방향과 정확한 신호 전송을 보장합니다(그림 3).
    4. 모든 리드가 배치되면 리드의 끝이 피부 아래에 거의 닿지 않도록 전선을 당깁니다. 피부 수준에서 리드가 보이지 않는지 확인합니다(그림 3).
  10. 손을 가이드로 사용하여 모든 전선을 고리로 모아 무거운 실크로 묶습니다.
  11. 장치와 리드 번들을 주머니에 넣습니다. 장치가 평평하게 놓이고 방향이 올바른지 확인하십시오. 장치의 한쪽에는 다음과 같은 지침이 표시되어 있습니다.
  12. 측면 가장자리가 견갑골의 만져질 수 있는 꼬리 가장자리의 내측에 최소 1-2cm가 되도록 장치를 주머니 안에 배치합니다. 계속하기 전에 돼지의 왼쪽 앞다리를 가동 범위를 통해 부드럽게 조작하여 장치가 견갑골에 크게 충돌하거나 문지르지 않는지 확인하십시오.
  13. 장치 판독값이 수신기와 컴퓨터로 전송되는지 확인합니다(그림 4).
    참고: 성공적인 전송은 심박수를 정확하게 측정하고, 리듬을 평가하고, QRS 복합체를 식별하는 전송으로 정의됩니다. 원시 신호는 완벽하게 등전적이거나 아티팩트가 없을 수 있습니다.
  14. 지혈을 확인하십시오. 1-0 Vicryl로 근육층을 닫습니다. 반코마이신 혼합물을 근육층 위에 바르십시오. 흡수될 때까지 1-2분 동안 기다립니다.
  15. 2-0 Vicryl로 피하층을 닫습니다. 절개 부위를 스테이플링하고 티슈 접착제를 바릅니다.

4. 수술 후 관리

  1. 중환자실 입원 시점부터 활력 징후(심박수, 호흡수, 체온)를 시간별로 모니터링하고 기록합니다. 인공호흡기를 사용하는 동안 자발적인 호흡 노력, 씹는 반사의 존재, 흉골 누운 자세를 유지하는 능력을 포함하여 발관 기준이 충족될 때까지 돼지를 지속적으로 평가합니다. 발관은 이러한 임상 지표를 기반으로 해야 하며 동맥혈 가스 측정으로 뒷받침되어야 합니다.
  2. 발관 후 매시간 모니터링을 계속하십시오. 돼지가 생리적 안정성을 나타내면 4시간마다 줄입니다. 회복하는 동안 돼지를 방치하지 않도록 하십시오. 숙련된 수의학 기술자는 회복 기간 동안 항상 존재해야 합니다.
  3. 동종과의 시각적 접촉은 허용하지만 물리적 접촉은 허용하지 않는 인접한 우리에 돼지를 개별적으로 수용하고 돼지가 완전히 회복될 때까지 돼지를 집단 사육으로 돌려보내지 마십시오.
  4. 부프레노르핀(0.05-0.1 mg/kg IM 또는 PO)을 6-12시간마다 또는 담당 수의사의 지시에 따라 수술 후 진통제를 투여하고 플루닉신 메글루민(1.1-2.2 mg/kg IV, IM 또는 PO)을 필요에 따라 6-8시간마다 투여합니다.
  5. 수술 다음날부터 24시간 동안 1일 1회 Naxcel(ceftiofur; 3-5 mg/kg IM)으로 시작하여 항균 예방을 시행한 다음 최대 14일 동안 Baytril(엔로플록사신; 2.5-5.0 mg/kg PO, BID)을 투여합니다.
  6. 수술 후 14일째에 상처가 완전히 치유되고 스테이플이 제거될 때까지 8시간마다 절개 부위에 요오드 스프레이를 적용하여 무균 수술 후 관리를 유지합니다. 필요에 따라 절개 부위에 3중 항생제 연고를 바릅니다.

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결과

표 1에 제시된 데이터는 돼지의 원격 측정 장치의 등쪽 이식을 위한 수술 기술의 신뢰성과 안전성을 보여줍니다. 성공적인 ECG 전송은 40마리의 돼지 모두(100%)에서 기록되었으며, 이는 장치의 위치 지정과 리드 구성이 일관되게 효과적인 장기 신호 수집을 가능하게 함을 확인했습니다. 주요 출혈 사건이 없다는 것(0%, ≥10mL의 실혈로 정의됨)은 근막 주머니 박리의 안전성과 혈관 구조의 신중한 취급을 나타냅니다. 감염은 연구 초기에 2마리의 돼지(5%)에서 발생했으며 전신 항생제로 관리되었습니다. 그 후 수술 중 반코마이신 세척 및 강화된 수술 후 방부제 관리를 포함한 프로토콜 수정이 시행되었습니다. 모든 동물은 180일 종점까지 생존하여 이식 방법의 장기적인 생존 가능성을 강조했습니다.

표 2는 현재 결과를 이전에 발표된 원격 측정 이식 전략과 비교합니다. 등쪽 이식은 행동 경향, 대퇴골 접근 방해 또는 더 높은 ...

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토론

장치 이식 절차는 지속적인 ECG 모니터링의 새로운 침습적 원격 측정 방법으로 설명됩니다. 이 방법은 동물 실험에서 신뢰할 수 있는 기록을 보장합니다. EMKA 장치(4)의 사용자 매뉴얼은 개나 돼지와 같은 대형 동물의 복부에 장치를 이식하는 수술 절차를 설명하고 있지만, 돼지는 일반적으로 복부에 누워 동물에게 통증이나 불편함을 유발할 수 있는 복막에 압력을 가하기 때문에 복강 내 배치는 바람직하지 않은 것으로 간주되었다5. 이 연구는 구속되지 않고 자유롭게 움직이는 돼지가 필요했기 때문에 사타구니 배치도 바람직하지 않았기 때문에 장치가 움직임을 제한하거나 과도한 자극을 일으키지 않는 것이 중요했습니다. 또한 이 연구는 대퇴 동맥에 대한 경피적 접근이 필요했으며 장치의 사타구니 배치는 이를 방해했을 것입니다. 또 다른 일반적인 접근 방식3 인...

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공개 사항

아무도 선언하지 않았습니다.

감사의 글

텍사스 심장 연구소 과학 출판부의 Stephen N. Palmer 박사, ELS가 원고 편집에 기여했습니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
1cc 주사기VetoneV1 670097
10cc 주사기MedlineSYR110010
12cc 주사기VetoneV1 670065
20cc 주사기NiproJD+20L
20G 바늘MedlineSYR100205
3cc 주사기NiproJD+03L-NIJ
ACT 카트리지메드트로닉402-03
알코올베톤V1 500205
마취 회로피셔 & PaykelRT210
혈관 카스 14 FrBD382269
아트로핀 황산염VetoneV1 510221
비만 드레이프MedlineDYNJP3105
Blade 10MedlineMDS15010
Blade 11MedlineMDS15011
BuprenorphinePAR Pharmaceuticals3003408B
카메라 커버아스펜 외과LT-C02
소작 펜MedlineESPB3000
소작 펜 스크래치 패드MedlineDYNJ01208
Coflex 2 "테이프Vetwrap1404BK
Curos 캡 프로텍터3MCFF1-270
ECG 전극MedlineMDSM618305
EMKA easyTEL+L-EEEETA 디지털 시스템EMKA
기관내관JorvetJ0615J
Flunixin 메글루민Merck65707
주입 캡ICU MedicalC1000
인트로듀서 카테터 5FAbbott406101
인트로듀서 카테터 6FAbbott407845
IsofluraneVetoneMWI502017
IV 카테터 확장 세트Baxter2C8612
IV 펌프 세트 SmartSiteBD Alaris 2420-0007
라이트 커버메드라인DYNJLHS2
낙셀(세프티오후르)조에티스25434
니들 카운터메드라인DYNJNC20F
경피적 입구 바늘쿡G00272
퍼마핸드 실크 2-0에티콘C012D
플라즈마 라이트백스터2 B2544
포비돈 요오드 페인트 스틱AplicareORF20025S
압력 모니터링 변환기 1x1Edwards LifesciencesPX260
압력 튜브 84"Edwards Lifesciences50P184
식염수Baxter2F7124
신발 커버MedlineNON29858
Skin 스테이플러Covidien8886803712
표본 컵MedlineDYND30389
스펀지, 4"× 4", X-레이 감지 가능Covidien441002
스펀지, 무릎MedlineMDS241518
외과 의사 모자CardinalHealth4359
수술용 장갑MedlineMSG9065
수술용 가운MedlineDYNJP2001S
수술용 마스크Halyard6211580
테이블 커버MedlineDYNJP2311
TelazolZoetis10004135
티슈 접착제3M1469SB
반코마이신프레제니우스 카비402254G
비크릴 1에티콘J480H
비크릴 2-0에티콘J869H

참고문헌

  1. Krause, A., et al. Surgical implantation and functional assessment of an invasive telemetric system to measure autonomic responses in domestic pigs. Vet J. 207, 140-146 (2016).
  2. Horning, M., et al. Best practice recommendations for the use of fully implanted telemetry devices in pinnipeds. Animal Biotele. 5 (1), 13(2017).
  3. Swindle, M., Smith, A. C., Helke, K. Recommendations for medical device implantation in swine. Israel J Vet Med. 68, 3-11 (2013).
  4. Implanted telemetry: A valuable tool for preclinical research. , National Centre for the Replacement, Refinement and Reduction of Animals in Research. https://www.emkatech.com/implanted-telemetry-in-preclinical-research/ (2023).
  5. Morton, D. B., et al. Refinements in telemetry procedures. Seventh report of the bvaawf/frame/rspca/ufaw joint working group on refinement, part a. Lab Animals. 37 (4), 261-299 (2003).
  6. Langin, M., et al. Perioperative telemetric monitoring in pig-to-baboon heterotopic thoracic cardiac xenotransplantation. Ann Transplantat. 23, 491-499 (2018).
  7. Markert, M., et al. A new telemetry-based system for assessing cardiovascular function in group-housed large animals. Taking the 3rs to a new level with the evaluation of remote measurement via cloud data transmission. J Pharmacol Toxicol Meth. 93, 90-97 (2018).
  8. Prior, H., Mcmahon, N., Schofield, J., Valentin, J. P. Non-invasive telemetric electrocardiogram assessment in conscious beagle dogs. J Pharmacol Toxicol Meth. 60 (2), 167-173 (2009).
  9. Ruppert, S., Vormberge, T., Igl, B. W., Hoffmann, M. Ecg telemetry in conscious guinea pigs. J Pharmacol Toxicol Meth. 81, 88-98 (2016).
  10. Shiotani, M., Harada, T., Abe, J., Hamada, Y., Horii, I. Methodological validation of an existing telemetry system for qt evaluation in conscious guinea pigs. J Pharmacold Toxicol Meth. 55 (1), 27-34 (2007).

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