방법 논문

기계적으로 환기된 쥐의 발관에 대한 구조화된 접근 방식

DOI:

10.3791/68510

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2025년 7월 18일

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1Department of Neurosurgery, Department of Anesthesiology, Sanbo Brain Hospital, Capital Medical University, 2Department of Neurosurgery, Department of Intensive Care Medicine, Sanbo Brain Hospital, Capital Medical University, 3Laboratory of In Vivo Electrophysiology, Core Facility Center of Capital Medical University, 4Laboratory for Clinical Medicine, Capital Medical University

이 논문에서

요약

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이 연구는 기계적 환기(MV)의 쥐 모델에 맞춘 구조화된 발관 접근법을 제안합니다. 이 접근법은 MV에서 자발 호흡으로의 원활한 전환을 촉진하는 동시에 발관 관련 합병증을 최소화합니다. 이탈, 기도 관리 및 발관 후 관리의 표준화는 실험 연구의 신뢰성과 재현성을 향상시킵니다.

초록

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기계 환기(MV)는 중환자 치료에 널리 사용되지만 인공호흡기로 인한 폐 손상, 인공호흡기로 인한 횡격막 기능 장애, 인공호흡기 관련 뇌 손상 등 단기 및 장기 결과에 영향을 미치는 다양한 합병증과 관련이 있습니다. 이는 중환자실 후 증후군(PICS)의 핵심 구성 요소입니다. 설치류 모델은 MV의 장기적인 영향과 기본 메커니즘을 조사하는 데 필수적이지만 표준화된 발관 후 모델은 여전히 제한적입니다. 발관은 기존 쥐 모델에서 종종 일관되지 않게 수행되어 실패와 합병증을 초래하는 중요한 전이 단계입니다. 이 연구는 MV의 Sprague-Dawley 쥐 모델에 대한 4단계 구조화된 발관 접근법을 제시하며, 이는 발관 관련 합병증을 최소화하면서 MV에서 자발 호흡으로의 전환을 최적화하도록 설계되었습니다. 이 접근법은 다음과 같다: (1) 프로포폴 진정제를 50%로 줄여 젖을 떼기 시작하고, 호흡수, 흉부 변위, 동맥혈 가스 및 반사를 통해 준비 상태를 평가한다. (2) 기도 청소를 통한 발관 준비 및 산소 공급 유지; (3) 지속적인 진정 및 통제된 튜브 제거로 발관을 실행합니다. (4) 지속적인 모니터링 및 산소 지원을 포함하는 발관 후 관리 제공. 초기 고장 후 20번의 성공적인 발관을 통해 검증된 이 모델은 특히 PICS의 맥락에서 MV의 장기적인 영향을 연구하기 위한 귀중한 플랫폼을 제공합니다. 이 접근 방식은 MV의 6시간에 최적화되어 있으며 다른 균주로 확장할 수 있고 환기 시간이 더 긴 것으로 간주되지만, 이러한 적응은 신뢰성과 동물 복지를 보장하기 위해 신중한 검증과 모니터링이 필요합니다.

서론

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기계 환기(MV)는 중환자 치료의 초석으로 남아 있으며, 급성 호흡 부전에 필수적인 호흡 지원을 제공하고 수술 절차를 위한 마취 중 중요한 보조 장치 역할을 합니다1. 그러나 MV는 인공호흡기로 인한 폐 손상2, 인공호흡으로 인한 횡격막 및 호기 근육 기능 장애 3,4,5,6, 인공호흡기 관련 뇌 손상 7,8과 같은 다양한 합병증과 관련이 있습니다. 이러한 합병증은 발관 실패, 중환자실(ICU) 및 병원 입원 연장, 사망률 증가의 원인이 된다9. 중환자실 생존율이 향상됨에 따라 MV의 장기적 결과에 대한 관심이 점점 더 높아지고 있으며, ICU 후 증후군(PICS)이 중요한 우려 사항으로 부상하고 있다10. PICS의 기저에 있는 병태생리학적 기전은 여전히 불분명한데, 부분적으로는 발관 후 회복과 MV11의 장기 후유증의 뉘앙스를 포착할 수 있는 신뢰할 수 있는 동물 모델이 부족하기 때문입니다.

쥐 모델은 MV로 인한 부상에 대한 이해를 증진하는 데 중추적인 역할을 했으며 확장성, 재현성 및 기계론적 통찰력을 제공합니다. 그러나 대부분의 기존 모델은 MV의 급성 효과에 초점을 맞추고 있으며, 실험 환경에서 기관절개술이 MV의 주된 방법이다 12,13,14. 기관절개술은 MV와 그 후 이유식을 용이하게 하지만, 중요한 해부학적, 기능적 장벽인 상기도를 우회합니다. 이는 인공호흡기 관련 폐렴과 같은 폐 합병증에 대한 감수성을 증가시킨다15,16. 또한 기관절개술 모델에서 비강 기류가 없으면 뇌 네트워크 동기화가 방해를 받습니다. 이는 인지적 및 신경학적 결과에 대한 연구를 복잡하게 만든다17,18. 대조적으로, 기관내 삽관/발관 모델은 상부 기도의 무결성을 유지합니다. 그들은 기관 절개술의 고유한 단점을 피하고 MV에서 젖을 떼는 임상 궤적과 더 유사합니다.

그러나 기존의 발관 모델은 표준화가 부족한 경우가 많아 MV에서 자발호흡으로의 전환에 상당한 변동이 발생한다19,20. 이러한 구조의 부족은 기도 폐쇄, 호흡 곤란 및 흡인을 포함한 발관 관련 합병증의 위험을 초래하여 동물 폐사를 초래할 수 있습니다. 이러한 실패는 장기적인 결과를 조사하는 능력을 손상시킬 뿐만 아니라 초기 MV 모델을 비효율적으로 만들어 귀중한 시간, 자원 및 재정적 투자를 낭비하게 만듭니다. 이러한 문제는 성공적인 발관 후 생존과 강력한 장기 연구를 보장하기 위해 구조화된 발관 접근법의 필요성을 강조합니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 MV에서 젖을 떼기 위한 임상 관행과 밀접하게 일치하는 Sprague-Dawley(SD) 쥐 모델에 대한 구조화된 발관 접근법이 개발되었습니다. 이 접근법은 4가지 주요 단계, 즉 이유 접근, 발관 준비, 발관 실행, 발관 후 관리로 구성됩니다. 주요 절차상 권장 사항에는 젖을 떼는 동안 약하거나 중간 정도의 진정제를 유지하는 것, 특히 프로포폴 주입을 전체 MV 동안 사용되는 용량의 50%로 줄여 동요를 방지하면서 자발적 호흡을 허용하는 것이 포함됩니다. 발관 준비 상태는 분당 60-70회의 안정적인 호흡수와 적절한 자발적 일회 호흡량을 기반으로 평가해야 하며, 이는 간단하고 보정된 수제 저울을 사용하여 근사화할 수 있습니다. 발관 전에 의식을 완전히 회복할 필요는 없습니다. 삽관으로 인한 동요의 위험을 더욱 줄이기 위해 발관 시 프로포폴 주입을 중단해야 합니다. 이 접근법은 발관 과정을 표준화함으로써 변동성을 최소화하고, 발관 관련 합병증을 피하고, 생존율을 높였습니다. 이 모델은 최대 6시간의 MV 지속 시간에 최적화되었습니다. MV를 이 기간 이상으로 연장하려면 생존과 신뢰할 수 있는 결과를 보장하기 위해 수정된 진정 프로토콜, 점진적 이유 전략 및 신중한 생리학적 모니터링이 필요할 수 있습니다. SD 랫트에서 검증되었지만, 이 프로토콜은 균주별 호흡 역학 및 폐 손상에 대한 다양한 민감성을 고려하여 환기 설정을 조정하여 다른 균주에 맞게 조정할 수 있습니다. 적절한 수정을 통해 구조화된 접근 방식은 장기적인 환기 연구를 지원하여 실험 모델 전반에 걸쳐 재현성과 번역 관련성을 모두 향상시킬 수 있습니다.

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프로토콜

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이 연구는 발관 후 행동 테스트에 초점을 맞추었으며 Capital Medical University의 Animal Experiments and Experimental Animal Welfare Committee(No. AEEI-2024-391). 생후 8주령의 모든 쥐(SD, 수컷, 200-250g)를 실험 전 3일 동안 캐피탈 의과대학의 동물 시설에서 순응시켰습니다. 쥐는 오전 8:00부터 12시간 라이트/다크 사이클, 25°C ± 1°C의 온도, 50% ± 10%로 유지되는 습도를 포함하여 통제된 환경에서 사육되었습니다. 음식과 물은 임시로 제공되었다. 마취, 석션 및 혈액 취급과 관련된 모든 절차는 개인 보호 장비의 사용, 멸균 기술 및 제도적 생물 안전 프로토콜 준수를 포함한 적절한 안전 조치와 함께 수행되었습니다. 모든 절차는 ARRIVE 지침에 따라 수행되었습니다. 현재 연구에 사용된 모든 장비는 그림 1에 나와 있습니다. 시약 목록과 사용된 장비는 재료 표에 나와 있습니다.

1. 비디오 후두경 보조 구강 삽관

  1. 삽관 장치를 준비합니다.
    1. 귀지 제거 장치(스쿱 직경 5.5mm, 혀 억제기로 구부러짐)에서 개조된 맞춤형 삽관 장치를 사용하십시오. 이 장치에는 실시간 시각화를 위해 스마트폰에 Bluetooth로 연결된 광원과 카메라가 장착되어 있습니다(그림 2A).
  2. 기관내관을 선택합니다.
    1. 쥐의 체중에 따라 16G 기관내관을 선택합니다.
  3. 마취를 유도합니다(기관에서 승인한 프로토콜에 따름).
    1. 꼬리 정맥을 통해 프로포폴(2mg/100g)을 주사합니다. 시각 및 발가락 끼임 반응의 부재를 확인하여 마취를 확인합니다. 산소 공급 상태의 지표로 원위 피부색을 모니터링합니다.
  4. 쥐를 배치합니다.
    1. 마취된 쥐를 작은 동물 테이블에 고정합니다. 팔다리와 앞니를 고정하고 작은 동물 난방 담요를 사용하여 체온을 37-38 °C로 유지하십시오.
  5. 삽관을 수행합니다.
    1. 혀를 오른쪽 구강 모서리로 부드럽게 당깁니다. 삽관 장치를 혀 바닥에 삽입하고 후두개 쪽으로 전진시킵니다.
    2. 장치 팁을 들어 올려 성문을 노출시킵니다. 흡입하는 동안 기관내관을 삽입합니다(그림 2-C). 삽관이 완료되면 쥐는 인공 호흡기에 연결됩니다.

2. 기계 환기

  1. 산소 발생기를 연결합니다.
    1. 적절한 산소 농도를 조정하고 인공호흡기(보통 80%)에 연결합니다.
  2. 인공호흡기 매개변수를 설정합니다.
    1. 폐 보호 설정이 있는 작은 동물 인공호흡기를 사용하여 6시간 동안 쥐를 환기시킵니다: 일회 호흡량: 4-6 mL/kg, PEEP: 0 cmH2O.
  3. 마취 유지: 주사기 펌프를 통해 프로포폴(4mg/kg/h)을 주입합니다.
  4. 혈액 가스를 모니터링하십시오.
    1. 혈액 가스 분석기를 사용하여 3시간마다 동맥혈 가스를 테스트합니다. 산소화 상태의 지표로 혈액 가스 분석 사이의 원위 피부색을 지속적으로 모니터링합니다.

3. APEC(기도 압력 종말점 제어) 발관 절차

참고: 계획된 기계적 환기 기간이 완료된 후 4단계 발관 프로토콜인 (1) 이탈 시기, (2) 발관 준비, (3) 발관 실행, (3) 발관 후 돌보기를 진행합니다(그림 3). 이 체계적인 접근 방식은 발관 관련 합병증을 최소화하고 실험 모델의 무결성을 보존하는 동시에 자발 호흡으로의 원활한 전환을 보장합니다.

  1. 젖 뗄 시기가 다가옴
    1. 프로포폴 주입 감소: 프로포폴 주입 속도를 50% 줄여 팔다리와 머리의 움직임을 최소화하면서 횡격막이 재활성화될 수 있도록 합니다.
    2. 이탈 준비 상태 평가: 인공호흡기를 분리하기 전에 다음 매개변수를 확인하십시오 - 호흡수: 60-70 호흡/분; 가슴 변위: ≥1mm(xiphoid 과정에 놓인 강철 바늘을 사용하여 측정); 재질보기 2: 35-45mmHg; 산도 : 7.35-7.45; 수염 및 혀 반사의 존재(선택 사항).
      참고: 수염과 혀 반사는 이진 지표(부재 또는 존재)로 정의되었습니다. 수염 반사(whisker reflex)는 빛의 촉각 자극에 대한 반응으로 진동체의 비자발적 움직임 또는 경련을 말합니다. 혀 반사는 부드러운 자극에 따라 혀를 빼거나 움직이는 것이 특징입니다.
    3. 인공호흡기 분리: 모든 기준이 충족되면 인공호흡기를 분리하고 쥐의 발관 준비를 진행합니다.
  2. 발관 준비
    1. 산소 공급 보장: 자체 제작한 안면 마스크를 사용하여 적절한 산소 공급(보통 80%)을 유지하고 피부색을 산소 공급 상태의 지표로 사용합니다.
    2. 깨끗한 기도 분비물: 자체 제작한 흡입 장치(10mL 주사기에 연결된 단축된 경막외 카테터[~5.5cm])를 사용합니다. 세션당 3-4초 동안 ~2mL/s로 흡입 속도를 제어합니다.
    3. 적절한 준비와 기도 청소가 끝나면 절차는 발관 실행으로 진행됩니다.
      참고: 일반적인 분비량은 흡입당 <0.5mL입니다. 축적을 최소화하기 위해 MV 중 30분마다 흡입을 수행합니다. 발관 시 흡입 빈도는 일반적으로 5-8회였으며 총 2-4mL로 추정됩니다.
  3. 발관 실행
    1. 진정 유지: 발관 중 동요를 방지하기 위해 프로포폴을 절반 용량으로 유지하십시오.
    2. 기관내관 제거: 양손 기술을 사용하여 왼쪽 검지와 엄지로 쥐의 머리를 안정시킵니다. 오른쪽 검지와 엄지로 튜브를 부드럽게 제거합니다.
    3. 프로포폴 중단: 발관 직후 프로포폴 주입을 중단합니다.
      참고: 성공적인 발관은 저산소혈증이나 고탄산증을 초래해서는 안 됩니다. 그리고 성공적인 발관 후에는 발관 후 성실한 관리가 필수적입니다.
  4. 발관 후 관리
    1. 활력 징후 모니터링: 호흡수, 흡기 진폭 및 원위 피부색을 모니터링합니다.
    2. 산소 공급: 충분한 산소 공급(보통 ~80%)을 보장하기 위해 자체 제작한 안면 마스크를 사용하십시오.
    3. 재삽관 준비: 모든 삽관 장치(그림 1)를 가까이에 두고 필요한 경우 즉시 사용할 수 있도록 준비합니다.
      참고: 우측 반사 회복까지의 평균 관찰 시간은 48.5분 ± 10.4분입니다. 동맥혈 가스 분석은 중앙값 20분에서 수행되었으며, PaO2는 73.2mmHg ± 4.6mmHg, PaCO2는 48.3mmHg ± 3.6mmHg였습니다.

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결과

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이 구조화된 발관 접근법은 4번의 발관 실패와 20번의 성공적인 발관에 대해 개발되었습니다. 처음 네 번의 시도에서는 경험 또는 개인의 판단에 따라 발관을 수행했습니다. 4마리의 쥐가 발관에 실패한 이유로는 발관 중 동요(n = 2), 발관 후 호흡 부전(n = 1), 분비물에 의한 기도 폐쇄(n = 1) 등이 있었다. 이러한 실패는 최적의 진정, 깨끗한 기도 및 충분한 산소 공급이 성공적인 발관을 위한 핵심 요소임을 강조했습니다(표 1). 그 결과, 발관 과정은 (1) 이탈 시기, (2) 발관 준비, (2) 발관 실행, (4) 발관 후 돌보기의 4단계로 구성되었습니다. 다음 20마리의 쥐는 모두 발관에 성공했으며, 오른쪽 반사± 회복된 것으로 평가된 바와 같이 48.5분 10.4분 후에 완전히 회복되었습니다. 각 단계에서 측정된 주요 매개변수와 그 변동은 표 2에 요약되어 있습니다.

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토론

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이 연구에서는 처음 4번의 발관 실패와 근본 원인에서 영감을 받아 MV의 쥐 모델에 대해 구조화된 APEC 발관 접근법을 확립했습니다. 이 접근법을 사용하여 발관한 20마리의 쥐 모두가 성공했고 다음 3일 이내에 후속 행동 테스트를 완료했습니다. 이탈 접근, 발관 준비, 발관 실행, 발관 후 관리의 4가지 주요 단계로 구성된 이 접근법은 발관과 관련된 합병증을 최소화하면서 기계 호흡에서 자발적 호흡으로 원활하게 전환하도록 설계되었습니다. 이 구조화된 모델은 MV의 장기적인 결과를 탐구하기 위한 귀중한 플랫폼을 제공합니다.

MV는 중환자와 대수술을 받은 환자의 생명을 구하는 중재술이지만1, 다양한 합병증 2,3,4,5,6,7,8과 관련이 있다.

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공개 사항

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저자는 재정적 또는 기타 이해 상충을 선언하지 않습니다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
16G 기관내관NJKEWBIONA기관내관
혈액 가스 분석기에포칼 주식회사EPOC 리더혈액 가스 모니터링
정맥 카테터인트로칸 안전4254074B동맥과 정맥에 내주합니다.
마이크로 주사기 펌프SLGO 의료 기술CP-1000 시리즈약물 주입
애완 동물 산소 발생기베이징 zhongshidichuang 과학 기술 개발 유한 회사ZS-MV산소 공급
작은 동물 난방 담요베이징 zhongshidichuang 과학 기술 개발 유한 회사ZS-T온도 유지
작은 동물 인공호흡기NJKEWBIOKW-100 시리즈호흡 제공

참고문헌

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