방법 논문

이식형 제세동기를 이용한 돼지 심정지 모델

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DOI:

10.3791/69305

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2026년 1월 9일

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1Nord University, 2UiT The Arctic University of Norway, 3Nordland Hospital Trust, 4NTNU The Norwegian University of Science and Technology, 5Department of Pain Medicine and Research, Oslo University Hospital and University of Oslo, 6Helgeland Hospital Trust

이 논문에서

요약

이 프로토콜은 이식형 심장 제세동기(ICD)를 사용하여 신뢰할 수 있게 심실 부정맥을 유도하고, 내부 심전전을 수행하며, 돼지 모델에서 심내 심전도 기록을 얻는 방법을 시연합니다.

초록

본 연구는 이식형 심장제세동기(ICD)를 활용한 재현 가능한 돼지 심정지 모델을 제시하여 심실세동(VF)의 신뢰할 수 있는 유도 및 심전전, 그리고 소생 중 심심전도 모니터링을 수행합니다. 대형 동물 모델은 심장마비 전환 연구에 필수적입니다; 그러나 기존 VF 유도 및 심장 조율 기법은 주로 외부 전극과 제세동을 사용하며, 운동 아티팩트, 불규칙한 변환률, 높은 동물 자원 소모로 인해 종종 방해받습니다. 이 프로토콜은 동일한 동물 내에서 반복적으로 심실섬유 유도와 심장 동전을 반복하여 3R 원칙(대체, 감소, 정제)에 따라 생리적 스트레스와 동물 수를 최소화하면서 정밀한 조절을 제공합니다. ICD 기반 방법은 소생술 전반에 걸쳐 심장 내 심전도를 통해 정확한 리듬 모니터링을 가능하게 하며, 표면 심전도에 비해 더 나은 인위물 저항성을 제공합니다. 11마리의 돼지는 반복적인 심실열 유도 및 심경전을 받았으며, 높은 성공률과 자연 순환 회복을 보였습니다. 이 모델은 심장마비 연구를 위한 표준화되고 신뢰할 수 있는 데이터 수집을 가능하게 하여 실험적 일관성을 보장하고, 병태생리와 소생 전략의 재현 가능한 조사를 촉진하면서 동물 사용을 최소화합니다.

서론

돼지와 인간은 해부학적, 생리학적으로 상당한 유사성을 가지고 있어, 돼지 모델은 소생 연구에 필수적입니다. 심실세동(VF)과 심정지를 유도하는 기법으로는 9V 배터리 또는 동동 발전기 2를 이용해 심근에 척수 바늘을 삽입하는 직류(DC) 투여가 포함됩니다; 경피 또는 피하 교류(AC)3,4; 심근 내 적용은 직류(DC)(9V 배터리), 교류(AC; 오실로스코프/기능 발생기), 또는 외부 심박조율기 5,6,7,8을 사용하여 심조 전극을 사용합니다. 이 모든 방법은 효과적으로 심실을 유도하지만, 동성 리듬(SR)으로의 전환은 일반적으로 외부 경피 삽입으로 DC 쇼크와 자발 순환 재발(ROSC)을 통해 이루어지며, 이는 종종 최적이 아닌 경우가 많습니다. 더욱이 외부 충격은 상당한 생리적·조직적 스트레스와 잠재적 손상을 유발하여 동물당 반복 개입 횟수를 제한합니다 9,10. 따라서 VF 연구는 통계적으로 유의미한 차이를 감지하기 위해 많은 수의 동물을 요구하는 경우가 많으며, 이는 동물 사용을 줄여야 한다는 윤리적 의무와 충돌합니다.

이전 인간 연구에서는 이식형 심장제세동기(ICD) 시스템을 통해 심실열을 유도할 수 있음이 밝혀졌습니다11. 우리가 아는 한, ICD 시스템을 이용한 반복적인 VF 유도 및 전환은 돼지 모델에서 연구된 적이 없습니다. 심전도(ECG)는 심실세동에서 동성 리듬으로의 전환을 감지하는 데 사용됩니다. 심폐소생술(CPR) 중에는 운동 아티팩트와 전극-피부 인터페이스 및 전극의 전기적 특성 때문에 고품질 표준 표면 심전도를 신뢰성 없거나 얻기 어려울 수 있습니다12, 13, 14.

동물 연구의 3R 원칙(대체, 감소, 정제)8과 심장마비15, 16, 17 중 유동 감지에 관한 진행 중인 연구에 따라, 우리는 단일 동물 내에서 반복적인 심실소 유도 및 SR 전환을 위한 예측 가능하고 재현 가능한 돼지 심정지 모델을 개발하는 것을 목표로 했습니다. 또한, 우리는 ICD 장치를 사용해 심폐소생술 중 심장 내 심전도 측정값을 얻는 것을 목표로 했습니다. 변동성을 줄이고 CPR 성공률을 높임으로써, 기존 모델의 주요 한계를 해결하고 동물 사용을 최소화하며 더 신뢰할 수 있는 심정지 연구를 촉진합니다. 이러한 정교한 접근법은 일관성을 보장하며, 전통적인 기법에 비해 중요한 이점을 제공하여 연구자들이 실험 설계에서 윤리 기준을 준수하면서 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있도록 합니다. 제시된 모델은 기술적으로 진보되어 있으며, ICD와 프로그래밍 유닛, 그리고 심박조율기 리드 삽입을 안내하기 위한 투시 또는 초음파 접근이 필요합니다. ICD, 심박조율자 리드, 혈관 도입기의 크기 때문에 이 모델은 최소 25kg 이상의 돼지에도 적용할 수 있습니다.

프로토콜

이 프로토콜에 기술된 실험들은 노르웨이 동물연구청(FOTS-ID 25415)의 승인을 받았으며, 과학적 목적에 사용되는 동물 보호에 관한 EU 지침 2010/63/EU에 따라 수행되었습니다. 노르웨이 랜드레이스 돼지 11마리(수컷 10마리, 암컷 1마리)가 사용되었으며, 평균 나이는 56세± 1.5일, 평균 체중은 30± 3kg이었습니다. 실험 장치는 그림 1에 나와 있습니다.

1. 동물 회수, 마취 및 모니터링

  1. 동물 회수
    1. 계획된 실험에 적합한 크기와 무게의 돼지를 확보하기 위해 지역 농부와 협력하세요.
    2. 동물 복지를 증진하기 위해 시술 직전에 반드시 동물을 데려오세요. 회수 전까지 자유롭게 음식과 물을 제공하세요.
  2. 농장에서의 진정제
    1. 30kg 돼지에게 다음 근육 주사 약물을 투여합니다: 케타민 2500 mg (벨라타민 VET 25 mL 100 mg/mL), 미다졸람 10 mg (미다졸람 5 mg/mL 2 mL), 아트로핀 1 mg (아트로핀 1 mL).
    2. 수송 전에 돼지가 잠들어 있고 누워 있으며 자극에 반응하지 않는지 확인하여 적절한 진정 상태를 확인하세요.
  3. 진정제를 맞은 돼지를 안전하고 환기가 잘 되는 우리에 넣어 옮기세요. 저체온증으로부터 보호하는 것은 열 담요를 사용하세요. 운송 시간을 최소화하세요.
  4. 실험실 준비
    1. 돼지 무게를 재. 표준 무균 기법을 사용해 20G 말초 정맥(IV) 카테터 두 개를 귀에 삽입합니다. 필요하다면 수축된 정맥에 따뜻한 물이 담긴 장갑을 끼워 혈관 확장을 촉진하세요. 돼지 귀 바깥쪽에 탄력 있는 붕대나 거즈 붕대를 감고 테이프로 고정하여 IV 카테터를 안정시키세요.
    2. 목과 턱을 씻고 면도하세요. 진정 유지를 위해 필요에 따라 케타민(50mg IV) 또는 티오펜탈(50-100mg IV)을 투여합니다. 자연 호흡을 위해 고용량 티오펜탈은 피하세요.
  5. 초기 모니터링 및 위치 지정
    1. 돼지를 수술대 위에 엎드려 놓으세요. 신생아 맥박 산소 측정기를 꼬리에, 심전도(ECG) 전극을 몸통에 부착하세요. 깨끗한 수치를 확인하세요.
    2. 정맥 주입은 다음과 같이 시작하세요:
      카테터 1: 티오펜탈(펜토쿠르 아브쿠르)을 5% 포도당 또는 0.9% NaCl에 희석하여 최종 농도인 25 mg/mL로 만듭니다. 주입 속도 0.16 mL/kg/h (4 mg/kg/h 기준)
      카테터 2: 미다졸람과 모르핀을 5% 포도당 또는 0.9% NaCl에 희석하여 최종 농도가 0.15 mg/mL와 2 mg/mL(각각 0.15 mg/kg/h 및 2 mg/kg/h에 해당)로 혼합한 것입니다. 주입 속도 1 mL/kg/h. 같은 카테터에 링거스 아세테이트(Ringer-Acetate) 4-10 mL/kg/h 투여합니다.
      주의: IV 카테터 내 결정 형성을 방지하기 위해 펜토바르비탈을 다른 약물과 혼합하지 마십시오.
  6. 산소 공급과 심마취 유도
    1. 돼지 전용 마스크를 통해 산소(분당 6L)를 공급하고, 이 마스크는 자동 팽창 환기백에 연결되어 있습니다.
    2. 펜토바르비탈(200-300mg IV)으로 심마취를 유도하고 자연호흡 중단을 확인합니다. 마스크 환기 시작.
  7. 삽관
    1. 돼지 입을 벌리려면 입 개그를 사용하세요. 돼지가 엎드린 상태일 때는 밀러 직선 후두경 블레이드 #5를 삽입해 후두개를 찾고 후두내근을 열어줍니다. 부착된 맥박 산소 측정기를 사용해 포화도(SpO2)를 모니터링하고, 포화도가 80% 이하로 떨어지면 필요에 따라 환기하세요.
    2. 기관내 삽관의 경우, 기침 반사가 나타나 카리나를 알 때까지 부기를 삽입하세요. 7.0mm 외경의 기관내관을 부기 위로 밀어 넣고, 성대를 통과하기 위해 90° 반시계 방향으로 돌립니다. 부기(bougie)를 벗기고 커프스를 부풀려.
    3. 캡노그래프에 연결된 자가 팽창 백을 사용해 돼지를 환기시키세요. CO2 반환 관찰과 폐음 청취를 통해 관 삽입 위치를 확인하세요. 튜브를 테이프로 고정하세요.
    4. 삽입이 실패하면 — 환기 소리가 없고 호기 말조 CO2 (ETCO2) 없음으로 나타난다 — 튜브를 제거하고 같은 과정을 반복하세요.
    5. 튜브를 인공호흡기에 연결하세요. 볼륨 조절 환기를 다음과 같이 설정하세요:
      조회량: 8-10 mL/kg
      호흡수: ~17/분
      흡입 산소 분율(FiO2): 21%
      양의 말단 호기압(PEEP): 5 cmH2O
    6. SpO2 를 모니터링하고 ETCO2를 종료하세요. 환기 빈도를 조절해 혈액 pH를 ~7.45로 유지하세요. 알칼리증을 예방하기 위해 과호흡을 피하세요. 대부분의 돼지는 생리학적으로 +5에서 +10 사이의 염기 과잉(BE)을 가지고 있어, pH 안정성을 유지하기 위해 인간보다 높은 ETCO2 를 목표로 합니다.

2. 편성

  1. 동맥 카테터 삽입
    1. 돼지를 뒤집어 눕히고 거즈 붕대로 팔다리를 고정하세요.
    2. 목, 턱, 사타구니, 복부를 에탄올에 담은 클로르헥시딘 5 mg/mL로 소독하고 멸균 커튼으로 덮으세요.
    3. 뒷다리를 스트레칭해서 장골동맥을 확장하세요. 초음파로 장골동맥을 찾아내고, 셀딩거 기법을 사용해 5 프렌치 맥박지수 연속심박출량(PiCCO) 동맥 카테터를 삽입합니다.
    4. 카테터를 미리 채워진 압력 변환기와 플러시 세트에 연결하세요. 트랜스듀서를 제로로 전환하고 동맥압 추적이 잘 되어 있는지 확인해. 뒷다리를 풀어.
  2. 방광 카테터 삽입
    1. 초음파로 가장 낮은 유두 선에 있는 방광을 확인하세요. 방광을 노출시키기 위해 다이아트미를 이용한 미니 복강술을 시행하세요.
      주의: 디아서미 장비는 높은 온도를 발생시켜 열 손상 위험이 있습니다. 전극과의 접촉을 피하여 개인 상해를 예방하고 정밀한 제어를 보장하며, 주변 조직과의 접촉을 피하여 의도치 않은 손상을 방지하세요. 디아더미는 잠재적으로 발암성 수술용 연기를 발생시킵니다. 사용을 최소화하고 효과적인 국내 연기 배출과 실내 환기를 보장합니다.
    2. 소광에 0.5cm 직경의 가방끈 봉합사를 붙입니다. 봉합사 내에 디아더미를 사용해 0.5cm 절개를 하고 12 샤리에르 카테터를 삽입하세요.
    3. 카테터 풍선에 멸균수로 부풀리고 봉합선을 단단히 조이세요. 카테터를 채취 가방에 연결하세요.
    4. 방광을 복막강에 다시 넣고 스테이플러로 복강 절개를 마감하세요.
  3. 중심정맥 카테터(CVC) 삽입
    1. 돼지를 트렌델렌부르크 자세로 기울이고 인공호흡기 PEEP를 10 cmH2O로 늘려 목 정맥을 확장하세요.
    2. 초음파를 이용해 왼쪽 외경정맥을 찾고 셀딩거 기법을 사용해 3루멘 CVC를 삽입합니다.
    3. 모든 내강에서 정맥 역류를 확인하세요. 진정제와 수액 주입을 CVC로 옮기세요.
    4. 세 번째 내강에 압력 변환기를 연결하고 중심정맥압(CVP) 추적을 확인하세요.
  4. 혈관 도입기 및 이식형 심장제세동기(ICD) 전극 삽입
    1. 초음파를 이용해 오른쪽 외경정맥을 찾아보세요.
    2. 셀딩거 기법을 사용해 7Fr 혈관 도입제를 삽입합니다. 정맥 역류를 확인하고 식염수로 세척하세요. (인트로듀서 크기는 ICD 리드 종류에 따라 다를 수 있으니 관련 생산자와 상담하세요).
    3. PEEP를 5 cmH2O로 줄이고 수술대를 평평하게 하세요. 경식도 심초음파 또는 형광투시로 도입자 팁 위치를 확인하세요.
    4. 혈관 도입기를 통해 단일 코일 ICD 전극을 삽입합니다. 전극을 우심실 꼭대기까지 밀어넣으세요.
    5. 가능한 경우 흉부 또는 식도 경심초음파 또는 형광투시를 통해 적절한 전극 위치를 관찰하십시오.
    6. 전용 커넥터 선을 이용해 ICD 리드를 페이싱 시스템 분석기(PSA)에 연결합니다. >6 mV의 심장 내 R파를 측정하여 우심실에 위치가 확인됩니다.
    7. 나선을 노출시켜 ICD 리드 끝을 우심실(심실의 심막 또는 원위 중격)에 고정합니다.
    8. 페이싱 임계값(<2.5 V; 0.4 ms)과 임피던스(페이싱 시 500-1500 Ω, 쇼크 코일에 50-100 Ω)를 측정하여 리드의 적절한 위치를 확인합니다. 필요하다면 리드를 다시 위치시키세요.
    9. 왼쪽 쇄골 아래에 4cm 수평 피부 절개를 디아트미로 하세요. 겸자와 손가락을 사용해 ICD를 담을 수 있을 만큼 작은 피하 주머니를 만듭니다.
    10. 리드를 ICD에 연결하고 장치를 포켓에 삽입하세요. ICD 리드가 우심실에 적절한 위치에 있어야 하고, 수축 가능한 나사가 심근에 단단히 부착되어 있어야 합니다. 측정된 R-파가 떨어지거나 페이싱 임계값이 크게 증가하면 리드를 재배치하세요. 또한, 임피던스(페이싱 및/또는 충격)가 범위를 벗어났다면, 리드의 커넥터 끝이 ICD 헤더에 완전히 전진되었는지, 그리고 세트 스크류가 단단히 고정되었는지 확인하세요.

3. 심박조율기/제세동기 프로그래밍

  1. PSA에서 페이싱 시스템 분석기(PSA) 모드에서 프로그래머 모드로 전환하세요. 제공된 안테나를 사용해 ICD를 프로그래머에 연결하고 무선 텔레메트리를 확인합니다.
  2. ICD 프로그래밍 소프트웨어는 자동으로 실행됩니다. 심내 R파, 임계값, 임피던스를 반복 측정하고, 필요 시 ICD 리드를 재배치합니다.
  3. 페이싱 모드를 원하는 설정(예: VVI 60 bpm, 출력 3.5 V; 펄스 폭 0.4 ms; 자동 감지 활성화)으로 프로그래밍하세요.
  4. 빈맥 치료 매개변수를 원하는 값에 맞춰 프로그래밍하는데, 여기에는 존 수, 치료에 필요한 R파 수, 치료 유형(예: 심실 빈맥(VT) 190-240 2개 존, 심실 세동(VF>) 240 240 존이 포함됩니다. VT 구역에서는 32회 간격, 30 J 심경전기 전 두 차례 항빈맥 조율 시도, VF 구역에서는 DC 쇼크 전 12회 간격.
    참고: 부정맥 감지 시간은 심박수(주기 길이)와 진단에 필요한 연속된 R파 수 등 프로그래밍된 매개변수에 따라 달라집니다. 예를 들어, 심박수가 240 bpm이고 VF 진단에 12번의 연속 R파가 필요하다면, 심박수가 180 bpm이고 32번의 R파가 필요할 때보다 탐지 시간이 훨씬 짧아집니다. 이는 임상 실무처럼 자동으로 치료가 제공되는 환경에도 적용됩니다. 반면, 프로그래머의 테스트 모드를 사용할 때는 미리 정해진 시간 간격(최대 20초)이 지나간 후에 치료를 제공하거나, 조작자가 활성화할 때까지 치료를 제공하지 않는 수동 방식으로 진행할 수 있습니다. 이러한 후자의 모드에서는 부정맥 감지가 자동이 아닌 수동으로 이루어집니다.
  5. 프로그래머 화면 오른쪽에서 테스트 아이콘을 선택한 후 Fibber와 NIPS 폴더를 엽니다. 심 실 섬유 아이콘을 눌러 다양한 방법으로 VF 유도를 가능하게 하는데, VF에 가장 신뢰할 수 있는 방법은 DC Fibber11으로, 2초 동안 7.5V 고정 DC 전압을 유지합니다. VF의 다른 옵션은 충격 온 T-wave나 50Hz 페이싱입니다.
  6. 심실수혈이 유도될 때, 치료 제공 방법은 세 가지가 있습니다(화면 왼쪽 하단). 자동 장치를 사용하면 ICD에 프로그래밍된 빠른 치료 매개변수에 따라 자동으로 충격을 전달합니다. 다른 옵션으로는 3초에서 20초 사이의 간격 후 ICD가 전기 충격을 전달하는 타이밍 방식이나, 조작자가 치료 전달 아이콘을 눌러야만 치료가 이루어지는 수동 모드가 있습니다.
  7. 심실 빈맥은 심 실 NIPS 아이콘을 클릭하면 유도할 수 있습니다. Burst 아이콘을 선택하고 유도 시 원하는 주기 길이(예: 300ms, 심박수 200에 해당)를 선택하세요. 길게 누르면 최대 20초(최대)까지 버스트를 적용해 VT를 유도합니다. 실패할 경우, 280ms 또는 260ms 등 짧은 사이클 길이로 절차를 반복할 수 있습니다.
  8. VT 또는 VF가 유도될 경우, 빈맥 압축 폴더에 설정된 설정에 따라 치료가 진행됩니다. 설정에 접근하려면 기기의 매개변수 아이콘을 클릭하세요. SR의 복원을 보장하세요.

4. 비침습적 연속 경동맥 도플러 모니터링 구축

  1. 경동맥 흐름을 모니터링하기 위해서는 왼쪽 경동맥에서 동맥 내 압력 추적을 병행하고, 가능하다면 손 없이 작동하는 연속 도플러(예:RescueDoppler 15)를 이용한 비침습적 초음파 유도 유속 측정을 보조 방법으로 활용합니다.
  2. 도플러 프로브를 왼쪽 경동맥에 수직으로 부착하세요. 충분한 양의 초음파 젤을 사용하여 적절한 피부 접촉을 유지하세요.
  3. 초음파 모니터를 확인해 경동맥 추적 경로를 확인하세요. 접착 테이프로 프로브를 완전히 고정하세요.

5. 심장마비 검사 수행

  1. 심장 리듬을 모니터링하기 위해 심박조율기에서 얻은 심박내 심전도와 환자 모니터에서 얻은 표재성 심전도 추적을 사용한다.
  2. ROSC를 모니터링하기 위해 환자 모니터에서 얻은 좌측 경동맥의 침습적 동맥압과 RescueDoppler에서 얻은 비침습적 초음파 유도 유속 측정을 사용하여 관찰합니다.
  3. 프로그래머에서 제공하는 방법 중 하나를 사용하여 연구 프로토콜에 따라 VF 또는 VT를 유도합니다. 애보트 소자에서 VF 유도에 가장 신뢰할 수 있는 방법은 DC 파이버로, 2초 동안 7.5V 고정 DC 전압을 인가합니다. VF 유도의 다른 방법으로는 T파에 충격을 주거나 50Hz 페이싱을 사용하는 방법이 있습니다. 빠른 오버드라이브 페이싱으로 VT를 유도하는데, 보통 300-250ms 주기 길이(심박수 200-240 bpm에 해당)로 진행됩니다.
  4. 경동맥 도플러 추적 경로에서 경동맥 혈류가 멈추는 것을 관찰합니다. 연구 프로토콜에 따라 무혈류 기간을 유지하세요.
  5. 연구 프로토콜에 따라 수동 CPR, 기계적 압박 또는 기타 중재를 수행하세요.
  6. 원할 때는 삽입형 제세동기를 통해 수동 DC 충격을 가해 돼지를 동리듬으로 전환할 수 있습니다. 에너지 수준을 프로그래밍하고 동물의 크기에 맞춰 조정하세요. 완전히 성장한 돼지의 최대 에너지 설정은 제조사에 따라 보통 36-41 J입니다. 작은 동물에서는 10-20 J면 충분할 수 있습니다.
    참고: 인간의 경우 ICD는 보통 VF 치료 시 30-40 J의 에너지를 전달합니다. 30kg 돼지에서는 더 적은 에너지로 충분할 수 있어 ICD의 수명이 길어지고, 이는 다른 동물에 재사용할 수 있습니다. 전달 에너지는 프로그래밍 가능하지만, 15 J 미만은 권장하지 않는데, 성공 실패와 더 높은 에너지의 반복적인 충격 필요성은 무수축 기간이 길어지고 동물 간 재현성이 떨어지기 때문입니다.
  7. 높은 변환률을 보장하기 위해 VF를 120초 이내에 종료하세요. 동물이 VT 상태라면, 빈맥 조율(ATP)로 전환을 이루거나, 동기화된 DC 쇼크(심장전율)를 통해 전환을 달성합니다.
    참고: 상업적으로 구할 수 있는 ICD는 치료를 무기한 거부하도록 프로그래밍할 수 없습니다. 안전상의 이유로, 리듬이 심실세력을 유지할 경우 최대 감지 시간이 지나면 자동으로 전율 충격을 가합니다.
    주의: DC 쇼크를 가할 때는 동물과의 직접 접촉을 피하세요. 충격은 이식된 전극에 의해 가해지며 전기 손상 위험이 거의 없지만, 표준 안전 수칙은 반드시 지켜야 합니다.
  8. 동물을 쉬게 하고, 혈압, ETCO2, pH 등 생리적 지표가 정상화되도록 하세요. 정상적인 휴식 시간은 약 5-10분 정도이며, 생명 지표가 기준치에 최대한 가깝게 돌아올 때까지 이어집니다.
  9. 연구 프로토콜에 따라 5.3부터 5.6까지 필요한 만큼 반복합니다.

6. 안락사 및 폐기물 처리

  1. 연구가 끝난 후에는 50 mmol 염화칼륨(50 mL 염화칼륨 1 mmol/mL) 또는 0.1 mg/kg 펜토바르비탈(Exagon Vet 400 mg/mL)을 투여하여 안락사시킵니다.
    주의: 안락사 약물은 강력하고 치명적인 물질입니다. 엄격한 주의를 기울이고 지역 안전 수칙을 준수하세요.
  2. 심박조율기, 전극, 카테터, 관, 라인 등 모든 이물질을 동물 시신에서 제거하세요. 모든 날카로운 도구(예: 주사기)는 승인된 날카로운 용기에 폐기하십시오.
    주의: ICD를 제거하기 전에 Disabled Therapy 가 취급, 보관 및 재사용 준비 과정에서 의도치 않은 충격을 방지하도록 프로그래밍되었는지 확인하세요. 동물 시신과 모든 일회용 장비를 생물학적 위험 물질로 취급하세요. 지역 생물안전 및 폐기물 관리 규정에 따라 폐기해야 합니다.

결과

의도적으로 시동을 유도하고 ROSC를 이용한 SR으로 심장 전환을 한 것은 이 방법의 긍정적 결과로 간주되었습니다. 심실수(VF)나 심전성 수강(cardiovert)을 유도하지 못하면 부정적인 결과로 간주되었습니다. VF 섬유 모드를 사용하면 모든 동물에서 원하는 대로 VF 또는 VT가 일관되게 유도되었습니다(표 1). 또한, 제세동기 모드를 사용하면 모든 돼지가 일관되게 심전율을 측정했습니다. 심실 유도와 심장 전환은 프로그래밍 장치에서 원격으로 제어되었으며; 따라서 외부 동동 발생기나 제세동기가 필요하지 않았습니다. 모든 동물은 각 실험 내내 ROSC와 함께 동성 리듬에 대해 반복적으로 심전복시를 받았습니다(표 1)15,17. 각 VF 시퀀스 사이의 휴식 간격은 최소 5분이었습니다. 유도 VF 후 ROSC 달성 성공률은 모든 동물의 모든 서열에서 92%였습니다(표 1). VF는 ROSC로 전환하기 위해 두 번의 DC 충격이 필요했으나, 한 동물에서 두 번 발생했습니다. VF15 유도 전에 관상동맥에 미세구슬을 주입하여 의도적으로 큰 심근경색을 일으킨 두 동물에서, VF 유도는 PEA로 이어졌습니다. 한 동물에서는 DC 쇼크가 즉시 무수축으로 전환되었습니다. 이후 세 동물 모두에서 표준 CPR이 시작되었으나, 어느 것도 ROSC를 달성하지 못했습니다. ICD 기반 유도 및 심실 세동을 이용한 11건의 돼지 실험에서 각 동물은 반복적인 심실세동 및 소생 주기를 성공적으로 수행했습니다. ICD 프로토콜은 최소한의 생리적 스트레스와 빠른 자연 순환 회복으로 높은 심경전술 성공률을 꾸준히 보여주었습니다. 심내 심전도 모니터링은 소생술 전반에 걸쳐 인공 리듬 없이 기록하여 부정맥과 중재의 정확한 감지를 가능하게 했습니다. 이 결과들은 이 기법의 신뢰성, 재현성, 변환률, 회복 간격, 심전도 신호 품질 측정과 같은 상세한 결과 분석 가능성을 보여주며, 이를 통해 소생술 전략에 대한 견고한 실험적 연구를 뒷받침합니다

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그림 1: 실험 장비. (A) 실험 동물들은 엎드린 자세로 기관내관을 삽입하고 인공호흡기에 연결되었다. 누운 자세에서 초음파 유도 하에 다음과 같은 혈관 접근이 이루어졌습니다: (B) PiCCO 동맥관을 대퇴동맥에 삽입, (C) 우측 외경정맥에 중심정맥 카테터를 삽입, (D) 혈관 시스 도입기를 우측 내경정맥에 삽입하였습니다. 추가로, 방광에 치골상부 카테터가 삽입되었고(여기서는 표시되지 않음), (E) 레스큐도플러 경동맥 흐름 탐침이 좌경동맥 위에 삽입되었습니다. (F) 혈관막을 통해 심박조율기 전극을 우심실로 전진시키고, 심초음파 또는 형광투시를 통해 위치를 확인하였습니다. (G) 이식형 심장제세동기(ICD)가 왼쪽 쇄골 아래 피하 주머니에 삽입되어 심박조율기 전극에 연결되었습니다. (H) 동물들은 심전도, 꼬리 용량 탐사법(SpO₂), 동맥 혈압, 중심정맥압, 말단 CO₂를 기록하는 다중 모드 모니터에 연결되었다. (I) 구조 도플러 센서는 구조 도플러 기록기에 연결되어 연속적인 경동맥 흐름 추적을 제공했습니다. (J) ICD 장치는 텔레메트리를 통해 ICD 프로그래머와 연결되었습니다. BioRender로 만든 도형입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.

심박조율 유발 부정맥시행된 CPR 시술부정맥 전환율 (%)
돼지*심실세동 (n)심실 빈맥 (n)수동 압축 (n)기계적 압축 (n)
11246291.6
214705100
39709100
48455100
518012594.4
6808087.5
715896100
81809994.4
914295100
102701311100
1119012484.2

표 1: ICD 유발 심실/심실전환 및 이후 심장동전술 요약. *열한 마리의 돼지가 실험을 받았다. 평균적으로, 이식형 심장제세동기(ICD)를 사용해 동물당 18건의 부정맥(심실 세동(VF)과 심실 빈맥(VT)을 유도했습니다. 평균 심실/심실 지속 시간은 0.75분이었다. 이전 연구 프로토콜15, 16, 17에 따라 선택된 심실 소생술이 시행되었다. 그 후 ICD를 통한 직류(DC) 충격으로 동물을 동리듬(SR)으로 전환시켰습니다. 각 동물은 다음 부정맥이 유도되기 전 5분간 안정화되었습니다.

토론

우리가 아는 한, 돼지에서 이식형 제세동기를 이용해 심실세동(VF)을 유도하고 심전동 심실세동(VF)을 동시에 유도하는 모델은 이전에 문헌에서 기술된 적이 없습니다. VF는 일반적으로 사인파 발생기나 외부 배터리에서 심외막 전극을 통한 직류를 사용하여 유도됩니다. 심장 전환 장치는 일반적으로 외부 제세동기를 사용하여 수행됩니다. 이러한 방법들이 VF를 안정적으로 유도할 수 있지만, 외부 제세동을 통한 심전동 동물 투여 실패가 최대 45%의 사례에서 보고된 바있습니다 2.

CPR 중 심전도 모니터링은 압박 관련 인공 현상으로 인해 기저 리듬을 가릴 수 있어 어렵습니다18. 하지만 심장 내 심전도가 장착된 이식형 제세동기는 흉부 압박 중 지속적인 리듬 모니터링을 가능하게 하여 보다 정확한 실시간 리듬 평가와 신뢰할 수 있는 압박 후 분석이 가능합니다.

반면, 이 모델은 모든 동물을 안정적으로 심동(cardioveration)했으며, 한 실험당 여러 차례 성공적인 전환을 보였습니다. 이로 인해 실험 프로토콜 전반에 걸쳐 개별 동물을 반복적으로 사용할 수 있었고, 희생되는 동물 수를 줄이고 전반적인 자원 효율성을 향상시켰습니다. 또한, 이 모델은 외부 제세동 패치의 필요성을 없애 흉부 공간을 확보하고 기구 장치 사용 시 접근성을 개선했습니다.

이 모델은 중성화 동물에서 짧고 완전한 순환 정지의 생리학적 영향을 연구할 수 있다는 점에서 독특하며, 심장 재활성화는 부드러운 단일 내부 충격으로 이루어집니다. 이 기능은 신장 및 위장관 등 주요 장기의 허혈 내성, 전반적 허혈 후 혈류 재분배, 내인성 교감신경 활성화, 허혈성 스트레스 반응, 아드레날린성 약물 투여 간의 상호작용을 통제하여 연구할 수 있게 합니다. 따라서 이 모델은 전신 허혈을 유발하는 고도로 표준화된 조건에서 심장마비에 대한 장기 특이적 및 전신 반응을 탐구하는 귀중한 실험적 플랫폼을 제공합니다. 전극 배치 외에도, 재현성을 위해 생리적 안정성 유지가 매우 중요합니다. 온도, 환기, 마취 깊이를 지속적으로 모니터링하면 정상흡혈, 충분한 산소 공급, 그리고 실험 전반에 걸친 안정적인 혈역학을 보장합니다.

제시된 대표 결과는 통제된 실험 환경에서 ICD 제어 심실기 유도 및 심장동전술의 신뢰성과 재현성을 입증합니다. VF를 원격으로 유도하고 종료할 수 있는 능력은 최소한의 외부 간섭으로 빠르고 정확한 타이밍을 가능하게 하여 심정지 생리학과 소생 역학 연구에 매우 유용합니다. 결과 분석은 심실 유도의 일관성, 성공한 심장 경전 횟수, 그리고 ROSC의 안정성에 초점을 맞췄습니다.

이 연구에서는 3Rs 원칙을 준수하여 사용된 동물 수를 최소화하면서 통계적으로 견고한 데이터를 생성했습니다. 높은 성공률로 인해 각 피험자에게 심실세동과 심전술을 여러 번 유도할 수 있었습니다. 피험자 내 반복 측정 통계와 고정 및 무작위 효과를 모두 고려하는 혼합 효과 모델을 사용하여 연구는 단 11마리의 동물만으로도 수행할 수 있었습니다.

한계
이 모델의 주요 한계는 전문 장비와 운영자의 전문성이 요구된다는 점입니다. 심박조율기 발생기, 경정맥 조율 리드, 프로그래밍 장치, 그리고 훈련된 운영자가 모두 필수적입니다. 조박 리드의 정확한 위치는 매우 중요하며, 일반적으로 흉부 심장 초음파 또는 형광투시를 통한 영상 지도가 필요합니다.

따라서 자원이 제한된 환경에서 이 모델의 구현은 어려울 수 있습니다. 그러나 일단 확립되면 VF를 유도하고 종료하는 매우 효과적이고 재현 가능한 방법을 제공하여 비전환성 세동 발생을 최소화하고 실험 제어를 향상시킵니다. 이 모델은 대형 동물 모델에서 생 체 내 소생술 연구를 수행하는 연구 그룹에 널리 관련성이 있습니다.

이 돼지 모델은 심장 소생술 중 자동 경동맥 도플러 모니터링의 실현 가능성을 평가하기 위해 개발되었으며, 임상 소생술 전략 시험을 위한 것이 아닙니다. 이 연구는 급성 생리학적 반응에 초점을 맞추었으며, 장기 추적 관찰이나 조직학적 평가를 제외한 최종 프로토콜로 수행되었습니다. 또한, 이번 연구에서는 단 11마리의 동물만 사용했습니다. 각 동물에서 여러 반복 실험이 수행되었지만, 개체 간 변동성은 완전히 포착되지 않았을 수 있습니다. 더불어, 이 연구에는 전통적인 방법을 사용한 대조군이 포함되지 않았습니다. 이러한 방법들이 높은 실패율을 가진다고 언급되었지만, 동일한 실험 틀 내에서 직접 비교가 이루어지지 않아 제안된 기법의 상대적 장점을 입증하는 데 한계가 있습니다. 마지막으로, 이 모델은 ICD, 프로그래머, 도플러 초음파와 같은 특수 장비의 접근이 필요하며, 이는 자원이 제한된 환경에서의 적용 가능성을 제한할 수 있습니다. 또한, 수술 절차는 여러 혈관 접근점, 방광 장루 생성, ICD 이식이 포함되어 기술적으로 까다로워 경험이 부족한 수술자에게는 가파른 학습 곡선이 될 수 있습니다.

이 실험 환경에서는 심내 심전도 기록을 프로그래밍 장치에서 내보낼 수 없었으며; 따라서 데이터 해석은 오로지 시각적 모니터링에 의존했습니다. 향후 연구에는 정량적 분석을 용이하게 하기 위해 심전도 기록을 직접 내보낼 수 있는 방법을 포함해야 합니다.

공개 사항

샬롯 비요크 잉굴은 RescueDoppler와 관련된 기술을 소유한 Cimon Medical의 컨설턴트입니다. 나머지 저자들은 이해 충돌이 없음을 선언합니다.

감사의 글

영어 교정을 돕기 위해 Perplexity와 Microsoft Copilot을 사용했습니다. 모든 내용은 저자들의 검토와 승인을 거쳤습니다. 이 프로젝트는 노르웨이 대학교, 노르웨이 과학기술대학교, 노르웨이 연구 위원회로부터 자금을 지원받았습니다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
애보트 듀라타 7120 ICD 싱글 코일 리드애보트, 애봇 파크, 일리노이7120
애보트 갤런트 VR ICD애보트, 애봇 파크, 일리노이CDVRA500Q
애벗 멀린 프로그래머애보트, 애봇 파크, 일리노이3650
중심정맥 카테터 Certofix trioB. 브라운 메디컬, 멜쥬겐, 독일4167408-07
기관내관 포텍스 #7.0스미스 메디컬, 록랜드, 매사추세츠100/150/070
엑사곤 VET (펜토바르비탈 400 mg/mL)VetViva Richter, 벨스, 오스트리아해당 없음
헤파린 5000 IU/mL프랑스 루이트르&에퀴트의 판파르마ETI3M807-1
케타민 50 mg/mL아브쿠르 AB, 헬싱보리, 스웨덴LB-12355-01
미다졸람 5 mg/mLB. 브라운 메디컬, 멜쥬겐, 독일753-12612876-0621
모르핀아브쿠르 AB, 헬싱보리, 스웨덴LB-122184-01
정상 식염수 세척 용액프레제니우스 카비, 웁살라, 스웨덴B202382-05
펜토쿠르 (티오펜탈)아브쿠르 AB, 헬싱보리, 스웨덴LB-122564-01
말초 IV 카테터 20G VasofixB. 브라운 메디컬, 멜쥬겐, 독일4268113B
PiCCO  모니터링 키트 (압력 변환기, 플러시 시스템 및 서미스터)펄션, 펠트키르헨, 독일PV8215
PiCCO 카테터 5 Fr 20 cm펄션, 펠트키르헨, 독일PV2015L20-A
압력 트랜스듀서 및 플러시 키트 TruWave에드워즈 라이프사이언스, 어바인, 캘리포니아PX272
구조 도플러시몬 메디컬, 트론헤임, 노르웨이해당 없음독점적이며 상업적으로 이용 불가
링거 아세테이트프레제니우스 카비, 웁살라, 스웨덴B203150-02
요로 카테르 12 Ch다양한해당 없음
혈관 시막 도입기 Prelude 7.0 Fr메릿 메디컬, 사우스 조던, 유타PSI-7F-11-035-18G
뷰 초음파 젤옵티멈 메디컬, 리즈, 유나이티드 킹딤1157

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