Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Effecten van extracorporale membraanoxygenatie op het stollingssysteem

1.1K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/66433

⸱

23 februari 2024

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Cardiopulmonary Bypass, Fuwai Hospital, National Center for Cardiovascular Disease, State Key Laboratory of Cardiovascular Medicine, Chinese Academy of Medical Sciences & Peking Union Medical College, 2Department of Anesthesiology, Beijing Chao-Yang Hospital, Capital Medical University, 3Department of Anesthesiology, Beijing Tongren Hospital, Capital Medical University

* These authors contributed equally

In dit artikel

Samenvatting

We presenteren een protocol voor het opzetten van een langdurig wakker extracorporaal membraanoxygenatie (ECMO) model bij schapen. Tijdens het ECMO-model wordt speciale aandacht besteed aan het beheer en de evaluatie van het stollingssysteem.

Samenvatting

Deze studie had tot doel de effecten te onderzoeken van langdurige wakkere extracorporale membraanoxygenatie (ECMO) op het stollingssysteem in een schapenmodel. In totaal werden tien gezonde schapen in het onderzoek opgenomen, met 5 schapen in elke groep. In de veno-arteriële ECMO (V-A ECMO) groep werd cannulatie uitgevoerd in de rechter halsslagader en de rechter uitwendige halsader. In de veno-veneuze ECMO (V-V ECMO)-groep werd een katheter met twee lumen gebruikt om in de rechter externe halsader in te brengen. Na het starten van ECMO werden de schapen hersteld van de narcose en bleven ze 7 dagen wakker. Het doel van de geactiveerde stollingstijd (ACT) werd gesteld op 220-250 s. In beide groepen schommelde de werkelijke ACT rond de 250 s, waarbij de dosis heparine geleidelijk toenam tot bijna 60 IE/kg/min aan het einde van de experimenten. Bovendien waren de waarden voor geactiveerde partiële tromboplastinetijd (APTT) en trombinetijd (TT) significant hoger in de V-A ECMO-groep in vergelijking met de V-V ECMO-groep, ondanks het feit dat ze dezelfde doses heparine kregen. Hoewel de resultaten van laboratoriumtests binnen een normaal en redelijk bereik fluctueerden, werden aan het einde van het onderzoek in beide groepen infarcthaarden in de nieren waargenomen.

Inleiding

Extracorporale membraanoxygenatie (ECMO) dient als een levensreddende interventie en biedt cardiopulmonale ondersteuning aan ernstig zieke patiënten. Het wordt ingedeeld in twee primaire vormen: veno-arteriële ECMO (V-A ECMO) en veno-veneuze ECMO (V-V ECMO)1,2. V-A ECMO wordt gebruikt voor patiënten met falen van de bloedsomloop, terwijl V-V ECMO de voorkeur heeft voor patiënten met respiratoire insufficiëntie, maar zonder ernstige cardiovasculaire disfunctie 3,4.

Trombose en bloeding komen vaak voor bij ECMO-patiënten5. Het ECMO-circuit stelt bloed bloot aan kunstmatige oppervlakken, waardoor complexe stollingsreacties worden geïnitieerd6. Deze processen kunnen leiden tot endotheelbeschadiging en microcirculatiestoornissen, resulterend in daaropvolgende disfunctie in vitale organen 7,8. Daarom wordt een effectief systemisch antistollingsbeheer als cruciaal beschouwd voor ECMO-patiënten. Desondanks blijft er een gebrek aan bewijs om antistollingsstrategieën te begeleiden in verschillende ECMO-gerelateerde klinische omgevingen.

Het opzetten van een stabiel ECMO-diermodel kan inzicht geven in de impact van ECMO op het lichaam, wat aanzienlijk kan bijdragen aan de optimalisatie van ECMO-managementstrategieën, het verminderen van ECMO-gerelateerde complicaties en het verbeteren van de patiëntresultaten in de klinische praktijk. Grote dieren, zoals schapen en varkens, zijn de primaire keuzes voor het opstellen van ECMO-modellen vanwege hun fysiologische parameters die sterk lijken op die van mensen 9,10. Eerdere ECMO-modellen met grote dieren hadden echter een onderhoudstijd van minder dan 24 uur, waardoor het een uitdaging is om de impact van ECMO op het stollingssysteem11 volledig te evalueren. Daarom is het nodig om ECMO-modellen voor grote dieren op lange termijn op te stellen om de pathofysiologische mechanismen van ECMO grondig te onderzoeken. Het gebruik van grote diermodellen op de lange termijn om de effecten van ECMO op het stollingssysteem te onderzoeken, kan robuuster bewijs opleveren voor de klinische praktijk.

Deze studie heeft tot doel een langdurig (7 dagen) wakker V-A en V-V ECMO-model op te stellen bij gezonde schapen. De centrale focus van het opstellen en evalueren van het model is het beheer van antistolling.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

Dit experimentele protocol kreeg goedkeuring van de Institutional Animal Care and Use Committee van het Fuwai Hospital (nr. 0101-2-20-HX(X)). Alle procedures voldeden aan de richtlijnen die zijn uiteengezet in de National Institutes of Health's Guide for the Use and Care of Laboratory Animals. Het experiment vond plaats in het Beijing Key Laboratory of Pre-clinical Research and Evaluation for Cardiovascular Implant Materials, Animal Experimental Center van het Fuwai Hospital (registratienr. CNAS LA0009). In het onderzoek werden gezonde schapen gebruikt die voldeden aan de vereiste quarantainenormen in het Animal Experimental Center van het Fuwai Hospital. Bovendien volgde dit onderzoek de richtlijnen voor dieronderzoek: rapportage van in vivo experimenten. Mannelijke Small Tail Han-schapen met een gewicht van 50-65 kg en een leeftijd van 12-24 maanden (zie materiaaltabel) werden gehuisvest in een specifieke pathogeenvrije omgeving met vrije toegang tot voedsel en water gedurende ten minste een week voor de operatie. De schapen werden willekeurig toegewezen aan twee groepen, elk bestaande uit 5 individuen: de Veno-Arteriële ECMO (V-A ECMO) groep en de Veno-Veneuze ECMO (V-V ECMO) groep. De selectie van gezonde schapen werd gerechtvaardigd door de noodzaak om de effecten van ECMO-ondersteuning op het organisme nauwkeurig te beoordelen. De apparatuur en reagentia die in het onderzoek zijn gebruikt, staan vermeld in de materiaaltabel.

1. Voorbereiding van dieren

  1. Vóór de chirurgische ingreep moeten gezonde volwassen schapen 48 uur lang worden vastgemaakt en gedurende 12 uur van water worden ontdaan.
  2. Steriliseer de chirurgische instrumenten en ECMO-parameters vóór de operatie. Zorg ervoor dat alle leden van het chirurgisch team persoonlijke beschermingsmiddelen krijgen, waaronder chirurgische kappen, wegwerpmondkapjes, schone chirurgische kleding, schoenovertrekken, steriele operatiekleding en steriele handschoenen.
  3. Dien een propofol-injectie (5 mg/kg) toe via de oorveder. Zoals eerder beschreven, bevestigt u de bloeddrukmanchet op de dij en plaatst u elektrocardiogramdraden op alle vier de ledematen. Sluit de bloeddrukmanchet en de ECG-kabels aan op de medische monitor voor ECG en niet-invasieve bloeddrukmeting12.
  4. Plaats een endotracheale tube met één lumen in de luchtpijp en sluit de tube aan op de ventilator in de volumegecontroleerde modus. Stel de parameters als volgt in: ademvolume: 8-10 ml/kg, ademhalingsfrequentie: 12-20/min, initiële fractie van inspiratiezuurstof (FiO2): 60%.
  5. Dien een combinatie van intraveneuze anesthesie (propofol, 8-10 mg/kg/u) en inhalatie-anesthesie (isofluraan 2%-3%) toe voor het onderhoud van de anesthesie. Intraveneus toedienen van intermitterende flurbiprofen (1-2 mg/kg) voor intraoperatieve analgesie.
  6. Leg de schapen op de operatietafel en zet hun ledematen vast met een flexibele stoffen riem. Ga verder met het isoleren van de linker halsslagader en de halsader en breng respectievelijk een centraal veneuze katheter met één lumen (18 Fr) en een centraal veneuze katheter met drie lumen (7 Fr) in. Sluit de 18 G-katheter aan op de linker halsslagader Sluit de 7 Fr triple-lumen centraal veneuze katheter op de linker halsader aan op de infuuspomp en medische monitor voor gelijktijdige intraveneuze vloeistoftoediening, medicijninjectie en centrale veneuze drukbewaking. Maak alle aansluitingen met behulp van de driewegkranen. Neem veneuze of arteriële bloedmonsters af via een driewegkraan.
    OPMERKING: Na het inbrengen van de katheter wordt de katheter en het bloedvat geligate met 2-0 chirurgische hechtingen.
  7. Leg de rechter halsslagader en ader bloot. Bereik systemische antistolling met een bolus heparine (120 IE/kg) via de rechter halsader.
    OPMERKING: De beoogde geactiveerde stollingstijd (ACT) voor canulatie is hoger dan 250s.

2. Cannulatie

  1. V-A ECMO-circuitinstelling: Breng een arteriële katheter (18 Fr) in via de rechter halsslagader tot een diepte van 10-15 cm en een veneuze katheter (24 Fr) via de rechter uitwendige halsader naar het rechter atrium.
  2. V-V ECMO-circuitinstelling: Leg de rechter uitwendige halsader bloot en breng een katheter met twee lumen (23 Fr) door de rechter uitwendige halsader.
    OPMERKING: Houd tijdens deze procedure de bloeddruk en hartslag van schapen binnen ±20% van de basiswaarden. Houd de partiële druk van arteriële kooldioxide (PaCO2) tussen 35-40 mmHg. Zorg ervoor dat de partiële druk van end-tidal kooldioxide (EtCO2) tussen 35-45 mmHg blijft. Pas de diepte van de anesthesie aan wanneer u variaties in bloeddruk en hartslag bij schapen tegenkomt. Als dit niet effectief blijkt te zijn of in noodgevallen, overweeg dan om vasoactieve medicijnen te gebruiken. Houd PaCO2 en EtCO2 binnen normale waarden door de ventilatorparameters aan te passen, met een primaire focus op ademvolume en ademhalingsfrequentie.
  3. Bij V-V ECMO haalt u de kathetertip door het rechter atrium (RA) en plaatst u deze in de inferieure vena cava (IVC). Richt de uitstroompoort van de katheter met dubbel lumen op de tricuspidalisklep (bevestig de positie met ultrasone hulp).
    OPMERKING: Na het inbrengen van de katheter wordt de katheter en het bloedvat geligate met 2-0 chirurgische hechtingen. Sluit de incisie in de huid met behulp van 4-0 chirurgische hechtingen.

3. Initiatie van ECMO

  1. Sluit alle ECMO-apparaten aan volgens de instructies van de fabrikant (zie materiaaltabel). Zorg ervoor dat er geen lekken zijn.
    OPMERKING: Volg de aseptische principes tijdens de aansluiting.
  2. De priming-oplossing bestaat uit een normale zoutoplossing (1000 ml) met 2000 IE heparine. Nadat u de aanzuigoplossing handmatig in het ECMO-circuit hebt geïnjecteerd en ervoor hebt gezorgd dat er geen luchtbellen in het circuit komen, start u de centrifugaalpomp voor het aanzuigen (1000-1500 tpm).
  3. Nadat het vullen is voltooid, schakelt u de centrifugaalpomp uit. Sluit de instroomkatheter aan op de inlaat van de centrifugaalpomp en sluit de uitstroomkatheter aan op de uitlaat van de oxygenator. Maak alle aansluitingen met behulp van de driewegkranen. Laat de lucht bij de aansluiting aftappen via de driewegkraan. Sluit de zuurstofbron aan op het ECMO-systeem en zorg voor een correcte zuurstofstroom. Start vervolgens de centrifugaalpomp voor ECMO-run. Stel het initiële pompdebiet in op 2,0 l/min met een pomptoerental van 3000 tpm.
  4. Lus de ECMO-circuitbuislijn half rond de nek van het schaap om verplaatsing of knikken te voorkomen.

4. Postoperatief beheer en monitoring

  1. Breng de schapen over naar een metabolische kooi en houd de schapen na voltooiing van de operatie op de juiste manier in bedwang.
    OPMERKING: Zet het hoofd en de schouders van het schaap vast met bijzondere nadruk op het voorkomen van verplaatsing of knikken van de canule. Verminder geleidelijk de diepte van de anesthesie. Zorg voor persoonlijke bescherming van de leden van het postoperatieve verpleegteam door beschermende kleding te dragen (steriele kleding, handschoenen, maskers en petten).
  2. Als u zorgt voor een stabiele ademhaling en de resultaten van de bloedgasanalyse, verwijdert u de endotracheale tube.
  3. Dien in de eerste 24 uur na de operatie flurbiprofen (1-2 mg/kg) en dexmedetomidine (0,2-0,3 μg/kg·u) intraveneus toe voor sedatie en pijnverlichting.
    OPMERKING: Overweeg na de eerste 24 uur kalmerende en pijnstillende geneesmiddelen als er sprake is van agitatie en bloeddrukschommelingen bij schapen als gevolg van postoperatieve pijn.
  4. Zorg ervoor dat de schapen zich in de controlekooi vrij kunnen bewegen binnen een bepaald bereik en onbeperkte toegang hebben tot een geschikte hoeveelheid voer en water.
  5. Houd continu in realtime toezicht op fundamentele vitale functies (hartslag en arteriële bloeddruk) samen met de hydraulische parameters van ECMO (pompdebiet, pompsnelheid, druk vóór de pomp, druk na de pomp en druk na de oxygenator).
    OPMERKING: Stel doelparameters in voor ECMO-beheer (pompdebiet: 2,0-2,5 l/min, pompsnelheid: 3000-3500 tpm, zuurstofdebiet: 1,0-1,5 l/min met een FiO2 van 50%-80%). Pas de bovenstaande parameters aan op basis van de resultaten van het bloedgas.
  6. Meet bloedgassen en ACT elke 6 uur en controleer dagelijks het bloedbeeld, de bloedchemie en stollingstests. Pas de antistollingsstrategie aan op basis van stollingsindicatoren.
    LET OP: Het beoogde ACT-doel: 220-250 s.
  7. Pas intraveneuze infusies aan op basis van de vochtbalans om de centrale veneuze druk (CVP) tussen 5-12 cm H2O te houden. Dien cefuroxim-natrium (1,5 g, i.v., b.i.d.) dagelijks toe om infecties te voorkomen. Voer dagelijkse incisiedesinfectie uit en controleer nauwlettend op tekenen van infectie of bloeding.

5. Euthanasie

  1. Verwijder na een experimentele periode van 7 dagen het ECMO-circuit.
  2. Dien een intraveneuze injectie van kaliumchloride (100 mg/kg) toe voor euthanasie onder sedatie met propofol (20 mg/kg).
    OPMERKING: Na euthanasie werden de belangrijkste organen (hart, nier, long, lever, hersenen en darm) verzameld en visueel gecontroleerd op de aanwezigheid van infarcten, bloedingen of openlijke schade. Alle orgaanletsels werden in detail geregistreerd. Vervolgens werden de organen in kleine stukjes gesneden en gefixeerd in 4% formaldehyde, ingebed met paraffine en verdeeld in secties van 4 μm voor hematoxyline-eosine (HE) kleuring13. Voer histologisch onderzoek uit voor HE-secties onder een lichtmicroscoop door ten minste twee pathologen onafhankelijk.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

In totaal werden tijdens het hele experiment tien schapen geëvalueerd, met vijf schapen in elke groep (Tabel 1). Na de start van ECMO herstelden alle schapen van de anesthesie en bleven ze 7 dagen wakker. In beide groepen bedroeg de ECMO-stroom meer dan 1,8 l/min. In de V-V ECMO-groep schommelde het debiet rond de 1,8 l/min, terwijl het in de v-a ecmo-groep varieerde van 2,3 l/min tot 1,8 l/min (Figuur 1A). De vitale functies van elk schaap ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Deze studie schetst de procedure voor het opstellen van robuuste overlevingsmodellen op lange termijn voor V-V en V-A ECMO bij schapen. Alle overlevende dieren vertoonden stabiele vitale functies en er traden geen ernstige bloedingen of stollingsvoorvallen op. De ECMO-flow en oxygenatieprestaties bleven stabiel, zonder ernstige pathologische letsels waargenomen. De studie biedt gedetailleerde informatie over antistollingsbeheer.

Antistollingsmanagement speelt ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
ACT analyzerHemochron, USAJr Signature
Anaesthesia machineDrager, Germany Primus
Arterial catheterEdwards Lifescience, USA18-FrBiedt toegang voor retournering in een slagader voor VA-EMCO
Blood chemistry analyzerIDEXX Laboratories, USA Catalyst One
Blood gas analyzerAbbott, USAAbbott i-STAT1
Centrifugal pumpJiangsu STMed Technologies, ChinaSTM CP-24 I
Centrifugal pump drive and consoleJiangsu STMed Technologies, ChinaOASSIST STM001
Coagulation test analyzerBeijing Succeeder Technology, ChinaSF-8050
Complete blood count analyzerSiemens Healthcare, GermanyADVIA 2120i
Dual-channel micro-injection pumpZhejiang Smith Medical Instrument, ChinaWZS-50F6
Dual-lumen catheterMAQUET Avalon Elite, Germany23-FrBiedt toegang voor retournering en drainage in de rechter externe halsslagader voor VV-ECMO
FlurbiprofenBeijing Tide Pharmaceutical Co., Ltd., China5ml: 50mg
GraphPad softwareGraphPad Software, USAGraphPad Prism v9.0Statistische analyse
Heparin Shanghai Shangyao No.1 Biochemical Pharmaceutical Co., Ltd., China2ml: 12500IU
High-frequency electrosurgicalCOVIDIEN, USAForce F
Multi-parameter medical monitorPhilips, NetherlandsMP60
Oxygenator kitMedos, GermanyHilite 7000LT
Oxygenator kitMaquet, GermanyBE-PLS 2050
Propofol  Xi’an Libang Pharmaceutical Co. Ltd, China20ml: 0.2g
Single-lumen central venous catheterTuoRen, China18FrInbrengen in de linker halsslagader  voor hemodynamisch bewaking en bloedmonsters.
Small Tail Han sheepJinyutongfeng Commercial and Trade Co. Ltd, Chinagewicht: 50-65 kg, leeftijd: 12-24 maanden
Triple-lumen central venous catheterTuoRen, China7FrInbrengen in de linker halsader voor intraveneuze vloeistof toediening, medicijninjectie, en bloedmonsters.
Ultrasound machineGE, USAE9
Venous catheterEdwards Lifescience, USA24-FrBiedt de drainage toegang in een ader voor VA-ECMO
VentilatorDrager, Germany Savina

Referenties

  1. Descamps, R., et al. Anti-Xa activity and hemorrhagic events under extracorporeal membrane oxygenation (ECMO): A multicenter cohort study. Crit Care. 25 (1), 127(2021).
  2. Keller, S. P. Contemporary approaches in the use of extracorporeal membrane oxygenation to support patients waiting for lung transplantation. Ann Cardiothorac Surg. 9 (1), 29-41 (2020).
  3. Smith, M., et al. Duration of veno-arterial extracorporeal life support (VA ECMO) and outcome: An analysis of the Extracorporeal Life Support Organization (ELSO) registry. Crit Care. 21 (1), 45(2017).
  4. Yang, L., et al. Risk factors for bloodstream infection (BSI) in patients with severe acute respiratory distress syndrome (ARDS) supported by veno-venous extracorporeal membrane oxygenation (VV-ECMO). BMC Pulm Med. 22 (1), 370(2022).
  5. Arachchillage, D. J., et al. Impact of major bleeding and thrombosis on 180-day survival in patients with severe COVID-19 supported with veno-venous extracorporeal membrane oxygenation in the United Kingdom: A multicentre observational study. Br J Haematol. 196 (3), 566-576 (2022).
  6. King, C. S., Roy, A., Ryan, L., Singh, R. Cardiac support: Emphasis on venoarterial ECMO. Crit Care Clin. 33 (4), 777-794 (2017).
  7. Rajsic, S., et al. Anticoagulation Strategies during extracorporeal membrane oxygenation: A narrative review. J Clin Med. 11 (17), 5147(2022).
  8. Rajsic, S., et al. The Role of Excessive anticoagulation and missing hyperinflammation in ECMO-associated bleeding. J Clin Med. 11 (9), 2314(2022).
  9. Djordjevic, I., et al. Fluid management in veno-arterial extracorporeal membrane oxygenation therapy-analysis of an experimental pig model. J Clin Med. 12 (16), 5330(2023).
  10. Passmore, M. R., et al. Evidence of altered haemostasis in an ovine model of venovenous extracorporeal membrane oxygenation support. Crit Care. 21 (1), 191(2017).
  11. Heinsar, S., et al. Heart failure supported by veno-arterial extracorporeal membrane oxygenation (ECMO): a systematic review of pre-clinical models. Intensive Care Med Exp. 8 (1), 16(2020).
  12. MohanKumar, S. M., et al. Effects of prenatal bisphenol-A exposure and postnatal overfeeding on cardiovascular function in female sheep. J Dev Orig Health Dis. 8 (1), 65-74 (2017).
  13. Zou, Z., et al. Naturally-occurring spinosyn A and its derivatives function as argininosuccinate synthase activator and tumor inhibitor. Nat Commun. 12 (1), 2263(2021).
  14. Cianchi, G., Lazzeri, C., Bonizzoli, M., Batacchi, S., Peris, A. Echo-guided insertion of a dual-lumen cannula for venovenous extracorporeal membrane oxygenation. ASAIO J. 65 (4), 414-416 (2019).
  15. Conway, R. G., et al. Evaluation of an autoregulatory ECMO system for total respiratory support in an acute ovine model. Artif Organs. 44 (5), 478-487 (2020).
  16. McDonald, C. I., et al. The impact of acute lung injury, ECMO and transfusion on oxidative stress and plasma selenium levels in an ovine model. J Trace Elem Med Biol. 30, 4-10 (2015).
  17. Zhou, X., et al. Long-term support with an ambulatory percutaneous paracorporeal artificial lung. J Heart Lung Transplant. 31 (6), 648-654 (2012).
  18. Brodard, J., et al. COVID-19 patients often show high-titer non-platelet-activating anti-PF4/heparin IgG antibodies. J Thromb Haemost. 19 (5), 1294-1298 (2021).
  19. Cartwright, B., et al. Hemostasis, coagulation and thrombin in venoarterial and venovenous extracorporeal membrane oxygenation: the HECTIC study. Sci Rep. 11 (1), 7975(2021).
  20. Lim, M. S., McRae, S. COVID-19 and immunothrombosis: Pathophysiology and therapeutic implications. Crit Rev Oncol Hematol. 168, 103529(2021).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Meer artikelen verkennen

Veno-arteriële ECMOveno-veneuze ECMOgeactiveerde stollingstijdheparinedosistrombine-tijdpartiële tromboplastinetijdschaapmodelnierinfarct

Dit artikel is gepubliceerd

Video binnenkort beschikbaar

Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.