Dit protocol beschrijft een minimaal invasieve percutane techniek voor het inbrengen van anterieure en posterieure pleurakatheters bij varkens, waardoor directe meting van de regionale pleuradruk mogelijk is zonder thoracotomie.
Methodenartikel
Beeldgestuurde percutane techniek voor directe pleurale drukmeting in een varkensmodel
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
De meting van de pleurale druk maakt geavanceerde fysiologische beoordeling mogelijk, waaronder het onderverdelen van de mechanica van het ademhalingsstelsel in long- en borstwandcomponenten, het berekenen van de transpulmonale druk en het kwantificeren van regionale pleurale drukgradiënten. Deze informatie is essentieel voor het optimaliseren van mechanische ventilatie, het beoordelen van de impact van een veranderde fysiologie van de borstwand en het bevorderen van translationeel onderzoek naar longletsel. De huidige technieken voor directe meting van de pleurale druk vereisen echter vaak chirurgische implantatie van pleurale druktransducers via een thoracotomie met open borstkas, wat tijdrovend is, risicovol is en de mechanica van de borstwand kan beïnvloeden. Om deze beperkingen te overwinnen, hebben we een minimaal invasieve, percutane, beeldgestuurde techniek ontwikkeld voor het plaatsen van een pleurale katheter. De procedure werd uitgevoerd bij geanestheseerde, mechanisch geventileerde varkens. Onder echogedreven begeleiding werd een Tuohy-naald in de pleurale ruimte gebracht, waarna een klein kunstmatig pneumothorax (50–100 mL zuurstof) werd gecreëerd om de pleurale lagen van elkaar te scheiden. Over een geleidingsdraad werd een 9 Fr sheath-introductiehulpmiddel geplaatst, waardoor een ballonkatheter in de anterieure pleura kon worden ingebracht. Het dier werd vervolgens in een half-prone positie gedraaid, waarna een tweede katheter dorsaal werd geplaatst nadat dezelfde pneumothorax was vergroot met nog eens 50–100 mL zuurstof. De plaatsing werd bevestigd via computed tomography (CT) en fysiologische registraties. Na evacuatie van de pneumothorax en re-expansie van de long werd de positie via beeldvorming geverifieerd. Succesvolle anterieure en posterieure katheterplaatsing werd bereikt bij 16 van de 20 dieren (80%), wat de procedurele haalbaarheid van deze benadering ondersteunt. Mislukte procedures waren het gevolg van een onbedoelde pneumothorax tijdens de anterieure pleurale toegang of een malpositie van de anterieure katheter buiten het beoogde ventrale gebied. Deze methode biedt een minder invasieve en reproduceerbare aanpak voor directe regionale monitoring van de pleurale druk in grootschalige diermodellen. Door chirurgische toegang te vermijden, is deze percutane, beeldgestuurde techniek uitermate geschikt voor experimentele protocollen die de ademhalingsmechanica, de fysiologie van de long en borstwand en mechanische ventilatie onderzoeken in translationeel onderzoek.
Inleiding
Pleurale druk is veelvuldig gebruikt in experimentele studies als een belangrijke indicator voor de mechanica van de borstkas, wat helpt bij het beschrijven van het gescheiden gedrag van het ademhalingssysteem en de interactie met de long tijdens mechanische ventilatie1. Deze variabele is essentieel voor het berekenen van de transpulmonale druk, die de primaire determinant van longstress vertegenwoordigt2. Bij longletsel kan pleurale druk ook helpen bij het beschrijven van de mechanica aan het einde van de uitademing en inzicht bieden in de supergeponeerde drukgradiënt, een fenomeen dat gekoppeld is aan de belasting die inwerkt op afhankelijke longregio's3,4. Deze regionale drukverdeling creëert ventro-dorsale verschillen in de pleurale en transpulmonale druk, die tijdens gecontroleerde mechanische ventilatie hoofdzakelijk worden bepaald door de gravitatiebelasting en de ernst van het longletsel, terwijl ze tijdens spontane of ondersteunde ademhaling verder kunnen worden versterkt door regionale activiteit van de inspiratoire spieren5.
Direct monitoring van de pleuradruk wordt in de klinische praktijk niet uitgevoerd omdat de procedure te invasief is om als veilig te worden beschouwd. Om deze reden wordt de slokdarmdruk (Pes) gewoonlijk gebruikt als de beste surrogaat voor de pleuradruk6. Pes wordt echter beïnvloed door verschillende factoren die de nauwkeurigheid kunnen beïnvloeden, waaronder de positie van de katheter, de drukoverdracht beoordeeld via de Baydur-ratio en de ventilatiemodus7. De slokdarmballon bevindt zich in een compliant structuur en het signaal wordt gevormd door zowel de slokdarmwand als aangrenzende mediastinale organen. Zelfs kleine verschuivingen in de diepte of uitlijning van de katheter kunnen de gemeten druk of de omvang van de getijdenfluctuaties veranderen8. Bovendien weerspiegelt Pes primair de midden- tot dorsale pleuradruk, waardoor het minder representatief is voor ventrale regio's en de algehele pleurale omgeving bij heterogene longschade9.
Om deze redenen blijft directe meting van de pleurale druk de gouden standaard in de translationele en experimentele fysiologie10. Verschillende apparaten zijn gebruikt voor de directe meting van de pleurale druk. Wafer-achtige pleurale sensoren worden vaak gebruikt in experimentele modellen11,12, en in sommige studies zijn ook oesofageale ballonkatheters in de pleurale ruimte ingebracht om de pleurale druk direct te registreren13,14. Ondanks de beschikbaarheid van verschillende instrumenten voor directe meting van de pleurale druk, vereiste de plaatsing hiervan traditioneel ofwel een open thoracotomie of thoracoscopische toegang. Deze benaderingen zijn invasief, vereisen geavanceerde chirurgische expertise, verlengen de procedurele voorbereiding en verstoren de normale mechanica van de borstkaswand, waardoor de onderzochte fysiologische condities aanzienlijk worden gewijzigd.
In dit methodeartikel presenteren we een nieuwe percutane techniek voor het plaatsen van slokdarmballoncatheters in de pleurale ruimte van varkens voor directe regionale monitoring van de pleuradruk. Deze aanpak is minimaal invasief en vereist geen thoracotomie of geavanceerde chirurgische training. De anterieure pleurale toegang wordt uitgevoerd met een standaard echogeleide punctietechniek, terwijl computertomografie (CT)-beeldvorming wordt gebruikt om de plaatsing van de intrapleurale geleidingsdraad en catheter te bevestigen en om te helpen bij het plannen van de posterieure pleurale toegang. De methode maakt het mogelijk om catheters in verschillende regio's van de pleuraholte te plaatsen voor een regionale beoordeling van de gepartitioneerde respiratoire mechanica. De techniek is erop gericht de procedurele complexiteit en het risico te verminderen, terwijl hoogwaardige registraties van de pleuradruk behouden blijven voor fysiologisch en translationaal onderzoek.
Protocol
Na goedkeuring door de Institutional Animal Care and Use Committee (2020I000073) van het Massachusetts General Hospital, Boston, MA, werden de experimenten van maart tot november 2025 uitgevoerd bij 20 gezonde Yorkshire-varkens met een gewicht van 30–40 kg.
WAARSCHUWING: Dit protocol veroorzaakt opzettelijk een pneumothorax en maakt gebruik van 100% zuurstof. Voer de procedure uit onder continue fysiologische bewaking door personeel dat is opgeleid in anesthesie voor grote dieren en pleurale toegang, en elimineer alle ontstekingsbronnen tijdens de zuurstofinsufflatie.
1. Voorbereiding van het dier
- Sedeer het dier met intramusculaire tiletamine–zolazepam (4,4 mg/kg), xylazine (2,2 mg/kg) en atropine (0,04 mg/kg).
- Creëer intraveneuze toegang en dien fentanyl (2 µg/kg) en propofol (2 mg/kg) intraveneus toe om een veilige endotracheale intubatie mogelijk te maken.
- Intubeer het dier en bevestig de correcte plaatsing van de luchtweg door bilaterale borstexpansie, bilaterale ademgeluiden en de aanwezigheid van een consistente end-tidal CO₂-golfvorm te verifiëren.
- Start volumegestuurde ventilatie (VCV) met een fractie geïnspireerde zuurstof (FiO₂) van 0,4, een tidal volume van 10 mL/kg, een positieve end-expiratoire druk (PEEP) van 5 cmH₂O en een ademhalingsfrequentie van 15–20 ademhalingen/min. Pas de ademhalingsfrequentie aan om de end-tidal CO₂ tussen 35 en 45 mmHg te houden.
- Houd gedurende de gehele procedure continue anesthesie en analgesie in stand met intraveneuze propofol (10 mg∙kg-1∙h-1) en fentanyl (5 µg∙kg-1∙h-1). Bevestig vóór toediening van de neuromusculaire blokkade de adequate anesthesiediepte door te controleren op kaakrelaxatie, afwezigheid van de palpebrale reflex, afwezigheid van een terugtrekreflex bij knelling tussen de tenen of bij de hoef, en afwezigheid van een hemodynamische respons op stimulatie. Monitor na de neuromusculaire blokkade de adequaatheid van de anesthesie aan de hand van fysiologische variabelen, waaronder hartslag, arteriële druk en de afwezigheid van autonome responsen op procedurele stimulatie. Breng na inductie van de anesthesie oogzalf aan om uitdroging van het hoornvlies te voorkomen.
- Monitor continu de hartslag, bloeddruk, zuurstofverzadiging, end-tidal CO₂ en luchtwegdrukken. Houd de hartslag op 70–140 slagen/min, de gemiddelde arteriële druk boven 60 mmHg, de zuurstofverzadiging boven 92%, de end-tidal CO₂ tussen 35 en 45 mmHg en de maximale luchtwegdruk indien mogelijk onder 35 cmH₂O.
- Dien een neuromusculaire blokkerend middel toe (pancuronium 0,1 mg∙kg-1∙h-1) en bevestig de afwezigheid van spontane ademhalingsactiviteit voordat er wordt begonnen met de pleurale toegang.
2. Voorbereiding van de apparatuur
- Bereid de steriele apparatuur voor die vereist is voor echogeleide pleurale toegang en katheterplaatsing, zoals vermeld in de Tabel met materialen.
- Klip het haar, reinig de huid en drapeer de anterieure en posterieure thoraciale oppervlakken onder steriele omstandigheden.
3. Anterieure percutane pleurale toegang
- Plaats het dier in rugligging met een lichte rotatie naar de zijde tegenover de geplande insertieplaats van de anterieure pleuracatheter.
- Identificeer de sternale lijn en de diafragmatische koepel met behulp van echografie.
- Identificeer de diafragmatische koepel met echografie, beweeg vervolgens ongeveer 5 cm lateraal en 5 cm craniaal vanaf de midline op het niveau van het diafragma om de anterieure punctieplaats te selecteren.
- Visualiseer de anterieure pleurale ruimte met de echoprobe.
- Voer de echogeleide Tuohy-naald in bij de bovenrand van de inferieure rib van de geselecteerde intercostaalruimte, met de kromming naar boven gericht.
- Voer de naald onder real-time echogeleiding via een in-plane benadering voort naar de pariëtale pleura.
- Oefen een lichte positieve druk uit op de spuit terwijl u tijdens een end-expiratoire hold-manoeuvre nog 1–2 mm verder voortbeweegt, totdat een plotseling verlies van weerstand duidt op toegang tot de pleurale ruimte.
- Injecteer ongeveer 50–100 mL 100% zuurstof om een kleine anterieure kunstmatige pneumothorax te creëren. Pas het uiteindelijke zuurstofvolume aan op basis van de CT-bevindingen van de pneumothorax-expansie en pleurale separatie.
- Voer de veer-geleidingsdraad door de naald en verwijder de naald.
- Voer een CT-scan uit om de correcte plaatsing van de geleidingsdraad in de pleurale ruimte te bevestigen, welke is vergroot en duidelijk is afgebakend door de kunstmatige pneumothorax.
- Maak na CT-bevestiging een kleine huidincisie op de plek waar de draad is ingevoerd.
- Voer een 9 Fr introduceur over de geleidingsdraad in met behulp van de Seldinger-techniek.
- Verwijder de geleidingsdraad en voer de oesofageale balloncatheter via de introduceur in de anterieure pleuraholte in.
- Klaap de ballon op met het optimale vulvolume, bepaald uit een in vivo ballon druk-volumecurve (PV-curve)15, om een correcte ballonexpansie en betrouwbare drukoverdracht te garanderen.
- Verbind de balloncatheter met een externe differentiële druktransducer met behulp van een luchtgevuld druktransmissiesysteem.
- Nul de druktransducer op atmosferische druk voordat de catheter wordt aangesloten om nauwkeurige drukmetingen te garanderen.
- Verbind de druktransducer met een data-acquisitiesysteem en verzamel de druksignalen met behulp van data-acquisitiesoftware.
- Registreer alle druksignalen met een bemonsteringsfrequentie van 1.000 Hz zonder aanvullende digitale filtering. Start de registratie zodra een stabiele drukcurve wordt waargenomen.
4. Posterieure percutane pleurale toegang
- Positioneer het dier in een half-prone positie om de dorsale migratie van de intrapleurale lucht te bevorderen.
- Injecteer een extra 50–100 mL 100% zuurstof via de anterieure katheter om de dorsale pneumothorax te vergroten en de posterieure toegang te vergemakkelijken.
- Voer een CT-scan uit om de dorsale migratie van de kunstmatige pneumothorax te bevestigen en het optimale posterieure punctiegebied te identificeren.
- Markeer de posterieure punctieplaats op de huid halverwege de processus spinosi en de posterieure axillaire lijn.
- Voer de Tuohy-naald loodrecht in bij de bovenrand van de onderste rib van de geselecteerde intercostale ruimte, waarbij een lege spuit wordt bevestigd voor continue aspiratie.
- Voer de naald tijdens een end-expiratoire hold-manoeuvre door de musculaire vlakken terwijl er continu wordt geaspireerd totdat er lucht wordt verkregen, wat de toegang tot de dorsale pneumothorax bevestigt.
- Voer de veer-draadgeleider in en verwijder de naald.
- Voer een CT-scan uit om de correcte plaatsing van de geleidedraad in de pleurale ruimte te bevestigen, welke is vergroot en duidelijk is afgebakend door de kunstmatige pneumothorax.
- Maak na CT-bevestiging een kleine huidincisie op de plaats waar de draad is ingebracht.
- Voer de 9 Fr introduceur over de geleidedraad in met behulp van de Seldinger-techniek.
- Verwijder de geleidedraad en voer de tweede oesofageale ballon via de introduceur in de dorsale pleurale holte in.
- Inflateer de ballon met het optimale vulvolume, bepaald aan de hand van een in vivo ballon druk-volumecurve (PV-curve), om een correcte ballonexpansie en betrouwbare drukoverdracht te waarborgen.
- Sluit de katheter aan op de differentiële druktransducer en verifieer de correcte pleurale golfvormmorfologie op de monitor.
5. Definitieve positionering en monitoring
- Verifieer dat de ventilatorparameters (tidal volume, inspiratoire flow en luchtwegdruk) en de hemodynamische waarden stabiel blijven tijdens en na de plaatsing van de katheter.
- Draineer de pneumothorax via de posterieure en anterieure introduceerders door voorzichtig intrapleurale lucht te aspireren met een 50 mL spuit totdat er geen weerstand meer is bij de drainage. Voorkom het creëren van overmatige negatieve druk binnen de pleurale ruimte.
- Bevestig beide slokdarmballonkatheters aan de huid met plakband en verwijder vervolgens voorzichtig beide 9 Fr introduceerders om verschuiving van de katheter te voorkomen.
- Voer een CT-scan uit om eventuele resterende pneumothorax te beoordelen. Indien er sprake is van een resterende pneumothorax, plaats het dier dan in buikligging en verlaag de FiO₂ naar 0,25, indien fysiologisch getolereerd, om zuurstofreabsorptie te bevorderen.
- Bevestig de afwezigheid van een lek in de luchtweg of pleura door de geïnspireerde en geëxpireerde tidal volumes te vergelijken en een inspiratoire hold uit te voeren. Verifieer een stabiele plateaudruk en het terugkeren van de flow naar nul.
- Beoordeel de anterieure en posterieure pleurale drukcurven opnieuw na verwijdering van de introduceerders. Bevestig dat de verwachte morfologie van de curve stabiel blijft; als deze verandert, begin dan pas met registreren nadat de katheterpositie en de stabiliteit van de curve opnieuw zijn beoordeeld.
- Begin pas met de gelijktijdige registratie van de anterieure en posterieure pleurale druk nadat de evacuatie of reabsorptie van de pneumothorax, stabiele ventilatie en hemodynamiek, de afwezigheid van een doorlopend lek en stabiele pleurale drukcurven zijn bevestigd.
- Stel de ventilatie bij door het TV op 10 mL/kg te houden en de PEEP te verlagen van 5 naar 3 cmH₂O. De pleurale drukwaarden aan het einde van de expiratie werden verkregen tijdens een stabiele end-expiratoire hold-manoeuvre, zoals getoond in Figuur 1.
- Aan het einde van elk experimenteel protocol, terwijl de dieren onder algemene anesthesie werden gehouden, werd euthanasie uitgevoerd door intraveneuze toediening van KCl (7% oplossing, 2 mL/kg).
Resultaten
De plaatsing van pleurale katheters met behulp van de percutane techniek werd geprobeerd bij 20 varkens (Tabel 1). Bij 17 dieren werden in totaal 34 pleurale katheters (17 anterieur en 17 posterieur) ingebracht. Hiervan bereikten 33 katheters (97%) de beoogde pleurale regio, terwijl één anterieure katheter de pleurale holte binnenging maar de beoogde ventrale locatie niet bereikte. De correcte regionale plaatsing van zowel de anterieure als de posterieure katheters werd derhalve bereikt bij 16 van de 17 dieren waarbij katheterinsertie werd uitgevoerd (94%), wat overeenkomt met 16 van de 20 dieren in totaal (80%; 95% BI, 56,3%–94,3%).
Representatieve registraties van de pleuradruk bij succesvolle procedures vertoonden duidelijke en fysiologisch betekenisvolle verschillen tussen de anterieure en posterieure sensoren (Figuur 1). De anterieure katheter vertoonde doorgaans prominente cardiale oscillaties, groter dan die geregistreerd met de oesofageale ballon, wat wijst op de nabijheid tot het hart en het mediastinum. In tegenstelling hiermee vertoonden posterieure pleurale signalen minimale cardiale artefacten en vloeiende respiratoire golfvormen, wat consistent is met de mechanisch rustigere, afhankelijke thoracale regio.
Tijdens occlusie aan het einde van de uitademing vertoonden correct geplaatste katheters een reproduceerbare pleurale drukgradiënt van dorsaal naar ventraal. De posterieure pleurale druk was consistent positief aan het einde van de uitademing, terwijl het anterieure signaal varieerde van negatief tot positief (Tabel 2). De resulterende gradiënt tussen 2 en 7 cmH₂O kwam overeen met de verwachte gravitatie-superponeerde drukverdeling bij geanestheseerde, mechanisch beademde varkens.
Vier procedures (20%) werden als mislukt geclassificeerd. Bij drie dieren werd de procedure afgebroken na de anterieure pleurale toegang en het plaatsen van de geleidedraad, omdat CT-beeldvorming een ongecontroleerde pneumothorax aantoonde door onbedoelde punctie van het longparenchym, wat wees op het verlies van de long-pleura-appositie en een betrouwbare meting van de pleuradruk verhinderde. Daarom zijn de katheterplaatsing en de beoordeling van de drukgolf bij deze proefdieren niet uitgevoerd. De overige mislukte procedure was te wijten aan een off-target anterieure katheterplaatsing: de ballon kwam in de pleurale ruimte terecht, maar bereikte de beoogde ventrale regio niet, wat resulteerde in een golfvorm waarin de verwachte anterieur-posterieure gradiënt ontbrak.
CT-beeldvorming bevestigde de fysiologische bevindingen. Bij succesvolle plaatsingen waren de ballonkatheters zichtbaar in de beoogde ventrale of dorsale pleurale regio's, in directe aansluiting tegen de pariëtale pleura (Figuur 2). In het onsuccesvolle geval waarbij het doelwit werd gemist, toonde CT een intrapleurale katheterpositie buiten de doelregio aan. Postmortaal onderzoek bevestigde de katheterpositie en de pleurale locatie verder na voltooiing van het protocol (Figuur 3).
Over het algemeen tonen deze resultaten aan dat de percutane techniek betrouwbaar interpreteerbare pleurale druksignalen oplevert wanneer de regionale plaatsing is bereikt, en dat zowel de morfologie van de golfvorm als CT-beeldvorming praktische indicatoren vormen voor het slagen of mislukken van de procedure.
Figuur 1: Pleurale druk- en luchtwegdrukgolfvormen na evacuatie van een pneumothorax. Gelijktijdige signalen van de luchtwegdruk (rood), slokdarmdruk (blauw), anterieure pleurale druk (oranje) en posterieure pleurale druk (cyaan) werden geregistreerd tijdens volumegestuurde ventilatie. Het gearceerde gebied markeert de end-expiratoire pauze die werd gebruikt om de end-expiratoire drukwaarden te extraheren. Het posterieure spoor vertoont minimale cardiogene oscillaties en hogere end-expiratoire waarden, terwijl het anterieure spoor prominentere cardiale oscillaties en een lagere end-expiratoire druk vertoont. Tijdens de pauze representeert de posterieure minus anterieure pleurale druk de verticale pleurale drukgradiënt. Afkorting: cmH₂O = centimeters of water. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Computertomografische bevestiging van de plaatsing van de pleurale katheter. Gele pijlen geven de anterieure katheter in de ventrale pleurale regio aan, en rode pijlen geven de posterieure katheter in de dorsale pleurale regio aan. Transversale (links en midden) en sagittale (rechts) computertomografie-scans zijn getoond voor subjecten P1 en P2. Beelden zijn verkregen na plaatsing van de katheter en vóór volledige evacuatie van de kunstmatige pneumothorax. De gereedheid voor registratie werd vervolgens bevestigd na drainage door herstelde longexpansie en stabiele fysiologische drukgolfvormen. Succesvolle plaatsing werd gedefinieerd als lokalisatie van de katheter binnen de beoogde anterieure of posterieure pleurale regio met een compatibele golfvormmorfologie. Afkorting: CT = computertomografie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Postmortale anatomische bevestiging van de plaatsing van de pleurale katheter. Thoracaal onderzoek, uitgevoerd aan het einde van het protocol, bevestigde de positie van de intrapleurale katheter. Gele cirkels geven de anterieure pleurale katheter aan en de groene cirkel geeft de posterieure pleurale katheter aan. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| Uitkomstcategorie | Aantal dieren (n = 20) | Percentage (%) | 95% BI (%) | Beschrijving |
| Succesvolle anterieure + posterieure plaatsing | 16 | 80% | 56.3–94.3 | Zowel de ventrale als de dorsale katheters correct gepositioneerd in de doelgebieden |
| Intrapleuraal maar foutgeplaatste positionering | 1 | 5% | 0.1–24.9 | Anterieure katheter in de pleuraholte, maar niet in het doelgebied |
| Mislukt vanwege een ongecontroleerde pneumothorax | 3 | 15% | 3.2–37.9 | Procedure afgebroken na plaatsing van de geleidedraad vanwege een ongecontroleerde pneumothorax bij CT-beeldvorming |
Tabel 1: Procedurele uitkomsten bij 20 experimentele proefpersonen. De tabel vermeldt elke uitkomstcategorie, het aantal en percentage dieren, het 95% betrouwbaarheidsinterval en de beschrijving. Afkortingen: CI = betrouwbaarheidsinterval.
| Onderwerp | Positieve eind-expiratoire druk (cmH₂O)₂O) | Post-expiratoire eind-positieve druk (cmH2O)₂O) | Verticale gradiënt (cmH2O)₂O) |
| 1 | -1.2 | 2.5 | 3.7 |
| 2 | -0.2 | 3.1 | 3.3 |
| 3 | -3.0 | 3.0 | 6.0 |
| 4 | 1.6 | 4.9 | 3.3 |
| 5 | 0.1 | 4.5 | 4.4 |
| 6 | -1.7 | 3.2 | 5.0 |
| 7 | 4.1 | 6.4 | 2.3 |
| 8 | -1.2 | 5.6 | 6.8 |
| 9 | -0.8 | 4.7 | 5.5 |
| 10 | 1.1 | 5.7 | 4.7 |
| 11 | -1.1 | 6.1 | 7.2 |
| 12 | -0.9 | 6.5 | 7.4 |
| 13 | -1.6 | 2.8 | 4.4 |
| 14 | 0.3 | 3.5 | 3.1 |
| 15 | 0.6 | 3.6 | 3.0 |
| 16 | 0.1 | 2.9 | 2.8 |
| Gemiddelde | -0.2 | 4.3 | 4.5 |
| SD | 1.6 | 1.4 | 1.6 |
| Bereik | -3.0–4.1 | 2.5–6.5 | 2.3–7.4 |
Tabel 2: Anterieure en posterieure pleurale drukwaarden aan het einde van de uitademing en de resulterende verticale gradiënt.De gradiënt werd berekend als de posterieure druk minus de anterieure druk. Metingen werden verkregen tijdens volumegestuurde ventilatie met een tidal volume van 10 mL/kg en een positieve eind-expiratoire druk van 3 cmH₂O. Afkortingen: PEEP = positieve eind-expiratoire druk; VCV = volumegestuurde ventilatie.
| Probleem | Waarschijnlijke oorzaak | Herkenningscriteria | Correctieve maatregel |
| Onvolledige evacuatie van de kunstmatige pneumothorax | Residuele intrapleurale zuurstof na plaatsing van de katheter en onvolledige re-expansie van de long | Aanhoudende residuele pneumothorax of onvolledige pleurale appositie op CT; onbetrouwbare absolute pleurale drukwaarden ondanks behouden respiratoire oscillaties | Verlaag de FiO2 naar 0.25 indien fysiologisch getolereerd, plaats het dier in buikligging en wacht 30 min om zuurstofresorptie te faciliteren. Herhaal de CT-beeldvorming vóór de drukregistratie om de vermindering van de pneumothorax en de re-expansie van de long te bevestigen |
| Ongecontroleerde pneumothorax | Onbedoelde punctie van het longparenchym tijdens de pleurale toegang | CT-bewijs van een grote of ongecontroleerde pneumothorax; onvolledige re-expansie van de long; ventilatorbewijs van lekkage of instabiele mechanica | Ga niet over tot drukregistratie. Indien een betrouwbare pleurale drukmeting niet kan worden verkregen, classificeer de procedure dan als mislukt |
| Kathetervoortgang buiten het doelgebied | Geleidedraad of katheter zijwaarts of weg van de beoogde ventrale of dorsale pleurale regio voortgevoerd | CT toont intrapleurale katheterpositie buiten het doelgebied; golfvorm mist de verwachte anterieur-posterieure verschillen of verticale drukgradiënt | Positioneer de katheter opnieuw indien mogelijk. Indien de beoogde regio niet kan worden bereikt, classificeer de plaatsing dan als suboptimaal of mislukt |
| Abnormale pleurale golfvorm | Foutieve katheterpositie, ontoereikende vulling van de ballon, slechte katheter-pleura appositie, lek in de verbinding, of transducer-/nulpuntsfout | Vlakke registratie, overmatige ruis, afwezige respiratoire oscillaties, niet-fysiologische absolute drukwaarden, of verlies van de verwachte anterieure/posterieure golfvormmorfologie | Controleer alle verbindingen en de nulstelling van de transducer. Verifieer het vulvolume van de ballon. Beoordeel de katheterpositie opnieuw via beeldvorming en herhaal de beoordeling van de golfvorm vóór de registratie |
| Aanhoudende lek in de luchtweg of pleura | Punctie van het longparenchym of aanhoudende pleura-luchtwegcommunicatie na toegang | Verschil tussen geïnspireerde en geëxpireerde tidal volumes; onstabiele plateau-druk; flow keert niet terug naar nul tijdens inspiratoire hold | Stop de gegevensverwerving. Beoordeel de ventilator-mechanica en beeldvorming opnieuw. Ga alleen verder als het lek is verholpen en stabiele luchtweg- en pleurale golfvormen zijn hersteld |
| Katheterverschuiving na verwijdering van de introduceerder | Beweging van de katheter tijdens het terugtrekken van de introduceerder of ontoereikende fixatie aan de huid | Verandering in golfvormmorfologie na verwijdering van de introduceerder; verlies van verwachte anterieure cardiale oscillaties; verlies van posterieure gladde respiratoire golfvorm; CT-bewijs van verschuiving | Bevestig de katheter met plakband aan de huid vóór verwijdering van de introduceerder. Beoordeel de golfvormmorfologie opnieuw na verwijdering van de introduceerder. Bevestig de positie via CT indien verschuiving wordt vermoed |
| Onvermogen om lucht te aspireren | De lucht binnen de kunstmatige pneumothorax is weggemigreerd van de punt van de introduceerder. | Er wordt geen lucht geaspireerd bij het naar achteren trekken van de spuitplunjer, waarbij negatieve druk wordt gegenereerd tijdens de aspiratiepoging. | Probeer aspiratie met een spuit met een kleiner volume. Als dit onvoldoende is, voer dan een CT-beeldvorming uit om de locatie van de luchthopeing te identificeren en pas de positie van het dier dienovereenkomstig aan om de luchthopeing in de nabijheid van de introduceerpunt te brengen. |
Tabel 3: Gids voor het oplossen van problemen bij het plaatsen van een percutane pleurale katheter en drukmeting. Veelvoorkomende problemen zijn gekoppeld aan waarschijnlijke oorzaken, erkenningscriteria en corrigerende acties. Afkortingen: CT = computertomografie; FiO₂ = fractie geïnspireerde zuurstof.
Discussie
Dit percutane protocol biedt een praktische en reproduceerbare methode om regionale pleuradrukmetingen te verkrijgen zonder dat thoracotomie of thoracoscopische toegang noodzakelijk is. Verschillende aspecten van de procedure zijn bijzonder belangrijk om een succesvolle plaatsing van de katheter en drukregistraties met een hoge getrouwheid te garanderen.
Een essentieel onderdeel van de techniek is de anterieure punctie die wordt uitgevoerd onder directe thoracale echogeleiding. Echografie wordt gebruikt om de pleura en de gekozen intercostale ruimte duidelijk in beeld te brengen, wat een real-time bevestiging van het traject van de naald mogelijk maakt. Omdat de procedure een gecontroleerde en nauwkeurige hantering van de naald vereist terwijl deze het pleura-oppervlak nadert, hebben we een echoversterkte Tuohy-naald gebruikt om de zichtbaarheid van de punt te verbeteren en het risico op onbedoelde longpunctie of het niet binnendringen van de pleurale ruimte te minimaliseren16.
Continue visualisatie van de naaldpunt is essentieel tijdens het volledig naar voren brengen. Om deze reden geniet een in-plane echografische benadering de voorkeur, omdat hiermee de gehele naaldschacht en de punt zichtbaar blijven terwijl deze richting de pleurale ruimte beweegt, wat de procedurele nauwkeurigheid verbetert en het risico op onbedoelde longpunctie vermindert.
De correcte timing van het voortbewegen van de naald is ook essentieel. Het voortbewegen van de naald tijdens een end-expiratoire pauze minimaliseert de cyclische beweging van het pleura-oppervlak die geassocieerd is met tidele ventilatie, waardoor de nauwkeurigheid wordt verbeterd en de incidentie van parenchymcontact wordt verminderd.
De pneumothorax werd gecreëerd met behulp van pure zuurstof om de resorptie van eventueel resterend gas dat niet via spuitaspiratie is verwijderd, te vergemakkelijken. Deze resorptie vindt plaats via de zuurstofdiffusiegradiënt tussen de pleurale ruimte en de alveoli, aangezien het dier wordt beademd met een FiO₂ onder de 1,017. Deze aanpak minimaliseert het risico dat resterend intrapleuraal gas de drukmetingen beïnvloedt. Het volume zuurstof moet voldoende zijn om de pleurale lagen te scheiden en het veilig invoeren van de geleidingsdraad en de introduceerder te vergemakkelijken, terwijl een onnodige vergroting van de kunstmatige pneumothorax wordt vermeden. Zodra de plaatsing van de katheter is voltooid, moet de geïnsuffleerde zuurstof volledig worden geëvacueerd voordat de drukmetingen worden uitgevoerd.
Een juiste positionering is vereist om posterieure toegang mogelijk te maken. Door het dier in de semiprone positie te draaien, kan de intrapleurale zuurstofbel naar achteren verschuiven, waardoor de dorsale pleurale ruimte toegankelijk wordt via een blinde punctie met gebruik van dezelfde Seldinger-techniek als bij de anterieure punctie. Voldoende rotatie van het lichaam is essentieel om de dorsale migratie van de zuurstofbel mogelijk te maken. Onvoldoende rotatie kan voorkomen dat de posterieure pleurale lagen zich scheiden, waardoor het invoeren van de geleidedraad moeilijker wordt, ondanks de CT-ondersteunde planning van de punctieplaats.
Na het plaatsen van de katheter is het verifiëren van de systeemintegriteit verplicht. De afwezigheid van een lek in de luchtweg of pleura wordt bevestigd door de geïnspireerde en geëxpireerde teugvolumes te vergelijken en een inspiratoire pauze uit te voeren. Een stabiele plateau-druk samen met het terugkeren van de flow naar nul geeft aan dat er geen actueel lek aanwezig is en dat de pleurale toegang geen aanhoudende communicatie met de luchtweg veroorzaakt. Daarnaast dient de morfologie van de drukgolf te worden beoordeeld om de correcte functie en positionering van de katheter te verifiëren. Bij anterieure opnames worden prominentere cardiale oscillaties verwacht vanwege de nabijheid van het hart en het mediastinum, terwijl posterieure opnames doorgaans vlakkere respiratoire golven vertonen met minimale cardiale interferentie. Deze cardiale oscillaties zijn een verwachte fysiologische eigenschap en geen signaalartefact, en ondersteunen daarom de correcte anterieure positionering van de katheter. De katheter moet met plakband stevig op de huid worden gefixeerd voordat de introduceerder wordt verwijderd om het risico op dislocatie te minimaliseren. Na evacuatie van de kunstmatige pneumothorax en verwijdering van de introduceerder moeten de drukcurves opnieuw worden beoordeeld om te bevestigen dat de morfologie van de golf ongewijzigd blijft, waardoor katheterdislocatie tijdens de laatste fasen van de procedure wordt uitgesloten. Deze controles zijn consistent met de fundamentele principes van mechanische ventilatie en monitoring18. Een beknopte gids voor het oplossen van de meest voorkomende technische problemen, waarschijnlijke oorzaken, herkenningscriteria en corrigerende acties wordt gegeven in Tabel 3.
Een belangrijk voordeel van deze methode is dat de pleurale toegang percutaan wordt verkregen, zonder de thorax te openen. Minimaal invasieve benaderingen hebben over het algemeen de voorkeur wanneer ze hetzelfde experimentele doel bereiken, aangezien ze de procedurele belasting verminderen en onnodige verstoring van anatomische structuren voorkomen19. In dit varkensmodel kan de percutane techniek de voorbereidingstijd verkorten, thoracotomie vermijden en helpen de natuurlijke mechanica van de borstwand te behouden, hoewel er geen formele vergelijking met benaderingen op basis van thoracotomie is uitgevoerd.
Deze methode kent desalniettemin enkele beperkingen. Een succesvolle plaatsing van de katheter is afhankelijk van de operateur en vereist ervaring met thoracale echografie, percutane pleurale toegang en de Seldinger-techniek. Onbedoelde punctie van het longparenchym tijdens de pleurale toegang is de belangrijkste oorzaak van procedureel falen, aangezien de resulterende pneumothorax een daaropvolgende plaatsing van de katheter verhindert. Betrouwbare drukmetingen zijn bovendien afhankelijk van een correcte vulling van de ballon. Zowel ondervulling als overvulling van de ballonnen kan de drukmetingen beïnvloeden, wat het belang onderstreept van het bepalen van het optimale vulvolume vóór de data-acquisitie. Zoals bij elke techniek voor directe meting van de pleurale druk, kan de pleurale druk slechts op de locatie van de katheter worden bemonsterd en weerspiegelt deze daarom de regionale pleurale mechanica in plaats van de drukverdeling van de gehele pleurale ruimte. Hoewel de geïnsuffleerde zuurstof aan het einde van de procedure wordt geaspireerd, kan volledige evacuatie zonder beeldvorming niet direct worden geverifieerd. Resterende intrapleurale zuurstof kan daarom onopgemerkt blijven en de absolute pleurale drukmetingen beïnvloeden. Ondanks deze beperkingen waren de dynamische pleurale druksignalen bij succesvolle plaatsingen fysiologisch interpreteerbaar.
Over het algemeen biedt dit protocol een eenvoudige, minimaal invasieve en fysiologisch onderbouwde techniek voor het verkrijgen van regionale pleurale drukmetingen in translationele modellen. De percutane toegang en regionale druksignalen maken het geschikt voor studies naar transpulmonale druk, regionale drukverdeling en bredere aspecten van de respiratoire mechanica.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben geen belangenconflicten om te melden.
Dankbetuigingen
Dit werk werd ondersteund door NIH-beurzen R01HL177025 en R01HL171199.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Hechtpleister | 3M Tegaderm | 1624W | Fixatie van de katheter vóór de introduceerhuls |
| Dierentrimmer | 3M Clipper | 9661L | Verwijderen van borsthaar |
| Atropine (injecteerbaar) | Sparhawk Laboratories inc. | NDC:58005-354 | Intramusculaire premedicatie |
| CT-scanner | NeuroLogica | Omnitom Elite PCD; 1-NL5100-060 | Beoordeling van de positie van de geleidedraad/katheter en pneumothorax; |
| Software voor gegevensverwerving | ADInstruments | LabChart Pro 8.1.31 | Acquisitiesoftware op 1.000 Hz zonder digitale filtering |
| Systeem voor gegevensverwerving | ADInstruments | ML865 | Voor de registratie van de pleurale druk |
| Differentiële druktransducer | Harvard Apparatus / Hugo Sachs | 73-3882 | Druktransducer voor registratie van de pleurale druk |
| Wegwerphanddoek voor OK | Cardinal Health | CAT 28700-004 | Voorbereiding steriel veld (Stap 2.1) |
| ECG- & pulsoximetrie-monitor | Mindray | BeneView T5 | Monitoring van vitale parameters |
| Endotracheale tube, 7,0 mm | Teleflex Medical | REF 5-10314 | Endotracheale intubatie |
| Slokdarmballonkatheter | Cooper Surgical | REF 47-9005 | Gebruikt als intrapleurale drukkatheter (Stap 2.1) |
| Fentanyl (injecteerbaar) | Hikma | NDC 0641-6030-01 | IV-analgesie |
| Gaaskussens (steriel) | Medline | REF NON21430LF | Voorbereiding van de plek (Stap 2.1) |
| Geleidedraad 0,025" × 33 cm | Teleflex Medical | REF AW-04025 | Voor de Seldinger-techniek (Stap 2.1) |
| Infuuspomp | Smiths Medical | Medfusion 4000 | Continue toediening van anesthetica |
| Introduceerhuls, 9 Fr | Cordis | REF 402-609X | Voor inbrengen van de intrapleurale katheter (Stap 2.1) |
| Mechanische ventilator | Maquet – Getinge | Servo-I, volumegestuurde ventilatie | |
| Oogzalf | Lodi Veterinary Care | NDC 17033-211-38 | Cornea-bescherming na inductie van anesthesie |
| Zuurstof 100% (medische kwaliteit) | Airgas | N/A | Voor gecontroleerde pneumothorax |
| Pancuronium (injecteerbaar) | Selleck. Chemicals | S2497 | Neuromusculaire blokkade |
| Povidon–jodiumoplossing | BICCA | CAT 3955-16 | Huidantisepsis |
| Propofol (injecteerbaar) | NorthStar | NDC 16714-977-01 | Inductie en onderhoud |
| Ademhalingscircuit (ventilatorcircuit) | Medline | REF NON026370 | Standaardcircuit |
| Scalpel nr. 11 | Bard-Parker | REF 372611 | Voor huidincisie (Stap 2.1) |
| Steriel laken | Medline | REF MDT2168286 | Voorbereiding steriel veld |
| Steriele handschoenen (latex) | Biogel | REF 31280 | Steriele beschermende handschoenen |
| Steriele jas | Halyard | REF 95121 | Steriele chirurgische jas |
| Spuiten 10 mL | Medline | REF SYR110010 | Voor aspiratie/injectie (Stap 2.1) |
| Spuiten 50 mL | BD | REF 309680 | Voor aspiratie van pleurale lucht (Stap 2.1) |
| Tiletamine–zolazepam (injecteerbaar) | Virbac | NADA 71805-06 | Telazol; intramusculaire sedatie |
| Tuohy-naald, echogeen 18G × 100 mm | Pajunk | REF 521185-31C | Voor pleurale punctie (Stap 2.1) |
| Ultrasone probe (Butterfly iQ+) | Butterfly Network | 950-20002-00 | Gebruikt met Butterfly iQ-app voor iPad (Stap 2.1) |
| Ultrasoon software/applicatie | Butterfly Network | Butterfly iQ 2.46; iPad 11 iPadOS 26 | Butterfly iQ-app voor iPad |
| Xylazine (injecteerbaar) | Cronus Pharma | LLC |
Referenties
- Dornhorst AC, Leathart GL. A method of assessing the mechanical properties of lungs and air-passages. Lancet. 1952;260(6725):109-11.
- Rezoagli E, Laffey JG, Bellani G. Monitoring lung injury severity and ventilation intensity during mechanical ventilation. Semin Respir Crit Care Med. 2022;43(3):346-68.
- Gattinoni L, et al. Regional effects and mechanism of positive end-expiratory pressure in early adult respiratory distress syndrome. JAMA. 1993;269(16):2122-7.
- Spina S, et al. The pleural gradient does not reflect the superimposed pressure in patients with class III obesity. Crit Care. 2024;28(1):306.
- Yoshida T, et al. Spontaneous effort causes occult pendelluft during mechanical ventilation. Am J Respir Crit Care Med. 2013;188(12):1420-7.
- Akoumianaki E, et al. The application of esophageal pressure measurement in patients with respiratory failure. Am J Respir Crit Care Med. 2014;189(5):520-31.
- Restivo A, et al. Impact of Baydur ratio correction on the reliability of esophageal pressure measurement. J Appl Physiol (1985). 2026. doi: 10.1152/japplphysiol.00364.2026.
- Hedenstierna G. Esophageal pressure: benefit and limitations. Minerva Anestesiol. 2012;78(8):959-66.
- Milic-Emili J, Mead J, Turner JM, Glauser EM. Improved technique for estimating pleural pressure from esophageal balloons. J Appl Physiol. 1964;19(2):207-11.
- Cherniack RM, Farhi LE, Armstrong BW, Proctor DF. A comparison of esophageal and intrapleural pressure in man. J Appl Physiol. 1955;8(2):203-11.
- Terzi N, et al. Comparison of pleural and esophageal pressure in supine and prone positions in a porcine model of acute respiratory distress syndrome. J Appl Physiol (1985). 2020;128(6):1617-25.
- Yoshida T, et al. Esophageal manometry and regional transpulmonary pressure in lung injury. Am J Respir Crit Care Med. 2018;197(8):1018-26.
- Bastia L, et al. Role of positive end-expiratory pressure and regional transpulmonary pressure in asymmetrical lung injury. Am J Respir Crit Care Med. 2021;203(8):969-76.
- Katira BH, et al. Positive end-expiratory pressure, pleural pressure, and regional compliance during pronation: an experimental study. Am J Respir Crit Care Med. 2021;203(10):1266-74.
- Mojoli F, et al. In vivo calibration of esophageal pressure in the mechanically ventilated patient makes measurements reliable. Crit Care. 2016;20:98.
- Lichtenstein D. Lung ultrasound in the critically ill. Curr Opin Crit Care. 2014;20(3):315-22.
- Northfield TC. Oxygen therapy for spontaneous pneumothorax. BMJ. 1971;4(5779):86-8.
- Bellani G, editor. Mechanical Ventilation from Pathophysiology to Clinical Evidence. Springer International Publishing; Cham; 2022.
- Roberts ME, et al. British Thoracic Society guideline for pleural disease. Thorax. 2023;78(11):1143-56.
Herprints en machtigingen
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen