Usystematyzowane podejście do ekstubacji u szczurów wentylowanych mechanicznie

Podsumowanie

W niniejszym badaniu zaproponowano ustrukturyzowane podejście do ekstubacji dostosowane do szczurzych modeli wentylacji mechanicznej (MV). Podejście to ułatwia płynne przejście od oddychania MV do oddychania spontanicznego, jednocześnie minimalizując powikłania związane z ekstubacją. Standaryzacja odzwyczajania, udrażniania dróg oddechowych i opieki po ekstubacji zwiększa wiarygodność i odtwarzalność badań eksperymentalnych.

Streszczenie

Wentylacja mechaniczna (MV) jest szeroko stosowana w intensywnej terapii, ale wiąże się z różnymi powikłaniami, które wpływają zarówno na krótko-, jak i długoterminowe wyniki, w tym uszkodzenie płuc wywołane respiratorem, dysfunkcję przepony wywołaną respiratorem i uszkodzenie mózgu związane z respiratorem. Są to kluczowe elementy zespołu oddziału intensywnej terapii (PICS). Modele gryzoni są niezbędne do badania długotrwałych oddziaływań i mechanizmów leżących u podstaw MV, jednak ustandaryzowane modele po ekstubacji pozostają ograniczone. Ekstubacja jest krytycznym etapem przejściowym, który często jest niespójnie wykonywany w istniejących modelach szczurzych, co prowadzi do niepowodzeń i powikłań. W niniejszym badaniu przedstawiono czteroetapowe podejście do ustrukturyzowanej ekstubacji dla szczurzych modeli MV Sprague'a-Dawleya, zaprojektowane w celu optymalizacji przejścia od MV do oddychania spontanicznego przy jednoczesnej minimalizacji powikłań związanych z ekstubacją. Podejście obejmowało: (1) rozpoczęcie odstawienia od piersi poprzez zmniejszenie sedacji propofolem do 50% i ocenę gotowości na podstawie częstości oddechów, przemieszczenia klatki piersiowej, gazometrii krwi tętniczej i odruchów; (2) przygotowanie do ektubacji poprzez udrożnienie dróg oddechowych i utrzymanie natlenienia; (3) wykonanie ekstubacji z podtrzymaną sedacją i kontrolowanym usunięciem rurki; oraz (4) zapewnienie opieki po ekstubacji obejmującej ciągłe monitorowanie i wspomaganie tlenem. Model ten, zwalidowany za pomocą 20 udanych ekstubacji po początkowych niepowodzeniach, stanowi cenną platformę do badania długoterminowych skutków MV, szczególnie w kontekście PICS. Podejście to jest zoptymalizowane pod kątem 6 godzin MV i zakłada się, że można je rozszerzyć na inne szczepy i wydłużyć czas trwania wentylacji, chociaż takie adaptacje wymagają starannej walidacji i monitorowania w celu zapewnienia niezawodności i dobrostanu zwierząt.

Wprowadzenie

Wentylacja mechaniczna (MV) pozostaje podstawą intensywnej terapii, zapewniając niezbędne wspomaganie oddychania w przypadku ostrej niewydolności oddechowej i służąc jako niezbędne uzupełnienie podczas znieczulenia podczas zabiegów chirurgicznych¹. Jednak MV wiąże się z szeregiem powikłań, takich jak uszkodzenie płuc wywołane respiratorem², dysfunkcja przepony i mięśni wydechowych^wywołana wentylacją 3,4,5,6 oraz uszkodzenie mózgu związane z respiratorem ^7,8. Powikłania te przyczyniają się do niepowodzenia ekstubacji, przedłużającego się pobytu na oddziałach intensywnej terapii (OIOM) i w szpitalach oraz zwiększonej śmiertelności⁹. Wraz z poprawą wskaźników przeżywalności na OIOM-ie, uwaga coraz bardziej skupia się na długoterminowych konsekwencjach MV, przy czym zespół post-ICU (PICS) staje się krytycznym problemem¹⁰. Mechanizmy patofizjologiczne leżące u podstaw PICS pozostają niejasne, częściowo z powodu braku wiarygodnych modeli zwierzęcych, które pozwoliłyby uchwycić niuanse powrotu do zdrowia po ekstubacji i długoterminowych następstw MV¹¹.

Modele szczurów odegrały kluczową rolę w pogłębieniu wiedzy na temat urazów wywołanych przez MV, oferując skalowalność, odtwarzalność i wgląd w mechanizmy mięśniowe. Jednak większość istniejących modeli koncentruje się na ostrych skutkach MV, przy czym tracheostomia jest dominującą metodą MV w warunkach eksperymentalnych 12,13,14. Podczas gdy tracheostomia ułatwia MV i odstawienie od piersi po niej, omija górne drogi oddechowe, które są krytyczną barierą anatomiczną i funkcjonalną. Zwiększa to podatność na powikłania płucne, takie jak zapalenie płuc związane z respiratorem^15,16. Dodatkowo brak przepływu powietrza przez nos w modelach tracheostomii zakłóca synchronizację sieci mózgowej. Komplikuje to badania nad wynikami poznawczymi i neurologicznymi^17,18. W przeciwieństwie do tego, modele intubacji/ekstubacji dotchawiczej zachowują integralność górnych dróg oddechowych. Unikają one nieodłącznych wad tracheostomii i bardziej przypominają kliniczną trajektorię odzwyczajania od MV.

Jednak istniejące modele ekstubacji często nie są ustandaryzowane, co prowadzi do znacznej zmienności w przejściu od MV do oddychania spontanicznego^19,20. Ten brak struktury stwarza ryzyko powikłań związanych z ekstubacją, w tym niedrożności dróg oddechowych, niewydolności oddechowej i aspiracji, co może prowadzić do śmiertelności zwierząt. Takie awarie nie tylko zagrażają zdolności do badania długoterminowych wyników, ale także sprawiają, że początkowy model MV jest nieskuteczny, marnując cenny czas, zasoby i inwestycje finansowe. Kwestie te podkreślają krytyczną potrzebę ustrukturyzowanego podejścia do ekstubacji, aby zapewnić pomyślne przeżycie po ekstubacji i solidne badania długoterminowe.

Aby sprostać tym wyzwaniom, opracowano ustrukturyzowane podejście do ekstubacji dla modeli szczurów Sprague-Dawley (SD), które jest ściśle zgodne z praktykami klinicznymi dotyczącymi odsadzania od MV. Podejście to obejmuje cztery kluczowe etapy: zbliżanie się do odsadzenia, przygotowanie do ekstubacji, wykonanie ekstubacji i opiekę po ekstubacji. Kluczowe zalecenia proceduralne obejmują utrzymanie lekkiej lub umiarkowanej sedacji podczas odsadzania, w szczególności zmniejszenie wlewu propofolu do 50% dawki stosowanej podczas pełnego MV - aby umożliwić spontaniczne oddychanie, jednocześnie zapobiegając pobudzeniu. Gotowość do ekstubacji należy oceniać na podstawie stabilnej częstości oddechów wynoszącej 60-70 oddechów na minutę i odpowiednich spontanicznych objętości oddechowych, które można przybliżyć za pomocą prostej, skalibrowanej skali domowej roboty. Pełne odzyskanie przytomności nie jest wymagane przed ekstubacją. Wlew propofolu należy przerwać w czasie ekstubacji, aby jeszcze bardziej zmniejszyć ryzyko pobudzenia wywołanego intubacją. Poprzez standaryzację procesu ekstubacji, podejście to zminimalizowało zmienność, uniknęło powikłań związanych z ekstubacją i zwiększyło wskaźniki przeżycia. Model ten został zoptymalizowany pod kątem czasu trwania SN do 6 godzin; Wydłużenie MV poza ten okres może wymagać zmodyfikowanych protokołów sedacji, stopniowych strategii odsadzania i starannego monitorowania fizjologicznego, aby zapewnić przeżycie i wiarygodne wyniki. Chociaż protokół został zwalidowany u szczurów z SD, można go dostosować do innych szczepów, dostosowując ustawienia wentylacji w celu uwzględnienia specyficznej dla szczepu mechaniki oddechowej i różnej podatności na uszkodzenie płuc. Dzięki odpowiednim modyfikacjom ustrukturyzowane podejście może również wspierać długoterminowe badania wentylacji, zwiększając zarówno odtwarzalność, jak i znaczenie translacyjne w modelach eksperymentalnych.

Protokół

Badanie koncentrowało się na testach behawioralnych po ekstubacji i zostało zatwierdzone przez Komitet ds. Doświadczeń na Zwierzętach i Dobrostanu Zwierząt Doświadczalnych Stołecznego Uniwersytetu Medycznego (nr 1). AEEI-2024-391). Wszystkie szczury w wieku 8 tygodni (SD, samiec, 200-250 g) zostały zaaklimatyzowane w obiekcie dla zwierząt na Stołecznym Uniwersytecie Medycznym przez 3 dni przed eksperymentem. Szczur był trzymany w kontrolowanym środowisku, w tym w 12-godzinnym cyklu światło/ciemność rozpoczynającym się o 8:00 rano, temperaturze 25 °C ± 1 °C i wilgotności utrzymywanej na poziomie 50% ± 10%. Żywność i wodę dostarczano ad libitum. Wszystkie procedury obejmujące znieczulenie, odsysanie i obchodzenie się z krwią zostały przeprowadzone z zachowaniem odpowiednich środków bezpieczeństwa, w tym przy użyciu środków ochrony osobistej, sterylnych technik i przestrzeganiu instytucjonalnych protokołów bezpieczeństwa biologicznego. Wszystkie zabiegi zostały wykonane zgodnie z wytycznymi ARRIVE. Wszystkie urządzenia wykorzystane w niniejszym badaniu przedstawiono na rysunku 1. Wykaz odczynników i używanego sprzętu znajduje się w Tabeli Materiałów.

1. Intubacja jamy ustnej wspomagana wideolaryngoskopią

1. Przygotuj urządzenie do intubacji.
   1. Użyj specjalnie zmodyfikowanego urządzenia do intubacji, przystosowanego do urządzenia do usuwania woskowiny (średnica szufelki 5,5 mm, zakrzywiona w depresor języka). To urządzenie jest wyposażone w źródło światła i kamerę, połączoną przez Bluetooth ze smartfonem w celu wizualizacji w czasie rzeczywistym (rysunek 2A).
2. Wybierz rurkę dotchawiczą.
   1. Wybierz rurkę dotchawiczą 16-G w zależności od wagi szczura.
3. Wywołać znieczulenie (zgodnie z instytucjonalnie zatwierdzonymi protokołami).
   1. Wstrzyknąć propofol (2 mg/100 g) przez żyłę ogonową. Potwierdź znieczulenie, sprawdzając brak reakcji wzrokowych i szczypania palców u stóp. Monitoruj dystalny kolor skóry jako wskaźnik stanu natlenienia.
4. Ustaw szczura.
   1. Zabezpiecz znieczulonego szczura na stole dla małych zwierząt. Napraw kończyny i siekacze i utrzymuj temperaturę ciała na poziomie 37-38 °C za pomocą koca grzewczego dla małych zwierząt.
5. Wykonaj intubację.
   1. Delikatnie pociągnij język do prawego kącika jamy ustnej. Włóż urządzenie do intubacji u podstawy języka i przesuń je w kierunku nagłośni.
   2. Podnieś końcówkę urządzenia, aby odsłonić głośnię. Wprowadzić rurkę dotchawiczą podczas inhalacji (ryc. 2-C). Po zaintubowaniu szczur zostanie podłączony do respiratora.

2. Wentylacja mechaniczna

1. Podłączyć koncentrator tlenu.
   1. Dostosuj odpowiednie stężenie tlenu i podłącz do respiratora (zwykle 80%).
2. Ustaw parametry wentylatora.
   1. Wietrzyć szczura przez 6 godzin za pomocą respiratora dla małych zwierząt z ustawieniami chroniącymi płuca: objętość oddechowa: 4-6 ml / kg, PEEP: 0 cmH₂O.
3. Utrzymuj znieczulenie: Podawać propofol (4 mg/kg/h) za pomocą pompy strzykawkowej.
4. Monitoruj gazometrię krwi.
   1. Testuj gazometrię krwi tętniczej co 3 godziny za pomocą analizatora parametrów krytycznych krwi. Stale monitoruj dystalny kolor skóry między analizami gazometrii jako wskaźnik stanu natlenienia.

3. Procedura ektubacji punktu końcowego ciśnienia w drogach oddechowych (APEC)

UWAGA: Po zakończeniu planowanego czasu wentylacji mechanicznej należy postępować zgodnie z czteroetapowym protokołem ekstubacji: (1) zbliżanie się do odsadzenia, (2) przygotowanie ekstubacji, (3) wykonanie ekstubacji oraz (3) opieka po ekstubacji (ryc. 3). To systematyczne podejście zapewnia płynne przejście do oddychania spontanicznego, jednocześnie minimalizując powikłania związane z ekstubacją i zachowując integralność modelu eksperymentalnego.

1. Zbliża się odsadzenie od piersi
   1. Zmniejsz infuzję propofolu: Zmniejsz szybkość wlewu propofolu o 50%, aby umożliwić reaktywację przepony przy jednoczesnym zminimalizowaniu ruchów kończyn i głowy.
   2. Oceń gotowość do odstawienia od piersi: Przed odłączeniem respiratora sprawdź następujące parametry: - Częstość oddechów: 60-70 oddechów/min; Przemieszczenie klatki piersiowej: ≥1 mm (zmierzyć za pomocą stalowej igły umieszczonej na wyrostku mieczykowatym); PaCO₂: 35-45 mmHg; pH: 7,35-7,45; Obecność odruchów wąsów i języka (opcjonalnie).
      UWAGA: Odruchy wąsów i języka zostały zdefiniowane jako wskaźniki binarne (brak lub obecny). Odruch wąsów odnosi się do mimowolnego ruchu lub drgania wibrysów w odpowiedzi na lekką stymulację dotykową. Odruch językowy charakteryzował się wycofaniem lub ruchem języka po delikatnej stymulacji.
   3. Odłącz respirator: Odłącz respirator, gdy wszystkie kryteria zostaną spełnione, i przystąp do przygotowania szczura do ekstubacji.
2. Przygotowanie do ekstubacji
   1. Zapewnij dotlenienie: Użyj samodzielnie wykonanej maski na twarz, aby utrzymać odpowiednie natlenienie (zwykle 80%) i użyj koloru skóry jako wskaźnika stanu natlenienia.
   2. Czysta wydzielina z dróg oddechowych: Użyj samodzielnie wykonanego urządzenia ssącego (skrócony cewnik zewnątrzoponowy [~5,5 cm] podłączony do strzykawki o pojemności 10 ml). Kontroluj prędkość ssania na poziomie ~2 ml / s przez 3-4 s na sesję.
   3. Po odpowiednim przygotowaniu i udrożnieniu dróg oddechowych procedura przechodzi do wykonania ekstubacji.
      UWAGA: Typowa objętość wydzieliny wynosi <0,5 ml na ssanie. Ssanie odbywa się co 30 minut podczas MV, aby zminimalizować akumulację. W czasie ekstubacji częstotliwość ssania wynosiła zwykle 5-8 razy, z szacunkową ilością 2-4 ml w sumie.
3. Wykonywanie ekstubacji
   1. Utrzymuj sedację: Utrzymuj propofol w połowie dawki, aby zapobiec pobudzeniu podczas ekstubacji.
   2. Usuń rurkę dotchawiczą: Użyj techniki oburęcznej i ustabilizuj głowę szczura lewym palcem wskazującym i kciukiem. Delikatnie wyjmij rurkę prawym palcem wskazującym i kciukiem.
   3. Należy przerwać wlew propofolu: Należy przerwać infuzję propofolu natychmiast po ekstubacji.
      UWAGA: Udana ekstubacja nie powinna skutkować hipoksemią ani hiperkapnią. A po udanej ekstubacji niezbędna jest staranna opieka po ekstubacji.
4. Opieka po ekstubacji
   1. Monitoruj parametry życiowe: Monitoruj częstość oddechów, amplitudę wdechu i dystalny kolor skóry.
   2. Zapewnij dotlenienie: Użyj samodzielnie wykonanej maski na twarz, aby zapewnić wystarczające zaopatrzenie w tlen (zwykle ~80%).
   3. Przygotuj się do ponownej intubacji: Trzymaj wszystkie urządzenia do intubacji (Rysunek 1) pod ręką i gotowe do natychmiastowego użycia w razie potrzeby.
      UWAGA: Średni czas obserwacji do momentu przywrócenia odruchu prostowania wynosi 48,5 min ± 10,4 min. Gazometrię krwi tętniczej przeprowadzono przy medianie 20 minut, przy PaO₂ 73,2 mmHg ± 4,6 mmHg i_PaCO2 48,3 mmHg ± 3,6 mmHg.

Wyniki

To ustrukturyzowane podejście do ekstubacji zostało opracowane na podstawie czterech nieudanych ekstubacji i 20 kolejnych udanych ekstubacji. W pierwszych czterech próbach ekstubacja została przeprowadzona w oparciu o doświadczenie lub indywidualną ocenę. Przyczyny nieudanej ekstubacji czterech szczurów obejmowały pobudzenie podczas ekstubacji (n = 2), niewydolność oddechową po ekstubacji (n = 1) i niedrożność dróg oddechowych przez wydzieliny (n = 1). Niepowodzenia te podkreśliły, że opt...

Dyskusja

W tym badaniu ustalono ustrukturyzowane podejście do ekstubacji APEC dla szczurzego modelu MV, zainspirowane pierwszymi czterema nieudanymi ekstubacjami i ich przyczynami. Wszystkie 20 szczurów ekstubowanych przy użyciu tego podejścia zakończyło się sukcesem i zakończyło kolejne testy behawioralne w ciągu następnych trzech dni. Podejście, składające się z czterech kluczowych kroków – zbliżającego się odstawienia od piersi, przygotowania do ekstubacji, wykonania ekstubacji i opieki po ekstubacji – zostało zaprojektowane t...

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Rurka dotchawicza 16G	NJKEWBIO powiedział:	NIE	Rurka dotchawicza
Analizator parametrów krytycznych	Epocal Inc	Czytnik EPOC	Monitorowanie gazometrii krwi
Cewnik dożylny	Bezpieczeństwo Introcan	4254074B	Zagnieżdżony w tętnicach i żyłach
Pompa mikrostrzykawkowa	Technologia medyczna SLGO	CP-1000	Napar leków
Koncentrator tlenu dla zwierząt	Pekin zhongshidichuang Rozwój nauki i technologii Co., Ltd	ZS-MV	Zaopatrzenie w tlen
Koc grzewczy dla małych zwierząt	Pekin zhongshidichuang Rozwój nauki i technologii Co., Ltd	ZS-T	Utrzymuj temperaturę
Wentylator dla małych zwierząt	NJKEWBIO powiedział:	KW-100	Zapewnij oddychanie