Apresentamos um protocolo para estabelecer um modelo de oxigenação por membrana extracorpórea (ECMO) acordado a longo prazo em ovinos. Atenção especial é dada ao manejo e avaliação do sistema de coagulação durante o modelo de ECMO.
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Apresentamos um protocolo para estabelecer um modelo de oxigenação por membrana extracorpórea (ECMO) acordado a longo prazo em ovinos. Atenção especial é dada ao manejo e avaliação do sistema de coagulação durante o modelo de ECMO.
Este estudo teve como objetivo investigar os efeitos da oxigenação por membrana extracorpórea (ECMO) acordada de longo prazo no sistema de coagulação em um modelo de ovinos. Um total de dez ovelhas saudáveis foram incluídas no estudo, com 5 ovelhas em cada grupo. No grupo ECMO veno-arterial (V-A ECMO), foi realizada canulação na artéria carótida direita e na veia jugular externa direita. No grupo ECMO venovenosa (V-V ECMO), um cateter de duplo lúmen foi utilizado para inserir na veia jugular externa direita. Após o início da ECMO, os ovinos foram recuperados da anestesia e permaneceram acordados por 7 dias. A meta de tempo de coagulação ativada (ACT) foi definida em 220-250 s. Em ambos os grupos, o TCA real oscilou em torno de 250 s, com a dose de heparina aumentando gradualmente, chegando a quase 60 UI/kg/min ao final dos experimentos. Além disso, os valores de tempo de tromboplastina parcial ativada (TTPA) e tempo de trombina (TT) foram significativamente maiores no grupo ECMO V-A em comparação com o grupo ECMO V-V, apesar de receber as mesmas doses de heparina. Embora os resultados dos exames laboratoriais tenham oscilado dentro de uma faixa normal e razoável, focos de infarto nos rins foram observados em ambos os grupos ao final do estudo.
A oxigenação por membrana extracorpórea (ECMO) serve como uma intervenção que salva vidas, fornecendo suporte cardiopulmonar para pacientes gravemente enfermos. É classificada em duas formas primárias: ECMO veno-arterial (ECMO V-A) e ECMO veno-venosa (ECMO V-V)1,2. A ECMO V-A é empregada para pacientes com insuficiência circulatória, enquanto a ECMO V-V é preferida para aqueles com insuficiência respiratória, mas sem disfunção cardiovascular grave 3,4.
Trombose e sangramento são complicações prevalentes em pacientes com ECMO5. O circuito de ECMO expõe o sangue a superfícies artificiais, iniciando respostas complexas de coagulação6. Esses processos podem levar a danos endoteliais e distúrbios da microcirculação, resultando em disfunção subsequente em órgãos vitais 7,8. Consequentemente, o manejo eficaz da anticoagulação sistêmica é considerado crucial para pacientes com ECMO. Apesar disso, ainda há uma falta de evidências para orientar as estratégias de anticoagulação em vários ambientes clínicos relacionados à ECMO.
O estabelecimento de um modelo animal de ECMO estável pode fornecer informações sobre o impacto da ECMO no corpo, contribuindo significativamente para a otimização das estratégias de gerenciamento da ECMO, redução de complicações relacionadas à ECMO e melhoria dos resultados dos pacientes na prática clínica. Animais de grande porte, como ovelhas e porcos, são as principais escolhas para o estabelecimento de modelos de ECMO devido aos seus parâmetros fisiológicos muito semelhantes aos dos humanos 9,10. No entanto, os modelos anteriores de ECMO de animais de grande porte tinham um tempo de manutenção inferior a 24 h, tornando difícil avaliar de forma abrangente o impacto da ECMO no sistema de coagulação11. Portanto, é necessário estabelecer modelos de grandes animais de ECMO de longo prazo para explorar minuciosamente os mecanismos fisiopatológicos da ECMO. A utilização de modelos animais de grande porte a longo prazo para investigar os efeitos da ECMO no sistema de coagulação pode fornecer evidências mais robustas para a prática clínica.
Este estudo tem como objetivo estabelecer um modelo de ECMO V-A e V-V acordado de longo prazo (7 dias) em ovinos saudáveis. O foco central de todo o estabelecimento e avaliação do modelo é o manejo da anticoagulação.
Este protocolo experimental recebeu aprovação do Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais do Hospital Fuwai (nº 0101-2-20-HX(X)). Todos os procedimentos seguiram as diretrizes descritas no Guia do National Institutes of Health para o Uso e Cuidado de Animais de Laboratório. O experimento ocorreu no Laboratório Chave de Pesquisa e Avaliação Pré-clínica de Materiais de Implantes Cardiovasculares de Pequim, Centro Experimental Animal do Hospital Fuwai (registro nº. CNAS LA0009). Ovinos saudáveis que atenderam aos padrões de quarentena exigidos no Centro Experimental Animal do Hospital Fuwai foram utilizados no estudo. Além disso, esta pesquisa seguiu as diretrizes de Pesquisa Animal: Relato de Experimentos In Vivo . Ovelhas Han machos de cauda pequena com uma faixa de peso de 50-65 kg e uma faixa etária de 12-24 meses (ver Tabela de Materiais) foram alojadas em um ambiente específico livre de patógenos com livre acesso a comida e água por pelo menos uma semana antes da cirurgia. Os ovinos foram divididos aleatoriamente em dois grupos, cada um composto por 5 indivíduos: o grupo ECMO Veno-Arterial (VA ECMO) e o grupo ECMO Veno-Venoso (VV ECMO). A seleção de ovinos saudáveis foi justificada pela necessidade de avaliar com precisão os efeitos do suporte de ECMO no organismo. Os equipamentos e reagentes utilizados no estudo estão listados na Tabela de Materiais.
1. Preparação animal
2. Canulação
3. Início da ECMO
4. Manejo e monitoramento pós-operatório
5. Eutanásia
Um total de dez ovinos foram avaliados durante todo o experimento, com cinco ovinos em cada grupo (Tabela 1). Após o início da ECMO, todos os ovinos se recuperaram da anestesia e permaneceram acordados por 7 dias. Em ambos os grupos, o fluxo de ECMO excedeu 1,8 L/min. No grupo ECMO V-V, o fluxo oscilou em torno de 1,8 L/min, enquanto no grupo ECMO V-A, variou de 2,3 L/min a 1,8 L/min (Figura 1A). Os sinais vitais de cada ovelha permaneceram estáveis. O nível de ácido lático no sangue estava abaixo de 1 mmol/L entre 60 h e 180 h após o despertar em ambos os grupos (Figura 1B). Ao longo dos 7 dias, o nível de TCA foi direcionado para manter em torno de 220-250 s, e o TCA real flutuou em torno de 250 s (Figura 1C), com a dose de heparina aumentando gradualmente, chegando a quase 60 UI/kg/min no final dos experimentos (Figura 1D).
O tempo de protrombina (TP) para ambos os grupos variou de 15 s a 32 s (Figura 2A). O tempo de tromboplastina parcial ativada (TTPA) e o tempo de trombina (TT) no grupo ECMO V-V foram menores do que os do grupo ECMO V-A (diferença estatisticamente significativa para APTT) em determinados momentos ao longo do experimento (Figura 2B, C). A razão normalizada internacional em cada grupo oscilou em torno de 1,5 (Figura 2D). Fibrinogênio, produtos de degradação da fibrina, dímeros D e plaquetas flutuaram de forma semelhante entre os dois grupos e permaneceram dentro da faixa normal (Figura 3).
Os níveis sanguíneos de creatinina e nitrogênio ureico no sangue em ambos os grupos permaneceram dentro dos limites normais durante todo o experimento, sem diferença estatística entre os dois grupos (Figura 4). Além disso, observou-se que o balanço hídrico em ambos os grupos apresentou flutuações mínimas em torno de 0, e as medidas de PVC de ambos os grupos permaneceram dentro da faixa de normalidade durante todo o estudo (Figura 5). Ao final do experimento, os ovinos de ambos os grupos exibiram focos de infarto nos rins, embora os resultados laboratoriais tenham oscilado dentro dos intervalos normais e razoáveis (Figura 6 e Tabela 1).

Figura 1: Monitoramento de parâmetros básicos. (A) Fluxo de ECMO. (B) Lac. (C) ACT. (D) Dose de heparina. Lac, ácido láctico; TCA, tempo de coagulação ativado; ECMO V-V, oxigenação por membrana extracorpórea venovenosa; ECMO V-A, oxigenação por membrana extracorpórea veno-arterial. Valores: média ± SEM. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Resultados da função de coagulação. (A) PT. (B) APTT. (C) TT. (D) INR. TP, tempo de protrombina; TTPA, tempo de tromboplastina parcial ativada; TT, tempo de trombina; INR, razão normalizada internacional; ECMO V-V, oxigenação por membrana extracorpórea venovenosa; ECMO V-A, oxigenação por membrana extracorpórea veno-arterial. Um teste t não pareado foi realizado para comparar os dois grupos em cada momento. Valores: média ± EPM; *P < 0,05; P > 0,05 não foi exibido. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Fibrinogênio, produtos de degradação da fibrina, dímeros D e contagem de plaquetas em ambos os grupos. (A) FIB. (B). (C) Dímero D. (D) PLT. FIB, fibrinogênio; , produtos de degradação da fibrina; PLT, contagem de plaquetas; ECMO V-V, oxigenação por membrana extracorpórea venovenosa; ECMO V-A, oxigenação por membrana extracorpórea veno-arterial. Um teste t não pareado foi realizado para comparar os dois grupos em cada momento. Valores: média ± EPM; P > 0,05 não foi exibido. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: Monitoramento da função renal. (A) Creatinina. (B) BUN. ECMO V-V, oxigenação por membrana extracorpórea venovenosa; ECMO V-A, oxigenação por membrana extracorpórea veno-arterial; BUN, Nitrogênio da uréia no sangue. Um teste t não pareado foi realizado para comparar os dois grupos em cada momento. Valores: média ± EPM; P > 0,05 não foi exibido. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5: Alterações dinâmicas no balanço hídrico e nos valores de PVC. (A) Alterações diárias do balanço hídrico do grupo ECMO V-V. (B) Alterações diárias do balanço hídrico do grupo ECMO VA. (C) Monitoramento do CVP. Um teste t não pareado foi realizado para comparar a PVC dos dois grupos em cada momento. Valores: média ± EPM; P > 0,05 não foi exibido. PVC, pressão venosa central; ECMO V-V, oxigenação por membrana extracorpórea venovenosa; ECMO V-A, oxigenação por membrana extracorpórea veno-arterial; PSD, dia pós-operatório. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6: Anatomia renal e coloração de hematoxilina-eosina em ambos os grupos. Barras de escala: 400 μm; inserções: 100 μm. ECMO V-V, oxigenação por membrana extracorpórea venovenosa; ECMO V-A, oxigenação por membrana extracorpórea veno-arterial. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Número de ovelhas | Sexo | Peso (kg) | Resultados patológicos renais* |
| VA1 | Macho | 58 | Nenhum |
| VA2 | Macho | 54 | Nenhum |
| VA3 | Macho | 55 | Infarto focal pequeno |
| VA4 | Macho | 56 | Infarto focal pequeno |
| VA5 | Macho | 57 | Infarto focal pequeno |
| VV1 | Macho | 56 | Nenhum |
| VV2 | Macho | 60 | Nenhum |
| VV3 | Macho | 63 | Nenhum |
| VV4 | Macho | 59 | Nenhum |
| VV5 | Macho | 60 | Infarto focal pequeno |
| *O diagnóstico patológico renal foi feito por dois patologistas independentes para obter uma avaliação objetiva. | |||
Tabela 1: Resultados patológicos renais para os dois grupos.
Este estudo descreve o procedimento para estabelecer modelos robustos de sobrevivência de longo prazo para ECMO V-V e V-A em ovinos. Todos os animais sobreviventes exibiram sinais vitais estáveis e não ocorreram eventos graves de sangramento ou coagulação. O fluxo de ECMO e o desempenho da oxigenação permaneceram estáveis, sem lesões patológicas importantes observadas. O estudo fornece informações detalhadas sobre o manejo da anticoagulação.
O manejo da anticoagulação desempenha um papel crucial nos cuidados perioperatórios de ECMO. Inicialmente, com base em estudos anteriores, o ACT alvo foi estabelecido em 180-220 s 14,15,16,17. No entanto, durante a fase pré-experimento, foram observadas deposição de fibrina e trombose no oxigenador (ver Tabela de Materiais), indicando que níveis mais altos de anticoagulação eram necessários para os ovinos. Apesar da ausência de sinais hemorrágicos significativos e contagens de plaquetas relativamente estáveis, o TCA alvo foi ajustado para 220-250 s. Esse ajuste nas metas de anticoagulação destaca as diferenças hematológicas entre ovelhas e humanos. Após esse ajuste, a deposição de fibrina e a formação de trombos no oxigenador foram reduzidas, levando a um desempenho estável do oxigenador.
Ao longo de todo o experimento, observou-se uma tendência na contagem de plaquetas dos ovinos, caracterizada por uma diminuição inicial seguida de um aumento. Notavelmente, sem receber transfusões de sangue total ou plaquetas, a contagem de plaquetas se recuperou e ultrapassou o nível basal no7º dia. O declínio inicial na contagem de plaquetas em ovinos saudáveis submetidos à infusão contínua de heparina pode ser atribuído à trombocitopenia induzida por heparina18. O aumento subsequente pode ser elucidado por mecanismos compensatórios dentro dos sistemas de coagulação e hematopoiéticos de ovinos.
Além disso, os valores de APTT e TT foram notavelmente maiores na ECMO VA em comparação com a ECMO VV ao administrar as mesmas doses de heparina a ovelhas saudáveis. Essa observação sugere que a ECMO VA é mais responsiva aos parâmetros de coagulação após a anticoagulação com heparina. Em um estudo de coorte anterior, observou-se que os pacientes que receberam suporte de ECMO VA necessitaram de doses mais baixas de heparina em comparação com aqueles que receberam suporte de ECMO VV para atingir níveis semelhantes de APTT. Além disso, os pacientes com ECMO V-A exibiram um consumo elevado de fatores de coagulação19. Esses achados indicam coletivamente a necessidade de considerações distintas no manejo da coagulação entre essas duas modalidades de ECMO.
Embora quase todos os resultados dos testes laboratoriais tenham flutuado dentro dos intervalos normais e razoáveis, focos de infarto foram identificados nos rins de ambos os grupos na conclusão do experimento. Isso destaca que a perfusão e a coagulação de órgãos vitais continuam sendo os pontos focais do gerenciamento da ECMO, enfatizando que os testes laboratoriais por si só não podem ser usados para avaliar o estado do órgão.
Durante o manejo desse modelo, a dose de heparina aumentou gradualmente, indicando anticoagulação dinâmica para o manejo da ECMO em longo prazo. No entanto, a estratégia de anticoagulação por ECMO empregada para ovinos normais pode não ser diretamente aplicável aos cenários clínicos de pacientes críticos. A complexidade da doença crítica e sua resposta inflamatória podem atrapalhar ainda mais a hemostasia do paciente, particularmente em casos de hipercoagulabilidade adquirida e hiperinflamação, como observado em pacientes com COVID-19 7,20. A estratégia de anticoagulação para ECMO em diversas situações clínicas continua sendo uma consideração clínica crucial. Futuros ensaios clínicos detalhados são necessários para investigar estratégias de anticoagulação com ECMO para pacientes com diferentes estados de coagulação basal pré-operatórios e aqueles submetidos a diferentes situações clínicas (modelos V-V e V-A).
Várias limitações persistiram neste estudo. Em primeiro lugar, um grupo simulado não foi incluído. Em segundo lugar, para minimizar o consumo de sangue, não foi realizado monitoramento dinâmico dos marcadores de inflamação. Além disso, este estudo não estabeleceu um modelo animal de doença relacionado à ECMO, e o manejo pós-operatório da ECMO descrito neste artigo pode diferir da prática clínica.
Em conclusão, o modelo de ECMO de ovelhas acordadas de longo prazo com valores alvo de ACT entre 220-250 s para o manejo da anticoagulação mostra-se viável e estável. Além de monitorar de perto a função de coagulação, a função de perfusão de órgãos vitais continua sendo um ponto focal no tratamento da ECMO. Mais experimentos no futuro são necessários para aprofundar estratégias adequadas de gerenciamento de anticoagulação em modelos de ECMO de animais com doenças.
Os autores não têm nada a divulgar.
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Analisador ACT | Hemochron, EUA | Jr Signature | |
| Drager, Alemanha | Cateter arterial Primus | ||
| Edwards Lifescience, EUA | 18-Fr | Fornece acesso de retorno a uma artéria para VA-EMCO | |
| Analisador químico do sangue | IDEXX Laboratories, EUA | Analisador | |
| Abbott, EUA | Abbott i-STAT1 | ||
| Bomba centrífuga | Jiangsu STMed Technologies, China | STM CP-24 I | |
| Acionamento e console da bomba centrífuga | Jiangsu STMed Technologies, China | OASSIST STM001 | |
| Analisador de teste de coagulação | Beijing Succeeder Technology, China | SF-8050 | |
| Analisador completo de hemograma | Siemens Healthcare, Alemanha | ADVIA 2120i | |
| Bomba de microinjeção de canal duplo | Zhejiang Smith Medical Instrument, China | WZS-50F6 | |
| Cateter de duplo lúmen | MAQUET Avalon Elite, Alemanha | 23-Fr | Fornecer acessos de retorno e drenagem na veia jugular externa direita para VV-ECMO |
| Flurbiprofeno | Beijing Tide Pharmaceutical Co., Ltd., China | 5ml: 50mg | |
| Software GraphPad | Software GraphPad, EUA | GraphPad Prism v9.0 | Análise estatística |
| Heparina | Xangai Shangyao No.1 Biochemical Pharmaceutical Co., Ltd., China | 2ml: 12500IU | |
| Eletrocirúrgico de alta frequência | COVIDIEN, EUA | Monitor médico multiparamétrico Force F | |
| Philips, Holanda | MP60 | ||
| Kit de oxigenador | Medos, Alemanha | Hilite 7000LT | |
| Kit de oxigenador | Maquet, Alemanha | BE-PLS 2050 | |
| Propofol | Xi' an Libang Pharmaceutical Co. Ltd, China | 20ml: 0.2g | |
| Cateter venoso central de lúmen único | TuoRen, China | 18Fr | Inserção na artéria carótida esquerda para monitoramento hemodinâmico e amostragem de sangue. |
| Ovelha Han de cauda pequena | Jinyutongfeng Commercial and Trade Co. Ltd, China | peso: 50-65 kg, idade: 12-24 meses | |
| Cateter venoso central de lúmen triplo | TuoRen, China | 7Fr | Inserção na veia jugular esquerda para administração de fluido intravenoso, injeção de drogas e amostragem de sangue. |
| Máquina de ultrassom | GE, EUA | E9 | |
| Cateter venoso | Edwards Lifescience, EUA | 24-Fr | Fornece o acesso de drenagem em uma veia para VA-ECMO |
| Ventilator | Drager, Alemanha | Savina |
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