Измерение сердечного выброса на модели свиньи

Краткое содержание

Термодилюция, петлевые катетеры и контрастная вентрикулография являются надежными и точными методами определения физиологии сердца, такой как ударный объем и сердечный выброс в лабораторных условиях у свиней.

Аннотация

Свиньи часто используются в медицинских исследованиях, учитывая их схожую физиологию сердца с физиологией человека. Измерение сердечных параметров, таких как ударный объем и сердечный выброс, имеет важное значение в этом типе исследований. Контрастная вентрикулография, термодилюция и петля давления (PV-петля) могут использоваться для точного получения данных о работе сердца в зависимости от имеющихся ресурсов и опыта. Для этого исследования пять йоркширских свиней были обезболены и интубированы. Получен центральный венозный и артериальный доступ для размещения необходимых измерительных приборов. Температурный зонд был помещен в корень аорты. В правое предсердие был доставлен холодный физиологический ком, и была зарегистрирована кривая температурного отклонения. Интегрирование площади под кривой позволило рассчитать текущий сердечный выброс. Катетер с косичкой был чрескожно помещен в левый желудочек и 30 мл йодсодержащего контраста был введен в течение 2 секунд. Изображения цифровой субтракционной ангиографии были загружены в программное обеспечение для объемного анализа для расчета ударного объема и сердечного выброса. В левый желудочек (ЛЖ) был помещен объемный катетер давления, который обеспечивал непрерывные данные о давлении и объеме ЛЖ, что позволило рассчитать как ударный объем, так и сердечный выброс. Все три метода продемонстрировали хорошую корреляцию друг с другом. Катетер PV-петли и термодилюция показали наилучшую корреляцию с ошибкой 3% и коэффициентом Пирсона 0,99, с 95% ДИ = 0,97 до 1,1 (p = 0,002). Катетер ПВ-петли в сравнении с вентрикулографией также показал хорошую корреляцию с ошибкой 6% и коэффициентом Пирсона 0,95, 95% ДИ = 0,96 до 1,1 (p = 0,01). Наконец, термодилюция на фоне вентрикулографии имела 2% ошибку при r=0,95, 95% ДИ=0,93 до 1,11, (p=0,01). В заключение мы заявляем, что катетер с PV-петлей, контрастная вентрикулография и термодилюция имеют определенные преимущества в зависимости от требований исследователя. Каждый метод надежен и точен для измерения различных сердечных параметров у свиней, таких как ударный объем и сердечный выброс.

Введение

Свиньи часто используются в исследованиях по контролю кровотечения и реанимации из-за их схожей физиологии с человеком. Неотъемлемой частью реанимационных исследований является непрерывный мониторинг сердечного выброса для оценки физиологической реакции на вмешательства. Существует несколько клинических систем, таких как катетеры легочной артерии (ПА) и системы на основе анализа пульсового контура¹. Кроме того, эхокардиография (эхокардиография), компьютерная томография (КТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ) могут использоваться для сбора гемодинамических данных. Изображения, полученные во время конечной диастолы и систолы, могут быть использованы для определения объема крови, выбрасываемой во время этого сердечного цикла. Несмотря на то, что эти методы являются минимально инвазивными, они представляют только данные, полученные во время визуализации, и не обеспечивают непрерывных измерений². Они также либо в значительной степени зависят от оператора (эхокардиография), либо требуют современного, дорогостоящего оборудования (КТ и МРТ). Учитывая возможности и ресурсы различных лабораторий, существуют различные альтернативные методы оптимального измерения сердечного выброса в каждом конкретном случае.

Термодилюция является распространенным методом измерения сердечного выброса в клинических условиях с использованием катетера Свана-Ганца³. Этот метод может быть воссоздан в лабораторных условиях на свиньях для непосредственного измерения сердечного выброса. Контрастная вентрикулография также может быть использована, если рентгеноскопические возможности легко доступны⁴. Наконец, петлевые катетеры давления-объема предлагают средства прямого измерения давления и объема желудочков на основе удара к удару и могут генерировать более тонкие данные⁵. Этот метод использует электрический адмиттанс и уравнение Вэя для измерения объема камеры. По сравнению со старыми катетерами на основе проводимости, катетеры с адмиттансом устраняют явление параллельной проводимости между кровью и сердечной мышцей, тем самым производя более точные измерения без необходимости^{повторной} калибровки.

Целью данного исследования является проверка точности этих трех методов в сравнении друг с другом с точки зрения измерения объема и выхода сердечного удара в модели здоровой свиньи. В конечном счете, каждый исследователь может выбрать, какой подход лучше всего соответствует его потребностям, в зависимости от его требований к исследованию и имеющихся у него ресурсов.

Протокол

Процедуры были одобрены Университетом штата Мэриленд, Балтиморским комитетом по уходу за животными и их использованию (Одобрение #0320017) и соответствуют рекомендациям Национальных институтов здравоохранения по этическим исследованиям на животных. В исследование были включены пять взрослых самцов йоркширских свиней весом от 50 до 70 кг. В этом исследовании использовалась цифровая система сбора данных и сопряженное программное обеспечение для записи всех гемодинамических и температурных данных. Измерение сердечных параметров на модели свиньи состояло из следующих этапов: подготовка, термодилюция, вентрикулография, установка PV-петлевого катетера и, наконец, эвтаназия. Все пять животных прошли каждый из трех протоколов измерения сердечного выброса.

1. Отбор и содержание животных

1. Используйте подростка-самца йоркширской свиньи (Sus Scrofa) весом 50-70 кг.
2. Размещайте животных в клетках площадью не менее 30 квадратных футов с высокоуглеродистой подстилкой, такой как сено, солома или сосновая стружка. Приютите животное индивидуально в ночь перед процедурой.
3. Предусмотрите период акклиматизации для новых животных в соответствии с рекомендациями учреждения.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Обычно это 48-72 часа для крупных млекопитающих⁷.
4. Кормите животных стандартным рационом и обеспечьте свободный доступ к воде до ночи перед экспериментом.
5. Голодайте животных в ночь перед процедурой, чтобы свести к минимуму риск аспирации во время эндотрахеальной интубации.
6. Еженедельно следите за здоровьем животных, осматривая кожу на наличие признаков травм, таких как струпья, царапины или ссадины. Обеспечьте нормальную работу дыхания (15-30 вдохов/мин) и правильное, интерактивное поведение. Следите за тем, чтобы слизистая оболочка полости рта была розовой, влажной и без выделений.
   1. Регулярно взвешивайте животных, чтобы убедиться в том, что они получают достаточное питание. Сообщайте о любых отклонениях ветеринарному персоналу, а затем исключайте животное из протокола.

2. Седация и индукция общей анестезии

1. Усыпляют животное в области содержания путем внутримышечного введения Телазола (4-5 мг/кг)/Ксилазина (1,8-2,2 мг/кг) в жировую подушку каудально к уху.
2. Подождите, пока животное не будет полностью усыплено и реакция на стимуляцию будет сведена к минимуму или вообще не отсутствует, чтобы обеспечить безопасное обращение с животным и его транспортировку.
3. Транспортируйте животное из зоны содержания в процедурный кабинет и положите его в лежачем положении на операционный стол.
4. Поместите пульсоксиметрический зонд на ухо животного и начните вентиляцию животного с помощью маски для морды с использованием аппарата искусственной вентиляции легких со 100%_O2. Обеспечьте надлежащую герметизацию резиновой прокладки маски вокруг рыла. После того, как будет обеспечена надлежащая герметизация, введите 3-4% изофлуран до тех пор, пока не будет введена общая анестезия и челюсть не расслабится.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Обязательно следуйте рекомендациям учреждения по использованию ингаляционных летучих веществ. В целом, процедурный кабинет должен хорошо проветриваться, а для исключения ингаляционного воздействия должен использоваться надлежащий механизм очистки/вентиляции.
5. Поместите оротрахеальную трубку с помощью ларингоскопа, выключив исофурановый вапорайзер и сняв маску рыла. Попросите второго человека держать челюсти открытыми, пока оператор вставляет ларингоскоп и смещает надгортанник вентрально от мягкого неба. После того, как голосовые связки будут визуализированы, вставьте 8-0 эндотрахеальная трубка (ЭТ) через голосовые связки не менее чем на 5 см.
6. Надуйте манжету ЭТ 10 мл воздуха и закрепите трубку ЭТ на морде животного с помощью пуповинной ленты. Подтвердите установку трубки путем подъема грудной клетки, концентрации_CO2 в конце выдоха и/или аускультации грудной клетки.
7. Подсоедините трубку ЭТ к наркозному аппарату с помощью теплообменника и влаги.
8. Отрегулируйте настройки аппарата искусственной вентиляции легких таким образом, чтобы обеспечить вдыхание_O2 в размере 30%, с дыхательным объемом 7-10 мл/кг и частотой дыхания 10-16 вдохов/мин, чтобы поддерживать напряжение_CO2 в конце выдоха на уровне 38-42 мм рт.ст.
9. Вернуть и поддерживать ингаляционный анестетик с использованием 1,5-3% изофлурана. Следите за животным на предмет признаков боли и дискомфорта, таких как непроизвольные движения или тахикардия. Корректируйте изофлуран до тех пор, пока движения не погаснут или не пройдет тахикардия.

3. Стерилизация и подготовка хирургического поля

1. Подстригайте волосы, лежащие над ними, и участки чрескожного доступа (двусторонняя вентральная шея) с помощью электрической машинки для стрижки волос.
2. Подготовьте и потрите все места чрескожных проколов бетадином и изопропиловым спиртом и дайте полностью высохнуть.
3. Наложите стерильные простыни вокруг операционного участка, чтобы сохранить стерильные операционные поля и предотвратить загрязнение. Закрепите их на месте скобами.
4. Закрепите животное на операционном столе, привязав передние и задние конечности к столу с помощью ленты или веревки. Поместите грелку под животное и установите температуру 37 °C.
5. Нанесите лубрикант на водной основе на кончик температурного зонда и вставьте зонд в прямую кишку, чтобы обеспечить непрерывные данные о температуре тела.
6. Поместите адгезивные электроды ЭКГ на правую и левую боковую стенку грудной клетки. Подсоедините отвести ЭКГ к адгезивным электродам и подсоедините отвести ЭКГ к блоку сбора данных.
7. Осторожно переверните животное в положение вентрального лежания, убедившись, что трубка дыхательных путей и отведения ЭКГ контролируются во время перемещения.

4. Канюляция наружной яремной вены

ПРИМЕЧАНИЕ: Доступ к яремным венам достигается при введении канюли правой венозной вены предсердия во время процедуры термодилюции.

1. Под ультразвуковым контролем (УЗИ) определите местоположение наружной яремной вены в яремной борозде, расположенной в боковой области шеи. Проколите кожу иглой 18 G, расположенной под углом 45° к коже, и продвигайте кончик в венозный просвет под контролем УЗИ.
2. Пропустите проводник Сельдингера 0,035 дюйма через иглу в венозный просвет. Извлеките иглу, оставив проводник на месте в венозном просвете.
3. Сделайте разрез кожи толщиной 5 мм рядом с проволокой с помощью скальпеля с лезвием #11 и проденьте оболочку длиной 15 см, 7 Fr с расширителем в вену над направляющей проволокой. Снимите проводник и расширитель. Следите за тем, чтобы ножны оставались на месте. Прострочите оболочку на месте, пришить ее к коже шелковыми швами 3-0.
4. Повторите шаги с 4.1 по 4.3, чтобы канюлировать контралатеральную наружную яремную вену.

5. Канюляция сонной артерии

ПРИМЕЧАНИЕ: Канюляция сонной артерии проводится для обеспечения доступа к ЛЖ и корню аорты во время термодилюции, контрастной вентрикулографии и введения катетера PV-петли.

1. Локализируйте сонную артерию латерально к трахее с помощью УЗИ-зонда. Обеспечьте пульсирующий поток с помощью цветной допплеровской визуализации, если таковая имеется.
2. Проколите кожу иглой 18 G, расположенной под углом 45° к коже, и продвигайте ее в просвет артерии под ультразвуковым контролем. Проведите проводник Сельдингера 0,035 дюйма через иглу в просвет артерии. Извлеките иглу, оставив проводник на месте в просвете артерии.
3. Сделайте разрез кожи толщиной 5 мм рядом с проволокой с помощью скальпеля с лезвием #11 и проденьте в артерию через проводник оболочку диаметром 20 см 7 Fr с расширителем. Оставьте 5-10 см влагалища за пределами кожи. Снимите направляющую проволоку и расширитель и убедитесь, что тубус остается на месте. Закрепите ножны на месте, приложив их к коже шелковыми швами^{3-0 8}.

6. Измерение сердечного выброса

Примечание: Все следующие методы выполняются последовательно на каждом из 5 животных, использованных в этом исследовании.

1. Терморазбавление
   1. Введите датчик термопары Т-образного типа через оболочку сонной артерии и введите зонд в корень аорты под контролем рентгеноскопии.
   2. Подключите щуп к системе сбора данных. Потратьте несколько минут на сбор данных, чтобы установить уверенную базовую температуру аорты. Уверенная базовая температура достигается, когда температура остается в пределах 1 °C от центрального значения в течение 2-3 минут после сбора данных.
   3. Затем введите катетер 5 Fr, 110 см через наружную оболочку яремной вены и проведите катетер к правому предсердию с помощью рентгеноскопии.
   4. После того, как положение будет проверено, с усилием протолкните в катетер 20 мл физиологического раствора 12 °C.
   5. Наблюдайте за кривой отклонения температуры в программном обеспечении для сбора данных. Выделите эту область и используйте функцию сердечного выброса программного обеспечения для расчета сердечного выброса (Рисунок 1).
   6. Повторите этот процесс 3-5 раз по мере необходимости, чтобы получить среднее значение по этим измерениям.
2. Вентрикулография
   1. Используя портативный рентгеновский рентгеноскопический контроль, введите проводник 0,035 дюйма через оболочку сонной артерии в левый желудочек. Отодвиньте оболочку так, чтобы наконечник пересекал аортальный клапан. Снимите направляющую проволоку диаметром 0,035 дюйма и вставьте маркерный катетер для косички диаметром 80 см через оболочку сонной артерии так, чтобы косичка находилась в верхушке ЛЖ. Отведите влагалище на 5 см, оставив косичку на месте, чтобы влагалище больше не находилось внутри ЛЖ.
      1. Убедитесь, что весь персонал в помещении одет в фартук, эквивалентный 0,5 мм. Попросите всех, кто находится в пределах 1 м от излучателя, надеть свинцовые очки.
      2. Сведите к минимуму время включения луча и убедитесь, что излучатель хорошо коллимирован, чтобы снизить воздействие на персонал лаборатории.
      3. Убедитесь, что весь персонал находится как можно дальше от излучателя, но при этом может выполнять процедуру для снижения воздействия.
   2. Присоедините катетер к инжектору контрастной мощности с загруженным йодсодержащим контрастом не менее 30 мл. Обратите внимание на текущую частоту сердечных сокращений животного.
   3. Настройте инжектор питания так, чтобы он обеспечивал контрастность 15 мл/с, что в сумме составляет 30 мл, и поставьте устройство под охрану.
   4. Настройте флюороскоп для цифровой субтракционной ангиографии (DSA) со скоростью 30 кадров в секунду при 30° слева вперед под углом.
   5. Запустите DSA на флюороскопе и подождите, пока изображение вычтется. Начните инжекцию мощности, как только рентгеноскопический аппарат покажет изображение вычитания. Для этого необходимо нажать кнопку инжектора, как только рентгеноскопический аппарат вычтет рентгеноконтрастный материал из изображения, чтобы во время серии изображений затемнялась только камера ЛЖ (рис. 2A).
      ПРИМЕЧАНИЕ: В качестве альтернативы классическая рентгеноскопия может быть использована для вентрикулографии, если DSA недоступна.
   6. Загрузите эти изображения в систему архивации и передачи изображений (PACS).
   7. Импортируйте изображения вентрикулограммы в программное обеспечение для количественной визуализации.
   8. Используя функцию анализа левого желудочка, откалибруйте программное обеспечение по изображению, используя отметки 1 см на маркерной косичке в качестве эталона.
   9. Нажмите на кнопку «Конец диастолы» и найдите на изображениях DSA кадр, отображающий наибольший объем LV, указывающий на окончание диастолы. Затем обведите границу LV с помощью мыши с небольшим шагом для обеспечения точности.
   10. Далее нажмите на кнопку End Systole и найдите рамку, изображающую конечную систолу, где объем LV наименьший. Снова обведите границу LV таким же образом, как и на предыдущем шаге.
   11. Нажмите кнопку «Анализировать ». Затем программа выполняет количественный объемный анализ с^{использованием метода} Доджа-Сандлера 9 для расчета конечного систолического объема, конечного диастолического объема, а также ударного объема. Затем данные выводятся в документ анализа ЛЖ.
   12. Определите сердечный выброс путем умножения измеренного ударного объема на ранее зарегистрированную частоту сердечных сокращений.
3. Петлевой катетер давления и объема
   1. Предварительно замочите катетер PV-петли в обычном физрастворе не менее чем на 20 минут перед использованием. Подключите катетер к системе сбора данных.
   2. Вставьте кончик катетера PV-петли, содержащего датчик давления, в шприц с физиологическим раствором и держите датчик давления непосредственно под мениском. С помощью кнопок грубой и тонкой регулировки на модуле катетера отрегулируйте выходной сигнал давления до тех пор, пока он не достигнет 0 мм рт.ст. в программном обеспечении для сбора данных.
   3. Откалибруйте удельное сопротивление крови и ударный объем катетера PV-loop в соответствии с инструкциями производителя.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Производитель предлагает использовать удельное сопротивление крови 1,5 мОм и ударный объем 60 мл для крупных моделей животных.
   4. Как и в шаге 6.2.1, вставьте проводник диаметром 0,035 дюйма в оболочку сонной артерии и продвигайте его в ЛЖ с помощью рентгеноскопического контроля. Продвигайте оболочку до тех пор, пока она не пройдет через аортальный клапан. Снимите проводниковую проволоку, оставив тубус на месте, и вставьте катетер PV-петли под рентгеноскопическим контролем через оболочку сонной артерии до тех пор, пока часть косички не окажется в верхушке ЛЖ (рис. 2B). Отодвиньте тубус на ~5 см так, чтобы он больше не находился в LV, оставив косичку на месте.
   5. В соответствии с инструкциями производителя выполните базовое сканирование перед сбором данных, перейдя к параметру «Сканирование базового уровня » на экране сбора данных и нажав кнопку «Ввод ». Базовое сканирование проводится с помощью катетерной системы PV-loop для подтверждения точного измерения частоты сердечных сокращений. Нажмите кнопку Enter еще раз, чтобы начать сбор данных о давлении и объеме. Сегменты объема можно прокручивать, чтобы получить наилучшую форму волны объема.
   6. Проверьте объемную кривую давления, выводимую в программное обеспечение для сбора данных. Убедитесь, что фотоэлектрическая петля записана адекватно, которая должна быть прямоугольной формы с гладкими краями. (Рисунок 2C). Если нет, аккуратно измените положение катетера либо скручивая, либо двигаясь вперед и назад, пока не будет зафиксирована соответствующая петля. Рассчитайте ударный объем и сердечный выброс, умножив частоту сердечных сокращений на разницу между конечным диастолическим и конечным систолическим объемом.
   7. Закрепите катетер на месте с помощью ленты или шва, чтобы обеспечить правильное положение на всем протяжении.

7. Эвтаназия

1. Усыпить животное с помощью инъекции хлорида калия в дозе >2 мг-экв/кг (50-70 мл 2 мг-экв/мл KCl) через оболочку яремной вены.
2. Продолжайте общую анестезию и мониторинг сердца до тех пор, пока трассировка ЭКГ не покажет отсутствие электрической активности сердца и давление CO₂ в конце выдоха не достигнет 0 мм рт.ст.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Гемодинамический мониторинг поддерживался на протяжении всего эксперимента.

Результаты

Вес свиней варьировался от 51,4 кг до 61,5 кг при среднем весе 56,6 ± 3,6 кг. Средние инсультные объемы, измеренные с помощью катетера PV-петли, вентрикулографии и термодилюции у всех пяти субъектов, составили 58,0 ± 12,0 мл, 57,6 ± 8,5 мл и 53,0 ± 9,8 мл соответственно. Средние сердечные выбросы, измеренные с помощью PV-петлевого катетера, вентрикулографии и термодилюции у всех пяти пациентов, составили 5,0 ± 1,1 л/мин, 5,3 ± 1,2 л/мин и 5,2 ± 1,0 л/мин соответственно (таблица 1). Н...

Обсуждение

В этом исследовании подробно описан стандартизированный метод, состоящий из трех различных способов точного измерения сердечного выброса у свиней. Свиньи имеют анатомию и физиологию сердечно-сосудистой системы, аналогичную человеческой, и обычно используются в качестве модели для физиологии сердца человека, в частности, для доклинической оценки хирургических и интервенционных^{процессов.} Это позволяет свиньям служить основной моделью для сердечно-сосудистой физиолог...

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье

Имя	Компания	Каталожный номер	Комментарии
0,9% хлорида натрия для инъекций	Hospira	0409-4888-50
7 Fr Набор для введения	Terumo	RCFW-5.0-35
Наркозный аппарат	Drager	Fabius Tiro
Контрастная мощность инжектора	GEHealthcare	E8004N
Флюороскоп	GEHealthcare	OEC 9800
Отопление/охлаждение Т/насос	Gaymar	TP-700
Изофлуран	Baxter	10019-360-40
Катетер Джеки	Terumo	40-5023
Omnipaque	GEHealthcare	559289
PowerChart	ADinstruments	ML866/P	Программное обеспечение
PowerLab	ADinstruments	PL3516
PV-петлевой катетер	Transonic		Предпочитайте кончик косички прямому кончику
модуль PV-петли	Transonic	FFS-097-A004
Хирургический шовный материал, черный плетеный шелк, 3.0	Surgical Speciaties Corp.
Зонд термопары	ADinstruments	MLT1401
Ультразвуковой зонд	Philips	L12-4
Шприцы
ViewPlus	Sanders Data Systems		Программное обеспечение