Мы представляем протокол для создания долгосрочной модели экстракорпоральной мембранной оксигенации (ЭКМО) в бодрствующем состоянии у овец. Особое внимание уделяется управлению и оценке коагуляционной системы при моделировании ЭКМО.
Методическая статья
* These authors contributed equally
Мы представляем протокол для создания долгосрочной модели экстракорпоральной мембранной оксигенации (ЭКМО) в бодрствующем состоянии у овец. Особое внимание уделяется управлению и оценке коагуляционной системы при моделировании ЭКМО.
Целью данного исследования было изучение влияния длительной экстракорпоральной мембранной оксигенации (ЭКМО) в бодрствующем состоянии на коагуляционную систему в модели овец. Всего в исследование было включено десять здоровых овец, по 5 овец в каждой группе. В группе веноартериальной ЭКМО (В-А ЭКМО) проводили канюляцию в правой сонной артерии и правой наружной яремной вене. В группе вено-венозной ЭКМО (V-V ЭКМО) для введения в правую наружную яремную вену использовался двухпросветный катетер. После начала ЭКМО овцы оправились от анестезии и оставались в сознании в течение 7 дней. Целевой показатель активированного времени свертывания крови (ACT) был установлен на уровне 220-250 с. В обеих группах фактическая АКТ колебалась в районе 250 с, при этом доза гепарина постепенно увеличивалась, достигая почти 60 МЕ/кг/мин в конце экспериментов. Более того, значения активированного частичного тромбопластинового времени (АЧТВ) и тромбинового времени (ТТ) были достоверно выше в группе V-A ЭКМО по сравнению с группой V-V ЭКМО, несмотря на получение одинаковых доз гепарина. Несмотря на то, что результаты лабораторных исследований колебались в пределах нормы и разумного диапазона, очаги инфаркта в почках наблюдались в обеих группах в конце исследования.
Экстракорпоральная мембранная оксигенация (ЭКМО) служит жизненно важным вмешательством, обеспечивая сердечно-легочную поддержку тяжелобольным пациентам. Он классифицируется на две первичные формы: веноартериальная ЭКМО (V-A ECMO) и вено-венозная ЭКМО (V-V ECMO)1,2. V-A ЭКМО используется для пациентов с недостаточностью кровообращения, тогда как V-V ЭКМО предпочтительна для пациентов с дыхательной недостаточностью, но без тяжелой сердечно-сосудистой дисфункции 3,4.
Тромбоз и кровотечение являются распространенными осложнениями у пациентов с ЭКМО5. Контур ЭКМО подвергает кровь воздействию искусственных поверхностей, инициируя сложные реакции свертываниякрови 6. Эти процессы могут приводить к повреждению эндотелия и нарушению микроциркуляции, что приводит к последующей дисфункции жизненно важных органов 7,8. Следовательно, эффективное управление системной антикоагулянтной терапией считается критически важным для пациентов с ЭКМО. Несмотря на это, по-прежнему не хватает доказательств для руководства стратегиями антикоагулянтной терапии в различных клинических условиях, связанных с ЭКМО.
Создание стабильной модели ЭКМО на животных может дать представление о влиянии ЭКМО на организм, внося значительный вклад в оптимизацию стратегий управления ЭКМО, снижение осложнений, связанных с ЭКМО, и улучшение результатов лечения пациентов в клинической практике. Крупные животные, такие как овцы и свиньи, являются основным выбором для создания моделей ЭКМО из-за их физиологических параметров, очень близкихк человеческим. Тем не менее, предыдущие модели ЭКМО крупных животных имели время технического обслуживания менее 24 часов, что затрудняло всестороннюю оценку влияния ЭКМО на свертывающую систему11. Таким образом, существует необходимость в создании долгосрочных моделей ЭКМО на крупных животных для тщательного изучения патофизиологических механизмов ЭКМО. Использование долгосрочных моделей на крупных животных для изучения влияния ЭКМО на свертывающую систему может обеспечить более надежные доказательства для клинической практики.
Данное исследование направлено на установление долгосрочной (7 дней) модели ЭКМО в бодрствующем состоянии у здоровых овец. Центральным направлением всей разработки и оценки модели является управление антикоагулянтами.
Этот экспериментальный протокол получил одобрение Комитета по уходу за животными и их использованию больницы Фувай (No 0101-2-20-HX(X)). Все процедуры проводились в соответствии с рекомендациями, изложенными в Руководстве Национального института здравоохранения по использованию и уходу за лабораторными животными. Эксперимент проводился в Пекинской ключевой лаборатории доклинических исследований и оценки материалов для сердечно-сосудистых имплантатов, Экспериментальном центре животных больницы Фувай (регистрационный номер. CNAS LA0009). В исследовании использовались здоровые овцы, которые соответствовали требуемым карантинным нормам в Экспериментальном центре животных больницы Фувай. Кроме того, это исследование проводилось в соответствии с рекомендациями «Исследования на животных: отчетность об экспериментах in vivo ». Самцы мелкохвостых ханьских овец весом 50-65 кг и возрастом от 12 до 24 месяцев (см. Таблицу материалов) содержались в определенной среде, свободной от патогенов, со свободным доступом к пище и воде в течение как минимум одной недели до операции. Овцы были случайным образом распределены на две группы, каждая из которых состояла из 5 особей: группа веноартериальной ЭКМО (V-A ЭКМО) и группа вено-венозной ЭКМО (V-V ЭКМО). Отбор здоровых овец был обоснован необходимостью точной оценки влияния поддержки ЭКМО на организм. Оборудование и реагенты, использованные в исследовании, перечислены в Таблице материалов.
1. Подготовка животных
2. Канюляция
3. Начало ЭКМО
4. Послеоперационное ведение и мониторинг
5. Эвтаназия
В общей сложности в течение всего эксперимента было оценено десять овец, по пять овец в каждой группе (Таблица 1). После начала ЭКМО все овцы оправились от анестезии и оставались в сознании в течение 7 дней. В обеих группах поток ЭКМО превышал 1,8 л/мин. В группе V-V ECMO поток колебался в районе 1,8 л/мин, в то время как в группе V-A ECMO он колебался от 2,3 л/мин до 1,8 л/мин (рис. 1A). Жизненные показатели каждой овцы оставались стабильными. Уровень молочной кислоты в крови был ниже 1 ммоль/л между 60 ч и 180 ч после пробуждения в обеих группах (рис. 1B). В течение 7 дней уровень ACT был направлен на поддержание в районе 220-250 с, а фактический ACT колебался в районе 250 с (рис. 1C), при этом доза гепарина постепенно увеличивалась, достигая почти 60 МЕ/кг/мин в конце экспериментов (рис. 1D).
Протромбиновое время (ПВ) в обеих группах варьировало от 15 с до 32 с (рис. 2А). Активированное частичное тромбопластиновое время (АЧТВ) и тромбиновое время (ТТ) в группе V-V ЭКМО были ниже, чем в группе V-A ЭКМО (статистически значимая разница для АЧТВ) в определенные моменты времени на протяжении всего эксперимента (рис. 2B, C). Международное нормализованное отношение в каждой группе колебалось в районе 1,5 (Рисунок 2D). Фибриноген, продукты распада фибрина, D-димеры и тромбоциты одинаково колебались между двумя группами и оставались в пределах нормы (рис. 3).
Уровни креатинина и азота мочевины в крови в обеих группах оставались в пределах нормы на протяжении всего эксперимента, при этом статистической разницы между двумя группами не было (рис. 4). Кроме того, было замечено, что баланс жидкости в обеих группах демонстрировал минимальные колебания около 0, а измерения CVP в обеих группах оставались в пределах нормы на протяжении всего исследования (рис. 5). В конце эксперимента у овец в обеих группах наблюдались очаги инфаркта в почках, хотя лабораторные результаты колебались в пределах нормы и разумных пределов (рис. 6 и табл. 1).

Рисунок 1: Мониторинг основных параметров. (А) Кровоток ЭКМО. (В) Лак. (C) ACT. (D) Доза гепарина. Lac, молочная кислота; ACT, активированное время свертывания; V-V ЭКМО, вено-венозная экстракорпоральная мембранная оксигенация; В-А ЭКМО, веноартериальная экстракорпоральная мембранная оксигенация. Значения: среднее значение ± SEM. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 2: Результаты функции свертывания. (A) PT. (B) APTT. (С) ТТ. (D) INR. ПТ, протромбиновое время; APTT, активированное частичное тромбопластиновое время; TT, тромбиновое время; INR – международное нормализованное отношение; V-V ЭКМО, вено-венозная экстракорпоральная мембранная оксигенация; В-А ЭКМО, веноартериальная экстракорпоральная мембранная оксигенация. Был проведен непарный t-критерий для сравнения двух групп в каждый момент времени. Значения: среднее значение ± SEM; *P < 0,05; P > 0.05 не отображался. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 3: Фибриноген, продукты распада фибрина, D-димеры и количество тромбоцитов в обеих группах. (A) FIB. (B) СвДП. (C) D-димер. (D) PLT. FIB, фибриноген; ФДП, продукты распада фибрина; PLT, количество тромбоцитов; V-V ЭКМО, вено-венозная экстракорпоральная мембранная оксигенация; В-А ЭКМО, веноартериальная экстракорпоральная мембранная оксигенация. Был проведен непарный t-критерий для сравнения двух групп в каждый момент времени. Значения: среднее значение ± SEM; P > 0.05 не отображался. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 4: Мониторинг функции почек. (А) Креатинин. (Б) БУЛОЧКА. V-V ЭКМО, вено-венозная экстракорпоральная мембранная оксигенация; V-A ЭКМО, веноартериальная экстракорпоральная мембранная оксигенация; АМП, азот мочевины крови. Был проведен непарный t-критерий для сравнения двух групп в каждый момент времени. Значения: среднее значение ± SEM; P > 0.05 не отображался. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 5: Динамические изменения баланса жидкости и значений CVP. (A) Ежедневные изменения баланса жидкости в группе V-V ЭКМО. (B) Ежедневные изменения баланса жидкости группы V-A ЭКМО. (C) Мониторинг ЦЕНТ. Был проведен непарный t-критерий для сравнения CVP двух групп в каждой временной точке. Значения: среднее значение ± SEM; P > 0.05 не отображался. ЦВП – центральное венозное давление; V-V ЭКМО, вено-венозная экстракорпоральная мембранная оксигенация; V-A ЭКМО, веноартериальная экстракорпоральная мембранная оксигенация; PSD, послеоперационный день. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 6: Анатомия почек и окрашивание гематоксилин-эозином в обеих группах. Масштабные линейки: 400 μм; Вставки: 100 мкм. V-V ЭКМО, вено-венозная экстракорпоральная мембранная оксигенация; В-А ЭКМО, веноартериальная экстракорпоральная мембранная оксигенация. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
| Количество овец | Секс | Вес (кг) | Результаты патологии почек* |
| VA1 | Мужской | 58 | Никакой |
| ВА2 | Мужской | 54 | Никакой |
| ВА3 | Мужской | 55 | Очаговый малый инфаркт |
| ВА4 | Мужской | 56 | Очаговый малый инфаркт |
| ВА5 | Мужской | 57 | Очаговый малый инфаркт |
| ВВ1 | Мужской | 56 | Никакой |
| ВВ2 | Мужской | 60 | Никакой |
| ВВ3 | Мужской | 63 | Никакой |
| ВВ4 | Мужской | 59 | Никакой |
| ВВ5 | Мужской | 60 | Очаговый малый инфаркт |
| * Почечная патологическая диагностика была проведена двумя независимыми патологоанатомами для получения объективной оценки. | |||
Таблица 1: Результаты патологии почек в двух группах.
В этом исследовании описана процедура создания надежных, долгосрочных моделей выживаемости для V-V и V-A ЭКМО у овец. У всех выживших животных наблюдались стабильные жизненные показатели, тяжелых кровотечений или свертываний крови не наблюдалось. Показатели потока ЭКМО и оксигенации оставались стабильными, серьезных патологических повреждений не наблюдалось. В исследовании представлена подробная информация о контроле антикоагулянтной терапии.
Управление антикоагулянтами играет решающую роль в периоперационном уходе за пациентами с помощью ЭКМО. Изначально, основываясь на предыдущих исследованиях, целевой показатель ACT был установлен на уровне 180-220 с 14,15,16,17. Тем не менее, на этапе подготовки к эксперименту наблюдалось отложение фибрина и тромбоз в оксигенаторе (см. Таблицу материалов), что указывает на необходимость более высоких уровней антикоагулянтов для овец. Несмотря на отсутствие значимых признаков кровотечения и относительно стабильное количество тромбоцитов, целевой показатель АКТ был скорректирован до 220-250 с. Эта корректировка мишеней антикоагулянтов подчеркивает гематологические различия между овцами и людьми. После этой корректировки отложение фибрина и образование тромбов в оксигенаторе были снижены, что привело к стабильной работе оксигенатора.
На протяжении всего эксперимента наблюдалась тенденция к увеличению количества тромбоцитов у овец, характеризующаяся начальным снижением с последующим увеличением. Примечательно, что без переливания цельной крови или тромбоцитов количество тромбоцитов восстановилось и превысило исходный уровень к7-му дню. Первоначальное снижение количества тромбоцитов у здоровых овец, подвергавшихся непрерывной инфузии гепарина, может быть связано с гепарин-индуцированной тромбоцитопенией18. Последующее увеличение может быть объяснено компенсаторными механизмами в свертывающей и кроветворной системах овец.
Кроме того, значения АЧТТ и ТТ были заметно выше при В-А ЭКМО по сравнению с V-V ЭКМО при введении тех же доз гепарина здоровым овцам. Это наблюдение позволяет предположить, что V-A ЭКМО более чувствительна к параметрам свертывания крови после антикоагуляции гепарина. В предыдущем когортном исследовании было отмечено, что пациентам, получавшим поддержку V-A ЭКМО, требовались более низкие дозы гепарина по сравнению с теми, кто получал поддержку V-V ЭКМО для достижения аналогичных уровней APTT. Кроме того, у пациентов с ЭКМО V-A наблюдалось повышенное потребление факторов свертывания крови19. Эти результаты в совокупности указывают на необходимость различных соображений в управлении коагуляцией между этими двумя методами ЭКМО.
В то время как почти все результаты лабораторных исследований колебались в пределах нормы и разумного диапазона, очаги инфаркта были идентифицированы в почках обеих групп по окончании эксперимента. Это подчеркивает, что перфузия и коагуляция жизненно важных органов остаются основными направлениями лечения ЭКМО, подчеркивая, что нельзя полагаться только на лабораторные тесты для оценки состояния органов.
Во время лечения этой моделью доза гепарина увеличивалась постепенно, что указывает на динамическую антикоагулянтную терапию для долгосрочного управления ЭКМО. Тем не менее, стратегия антикоагулянтов ЭКМО, используемая для нормальных овец, может быть неприменима непосредственно к клиническим сценариям пациентов в критическом состоянии. Сложность критического заболевания и его воспалительная реакция могут еще больше нарушить гемостаз пациента, особенно в случаях приобретенной гиперкоагуляции и гипервоспаления, как это наблюдается у пациентов с COVID-19 7,20. Стратегия антикоагулянтной терапии для ЭКМО в различных клинических ситуациях остается важнейшим клиническим фактором. Необходимы дальнейшие детальные клинические испытания для изучения стратегий антикоагулянтной терапии ЭКМО у пациентов с различными предоперационными исходными статусами свертывания крови и у пациентов с различными клиническими ситуациями (модели V-V и V-A).
В этом исследовании сохранялся ряд ограничений. Во-первых, не была включена фиктивная группа. Во-вторых, для минимизации потребления крови не проводился динамический мониторинг маркеров воспаления. Кроме того, в этом исследовании не была установлена животная модель заболевания, связанная с ЭКМО, и послеоперационное лечение ЭКМО, описанное в этой статье, может отличаться от клинической практики.
В заключение следует отметить, что долгосрочная модель ЭКМО овец в сознании с целевыми значениями АКТ в диапазоне 220-250 с для управления антикоагулянтами показана осуществимой и стабильной. Помимо тщательного контроля коагуляционной функции, перфузионная функция жизненно важных органов остается центральным элементом в лечении ЭКМО. В будущем необходимы дальнейшие эксперименты, чтобы углубиться в подходящие стратегии управления антикоагулянтами в моделях ЭКМО больных животных.
Авторам нечего раскрывать.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Анализатор ACT | Hemochron, США | Jr Signature | |
| Anaesthesia Machine | Dräger, Германия | Артериальный | |
| Edwards Lifescience, США | 18-Fr | Обеспечение обратного доступа в артерию для | |
| биохимического анализатора крови | IDEXX Laboratories, США | Анализатор | |
| Abbott, США | Abbott i-STAT1 | ||
| Jiangsu STMed Technologies, Китай | STM CP-24 I | ||
| Привод и консоль центробежного насоса | Jiangsu STMed Technologies, Китай | OASSIST STM001 | |
| Анализатор коагуляционных тестов | Beijing Succeeder Technology, Китай | SF-8050 | |
| Полнопросветный анализатор крови | Siemens Healthcare, Германия | ADVIA 2120i | |
| Двухканальный микроинъекционный насос | Zhejiang Smith Medical Instrument, | Китай WZS-50F6 | |
| Двухпросветный катетер | MAQUET Avalon Elite, Германия | 23-Fr | Обеспечить возвратный и дренажный доступ в правую наружную яремную вену для VV-ЭКМО |
| Флурбипрофен | Beijing Tide Pharmaceutical Co., Ltd., Китай | 5мл: 50 мг | |
| GraphPad программное обеспечение | GraphPad Software, США | GraphPad Prism v9.0 | Статистический анализ |
| Heparin | Shanghai Shangyao No.1 Biochemical Pharmaceutical Co., Ltd., Китай | 2мл: 12500IU | |
| Высокочастотный электрохирургический | COVIDIEN, США | Force F | |
| Многопараметрический медицинский монитор | Philips, Нидерланды | Комплект оксигенатора MP60 | |
| Medos, Германия | Hilite 7000LT | ||
| Комплект оксигенатора | Maquet, Германия | BE-PLS 2050 | |
| Пропофол | Си Цзиньпин an Libang Pharmaceutical Co. Ltd, Китай | 20 мл: 0,2 г | |
| Однопросветный центральный венозный катетер | TuoRen, Китай | 18Fr | Вставка в левую сонную артерию для мониторинга гемодинамики и забора крови. |
| Малохвостая ханьская овца | Jinyutongfeng Commercial and Trade Co. Ltd, Китай | вес: 50-65 кг, возраст: 12-24 месяца | |
| Трехпросветный центральный венозный катетер | TuoRen, Китай | 7Fr | Вставка в левую яремную вену для внутривенного введения жидкости, инъекции лекарств и забора крови. |
| Ультразвуковой аппарат | GE, США | E9 | |
| Венозный катетер | Edwards Lifescience, США | 24-Fr | Обеспечить дренажный доступ в вену для аппарата ИВЛ VA-ECMO |
| Drager, Германия | Савина |
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение