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Medicine

신생아 질식의 돼지 모델

Published: October 11, 2011 doi: 10.3791/3166
Automatic Translation
1, 2, 2
1Departments of Pediatrics, Pharmacology and Surgery, University of Alberta, 2Department of Surgery, University of Alberta

Summary

대형 동물 모델은 신생아 질식의 생리학과 약리학의 시험에서 좋은 병진 값을 가진다. 신생아 piglets를 사용하여, 우리는 조직과 지역 혈류 역학, 생화학 및 pathologic 경로와 상관 관계가있는 산소 수송을 공부의 장점을 가지고 신생아 질식을 시뮬레이션 할 수있는 실험 프로토콜을 개발합니다.

Abstract

질식사 관련하여 매년 백만 이상의 neonates는 전세계 죽어. 질식 neonates은 일반적으로 저혈압, 재관류 적자, hypoxic - 허혈성 뇌 병변, 폐 고혈압, vasculopathic enterocolitis, 신장 장애 및 thrombo-embolic 합병증 등의 여러 기관이 실패합니다. 동물 모델은 우리가 patho - 생리학 및 신생아 질식의 약리학을 이해하는 데 도움이하기 위해 개발하고 있습니다. 설치류 및 신생아 양에 비해, 신생아 돼지는 귀중한 모델이 될 입증되었습니다. 신생아 새끼 돼지는 36-38주의와 유사한 개발 등 여러 가지 장점을 가지고 동물의 계측 및 모니터링을 할 수 있습니다 및 혼란 변수를 제어 비교 신체 시스템, 대형 바디 크기 (출생시 ~ 1.5-2 kg)와 인간의 태아 hypoxia와 hemodynamic derangements.

여기 신생아 질식을 시뮬레이션하고 우리가 syste을 검토 할 수 있도록 실험 프로토콜을 설명마이크 및 질식 및 reoxygenation 과정뿐만 아니라 개입의 각 효과 중 지역 hemodynamic 변경됩니다. 또한, 모델은 동시에 여러 장기 장애 또는 장애를 연구의 장점과 다양한 신체 시스템과 상호 작용이 있습니다. 실험 모델은 기계 환기, 혈관 (동맥 및 중앙 정맥) 액세스의 설립을 허용하도록 신생아 piglets의 수술 기기 (1-3, 하루 과거와 1.5-2.5 kg 무게 혼합 품종)를 포함하지 않는 생존 절차입니다 와 주요 폐, 온목, 장간막과 왼쪽 신장 동맥 등 다른 동맥에서 간 혈관 압력과 혈액 흐름의 지속적 모니터링을위한 카테터와 흐름 프로브 (음속에 가까운 주식회사)의 위치. hemodynamic 매개 변수 및 일반 혈액 가스의 Z <10 %의 변동에 의해 정의 된 30~60분에 대한 안정화 후,이 수술 계측의 piglets를 사용하여, 우리는 실험 프로토콜을 시작심한 hypoxemia 중은 normocapnic 폐포 hypoxia를 통해 유도된다. 돼지는 30~40%의 동맥 산소 saturations를 목표로, 2 시간에 질소 가스의 흡입 농도를 증가시켜 10-15% 산소와 통풍이 있습니다. hypoxemia의 정도는 심각한 신진 대사 산증, 전신 저혈압 및 중요한 장기 hypoperfusion있는 cardiogenic 충격으로 임상 질식을 생산합니다. hypoxia는 0.5h에 대한 100 % 산소와 다음 3.5h에 대한 21 % 산소로 reoxygenation을합니다. Pharmacologic 개입 인해 과정에서 도입하고 효과 눈이 멀어 블록 무작위 방식으로 조사 할 수 있습니다.

Protocol

1. 마취

  1. 2L/min의 마취 기계의 흐름 속도를 설정합니다. 진공 흡입에 배기를 연결합니다.
  2. 5 % 마취 가스 (Isoflurane) (~ 3 분)로 요금 얼굴 마스크.
  3. 신생아 piglets 100 % 산소 (~ 3 분)에 흡입 Isoflurane 5퍼센트으로 유도 될 것입니다.
  4. Isoflurane로부터 2-3 %로 마취를 유지합니다. 적절한 0.5 % Isoflurane의 미세한 조절은 그러나 0.5 5 %에​​서 piglets의 상태에 따라 다양 할 수 있습니다.
  5. 혈관 액세스가 설립되면 inhalational 마취는 펜타닐 (5-50 mcg / kg / H)와 midazolam (200-500 mcg / kg / H) 혼합제를 사용하여 정맥 주사 마취로 전환 할 수 있습니다. Pancuronium (50-100 mcg / kg / H)는 마취 약품의 조정에 보존되어 동물의 상태를 관찰 할 수있는 능력을하면서, 수술 중에 과도한 근육의 움직임을 제어해야 할 수 있습니다.
  6. 돼지는 (percutaneous 산소의 펄스 oximetry에 의해 모니터링된다95-100%에서 aturation)와 ECG (130-170 비트 / 분의 심장 박동).
  7. 돼지의 직장 온도는 38-40에서 관리하고 있습니다 난방 담요 찬란한 따뜻한 갖춘 ° C.
  8. 돼지의 마취 상태를 정기적으로 행동 (동요), 유산소 운동 (빈맥과 고혈압)과 호흡 (tachypnoea) 매개 변수가 적절한, 신경 (학생 크기, 찢어 몸의 움직임)를 사용하여 실험 기간 동안 평가되고있다. 최소한의 마비가 제공됩니다. 마비로와없는 piglets의 마취의 이전 경험을 평가하는 데 유용 할 것입니다.
  9. 프로토콜은 pentobarbital (100 밀리그램 / kg) intravenously의 과다 복용과 실험의 끝 부분에있는 동물의 euthanization과 비 생존 절차입니다.

2. 사타구니의 혈관 카테터의 수술 배치 (그림 1)

  1. 오른쪽 사타구니 긴 2~3센티미터 절개를합니다.
  2. 오른쪽 넙 다리 정맥과 1cm 맞의 1cm를 해부t 대퇴 동맥. 각 선박 통해 두 3-0 문자열을 놔.
  3. 오른쪽 넙 다리 정맥 catheterization : 정맥의 말초을 Ligate. 15cm에 아가일 카테터 (3.5 ~ 5, 프랑스어, 더블 루멘) (Covidien, 맨스필드, MA)를 삽입하고이 오른쪽 심방에 게재합니다. 카테터를 확보하려면 두 문자열을 묶어. 카테 테르는 유지 보수 유체 및 약물 주입 (보조 포트) 및 정맥 / 오른쪽 심방 압력 측정 (기본 포트) 중앙 사용할 수 있습니다.
  4. 오른쪽 넙 다리 동맥 catheterization : 동맥의 말초을 Ligate. 혈액의 흐름을 중지 근위 문자열을 올려요. 5cm에 아가일 카테터를 (3.5 ~ 5, 프랑스어, 단일 루멘)를 넣습니다. 이 연속 평균 동맥 압력 측정 및 혈액 샘플링에 대한 인프라 신장 대동맥에 동맥 카테터를 삽입합니다. 카테터를 확보하려면 두 문자열을 묶어.
  5. 피부를 닫습니다.

3. 기계 환기 (그림 2) 수립

  1. 긴 2~3cm 수평을목에 절개.
  2. 해부 및 기관의 1cm 쉽게받을 수 있습니다. 기관 통해 두 1-0 문자열을 놔.
  3. 기관에 1cm에서 endotracheal 튜브를 (3.0 또는 3.5)를 넣습니다. 환풍기에 연결, 기계적 환기를 시작. endotracheal 튜브를 고정합니다.
  4. 해부 및 온목 동맥을 쉽게받을 수 있습니다. 지속적으로 혈액의 흐름을 측정하는 교통 시간 초음파 흐름 프로브 (2SB 또는 2RB, 음속에 가까운 시스템 주식회사 Ithica, NY)로 배를 에워 싸다.

4. 장간막의 흐름 프로브의 위치 (그림 3)과 왼쪽 신장 (그림 4) 동맥

  1. 펜타닐 (5-10 mcg / kg)와 acepromazine이 (0.01-0.02 밀리그램 / kg) 이전에 피부 절개를 필요의 추가 복용.
  2. 긴 subcostal - 측면 절개를 만들어 조심스럽게 근육 레이어를 해부.
  3. 복부 대동맥을 쉽게받을 수 있습니다.
  4. 혈관 취급 (vasospasm)과 림프 부상을 최소화합니다.
  5. 0.5-1cm 장간막 동맥과를 해부주위 천음속 흐름 프로브 (3SB)를 넣어.
  6. 0.5-1cm 왼쪽 신장 동맥을 해부하고 주위에 음속에 가까운 흐름 프로브 (2SB)를 넣어.
  7. 피부를 닫고 흐름 프로브를 보호합니다.

5. 폐 동맥 카테터의 위치 (그림 5)와 흐름 프로브 (그림 6)

  1. 펜타닐 (5-10 mcg / kg)와 acepromazine이 (0.01-0.02 밀리그램 / kg) 이전에 피부 절개를 필요의 추가 복용.
  2. 오른쪽 측면 위치에서 동물을 누워.
  3. 왼쪽 네번째 갈비 공간에서 Thoracotomy.
  4. 필요한 경우 내유동 맥과 정맥은 조심, ligate.
  5. 왼쪽 폐를 눌러 필요에 따라 산소를 증가 치과 면봉을 사용합니다.
  6. 심낭을 엽니 다.
  7. 동맥관 폐동맥에서 대동맥으로 실행되는을 식별합니다.
  8. 동맥관은 클립을 배치하거나 그 기원에 두꺼운 "3-O 실크"타이의 출혈도 잡았 될 수 있습니다.
  9. 무료의 주요 폐 동맥과 패스 AV두꺼운 "0"넥타이를 사용 ascular 슬링.
  10. 폐 동맥 카테터의 위치에 대한 기본에서 지갑 문자열 (5-0 prolene) 봉합사를 수행합니다.
  11. 1cm의 최대 지갑 문자열을 통해 20G Angiocath을 (카테터의 끝에서 1cm 이하 3 쪽 구멍이있는)를 넣습니다.
  12. 정맥 혈액의 흐름을 무료로 있는지 확인합니다.
  13. 압력 변환기에 연결 하 동맥과 폐동맥 압력 및 파형을 확인합니다.
  14. 지갑 문자열을 조여와 폐 카테터를 확보.
  15. 주요 폐 동맥 주위에 음속에 가까운 흐름 프로브 (6SB)를 배치합니다.
  16. 흐름 프로브 및 최적의 신호 전달을 허용하는 동맥 사이에 초음파 젤을 삽입합니다.
  17. 습한 생리 거즈로 상처를 다룹니다.

6. Hypoxia 및 reoxygenation 프로토콜

  1. hypoxemia를 유도하기 위해 흡입 질소 가스의 농도를 증가하여 10 %에서 영감을 산소 농도를 감소.
  2. 영감 산소를 조정10 % 15% 사이의 농도 2 시간에 30-40%의 20-40 mmHg 또는 SAO 2 파오 2 얻을 수 있습니다.
  3. 파코 2 평가하고 그에 따라 환풍기 속도를 조정하는 동맥혈 분석을 수행합니다.
  4. hypoxemia의 유도로, 첫 번째 시간은 지속적으로 tachycardic (및 심장 출력) 응답을 유도하기 위해 최선을 다하고 있습니다.
  5. 일반적인 경동맥, 장간막과 왼쪽 신장 동맥에서 혈액의 흐름의 변화를 모니터링하고 있습니다.
  6. hypoxia의 두 번째 시간에, hypoxic 스트레스가 기준선의 30~40%에 지속적으로 낮은 심장 출력 증가, 30-35 mmHg 및 동맥 산도 6.95-7.05에 동맥 압력을 의미합니다.
  7. Hypoxic 스트레스가 중간에 중단하거나 적절한 15 분으로 연장 할 수 있습니다.
  8. 순수 산소를 계속하는 동안 갑자기 100 %가 질소 가스를 중단하여 갑자기 영감을 산소 농도를 높입니다.
  9. 동맥 압력 및 기타 hemodynamic 패러을 의미, 심장 출력을 모니터빠른 복구를 위해 거리에 있습니다.
  10. 100 % 산소로 인공 호흡은 0.5h 동안 계속 될 수 있습니다. 이 기간 후, 21 %로 빠르게 영감을 산소 농도를 줄일 수 있습니다.
  11. 실험의 남은 기간 동안 21 % 산소와 reoxygenation을 계속합니다. 필요한 경우 영향을받은 산소 농도는 25 % titrated 할 수 있습니다.
  12. 10 ML / kg 벨소리의 락트산 솔루션의 유체 boluses은 실험 기간 동안 적절한 필요할 수 있습니다. 의 사용은 protocolized해야합니다.

7. 대표 결과 :

hypoxia의 첫 번째 시간을 통해 신생아 돼지의 hypoxemia의 유도 120 % -130 기준의 % (그림 7A)과 심장 박동 (그림 7B)로 심장 출력 (폐 동맥 흐름)을 증가해야합니다. 일반적으로, 심장 출력은 첫 번째 0.5h 및 hypoxia의 1 시간 사이에 최고 보상에 도달해야합니다. 또한, 혈액 흐름의 결과로 중앙있게됩니다 저를 감소senteric 및 신장 관류하지만 보존 또는 증가 온목 동맥 흐름 (그림 8). hypoxia의 두 번째 시간 동안 발생이나 부정맥이없는 심장 박동의 저하 심장 출력의 꾸준한 감소, 저혈압의 개발 (그림 9A)이 있습니다. Hypoxia 가끔 심장 출력 감소로 hypoxia의 마지막 30 분에 낮출 수 증가 폐동맥 압력 (그림 9B)로 폐 고혈압을 유발한다.

인공 호흡하면 모든 hemodynamic 매개 변수는 즉시 점차 reoxygenation의 첫 번째 시간으로 복구 신장 혈액의 흐름을 제외하고 normoxic 기준으로 회복됩니다. 그러나, 특히 심장 출력 및 동맥 압력을 의미 hemodynamic 매개 변수가 점차 각각 normoxic 기준과 35-​​45 mmHg의 70-75 % 정도에 reoxygenation의 첫 2 시간이 넘는 저하됩니다. 이 심장 혈관 dysfuncti에는 적어도 같은 vasoactive과 inotropic 에이전트와 같은 심근 아름다운 및 보증 심장 혈관 지원 치료에 대한 부분입니다.

그림 1
그림 1 : 넙 다리 동맥과 정맥 카테터의 위치와 사타구니 절개

그림 2
그림 2 : 온목 동맥 주위에 endotracheal 튜브의 위치와 흐름 프로브와 목을 절개

그림 3
그림 3 : 장간막 동맥의 절연 측면 절개

그림 4
그림 4 : 왼쪽 신장 동맥의 절연 측면 절개

그림 5 그림 5 : 폐동맥 카테터의 위치와 Thoracotomy

그림 6
그림 6 : 주 폐동맥 주위에 음속에 가까운 흐름 프로브의 위치와 Thoracotomy

그림 7
그림 7 : (A) 심장 출력 (폐 동맥 흐름)와 (B) 심장 박동 hypoxia와 reoxygenation 동안의 시간적 변화

그림 8
그림 8 : (A) 일반적으로의 경동맥에서 혈액의 흐름에 시간적 변화, (B) 장간막 및 hypoxia와 reoxygenation 중 (C) 왼쪽 신장 동맥

그림 9
그림 9 : 측두엽의 변화는 (A) 동맥 압력을 의미하고 hypoxia와 reoxygenation 중 (B) 폐동맥 압력

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Discussion

현재 실험 프로토콜은 hypoxia와 reoxygenation 과정에서 신생아 과목 체계 및 지역 hemodynamic 변경 사항을 검사 할 수있는 장점이 있습니다. 우리는 또한 회복하는 동안 심장 혈관 기능을 개선하는 데 사용 개입의 각 효과를 확인할 수 있습니다. 우리와 다른 심장 혈관 1, 폐 2, neurologic 3, 위장병 4, 간장 5, 신장 6, 부신 7 hematologic 8 시스템에 미치는 영향에 관한 신생아 질식의 연구에 경험과 연구 결과를보고했습니다. 는 연속 데이터 측정을 기반으로 정보를 심혈관 기능을 이해하는 것이 중요합니다 있지만, 기술적으로 도전 같은 동물이나 실험용 돼지로 수술 악기 소형 동물 불가능한되지 않은 것입니다. 이러한 초음파 검사 및 실시간 영상 같은 기술의 최근 발전하지만이 차의 일부를 극복 할 수 있습니다llenges. 그럼에도 불구하고, 대형 동물은 실험 기간 동안 플라즈마 및 조직 샘플을 포함한 생물학적 시료의 동시 수집 할 수 있습니다. 이 추가 생물학적 샘플링은 patho - 생리학 및 hypoxia와 reoxygenation의 약리학에 대한 이해를 도와 생화학 assays과 histologic 검사를 할 수 있습니다. 생체 동물 모델에서의 주요 목적은 하나의 몸 시스템의 patho-physiologic 기능의 연구 될 수 있지만, 장기 - 장기 상호 작용의 맥락에서 이해하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 심장 기능 및 폐 고혈압이나 간 기능 장애 사이의 상호 작용이 신생아 질식 9 그와 같은 다중 기관 부전에 중요합니다. 신생아 양고기는 신생아 질식을 연구하는 데 사용되는 일반적인 동물 모델에서 돼지에 대한 대안입니다. 조숙 개발 및 신생아 양의 제한 쓰레기 크기는하지만 신생아 돼지보다 더 일반화 된 사용을 제한 할 수 있습니다38주의 회임 인간 태아의에 해당하는 약 10 쓰레기 10,11 당이 할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 신생아 piglets는 신생아 질식의 연구 설치류 후 가장 자주 사용되는 동물입니다.

그러나, 신생아 질식의 돼지 모델의 한계는 인간에 대한 동물 실험에서 생성 된 결과의 번역과 관련된 도전뿐만 아니라,있다. 급성 설정으로 같은 마취 및 수술 스트레스의 효과는 충분한 안정화 기간, 마취 약품의 적절한 사용, 정제 된 수술 기술뿐만 아니라 비교를 위해 가짜로 작동하는 제어 동물의 포함으로 최소화 할 수 있습니다. 일 이상 실험 기간을 연장하는 것은 모든 급성 hemodynamic 효과가 장기적으로 지속 여부를 조사하기 위해 필요합니다. 사실, 우리는 확장 아 급성의 실험 프로토콜 (예 : 48-72시간) 12, 생존 (5-7 일) 13 수정에서 succesful되었습니다 15 뇌성 국소 빈혈을위한 경동맥의 폐색의 추가를 정지 pneumothorax (14)의 생성을 포함 유발합니다. 우리는을 시도임상 관련 hypoxia와 reoxygenation. 실험은 개인 관찰을 바탕으로 임상 출혈없이 태아 조난 당했다는 긴급 cesarean 섹션에 필요한 기간에 대략적인 것입니다 hypoxia의 2 시간이 포함되어 있습니다. 인공 호흡은 100 % 30 분에 산소 대신 우리의 이전 연구에서 60 분으로 시작됩니다. 이 신생아 교통 팀의 도착하기 전에 많은 지역 사회 병원에서 자주 사용하는 방법 남아 hyperoxia을 제한하는 것입니다. 21 % 산소와 초기 reoxygenation는 신생아 인공 호흡 16 보충 산소의 사용에 최근 업데이트 된 지침을 따릅니다.

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Disclosures

관심 없음 충돌이 선언 없습니다.

Acknowledgments

저자는이 실험 모델의 개발을 지원하기 위해 각각 운영 교부금 및 설립 기금을위한 의학 연구에 대한 건강 연구 (MOP53116)와 앨버타 헤리티지 재단의 캐나다 연구소에 감사드립니다.

References

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의학 문제 56 발달 생물학 돼지 신생아 hypoxia 질식 reoxygenation
신생아 질식의 돼지 모델
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Cheung, P., Gill, R. S., Bigam, D.… More

Cheung, P., Gill, R. S., Bigam, D. L. A Swine Model of Neonatal Asphyxia. J. Vis. Exp. (56), e3166, doi:10.3791/3166 (2011).

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