إكس فيفو نموذج تجريبي للخنازير لدراسة وتدريس ميكانيكا الرئة
Summary
نقدم نموذج رئة خنزير خارج الجسم الحي لعرض الميكانيكا الرئوية ومناورات التوظيف السنخية لأغراض التدريس. يمكن استخدام الرئتين لأكثر من يوم واحد (حتى خمسة أيام) مع الحد الأدنى من التغييرات في متغيرات الميكانيكا الرئوية.
Abstract
تستخدم التهوية الميكانيكية على نطاق واسع وتتطلب معرفة محددة للفهم والإدارة. قد يشعر المهنيون الصحيون في هذا المجال بعدم الأمان ويفتقرون إلى المعرفة بسبب عدم كفاية أساليب التدريب والتدريس. لذلك ، فإن الهدف من هذه المقالة هو تحديد الخطوات التي ينطوي عليها إنشاء نموذج رئة خنزير خارج الجسم الحي لاستخدامه في المستقبل ، لدراسة وتعليم ميكانيكا الرئة. لتوليد النموذج ، تمت إزالة خمس رئات خنزير بعناية من الصدر باتباع إرشادات لجنة أخلاقيات البحوث الحيوانية بعناية كافية وتم توصيلها بجهاز التنفس الصناعي الميكانيكي من خلال قنية القصبة الهوائية. ثم تعرضت هاتان الرئتان لمناورة التوظيف السنخية. تم تسجيل معلمات ميكانيكا الجهاز التنفسي ، وتم استخدام كاميرات الفيديو للحصول على مقاطع فيديو للرئتين خلال هذه العملية. تكررت هذه العملية لمدة خمسة أيام متتالية. عندما لا تستخدم ، تم الاحتفاظ بالرئتين في الثلاجة. أظهر النموذج ميكانيكا الرئة المختلفة بعد مناورة التوظيف السنخية كل يوم. عدم التأثر بالأيام ، فقط بالمناورة. لذلك ، نستنتج أن نموذج الرئة خارج الجسم الحي يمكن أن يوفر فهما أفضل لميكانيكا الرئة وآثارها ، وحتى مناورة التوظيف السنخية من خلال ردود الفعل المرئية خلال جميع مراحل العملية.
Introduction
تستخدم التهوية الميكانيكية (MV) على نطاق واسع في وحدات العناية المركزة (ICUs) والمراكز الجراحية. مراقبته ضرورية للمساعدة في التعرف على عدم التزامن ومنع الإصابات لجميع المرضى ، خاصة عندما يكون المريض يعاني من إصابات رئوية خطيرة1،2،3،4،5،6. يمكن أن تساهم مراقبة ميكانيكا الجهاز التنفسي أيضا في الفهم السريري لتطور المرض والتطبيقات العلاجية ، مثل استخدام ضغط الزفير النهائي الإيجابي (PEEP) أو مناورة التوظيف السنخية (ARM). ومع ذلك ، فإن استخدام هذه التقنيات يتطلب فهما بارعا للمنحنيات وميكانيكا الرئة الأساسية 3,4.
يشعر الطلاب والمقيمون والمهنيون الطبيون بعدم الأمان بشأن إدارة MV ، من تشغيل جهاز التنفس الصناعي والتعديلات الأولية إلى مراقبة الهضبة وضغوط القيادة ، ويرتبط انعدام الأمن هذا بنقص المعرفة والتدريب المسبق الكافي7،8،9،10. لاحظنا أن المهنيين الذين شاركوا في المحاكاة واستخدموا نموذج الرئة أبلغوا عن ثقة أكبر وفهم المعلمات وفهم مكونات ميكانيكا الرئة8،11،12.
يمكن لنماذج دراسة وتدريب MV مع اختبار الرئتين والمنفاخ والمكابس محاكاة الضغوط والأحجام المختلفة ، بالإضافة إلى ظروف ميكانيكا الرئة المختلفة13،14،15. تساهم النماذج الحسابية والبرمجية أيضا في دراسة التفاعل القلبي الرئوي من خلال إنشاء عمليات محاكاة يمكن استخدامها لتعليم مبادئ MV11 للمهنيين الصحيين 16,17.
في حين أن النماذج الحسابية قد تمثل صعوبات في تمثيل التباطؤ الرئوي16 ، فإن النماذج التي تحتوي على رئة اختبار ومنفاخ13،14،15يمكن أن تنتج منحنيات حجم الضغط مشابهة للمنحنى الفسيولوجي وتظهر ديناميكيات رئوية. كميزة ، تقدم رئة الخنازير خارج الجسم الحي تشريحا مشابها للبشر18 ، كما تنتج منحنيات MV ، والتباطؤ الرئوي ، وتوفر ملاحظات بصرية للرئتين داخل صندوق الأكريليك أثناء تحليل ميكانيكا الرئة. النماذج المرئية مهمة ويمكن أن تساعد في فهم المكونات والمفاهيم التي يصعب تخيلها. وبالتالي ، تمثل نماذج الرئة خارج الجسم الحي طريقة عملية للتدريس.
يمكن للدراسات التي أجريت على رئتي الخنازير خارج الجسم الحي ، مثل تلك الموجودة على MV ذات الضغط الإيجابي والسلبي19،20،21 ، وتحليل توزيع الهباء الجوي22،23 ، ومحاكاة الأطفال24 ، ونضح الرئة25 تحسين المعرفة على MV. أظهرت الدراسات الحديثة التي تحلل النماذج في الضغط الإيجابي والسلبي أن التهوية بالضغط الإيجابي يمكن أن تؤدي إلى تجنيد مفاجئ مع تشوه موضعي أكبر ، وانتفاخ أكبر ، واختلافات منحنى التباطؤ ، وآفات الأنسجة المحتملة مقارنة بضغط الضغط السلبي19،20،21. ومع ذلك ، فإن نماذج الضغط الإيجابي ضرورية لأن المرضى يتعرضون لضغط إيجابي أثناء ضغط MV19،20،21. يفتح تطوير نموذج الرئة للدراسات قبل السريرية إمكانيات لأبحاث وتطبيقات جديدة ، بما في ذلك التدريس والتدريب على الموجات فوق المتوسطة.
هنا ، نقدم نموذج رئة الخنازير خارج الجسم الحي لأغراض الدراسة والتدريب. هدفنا الأساسي هو وصف خطوات توليد نموذج رئة الخنازير خارج الجسم الحي تحت الضغط الإيجابي MV. يمكن استخدامه في المستقبل لدراسة وتعليم ميكانيكا الرئة.
Protocol
Representative Results
Discussion
البروتوكول الموصوف مفيد لإنتاج نموذج رئة خنزير خارج الجسم الحي تحت الضغط الإيجابي MV. يمكن استخدامه لدراسة وتعليم ميكانيكا الرئة من خلال ردود الفعل البصرية من الرئتين أثناء التوظيف وتحليل المنحنيات والقيم المعروضة على شاشة الجهاز. لتحقيق هذه النتيجة ، هناك حاجة إلى دراسات تجريبية لف…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نشكر جميع الزملاء والمهنيين الذين ساهموا ودعموا بناء بروتوكول نموذج الرئة الخنازير خارج الجسم الحي.
لم يكن لهذه الدراسة مصادر تمويل.
Materials
| 0.9% Saline solution | 2500ml | ||
| Anesthesia machine – Primus | Drager | REF 8603800-18 | Anesthesia work station used in the procedure |
| Aspirator | For blood aspiration from thorax | ||
| Bedside Monitor – Life Scope | Nihon Kohden | BSM-7363 | Multiparameter monitor used during the procedure |
| Bonney Tissue Forceps | Any tissue forceps is suitable | ||
| Disposable scalper, #23 | Any scalper is suitable | ||
| Disposable syringe needles, 18G x 1 1/2", 23G x 1" | BD | 302814 | Widely available |
| Disposable syringes, 10ml | Widely available | ||
| Electrosurgical unit – SS-501 | WEM | For cutting and coagulation during thorax incision | |
| Fentanyl | 10 mcg/kg bolus + 10 mcg/kg/hour continuous infusion | ||
| Finochietto retractor | Any finochietto retractor is suitable | ||
| heparin | 3ml | ||
| Infusion set | Any infusion set is suitable | ||
| Isoflurane | 1.5% | ||
| Kelly Forceps Curved | Any kelly forceps is suitable | ||
| Ketamine | 5mg/kg | ||
| Lactated Ringer solution | 500ml | ||
| Mechanical ventilator – Servo I | Maquet | REF 6449701 | Mechanical ventilator used in the procedure |
| Metzenbaum Scissor (Straight and curved) | Any metzenbaum scissor is suitable | ||
| Midazolam | 0.25mg/kg | ||
| Orotracheal intubation cannula, #6.5 | Rusch | 112282 | Widely available |
| Plexiglass | Custom made plexiglass box: 30x45x60cm | ||
| Polyester suture, 2-0 | Widely available | ||
| Potassium choride | 10 ml, 19.1% potassium chloride. | ||
| propofol | 5mg/kg | ||
| Three way stopcock | Widely available | ||
| Venous catheter, G20 x 1" | BD | 38183314 | Widely available |
References
- Roberto, C., Carvalho, R., Toufen Jr, C., Franca, S. A. Mechanical Ventilation: Principles, graphic analysis and ventilation modalities. Jornal Brasileiro de Pneumologia. 33 (2), 54-55 (2007).
- Barbas, C. S. V., et al. Brazilian recommendations for mechanical ventilation 2013. Part I. Revista Brasileira de Terapia Intensiva. 26 (2), 89-121 (2014).
- Walter, J. M., Corbridge, T. C., Singer, B. D. Invasive mechanical ventilation. Southern Medical Journal. 111 (12), 746-753 (2018).
- Faustino, E. A. Concepts and monitoring of pulmonary mechanics in patients under ventilatory support in the intensive care unit. Revista Brasileira de Terapia Intensiva. 19 (2), 161-169 (2007).
- Holanda, M. A., Vasconcelos, R. S., Ferreira, J. C., Pinheiro, B. V. Patient-ventilator asynchrony. Jornal Brasileiro de Pneumologia. 44 (2), 321-333 (2018).
- Rezoagli, E., Laffey, J. G., Bellani, G. Monitoring lung injury severity and ventilation intensity during mechanical ventilation. Seminars in Respiratory and Critical Care Medicine. 43 (3), 346-368 (2022).
- Tallo, F. S. Evaluation of self-perception of mechanical ventilation knowledge among Brazilian final-year medical students, residents, and emergency physicians. Clinics. 72 (2), 65-70 (2017).
- Schroedl, C. J., et al. Impact of simulation-based mastery learning on resident skill managing mechanical ventilators. American Thoracic Society Scholar. 2 (1), 34-48 (2021).
- Wilcox, S. R., et al. Academic emergency medicine physicians’ knowledge of mechanical ventilation. The Western Journal of Emergency Medicine. 17 (3), 271-279 (2016).
- Cox, C. E., et al. Effectiveness of medical resident education in mechanical ventilation. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 167 (1), 32-38 (2003).
- Keegan, R., Henderson, T., Brown, G. Use of the virtual ventilator, a screen-based computer simulation, to teach the principles of mechanical ventilation. Journal of Veterinary Medical Education. 36 (4), 436-443 (2009).
- Spadaro, S., et al. Simulation training for residents focused on mechanical ventilation: A randomized trial using mannequin-based versus computer-based simulation. Simulation in Healthcare. 12 (6), 349-355 (2017).
- Chase, J. G., Yuta, T., Mulligan, K. J., Shaw, G. M., Horn, B. A novel mechanical lung model of pulmonary diseases to assist with teaching and training. BMC Pulmonary Medicine. 6 (21), 1-11 (2006).
- Kuebler, W. M., Mertens, M., Pries, A. R. A two-component simulation model to teach respiratory mechanics. Advances in Physiology Education. 31 (2), 218-222 (2007).
- Heili-Frades, S., Peces-Barba, G., Rodríguez-Nieto, M. J. Design of a lung simulator for learning lung mechanics in mechanical ventilation. Archivos de Bronconeumología. 43 (12), 674-679 (2007).
- Ngo, C., Dahlmanns, S., Vollmer, T., Misgeld, B., Leonhardt, S. An object-oriented computational model to study cardiopulmonary hemodynamic interactions in humans. Computer Methods and Programs in Biomedicine. 159, 167-183 (2018).
- Lazzari, C. D., Genuini, I., Pisanelli, D. M., D’Ambrosi, A., Fedele, F. Interactive simulator for e-Learning environments: a teaching software for health care professionals. Biomedical Engineering Online. 13 (172), 1-18 (2014).
- Perinel, S., et al. Development of an ex vivo human-porcine respiratory model for preclinical studies. Scientific Reports. 7, 1-6 (2017).
- Aboelnazar, N. S., et al. Negative pressure ventilation decreases inflammation and lung edema during normothermic ex-vivo lung perfusion. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 37 (4), 520-530 (2018).
- Sattari, S., et al. Introducing a custom-designed volume-pressure machine for novel measurements of whole lung organ viscoelasticity and direct comparisons between positive- and negative-pressure ventilation. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 8, 1-12 (2020).
- Sattari, S., et al. Positive- and negative-pressure ventilation characterized by local and global pulmonary mechanics. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 207 (5), 577-586 (2023).
- Montigaud, Y., et al. Development of an ex vivo preclinical respiratory model of idiopathic pulmonary fibrosis for aerosol regional studies. Scientific Reports. 9 (1), 17949 (2019).
- Montigaud, Y., et al. Aerosol delivery during invasive mechanical ventilation: development of a preclinical ex vivo respiratory model for aerosol regional deposition. Scientific Reports. 9 (1), 17930 (2019).
- Montigaud, Y., et al. Development of an ex vivo respiratory pediatric model of bronchopulmonary dysplasia for aerosol deposition studies. Scientific Reports. 9 (1), 5720 (2019).
- Buchko, M. T., et al. A low-cost perfusate alternative for ex vivo. lung perfusion. transplantation proceedings. 52 (10), 2941-2946 (2020).
- Kondo, N. Development of an effective method utilizing fibrin glue to repair pleural defects in an ex-vivo pig model. Journal of Cardiothoracic Surgery. 15 (1), 110 (2020).
- Gasek, N., et al. Development of alginate and gelatin-based pleural and tracheal sealants. Acta Biomaterialia. 131, 222-235 (2021).
- Li, X., et al. Effects of individualized positive end-expiratory pressure combined with recruitment maneuver on intraoperative ventilation during abdominal surgery: a systematic review and network meta-analysis of randomized controlled trials. Journal of Anesthesia. 36 (2), 303-315 (2022).
- Hu, M. C., Yang, Y. L., Chen, T. T., Lee, C. I., Tam, K. W. T. Recruitment maneuvers to reduce pulmonary atelectasis after cardiac surgery: A meta-analysis of randomized trials. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 164 (1), 171-181 (2020).
- Hu, M. C., et al. Recruitment maneuvers in patients undergoing thoracic surgery: a meta-analysis. General Thoracic and Cardiovascular Surgery. 69 (12), 1553-1559 (2021).
- Zeng, C., Lagier, D., Lee, J. W., Melo, M. F. V. Perioperative pulmonary atelectasis: Part I. Biology and mechanisms. Anesthesiology. 136 (1), 181-205 (2022).
- Niman, E., et al. Lung recruitment after cardiac arrest during procurement of atelectatic donor lungs is a protective measure in lung transplantation. Journal of Thoracic Disease. 14 (8), 2802-2811 (2022).
- Calvo, R. N., et al. Comparison of the efficacy of two alveolar recruitment maneuvers in improving the lung mechanics and the degree of atelectasis in anesthetized healthy sheep. Research in Veterinary Science. 150 (5), 164-169 (2022).
- Pensier, J., et al. Effect of lung recruitment maneuver on oxygenation, physiological parameters and mortality in acute respiratory distress syndrome patients: a systematic review and meta-analysis. Intensive Care Medicine. 45 (12), 1691-1702 (2019).
- Mariano, C. A., Sattari, S., Quiros, K. A. M., Nelson, T. M., Eskandari, M. Examining lung mechanical strains as influenced by breathing volumes and rates using experimental digital image correlation. Respiratory Research. 23 (1), 92 (2022).
