正常母性陰圧換気 ex situ 肺灌流:肺機能と代謝の評価
Summary
この論文では、カスタムメイドのプラットフォームでの調達、取り付け、および管理を含む、陰圧換気 のその場肺 灌流のブタモデルについて説明します。麻酔および外科的技術、ならびにトラブルシューティングに焦点が当てられています。
Abstract
肺移植(LTx)は、末期肺疾患の標準治療であり続けています。適切なドナー臓器の不足と、過度の地理的輸送距離と厳格なドナー臓器受け入れ基準によって悪化するドナー臓器の質に対する懸念は、現在のLTxの取り組みに制限をもたらします。 Ex situ 肺灌流(ESLP)は、これらの制限を弱める上で有望であることが示されている革新的な技術です。ドナー体の炎症環境外の肺の生理学的換気と灌流は、ESLPに従来の低温静電気保存(CSP)に比べていくつかの利点をもたらします。陰圧換気(NPV)ESLPは陽圧換気(PPV)ESLPよりも優れており、PPVはより有意な人工呼吸器誘発性肺損傷、炎症誘発性サイトカイン産生、肺水腫、および水疱形成を誘発するという証拠があります。NPVの利点は、おそらく肺表面全体にわたる胸腔内圧の均一な分布によるものです。カスタムNPV-ESLPデバイスの臨床的安全性と実現可能性は、エクステンダー基準ドナー(ECD)ヒト肺を含む最近の臨床試験で実証されています。本明細書では、このカスタムデバイスの使用は、管理技術に特に注意を払いながら、12時間にわたる正常熱NPV−ESLPの幼魚ブタモデルにおいて説明される。ESLPソフトウェアの初期化、プライミング、およびESLP回路の脱空気、および抗血栓剤、抗菌剤、および抗炎症剤の追加を含む、手術前の準備が指定されています。中心線挿入、肺生検、放血、採血、心臓摘出術、肺摘出術の術中技術について説明します。さらに、麻酔薬の考慮事項に特に焦点が当てられており、麻酔の導入、維持、および動的修正が概説されています。このプロトコルは、カスタムデバイスの初期化、メンテナンス、および灌流と換気の終了も指定します。臓器機能を最適化するための換気や代謝パラメータの変化など、動的な臓器管理技術が徹底的に説明されています。最後に、肺機能の生理学的および代謝的評価が特徴付けられ、代表的な結果に描かれています。
Introduction
肺移植(LTx)は、末期肺疾患の標準治療であり続けています1。ただし、LTxには、不十分なドナー臓器利用2や、他のどの固形臓器移植よりも高い40%3の順番待ちリストの死亡率3など、重大な制限があります4,5。ドナーの臓器利用率は、臓器の質の懸念から低い(20〜30%)。厳格なドナー臓器受け入れ基準によって悪化した過度の地理的輸送距離は、これらの品質の懸念を悪化させます。LTxはまた、長期的な移植片と患者の転帰の点で他の固形臓器移植に後れを取っています2。原発性移植片機能障害(PGD)は、ほとんどの場合虚血性再灌流障害(IRI)によって引き起こされ、LTx後の30日間の死亡率と罹患率の主な原因を表し、慢性移植片機能障害のリスクを高めます6,7。患者の転帰を改善するためには、IRIを減らし、安全な輸送時間を延長する努力が最も重要です。
Ex situ肺灌流(ESLP)は、これらの制限を弱める上で有望であることが示されている革新的な技術です。ESLPは、移植前のドナー肺の保存、評価、および再調整を容易にします。拡張基準ドナー(ECD)肺の移植後、満足のいく短期および長期の結果を示し、LTxに適したドナー肺の数の増加に寄与し、一部の施設では臓器利用率が20%増加しました8,9,10。LTxの現在の臨床標準である低温静水保存(CSP)と比較して、ESLPにはいくつかの利点があります:臓器保存時間が6時間に制限されないこと、移植前に臓器機能の評価が可能であること、および継続的な臓器灌流により、臓器機能を最適化する灌流液に変更を加えることができます11。
人間用に設計された現在のESLPデバイスの大部分は、陽圧換気(PPV)を利用しています。しかし、最近の文献では、この換気戦略は陰圧換気(NPV)ESLPよりも劣っており、PPVはより有意な人工呼吸器誘発性肺損傷を誘発することが示されています12,13,14,15。ヒトとブタの両方の肺において、NPV-ESLPは、炎症誘発性サイトカイン産生、肺水腫、水疱形成など、さまざまな生理学的領域にわたる陽圧ex situ肺灌流(PPV-ESLP)と比較して優れた臓器機能を示します15。NPV-ESLPにおける肺表面全体にわたる胸腔内圧の均一な分布は、この利点の根底にある重要な要因として示唆されています15,16。その前臨床上の利点に加えて、NPV-ESLPの臨床的安全性と実現可能性は、最近の臨床試験で実証されています17。新しいNPV-ESLPデバイスを利用して、12の拡張基準ドナーヒト肺の保存、評価に成功し、その後、100%30日および1年の生存率で移植されました。
本稿の目的は、正常温条件下で12時間の持続時間でブタの幼若肺を使用する私たちの研究室のNPV-ESLPデバイスの作業プロトコルを実証することです。外科的検索について詳しく説明し、カスタムソフトウェアプラットフォームの開始、管理、および終了についても説明します。組織採取の戦略とサンプルの管理についても説明します。
Protocol
Representative Results
Discussion
ESLPの実行を成功させるために必要なトラブルシューティングとともに、いくつかの重要な外科的ステップがあります。ブタの幼若肺は、成人のヒトの肺に比べて非常にデリケートであるため、調達する外科医はブタの肺を取り扱う際に注意する必要があります。肺を解剖するときに外傷や無気肺を引き起こさないように、「ノータッチ」技術を試みることが重要です。「ノータッチ」とは、…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、病院研究財団に代わって資金提供されました。
Materials
| 0 ETHIBOND Green 1 x 36" Endo Loop 0 | ETHICON | D8573 | |
| 2-0 SILK Black 12" x 18" Strands | ETHICON | SA77G | |
| ABL 800 FLEX Blood Gas Analyzer | Radiometer | 989-963 | |
| Adult-Pediatric Electrostatic Filter HME – Small | Covidien | 352/5877 | |
| Arterial Filter | SORIN GROUP | 01706/03 | |
| Backhaus Towel Clamp | Pilling | 454300 | |
| Biomedicus Pump | Maquet | BPX-80 | |
| Cable Ties – White 12” | HUASU International | HS4830001 | |
| Calcium Chloride | Fisher Scientific | C69-500G | |
| Cooley Sternal Retractor | Pilling | 341162 | |
| CUSHING Gutschdressing Forceps | Pilling | 466200 | |
| D-glucose | Sigma-Aldrich | G5767-500G | |
| Deep Deaver Retractor | Pilling | 481826 | |
| Debakey Straight Vascular Tissue Forceps | Pilling | 351808 | |
| Debakey-Metzenbaum Dissecting | Pilling | 342202 | |
| Scissors | Pilling | 342202 | |
| Endotracheal Tube 9.0mm CUFD | Mallinckrodt | 9590E | Cuff removed for ESLP apparatus |
| Flow Transducer | BIO-PROBE | TX 40 | |
| Human Albumin Serum | Grifols Therapeutics | 2223708 | |
| Infusion Pump | Baxter | AS50 | |
| Inspire 7 M Hollow Fiber Membrane Oxygenator | SORIN GROUP | K190690 | |
| Intercept Tubing 1/4" x 1/16" x 8' | Medtronic | 3108 | |
| Intercept Tubing 3/8" x 3/32" x 6' | Medtronic | 3506 | |
| Intercept Tubing Connector 3/8" x 1/2" | Medtronic | 6013 | |
| MAYO Dissecting Scissors | Pilling | 460420 | |
| Medical Carbon Dioxide Tank | Praxair | 5823115 | |
| Medical Nitrogen Tank | Praxair | NI M-K | |
| Medical Oxygen Tank | Praxair | 2014408 | |
| Organ Chamber | Tevosol | ||
| PlasmaLyte A | Baxter | TB2544 | |
| Poole Suction Tube | Pilling | 162212 | |
| Potassium Phosphate | Fischer Scientific | P285-500G | |
| Scale | TANITA | KD4063611 | |
| Silicon Support Membrane | Tevosol | ||
| Sodium Bicarbonate | Sigma-Aldrich | 792519-1KG | |
| Sodium Chloride 0.9% | Baxter | JB1324 | |
| Sorin XTRA Cell Saver | SORIN GROUP | 75221 | |
| Sternal Saw | Stryker | 6207 | |
| Surgical Electrocautery Device | Kls Martin | ME411 | |
| Temperature Sensor probe | Omniacell Tertia Srl | 1777288F | |
| THAM Buffer | Thermo Fisher Scientific | 15504020 | made from UltraPureTM Tris |
| TruWave Pressure Transducer | Edwards | VSYPX272 | |
| Two-Lumen Central Venous Catheter 7fr | Arrowg+ard | CS-12702-E | |
| Vorse Tubing Clamp | Pilling | 351377 | |
| Willauer-Deaver Retractor | Pilling | 341720 | |
| Yankauer Suction Tube | Pilling | 162300 |
Riferimenti
- Chambers, D. C., et al. The international thoracic organ transplant registry of the international society for heart and lung transplantation: Thirty-fifth adult lung and heart-lung transplant report-2018; focus theme: Multiorgan transplantation. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 37 (10), 1169-1183 (2018).
- Valapour, M., et al. OPTN/SRTR 2017 annual data report: Lung. American Journal of Transplantation. 19, 404-484 (2019).
- Chambers, D. C., et al. The registry of the international society for heart and lung transplantation: Thirty-fourth adult lung and heart-lung transplantation report-2017; focus theme: Allograft ischemic time. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 36 (10), 1047-1059 (2017).
- Klein, A. S., et al. Organ donation and utilization in the united states, 1999-2008. American Journal of Transplantation. 10 (4), 973-986 (2010).
- Singh, E., et al. Sequence of refusals for donor quality, organ utilization, and survival after lung transplantation. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 38 (1), 35-42 (2019).
- Bhorade, S. M., Vigneswaran, W., McCabe, M. A., Garrity, E. R. Liberalization of donor criteria may expand the donor pool without adverse consequence in lung transplantation. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 19 (12), 1199-1204 (2000).
- Snell, G. I., Griffiths, A., Levvey, B. J., Oto, T. Availability of lungs for transplantation: Exploring the real potential of the donor pool. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 27 (6), 662-667 (2008).
- Cypel, M., et al. Normothermic ex vivo lung perfusion in clinical lung transplantation. The New England Journal of Medicine. 364 (15), 1431-1440 (2011).
- Wallinder, A., et al. Early results in transplantation of initially rejected donor lungs after ex vivo lung perfusion: A case-control study. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 45 (1), 40-45 (2014).
- Cypel, M., et al. Experience with the first 50 ex vivo lung perfusions in clinical transplantation. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 144 (1), 1200-1206 (2012).
- Buchko, M. T., et al. Total parenteral nutrition in ex vivo lung perfusion: Addressing metabolism improves both inflammation and oxygenation. American Journal of Transplantation. 19 (12), 3390-3397 (2019).
- Andreasson, A. S. I., et al. Profiling inflammation and tissue injury markers in perfusate and bronchoalveolar lavage fluid during human ex vivo lung perfusion. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 51 (3), 577-586 (2017).
- Sadaria, M. R., et al. Cytokine expression profile in human lungs undergoing normothermic ex-vivo lung perfusion. The Annals of Thoracic Surgery. 92 (2), 478-484 (2011).
- Ricard, J. D., Dreyfuss, D., Saumon, G. Ventilator-induced lung injury. European Respiratory Journal. 42, 2-9 (2003).
- 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).
- Lai-Fook, S. J., Rodarte, J. R. Pleural pressure distribution and its relationship to lung volume and interstitial pressure. Journal of Applied Physiology. 70 (3), 967-978 (1991).
- Buchko, M. T., et al. Clinical transplantation using negative pressure ventilation ex situ lung perfusion with extended criteria donor lungs. Nature Communications. 11 (1), 5765 (2020).
- Buchko, M. T., et al. A low-cost perfusate alternative for ex vivo perfusion. Transplantation Proceedings. 52 (10), 2941-2946 (2020).
- Forgie, K. A., et al. Left lung orthotopic transplantation in a juvenile porcine model for ESLP. The Journal of Visualized Experiments. , (2021).
