Ex Vivo Modello sperimentale suino per lo studio e l'insegnamento della meccanica polmonare
Summary
Presentiamo un modello ex vivo di polmone di maiale per la dimostrazione della meccanica polmonare e delle manovre di reclutamento alveolare a scopo didattico. I polmoni possono essere utilizzati per più di un giorno (fino a cinque giorni) con variazioni minime delle variabili della meccanica polmonare.
Abstract
La ventilazione meccanica è molto utilizzata e richiede conoscenze specifiche per la comprensione e la gestione. I professionisti della salute in questo campo possono sentirsi insicuri e privi di conoscenze a causa di una formazione e di metodi di insegnamento inadeguati. Pertanto, l’obiettivo di questo articolo è quello di delineare i passaggi coinvolti nella generazione di un modello di polmone suino ex vivo da utilizzare in futuro, per studiare e insegnare la meccanica polmonare. Per generare il modello, cinque polmoni suini sono stati accuratamente rimossi dal torace seguendo le linee guida del Comitato etico per la ricerca sugli animali con adeguata cura e sono stati collegati al ventilatore meccanico attraverso una cannula tracheale. Questi polmoni sono stati poi sottoposti alla manovra di reclutamento alveolare. Sono stati registrati i parametri della meccanica respiratoria e sono state utilizzate videocamere per ottenere video dei polmoni durante questo processo. Questo processo è stato ripetuto per cinque giorni consecutivi. Quando non venivano utilizzati, i polmoni venivano conservati in frigorifero. Il modello ha mostrato una meccanica polmonare diversa dopo la manovra di reclutamento alveolare ogni giorno; non facendosi influenzare dai giorni, ma solo dalla manovra. Pertanto, concludiamo che il modello polmonare ex vivo può fornire una migliore comprensione della meccanica polmonare e dei suoi effetti, e anche della manovra di reclutamento alveolare attraverso il feedback visivo durante tutte le fasi del processo.
Introduction
La ventilazione meccanica (MV) è ampiamente utilizzata nelle unità di terapia intensiva (ICU) e nei centri chirurgici. Il suo monitoraggio è essenziale per aiutare a riconoscere le asincronie e prevenire lesioni per tutti i pazienti, soprattutto quando il paziente ha gravi lesioni polmonari 1,2,3,4,5,6. Il monitoraggio della meccanica respiratoria può anche contribuire alla comprensione clinica della progressione della malattia e delle applicazioni terapeutiche, come l’uso della pressione positiva di fine espirazione (PEEP) o la manovra di reclutamento alveolare (ARM). Tuttavia, l’uso di queste tecniche richiede una buona comprensione delle curve e della meccanica polmonaredi base 3,4.
Gli studenti, gli specializzandi e i professionisti del settore medico si sentono insicuri riguardo alla gestione della MV, dall’accensione del ventilatore e dalle regolazioni iniziali al monitoraggio del plateau e delle pressioni di guida, e questa insicurezza è associata a una mancanza di conoscenza e di un’adeguata formazione precedente 7,8,9,10. Abbiamo osservato che i professionisti che hanno partecipato alle simulazioni e hanno utilizzato un modello polmonare hanno riportato una maggiore fiducia, comprensione dei parametri e comprensione delle componenti della meccanica polmonare 8,11,12.
I modelli per lo studio e l’addestramento della MV con polmoni, soffietti e pistoni di prova possono simulare diverse pressioni e volumi, nonché diverse condizioni di meccanica polmonare 13,14,15. Anche i modelli computazionali e software contribuiscono allo studio dell’interazione cardiopolmonare generando simulazioni che possono essere utilizzate per insegnare i principi della MV11 agli operatori sanitari16,17.
Mentre i modelli computazionali possono presentare difficoltà nel rappresentare l’isteresi polmonare16, i modelli con polmone e soffietto di prova 13,14,15 possono produrre curve pressione-volume simili alla curva fisiologica e dimostrare la dinamica polmonare. Come vantaggio, il polmone suino ex vivo presenta un’anatomia simile a quella degli esseri umani18, producendo anche curve MV, isteresi polmonare e fornendo un feedback visivo dei polmoni all’interno della scatola acrilica durante l’analisi della meccanica polmonare. I modelli visivi sono importanti e possono aiutare a comprendere componenti e concetti difficili da immaginare. Pertanto, i modelli polmonari ex vivo rappresentano un modo pratico di insegnare.
Gli studi con polmoni suini ex vivo, come quelli sulla MV con pressione positiva e negativa 19,20,21, l’analisi della distribuzione dell’aerosol 22,23, le simulazioni pediatriche24 e la perfusione polmonare25 possono migliorare le conoscenze sulla MV. Recenti studi che analizzano modelli in pressione positiva e negativa hanno dimostrato che la ventilazione a pressione positiva può portare a un reclutamento brusco con maggiore deformazione locale, maggiore distensione, differenze della curva di isteresi e possibili lesioni tissutali rispetto alla pressione a pressione negativa 19,20,21. Tuttavia, i modelli a pressione positiva sono necessari perché i pazienti sono sotto pressione positiva durante la pressione MV 19,20,21. Lo sviluppo di un modello polmonare per gli studi preclinici apre la possibilità di nuove ricerche e applicazioni, tra cui l’insegnamento e la formazione sulla MV.
Qui presentiamo un modello di polmone suino ex vivo per scopi di studio e formazione. Il nostro obiettivo primario è quello di descrivere le fasi per la generazione di questo modello di polmone suino ex vivo in MV a pressione positiva. Può essere utilizzato in futuro per studiare e insegnare la meccanica polmonare.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il protocollo descritto è utile per produrre un modello di polmone suino ex vivo in condizioni di MV a pressione positiva. Può essere utilizzato per lo studio e l’insegnamento della meccanica polmonare attraverso il feedback visivo dei polmoni durante il reclutamento e l’analisi delle curve e dei valori proiettati sullo schermo del dispositivo. Per ottenere questo risultato, sono necessari studi pilota per comprendere il comportamento dei polmoni al di fuori della gabbia toracica e per identificare la necessit…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ringraziamo tutti i colleghi e i professionisti che hanno contribuito e sostenuto la costruzione di questo protocollo modello di polmone suino ex vivo .
Questo studio non aveva fonti di finanziamento.
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 |
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