Eks Vivo Porcine eksperimentell modell for å studere og undervise lungemekanikk

Summary

Vi presenterer en ex vivo gris lungemodell for demonstrasjon av lungemekanikk og alveolære rekrutteringsmanøvrer for undervisningsformål. Lungene kan brukes i mer enn ett døgn (opptil fem dager) med minimale endringer i lungemekaniske variabler.

Abstract

Mekanisk ventilasjon er mye brukt og krever spesifikk kunnskap for forståelse og ledelse. Helsepersonell på dette feltet kan føle seg utrygge og mangle kunnskap på grunn av mangelfulle opplærings- og undervisningsmetoder. Derfor er målet med denne artikkelen å skissere trinnene som er involvert i å generere en ex vivo svinelungemodell som skal brukes i fremtiden, for å studere og undervise lungemekanikk. For å generere modellen ble fem svinelunger forsiktig fjernet fra thorax etter retningslinjer fra Dyreforskningsetisk komité med tilstrekkelig forsiktighet og ble koblet til den mekaniske ventilatoren gjennom en trakealkanyle. Disse lungene ble deretter utsatt for den alveolære rekrutteringsmanøveren. Respirasjonsmekanikkparametere ble registrert, og videokameraer ble brukt til å innhente videoer av lungene under denne prosessen. Denne prosessen ble gjentatt i fem påfølgende dager. Når de ikke ble brukt, ble lungene oppbevart i kjøleskap. Modellen viste forskjellig lungemekanikk etter alveolær rekrutteringsmanøver hver dag; Ikke å bli påvirket av dagene, bare av manøveren. Derfor konkluderer vi med at ex vivo lungemodellen kan gi en bedre forståelse av lungemekanikk og dens effekter, og til og med av den alveolære rekrutteringsmanøveren gjennom visuell tilbakemelding i alle stadier av prosessen.

Introduction

Mekanisk ventilasjon (MV) er mye brukt i intensivavdelinger (ICU) og kirurgiske sentre. Overvåkingen er viktig for å gjenkjenne asynkroner og forhindre skader for alle pasienter, spesielt når pasienten har alvorlige lungeskader 1,2,3,4,5,6. Overvåking av respiratorisk mekanikk kan også bidra til den kliniske forståelsen av sykdomsprogresjonen og terapeutiske anvendelser, for eksempel bruk av positivt endeekspiratorisk trykk (PEEP) eller alveolær rekrutteringsmanøver (ARM). Imidlertid krever bruken av disse teknikkene en dyktig forståelse av kurver og grunnleggende lungemekanikk ^3,4.

Studenter, beboere og medisinske fagfolk føler seg usikre på MV-ledelsen, fra å slå på ventilatoren og innledende justeringer til å overvåke platå og kjøretrykk, og denne usikkerheten er forbundet med mangel på kunnskap og tilstrekkelig tidligere opplæring 7,8,9,10. Vi observerte at fagfolk som deltok i simuleringer og brukte en lungemodell rapporterte større tillit, forståelse av parametrene og forståelse av komponentene i lungemekanikk ^8,11,12.

Modeller for å studere og trene MV med testlunger, belg og stempler kan simulere forskjellige trykk og volumer, samt forskjellige lungemekaniske forhold 13,14,15. Beregnings- og programvaremodeller bidrar også til studiet av kardiopulmonal interaksjon ved å generere simuleringer som kan brukes til å lære prinsippene for MV¹¹ til helsepersonell^16,17.

Mens beregningsmodeller kan by på vanskeligheter med å representere lungehysterese¹⁶, kan modeller med testlunge og belg 13,14,15 produsere trykk-volumkurver som ligner på den fysiologiske kurven og demonstrere lungedynamikk. Som en fordel presenterer ex vivo svinelunge lignende anatomi til mennesker¹⁸, og produserer også MV-kurver, lungehysterese og gir visuell tilbakemelding av lungene inne i akrylboksen under lungemekanikkanalysen. Visuelle modeller er viktige og kan bidra til å forstå komponenter og konsepter som er vanskelige å forestille seg. Ex vivo lungemodeller representerer således en praktisk måte å undervise på.

Studier med ex vivo svin lunger, som de på MV med positivt og negativt trykk 19,20,21, analyse av aerosolfordeling^22,23, pediatriske simuleringer²⁴ og lungeperfusjon²⁵ kan forbedre kunnskapen om MV. Nylige studier som analyserer modeller i positivt og negativt trykk har vist at positivtrykksventilasjon kan føre til brå rekruttering med større lokal deformasjon, større distensjon, hysteresekurveforskjeller og mulige vevslesjoner sammenlignet med undertrykkstrykk 19,20,21. Likevel er positivtrykksmodeller nødvendige fordi pasientene er under positivt press under MV-trykk 19,20,21. Utviklingen av en lungemodell for prekliniske studier åpner muligheter for ny forskning og applikasjoner, inkludert MV undervisning og opplæring.

Her presenterer vi en ex vivo svinelungemodell for studie- og opplæringsformål. Vårt primære mål er å beskrive trinnene for generering av denne ex vivo svinelungemodellen under positivt trykk MV. Det kan brukes i fremtiden for å studere og lære lungemekanikk.

Protocol

Protokollen er godkjent av Animal Research Ethics Committee ved vår institusjon (protokoll nr. 1610/2021). 1. Anestesi og dyreforberedelse Først plasserer dyret på en skala og kontrollerer vekten for å justere medisiner og sedasjon som er nødvendig for prosedyren. Administrer ketamin 5 mg/kg og midazolam 0,25 mg/kg intramuskulært. Punkter den marginale ørevenen med et 20 G venekateter og administrer intravenøs propofol (5 mg/kg) for aneste…

Representative Results

Vi brukte fem hunngriser på mellom 23,4-26,9 kg og fulgte beskrevet protokoll for kardiopulmonal ekstraksjon og lungemekanikkanalyse. Vår intensjon er at modellen er nyttig for studiet av lungemekanikk ved å analysere topptrykk, platåtrykk, motstand, drivtrykk og dynamiske compliancevariabler samlet direkte fra den mekaniske ventilatorskjermen. Modellflytskjemaet er vist i figur 1. Lungene ble analysert i fem påfølgende dager, og gjentok hele prosessen beskr…

Discussion

Den beskrevne protokollen er nyttig for å produsere en ex vivo svin lungemodell under positivt trykk MV. Den kan brukes til å studere og undervise lungemekanikk gjennom visuell tilbakemelding fra lungene under rekruttering og analyse av kurver og verdier projisert på enhetsskjermen. For å oppnå dette resultatet er det nødvendig med pilotstudier for å forstå oppførselen til lungene utenfor brystkassen og for å identifisere behovet for tilpasninger.

Vi identifiserte at det kri…

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