Ex Vivo Schweineexperimentelles Modell zum Studium und zur Lehre der Lungenmechanik
Summary
Wir präsentieren ein ex vivo Schweinelungenmodell zur Demonstration der Lungenmechanik und alveolärer Rekrutierungsmanöver für Lehrzwecke. Die Lunge kann mehr als einen Tag (bis zu fünf Tage) mit minimalen Veränderungen der pulmonalmechanischen Variablen verwendet werden.
Abstract
Die mechanische Beatmung ist weit verbreitet und erfordert spezifisches Wissen für das Verständnis und die Behandlung. Angehörige der Gesundheitsberufe in diesem Bereich können sich aufgrund unzureichender Schulungs- und Lehrmethoden unsicher fühlen und es ihnen an Wissen mangeln. Daher ist es das Ziel dieses Artikels, die Schritte zu skizzieren, die zur Generierung eines ex vivo Schweinelungenmodells erforderlich sind, das in Zukunft verwendet werden soll, um die Lungenmechanik zu studieren und zu lehren. Um das Modell zu erstellen, wurden fünf Schweinelungen nach den Richtlinien der Ethikkommission für Tierversuche vorsichtig und mit angemessener Sorgfalt aus dem Thorax entfernt und über eine Trachealkanüle an das mechanische Beatmungsgerät angeschlossen. Diese Lungen wurden dann dem alveolären Rekrutierungsmanöver unterzogen. Atemmechanische Parameter wurden aufgezeichnet und Videokameras wurden verwendet, um während dieses Prozesses Videos von der Lunge zu erhalten. Dieser Vorgang wiederholte sich an fünf aufeinanderfolgenden Tagen. Bei Nichtgebrauch wurde die Lunge gekühlt aufbewahrt. Das Modell zeigte nach dem alveolären Rekrutierungsmanöver jeden Tag eine andere Lungenmechanik; nicht von den Tagen beeinflusst zu werden, sondern nur vom Manöver. Daher kommen wir zu dem Schluss, dass das ex vivo Lungenmodell ein besseres Verständnis der Lungenmechanik und ihrer Auswirkungen sowie des alveolären Rekrutierungsmanövers durch visuelles Feedback in allen Phasen des Prozesses liefern kann.
Introduction
Die mechanische Beatmung (MV) ist auf Intensivstationen (ICUs) und chirurgischen Zentren weit verbreitet. Die Überwachung ist wichtig, um Asynchronitäten zu erkennen und Verletzungen für alle Patienten zu vermeiden, insbesondere wenn der Patient schwere Lungenverletzungen hat 1,2,3,4,5,6. Die Überwachung der Atemmechanik kann auch zum klinischen Verständnis des Krankheitsverlaufs und therapeutischer Anwendungen beitragen, wie z. B. der Einsatz von positivem endexspiratorischem Druck (PEEP) oder dem alveolären Rekrutierungsmanöver (ARM). Die Anwendung dieser Techniken erfordert jedoch ein gutes Verständnis der Kurven und der grundlegenden Lungenmechanik 3,4.
Studierende, Assistenzärzte und medizinisches Fachpersonal fühlen sich unsicher in Bezug auf das MV-Management, vom Einschalten des Beatmungsgeräts und den ersten Anpassungen bis hin zur Überwachung des Plateaus und des Fahrdrucks, und diese Unsicherheit ist mit einem Mangel an Wissen und angemessener Vorschulung verbunden 7,8,9,10. Wir beobachteten, dass Fachleute, die an Simulationen teilnahmen und ein Lungenmodell verwendeten, über ein größeres Vertrauen, ein besseres Verständnis der Parameter und ein besseres Verständnis der Komponenten der Lungenmechanik berichteten 8,11,12.
Modelle zur Untersuchung und zum Training von MV mit Testlungen, Blasebälgen und Kolben können unterschiedliche Drücke und Volumina sowie unterschiedliche lungenmechanische Bedingungen simulieren 13,14,15. Computer- und Softwaremodelle tragen auch zur Untersuchung der kardiopulmonalen Interaktion bei, indem sie Simulationen erstellen, die verwendet werden können, um den Angehörigen der Gesundheitsberufe die Prinzipien von MV11 beizubringen 16,17.
Während Computermodelle Schwierigkeiten bei der Darstellung der Lungenhysterese16 darstellen können, können Modelle mit Testlunge und Blasebalg13, 14, 15Druck-Volumen-Kurven erzeugen, die der physiologischen Kurve ähneln, und die Lungendynamik demonstrieren. Ein Vorteil ist, dass die ex vivo Schweinelunge eine ähnliche Anatomie wie der Mensch aufweist18 und auch MV-Kurven und Lungenhysterese erzeugt und während der lungenmechanischen Analyse ein visuelles Feedback der Lunge in der Acrylbox liefert. Visuelle Modelle sind wichtig und können helfen, schwer vorstellbare Komponenten und Konzepte zu verstehen. Somit stellen ex vivo Lungenmodelle eine praktische Art des Unterrichts dar.
Studien mit ex vivo Schweinelungen, z. B. mit MV mit Über- und Unterdruck 19,20,21, Analyse der Aerosolverteilung22,23, pädiatrischen Simulationen 24 und Lungenperfusion25, können das Wissen über MV verbessern. Neuere Studien, die Modelle in Über- und Unterdruck analysierten, haben gezeigt, dass die Überdruckbeatmung im Vergleich zu Unterdruckdruck zu einer abrupten Rekrutierung mit größerer lokaler Verformung, größerer Dehnung, Unterschieden in der Hysteresekurve und möglichen Gewebeläsionen führen kann 19,20,21. Nichtsdestotrotz sind Überdruckmodelle notwendig, da die Patienten während des MV-Drucks 19,20,21 unter Überdruck stehen. Die Entwicklung eines Lungenmodells für präklinische Studien eröffnet Möglichkeiten für neue Forschung und Anwendungen, einschließlich der MV-Lehre und -Ausbildung.
Hier stellen wir ein ex vivo Schweinelungenmodell für Studien- und Trainingszwecke vor. Unser primäres Ziel ist es, die Schritte zur Generierung dieses ex vivo Schweinelungenmodells unter Überdruck-MV zu beschreiben. Es kann in Zukunft verwendet werden, um Lungenmechanik zu studieren und zu lehren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das beschriebene Protokoll ist nützlich für die Herstellung eines ex vivo Schweinelungenmodells unter Überdruck-MV. Es kann für das Studium und den Unterricht der Lungenmechanik durch visuelles Feedback von der Lunge während der Rekrutierung und Analyse der auf den Gerätebildschirm projizierten Kurven und Werte verwendet werden. Um dieses Ergebnis zu erreichen, sind Pilotstudien erforderlich, um das Verhalten der Lunge außerhalb des Brustkorbs zu verstehen und den Anpassungsbedarf zu identifizieren.
<…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken allen Kollegen und Fachleuten, die zur Erstellung dieses Ex-vivo-Lungenmodellprotokolls beigetragen und diese unterstützt haben.
Für diese Studie gab es keine Finanzierungsquellen.
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
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