Ex Vivo(エクス・ビボ )肺力学の研究と教育のためのブタ実験モデル
Summary
我々は、教育目的で肺の力学と歯槽の動員操作のデモンストレーションのために ex vivo ブタ肺モデルを提示する。肺は1日以上(最大5日間)使用でき、肺力学変数の変化は最小限に抑えられます。
Abstract
機械換気は広く使用されており、理解と管理には特定の知識が必要です。この分野の医療従事者は、トレーニングや指導方法が不十分なため、不安や知識不足を感じることがあります。したがって、この記事の目的は、肺力学を研究し、教えるために、将来使用される ex vivo ブタ肺モデルを生成するための手順を概説することです。モデルを生成するために、動物研究倫理委員会のガイドラインに従って、5つのブタの肺を適切な注意を払って胸部から慎重に取り出し、気管カニューレを介して人工呼吸器に接続しました。次に、これらの肺を肺胞動員操作にかけました。呼吸力学のパラメータを記録し、この過程でビデオカメラを使用して肺のビデオを取得しました。このプロセスを5日間連続して繰り返しました。使用しないときは、肺は冷蔵保存されました。このモデルは、肺胞のリクルート操作後に毎日異なる肺力学を示しました。日々に左右されず、機動だけに左右される。したがって、 ex vivo 肺モデルは、肺の力学とその効果、さらには肺胞の動員操作について、プロセスのすべての段階での視覚的なフィードバックを通じて、より良い理解を提供できると結論付けています。
Introduction
人工呼吸器(MV)は、集中治療室(ICU)や手術センターで広く使用されています。そのモニタリングは、特に患者が深刻な肺損傷を患っている場合、すべての患者の非同期性を認識し、怪我を防ぐために不可欠です1,2,3,4,5,6。呼吸力学のモニタリングは、疾患の進行の臨床的理解や、呼気終末陽圧(PEEP)や肺胞動員法(ARM)の使用などの治療応用にも貢献します。ただし、これらの技術を使用するには、曲線と基本的な肺力学を熟知している必要があります3,4。
学生、研修医、医療従事者は、人工呼吸器のオンや初期調整からプラトーや運転圧力の監視まで、MV管理に不安を感じており、この不安は知識の欠如と適切な事前トレーニングに関連しています7,8,9,10。シミュレーションに参加し、肺モデルを使用した専門家は、信頼性、パラメータの理解、および肺力学の構成要素の理解度が高いと報告していることが観察されました8,11,12。
テスト肺、ベローズ、およびピストンを使用してMVを研究およびトレーニングするためのモデルは、さまざまな圧力と体積、およびさまざまな肺力学条件をシミュレートできます13,14,15。計算モデルとソフトウェアモデルは、MV11の原理を医療従事者に教えるために使用できるシミュレーションを生成することにより、心肺相互作用の研究にも貢献します16,17。
計算モデルでは肺ヒステリシスの表現が困難になるかもしれないが16、肺とベローズ13、14、15の試験モデルでは、生理学的曲線に似た圧力-体積曲線を生成し、肺動態を示すことができる。利点として、 ex vivo ブタの肺は人間と同様の解剖学的構造を示し18、MV曲線、肺ヒステリシスを生成し、肺力学分析中にアクリルボックス内の肺の視覚的フィードバックを提供します。ビジュアルモデルは重要であり、想像しにくいコンポーネントや概念を理解するのに役立ちます。したがって、 ex vivo 肺モデルは、実践的な教育方法を表しています。
陽圧と陰圧のMV19,20,21、エアロゾル分布の分析22,23、小児シミュレーション24、肺灌流25など、ex vivoブタ肺を用いた研究は、MVに関する知識を向上させることができる。陽圧と陰圧のモデルを分析した最近の研究では、陽圧換気は、陰圧圧と比較して、局所的な変形、膨張、ヒステリシス曲線の違い、および組織病変の可能性を伴う突然の動員につながる可能性があることが示されています19,20,21。それにもかかわらず、患者はMV圧力19、20、21の間に陽圧下にあるため、陽圧モデルが必要です。前臨床試験用の肺モデルの開発は、MVの教育やトレーニングなど、新しい研究や応用の可能性を開きます。
ここでは、研究とトレーニングの目的でex vivo ブタ肺モデルを紹介します。私たちの主な目的は、陽圧MV下でこの ex vivo ブタ肺モデルを生成するための手順を説明することです。将来的には、肺の力学を研究し、教えるために使用できます。
Protocol
このプロトコルは、当機関の動物研究倫理委員会によって承認されました(プロトコル番号1610/2021)。 1.麻酔と動物の調製 最初に、動物を体重計に乗せ、体重をチェックして、処置に必要な薬と鎮静を調整します。 ケタミン 5 mg/kg とミダゾラム 0.25 mg/kg を筋肉内に投与します。 20 Gの静脈カテーテルで辺縁耳静脈に穿刺し、麻酔導入のた?…
Representative Results
体重23.4〜26.9kgの雌豚5頭を使用し、心肺摘出と肺力学解析のプロトコルに従った。私たちの意図は、このモデルが、機械式人工呼吸器スクリーンから直接収集されたピーク圧力、プラトー圧、抵抗、駆動圧力、および動的コンプライアンス変数を分析することにより、肺力学の研究に役立つことです。モデルのフローチャートを 図1に示します。 肺?…
Discussion
記載されたプロトコルは、陽圧MV下で ex vivo ブタ肺モデルを作成するのに有用である。これは、デバイスの画面に投影された曲線と値のリクルートと分析中に肺からの視覚的なフィードバックを通じて、肺力学の研究と教育に使用できます。この結果を得るためには、胸郭の外側の肺の挙動を理解し、適応の必要性を特定するためのパイロット研究が必要である。
…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
私たちは、この ex vivo ブタ肺モデルプロトコルの構築に貢献し、サポートしてくれたすべての同僚と専門家に感謝します。
この研究には資金源がなかった。
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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Cite This Article
Parzianello Egúsquiza, M. G., Otsuki, D. A., Costa Auler Junior, J. O. Ex Vivo Porcine Experimental Model for Studying and Teaching Lung Mechanics. J. Vis. Exp. (206), e64850, doi:10.3791/64850 (2024).