Method Article
אנו מציגים מודל ריאות חזיר ex vivo להדגמת מכניקת ריאות ותמרוני גיוס נאדיות למטרות הוראה. ניתן להשתמש בריאות במשך יותר מיום אחד (עד חמישה ימים) עם שינויים מינימליים במשתנים מכניקת הריאות.
אוורור מכני נמצא בשימוש נרחב ודורש ידע ספציפי להבנה וניהול. אנשי מקצוע בתחום זה עשויים להרגיש חוסר ביטחון וחוסר ידע בגלל שיטות הכשרה והוראה לא מספקות. לכן, מטרת מאמר זה היא לתאר את השלבים הכרוכים ביצירת מודל ריאות חזירי ex vivo שישמש בעתיד, ללמוד וללמד מכניקת ריאות. כדי ליצור את המודל, חמש ריאות חזיריות הוצאו בזהירות מבית החזה בהתאם להנחיות ועדת האתיקה למחקר בבעלי חיים בזהירות נאותה וחוברו למכונת ההנשמה המכנית דרך צינורית קנה הנשימה. ריאות אלה היו נתונות אז לתמרון גיוס הנאדיות. נרשמו פרמטרים של מכניקת הנשימה, ומצלמות וידאו שימשו להשגת סרטונים של הריאות בתהליך זה. תהליך זה חזר על עצמו במשך חמישה ימים רצופים. כאשר לא נעשה בהם שימוש, הריאות נשמרו בקירור. המודל הראה מכניקת ריאות שונה לאחר תמרון גיוס הנאדיות מדי יום; לא להיות מושפע מהימים, רק מהתמרון. לכן, אנו מסיקים כי מודל הריאות ex vivo יכול לספק הבנה טובה יותר של מכניקת הריאות והשפעותיה, ואף של תמרון גיוס הנאדיות באמצעות משוב חזותי בכל שלבי התהליך.
הנשמה מכנית (MV) נמצאת בשימוש נרחב ביחידות טיפול נמרץ (יחידות טיפול נמרץ) ובמרכזים כירורגיים. הניטור שלה חיוני כדי לסייע בזיהוי אסינכרוניות ולמנוע פציעות לכל החולים, במיוחד כאשר לחולה יש פציעות ריאה חמורות 1,2,3,4,5,6. ניטור מכניקה נשימתית יכול גם לתרום להבנה הקלינית של התקדמות המחלה ויישומים טיפוליים, כגון שימוש בלחץ חיובי סופי (PEEP) או תמרון גיוס מכתשית (ARM). עם זאת, השימוש בטכניקות אלה דורש הבנה מיומנת של עקומות ומכניקת ריאות בסיסית 3,4.
סטודנטים, תושבים ואנשי מקצוע בתחום הרפואה חשים חוסר ביטחון לגבי ניהול MV, החל מהפעלת מכונת ההנשמה והתאמות ראשוניות וכלה בניטור מישורים ולחצי נהיגה, וחוסר ביטחון זה קשור לחוסר ידע והכשרה מוקדמת מספקת 7,8,9,10. ראינו שאנשי מקצוע שהשתתפו בסימולציות והשתמשו במודל ריאות דיווחו על ביטחון רב יותר, הבנה של הפרמטרים והבנה של מרכיבי מכניקת הריאות 8,11,12.
מודלים ללימוד ואימון MV עם ריאות בדיקה, מפוח ובוכנות יכולים לדמות לחצים ונפחים שונים, כמו גם תנאי מכניקת ריאות שונים 13,14,15. מודלים חישוביים ותוכנה תורמים גם לחקר אינטראקציה לב-ריאה על ידי יצירת סימולציות שניתן להשתמש בהן כדי ללמד את עקרונות MV11 לאנשי מקצוע בתחום הבריאות16,17.
בעוד מודלים חישוביים עשויים להציג קשיים בייצוג היסטרזיס ריאתי16, מודלים עם ריאות בדיקהומפוח 13,14,15 יכולים לייצר עקומות נפח לחץ הדומות לעקומה הפיזיולוגית ולהדגים דינמיקה ריאתית. כיתרון, הריאה החזירית ex vivo מציגה אנטומיה דומה לבני אדם18, מייצרת גם עקומות MV, היסטרזיס ריאתי, ומספקת משוב חזותי של הריאות בתוך קופסת האקריליק במהלך ניתוח מכניקת הריאות. מודלים חזותיים חשובים ויכולים לעזור להבין רכיבים ומושגים שקשה לדמיין. לפיכך, מודלים ריאות ex vivo מייצגים דרך מעשית של הוראה.
מחקרים עם ריאות חזיריות ex vivo, כגון אלה על MV עם לחץ חיובי ושלילי 19,20,21, ניתוח של פיזור אירוסולים 22,23, סימולציות ילדים24, וזילוח ריאות25 יכולים לשפר את הידע על MV. מחקרים אחרונים שניתחו מודלים בלחץ חיובי ושלילי הראו כי אוורור בלחץ חיובי יכול להוביל לגיוס פתאומי עם עיוות מקומי גדול יותר, התנפחות גדולה יותר, הבדלי עקומת היסטרזיס ונגעים אפשריים ברקמה בהשוואה ללחץ לחץ שלילי 19,20,21. עם זאת, מודלים של לחץ חיובי נחוצים מכיוון שהמטופלים נמצאים תחת לחץ חיובי במהלך לחץ MV 19,20,21. פיתוח מודל ריאות למחקרים פרה-קליניים פותח אפשרויות למחקר ויישומים חדשים, כולל הוראה והכשרה של MV.
כאן, אנו מציגים מודל ריאות חזירי ex vivo למטרות לימוד והכשרה. המטרה העיקרית שלנו היא לתאר את השלבים ליצירת מודל ריאות חזירי זה ex vivo תחת MV בלחץ חיובי. זה יכול לשמש בעתיד כדי ללמוד וללמד מכניקת ריאות.
הפרוטוקול אושר על ידי ועדת האתיקה למחקר בבעלי חיים של המכון שלנו (פרוטוקול מס' 1610/2021).
1. הרדמה והכנת בעלי חיים
2. אוורור מכני תוך ניתוחי
3. דיסקציה של רקמות והחלפת OTC
4. המתת חסד של בעלי חיים
5. מיצוי לב-ריאה
6. הכנה לב-ריאה
7. MV בתוך קופסת אקריליק
8. ארם
9. תחזוקת לב ריאה
איור 1: תרשים זרימה של מחקר. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
השתמשנו בחמש נקבות חזירות במשקל של בין 23.4-26.9 ק"ג ועקבנו אחר הפרוטוקול המתואר למיצוי לב-ריאה וניתוח מכניקת ריאות. הכוונה שלנו היא שהמודל שימושי לחקר מכניקת הריאות על ידי ניתוח לחץ שיא, לחץ מישורי, התנגדות, לחץ נהיגה ומשתני תאימות דינמיים שנאספו ישירות ממסך ההנשמה המכנית. תרשים הזרימה של המודל מוצג באיור 1.
הריאות נותחו במשך חמישה ימים רצופים, וחזרו על כל התהליך המתואר בפריטים 7.2, 8.1, 8.2, 9.1, 9.2 ו-9.3 לפרוטוקול. ניסינו להראות כיצד משתני ריאות התנהגו לפני ואחרי הגיוס ולוודא את עמידות מודל הריאות ex vivo בתקופה שנקבעה.
הבדלים מובהקים (p < 0.05) נצפו עבור כל המשתנים בין לפני ואחרי ARM. לחץ השיא, לחץ המישור (איור 2) ולחץ הנהיגה (איור 3) ירדו לאחר התמרון (p = 0.0005), בעוד שהתאימות הדינמית (p = 0.0007) עלתה (איור 4), מה שמדגים קריסה פתוחה של נאדיות ועלייה באזור הריאות. גם ההתנגדות (איור 5) עלתה לאחר הגיוס (p=0.0348). אף אחד מהמשתנים לא הושפע באופן משמעותי מהיום.
בהתבסס על התוצאות האלה, הראינו שהמודל יעיל בהדגמת שינויים במכניקת הריאות החזותית באמצעות ARM (איור 6) ובלימוד והוראה של מכניקת ריאות (איור 7). בנוסף, הראינו כי ניתן להשתמש במודל לפחות חמישה ימים רצופים. מכיוון שלא הערכנו את המודל מעבר לתקופה זו, איננו יכולים לאשר את עמידותו הסופית של מודל הריאה.
איור 2: לחצים. (A) לחץ שיא. ה-Ppeak שקדם ל-ARM נע בין 21 ±-3.2 ל-23 ±-2.3 ס"מ H2O, בעוד שה-Ppeak שלאחר ARM נע בין 9 ±-0.6 ל-12.6 ±-1.4 cmH2O בחמש הריאות. הניתוח הסטטיסטי הדו-כיווני של ANOVA שימש לחישוב ערך p של 0.0005, שנחשב משמעותי. (B) לחץ מישורי. המישור שקדם ל-ARM נע בין 21 ±-3.2 ל-22 ±-2.3 ס"מ H2O, בעוד שה-Pplateau שלאחר ARM נע בין 8.8 ±-0.4 ל-11.6 ±-1.6 cmH2O בחמש הריאות. הניתוח הסטטיסטי הדו-כיווני של ANOVA שימש לחישוב ערך p של 0.0005, שנחשב משמעותי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: לחץ נהיגה. לחץ הנהיגה שלפני ARM נע בין 16 ±-3.2 ל-17 ±-2.3 ס"מ2 O,בעוד לחץ הנהיגה שלאחר ARM נע בין 3.8 ±-0.4 ל-6.6 ±-1.6 ס"מ2 Oבחמש הריאות. הניתוח הסטטיסטי הדו-כיווני של ANOVA שימש לחישוב ערך p של 0.0005, שנחשב משמעותי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: תאימות דינמית. התאימות הדינמית לפני ARM נעה בין 9.1 ±-1.2 ל-10.2 ±-2.6 מ"ל/סמ"ש2O, בעוד שהתאימות הדינמית שלאחר ARM נעה בין 23.6 ±-3.5 ל-43.8 ±-11.3 מ"ל/סמ"ש2O בחמש הריאות. הניתוח הסטטיסטי הדו-כיווני של ANOVA שימש לחישוב ערך p של 0.0007, שנחשב משמעותי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: התנגדות. ההתנגדות שלפני ARM נעה בין 1.4 ±-1.0 ל-7 ±-3.2 ס"מ ג'2O/L/seg, בעוד שההתנגדות שלאחר ARM נעה בין 2.4 ±-0.4 ל-6.6 ±-5.1 ס"מ H2O/L/seg בחמש הריאות. הניתוח הסטטיסטי הדו-כיווני של ANOVA שימש לחישוב ערך p של 0.0348, שנחשב משמעותי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 6: מודל ריאות. (A) ריאה עם PEEP של 5 ס"מ. (B) ריאה עם PEEP של 6 ס"מ. (C) ריאה עם PEEP של 8 ס"מ. (D) ריאה עם PEEP של 10 ס"מ. (E) ריאה עם PEEP של 12 ס"מ. (F) ריאה עם PEEP של 14 ס"מ. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 7. תרשימי אוורור מכניים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
הפרוטוקול המתואר שימושי לייצור מודל ריאות חזירי ex vivo תחת MV בלחץ חיובי. ניתן להשתמש בו ללימוד והוראת מכניקת ריאות באמצעות משוב חזותי מהריאות במהלך גיוס וניתוח העקומות והערכים המוקרנים על מסך המכשיר. כדי להשיג תוצאה זו, נדרשים מחקרי פיילוט כדי להבין את התנהגות הריאות מחוץ לכלוב הצלעות ולזהות את הצורך בהסתגלות.
זיהינו שהנקודה הקריטית היא היווצרות בועות, פיסטולות ונגעים בצדר שהודגמו בעת חיבור מכונת ההנשמה המכנית, עם הבדל בין טלוויזיה שפג תוקפה לבין שינויים בעקומת עוצמת הקול. לפיכך, אחד משינויי הפרוטוקול הראשונים היה להשתמש בפתח כירורגי רחב של בית החזה, עם חתך בסרעפת בתחילת ההליך במהלך הדיסקציה של איברי הלב ריאה, אשר יכול לשפר את הדמיה של מבנים ולעזור שחרור זהיר של רצועת הריאה התחתונה, שמירה על שלמות הריאות. יתר על כן, ניפוח ידני של ריאות הטייס לאחר ניתוח המבנים הראה כי אינפלציה זו חורגת מגבולות הלחץ ותורמת להיווצרות שלפוחיות ופיסטולות. כמה מחקרים באמצעות ריאות ex vivo הציגו את האפשרות של שימוש דבק פיברין עבור דליפות, עם תוצאות חיוביות; למרות שלא השתמשנו בגישה זו במחקר, היא יכולה להיות חלופה לשיפור מודל26,27. נקודה רלוונטית נוספת היא שהריאות הוסרו ונופחו לחלוטין במחקר הפיילוט, מה שהשאיר אותן קורסות לחלוטין מהכנת איברים ועד להתחלת MV, מה שהקשה על פתיחת הריאות ל-MV והגדיל את האפשרות להיווצרות פיסטולה. לכן, התחלנו להדק את ה-OTC ולשמור על הריאות מנופחות במהלך הדיסקציה עד למתן ה-SS. לאחר מכן, ה-OTC שוחרר, נופח וחיבר את הריאות למכונת ההנשמה המכנית כדי להפעיל את ה-ARM, ובוצע ניתוח של מכניקת הריאות כדי להדגים את עקומת ההיסטרזיס הריאתי. זה לא פגע בגיוס ריאות או בניתוח מכניקת הריאות מכיוון שלחולים מורדמים יש אטלקטזיס וירידה בהיענות הריאות אפילו במהלך MV 28,29,30,31.
במחקר הפיילוט נעשה שימוש ב-PEEP ראשוני של 5 ס"מ H2O והוגדל במרווחים של 5 ס"מ H2O עד 25 ס"מ H2O32,33. עם זאת, לחצי השיא והרמה הגיעו לערכים גדולים מ 40 ו 30 ס"מ H2O, בהתאמה, עם היווצרות פיסטולה. לפיכך, בוצעה עלייה הדרגתית במרווחים של 2 ס"מ H2O כדי לנתח טוב יותר את התנהגות הלחצים לאורך זמן ולהבין את גבולות PEEP במודל הריאות ex vivo שלנו. לא היה הבדל בתמותה בין אינפלציה מתמשכת לאינפלציה מצטברת, אך אינפלציה מצטברת היא הנפוצה ביותר ויכולה להקל על ניתוח הדרגתי של מכניקת ריאות34. באשר לשימוש בלחץ שלילי20,21, המודל נבדק רק תחת לחץ חיובי מכיוון שחולים על MV נתונים ללחץ חיובי. איננו פוסלים שימוש בלחץ שלילי בעתיד, אך הוא ידרוש שינויים במקרה אקרילי.
הספרות מציגה כמה דגמים שיוצרו עם ריאה בדיקה, בוכנות ודגם ex vivo 13,14 שהונחו בקופסאות אטומות הרמטית שדימו את כלוב הצלעות. המודל שלנו הוצב בקופסת אקריליק קונבנציונלית, אשר, למרות הפחתת האפשרות של הפעלת לחץ שלילי, יכול להקל על הייצור של הדגם. מודל נוסף שהופק עבור מחקרים פרה-קליניים18 דומה לשלנו, אך הריאות מוקמו אופקית בעוד שלנו נשמרו אנכית, וקיבלו את פעולת הכבידה ללא תמיכה של האיברים וכלוב הצלעות. ריאות אלה שימשו במהלך ניסויים בתוך 48 שעות לאחר המתת חסד 18,19,20,21,35. המודל שלנו שימש בסך הכל 120 שעות, נשמר בטמפרטורה של 2-8 מעלות צלזיוס במהלך 24 שעות של הניסוי, מראה את התוצאות החיוביות המתוארות בסעיף התוצאות המייצגות.
הפער בהוראה ובהכשרה לא טופל ברגע ראשון זה, אך המודל יעיל לניתוח מכניקת ריאות ויכול לשמש כלי למחקר ולהוראה. בנוסף, לא שאפנו לחקור פתרונות זילוח, אך באותו אופן שבו החדרנו SS בשלב 6.1, ניתן להשתמש בפתרונות זילוח ושימור, מה שפותח אפשרויות חדשות למחקרים עם אותו מודל שהוצג.
טכניקה זו יש כמה מגבלות: 1) ידע של אנטומיה של בעלי חיים כדי להבטיח כי הריאות מוסרות כראוי; 2) המודל לא הוערך מעבר לחמישה ימים; 3) נראה כי המודל מתאים לאוורור הוראה אך לא נבדק בהקשר של הוראה; 4) זהו מודל של בעלי חיים, ולכן חשוב לשקול את מגבלות התחולה שלו בבני אדם.
המחברים מצהירים כי אין ניגודי עניינים.
אנו מודים לכל העמיתים ואנשי המקצוע שתרמו ותמכו בבניית פרוטוקול מודל ריאות חזירי זה ex vivo .
למחקר זה לא היו מקורות מימון.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
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 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved