지속적이고 장기적인 혈류역학적 모니터링을 위한 Fontan Ovine 모델에 무선 원격 측정 장치 이식

이 프로토콜은 심박수, 동맥 혈압, 하대정맥 및 상대정맥 압력, 심장 리듬을 포함한 혈류역학 데이터를 지속적이고 장기적으로 수집할 수 있도록 대형 동물 무선 원격 측정 장치를 이식하는 수술 방법론을 설명합니다.

폰탄 시술은 단심실 환자의 기대 수명을 획기적으로 향상시키지만, 그로 인한 순환은 만성적으로 높은 중심 정맥압과 심박출량 감소의 결과로 장기적으로 상당한 질병 부담을 유발한다는 것을 잘 알고 있습니다. 만성 폰탄 동물 모델은 이 작업과 관련된 후기 생리학적 결과를 연구하는 데 귀중한 자산이며 폰탄 실패를 완화하기 위해 설계된 미래 장치를 평가하는 데 필요한 도구입니다. 그러나 만성 폰탄 모델을 만들려는 이전의 시도는 낮은 생존율로 인해 방해를 받았습니다. 또한 효과적인 혈류역학 데이터 수집은 동물을 자유롭게 움직이는 데 상당한 문제를 제기합니다. 이를 위해 무선 이식형 원격 측정 시스템을 사용하면 심혈관 데이터의 실시간 및 장기 모니터링을 위한 새로운 솔루션이 제공됩니다. 이 프로토콜은 Fontan 생존 양 모델에 무선 원격 측정 장치를 외과적으로 이식하는 방법론을 설명하며, 심박수, 동맥 혈압 및 하대정맥(IVC) 및 상대정맥(SVC)의 국소 압력을 포함한 여러 혈역학적 매개변수의 지속적이고 지속적인 기록을 용이하게 합니다. 원격 측정 장치에는 경동맥과 내경정맥 또는 대퇴동맥과 정맥의 캐뉼레이션이 이식되어 상행 대동맥과 SVC 또는 복부 대동맥과 IVC에 각각 압력 감지 카테터를 배치했습니다. 무선 원격 측정 시스템을 사용하여 단일 단계 Fontan 작업 후 수술 후 면밀한 모니터링이 가능하여 동물 복지와 생존을 개선하는 데 기여했습니다.

1971년 폰탄(Fontan) 시술의 개발은 단심실¹호 환자의 예후를 크게 개선했습니다. 이 수술의 목적은 전신 정맥과 폐정맥이 심장으로 돌아가는 것을 분리하여 전신 산소화를 증가시키고 전신 심실에 가해지는 부피 부하를 완화하는 것입니다. 도입 이후 수술 접근법에 많은 수정이 이루어졌습니다. 현재 우측 심장의 완전 우회술은 단계적 재건술을 통해 이루어지는 경우가 가장 많다 ^2,3. 일반적으로 첫 번째 단계는 생후^{첫 주4}에 수행된다. 그런 다음 환자는 글렌(Glenn) 시술 또는 헤미폰탄(hemi-Fontan)으로 구성된 두 번째 단계를 거쳐 상대정맥(SVC)에서 폐동맥(PA)으로 혈류를 리디렉션합니다⁵. 그 다음에는 하대정맥(IVC)과 PA⁶ 사이에 심장외 도관 또는 측면 터널을 만드는 폰탄 절차가 이어집니다. 폰탄(Fontan) 시술의 역사를 통틀어 이뤄진 것과 같은 외과적 발전은 동물 모델을 사용하지 않고는 달성될 수 없었을 것이다⁷.

폰탄(Fontan) 시술은 단심실 환자의 기대 수명을 획기적으로 향상시키지만, 폐하 펌프 없이 작동하는 순환은 만성적으로 상승한 중심정맥압(CVP)과 심박출량 감소의 결과로 장기적으로 상당한 질병 부담을 유발한다는 것을 잘 알고 있습니다 8,9,10,11,12 . 만성 폰탄(Fontan) 동물 모델은 이 수술과 관련된 후기 생리학적 결과를 연구하는 데 귀중한 자산이다¹³. 수술 후 혈역학적 변화를 포착하기 위해 CVP, 심박수 및 기타 활력 징후와 같은 심혈관 매개변수의 적극적인 데이터 수집은 병태생리학 개발의 포괄적인 평가에 필수적입니다. 또한, 동물 모델은 생체 내 폰탄 순환의 혈역학적 결점을 완화하도록 설계된 새로운 심실 보조 장치의 능력을 테스트하는 데 필요한 도구입니다 14,15,16,17,18,19.

그러나 효과적인 데이터 수집은 중요한 과제를 안고 있습니다. 침습적 카테터 기반 기술은 일시적인 특성, 관련 절차적 위험 및 장기간에 걸쳐 동물의 상태를 모니터링할 수 없다는 점에서 제한이 있습니다. 더욱이, 대형 동물 폰탄 모델을 만들려는 이전의 시도는 낮은 생존율로 인해 방해를 받았는데, 아마도 정상적인 심장이 폰탄 순환의 급격한 확립에 적응하지 못했기 때문일 것입니다 ^7,20. 이를 위해 무선 원격 측정 시스템의 사용은 자유롭게 움직이는 동물의 심혈관 데이터를 실시간으로 장기간 수집하기 위한 새로운 솔루션을 제공합니다^21,22. 이러한 장치는 또한 수술 후 면밀한 모니터링을 가능하게 하여 동물 복지와 생존을 개선할 수 있습니다.

여기에서는 만성 폰탄 양(Fontan ovine) 모델에서 무선 원격 측정 시스템⁽²³ )의 성공적인 이식 및 사용을 위한 방법론을 설명합니다. 이 기술은 지속적인 혈역학적 데이터 수집을 위한 강력하고 신뢰할 수 있는 수단을 제공하여 정맥압 및 기타 주요 생리학적 매개변수를 연구할 수 있게 했습니다. 전임상 모델에서 이 기술을 구현하는 것은 Fontan 생리학에 대한 이해를 증진하고 Fontan 환자의 장기적인 결과를 개선하기 위한 새로운 치료 전략을 개발하는 데 매우 중요합니다.

이 실험 프로토콜은 Nationwide Children's Hospital Abigail Wexner Research Institute의 Institutional Animal Care and Use Committee(AR20-00121)에서 승인되었습니다. 모든 절차는 미국 국립보건원(National Institute of Health)의 실험실 동물 사용 및 관리 가이드(Guide for the Use and Care of Laboratory Animals)에 설명된 지침을 준수했습니다. 이 연구는 Animal Research: Reporting of In Vivo Experiments 가이드라인을 따랐습니다. 체중 범위가 23-38kg이고 연령 범위가 2-12개월인 도싯 양은 수술 전 최소 1주일 동안 음식과 물을 무료로 이용할 수 있는 특정 병원체가 없는 환경에 수용되었습니다. 연구에 사용된 장비 및 시약은 재료 표에 나열되어 있습니다.

1. 동물 준비

1. 양이 안전하게 마취를 받을 수 있는지 확인하기 위해 수술 1주일 전에 수의학 팀의 평가를 받도록 합니다. 건강한 양을 빨리 만들고 수술 전 12시간 동안 물을 주지 마십시오.
2. 케타민(4mg/kg)과 디아제팜(0.5mg/kg)을 조합하여 내경정맥(IJ)을 통해 주사한 진정제.
3. 계획된 절차(아래 설명 참조)에 따라 양을 면도하고 전기 소작 접지 패드 배치를 위해 허벅지 위를 면도합니다. 알코올로 수술 부위를 청소하십시오.
4. 8-9mm 단일루멘 기관내관을 기관에 삽입합니다.
5. 위와 반추위의 감압을 위해 구위관을 삽입하십시오.
6. 우측 경정맥 또는 외측 복재 정맥에 단내강 정맥 카테터(16-18G)를 삽입하여 지속적인 수액 투여, 프로포폴의 연속 속도 주입(CRI) 및 필요에 따라 약물 주입을 수행합니다.
7. 지속적인 혈압 모니터링을 위해 이동맥에 동맥선(22-24G)을 배치합니다.
8. 비침습적 혈압 측정을 위해 오른쪽 앞다리에 혈압 커프를 배치하고, 산소 포화도를 모니터링하기 위해 귀나 혀에 클립을 배치하고, 네 팔다리 모두에 심전도(ECG) 리드를 배치합니다.
9. 시술 중에는 100% O₂ 및/또는 프로포폴 CRI(20-45 mg/kg/h)와 함께 흡입 이소플루란 1%-3%를 사용하여 마취를 유지합니다.
10. 표준 멸균 방식으로 클로르헥시딘 기반 프렙 및 드레이프를 사용하여 수술 부위를 무균 세척합니다.
11. 절개 전에 항생제 예방을 위해 세파졸린(25mg/kg)을 투여하고 필요에 따라 수술 중 4시간마다 재투여합니다.
12. 절개 전에 계획된 모든 절개 부위에 부피바카인 0.25%와 같은 국소 마취제의 피하 주사를 투여합니다.

2. 텔레메트리 장치 준비

1. 텔레메트리 소프트웨어 프로그램을 열고 원래 포장에 밀봉된 상태에서 자석 스위치를 사용하여 텔레메트리 장치를 켭니다.
2. 소프트웨어 프로그램 내에서 상단 표시줄에 있는 하드웨어를 클릭하고 CLC(PhysioTel Digital) 구성 편집을 선택하여 텔레메트리 장치를 CLC(통신 링크 컨트롤러)에 할당합니다.
3. CLC를 선택하면 CLC 세부 정보 페이지가 열립니다. 이 페이지에서 임플란트 검색을 클릭하면 근처에서 켜져 있는 임플란트 장치에 대한 검색이 시작됩니다.
4. 추가를 클릭하여 원격 측정 단위를 Implants Selected(임플란트 선택됨) 목록에 추가합니다. 이제 장치가 CLC 세부 정보 페이지의 구성된 임플란트 목록 아래에 나타납니다. Save and Exit(저장 후 종료)를 클릭합니다.
5. Sampling Control 탭에서 원격 측정 단위의 이름 옆에 있는 Play 버튼을 눌러 데이터 수집을 시작합니다. 실시간 데이터 수집을 표시하는 그래프가 자동으로 열립니다.
6. 외부 포장에서 장치를 제거하고 멸균 내부 포장으로 수술대 위에 놓습니다.
7. 장치가 내부 포장에 남아 있는 동안 장치를 0으로 만듭니다. 장치의 측정이 30초 동안 안정될 때까지 기다렸다가 안정화된 NPMN(Non-pulsatile Mean) 압력 값을 오프셋으로 사용합니다.
8. Subject Setup(주제 설정) 내에서 0화되는 매개변수 옆에 있는 설정 아이콘을 선택하고 Offsets(오프셋) 탭을 엽니다. NPMN 측정에서 얻은 오프셋 값을 텍스트 상자에 입력합니다.
9. 오프셋을 입력한 후 NPMN 판독값이 0 ± 0.1mmHg인지 확인합니다. 그렇지 않은 경우 값이 원하는 범위 내에 있을 때까지 2.7단계를 반복합니다.
10. 두 압력 채널 모두에 대해 2.7-2.9단계를 수행합니다.
11. 압력 감지 카테터를 혈관에 삽입하기 전에 팁을 두드려 해당 채널을 식별합니다. 탭은 파형 출력에서 분명해집니다.
12. 동맥압 측정을 위해 좌심실 압력(LVP) 채널에 해당하는 카테터를 사용하고 정맥압 측정을 위해 혈압(BP) 채널을 사용합니다.
13. Blood Pressure Analysis Attributes(혈압 분석 속성) 대화 상자의 Standard Attributes(표준 속성) 탭에서 BP 채널의 최소 펄스 높이를 1mmHg로 설정합니다.

3. 방법 1 : 대퇴 동맥 및 정맥 캐뉼레이션

1. 오른쪽 사타구니 주위와 복부와 가슴 주위를 넓게 둘러싸고 양을 면도합니다.
2. 유연한 천 벨트를 사용하여 앞다리를 구부리고 뒷다리를 뻗어 사타구니에 접근할 수 있도록 슬립노트 넥타이를 사용하여 연장한 상태로 양과 함께 수술대에 누운 양을 놓습니다(그림 1A).
3. 서혜부 주름 아래 약 1cm 떨어진 만져지는 대퇴 동맥 중심의 오른쪽 서혜부 부위에 5cm 가로 절개를 만듭니다.
4. 전기 소작술과 둔기 박리를 함께 사용하여 피하 조직을 통해 대퇴 삼각형까지 절개합니다. 동맥 맥박을 촉진하여 대퇴 혈관을 찾습니다.
5. 대퇴 혈관을 노출시키기 위해 근섬유의 방향을 따라 sartorius 근육과 adductor longus muscle 사이를 나눕니다(그림 1B).
6. 뭉툭한 박리와 날카로운 절개를 조합하여 대퇴 혈관에서 결합 조직을 원주적으로 제거합니다.
7. 임시 혈관 결찰을 위해 캐뉼레이션 부위의 근위부와 원위부에 있는 두 혈관에 이중 고리가 있는 2-0 실크 넥타이를 통과시킵니다.
8. 서혜부 주름에서 약 3cm 위 오른쪽 하복부의 피부를 통해 6cm의 가로 절개를 만듭니다.
9. 전기 소작술과 둔기 박리를 함께 사용하여 피하 지방과 결합 조직을 통해 절개하여 외부 비스듬한 표면 6cm x 4cm 주머니를 만듭니다.
10. 원격 측정 장치를 피하 주머니에 삽입하고 2-0 실크 봉합사를 사용하여 제자리에 고정합니다(그림 1C).
11. 원격 측정 장치 안테나를 피하 조직 아래에 터널을 뚫고 2-0 실크 봉합사를 사용하여 제자리에 고정합니다.
12. 생체 전위(ECG) 리드를 배치하려면 가슴 하단과 위쪽뿐만 아니라 중복부 및 하복부 위의 피부를 1cm 카운터 절개합니다. 피하 터널을 통해 이러한 절개 부위를 장치 본체 포켓에 연결하고 ECG 리드를 원하는 위치로 안내합니다.
13. 흉골 아래쪽 왼쪽에 있는 피하 조직에 양극을 놓습니다. 실리콘 튜브가 제거되어 아래에 있는 강선 끝이 보이는지 확인합니다.
14. 상부 흉골 오른쪽에 있는 피하 조직에 음극을 놓습니다.
15. 두 리드에 대한 과도한 배선은 2-0 실크 봉합사를 사용하여 피하 위치에 감겨 고정할 수 있습니다.
16. 하복부 장치 포켓에서 서혜부 절개 부위까지 피하 터널을 만들고 두 개의 압력 카테터를 끼웁니다.
17. 대퇴 동맥과 정맥의 캐뉼레이션 부위 주위에 6-0 폴리프로필렌 봉합사를 사용하여 지갑 끈 스티치를 배치하고 플라스틱 지혈대를 사용하여 고정할 수 있습니다.
18. 카테터 젤 팁을 비압축성 고점도 젤로 채워 카테터 팁 내부의 응고를 방지하고 기포가 없도록 합니다.
19. 캐뉼레이션 3분 전에 헤파린 정맥 주사(100단위/kg)를 투여합니다.
20. 대퇴 동맥 주위의 근위 및 원위 2-0 실크 지혈대를 조입니다. #11 블레이드 메스를 사용하여 지갑 끈 스티치 중앙의 혈관을 조심스럽게 절개하고 구부러진 지혈기 끝으로 약간 확장시킵니다.
21. LVP 채널에 해당하는 압력 카테터를 삽입하고 복부 대동맥으로 전진시켜 근위 실크 지혈대를 풀어 카테터가 통과할 수 있도록 합니다. 지갑 끈 봉합사를 조이고 카테터 주위에 묶습니다.
22. BP 채널에 해당하는 압력 카테터를 사용하여 대퇴 정맥 삽관에 대해 3.20 및 3.21 단계를 반복하고 복부 IVC로 전진시킵니다(그림 1D).
23. 형광투시법을 사용하여 카테터 팁이 IVC와 대동맥에 적절하게 위치했는지 확인합니다.
24. 2-0 흡수성 봉합사를 사용하여 사토리우스 근육을 다시 만듭니다.
25. 각각 3-0 및 4-0 흡수성 봉합사를 사용하여 깊은 피부 및 피하 봉합사로 피부를 봉합합니다.

4. 방법 2 : 경동맥 및 내부 경정맥 캐뉼레이션

1. 왼쪽 목 주위와 가슴 위로 넓은 둘레로 양을 면도합니다.
2. 가슴을 노출시키기 위해 슬립매듭 넥타이를 사용하여 왼쪽 앞다리를 구부리도록 고정한 상태에서 수술대 위의 오른쪽 측면 욕창에 양을 배치합니다(그림 2A).
3. 좌측 경동맥과 IJ 정맥 위로 5cm의 세로 피부 절개로, 흉곽에서 약 7cm의 두개골을 절개합니다.
4. 전기소작술을 사용하여 피하 지방, 결합 조직 및 판형질을 통해 절개하여 목 혈관을 노출시킵니다(그림 2B).
5. 무딘 절제와 날카로운 절제의 조합을 사용하여 왼쪽 경동맥과 IJ 정맥의 결합 조직을 원주적으로 제거합니다.
6. 임시 혈관 결찰을 위해 캐뉼레이션 부위의 근위부와 원위부에 있는 두 혈관에 이중 고리가 있는 2-0 실크 넥타이를 통과시킵니다.
7. 견갑골과 경추 사이의 왼쪽 목 기저부를 6cm 길이로 절개합니다.
8. 전기 소작술과 둔기 박리를 함께 사용하여 피하 지방과 결합 조직을 통해 절개하여 척추 쪽으로 뻗어 있는 6cm x 4cm 주머니를 만듭니다.
9. 원격 측정 장치를 피하 주머니에 삽입하고 2-0 실크 봉합사를 사용하여 제자리에 고정합니다.
10. 원격 측정 장치 안테나를 피하 조직 아래에 터널을 뚫고 2-0 실크 봉합사를 사용하여 제자리에 고정합니다.
11. ECG 리드를 배치하기 위해 목 아래쪽과 왼쪽 아래 및 오른쪽 위 가슴에서 1cm 카운터 피부 절개를 만듭니다. 피하 터널을 통해 이러한 절개 부위를 장치 본체 포켓에 연결하고 ECG 리드를 원하는 위치로 안내합니다(그림 2C).
12. 대퇴 임플란트 시술에 대해 위에서 설명한 단계와 유사하게 ECG 리드를 배치합니다(섹션 3).
13. 측면 장치 포켓에서 목 내측 절개부까지 피하 터널을 만들고 두 개의 압력 카테터를 끼웁니다. 대퇴 임플란트 절차에 자세히 설명된 대로 삽관 전에 젤을 사용하여 이러한 압력 카테터를 준비합니다.
14. 6-0 폴리프로필렌 봉합사를 사용하여 두 혈관의 캐뉼레이션 부위 주위에 지갑 끈 스티치를 놓고 플라스틱 지혈대로 고정합니다.
15. 캐뉼레이션 3분 전에 헤파린 정맥 주사(100단위/kg)를 투여합니다.
16. 경동맥 주위의 근위부 및 원위 2-0 실크 지혈대를 조입니다. #11 블레이드 메스를 사용하여 지갑 끈 스티치 중앙의 혈관을 조심스럽게 절개하고 구부러진 지혈기 끝으로 약간 확장시킵니다.
17. LVP 채널에 해당하는 압력 카테터를 삽입하고 흉부 상행 대동맥으로 전진시켜 근위 실크 지혈대를 풀어 카테터가 통과할 수 있도록 합니다. 지갑 끈 봉합사를 조이고 카테터 주위에 묶습니다.
18. BP 채널에 해당하는 압력 카테터를 사용하여 왼쪽 IJ 정맥의 캐뉼레이션을 위해 4.16 및 4.17 단계를 반복하고 흉부 SVC로 전진시킵니다.
19. 형광투시법을 사용하여 흉부 SVC 및 상행 대동맥에서 카테터 팁의 적절한 위치를 확인합니다(그림 2D).
20. 2-0 흡수성 봉합사를 사용하여 판형근을 재근사화합니다.
21. 각각 3-0 및 4-0 흡수성 봉합사를 사용하여 깊은 피부 및 피하 봉합사로 피부를 봉합합니다.

5. 회복

1. 마취제를 중단하십시오. 구위관을 제거하고 양이 인공호흡기의 도움 없이 숨을 쉴 때 발관합니다. 이것은 일반적으로 양이 각성의 징후(움직임, 눈 깜박임, 고통스러운 자극에 대한 반응, 턱 긴장도, 씹기)를 보인 후에 발생합니다.
2. 동맥선을 제거하십시오.
   알림: 압력 카테터 중 하나가 대동맥에 삽입된 경우 원격 측정 장치에서 지속적인 혈압 모니터링을 제공할 수 있습니다.
3. 회복을 위해 양을 외딴 수용 시설로 옮깁니다. 양들이 흉골 누운 자세를 유지하고 결국에는 서 있도록 도와주세요.
4. 수술 후 통증을 위해 바나민(2.2mg/kg) 및 피하 부프레노르핀 SR(0.03mg/kg)을 정맥 주사합니다.

수술 결과
총 13마리의 양이 우심방에서 SVC와 IVC를 모두 분리하는 전체 동굴 연결, SVC에서 PA로 직접 종단 간 문합, IVC와 PA 사이에 심장 외 도관을 배치하는 등의 단일 단계 Fontan 수술을 받았습니다. 양은 평균 연령 13.3± 7.6개월에 이 절차를 거쳤습니다. 이 중 3마리의 양은 복부 대동맥과 IVC에 압력 감지 카테터를 삽입하여 무선 원격 측정 장치 이식을 받았습...

우리는 무선 원격 측정 장치를 양 모델에 이식하기 위한 두 가지 수술 방법을 개발했습니다. 이 장치는 5마리의 양에게 성공적으로 이식되어 심박수, 동맥 혈압, 복부 IVC 및 흉부 SVC의 국소 정맥압을 포함한 여러 심혈관 매개변수를 지속적이고 장기간 모니터링하고 기록했습니다. 모든 양들은 장치 이식 수술에서 큰 합병증 없이 살아남았고, 한 달 후 1단계 폰탄 수술을 받...

이 프로젝트는 캘리포니아 팔로알토에 있는 Additional Ventures Cures Collaborative의 자금 지원을 받았습니다.

Animal Research Core의 헌신적인 수의사 직원들에게 감사드립니다. 우리는 또한 연구 전반에 걸쳐 그녀의 귀중한 전문 지식과 세심한 보살핌에 대해 Mary Walker, DVM, MS에게 감사를 표하고 싶습니다.