깨어 있는 미니피그에서 연구 심초음파를 수행하기 위해 제작된 간단한 카트 구조와 건물 고려 사항, 훈련 기술 및 대표적인 초음파 이미지가 설명됩니다.
심초음파는 초음파를 사용하여 심장 구조와 기능을 비침습적으로 평가하며 심장 평가 및 모니터링을 위한 표준 치료입니다. 미니어처 돼지 또는 미니피그는 의학 연구에서 심장 질환의 모델로 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 돼지는 안전하게 제지하고 다루기가 어렵 기 때문에 악명이 높기 때문에이 종의 심 초음파 검사는 거의 항상 마취 또는 무거운 진정 작용하에 수행됩니다. 마취제와 진정제는 보편적으로 심혈관 기능에 영향을 미치며 심박출량 및 혈압 저하, 심박수 및 전신 혈관 저항의 증가 또는 감소, 전기 리듬의 변화 및 관상 동맥 혈류 변화를 유발할 수 있습니다. 따라서 진정 또는 마취된 심초음파는 대형 동물 모델에서 심장 질환의 진행을 정확하게 묘사하지 못할 수 있으므로 이러한 중요한 연구의 번역 가치가 제한됩니다. 이 논문은 미니피그에서 깨어 있는 심초음파를 가능하게 하는 새로운 장치에 대해 설명합니다. 또한, 혈역학적 변화 마취제 없이 이 통증이 없고 비침습적인 절차를 견딜 수 있도록 돼지를 가르치는 데 사용되는 훈련 기술이 설명되어 있습니다. 깨어 있는 심초음파는 심혈관 연구를 위해 미니피그에서 가장 일반적인 심장 모니터링 테스트를 수행하는 안전하고 실현 가능한 방법입니다.
심부전은 전 세계적으로 3,800만 명의 환자가 유병하는 등 미국 및 해외 의료 기관에 대한 부담이 증가하고 있습니다1. 2020년 전 세계적으로 약 1,900만 명이 심혈관 질환으로 사망했으며, 이는 2010년보다 18.7% 증가한 수치입니다2. 새로운 치료법 개발은 이러한 놀라운 추세를 따라 잡기가 느립니다. 따라서 심부전은 연구의 중요한 영역이며 질병 발달 및 진행을 포착하기 위한 충실도 높은 도구의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다.
심초음파는 현재 심장 질환의 진행을 비침습적으로 측정하는 데 임상적으로 가장 중요한 도구이지만, 대규모 동물 연구 모델에서는 구현이 어려울 수 있다3. 심초음파는 초음파를 사용하여 심장 구조와 기능을 평가하며 심장 평가 및 모니터링을 위한 임상 환경에서 치료의 표준입니다4. 돼지와 같은 심장 질환의 전임상 대형 동물 모델은 기초 과학을 심혈관 치료제 개발로 전환하는 데 중요한 역할을 한다5. 따라서 이러한 치료법을 개발할 때 심초음파를 대형 동물 모델로 번역하는 것이 이 중요한 노력의 중요한 부분입니다.
돼지는 허혈성, 압력 과부하 및 심부전의 빠른 속도 시뮬레이션의 대형 동물 모델로 일반적으로 사용되는 여러 종중 하나입니다 5,6. 돼지는 전임상 연구에서 특히 중요한데, 신경호르몬 보상 기전과 심장 리모델링은 인간의 병태생리학을 밀접하게 반영하기 때문이다 6,7. 최근에는 미니어처 돼지 또는 미니피그가 비만, 고혈압, 고콜레스테롤혈증 및 당뇨병을 동반하여 심장 기능 장애 및 리모델링을 확실하게 초래하는 심장 질환의 다중 동반 질환 모델로서의 가능성을 입증했습니다 8,9.
대부분의 대형 동물에서 심 초음파를 안전하게 수행하려면 무거운 진정 또는 전신 마취가 필요합니다. 그러나, 모든 마취제 및 진정제는 용량 의존적 방식으로 심장 기능을 저하시킨다10,11. 마취제와 진정제는 심박출량과 혈압의 저하, 심박수 및 전신 혈관 저항의 증가 또는 감소, 전기 리듬의 변화, 관상동맥 혈류의 변화를 유발할 수 있다12. 대부분의 경우, 마취제는 교감신경의 긴장도를 감소시켜 정맥 환류를 감소시키며 혈압을 낮춘다13. 중요한 것은 마취제가 심초음파 매개변수에도 영향을 미쳐 동물 모델에서 심장 질환을 모니터링할 때 이 검사의 해석을 복잡하게 만든다는 것입니다 14. 깨어있는 심 초음파는 기본 심장 기능을 가장 가깝게 표현한 것입니다.
깨어 있는 미니피그가 쉽게 받아들일 수 있는 돼지 구속 장치가 여기에 설명되어 있으며, 혈역학적 변화 마취제를 투여할 필요 없이 기본적인 심초음파 모니터링에 사용할 수 있습니다.
심초음파 카트는 중요한 심장 연구 모델인 미니피그에서 심장 구조와 기능을 모니터링하기 위한 쉽게 복제할 수 있는 방법을 나타냅니다. 카트의 참신함은 동물의 심장 기능을 변화시키고 심장 치료의 효과를 평가하는 데 사용되는 측정 값을 변경하는 마취제 또는 진정제를 사용해야 할 필요성과 같은 가장 큰 경고 없이 심초음파 이미지를 캡처할 수 있는 능력에 있습니다. 또한 카트는 안전하고 저렴하며 돼지를 위한 쉬운 훈련 대상입니다.
저자는 먼저 카트의 원하는 기능을 식별한 다음 목수와 긴밀히 협력하여 제품을 설계했습니다. 표준 긍정적 강화 훈련 기술은 돼지가 두려움 없이 수레를 받아들이고 활용하는 방법을 가르치는 데 쉽고 신속했습니다. 초음파 검사를 통해 저자는 나중에 처리할 수 있도록 표준 2차원 심초음파 영상 평면을 신속하게 찾고 기록할 수 있었습니다. 이러한 스탠딩 심초음파 동안 진정제나 마취제가 투여되지 않았기 때문에 비디오와 이미지는 깨어 있는 심장 기능을 나타냅니다.
심 초음파 카트의 제작은 연구 그룹에 중요한 주요 기능 (예 : 크기 조정 가능성, 높이 또는 초음파 프로브 액세스 포인트)을 식별 한 후 숙련 된 목수 또는 핸디맨에게 비교적 간단합니다. 제작 과정에서 카트의 기능을 개별 실험실의 요구에 맞게 변경할 수 있습니다. 재료는 대체로 저렴하며 카트를 제작하면 일반적으로 사용되는 진정제와 마취제로 심초음파를 수행하는 비용을 절약할 수 있습니다.
이 기술의 한계에는 모션과 이미지를 얻기 위한 제한된 시간이 포함되었습니다. 돼지를 제지하기 위해 수레를 다양한 크기로 조정할 수 있고 동물이 돌아설 수 없고 각 방향으로 몇 인치만 움직일 수 있지만 동물은 여전히 수레의 경계 내에서 움직일 수 있었습니다. 농장 동물과 함께 사용되는 것과 같은 헤드게이트, 스퀴즈 슈트 또는 지지대는 추가 훈련을 통해 잠재적으로 더 나은 구속을 제공할 수 있습니다. 유사하게, 성공적인 이미징은 심초음파 검사 중에 사료나 냉동 간식으로 인해 주의가 산만해지는 동물에 의존했습니다. 일반적으로 약 15분의 이미징이 가능했지만 원하는 모든 이미지를 얻기에 항상 충분하지는 않았습니다. 동물이 구속 된 상태에서 먹이통을 쉽게 교체하거나 사료를 추가 할 수있는 능력은 이미징 지속 시간이 길어질 수 있습니다. 마지막으로, 위의 두 가지 한계로 인해 조직 도플러와 같은 보다 민감한 이미징 기술은 스탠딩 심초음파 카트에서 수행하기 어려운 것으로 판명되었습니다.
다른 돼지 실험 모델은 종종 상업적으로 이용 가능한 Panepinto sling17과 같은 비마취 취급 기술을 사용합니다. 그러나 저자들은 슬링 기술이 돼지 훈련에 더 번거롭다는 것을 발견했으며 슬링은 초음파 검사자에게 심초음파에 필요한 이미징 평면에 대한 액세스를 제공하지 않았습니다. 심초음파 카트의 다른 잠재적인 응용 분야에는 복부 초음파 촬영, 피부 병변 관찰 또는 혈관 접근 포트에서 혈액 샘플 채취와 같은 기타 고통스럽지 않은 절차가 포함될 수 있습니다. 저자는 종종 카트를 사용하여 돼지가 심전도를 수행하고 심박 조율기를 프로그래밍하도록 쉽게 제지합니다.
결론적으로, 설명된 깨어 있는 심초음파 기술은 수행하기 쉽고 마취 또는 진정제 사용의 전형적인 심혈관 우울증 없이 심장의 기본적인 초음파 영상을 얻는 데 유용합니다. 이 기술은 마취된 이미지를 큰 동물의 깨어 있는 이미지와 비교하거나 심장 질환 및 실패의 귀중한 돼지 전임상 번역 모델에서 심장 질환 진행을 매일 모니터링하는 데 사용할 수 있습니다.
The authors have nothing to disclose.
이 연구를 위한 자금에는 NIH-T32(TH), R01HL133286(TT.H.), R01HL094414(RMS), R01HL138577(RMS), R01HL159983 및 R21AG074593(RMS 및 TT.H.)가 포함됩니다. 우리는 유타 대학교의 Nora Eccles Harrison 심혈관 연구 및 훈련 연구소 및 비교 의학의 연구 그룹의 모든 구성원, 겸임 연구원 및 직원에게 감사를 표합니다. 또한 귀중한 심초음파 교육과 도움을 주신 Dr. Joseph Palatinus, MD, PhD에게도 감사의 말씀을 전합니다.
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