ПРОВЕДЕНИЕ ИНФУЗИЙ И ЗАБОР КРОВИ У ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ НА ПРИВЯЗИ

article description image

Метод проведения инфузий “на привязи” часто используется при работе с лабораторными животными. Особенно широко его применяют у крыс.  Такой метод парентерального доступа может использоваться у мелких и крупных лабораторных животных, однако изначально он разрабатывался специально для экспериментов на крысах. На сегодняшний день это единственный метод, позволяющий получать длительный парентеральный доступ у крыс. Кроме того, использование привязи и упряжи позволяет проводить забор проб крови или других биологических жидкостей, но данная возможность используется реже, чем простое проведение инфузий. Данная технология редко используется у животных больших размеров, у которых чаще применяют “амбулаторное” введение препаратов, обычным методом, что снижает уровень стресса, возникающего при использовании «привязи”. Несмотря на это, отсутствие инфузионных насосов для применения без привязи делает метод единственной выбором при работе с крысами.

Системы для проведений инфузий и забора проб крови на привязи состоят из следующих компонентов:

· Катетер
· Упряжь, сбруя или привязь, подкожное устройство для инфузий, манжета для хвостового катетера и пружинная защита
· Пружинная защита и крепежная система
· Вертлюг
· Инфузионный насос (для инфузий)
· Трубчатые магистрали (от животного к вертлюгу и от вертлюга к насосу)
· Система автоматического забора проб крови Accusampler Standard (для забора крови)

 

Катетер

Катетер является самым важным компонентом любой системы для инфузий или забора крови. Нарушение проходимости катетера или другие неполадки, связанные с ним, приводят к изъятию животного из исследования, в то время как проблемы, связанные с другими компонентами системы, могут быть устранены путём замены необходимой части, с сохранением участия животного в эксперименте. С начала использования систем для инфузий на привязи сами катетеры изменились незначительно. Основными материалами для их производства служат силикон (SIL) и полиуретан (PU), в некоторых лабораториях могут использоваться катетеры из полиэтилена (PE) и поливинилхлорида (PVC). Наиболее значимыми изменениями в конструкции катетеров стало использование закруглённых или конических кончиков катетера, вводимых в сосуд, и нанесение на поверхность катетера покрытий, совместимых с кровью (гепарин и пр. материалы).

Материал, из которого изготовлен катетер, является важным фактором при планировании исследований. Этому есть несколько причин:

· Совместимость с кровью
· Способность адсорбировать и абсорбировать экспериментальные препараты из раствора
· Проницаемость для газов
· Жёсткость
· Возможность нанесения совместимых с кровью покрытий

Таблица 1 представляет особенности наиболее часто использующихся материалов для производства катетеров.

 

Силикон (SIL)

Полиуретан (PU)

Полиэтилен (PE)

Поливинилхлорид (PVC)

Совместимость с кровью

Отличная

Отличная

Средняя

Средняя

Совместимость с тестовыми препаратами

Возможны перекрёстные реакции

Возможны перекрёстные реакции

Инертный

Возможны перекрёстные реакции

Мягкость/Жёсткость

Мягкий

Мягкий и жёсткий

Жёсткий

Мягкий или жёсткий

Закруглённый наконечник

Есть

Есть

Нет

Нет

Наличие разных размеров

Большой выбор

Большой выбор

Большой выбор

Небольшой выбор

Сопротивляемость натяжению

Плохая

Хорошая

Отличная

Отличная

Покрытие

Нет

Гепарин и любриканты

Нет

Нет

 

Силикон, полиэтилен и поливинилхлорид используются для производства катетеров много лет. Использование полиуретана росло последние два десятилетия, благодаря хорошей совместимости с кровью, хорошему балансу между мягкостью и жёсткостью, хорошей сопротивляемости натяжению и доступности. Полиуретан предпочтителен из-за его “природной” совместимости с кровью, по сравнению с другими материалами (его часто используют при производстве компонентов искусственного сердца). Совместимость с кровью может быть улучшена нанесением покрытий, описанных в данной статье. Кроме того, помимо совместимости с организмом животного исследователи должны проверять совместимость катетера с растворами для инфузий. Некоторые вещества могут адсорбироваться на катетере или абсорбироваться материалами, из которого катетер изготовлен. Более того, некоторые вещества могут привести к попаданию компонентов материала, из которого изготовлен катетер, в кровоток. Исследования совместимости катетеров с исследуемыми веществами проводятся в условиях in vitro.

Так как катетер обычно подключается напрямую к животному и вертлюгу, следует учитывать тот факт, что материалы, из которого изготавливаются катетеры, имеют различную проницаемость для газов. В результате некоторые вещества могут проникать через стенку катетера (испаряться), особенно если инфузия проводится медленно или периодически останавливается. Кроме того, при отсутствии инфузии, часть раствора может улетучиваться через стенки катетера, что приводит к попаданию крови в освободившийся объём через кончик катетера с образованием тромба, нарушающего проходимость. Полиуретан и силикон имеют относительно высокую проницаемость. Риск испарения растворов и веществ может быть снижен, если использовать подкожный порт для парентерального доступа.

Жесткость катетера имеет интересное побочное действие – более жёсткие катетеры чаще провоцируют образование тромбов, но легче имплантируются. Более мягкие катетеры реже приводят к образованию тромба, но их тяжелее установить в вену, особенно у грызунов. Причина в более высокой травматичности жёстких катетеров, приводящих к повреждению интимы сосудов во время имплантации, что провоцирует образование тромба. Так как жёсткость катетеров, изготовленных из полиуретана, можно изменять в широких пределах, производители катетеров из этого материала имеют возможность сохранять баланс между жёсткостью и мягкостью. Силиконовые катетеры обычно имеют более мягкую консистенцию. Полиэтиленовые катетеры самые жёсткие. Катетеры из поливинилхлорида могут быть как мягкими, так и жёсткими, но по сравнению с ними катетеры из полиуретана имеют самый оптимальный баланс жёсткости и мягкости.

Катетеры из силикона, полиуретана и полиэтилена изготавливаются различного диаметра (см. Табл. 2) и подходят для большинства лабораторных животных. Катетеры из поливинилхлорида производятся с небольшим выбором размеров.

Внутрисосудистый конец катетера обычно называют наконечником или дистальным концом. Наконечники производятся закруглёнными,  срезанными под прямым углом (тупыми), или с косым срезом (под углом 45 градусов). Некоторые исследователи отмечают, что во время экспериментов на овцах и крысах катетеры с круглыми наконечниками реже приводят к тромбообразованию, по сравнению с катетерами с тупым или косым срезом. В результате катетеры с круглыми наконечниками позволяют проводить более длительные инфузии и меньше влияют на физиологию животных (например, реже забиваются сгустками крови, реже приводят к тромбозу сосудов, тромбоэмболии). Катетеры с закруглёнными наконечниками сложнее в производстве, особенно если делать это самостоятельно. Однако такие катетеры производятся компаниями специализирующимися в области лабораторного оборудования из полиуретана и силикона. Исследователи, изготавливающие катетеры самостоятельно, из бухт заготовок для катетеров, вынуждены использовать катетеры только с прямым или косым срезом наконечника. Рисунок 1 показывает геометрию трёх видов наконечников катетеров.

 

                                         Рис.1 Типы наконечника катетеров

Способность выдерживать натяжение является другой важной характеристикой катетера. Особенно важно учитывать это при проведении экспериментов на грызунах, так как катетеры меньшего размера имеют тонкие стенки, которые легко рвутся. Силикон имеет наименьшую сопротивляемость натяжению и может разорваться или лопнуть, начиная с небольших размеров (1.5-3.5 по Французской системе измерения размеров катетеров). Большие катетеры из силикона имеют более толстые стенки и рвутся реже. Другие материалы для изготовления катетеров имеют хорошую или отличную сопротивляемость натяжению.

Полиуретановые катетеры выпускаются со специальным покрытием предназначенным для улучшения совместимости материала, из которого они изготовлены, с кровью. Использование полиуретановых катетеров с покрытием из гепарина, связанного с материалом ковалентной связью, приводит к значительному улучшению проходимости. При этом прослеживается явная тенденция к снижению инфекций, связанных с использованием катетера, уменьшается травматизация стенок сосудов. Полиуретановые катетеры с покрытием, уменьшающим трение, разработаны таким образом, чтобы снизить вероятность адгезии компонентов крови и микроорганизмов на внутренних стенках.

 

Вид животных

Наружный диаметр катетера

Мышь

1.5-2 F/0.5-0.7 мм

Крыса

2-3.5 F/0.7-1.2 мм

Кролик

3.5-5 F/1.2-1.7 мм

Собака

5-7 F/1.7-2.3 мм

Нечеловеческие приматы (<3 кг)

3-3.5 F/1-1.2 мм

Нечеловеческие приматы (>3 кг)

3.5-5 F/1.2-1.7 мм

F – размер катетера по Французской системе измерения размеров катетера

 

Упряжь, подкожное устройство "пуговица", хвостовая манжета для катетера

Упряжь, жилет, "пуговица" и хвостовая манжета служат для защиты места имплантации катетера и снижения уровня стресса, связанного с привязью и ограничением подвижности животного. Эти приспособления, кроме хвостовой манжеты, позволяют имплантировать внутрисосудистую часть катетера через область лопатки животного. Хвостовая манжета (рис. 2) позволяет отвести катетер, устанавливаемый в хвостовую вену животного. Жилет для крыс (рис. 3)  изготовлен из ткани или нейлона и имеет два выреза для передних конечностей. Он надевается вокруг грудной клетки и спины, имеет усиленную область над выводом для катетера, присоединяемую к привязи. Упряжь (рис. 4) имеет схожее с жилетом назначение, но изготавливается из мягкого, эластичного купола, устанавливаемого над областью лопатки, и закрепляется на животном с помощью двух регулируемых резиновых шлеек, оборачиваемых вокруг передних конечностей. Новые модели упряжи содержат магистраль для инфузий, позволяющую быстро подключать и отключать животное от привязи. Подкожное устройство для инфузий "пуговица" (рис. 5) изготавливается из сетки из полиэстера или полисульфона, и подшивается к фасции под кожей животного, позволяя выводить катетер через центральную часть устройства.

                                                     Рисунок 2. Хвостовая манжета

 

                                                     Рисунок 3. Жилеты для разных видов животных

 

                                                     Рисунок 3. Упряжь для крыс

                                                 Рисунок 4. Подкожное устройство "пуговица" .

 

Пружинная защита и оборудование для крепления системы

В системе для внутривенных инфузий на привязи пружинная защита представляет собой гибкую спираль из проволоки, изготовленную из нержавеющей стали. Ее длина обычно не превышает 30 см. Пружина одним концом крепится к упряжи,  подкожному крепежу «пуговице» и прикрывает собой магистраль или катетер между животным и вертлюгом. Другим концом пружина закрепляется на специальном держателе на вертлюге. Функция пружины – защита катетера и передача крутящего момента, возникающего при поворотах и вращениях животного, на вертлюг. Характеристики пружинной защиты – внутренний диаметр, гибкость, длина и материал, из которого она изготовлена.

Для крепления всей системы над клеткой с животным используется специальная рычажная система коромыслового типа с противовесом. Её использование предпочтительней неподвижного монтажа вертлюга в месте содержания животного, так как данная конструкция компенсирует изменения в натяжении пружинной защиты. В дополнение к этому, противовес снижает нагрузку на животное, возникающую из-за использования пружины и вертлюга.

                       Рисунок 5. Клетка для проведения инфузии/забора крови с сборе

 

Вертлюг (свивел)

Вертлюг – самый важный компонент системы после катетера, устанавливающийся в цепи между животным и инфузионным насосом. Он работает как вращающееся соединение между катетером и магистралью для провода жидкости поступающей от насоса к катетеру. Без использования вертлюга животное значительно стеснено в движениях, а магистрали  легко перегибаются, что приводит к полному или частичному нарушению проходимости системы. Корпус вертлюга изготавливается из пластика или нержавеющей стали. Внутренние трубки  и подшипники  -  из нержавеющей стали. Герметичность соединения обеспечивается тефлоновой прокладкой. Детали, соприкасающиеся с жидкостью, изготавливаются только из нержавеющей стали и тефлона. Для введения веществ несовместимых с нержавеющей сталью (например, при микродиализе) изготавливаются специальные вертлюги из диоксида кремния.

Вертлюги делятся на следующие категории: одноразовые (из пластика) и многоразовые (из нержавеющей стали), одноканальные и многоканальные. Во всех случаях необходимо учитывать размер вертлюга и размер катетера/магистрали, чтобы получить надёжные соединения между этими компонентами.

В лабораториях с высоким оборотом животных предпочтительно использование пластиковых вертлюгов из-за отсутствия необходимости тратить много времени и труда на очистку и подготовку многоразовых соединений для повторного использования. Пластиковые вертлюги обычно позиционируются как одноразовые, однако фактически их используют несколько раз. Вертлюги из нержавеющей стали обычно имеют более высокое качество изготовления, что продлевает их срок службы в условиях интенсивного использования и повторных стерилизаций. Срок службы заканчивается при начале утечек из него жидкости (что увеличивает риск инфицирования), при закупорке и нарушении проходимости системы, а также при значительном увеличении силы, необходимой для поворота шарнира.

Одноканальные вертлюги используются чаще всего для большинства внутривенных инфузий, для изучения эффектов одного вещества. Двухканальные варианты позволяют вводить несколько веществ или проводить одновременный с инфузией забор крови, или же проводить мониторинг кровяного давления. Вертлюги с тремя или более каналами имеют высокую стоимость и часто протекают. Эти устройства имеют несколько каналов для разных жидкостей и позволяют изучать эффекты нескольких экспериментальных препаратов, или же предназначаются для измерения нескольких физиологических параметров во время инфузии. Такие специализированные  системы компенсируют движения животного и обеспечивают вращение нескольких различных компонентов системы, а не только катетеров.

Вертлюги стандартной одноканальной конструкции представляют собой баланс между способностью вращаться и герметичностью. При увеличении защиты от протечек используются более мощные прокладки, что приводит к увеличению усилий, необходимых для вращения. Следовательно, такие устройства сильнее сопротивляются движениям животных. Небольшие каналы для жидкостей позволяют, в свою очередь, создавать более подвижные устройства, так как в них не требуется герметичность на протяженном участке канала. Кроме того, необходимо иметь в виду, что усилия, требуемые для вращения вертлюга, возрастают с увеличением числа каналов.

                                                Рисунок 6. Вертлюги из пластика.

                                            Рисунок 7. Вертлюги из нержавеющей стали

 

Насосы для проведения инфузий

Инфузионные насосы являются сложными электромеханическими устройствами, имеющими микропроцессор, позволяющий программировать работу и контролировать её с персонального компьютера.  Чаще всего для инфузий на привязи у крыс используют шприцевые инфузионные насосы, реже - перистальтические насосы. Шприцевые насосы хорошо подходят для инфузий с низкой скоростью, так как ограниченный объём шприца делает высокую скорость введения раствора непрактичной. Для введения раствора с высокой скоростью лучше подходят перистальтические насосы, позволяющие использовать большие объемы жидкости для инфузий.

Шприцевые насосы позволяют использовать пластиковые и стеклянные шприцы, что снижает стоимость их использования. Стеклянные шприцы имеют более высокую точность введения по сравнению с дешёвыми пластиковыми шприцами. На рынке представлен широкий выбор различных шприцевых насосов. Кроме того, помимо насосов, изготавливаемых и позиционируемых исключительно для лабораторного применения, существует множество насосов, применяющихся для лечения людей, и подходящих для лабораторного применения в качестве вторичной области использования. Шприцевые насосы могут быть предназначены как для работы с одним шприцем, так и с несколькими. Точность подачи подобных устройств колеблется в пределах +/-1%.

Перистальтические насосы позволяют вводить вещества из пакета с раствором объёмом до 1 литра и больше. Обычная скорость введения >1 мл/час. Магистрали для перистальтических насосов подходят только для “родного” устройства и могут использоваться повторно. Стоимость эксплуатации перистальтического насоса может быть выше по сравнению со шприцевым , так как пластиковые шприцы намного дешевле. Точность данного класса устройств колеблется в пределах +/- 5%.

 

 

                                              Рисунок 8. Шприцевые насосы

 

                                              Рисунок 9. Перистальтический насос

 

Магистрали

Магистрали используются для соединения катетера и вертлюга, а также вертлюга и инфузионного насоса. Выбор материала, из которого изготавливаются магистрали не так важен, как выбор материала катетера. Обычно используется полиуретан, силикон, полиэтилен и поливинилхлорид. Часто рекомендуется использовать магистраль и катетер из одного материала, чтобы снизить вероятность возникновения проблем совместимости с вводимыми соединениями.

 

Система автоматического забора проб крови

Последние несколько лет технология автоматического забора проб крови была выведена на рынок лабораторного оборудования. Концепция использования данных устройств позволяет проводить забор проб крови из организма животного без вмешательства человека, за исключением первоначальной настройки системы. Метод позволяет снизить уровень стресса, испытываемого животным при контакте с персоналом лаборатории. Кроме того, применение автоматики увеличивает точность и эффективность процедуры, снижает трудозатраты. Применение данной технологии особенно удобно при масштабных испытаниях тестовых соединений на большом числе животных, например при исследованиях фармакокинетики в фармацевтической промышленности.

Системы автоматического забора проб крови подключаются к животному через стандартный катетер. В системе используются несколько насосов и клапанов для управления током крови через магистрали системы. Раствор антикоагулянта необходим для профилактики закупорки магистралей системы. Образцы крови хранятся в пробирках на подставке для сбора отдельных фракций с охлаждением. Работа системы контролируется специальным программным обеспечением, позволяющим пользователю программировать такие параметры, как количество проб, время, объём и скорость забора крови. (Ознакомиться с подробным описанием системы забора крови Accusampler Standard).


Источник: T.E.Nolan, M.Loughnane, A.Jacobson.Tethered Infusion and Withdrawal in Laboratory Animals.2008


Все оборудование и расходние материалы, представленные в даннйо статье Вы можете приобрести у нашей компании. Отправить запрос.

ДРУГИЕ СТАТЬИ