Hayvan deneyleri ve modelleri Dr Alper Toker İstanbul Üniversitesi İstanbul Tıp fakültesi Göğüs Cerrahisi Anabilim Dalı E-mail: atoker@istanbul.edu.tr GSM: 0090 532 422 38 02 1
Toraks cerrahisinde hayvan deneyleri tıpkı diğer disiplinlerde olduğu gibi bilimsel gelişmenin olmaz ise olmaz parçasıdır. Hayvan deneylerini planlarken gözetilmesi gereken bazı kurallar Tablo 1 de verilmiştir. Tablo 1: Deneysel model oluştururken dikkat edilmesi gereken kurallar Deneysel model (Leader&Padgett) (1) 1-İncelenen hastalığı ve lezyonları doğru şekilde taklit etmelidir. 2-Çok sayıda araştırıcı tarafından kullanılabilmelidir. 3-Taşınabilir olmalıdır. 4-Eğer incelenen hastalık kalıtımsal ise, modelin uygulandığı tür, her doğumda çok yavru verebilmelidir. 5-Hayvan çok sayıda biyopsi yapılabilecek kadar büyük olmalıdır. 6-Laboratuarların çoğunluğunda bulunan hayvan bakım yerlerine uygun olmalıdır. 7-Hayvan araştırıcıların çoğunluğu tarafından rahatça kullanılabilmelidir. 8-Çok sayıda türde bulunabilmelidir. 9-Modelde kullanılan hayvanlar, deneylerin tamamlanmasına yetecek kadar uzun yaşamalıdır. Deney hayvanın türü konusunda seçim genellikle araştırmacının ilk sorusu olmaktadır. Bu konuda göz önüne alınması gerekenler araştırmacının laboratuar imkanları ve yaratacağı model ile ilgilidir. Örneğin laboratuarında uzun dönem bakım sağlayamayacak bir araştırmacı için model erken sonuca ulaşabilecek bir yöntem olmalıdır. Deneyin hemen sonrasında hayvanın sağ olup olmaması, alınacak kan veya dokuda biyokimyasal analizler, akciğer ventilasyon basıncı ya da kompliansa yönelik incelemeler, hemodinamik parametreler, kan gazı analizleri ve patolojik inceleme gibi deneyin hemen arkasından yapılabilen incelemeleri araştıran bir çalışma yaratılabilir. Küçük hayvan ventilasyonunu sağlayacak sistemi olmayan bir araştırmacı, eğer büyük hayvan ventilasyon sistemi var ise büyük hayvan ile deney tercih yöntemi olabilir. Ama büyük hayvan temini, korunması, beslenmesi ve operasyonu ile daha komplike bir durum ortaya çıkmasına yol açar. Örneğin büyük hayvan operasyonu gerçekleştirmek için, aynı insanda uygulanan sistem ve insan kaynağı gerekliliği göz önünde tutulmalıdır. Küçük hayvanlar genel olarak daha ucuz, daha 2
rahat bulunan, daha kolay bakılabilen tür oldukları için günümüzde öncelikle tercih edilmektedirler, ama bu hayvanlarda problem mikrocerrahi tekniğin gerekliliğidir. Küçük hayvanda invazif monitorizasyon başarı ile yapılsa da hem öğrenmesi, hem de pratik uygulaması zaman alan bir işlem olmaktadır. Tekniği mükemmel hale getirmeden deneylere başlanması yanıltıcı sonuçlar elde edilmesine yol açabilir. Uygulanması planlanan araştırma öncelikle pilot çalışma şeklinde olmalı ve hayvanın anesteziye ve uygulanacak cerrahi prosedüre dayanıp dayanmayacağı izlenmelidir. En uygun modelin hangisi olduğu ise ardından gelen soru olmaktadır. Büyük hayvan deneyleri Büyük hayvan cerrahi deneylerinde kardiyovasküler ve pulmoner anatomi ve fizyoloji açısından insana en fazla benzerlik gösteren hayvan domuzdur. Bu hayvan ayrıca koroner arter, majör vasküler ve pulmoner yapılar benzerliği sebebiyle büyük hayvan deneylerinde sık tercih edilmektedir. Domuzlar yapılacak olan operasyona uygunluğuna bağlı olarak 25-30 kg ile 120 kg arasında değişen boyutlarda olabilir. Transportu sırasında bu konuda tecrübeli en az 2 görevli ve ketamin enjeksiyonu gereklidir. İnvazif monitorizasyon entübasyon sonrasında yapılmaktadır. Bu konuda kendi deneyimimiz, kulak veninden açılan damaryolu vasıtasıyla sağlanan sedasyon sonrasında, entübasyon 6-8 nolu entübasyon tüpleri ile yapılabileceği şeklindedir. Larenksi derindedir ve bu hayvanı bilen bir anestezist tarafından entübe edilebilir. Trakeası kilo ve boyuna göre uzundur ve translarengeal yöntemlerle entübasyonuyla tek akciğer ventilasyonu sağlanması klasik çift lümenli tüplerle mümkün değildir. Tek akciğer ventilasyonu sağlamak için biz trakeotomi açarak buradan çift lümenli tüp yerleştirmekteyiz. Çift lümenli tüp ile ventilasyon 26 28 nolu entübasyon tüpleri ile sağlanabilir. İnvazif monitorizasyonda sağ ya da sol servikal insizyonla karotid arter kanülasyonu ve juguler vene santral kateter uygulaması yaptıktan sonra denek majör operasyona hazır hale gelir. İdrar sondası anestezi süresi uzun süreli deneylerde mutlaka takılmalı bunun için de sistostomi uygulanmalıdır. Bizim çalışmalarımıza göre domuz anatomik benzerlik sebebiyle açık cerrahide majör operasyon uygulanabilecek iyi bir büyük hayvandır. Ancak lateral torakotomi kaburgalarının genişliği, interkostal alanın darlığı, sebebiyle iyi bir görüntü sağlanmasına engel olabilir. Torakotomi açarken domuzda özellikle altta kalan tarafın altına bir yükseklik koyarak üst toraksı daha konveks hale getirmek torakotomiyi kolaylaştırabilir. Torakotomi interkostal aralığa paralel 3
olarak yapılmalıdır. Bu insizyon kaburgaların pozisyonundan dolayı oblik olacaktır. Domuzda median sternotomi diğer birçok hayvanın aksine hayvanların sağ kalması istenen çalışmalarda tercih edilen bir insizyondur. Bu nsizyon açılırken 4-7. İKA ta kalbe dikkat edilmelidir. Domuzlarda kalp ve akciğerler özellikle de küçük çiflik hayvanlarında çok ince olduklarından hassas davranmak gerekmektedir. Küçük sert müdahelelerle kolaylıkla yırtılarak deney sırasında ölüme yol açabilir (2). Ancak videotorakosopik yöntem uygulamalarında göğüs kafesinin uzun olması ve kostalar arasının dar ve rijid olması ve özellikle sırt bölgesinde kas ve yağ tabakasının fazlalığı sebebiyle pek tavsiye edemeyeceğimiz bir hayvan olmayabilir. Domuz havayolunun en önemli özelliklerinden birisi de sağ da hemen her zaman trakeadan çıkan bir bronş (Trakeal bronkus) ve burasının ventile ettiği bir akciğer parankimi olmasıdır. Bu yüzden akciğer nakli gibi majör deneysel prosedürlerde sol torakotomi ve sol akciğer nakli tercih edilmelidir. Alternatif olarak büyük hayvan deneylerinde köpekler ve koyunlar da kullanılmaktadır. Bazı transplantasyon merkezlerinde insana olan benzerliği sebebiyle maymunlar da tercih edildiği bilinmektedir. Küçük hayvan deneyleri Küçük hayvanlar bizim deneysel araştırmada genellikle tercihimizdir. Bu hayvanları kullanarak biz akciğer transplantasyonunda ventilasyonun postiskemik fonksiyonlara etkisi (1), teofilin eklenmiş koruma solusyonunun akciğerin iskemisi üzerine yarattığı etki (2), izole akciğer perfüzyonunun akciğer fonkisyonlarına etkisi (3), sıçan trakeasında cyanoakrilat kullanımı (4) ve sıçanın apne süresini uzatmak için yapılması gerekenler (5) konularında araştırmalar araştırma yaptık. Küçük hayvanda en önemli problem olan ventilasyonun sağlanması ve monitorizasyon ile ilgili problemleri yıllar içinde aşabildik. Bizim deneylerimiz uzun süreli operasyonlar olduğu için ve genellikle ratların uzun dönem bakılmayacağını planladığımız için ventialsyonda öncelikle trakeostomi uygulamasını seçtik. Bu konuda diğer önemli kriter ise çalışmalarımızda akciğer kompliansı ölçümü kullandığımız için trakea etrafından hava kaçağı olmaması gerekliliğiydi. Rat ventilasyon sistemlerinin pahalılığı bizi bu konuda başka çözüm yolları aramaya itti ve üniversitemizde halen anestezi ve yoğun bakım ünitesinin kurduğu ve kullandığı laboratuarda rat ventilasyon sistemi ile hayvanlar ventile edebildik. 4
Küçük hayvan olarak rat tercih edildiğinde sol akciğerin tek lob, sağ akciğerin 4 lob olduğu bilinmeli, iskemi, reperfüzyon, transplantasyon gibi modeller için yine sol akciğer seçilmelidir. Ratlarda akciğer çok hassas olduğu için deney sırasında fazla manüplasyona maruz bırakmamalı, ventilasyon parametrelerini (Sayı, basınç, ventilasyon süresi ve oranı) dikkatle ayarlanmalıdır. Kaynaklar 1- Leader RW, Padgett GA, Genesis and validitaion of animal models. Am, J Pathol, 1980;101:S11-6. 2- Swindle MM. Basic surgical exercises using swine. Philadelphia:Prager Publishers. 3- Toker, A, K. Bostancı, D.Yılmazbayhan, E. Dayıoğlu ve E. Onursal, Effects of ventilation on lung function after normorthermic ischemia, Asian Cardiovasc Thorac Ann, 1999;7:309-312. 4- Bostancı, K., A. Toker, Y. Bayrak, Ş. Dilege, M. Şentürk ve M. Tuğrul, Dose related effects of theophylline added to modified Euro-Collins solution used for hypothermic preservation of lung, J Thoracic and Cardiovasc Anesth 2204;17(6):721-4. 5- Tanju S, Akpolat B, Şentürk E, Ziyade S, Toker A, Yılmazbayhan D, Aydıner A, Dilege Ş. Isolated lung perfusion with paclitaxel anmd docetaxel: the comparison of the early effects on pulmonary physiology. Thorac Cardiovasc Surg (Baskıda.) 6- Erdik, O., T. Işıtmangil, A. Toker, H. Çermik ve Ö.Y. Öztürk, Trakea rekonstrüksiyonunda yeni bir greft yöntemi: Cyanoacrylate kaplanmış trakea. İst Tıp Fak Mecmuası,2002; 65: 255-263. 5