The effect of stacked defibrillation on return of spontaneous circulation and neurologic outcome; swine cardiac arrest model

Abstract

Purpose: Defibrillation is the most important treatment for resuscitation of cardiac arrest patient due to ventricular fibrillation or pulseless ventricular tachycardia. Current cardiopulmonary resuscitation (CPR) guidelines recommend performing single shock after 2 minutes of chest compressions. However, there is a controversy over whether number and mode of electrical shock is optimal to successful defibrillation. This study aimed to verify the effective defibrillation strategy by comparing the resuscitation outcomes between single shock and stacked shock for ventricular fibrillation in swine model of cardiac arrest. Materials and Methods: Fifty-four pigs were randomly assigned to 1-shock, 2 and 3-shock groups. After inducing ventricular fibrillation (VF) and a downtime of 2 min, basic life support was begun with a 30:2 compression-to-ventilation ratio for 8 min. Subsequently, 20 min of advanced life support including asynchronous ventilation every 10 chest compressions with 15 L/min oxygen was delivered. According to the study protocol, animals of 1-shock group received a single shock, animals of 2-shock group received two consecutive shocks, and animals of 3 shock group received three consecutive shocks. Animal with restoration of spontaneous circulation (ROSC) underwent post-cardiac arrest care including mechanical ventilation, hemodynamic stabilization with fluids or vasopressor, and targeted temperature management (36.0°C) for 12 h. The neurologic deficit score (NDS) was evaluated at 48 h after ROSC. Hemodynamic measurements and resuscitation outcomes including rate of successful defibrillation, ROSC, 24 h survival and 48 h survival, and neurological deficit score were compared between the groups. Results: Hemodynamic parameters, arterial blood gas profiles, troponin I and cardiac output were not different between the groups during CPR. Chest compression fraction was the highest in the 1-shock group and followed by the 2-shock and 3-shock groups. There was significant difference in CCF between the 1-shock group and the 3-shock group, although there was no difference between the 1-shock group and the 2-shock group or the 2-shock group and 3-shock group. Rate of successful defibrillation, ROSC, 24 h survival and 48 h survival was higher in the 2-shock group and 3-shock group than 1-shock group (p = 0.005, 0.021, 0.015 and 0.021 respectively). NDS at 48-hours was not different between the groups (p = 832). Conclusions: A stacked defibrillation strategy was superior to single shock strategy for successful defibrillation and better resuscitation outcomes in treating ventricular fibrillation in a swine model of cardiac arrest. A two-stacked defibrillation strategy could be a better alternative to the single defibrillation strategy recommended in the current CPR guidelines.

배경과 목적 제세동은 심실세동이나 무맥성 심실빈맥으로 인한 심정지 환자의 소생에 가장 중요한 치료이다. 현재의 심폐소생술 지침은 2 분간의 가슴압박 이후 리듬을 확인하여 1 회만 제세동을 시행할 것을 권유하고 있다. 그러나 이러한 심폐소생술 지침은 과학적인 근거 없이 전문가들의 공통 의견으로만 결정되었으며, 가장 효율적인 제세동 횟수에 대해서는 연구가 부족하다. 본 연구의 목적은 심정지 동물 모델에서 연속 제세동 횟수에 따른 자발순환회복률과 신경학적 예후를 비교하는 것이다. 대상 및 방법 체중 35-49 kg 의 돼지 53 마리를 각각 1 회, 2 회, 3 회 연속 제세동을 시행하는 그룹으로 나누었다. 돼지의 심장에 전기를 가하여 심실세동을 유발하고 2 분간 관찰한 후 초기 8 분동안 30:2 의 가슴압박-인공호흡 비율로 기본소생술을 시행하였다. 이 후 10 분 부터는 가슴압박의 중단 없이 10 번의 가슴압박 당 한 번의 인공호흡을 시행하는 전문소생술을 실시하였다. 실험 도중 자발순환이 회복된 경우는 12 시간 동안 36 도로 체온 조절을 실시하며, 48 시간 동안 경과관찰 후 신경학적 예후를 평가하였다. 결과 심실세동을 유발하기 전의 대동맥 수축기 및 이완기압, 평균동맥압, 우심방 수축기 및 이완기압, 관상동맥 관류압, 호기말이산화탄소분압과 동맥혈 산소분압, 심근효소 수치 및 심박출량은 세 군에서 유의한 차이가 없었다. 심폐소생술과 심정지 후 치료 중 측정한 대동맥 수축기 및 이완기압, 평균동맥압, 우심방 수축기 및 이완기압, 관상동맥 관류압, 호기말이산화탄소분압의 결과는 세 군에서 유의한 차이가 없었다. 가슴압박실시율은 1 회 제세동을 시행한 그룹이 가장 높았고 (p < 0.001), 1 회 제세동을 시행한 그룹과 3 회 연속 제세동을 시행한 그룹에서 유의한 차이가 있었으나 (p < 0.001), 1 회 또는 2 회 연속 제세동을 시행한 그룹과, 2 회 또는 3 회 연속 제세동을 시행한 그룹에서는 차이가 없었다 (p = 0.022, 0.040). 2 회 또는 3 회 연속 제세동을 시행하는 그룹에서 제세동 성공률, 자발순환회복률과 24 시간, 48 시간 이후 생존율이 높았으며 (p = 0.005, 0.021, 0.015, 0.021), 신경학적인 예후는 세 군에서 차이가 없었다. (p = 0.832) 결론 돼지 심정지 모델에서 연속된 제세동 시행 방법은 1 회의 제세동 시행 방법보다 심실세동을 치료할 때 더 좋은 예후를 보인다. 이에 따라 2 회 제세동을 시행하는 방법은 현재 심폐소생술 지침에서 권고하는 1 회 제세동 시행 방법에 대한 더 좋은 대안이 될 수 있다.