Åbent Tracheostomituber Gastric Acid Aspiration murin model af akut lungeskade Resultater i Maximal Akut ikke-letale Lung Injury
Summary
This protocol induces acute lung injury in a mouse that has close fidelity to the pathogenesis of acid pneumonitis observed in humans. We generate a maximal acute nonlethal low pH lung injury and account for differences in rodent-human anatomic respiratory structure using an open tracheostomy coupled with circumferential pressure release.
Abstract
Syre pneumonitis er en væsentlig årsag til steril akut lungeskade (ALI) hos mennesker. Syre pneumonitis spænder over kliniske spektrum fra asymptomatisk til akut lungesvigt (ARDS), kendetegnet ved neutrofile alveolitis, og skade for både alveolære epitel og vaskulært endotel. Klinisk er ARDS defineret ved akut hypoxæmi, bilaterale spredte lungeinfiltrater og ikke-kardiogent lungeødem. Humane undersøgelser har givet os værdifulde oplysninger om de fysiologiske og inflammatoriske forandringer i lungerne forårsaget af ARDS, hvilket har ført til forskellige hypoteser om slave mekanismer. Desværre har vanskeligt at afgøre ætiologien af ARDS, såvel som en lang række patofysiologi resulterede i en mangel på kritisk information, som kunne udnyttes til udvikling af terapeutiske strategier.
Translationelle dyremodeller er værdifulde, når deres patogenese og patofysiologi præcist reproducea koncept bevist i både in vitro og kliniske omgivelser. Selv om store dyremodeller (fx får) deler karakteristika af anatomien af den menneskelige luftrør-bronkierne, murine modeller giver en lang række andre fordele, herunder: lave omkostninger; kort reproduktive cyklus udlån sig til større dataopsamling; en velkendt immunologisk system og en velkarakteriseret genom fører til tilgængeligheden af en række gendeletion og transgene stammer. En robust model af lave pH inducerede ARDS kræver en murin ALI, der er målrettet hovedsagelig alveoleepithelet, sekundært det vaskulære endotel, og de små luftveje, der fører til alveolerne. Desuden er en reproducerbar skade med store forskelle mellem forskellige skadelige og skadevoldende fornærmelser er vigtig.
Den murine mavesyre aspiration model præsenteres her bruger saltsyre beskæftiger en åben trakeostomi og genskaber en patogen scenarie, der gengiver den lave pH pneumonitis skade i mennesker. Derudover kan denne model anvendes til at undersøge interaktionen af en lav pH spot med andre pulmonale skadevoldende enheder (f.eks madrester, patogene bakterier).
Introduction
ARDS er karakteriseret ved udbredt lunge betændelse og er klinisk set som akut åndenød med hypoxæmi. Disse symptomer opstår ofte mindre end 24 timer efter en tilskyndelse hændelse såsom traumer, sepsis, blodtransfusion reaktioner eller aspiration. Det er kendetegnet histopatologisk ved neutrofil alveolitis (dvs. udbredt inflammation) lokaliseret til alveolær epithelium og vaskulære endotel fører til lækage-protein og efterfølgende hyalin membran-dannelse. Aspiration er kategoriseret som kemisk lungebetændelse eller aspirationspneumoni. 1 Den sure komponent af mavens aspiration bidrager til både pneumonitis og forkærlighed for at udvikle en sekundær bakteriel lungebetændelse. Aspirationspneumoni er en af de vigtigste risikofaktorer for ALI og efterfølgende udvikling af ARDS. 2
Gastric aspiration er en akut hændelse defineret som inhalation af materialer fra than mave med eller uden svælg flora i luftvejene uden stemmebånd. Aspiratets indhold kan indeholde lavt pH mave væske, bakterier, blod, eller madrester. Gastrisk aspiration optræder ofte i patienter i intensivafdelingen (ICU), som typisk er i en fastende tilstand og dermed placeret på en protonpumpehæmmer at begrænse aspiration af syrnede maveindhold. Forekomsten af ALI i ICU befolkning i USA er 2,5 – 5 gange højere i forhold til den generelle patientpopulation. 3 Desværre er disse prædisponerende tilstande ofte føre til en tilstand af bakteriel overvækst i maven, som kan føre til mere alvorlige følgetilstande i lungerne efter en aspiration begivenhed, som gastrisk aspiration er en uafhængig risikofaktor for udvikling af sekundær bakteriel lungebetændelse (SBP) , ALI og ARDS.
Gastrisk aspiration har to hovedkomponenter: saltsyre og maveindhold, som kan eventuelt indeholde bakteriereller mad partikler. I gnavermodel syrekomponenten alene af gastrisk aspiration frembringer en første inflammatorisk respons som følge af den direkte kaustisk skade af lav pH på luftvejsepitel. Dette efterfølges af en neutrofil infiltration og et inflammatorisk respons 4 – 6 timer. 4 Disse to faktorer i sidste ende føre til ødelæggelse af pulmonal mikrovaskulære integritet hvilket fører til ekstravasation af væske og proteiner i alveolerne og luftveje. For at forstå denne patofysiologi og for yderligere at undersøge mulige terapeutiske indgreb, er det vigtigt at udvikle og karakterisere en dyremodel, der belyser de underliggende mekanismer involveret. En sur aspirat alene skal være voluminøs eller med en lav nok pH at omgå bufferkapacitet luftvejene træ og nå alveolerne. Hvis dette ikke sker, kun en forbigående øvre, ledende luftveje skade opstår som er mindre tilbøjelige til at føre til alvorlige følgetilstande af ARDS. 5 </ Sup>
At efterligne en aspiration begivenhed nøjagtigt med beskadiget alveolær epitel, er det vigtigt at omgå et dyrs naturlige forsvar. Ved hjælp af en mus aspiration model til at frembringe en ALI der efterligner mavesyre skade set hos mennesker, må man tage højde for forskellene i luftrøret-bronchiale træ. Den åbne trakeostomi teknik, at denne fremgangsmåde anvender omgår forskellene mellem murine og humane respiratoriske træer og modeller den skade på en måde, der gengiver ALI både fysiologisk og histologisk. Historisk set blev intratracheal intubation anvendes til at generere ALI, men det anses vanskelig at udføre i mus uden larynx skade. Derfor er denne metode giver et potentielt alternativ, som har givet ensartede resultater på tværs af flere forskere og med minimal procedure tilskrevet dødelighed.
Protocol
Representative Results
Discussion
Målet var at udvikle en ALI dyremodel under anvendelse mavesyre aspiration, der ligner patofysiologien, der forekommer hos mennesker under udviklingen af syre pneumonitis og efterfølgende ARDS. Ved at udvikle en model, valgte vi en dyreart, der tilbyder høj erhvervelse throughput data på grund af de lave omkostninger, kort reproduktive cyklus, og en godt forstået immunologisk system med en overflod af efterforskningsmæssige redskaber (dvs. monoklonale antistoffer, transgene stammer).
<p cl…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ravi Alluri and Hilliard L. Kutscher are supported by Ruth L. Kirschstein National Research Service Award (NRSA) Institutional Research Training Grant 1T32GM099607.
Materials
| syringe, 1cc | Becton Dickinson | 309628 | |
| syringe, 5cc | Becton Dickinson | 309646 | |
| needle, 22 ga x 1 1/2" | Becton Dickinson | 305159 | |
| needle, 26 ga x 1 1/2" | Becton Dickinson | 305111 | |
| 1-O Braided Silk Suture | Harvard Apparatus | 517730 | |
| 3" Curved tissue serrated forceps | Fine Science Tools | 11065-07 | |
| 3" Curved tissue "toothed" forceps, 1×2 teeth | Fine Science Tools | 11067-07 | |
| 4" curved micro dissecting scissors | Fine Science Tools | 14061-10 | |
| bone cutting spring scissors | Fine Science Tools | 16144-13 | |
| 3 1/2" curved locking hemostat | Fine Science Tools | 13021-12 | |
| Disposable Skin Stapler | 3M | DS-25 | |
| tracheal cannula (20 ga x 1/2" stainless steal tubing adapter) | Becton Dickinson | 408210 | |
| 60-degree Incline Dissection Board | |||
| 0.5% Bupivacaine | |||
| Isoflurane | |||
| Betadine and "Q-tip" cotton applicator |
References
- Knight, P. R., Rutter, T., Tait, A. R., Coleman, E., Johnson, K. Pathogenesis of gastric particulate lung injury: a comparison and interaction with acidic pneumonitis. Anesth Analg. 77 (4), 754-760 (1993).
- Raghavendran, K., Nemzek, J., Napolitano, L. M., Knight, P. R. Aspiration-induced lung injury. Crit Care Med. 39 (4), 818-826 (2011).
- Rubenfeld, G. D., et al. Incidence and outcomes of acute lung injury. N Engl J Med. 353 (16), 1685-1693 (2005).
- Kennedy, T. P., et al. Acute acid aspiration lung injury in the rat: biphasic pathogenesis. Anesthesia & Analgesia. 69 (1), 87-92 (1989).
- Kudoh, I., et al. The effect of pentoxifylline on acid-induced alveolar epithelial injury. Anesthesiology. 82 (2), 531-541 (1995).
- Prophet, E. B., Mills, B., Arrington, J. B., Sobin, L. H. . Laboratory methods in histotechnology. , (1995).
- Kyriakides, C., et al. Membrane attack complex of complement and neutrophils mediate the injury of acid aspiration. J Appl Physiol. 87 (6), 2357-2361 (1999).
- Yoshikawa, S., et al. Acute ventilator-induced vascular permeability and cytokine responses in isolated and in situ mouse lungs. J Appl Physiol. 97 (6), 2190-2199 (2004).
- Eyal, F. G., Hamm, C. R., Coker-Flowers, P., Stober, M., Parker, J. C. The neutralization of alveolar macrophages reduces barotrauma-induced lung injury. FASEB J. 16 (4), 410-411 (2002).
- Hermans, C., Bernard, A. Lung epithelium-specific proteins: characteristics and potential applications as markers. Am J Respir Crit Care Med. 159 (2), 646-678 (1999).
- Segal, B. H., et al. Acid aspiration-induced lung inflammation and injury are exacerbated in NADPH oxidase-deficient mice. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 292 (3), 760-768 (2007).
- Matthay, M. A., Robriquet, L., Fang, X. Alveolar epithelium: role in lung fluid balance and acute lung injury. Proc Am Thorac Soc. 2 (3), 206-213 (2005).
- Richard, J. C., Factor, P., Welch, L. C., Schuster, D. P. Imaging the spatial distribution of transgene expression in the lungs with positron emission tomography. Gene Ther. 10 (25), 2074-2080 (2003).
