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Intravenös Endotoxinprovokation bei gesunden Menschen: eine experimentelle Plattform zur Untersuchung und systemische Entzündung Moduliere

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DOI:

10.3791/53913

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16. Mai 2016

 ,  ,  ,  , 
1Centre for Clinical Pharmacology, Division of Medicine, University College London

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Die intravenöse Verabreichung von Endotoxin löst zuverlässig dosisabhängige physiologische und immunologische Veränderungen aus, die mit mehreren pathologischen Zuständen übereinstimmen. Dieser reduktionistische Ansatz ermöglicht die Untersuchung, Modellierung und experimentelle Modifikation der systemischen Entzündung und ihrer nachgelagerten Auswirkungen auf den Menschen.

Zusammenfassung

Die Aktivierung von Entzündungswege stellt einen zentralen Mechanismus in mehreren Krankheitszuständen sowohl akute als auch chronische. Ausgelöst entweder über Krankheitserreger oder Gewebeschädigung-associated molecular Motive, gemeinsame biochemische Wege führen zu erhalten noch variable physiologische und immunologische Veränderungen. Dissection und Abgrenzung der Determinanten und Mechanismen phänotypischen Varianz in der Antwort zugrunde liegen wird erwartet, dass neue therapeutische Fortschritte zu erzielen.

Die intravenöse (IV) Verabreichung von Endotoxin (gram-negative bakterielle Lipopolysaccharide), einem spezifischen Toll-like - Rezeptor 4 - Agonisten, stellt ein in vivo - Modell der systemischen Entzündung im Menschen. National Institutes for Health Klinikzentrum Referenz Endotoxin (RGRE, Escherichia coli O: 113: H10: K negativ) verwendet wird , um zuverlässig und reproduzierbar vaskuläre, hämatologische, endokrine, immunologische und organspezifische funktionale Effekte , die parallel in unterschiedlichem Ausmaß erzeugen,diejenigen, die in den frühen Stadien der Krankheitszuständen beobachtet. Veränderung der Dosis (0,06 bis 4 ng / kg) und die Zeit-Skala der Exposition (Bolus vs. Infusion) ermöglicht die Replikation von entweder akute oder chronische Entzündung und eine Reihe von Schwere hervorgerufen werden, mit höheren Dosen (2-4 ng / kg häufig eine "Sepsis-like 'Staat zu schaffen, verwendet wird.) Etablierte und neue medizinische Verbindungen zusätzlich verabreicht werden können, vor oder Post Endotoxin-Exposition ihrer Wirkung auf die Entzündungskaskade zu schätzen wissen. Trotz Einschränkungen in Umfang und Verallgemeinerungs bietet menschliche IV Endotoxinprovokation eine einzigartige Plattform mechanistische Einblicke in induzierbaren physiologischen Reaktionen und Entzündungswege zu gewinnen. Vernünftig eingesetzt kann es Übersetzung dieses Wissen in therapeutische Innovationen unterstützen.

Einleitung

Die Entzündung unterschiedlicher Ätiologie, Schwere und Dauer bildet eine zentrale Komponente in der Pathologie von mehreren Krankheiten. Angefangen von den kritischen Krankheit Staaten wie Sepsis oder Trauma, wo schwere, relativ kurzlebig Entzündung ein pathologischer Faktor, dysregulated Entzündungswege in Betracht gezogen wird, zu chronischen Krankheiten wie Typ-2-Diabetes mellitus, Arteriosklerose und Alzheimer-Krankheit, bei der persistente Low-Level-entzündliche Ton vorherrscht sind ein wesentlicher Treiber der globalen Morbidität und Mortalität 1,2.

Häufig intrazellulären Komponenten freigegeben über Gewebeschäden 3-5 - Entzündung wird durch die Anwesenheit von erreger associated molecular patterns (PAMPs) oder Gefahr-associated molecular patterns (Damps) initiiert. Diese konservierten molekularen Motive binden Mustererkennungsrezeptoren (PRR) wie Toll-like Rezeptoren (TLR) auf Epithelzellen, Endothelzellen und die der angeborenen Immun system, auslösen gemeinsamen nachgeschalteten intrazellulären Signal 6 Pfade. Aktivierung des nukleären Transkriptionsfaktors nuclear factor & kgr; B unter anderem führt zur Transkription von Genen , die pro-inflammatorische Zytokine, die die Entzündungskaskade 7 herzustellen.

Die Entzündung verursacht sowohl lokale als auch systemische Wirkungen entwickelt zu isolieren und die primäre Beleidigung entfernen. Lokale Änderungen umfassen Hochregulation der Haftmarker, Chemokinfreisetzung, Vasodilatation und erhöhte Gefäßpermeabilität angeborenen Immunzelle Trans zu erleichtern. Die Ergänzung und Gerinnungssysteme werden ebenfalls aktiviert. Systemisch, multiple organ-spezifische physiologische Veränderungen beobachtet werden, über das Netzwerk neuroendokrinen orchestriert. Ein signifikanter Anstieg der humoralen Vermittler auftreten und die Zirkulationszelle Profil verändert sich radikal. Ausfall der Entzündung zu beenden und die Homöostase wiederhergestellt werden kann es auch sein, Persistenz der Einleitung Reize oderein Versagen der dedizierten Auflösung Pfade 8. Diese potente Mechanismen, die oft von Lipidmediatoren koordiniert können sich pathogene 9,10 sein.

Untersuchung der Entzündungsreaktion, und diese regulatorischen Schlüsselschritte in der klinischen Population ist eine Herausforderung. Demographische (Alter, Geschlecht, ethnische Zugehörigkeit), zeitliche (Zeitpunkt des Beginns, der Dauer der Exposition) und klinische Varianz (Art der Einleitung Stimuli, die Schwere der Beleidigung, Komorbidität Belastung, therapeutische Intervention) Zugang zu den wichtigsten biologischen Wege behindern. Die traditionelle Lösung wurde Tiermodelle verwendet werden. Trotz mehrerer Vorteile Gewährung, ihre grundlegenden Ähnlichkeit zu menschlichen Pathophysiologie 11,12 und die Relevanz ihrer Produktion, hat sich unter Kontrolle zu erhöhen 13-15. Eine Alternative ist die reduktionistische Menschmodelle zu verwenden.

Entwickelt in den späten 1960er Jahren, intravenöse (IV) Endotoxin-Verabreichung an Menschen bietet eine wichtige Plattform, über diezu entdecken, zu beschreiben und potenziell entzündliche Drogenwege 16-19. Endotoxin (gleichbedeutend mit Lipopolysaccharid [LPS] in diesem Artikel verwendet wird) ist ein potenter Agonist TLR4, die die Entzündungskaskade in einer dosisabhängigen Art und Weise auslöst. Eingespritzte entweder als Bolus oder Infusion es somit verwendet werden, können sowohl auf niedriger Ebene und moderate systemische Entzündung unterschiedlicher Dauer zu modellieren. Die sich ergebende kurzlebigen Entzündungsreaktion ermöglicht Beurteilung einer einzigen Komponente des hochkomplexen Wirt-Pathogen-Interaktion, die während einer bakteriellen Infektion entwickelt. Obwohl es nicht ein Modell des Schocks, entlockt IV Endotoxin Herausforderungen Antworten, die die frühen Stadien der Infektion zu replizieren erscheinen. Die Beseitigung zwischen Artgrenzen translationale und genau den klinischen Phänotyp imitiert qualitativ, wenn nicht quantitativ, bietet es Echtzeit-Interpretation von Entzündungs ​​Einflüsse, Konsequenzen und die Möglichkeit, Interventionen zu testen. Endotoxin kann auch verabreicht werden endobronchiall20 y, intradermal 21 oder in Kombination mit LPS IV 22 auf lokale Entzündungsreaktionen in verschiedenen Kompartimenten erkunden. Weniger häufig eingesetzt alternative Methodologien umfassen Infusion von proximal pro-inflammatorische Zytokine wie Faktor α Tumornekrose (TNF & agr;) und Interleukin (IL) 6 19. Diese werden hier nicht weiter diskutiert werden.

Protokoll

University College London REC (UK) genehmigt die Studie, dass die vorgelegten Daten in den repräsentativen Ergebnissen Abschnitt (Referenz 5060/001) erzeugt.

Ethische Genehmigung:

Die Mehrzahl der Studien IV Endotoxin Herausforderungen verwendet haben bei gesunden Probanden durchgeführt. Da diese Forschung keinen Nutzen für die Gesundheit hat, überwiegen die Bedeutung der Studie Ziele klar sollten alle damit verbundenen Risiken. Dies ist dann relevant , wenn die Berücksichtigung von Wechselwirkungen mit neuen Mitteln verwendet , um Entzündungen zu verändern und dass das Potenzial haben , zu Host - Reaktionen auf Endotoxin (zB Fieber, Veränderungen im Blutdruck, Symptome) übertreiben.

Vor Beginn jeder Studie IV Endotoxin verwendet wird, muß alle gesucht und aus einem entsprechenden Forschungsethikkommission (REC) / Institutional Review Board (IRB) erhalten werden. IV Endotoxingabe ist seit mehr als 40 Jahre beschäftigt wichtig Mecha zu gewinnenministische Einblicke in die Biologie des Menschen ohne ernsthafte oder dauerhafte schädliche Wirkungen auf unseren oder anderen Autors, Wissen 19. in Bezug auf mehrere Entzündungszustände Da das Potential des Modells wichtige Informationen zu erhalten, die wichtigsten Ursachen für Mortalität und Morbidität sind, glauben wir, es ethisch vertretbar ist gesunden Probanden und definiert demographische oder klinische Gruppen auf Endotoxin zu belichten, an Ort und Stelle zur Verfügung gestellt geeignete Risikominimierungsstrategien sind. Dies kann durch qualifizierte Experten unabhängige externe Überprüfung bedürfen und oder Pilotstudien sichere Durchführung der Untersuchungen zu gewährleisten, insbesondere, wenn sie mit Endotoxin-induzierten Entzündung neuer Wirkstoffe und deren Interaktion einsetzt.

Vorbereitung

1. Ermitteln Sie die demographischen und klinischen Merkmale der Teilnehmer

HINWEIS: Die Mehrzahl der Studien IV Endotoxinprovokation rekrutieren gesunden jungen männlichen Probanden <30 - jährigen Einsatz. Zuchter Jahren haben zusätzlich auf gesunde Frauen 23, ältere Freiwillige 24,25 und Patienten - Untergruppen 26 in Abhängigkeit von der experimentellen Frage vorgenommen. Ältere Teilnehmer (dh mehr als 60 Jahre) können eine größere haben und mehr nachhaltige Reaktion (höhere Fieber, eine größere Senkung des Blutdrucks) und Wechselwirkungen von Endotoxin-induzierten Entzündung mit irgendwelchen Komorbiditäten oder Medikamente müssen in Betracht gezogen werden das Design dieser Studien. Siehe hierzu die Ausführungen für weitere Überlegungen in die Teilnehmerauswahl.

2. Recruit Teilnehmer

  1. Vereinbaren Sie geeignete Anzeige nach Bedarf.
    HINWEIS: Der finanzielle Ausgleich für Teilnehmer Zeit und Unannehmlichkeiten wird häufig angeboten. Dies muss vor der Einstellung festgelegt werden und von einem REC / IRB zugelassen.
  2. Geben Sie einen REC / IRB zugelassenen Teilnehmer Informationsblatt (PIL) zu erläutern, die Art der Studie einen Überblick über dieProtokoll, erwartete Nebenwirkungen und mit IV-Endotoxin Befragten verbundenen Risiken Einschlusskriterien erfüllen.
    Hinweis: Dies sollte eine fundierte Entscheidung zu ermöglichen , von zustimmenden im Voraus ausgestellt werden um die Teilnahme und für Fragen oder Bedenken , die die Forscher angegangen werden.

3. Beschaffen Formale Zustimmung nach Inkenntnissetzung

  1. Erhalten schriftliche Zustimmung von allen Teilnehmern vor der Durchführung einer Studie im Zusammenhang mit Verfahren, einschließlich der Gesundheits-Screening.
  2. Sucht mündliche Bestätigung der Teilnehmerbindung und das Verständnis der Informationen in der PIL.
  3. Diskutieren Nebenwirkungen von IV Endotoxingabe.
    HINWEIS: Bei höheren Dosen (2-4 ng / kg) dazu gehören Rigor (Schüttelfrost), Kopfschmerzen, Photophobie, Myalgie, Arthralgie, Übelkeit und selten Erbrechen. Spitzen Symptom Intensität auftritt, um 1 bis 2 Stunden nach der Injektion, danach zum Ausgangswert ein Abflauen von 6 - 8 Std. Keine schweren oder anhaltenden Belastungen effects sekundäre Endotoxin bei diesen Dosen berichtet. In seltenen Fällen ein Freiwilliger kann den Grad der Symptome nicht akzeptabel während der Höhe der Antwort finden. Die Symptome können mit der Verabreichung von Paracetamol / Acetaminophen oder nicht-steroidale Mittel durch den Mund oder IV (zB Aspirin, Ibuprofen) gelindert werden. Solche Mittel können die Entzündungsreaktion und ihre Verwendung sollte aufzuzeichnenden verändern.
  4. Wieder bestätigen die Fähigkeit der Teilnehmer aus der Studie an einer beliebigen Stelle zurückzuziehen, ohne eine Erklärung zu geben.

4. Durchführung einer "Gesundheits Screen 'auf potenzielle Teilnehmer

Hinweis: Dies ist das Fehlen von nicht genannten medizinischen Bedingungen , um sicherzustellen , dass sie ein höheres Risiko für einen Schaden von IV Endotoxin platzieren. Als sekundäre Ziel Informationen relevant für die experimentelle Frage identifiziert werden können.

  1. Identifizieren einer geeigneten klinischen Umgebung und einen entsprechend ausgebildeten Arzt die Gesundheit Bildschirm zu führen.
  2. Nehmen Sie eine volle klinische Geschichte einschließlich Vergangenheit medizinische und soziale Geschichte, Vergangenheit und laufende Medikamente / Behandlungen, neue gesunde Lebensmittel oder über die Theke Arzneimittel, Allergie-Status und eine Untersuchung über das Vorhandensein von aktuellen Symptome, die neue oder kürzlich Krankheit hinweisen.
  3. Führen Sie eine formelle klinische Untersuchung, wie sie zumindest das Herz-Kreislauf- und Atmungsorgane.
  4. Ordnen und Überprüfung Kernuntersuchungen, einschließlich Routinebeobachtungen (Gewicht, Herzfrequenz, Blutdruck, Atemfrequenz, Sauerstoffsättigung, Temperatur), Blutwerte (Blutbild, Nieren-, Leber- und Gerinnungsfunktionstests) und 12-Kanal-EKG.
    HINWEIS: Zusätzliche Tests können entsprechend dem Versuchsprotokoll erforderlich.
  5. Haben die Teilnehmer mit unauffälligen Geschichte, Prüfung und Untersuchungen IV Endotoxinprovokation gehen, abhängig von REC / IRB-genehmigten Ein- / Ausschlusskriterien.
    HINWEIS: is best practice für neu erkannte Symptome, Zeichen oder Testanomalien durch die Routine des Arztes Teilnehmer gemeldet und untersucht werden. Diese Personen sollten ausgeschlossen werden, bis jede Sorge ist angemessen angegangen worden.

5. Informieren Sie die Teilnehmer Proceeding bis IV Endotoxinprovokation zu;

  1. Benachrichtigen Sie die Ermittler keine neuen Symptome oder Krankheit.
    HINWEIS: Diese werden in der Regel ihre Aufnahme in die Studie nicht aus.
  2. Stellen Sie sich die Teilnehmer zu einem vorher angegebenen Zeit und Ort ankommen. Beratung der Teilnehmer bequeme Kleidung zu tragen und Unterhaltung bringen.
  3. Bitten Sie die Teilnehmer von Mitternacht zu fasten (klare Flüssigkeiten erlaubt).
  4. Bitten Sie die Teilnehmer aus Alkohol und Koffein für 24 Stunden zu verzichten, vor der Injektion und / oder einer vordefinierten Zeit danach (optional und protokollabhängig).

Verfahren

6. Endotoxinprovokation(Vor Endotoxinverabreichung)

  1. Bereiten Sie ein Bett mit dem Kopf bei 45 °.
    HINWEIS: Stellen Sie sicher , dies in einer entsprechenden Lage befindet klinische Unterstützung und Wiederbelebungsgeräte zu gewinnen. Zum Beispiel eine klinische Forschungseinrichtung, Anästhesieraum oder Intensivstation.
  2. Achten Sie darauf, die erforderliche klinische und experimentelle Ausrüstung zugänglich ist und funktioniert.
    HINWEIS: Dazu gehören ein Blutdruckmessgerät, Thermometer, Pulsoximeter und, falls sie eingesetzt werden, 3-Führung Herzüberwachung. Überprüfen Sie die Vollständigkeit der lokalen Wiederbelebungsgeräte und die Zugänglichkeit von Sauerstoff.
  3. Rekonstitution Klinikzentrum Referenz Endotoxine
    1. 5 ml sterilem Wasser zur Injektion, USP (SWI) zu einem vorher un-rekonstituierten Fläschchen RGRE mit voller aseptischen Non-Touch-Technik (ANTT) im gesamten Gebäude. Vials enthalten 10.000 Endotoxin-Einheiten (EU) (etwa 1 & mgr; g) in Form eines weißen lyophilisierten Pulvers.
    2. Legen Sie das Fläschchen of CCRE mit 5 ml SWI aufgenommen auf einem Vortex-Schüttler für 1 Stunde Endotoxin anhaftend an der Glasoberfläche der Flasche gewährleistet ist, vollständig gelöst.
      HINWEIS: RGRE geht nicht in Lösung leicht, trotz erscheine vollständig aufgelöst haben.
    3. Zeichnen Sie das richtige Gewicht angepassten Volumen von Endotoxin (jetzt 2000 EU / ml oder etwa 200 ng / ml) in einen 1-ml-Spritze.
      HINWEIS: Verwenden Sie Glas oder Polypropylen - Spritzen Einhaltung zu minimieren (und Verlust) von Endotoxin an Ausrüstung.
  4. Teilnehmer
    1. Bestätigen Zustimmung mit IV Endotoxingabe fortzufahren. Informieren Sie sich über neue Krankheit, die Symptome und die Einhaltung der protokollspezifischen Anweisungen.
      HINWEIS: Wenn es medizinische Sorge ist , oder die Nichteinhaltung Endotoxin, Verzögerung der Verabreichung.
    2. Bitten Sie den Teilnehmer in die vorbereitete Bett zu liegen, bestätigt sie bequem sind. Stellen Sie sicher, sie für ungültig erklärt Blase und Darm haben.
  5. Erhalten Gefäßzugang.
    1. Legen Sie eine intravenöse Kanüle unter ANTT für die Verabreichung von Endotoxin, und wenn in dem Protokoll, intravenösen Flüssigkeiten enthalten.
    2. Legen Sie eine zweite intravaskuläre Linie für die laufende Blutprobe wiederholte Venen Stich vermeiden. Fügen Sie diese intravenös und eine Verbindung mit einem 3-Wege-Hahn (mit oder ohne Erweiterung) Blutentnahme und Spülung zu erleichtern.
      HINWEIS: Alternativ zur kontinuierlichen Überwachung des Blutdrucks und der Probenerfassung, Standort eine intraarterielle Linie. Dies erfordert mehr Kompetenz für das Einsetzen und es besteht ein erhöhtes Risiko von lokalen Komplikationen.
      1. Für die laufende Blutentnahme intravenöse Kanüle, verwenden Sie eine 18-Gauge oder größere Bohrung Kanüle zusammen mit einer Ansiedlung in der Ellenbeuge Hämolyse und Gerinnung zu vermeiden. IV Flüssigkeitszufuhr wird dazu beitragen, die Durchgängigkeit aufrechtzuerhalten.
        HINWEIS: Die Auswahl der intravaskuläre Kanüle Insertionstyp und Stelle stattfinden sollte nach individuellen Praktiker und Teilnehmer pReferenz. Intraarterieller Linien sind traditionell in der radialen oder Femoralarterie mit vorheriger Instillation von Lokalanästhetika ( zum Beispiel 1% Lidocain) gegeben.
    3. Zeichnen Sie Blut für die Baseline-Tests beim Einsetzen der ersten oder zweiten Zeile. Entsorgen Sie die ersten 5 ml Blut (besetzen Totraum innerhalb der Kanüle und Anschlüsse) vor die Blutgewinnung für die Probenahme. Spülen Sie die Leitung mit 10 ml 0,9% Natriumchlorid nach Blutentnahme.
      ANMERKUNG: Das Blutvolumen gezogen und die Handhabung der Proben wird durch die experimentelle Protokoll und lokalen Laborverfahren bestimmt werden.
    4. Bringen Sie eine klinische Überwachung gegebenenfalls (zB 3-Blei - Herzüberwachung ist in der Regel mit einer höheren Dosis eingesetzt Herausforderungen 2-4 ng / kg).
    5. Nehmen Basis Routine klinischen Beobachtungen wie in 4.4 auf einem geeigneten Vitalzeichen Diagramm angegeben. Subjektive Symptom Scoring (zB mit visuellen Analog Noten für Kopfschmerzen, Myalgie,etc.) sollte zusätzlich die Teilnehmer Erfahrung zu überwachen durchgeführt werden.
  6. Endotoxinverabreichung
    1. Spülen Sie die intravenöse Kanüle mit 0,9% Natriumchlorid, um die Kanüle zu gewährleisten korrekt Benachbart und Patent.
    2. Verabreichen Sie die vorbereiteten, gewichtsabhängige Dosis von rekonstituiertem RGRE über die gleiche intravenöse Kanüle. Injizieren Sie die Bolus (<2 min) Dosis in ein 3-Wege-Hahn an der Nabe der IV-Leitung.
    3. Bündig mit 10 ml 0,9% Natriumchlorid all CCRE tritt in den Kreislauf zu gewährleisten.
      Hinweis: Um eine Dauerinfusionen die Endotoxin in einem bekannten Volumen an Verdünnungsmittel, beispielsweise 100 ml 0,9% Natriumchlorid verabreichen injizieren eine vorbestimmte Konzentration zu erreichen , und die resultierende Lösung bei einer bestimmten Rate (Volumen / Zeit) ziehen lassen.

7. Überwachung, Beobachtung und Probenentnahme

  1. Monitor Teilnehmer IV Endotoxin für mindestens 6 Stunden nach der Bolus läuft tunsingen oder für die Dauer einer Infusion. Haben Sie einen qualifizierten, erfahrenen Kliniker diesen Schritt ausführen.
  2. Die Bilanz und Überprüfung der Vital und alle klinischen Beobachtungen bei mindestens einmal / h. Die kontinuierliche Überwachung wie 3-Führung Herzüberwachung kann zusätzlich durchgeführt werden.
    HINWEIS: Die Ermittler sollten bei höheren Bolusgaben beachten Sie, dass (2 bis 4 ng / kg) vasovagal Reaktionen auslösen können Herz Pausen. Diese sind am häufigsten von 30 min bis 2 h nach der Injektion und sind nicht bösartig (siehe Diskussion für weitere Details).
  3. Verpflichten subjektive Symptom Scoring im Ermessen des Prüfers.
  4. Administrieren 2 - 3 L kristalloiden (etwa 0,9% Natriumchlorid oder Hartmann-Lösung) mehr als 6 - 8 h nach der Bolus-Verabreichung von 2 bis 4 ng / kg.
    NOTE: No akzeptablen Standard existiert für die Verabreichung der oben genannten Flüssigkeiten. Sicherheit der Teilnehmer ist von größter Bedeutung. Dies sorgt für Routinewartungsflüssigkeit und Volumen replacement (für den Zeitraum gehalten Null durch den Mund und erhöhte unempfänglich Verluste durch erhöhte Körpertemperatur und Atemfrequenz). Sie können auch das Risiko von Herzrhythmusstörungen entgegenzuwirken (siehe Diskussion).
  5. Erhalten vorherbestimmt Proben erforderlich, um die experimentelle Frage zu beantworten.
    Hinweis: Diese traditionell umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Blut und Urin. Der Zeitpunkt, Anzahl und Volumen der Proben sollte das Minimum sein, erforderlich, um genaue Daten zu erhalten und wurden von der REC / IRB zugelassen. Häufigere Probenahme kann (oder Wanne) Spitze , um sicherzustellen , zu bestimmten Zeitpunkten (zB alle 30 Minuten) , die erforderlich werden , um Werte sind nicht zu übersehen. Die Berechnung des Blutvolumens entnommen werden, müssen für Blut-Konto bei der Entnahme von toten Raum verworfen.
  6. Prozessproben wie erforderlich.

8. Ende des Verfahrens

  1. Lassen Sie den behandelnden Arzt sicherstellen, dass die Symptome des Teilnehmers niedergelassen haben und dass ihre Beobachtungen tendieren zuNormal (alle geänderten Parameter, zum Beispiel erhöhte Herzfrequenz und Temperatur, konsequente Reduktion gegenüber den Ausgangswerten zeigen) vor der Sanktionierung das Ende der Beobachtung und anschließende Entlastung.
    HINWEIS: Nach dem Bolus - Injektion von 2 bis 4 ng / kg RGRE Symptome normalerweise vollständig abklingen von 6 - 8 Std. Einzelne Beobachtungen folgen überlappende aber diskreten Zeit-Kurse. Diese haben normalerweise auf den Ausgangswert zurück von 10 bis 12 Stunden. Eine kontinuierliche Infusion erfordert einen längeren Beobachtungszeitraum als Symptome und Vitalfunktionen werden nicht sofort Einstellung der Endotoxingabe abklingen posten.
  2. Entfernen Sie alle Überwachungsgeräte und intravaskulären Linien gewährleistet Hämostase.
  3. Bestätigen Sie die Teilnehmer gerne nach Hause zurückkehren und hat die Kontaktdaten der Ermittler in dem Fall, wenn eine Besorgnis.
    HINWEIS: Es wird allgemein gute Praxis, die Teilnehmer am folgenden Tag zu kontaktieren ihren Gesundheitszustand zu überprüfen und für alle Folgen zu überwachen.

Ergebnisse

Die vielfältigen, multi-System Folgen der IV Endotoxingabe kürzlich umfassend überprüft wurden und werden nicht in vollem Umfang eingegangen werden (für weitere Informationen siehe 17-19,27). Stattdessen wird ein kurzer Überblick über den Umfang und die Anwendbarkeit des Modells wird neben Primärdaten zur Verfügung gestellt werden, die sich auf die klassischen Bolus-Dosierung (2 ng / kg). Ein schematisches Diagramm , das die Zeitachse eines solchen Experiments veranschaulicht , ist in Figur 1 vorgesehen.

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Abb . 1: Schematische Darstellung der Vertreter Bolus IV Endotoxinprovokation Protokoll Nach der Ankunft Zustimmung des Teilnehmers zu gehen sollten zusammen mit ihren Gesundheitszustand und die Einhaltung des Protokolls (Fasten, Alkohol Enthaltung, etc.) bestätigt werden. Nach dem Einsetzen der intravaskulären Linien, attachment der Überwachung und Erfassung der grundlegenden klinischen Beobachtungen und Proben, eine gewichtsabhängige Dosis von rekonstituierten RGRE verabreicht. Eine klinische Überwachung für mindestens 6 - 8 Stunden ist obligatorisch. Die Proben, am häufigsten Blut kann bei vorgewählten Zeitpunkten genommen werden. Crystalloid intravenösen Flüssigkeiten sind häufig gegeben, in diesem Fall 1 l über 2 h um 1 L über 6 Stunden gefolgt. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Die Wirkung von Endotoxin IV ist abhängig von der Dosis ausgewählt und das Verfahren der Verabreichung (Bolus vs. Infusion). Ein Bolus von 2 bis 4 ng / kg entlockt zuverlässig die Eigenschaften des systemischen inflammatorischen Response - Syndrom mit erhöhten Kerntemperatur, Herzfrequenz und weißen Blutkörperchen (WBC) 16 zählen. Dies wird durch die Anwesenheit von humoralen Entzündungsmediatoren, einschließlich Pro und ant begleiteti-inflammatorische Zytokine, Akutphasenproteinen (wie beispielsweise C-reaktives Protein) (siehe 2 und 3) und die Aktivierung der Hypothalamus-Hypophysen - Achse 28 und sowohl der pro-koagulierenden und fibrinolytische Systeme 29. Stoffwechsel in zentraler und peripheren Gewebe verändert und mehrere organspezifische funktionelle Veränderungen hervorgerufen 19,30. Die Teilnehmer erleben eine Vielzahl von "Grippe-ähnliche" Symptome , die in ihrer Intensität Spitze um 1 bis 2 h und weitgehend abklingen von 6 Stunden (siehe Abbildung 4). Der Bolus 'hochdosierte' Protokoll induziert eine qualitativ konsistente aber quantitativ variable Reaktion bei Probanden 31.

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Abbildung 2: Klinische Beobachtung Profil ändern in der Vital Post-Bolus - Gabe von Klinikzentrum Referenz Endotoxin 2 n.g / kg (median mit IQR, n = 10). Atemfrequenz (RR, Atemzügen pro min, A), Puls (Schläge pro min, B), der systolische Blutdruck (SBP, mmHg, C) und der Temperatur (° C über Trommelfellthermometers, D) angezeigt. SBP nicht fallen aufgrund der Verabreichung von Infusionen, die kleinen Anstieg wahrscheinlich erhöhte Sympathikus widerspiegelt. Zeit auf der x-Achse (h nach der Endotoxin - Verabreichung) angezeigt wird. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Abb . 3: Zelluläre und humorale Antwort Konsistente Veränderungen insgesamt Leukozytenzahl, einschließlich transienter Neutrophilie, beobachtet (A) zusammen mit den üblichen klinischen Indikatoren inflammation wie C-reaktives Protein (B). Quantitativ vielfältig, dennoch qualitativ Veränderungen Konzentrationen im Blutplasma Zytokin konserviert auftreten, nachdem IV Endotoxin. TNF & agr; (C) und IL-6 (D) sind als Beispiele dargestellt. Alle Daten werden nach der Bolus - Gabe von Klinikzentrum Referenz Endotoxin 2 ng / kg (Median mit IQB, n = 10. Cytokinkonzentration stellt den Mittelwert aus zwei technischen Wiederholungen / Einzel zu jedem Zeitpunkt). Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version zu sehen diese Figur.

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Abbildung 4:. Symptom Profil Kumulative Symptom - Score bei vorher festgelegten Zeitpunkten post-Bolus - Verabreichung von Klinikzentrum Referenz Endotoxin 2 ng / kg aufgezeichnet (Median mit IQB, n = 10). Die Teilnehmer wurden gebeten to die Schwere der Kopfschmerzen punkten, Schüttelfrost, Muskelschmerzen, Übelkeit auf einer visuellen Analogskala. (0 - 10, max 40 score) Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

"Low-dose" Endotoxin im Gegensatz hat eine wesentlich vielfältiger Wirkung auf den Einzelnen und verwendet werden können , interindividuelle Unterschiede in der Entzündungsreaktion 31 zu erkunden. Die Verabreichung von 0,06 bis 0,2 ng / kg entweder über Bolus oder Infusion induziert 2 bis 10 - fache Anstieg der Plasma - Zytokinen entsprechen denen bei chronischen minderwertigen entzündlichen Erkrankungen gesehen 32. Solche Protokolle können bei der Erforschung des Beitrags der Entzündung und die Wege eine Schlüsselrolle , die es mehrere komplexe cardiometabolic Bedingungen 27 zu regulieren.

Diskussion

Wie hier gezeigt, und in vollem Umfang in den letzten Sichtsarbeiten, die menschliche IV Endotoxinprovokation beschrieben ist eine einzigartige experimentelle Plattform Einblick in die Entzündungswege an, die eine breite Palette von menschlichen Erkrankungen zugrunde liegen. Unter Berücksichtigung der kontrollierten, reproduzierbaren Induktion einer systemischen Entzündung, erlaubt das Modell Zugriff auf die ersten Phasen der Entzündungskaskade, mögliche Störfaktoren zu beseitigen.

Teilnehmer Antworten können in Bezug auf die Schwere und die Dauer und der genomischen Einfluss auf ihre phänotypische Präsentation ausgewertet moduliert werden. Darüber hinaus kann das Modell für die Therapeutik als Testbett wirken, nicht nur die gegen den LPS-Liganden selbst, sondern LPS-induzierten Signalwege und Mediatoren sowohl der akuten und Auflösung Phasen der Entzündung. Dies kann Mittel gezielt auf die Wiederherstellung der Endotoxintoleranz, einem hyporesponsive Zustand des Immunsystems enthalten, die Ähnlichkeiten mit der kritischen Krankheit-i trägtnduced Immunparalyse 33,34 Able wichtigsten Features von akuten und chronischen 16 27 Entzündung an nicht nur eine physiologische / Funktionsebene zu replizieren , sondern auch eine Transkriptom einer 35, scheinbar IV Endotoxinprovokation hat eine Schlüsselrolle bei der Übersetzung von grundlegenden wissenschaftlichen Durchbruch zu spielen in die klinische Praxis. Wenn in geeigneten Tiermodellen zur Untersuchung gerichtet gekoppelt Lage, mehr replizieren eng die pathophysiologischen Reaktionen von spezifischen Krankheitszuständen (zB Maus- cecal Ligatur und Stich- und Sepsis) dieses Prüfpräparat Paradigma kann besonders leistungsfähig sein.

Sicherheit der Teilnehmer in jedem gesunden menschlichen Freiwilligen-Modell ist von größter Bedeutung. 4 ng / kg , um Tausende von Personen mit, um unsere und andere Autoren Wissen, keine ernsthaften oder permanenten unerwünschten Ereignisse (persönliche Mitteilung, Dr. Anthony Suffredini) 19 - IV Endotoxinprovokation hat in den höheren Dosisbereich von 2 verabreicht wurde. von nichte jedoch isoliert Konten von schweren Vagus - Reaktionen wurden 36,37 berichtet. Die Ätiologie stellt vermutlich hohe Ruhe Vagotonus, Volumenmangel nach nächtlichem Fasten und Katecholaminausschüttung mit dem Einsetzen von Fieber, Schüttelfrost und Symptome, in einer übertriebenen Bezold-Jarisch-Reflex gipfelte. Dieses Risiko kann durch den Ausschluss von Personen mit früheren vasovagal Syncopy oder einem positiven Neigungstest und Volumenbelastung mit intravenösen Flüssigkeiten vor und während der Endotoxinprovokation 37 gelindert werden. Forscher hochdosierte Endotoxinprovokation Einsatz (insbesondere 4 ng / kg) sollte stichhaltig des Risikos von Bradykardie und / oder Herz Pausen, warnen die Teilnehmer ihrer seltenen, aber mögliche Vorkommen sein, eine angemessene Überwachung beschäftigen, und Wiederbelebungsgeräte leicht verfügbar sind. Weitere Ausschlusskriterien, die zusätzlich zu den in dem Protokoll beschrieben sind, können abhängig von Versuchs Frage erforderlich. Zum Beispiel, während es sinnvoll ist, diejenigen auszuschließen, die pa habenrticipated in anderen klinischen Studien oder erfahrene Chirurgie / Trauma in den letzten drei Monaten, Einschränkung der Eintrag (oder die Verwendung eines Parallel-Gruppen kein Cross-Over-Design in der interventionellen Studien) zu denen, die zuvor in IV Endotoxinprovokation Studien teilgenommen haben, können auch erforderlich sein , wenn immunologische Antwort zu beurteilen ist: Endotoxin - Toleranz für eine unbekannte Zeitspanne in vivo 38,39 persistierenden.

Mehrere Einschränkungen sind mit dem Modell zu erkennen. Es wird traditionell bei gesunden, jungen männlichen Freiwilligen un-Vertreter der klinischen Bevölkerung unternommen. Keine Eingriffe sind für die phänotypische Folgen der Endotoxingabe zu lösen erforderlich. Gereinigtes LPS-Injektion für den Kontakt mit nur einem TLR-Liganden, wie an mehrere immunogene Einheiten auf einem Live-pathogen gegenüber. Durch die ethische Notwendigkeit nur eine relativ bescheidene Entzündungsreaktion hervorgerufen werden kann. Mimikry jedes pathophysiologischen charakteristisches Merkmal disease nicht 40 erreicht. So "jede Erwartung , dass das Modell vollständig den klinischen Zustand der schweren, lokal oder systemisch gramnegative Infektion repliziert ist eine nicht gerechtfertigte" 18.

Wir würden argumentieren jedoch, dass das Modell der Stärke liegt nicht in unangemessener Extrapolation auf die klinische Einstellung, aber die physiologische in verhören, hämatologische, immunologische, neuroendokrine und metabolische Reaktion von kompetenten Zellen und Organsysteme zu einem Schlüssel Entzündungsreiz. Nachdenklich Interpretation der vorübergehenden Veränderungen hervorgerufen durch Endotoxingabe und deren Modulation durch pharmakologische Herausforderung war, und wird auch weiterhin sein, informativ in neue Therapien entwerfen und ihre Vorhersage der Wirksamkeit.

Offenlegungen

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Danksagungen

Die Autoren danken Dr. Anthony Suffredini (Critical Care Medicine Department, National Institutes for Health Clinical Center, Bethesda, USA) für seine sorgfältige Durchsicht des Manuskripts und viele durchdachte Vorschläge. Wir möchten uns auch bei den National Institutes of Health dafür bedanken, dass sie das in dieser Studie verwendete Clinical Center Reference Endotoxin frei zugänglich gemacht haben.

JNF und DWG werden vom Wellcome Trust finanziert, der die Generierung der beschriebenen Daten und die Veröffentlichung dieses Artikels unterstützt hat.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Referenz-Endotoxin (CCRE, Escherichia coli O:113:H10:K negativ)National Institutes for Healthn/aGMP Hergestellte Endotoxin-Spritzen
(1  ml, 5  ml)
Wasser für Injektionszwecke
0,9 % Natriumchloid (steril, klinische Qualität)
Intravenöse KanülenMiminum 20 G
Französisches BlutdruckmessgerätWenn intraarterieller Zugang gelegt, Transduktionsgerät zur invasiven Blutdrucküberwachung
Pulsoximeter
ThermometerTypmanisch, oral oder Core (rektal, oropharyngeal)
Elektrokardiograph
ProbenentnahmeröhrchenWie vom lokalen klinischen Labor verwendet

Referenzen

  1. Nathan, C., Ding, A. Nonresolving inflammation. Cell. 140 (6), 871-882 (2010).
  2. Adhikari, N. K., Fowler, R. A., Bhagwanjee, S., Rubenfeld, G. D. Critical care and the global burden of critical illness in adults. Lancet. 376 (9749), 1339-1346 (2010).
  3. Xu, J., et al. Extracellular histones are major mediators of death in sepsis. Nature medicine. 15 (11), 1318-1321 (2009).
  4. Zhang, Q., et al. Circulating mitochondrial DAMPs cause inflammatory responses to injury. Nature. 464 (7285), 104-107 (2010).
  5. Lorne, E., Dupont, H., Abraham, E. Toll-like receptors 2 and 4: initiators of non-septic inflammation in critical care medicine? Intensive care medicine. 36 (11), 1826-1835 (2010).
  6. Brightbill, H. D., et al. Host defense mechanisms triggered by microbial lipoproteins through toll-like receptors. Science. 285 (5428), 732-736 (1999).
  7. Zhang, G., Ghosh, S. Toll-like receptor-mediated NF-kappaB activation: a phylogenetically conserved paradigm in innate immunity. J Clin Invest. 107 (1), 13-19 (2001).
  8. Lawrence, T., Gilroy, D. W. Chronic inflammation: a failure of resolution? International journal of experimental pathology. 88 (2), 85-94 (2007).
  9. Fullerton, J. N., O'Brien, A. J., Gilroy, D. W. Pathways mediating resolution of inflammation: when enough is too much. The Journal of pathology. 231, 8-20 (2013).
  10. Fullerton, J. N., O'Brien, A. J., Gilroy, D. W. Lipid mediators in immune dysfunction after severe inflammation. Trends in Immunology. 35 (1), 12-21 (2014).
  11. Seok, J., et al. Genomic responses in mouse models poorly mimic human inflammatory diseases. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (9), 3507-3512 (2013).
  12. Zolfaghari, P. S., Pinto, B. B., Dyson, A., Singer, M. The metabolic phenotype of rodent sepsis: cause for concern. Intensive Care Medicine Experimental. 1 (6), (2013).
  13. Dyson, A., Singer, M. Animal models of sepsis: why does preclinical efficacy fail to translate to the clinical setting. Critical care medicine. 37 (1 Suppl), S30-S37 (2009).
  14. Rittirsch, D., Hoesel, L. M., Ward, P. A. The disconnect between animal models of sepsis and human sepsis. Journal of leukocyte biology. 81 (1), 137-143 (2007).
  15. van der Worp, H. B., et al. Can animal models of disease reliably inform human studies? PLoS Med. 7 (3), e1000245(2010).
  16. Calvano, S. E., Coyle, S. M. Experimental human endotoxemia: a model of the systemic inflammatory response syndrome? Surgical infections. 13 (5), 293-299 (2012).
  17. Suffredini, A. F., Noveck, R. J. Human endotoxin administration as an experimental model in drug development. Clin Pharmacol Ther. 96 (4), 418-422 (2014).
  18. Lowry, S. F. Human endotoxemia: a model for mechanistic insight and therapeutic targeting. Shock. 24, Suppl 1. 94-100 (2005).
  19. Andreasen, A. S., et al. Human endotoxemia as a model of systemic inflammation. Current Medicinal Chemistry. 15 (17), 1697-1705 (2008).
  20. Thorn, J., et al. The inflammatory response in humans after inhalation of bacterial endotoxin: a review. Inflamm Res. 50 (5), 254-261 (2001).
  21. Basran, A., et al. Roles of neutrophils in the regulation of the extent of human inflammation through delivery of IL-1 and clearance of chemokines. Journal of leukocyte biology. 93 (1), 7-19 (2013).
  22. Plovsing, R. R., et al. Transcompartmental inflammatory responses in humans: IV versus endobronchial administration of endotoxin*. Crit Care Med. 42 (7), 1658-1665 (2014).
  23. van Eijk, L. T., et al. Gender differences in the innate immune response and vascular reactivity following the administration of endotoxin to human volunteers. Crit Care Med. 35 (6), 1464-1469 (2007).
  24. Krabbe, K. S., et al. Ageing is associated with a prolonged fever response in human endotoxemia. Clin Diagn Lab Immunol. 8 (2), 333-338 (2001).
  25. Krabbe, K. S., et al. Hypotension during endotoxemia in aged humans. Eur J Anaesthesiol. 18 (9), 572-575 (2001).
  26. Engelhardt, R., Mackensen, A., Galanos, C., Andreesen, R. Biological response to intravenously administered endotoxin in patients with advanced cancer. J Biol Response Mod. 9 (5), 480-491 (1990).
  27. Patel, P. N., Shah, R. Y., Ferguson, J. F., Reilly, M. P. Human experimental endotoxemia in modeling the pathophysiology, genomics, and therapeutics of innate immunity in complex cardiometabolic diseases. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 35 (3), 525-534 (2015).
  28. Michie, H. R., et al. Tumor necrosis factor and endotoxin induce similar metabolic responses in human beings. Surgery. 104 (2), 280-286 (1988).
  29. van Deventer, S. J., et al. Experimental endotoxemia in humans: analysis of cytokine release and coagulation, fibrinolytic, and complement pathways. Blood. 76 (12), 2520-2526 (1990).
  30. Fong, Y. M., et al. The acute splanchnic and peripheral tissue metabolic response to endotoxin in humans. The Journal of clinical investigation. 85 (6), 1896-1904 (1990).
  31. Stephens, R. C., O'Malley, C. M., Frumento, R. J., Mythen, M. G., Bennett-Guerrero, E. Low-dose endotoxin elicits variability in the inflammatory response in healthy volunteers. Journal of endotoxin research. 11 (4), 207-212 (2005).
  32. Taudorf, S., Krabbe, K. S., Berg, R. M., Pedersen, B. K., Moller, K. Human models of low-grade inflammation: bolus versus continuous infusion of endotoxin. Clin Vaccine Immunol. 14 (3), 250-255 (2007).
  33. Leentjens, J., et al. Reversal of immunoparalysis in humans in vivo: a double-blind, placebo-controlled, randomized pilot study. Am J Respir Crit Care Med. 186 (9), 838-845 (2012).
  34. Hamers, L., Kox, M., Pickkers, P. Sepsis-induced immunoparalysis: mechanisms, markers, and treatment options. Minerva Anestesiol. 81 (4), 426-439 (2015).
  35. Xiao, W., et al. A genomic storm in critically injured humans. The Journal of experimental medicine. 208 (13), 2581-2590 (2011).
  36. Williams, W. V., et al. Asystole following endotoxin administration. J Endotoxin Res. 6 (4), 303-306 (2000).
  37. van Eijk, L. T., Pickkers, P., Smits, P., Bouw, M. P., van der Hoeven, J. G. Severe vagal response after endotoxin administration in humans. Intensive Care Med. 30 (12), 2279-2281 (2004).
  38. Kox, M., et al. Differential ex vivo and in vivo endotoxin tolerance kinetics following human endotoxemia. Critical care medicine. 39 (8), 1866-1870 (2011).
  39. Draisma, A., Pickkers, P., Bouw, M. P., van der Hoeven, J. G. Development of endotoxin tolerance in humans in vivo. Critical care medicine. 37 (4), 1261-1267 (2009).
  40. Anel, R., Kumar, A. Human endotoxemia and human sepsis: limits to the model. Critical care. 9 (2), 151-152 (2005).

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