Het continu toedienen van oliezuur in de longslagader van een verdoofd volwassen varken induceert acuut ademhalingsfalen, waardoor gecontroleerde experimenten tijdens acute respiratoire decompensatie mogelijk zijn.
Methodenartikel
Een varkensmodel van acuut respiratoir falen met een continue infusie van oliezuur
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Dit protocol schetst een model voor acute ademnood met behulp van centraal toegediende oliezuurinfusie bij Yorkshire-varkens. Voorafgaand aan het experiment onderging elk varken algemene anesthesie, endotracheale intubatie en mechanische beademing, en was het uitgerust met bilaterale halsader centrale vasculaire toegangskatheters. Oliezuur werd toegediend via een speciale longslagaderkatheter met een snelheid van 0,2 ml/kg/uur. De infusie duurde 60-120 minuten en veroorzaakte ademnood. Tijdens het experiment werden verschillende parameters, waaronder hartslag, ademhalingsfrequentie, arteriële bloeddruk, centrale veneuze druk, pulmonale arteriële druk, pulmonale capillaire wigdruk, end-tidal kooldioxide, piekluchtwegdruk en plateaudruk gecontroleerd. Rond de 60 minuten werden dalingen van de partiële arteriële zuurstofdruk (PaO2) en de fractie van zuurstofverzadigd hemoglobine (SpO2) waargenomen. Periodieke hemodynamische instabiliteit, vergezeld van acute verhogingen van de druk in de longslagader, trad op tijdens de infusie. Na de infusie onthulde histologische analyse van het longparenchym veranderingen die wijzen op parenchymale schade en acute ziekteprocessen, wat de effectiviteit van het model bij het simuleren van acute respiratoire decompensatie bevestigde.
Inleiding
Het gebruik van varkensmodellen in translationeel onderzoek is van groot belang voor het bevorderen van ons begrip van de menselijke geneeskunde1. Varkensmodellen bieden, vanwege hun fysiologische en anatomische overeenkomsten met mensen, een waardevol platform voor het bestuderen van complexe ziekten en therapeutische interventies1. In de context van acuut respiratoir falen bieden varkensmodellen een unieke kans om de pathofysiologische mechanismen te onderzoeken, behandelingsstrategieën te evalueren en mogelijke interventies te beoordelen 1,2,3. Het vermogen om belangrijke aspecten van de menselijke ademhalingsfysiologie en reacties op verschillende stimuli in varkensmodellen te repliceren, maakt een uitgebreide evaluatie van therapeutische modaliteiten mogelijk voordat wordt overgegaan tot proeven bij mensen 1,2,3. Dit onderzoeksparadigma stelt onderzoekers in staat om de kloof tussen preklinisch onderzoek en klinische toepassing te overbruggen, de ontwikkeling van nieuwe therapieën te vergemakkelijken en de patiëntresultaten te verbeteren1. Daarom dient de vaststelling van een efficiënt, effectief en reproduceerbaar varkensmodel voor acuut respiratoir falen als een cruciaal hulpmiddel bij het bevorderen van de kennis van luchtwegaandoeningen en het begeleiden van de ontwikkeling van effectieve interventies in de menselijke geneeskunde1.
Ademnood, een kritieke medische aandoening, is de afgelopen drie decennia getuige geweest van beperkte vooruitgang in de diagnose en behandelingervan 4. De momenteel gebruikte evaluatie- en triagestatistieken, waaronder subjectieve symptomen, bevindingen van lichamelijk onderzoek, SpO2 en ademhalingsfrequentie, vertonen vaak beperkingen bij het detecteren van acute longaandoeningen in een vroeg stadium 5,6,7. Deze ontoereikendheid belemmert niet alleen een efficiënte triage en toewijzing van middelen, maar biedt ook geen effectieve, kwantitatieve monitoring van de ziekteprogressie en de behandelingsrespons bij patiënten met chronische longziekten. Het opkomende landschap van chronische aandoeningen van de luchtwegen, zoals langdurige COVID, samen met de last van acute ademhalingsinsufficiëntie op de ziekenhuismiddelen, onderstreept de dringende noodzaak om translationeel onderzoek uit te breiden en innovatie in het beheer van luchtwegaandoeningen te bevorderen.
De directe infusie van oliezuur in de bloedbaan van een varken is erkend als een robuuste methode om acute ademnood te induceren8. Oliezuur, een enkelvoudig onverzadigd vetzuur, heeft aangetoond dat het in staat is om aanzienlijk longletsel te veroorzaken en de ademhalingsfunctie in gevaar te brengen wanneer het in de longcirculatie wordt geïntroduceerd8. Bij infusie veroorzaakt oliezuur vasoconstrictie, wat resulteert in een verhoogde pulmonale arteriële druk en weerstand, wat leidt tot verminderde gasuitwisseling en oxygenatie9. Bovendien bevordert oliezuur de activering van ontstekingsroutes, waaronder de afgifte van pro-inflammatoire mediatoren en rekrutering van immuuncellen, die bijdragen aan de ontwikkeling van longbeschadiging en ademnood10. Dit alles resulteert in ernstige hypoxemie, verhogingen van de pulmonale arteriële druk en de ophoping van extravasculair longwater11. Histologische evaluatie van het longparenchym heeft letsel aangetoond dat niet te onderscheiden is van acute ademnood bij de mens9.
Dit artikel beschrijft een methode waarbij oliezuur rechtstreeks in de longslagader wordt toegediend om acute ademnood te veroorzaken, waarbij onbehandelbare, ernstige hemodynamische compromissen worden vermeden. De beschreven methode zal naar verwachting een waardevol hulpmiddel zijn voor toekomstige onderzoekers die de onderliggende pathofysiologische mechanismen van acuut respiratoir falen onderzoeken en mogelijke therapeutische interventies en innovaties beoordelen.
Protocol
Het protocol kreeg goedkeuring van het Vanderbilt University Institutional Animal Care and Use Committee (protocol M1800176-00) en hield zich strikt aan de richtlijnen van het National Institute of Health voor de verzorging en het gebruik van proefdieren. Mannelijke en vrouwelijke Yorkshire-varkens, met een gewicht van ongeveer 40-45 kg, werden in dit experiment gebruikt. De dieren zijn afkomstig van een commerciële bron (zie Materiaaltabel). De huidige praktijk omvat geen screening op reeds bestaande medische aandoeningen bij de verworven varkens. Hoewel wordt erkend dat deze praktijk de beoogde resultaten mogelijk zou kunnen verstoren of maskeren, wordt dit volgens de verkoper onwaarschijnlijk geacht en wordt deze beperking aanvaard.
1. Voorbereiding van dieren
- Anesthesie en beademing
- Verdoof het varken met intramusculaire injectie van ketamine (2,2 mg/kg) / xylazine (2,2 mg/kg) / telazol (4,4 mg/kg) en plaats het dier in rugligging (liggende) houding op de operatietafel.
- Handhaaf algemene anesthesie door inhalatie-anesthesie te starten, 1% isofluraan.
- Leg de stembanden bloot via de mond met behulp van een laryngoscoop en intubeer12 met een endotracheale tube van 6,5 mm (zie Materiaaltabel). Blaas de slangmanchet op met 3-5 ml lucht met behulp van een spuit zonder naald.
OPMERKING: Voer onmiddellijk kooldioxide (CO2) capnografie uit na de tracheale canulatie om de juiste plaatsing van de slang te garanderen en meet CO2 met ventilatie die de juiste ventilatie aangeeft. - Gebruik een intraveneuze (IV) katheter van 18 G tot 24 G die in de centrale of marginale oorader aan de achterkant van de oorschelp wordt geplaatst om intraoperatieve (indien nodig) en euthanasiemedicijnen aan het varken toe te dienen. Zet de infuuskatheter vast met plakband van 1 inch.
- Stel mechanische ventilatie in op volumegeregelde ventilatie-instellingen met een ademvolume van 8 ml/kg.
OPMERKING: Tijdens het experiment wordt anesthesiemonitoring uitgevoerd. Vitale functies, reactie op stimulus, aan-/afwezigheid van beweging, verslapping van de kaaktonus, veranderingen in hartslag, end-tidal CO2 en variatie in de ademhalingsfrequentie worden gecontroleerd door een onafhankelijke dierlaboratoriumtechnicus. Op basis van deze beoordelingen worden aanpassingen gedaan aan de dosis inhalatie-anesthesie. Pijnstillende toediening van buprenorfine via bolus wordt uitgevoerd. Pas de ademhalingsfrequentie op de mechanische ventilator aan om gedurende het hele experiment een CO2 2 aan het einde van het getij van 35-40 mmHg te behouden.
- Cannulatie en monitoring
- Desinfecteer de gehele voorste nek met een 2% chloorhexidine-scruboplossing, gevolgd door een spray van 5% providon-jodiumoplossing.
- Stel zowel de rechter als de linker interne en externe halsaders (IJ en EJ) en halsslagaders (CA) chirurgisch bloot met een verticale incisie, ongeveer 7-8 cm, direct lateraal van de luchtpijp aan weerszijden met behulp van een mes nr. 23 naar het borstbeen13.
OPMERKING: Er wordt gekozen voor een chirurgische cut-down-benadering voor vasculaire toegang vanwege de uitdagingen van een percutane, echogeleide Seldinger-techniek14 bij varkens. De taaie huid en vasculaire grootte maken een verkleiningsaanpak haalbaarder. Cervicale vaten hebben de voorkeur voor bilaterale pulmonale arteriële katheters (PAC), hoewel femorale toegang een optie is. De keuze welke halsader (IJ of EJ) is ter beoordeling van de procedurelist. Degene die de grotere diameter heeft, kan worden gecanuleerd en worden gebruikt voor hartkatheterisatie. - Ontleed de spieren en het kanaal van de band indien nodig met behulp van een Kelly-tissueschaar en Lahey-retractors13 (zie Materiaaltabel).
- Plaats na de belichting twee canules van 8,5 Fr en twee PAC's met behulp van de Seldinger-techniek14.
OPMERKING: De rechter halsaderkatheter en PAC zijn bedoeld voor volumetoediening en hemodynamische bewaking. De katheter van de linker halsader en de bijbehorende PAC worden gebruikt voor de toediening van oliezuur. Plaatsing van dubbele PAC wordt bevestigd met behulp van fluoroscopie. - Plaats met behulp van de Seldinger-techniek een arteriële lijn in de juiste CA voor invasieve bloeddrukmeting tijdens het experiment.
- Sluit alle gewenste bewakingsapparatuur aan. Bewaak de hartslag (HR) met telemetriekabels. Bewaak de systolische bloeddruk (SBP), diastolische bloeddruk (DBP) en gemiddelde arteriële druk (MAP) door een druktransducer aan te sluiten op de CA-katheter. Bewaak de gemiddelde pulmonale arteriële druk (MPAP) en centrale veneuze druk (CVP) met behulp van een onafhankelijke druktransducer/versterkersysteemopstelling.
OPMERKING: Bereken de polsdruk als het verschil tussen SBP en DBP, en de pulsdrukvariabiliteit (PPV) door het verschil te berekenen tussen de piekpulsdruk bij inademing en expiratie tijdens de ademhalingscyclus. Voer thermodilutie cardiale output (CO) uit met behulp van apparaatspecifieke volumetemperatuur/volumekalibratie. Om een pulmonale capillaire wigdruk (PCWP) te verkrijgen, blaast u de PAC-ballon op met 1.5 ml lucht, beweegt u de katheter naar voren totdat visualisatie van zowel "v"- als "a"-golven is, wat een beperkte bloedstroom van rechts naar links vertegenwoordigt, en registreert u de PCWP als de drukwaarde van de "a"-golf aan het einde van vervaldatum16. - Om de urineproductie te controleren, plaatst u een Foley-katheter (zie Materiaaltabel) in de urethra van het varken. Voor mannelijke varkens is chirurgische suprapubische katheterisatie vereist17.
- Dien kristalloïden (PlasmaLyte, zie Materiaaltabel) toe met een snelheid van 100 ml gedurende 10 minuten om een PCWP van 8-12 mmHg (euvolemie) te bereiken voordat oliezuur wordt gestart. Controleer PCWP elke 100 ml totdat 10 mmHg is bereikt.
2. Oliezuur infusie
- Oliezuur preparaat
- Bereid de oliezuuroplossing (16%) door 16 ml oliezuur te combineren met 84 ml normale zoutoplossing.
NOTITIE: Ga voorzichtig om met oliezuur en zorg ervoor dat het personeel beschermende handschoenen, veiligheidsbrillen en maskers draagt om direct huidcontact, inademing of blootstelling aan de ogen te voorkomen. Regelmatig roeren is nodig om scheiding te voorkomen, en dimethylsulfoxide kan worden toegevoegd als scheiding optreedt. - Vul de oliezuuroplossing in een IV-vloeistofleiding en sluit deze aan op de distale poort van de linker halsslagaderkatheter (zie Materiaaltabel).
- Bereid de oliezuuroplossing (16%) door 16 ml oliezuur te combineren met 84 ml normale zoutoplossing.
- Oliezuur initiatie
- Start de oliezuurinfusie met een snelheid van 0,2 ml/kg/uur, waarbij de officiële starttijd 18,19,20 wordt gemarkeerd (Figuur 1).
OPMERKING: Bevestig de hemodynamische monitoring en de plaatsing van de katheter voordat u met de oliezuurinfusie begint. Technieken zoals fluoroscopie of transthoracale echocardiografie kunnen zorgen voor een juiste plaatsing21,22. - Stel onmiddellijk na het starten van oliezuur de ventilatorinstellingen in om de luchtcondities in de kamer na te bootsen (FiO2 = 21%, PEEP = 0 cm H2O).
- Start de oliezuurinfusie met een snelheid van 0,2 ml/kg/uur, waarbij de officiële starttijd 18,19,20 wordt gemarkeerd (Figuur 1).
- Hemodynamische en respiratoire monitoring tijdens oliezuurinfusie
- Bewaak continu de hartslag (HR), de fractie van zuurstofverzadigd hemoglobine (SpO2), de ademhalingsfrequentie (RR), end-tidal kooldioxide (ETCO2), centrale veneuze druk (CVP), systolische bloeddruk (SBP), diastolische bloeddruk (DBP), gemiddelde arteriële druk (MAP), polsdrukvariabiliteit (PPV) en gemiddelde pulmonale arteriële druk (MPAP).
- Meet de gedeeltelijke arteriële zuurstofdruk (PaO2), pH, lactaat, base-overmaat, cardiale output (CO) en pulmonale capillaire wigdruk (PCWP) elke 30 minuten gedurende de eerste 60-90 minuten en daarna elke 15 minuten tot het offer (Figuur 1). Registreer de piekdruk in de luchtwegen en de plateaudruk op hetzelfde moment dat PaO2 wordt gemeten.
OPMERKING: Typische startwaarden voor continu bewaakte variabelen zijn respectievelijk 95%-100%, 15-20 ademhalingen per minuut, 25-35 mmHg, 70-80 mmHg, 40-50 mmHg, 55-65 mmHg, 1%-4% en 10-20 mmHg. Startwaarden voor intermitterende variabelen zijn respectievelijk 10 mmHg, 7,4, 0-2 mg/dL, -2 +2 mEq/L, >5 L/min en 8-10 mmHg.
- Meet de gedeeltelijke arteriële zuurstofdruk (PaO2), pH, lactaat, base-overmaat, cardiale output (CO) en pulmonale capillaire wigdruk (PCWP) elke 30 minuten gedurende de eerste 60-90 minuten en daarna elke 15 minuten tot het offer (Figuur 1). Registreer de piekdruk in de luchtwegen en de plateaudruk op hetzelfde moment dat PaO2 wordt gemeten.
- Beschouw het experiment als voltooid zodra arteriële PaO2/fractie van geïnspireerd O2 (P/F) minder is dan <10023.
OPMERKING: Op dit punt kan het dier worden geëuthanaseerd (zie hieronder) en kunnen indien nodig longpathologiemonsters worden verkregen (Figuur 2).
- Bewaak continu de hartslag (HR), de fractie van zuurstofverzadigd hemoglobine (SpO2), de ademhalingsfrequentie (RR), end-tidal kooldioxide (ETCO2), centrale veneuze druk (CVP), systolische bloeddruk (SBP), diastolische bloeddruk (DBP), gemiddelde arteriële druk (MAP), polsdrukvariabiliteit (PPV) en gemiddelde pulmonale arteriële druk (MPAP).
3. Analyse van veneuze golfvormen en procedure voor ventilatorbeheer
- Respiratoire niet-invasieve veneuze golfvormanalyse
- Respiratoire index (RIVA-RI)
OPMERKING: Ons onderzoeksteam gebruikt dit model om veranderingen in veneuze golfvormen tijdens ademnood te onderzoeken. Perifere veneuze golfvormen worden niet-invasief vastgelegd aan de bovenarm van een varken met behulp van een piëzo-elektrische sensor (zie Tabel met materialen). Signaalverwerking en versterking zijn nodig voor de analyse van deze golfvormen met lage amplitude. Fouriertransformatie wordt vervolgens toegepast om de gegevens in het frequentiedomein te presenteren, waarbij een golfvorm met lage amplitude wordt onthuld bij ongeveer 0,2 Hz (genaamd "fR0") die overeenkomt met ademhaling. Deze hypothese suggereert dat deze golf het gevolg is van retrograde voortplanting van negatieve intrathoracale druk tijdens inspiratie van het rechter atrium/vena cava door het hele veneuze systeem. De gewogen bijdragen van de amplitudes van het ademhalingssignaal (fR0) kunnen ratiometrisch worden genormaliseerd om gegevens op een gemeenschappelijke schaal te vergelijken en de prestaties te verbeteren, en om de amplitude van de frequentie van de polsslag (f0) om een RIVA-RI7 te produceren.- Plaats de piëzo-elektrode op de veneuze plexus van de bovenste extremiteit van de voorste extremiteit, direct proximaal van de elleboog.
NOTITIE: Zorg voor opname- en uploadmogelijkheden met het piëzo-elektrodeapparaat. Voorbeelden van eerdere opnameprototypes zijn te vinden inde literatuur 7,24,25,26,27. - Begin met het opnemen van veneuze golfvormen met LabChart-software (zie Tabel met materialen) wanneer veneuze golfvormen gewenst zijn tijdens het experimenteren.
- Plaats de piëzo-elektrode op de veneuze plexus van de bovenste extremiteit van de voorste extremiteit, direct proximaal van de elleboog.
- Euthanasie
- Bevestig het behoud van isofluraan op 1%.
- Hartstilstand induceren door IV-injectie van natriumpentobarbital (125 mg/kg) (volgens institutioneel goedgekeurde protocollen).
- Bevestig het ontbreken van vitale functies na de injectie om het overlijden te verifiëren.
Resultaten
Vroege enkelvoudige varkens, pilootgegevens tonen een toename van RIVA-RI voorafgaand aan veranderingen in andere respiratoire monitoringmaatregelen (RR en SpO2), in lijn met veranderingen in PaO2 (Figuur 3). De daling van PaO2 is het "positieve" resultaat dat dit model beoogt te bereiken. Voorlopige gegevens tonen ook aan dat RIVA-RI toeneemt en de PaO2 afneemt bij ziekteprogressie vanaf 30 minuten (figuur 3; rode pijl). PaO2 is de hemodynamische parameter die het meest van belang is bij het monitoren van de ademhalingstoestand, secundair aan het feit dat het de balans weerspiegelt tussen zuurstofafgifte en -consumptie, ongeacht de klinische toestand van een patiënt28,29. Het stimuleert ook de diagnose van acute ademnood en de implementatie van behandelingen30. Beide waarden veranderden ruim voor de dalingen in SpO2 in het varkensmodel, die werd vertraagd tot 60 minuten markering31 (Figuur 3). De voorlopige gegevens ondersteunen ook de eerder gerapporteerde beperking in het enkelvoudige gebruik van SpO2 als de klinische indicator van de ernst van longziekte 29,32,33,34. Deze gegevens ondersteunen dat dit beschreven model succesvol is in het bereiken van een acuut respiratoir falen met behulp van oliezuurtoediening rechtstreeks via een PAC.
Naast het succesvol bereiken van acuut respiratoir falen met behulp van gasuitwisselingsdefinities, toonde histologische evaluatie van varkenslongweefsel 5,6 (formaline-gefixeerd, in paraffine ingebed en gekleurd met hematoxyline en eosine) na succesvol bereiken van ademnood veranderingen aan die consistent zijn met acute ademnood bij de mens (Figuur 2). Dit ondersteunt eerdere literatuur over het gebruik van oliezuur voor acute ademnood9.
Figuur 1: Tijdlijn van een onderzoek naar acute ademnood bij varkens in Yorkshire. RIVA-RI-waarden, hemodynamische gegevens (hartslag, ademhalingsfrequentie, bloeddruk, SpO2, pulmonale arteriële druk, pulmonale capillaire wigdruk, centrale veneuze druk, pleurale druk, plateaudruk en piekdruk) en arteriële bloedgasanalyse (PaO2, PaCO2, lactaat, base-overmaat en pH) werden verkregen elke 30 minuten gedurende de eerste 1,5 uur en daarna elke 15 minuten tot het offer. Het NHLBI ARDS Clinical Network Mechanical Ventilation Protocol wordt gestart wanneer de P/F-verhouding <100 is. Aanpassingen aan de ventilator zullen dit protocol volgen met een doeloxygenatie van PaO2 55-80 mmHg of SpO2 88%-95%. Er zal minimaal 2 minuten worden vastgelegd voor veneuze golfvormen voorafgaand aan een escalatie van FiO2 en/of PEEP. Afkortingen: ABG = arterieel bloedgas; RIVA = Respiratoire niet-invasieve veneuze golfvormanalyse; min = minuut; PaO2 = partiële zuurstofdruk; PaCO2 = partiële druk van kooldioxide; ml = millimeter; kg = kilogram; h = uur; FiO2 = fractie van de ingeademde zuurstof; PEEP = positieve eind-expiratoire druk. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Histologie van varkenslong na oliezuurinfusie met PaO2/FiO2 <100. Histologische veranderingen van longweefsel van varkens valideren dit oliezuurmodel met demonstratie van alveolaire geëxpandeerde alveolaire septa door myxoïd-ogend fibreus weefsel, hyperplasie van pneumocyten en lymfocytische infiltratie (rode pijlen) - klassieke bevindingen van acute ademnood. Schaal balk = 500 μm; vergroot deel = 100 μm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Grafische relatie tussen RIVA-RI en PaO2 en SpO2 gedurende de tijd van oliezuurinfusie in een varkensmodel van één varken. Naarmate acute ademnood wordt veroorzaakt door de directe infusie van oliezuur in de longslagader, neemt RIVA-RI toe naarmate PaO2 (A) en SpO2 (B) afnemen. Wanneer RIVA-RI werd gevisualiseerd in het kleurenspectrum (C) gedurende de gehele kuur van oliezuurinfusie, werd een toename van de RIVA-RI-waarde waargenomen na 40 minuten infusie en verhoogd tijdens de ontwikkeling van ademnood. Rode pijlen geven het punt aan op 30 minuten waar RIVA-RI en PaO2 begonnen te veranderen, maar SpO2 bleef hetzelfde. Afkortingen = RIVA-RI = Respiratoire niet-invasieve veneuze golfvormanalyse Respiratoire index, PaO2 = gedeeltelijke zuurstofdruk, SpO2 = zuurstofhemoglobineverzadiging, min = minuten. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Discussie
Het belangrijkste element in dit protocol is het nauwlettend volgen van de hemodynamische toestand van het varken tijdens de toediening van oliezuur om ademnood te veroorzaken15. Het is van het grootste belang voor onderzoekers om de nodige tijd te nemen om de hemodynamische bewakingsapparatuur op de juiste manier te positioneren. Een specifiek nadeel van dit model is de mogelijke hemodynamische instabiliteit die kan ontstaan als gevolg van ontsteking en letsel aan het respiratoire vaatstelsel 8,10,18. Hoewel de directe toediening van oliezuur in de longslagader tot minder instabiliteit leidt dan de toediening ervan bij de halsslagader/atriale overgang, moet de mogelijkheid van een dergelijke instabiliteit toch worden erkend. Doorgaans treedt ongeveer 45-60 minuten na de start van de procedure een significante toename van MPAP op. Daarom kan het nodig zijn om hemodynamische ondersteuning te bieden om respiratoire insufficiëntie bij varkens te bereiken. Normaal gesproken zal het toedienen van 50-70 mcg noradrenaline en/of 10-30 mcg epinefrine voor SBP onder 60 mmHg en/of HR onder 50 bpm de hemodynamische verslechtering corrigeren en de voortzetting van het experiment mogelijk maken. De ontwikkeling van hemodynamische instabiliteit is geïdentificeerd als de primaire beperking van dit model.
Een andere beperking van dit model is de duur die nodig is voor het experiment. Op basis van eerdere ervaringen duurt het doorgaans gemiddeld 60 minuten voordat de vroege tekenen van ademnood zich manifesteren. In de meeste gevallen blijft de PaO2 achteruitgaan; er zijn echter geïsoleerde gevallen geweest waarin een of andere vorm van veronderstelde aanpassing optreedt, wat leidt tot een tijdelijke opleving in PaO2. Tot op heden heeft deze opleving niet langer dan 30 minuten aangehouden tijdens de lopende oliezuurinfusie. Het is belangrijk om te beseffen dat het gebruik van oliezuur direct toxisch is voor de endotheelcellen, en deze verwonding wordt gevolgd door een verhoogde pulmonale microvasculaire permeabiliteit en intrapulmonale shunt11. Om deze reden wordt aangenomen dat een directere toediening leidt tot een stabieler en geïsoleerder longletsel en acuut ademhalingsfalen - het doel van dit protocol.
Deze methode is bedacht op basis van de samenvoeging van meerdere rapporten met oliezuur om ademnood bij varkens op te wekken. Boker et. al. gebruikte door oliezuur geïnduceerde longbeschadiging om veranderingen in PaO2, longcompliantie en pro-inflammatoire cytokines te onderzoeken voor het vergelijken van mechanische ventilatie met behulp van ARDSnet lage teugvolumes20. Ze gebruikten een continue infusie van oliezuur, maar definieerden respiratoire insufficiëntie als een PaO2 kleiner dan of gelijk aan 65 mmHg voor twee opeenvolgende metingen, met een tussenpoos van 5 minuten20. Ze ondersteunden hun hemodynamica met een continue dopamine-infusie (5-12 μg/kg/min), getitreerd om de MAP groter dan 50 mmHg20 te controleren. Mutch et. AL.19 onderzocht ook mechanische ventilatiestrategieën na acute ademnood met behulp van een oliezuurmodel. Ze plaatsten een katheter van 5 Fr in de dijbeenader maar hun katheter eindigde in de rechterboezem en oliezuur werd toegediend met een snelheid van 0,2 ml/kg/uur19. Dopamine werd ook gebruikt voor hemodynamische ondersteuning met MAP-doelen van 60 mmHg19. Respiratoire insufficiëntie werd gedefinieerd als een PaO2 gelijk aan of lager dan 60 mmHg voor twee opeenvolgende metingen, met een tussenpoos van 5 minuten19. Er zijn meerdere verschillen tussen het hierin beschreven model en deze twee eerdere voorbeelden van oliezuurgebruik. Ten eerste was er een duidelijk verschil in het behoud van hemodynamische controle. Profylactische vasoactieve infusie was niet gewenst en voor dit protocol werd gekozen voor een meer reactieve toediening bij het eerste teken van hemodynamische nood om het varken vasoactieve medicatie te besparen als het niet nodig was. Een tweede verschil werd waargenomen in de toediening van oliezuur. Ze kozen ervoor om ze systemischer toe te dienen via een katheter van 5 Fr met één lumen die ongeveer 1-2 cm boven het middenrif eindigde via de dijbeenader en er is meer hemodynamische instabiliteit bij systemische toediening waargenomen. Daarentegen is het aanzienlijk minder wanneer het rechtstreeks in de longslagader wordt toegediend via een speciale longslagaderkatheter.
Een andere methode om acuut longletsel bij varkens te induceren, werd beschreven door Rissel et. al.11, waar ze zowel bronchoalveolaire lavage als een injectie met oliezuur uitvoerden. Hun double-hit-methode veroorzaakt duidelijk ernstig longletsel door de twee centrale elementen van het pathomechanisme van Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS)11 na te bootsen en vertoonde vergelijkbare PaO2/FiO2 om 1 uur11. Hun beschreven doel is echter om ernstig longletsel bij varkens te veroorzaken, wat geschikt is om verschillende behandelingsopties bij ARDS11 te bestuderen. Het doel van het beschreven protocol is om geïsoleerd acuut respiratoir falen te creëren; Daarom is de toevoeging van een andere stap om de uitputting van de oppervlakteactieve stof en de alveolaire collaps te garanderen, niet nodig gebleken en is deze tot op heden niet uitgevoerd in dit beschreven model.
In het licht van de noodzaak van innovatie en onderzoek op het gebied van aandoeningen van de luchtwegen, is het opzetten van een efficiënt, betrouwbaar en reproduceerbaar diermodel van het grootste belang. Het gebruik van oliezuur om acuut respiratoir falen te induceren is uitgebreid bestudeerd 8,10,11,18,19,20. Het huidige rapport geeft een gedetailleerd overzicht van strategieën voor canulatie, hemodynamische monitoring en toediening van oliezuur die worden gebruikt om acuut respiratoir falen bij volwassen varkens te induceren. Samen met de bestaande literatuur is deze uitgebreide modelbeschrijving bedoeld om het onderzoek naar cruciale hypothesen binnen het vakgebied door toekomstige wetenschappers te vergemakkelijken.
Openbaarmakingen
Een voorlopig patent op intellectueel eigendom in verband met respiratoire niet-invasieve veneuze golfvormanalyse is ingediend door de auteurs (BA, CB en KH).
Dankbetuigingen
De auteurs willen Dr. José A. Diaz, Jamie Adcock, Mary Susan Fultz en het S.R. Light Laboratory van het Vanderbilt University Medical Center bedanken voor hun hulp en steun. Dit werk werd ondersteund door een subsidie van het National Heart, Lung and Blood Institute van de National Institutes of Health (BA; R01HL148244). De inhoud valt uitsluitend onder de verantwoordelijkheid van de auteurs en vertegenwoordigt niet noodzakelijkerwijs de officiële standpunten van de National Institutes of Health.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 1% Isoflurane | Primal, Boston, MA, USA | 26675-46-7 | https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/792632?gclid=Cj0KCQjw9fqnBhDSARIsAHl cQYS_W-q6tS2s6LQw2Qn7Roa3T GIpTLPf52351vrhgp44foEcRozPqt YaAtvfEALw_wcB |
| Arterial Catheter | Merit Medical, South Jordan, UT, USA | MAK401 | MAK Mini Access Kit 4F |
| Blood Pressure Amp | AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA | FE117 | https://www.adinstruments.com/products/bp-blood-pressure-amp |
| Central Venous Catheter | Arrow International, Cleveland, OH, USA | AK-09800 | 8.5 Fr. x 4" (10 cm) Arrow-Flex |
| Disposable Pressure Transducers | AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA | MLT0670 | https://www.adinstruments.com/products/disposable-bp-transducers |
| Edwards Lifesciences Triple Stage Venous Cannulas | Edwards Life Sciences, Irvine, CA | TF293702 | https://www.graylinemedical.com/products/edwards-lifesciences-triple-stage-venous-cannulas-venous-dual-stage-cannula-tf293702?variant=31851942576185&gad=1& gclid=Cj0KCQiAr8eqBhD3ARIsAIe -buNdmkzavUBaIx-1be7boWn2kW hbUR6QCjaobB08uuK9qJW66JvY TM4aAufGEALw_wcB |
| Kelly Scissors | MPM Medical Supply, Freehold, NJ 07728 | 104-5516 | https://www.mpmmedicalsupply.com/products/kelly-scissors |
| Kendall 930 FoamElectrodes | Covidien, Mansfield, MA, USA | 22935 | https://www.cardinalhealth.com/en/product-solutions/medical/patient-monitoring/electrocardiography/monitoring-ecg-electrodes/radiolucent-electrodes/kendall-930-series-radiolucent-foam-electrodes.html |
| Ketamine Hydrochloride 100 mg/mL, Injectable Solution, 10 mL | Patterson Veterinary, Loveland, CO 80538 | 07-894-8462 | https://www.pattersonvet.com/ProductItem/078948462?omni=ketamine |
| LabChart 8 software | AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA | N/A | https://www.adinstruments.com/products/labchart |
| Lahey Retractor | BOSS Instruments LTD, Gordonsville, VA 22942 | 18-1210 | https://bossinstruments.com/product/7-3-4-lahey-thyroid-retractor-6mmx28mm/ |
| Oleic Acid | Sigma-Aldrich, Merck, Darmstadt, Germany | O1008 | https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/sial/o1008?gclid=CjwKCAjwzJmlBhBBEiwAEJy Lu2047wRpXqF_Z2BegUyhgZJ _WygsWfErhgrGCIyMp8PxwNH sTZ8qARoCl1QQAvD_BwE&gcl src=aw.ds |
| Peripheral IV Catheter Angiocath 18-24 G 1.16 inch | McKesson, Irving, TX, USA | 329830 | https://mms.mckesson.com/product/329830/Becton-Dickinson-381144 |
| Piezoelectrode | MuRata Manuractoring Co, Ltd., Nagaokakyo, Kyoto, Japan | 7BB-12-9 | https://www.murata.com/en-us/products/productdetail?partno=7BB-12-9 |
| PlasmaLyte | Baxter International, Deerfield, IL, USA | 2B2544X | https://www.ciamedical.com/baxter-2b2544x-each-solution-plasma-lyte-a-inj-ph-7-4-1000ml |
| Pulmonary Artery Catheter | Edwards Life Sciences, Irvine, CA | 131F7 | Swan Ganz 7F x 110cm |
| Standard Endotracheal Tubes | Teleflex, Morrisville, NC 27560 | 5-10313 | https://www.teleflex.com/usa/en/product-areas/anesthesia/airway-management/endotracheal-tubes/standard-tubes/index.html |
| SurgiVet Clearview Foley Catheter, 8 Fr, 55 cm Silicone | Penn Veterinary Supply, Inc, West Rendering, PN 13971 | SVCFC1030 | https://www.pennvet.com/customer/portal/catalog/home?urile=wcm:path%3APennVet+Catalog/Super+Sku+Catalog/SS0672/Surgivet+Clearview+Silicone+Foley+Catheters |
| Telazol (Tiletamine HCl and Zolazepam HCl), Injectable Solution, 5 mL | Patterson Veterinary, Loveland, CO 80538 | 07-801-4969 | https://www.pattersonvet.com/ProductItem/078014969?omni=telazol |
| Welch Allyn E-MacIntosh Standard Laryngoscope Blade | MFIMedical, San Diego, CA 92131 | WLA-69242 | https://mfimedical.com/products/welch-allyn-e-macintosh-standard-laryngoscope-blade?variant=12965771870285¤cy =USD&utm_medium=product_sync &utm_source=google&utm_content =sag_organic&utm_campaign=sag _organic&gclid=Cj0KCQiAr8eqBhD 3ARIsAIe-buMhpgM96qRXkCUKA 6Mhmdat0p93JbecCGTaLStexhV pkUVa9VkWUzgaAr-iEALw_wcB |
| Xylazine HCl 100 mg/mL, Injectable Solution, 50 mL | Patterson Veterinary, Loveland, CO 80538 | 07-894-5244 | https://www.pattersonvet.com/ProductItem/078945244 |
| Yorkshire Pigs | Oak Hill Genetics, Ewing, IL, USA | 138274 | Female/Male Swine- Yorkshire/Landrace 81-100lbs |
Referenties
- Judge, E. P., et al. Anatomy and bronchoscopy of the porcine lung. A model for translational respiratory medicine. Am J Respir Cell Mol Biol. 51 (3), 334-343 (2014).
- Anna Bassols, C. P., et al. The pig as an animal model for human pathologies: A proteomics perspective. Proteomics Clin. Appl. 8, 715-731 (2014).
- Hughes, G. C., Post, M. J., Simons, M., Annex, B. H. Translational physiology: porcine models of human coronary artery disease: implications for preclinical trials of therapeutic angiogenesis. J Appl Physiol. 94 (5), 1689-1701 (2003).
- Tobin, M. J. Respiratory monitoring. JAMA. 264 (2), 244-251 (1990).
- Magnusdottir, S. O., et al. Hyperoxia affects the lung tissue: A porcine histopathological and metabolite study using five hours of apneic oxygenation. Metabol Open. 4, 100018(2019).
- Matute-Bello, G., Frevert, C. W., Martin, T. R. Animal models of acute lung injury. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 295 (3), 379-399 (2008).
- Alvis, B., et al. Respiratory non-invasive venous waveform analysis for assessment of respiratory distress in coronavirus disease 2019 patients: an observational study. Crit Care Explor. 3 (10), 0539(2021).
- Hultkvist-Bengtsson, U., Martensson, L. Oleic acid-induced injuries in the guinea-pig. Effects of allopurinol on cell dynamics, erythrocyte-catalase and uric acid plasma levels. Clin Exp Pharmacol Physiol. 18 (3), 127-130 (1991).
- Jacobs, B. R., Brilli, R. J., Ballard, E. T., Passerini, D. J., Smith, D. J. Aerosolized soluble nitric oxide donor improves oxygenation and pulmonary hypertension in acute lung injury. Am J Respir Crit Care Med. 158 (5 Pt 1), 1536-1542 (1998).
- Lee, S. M., et al. microRNAs mediate oleic acid-induced acute lung injury in rats using an alternative injury mechanism. Mol Med Rep. 10 (1), 292-300 (2014).
- Rissel, R., et al. Bronchoalveolar lavage and oleic acid-injection in pigs as a double-hit model for acute respiratory distress syndrome (ARDS). J Vis Exp. 159, 61358(2020).
- Helen Chum, C. P. Endotracheal intubation in swine. Lab Animal. 41, 309(2012).
- Alessa, M. A., et al. Porcine as a training module for head and neck microvascular reconstruction. J Vis Exp. 139, 58104(2018).
- Higgs, Z. C., Macafee, D. A., Braithwaite, B. D., Maxwell-Armstrong, C. A. The Seldinger technique: 50 years on. Lancet. 366 (9494), 1407-1409 (2005).
- Wise, E. S., et al. Hemodynamic parameters in the assessment of fluid status in a porcine hemorrhage and resuscitation model. Anesthesiology. 134 (4), 607-616 (2021).
- Riedinger, M. S., Shellock, F. G., Swan, H. J. Reading pulmonary artery and pulmonary capillary wedge pressure waveforms with respiratory variations. Heart Lung. 10 (4), 675-678 (1981).
- Holliman, C. J., Kenfield, K., Nutter, E., Saffle, J. R., Warden, G. D. Technique for acute suprapubic catheterization of urinary bladder in the pig. Am J Vet Res. 43 (6), 1056-1057 (1982).
- Borges, A. M., et al. Challenges and perspectives in porcine model of acute lung injury using oleic acid. Pulm Pharmacol Ther. 59, 101837(2019).
- Mutch, W. A., et al. Biologically variable ventilation increases arterial oxygenation over that seen with positive end-expiratory pressure alone in a porcine model of acute respiratory distress syndrome. Crit Care Med. 28 (7), 2457-2464 (2000).
- Boker, A., et al. Improved arterial oxygenation with biologically variable or fractal ventilation using low tidal volumes in a porcine model of acute respiratory distress syndrome. Am J Respir Crit Care Med. 165 (4), 456-462 (2002).
- Josan, E., Pastis, N., Shaman, Z. Ultrasound guided pulmonary artery catheter insertion: An alternative to fluoroscopic guidance. Respir Med Case Rep. 38, 101678(2022).
- Weinberg, L., et al. Video fluoroscopy for positioning of pulmonary artery catheters in patients undergoing cardiac surgery. J Cardiothorac Vasc Anesth. 29 (6), 1511-1516 (2015).
- NHLBI N. Clinical network mechanical ventilation protocol summary. , ardsnet.org (2023).
- Alvis, B., et al. Noninvasive Venous waveform analysis correlates with pulmonary capillary wedge pressure and predicts 30-day admission in patients with heart failure undergoing right heart catheterization. J Card Fail. 28 (12), 1692-1702 (2022).
- Alvis, B. D., et al. Non-invasive venous waveform analysis (NIVA) for monitoring blood loss in human blood donors and validation in a porcine hemorrhage model. J Clin Anesth. 61, 109664(2020).
- Hocking, K. M., et al. Evaluation of common clinical and hemodynamic parameters to pulmonary capillary wedge pressures in patients undergoing right heart catheterization. Medical Research Archives: European Society of Medicine. 10, (2022).
- Sobey, J. H., et al. Non-invasive venous waveform analysis (NIVA) for volume assessment during complex cranial vault reconstruction: A proof-of-concept study in children. PLOS One. 15 (7), 0235933(2020).
- Carreau, A., El Hafny-Rahbi, B., Matejuk, A., Grillon, C., Kieda, C. Why is the partial oxygen pressure of human tissues a crucial parameter? Small molecules and hypoxia. J Cell Mol Med. 15 (6), 1239-1253 (2011).
- Rogers, K. M., McCutcheon, K. Four steps to interpreting arterial blood gases. J Perioper Pract. 25 (3), 46-52 (2015).
- Brown, S. M., et al. Nonlinear Imputation of PaO2/FiO2 from SpO2/FiO2 among patients with acute respiratory distress syndrome. Chest. 150 (2), 307-313 (2016).
- Sileshi, B., et al. Peripheral venous waveform analysis for detecting early hemorrhage: a pilot study. Intensive Care Med. 41 (6), 1147-1148 (2015).
- Eecen, C. M. W., Kooter, A. J. J. Pulse oximetry: principles, limitations and practical applications. Ned Tijdschr Geneeskd. 165, 5891(2021).
- Sinex, J. E. Pulse oximetry: principles and limitations. Am J Emerg Med. 17 (1), 59-67 (1999).
- Chan, E. D., Chan, M. M., Chan, M. M. Pulse oximetry: understanding its basic principles facilitates appreciation of its limitations. Respir Med. 107 (6), 789-799 (2013).
Herprints en machtigingen
