Model ALI dla noworodków obejmuje model wielohitowy, obejmujący płukanie płuc w celu usunięcia surfaktantów (naśladując zespół niedoboru oddechowego prowadzący do atelectotraumy), wysoką ekspozycję na tlen (prowadzącą do powstawania reaktywnych form tlenu), wentylację mechaniczną (baro/volu-trauma), a także podawanie LPS jako bodziec zapalny, odzwierciedlając różne składniki uważane za zaangażowane w patogenezę BPD u wcześniaków2. Podczas procesu wyczerpywania powierzchniowo czynnego dochodzi do celowego wzrostu ciśnienia i tlenu, co przyczynia się do urazu. Ekspozycja na hiperoksję przy FiO2 1.0 trwa około 3 godzin, a wysokie ciśnienie jest dodawane przez około 90 minut podczas fazy wywołanego uszkodzenia płuc (płukanie wyczerpaniem powierzchniowo czynnym i instalacja endotoksyny). Wysoki poziom tlenu podczas resuscytacji (wysoki FiO2 0,9 vs. niski FiO2 0,3) u wcześniaków bardzo wcześniaków powodował wyższy stres oksydacyjny i stan zapalny, przy ekspozycji na hiperoksję krótszą niż 1 godzinę29. Po wyczerpaniu powierzchniowo czynnych w modelu prosiatka płuca ulegają zapadaniu się/co prowadzi do niedobrotowej atelectazy, a zdolność do utrzymania przechodności pęcherzyka jest zmniejszona w celu odpowiedniej wentylacji i natlenienia. W związku z tym, mimo że ustawienia są obniżone w okresie obserwacji, usunięcie powierzchniowo czynnego powoduje konieczność stosowania wyższego ciśnienia, aby osiągnąć objętość pływową 7 mL/kg. Płuca będą w stanie produkować surfaktant z upływem czasu, a zakres trwającego procesu szkodliwego może się z czasem zmniejszać. Jednak ten nowy model noworodkowego prosiatka ALI wykazuje niewielką regenerację (Rysunek 2) funkcji płuc (zgodność) i natlenienia (stosunek PF) podczas okresu obserwacji przez 6 godzin po wywołanym urazie płuc. Model ten bardzo przypomina najczęstsze początkowe warunki poporodowe, z jakimi borykają się bardzo wcześniaki, co czyni go bardzo istotnym dla wysiłków translacyjnych. Model ten powoduje umiarkowane (100-200 mmHg) do ciężkiego (<100 mmHg) ostre uszkodzenie płuc, definiowane przez stosunek P/F28. Efekt LPS przy stanie zapalnym osiąga szczyt w ciągu 1 do 2 godzin po urazie30 godzin. Model ten może być wykorzystywany jako fundament, którym inne grupy mogą manipulować poprzez zmianę długości obserwacji lub leczenia dostosowanego do ich programu badawczego.
Kluczowe kroki w protokole
Pomimo priorytetowego traktowania dostępności, ten model dużych zwierząt pozostaje złożony, wymagając wysoko wykwalifikowanego zespołu współpracy, aby doprowadzić eksperyment do końca. W protokole są kluczowe etapy wymagające dodatkowej ostrożności. Te kwestie są kluczowe dla zapewnienia sukcesu tego złożonego ramowego eksperymentu.
Transport zwierzęcia
Wczesne odłączenie od matki ma być dla zwierzęcia niezwykle stresującym okresem, co może prowadzić do niemożności utrzymania stabilności sercowo-naczyniowej i możliwej śmierci podczas transportu. Jednak protokół transportu (patrz krok 3) przedstawiony tutaj pozwalał na bardzo spokojne zwierzęta (niektóre nawet zasypiały), pozwalając na pełne eksperymenty. Chociaż trudno jest jednoznacznie zalecić maksymalny czas transportu, prosięta były w stanie komfortowo wytrzymać transport trwający około 60 minut, według naszego doświadczenia.
Optymalizacja wentylacji
Respirator musi być ustawiony tak, aby kompensować zgodność obwodu i zapewnić pełną objętość pływową do płuc. Jest to szczególnie istotne podczas wyczerpania powierzchniowo czynnego, ponieważ prosiatko może stać się hemodynamicznie niestabilne, jeśli objętość pływowa zostanie utracona w obwodzie. Naukowcy muszą potwierdzić, że dostępny respirator pozwoli na odpowiednią dawkę objętości pływowej dla noworodka. Respiratory dla dorosłych często nie są w stanie osiągnąć odpowiednich objętości pływów noworodków. stosuje się do utrzymania wartości objętości wydechowej pływów (7 mL/kg stosowane w tym protokole, jak wcześniej opisali inni 14,19,20,21,31,32, z wyjątkiem płukania płuc - patrz następna sekcja). Ustandaryzowane zastosowanie adaptera rurki endotracowej z bocznym portem zaworowym podczas podawania LPS lub w jakimkolwiek leczeniu IT pozwala utrzymać ciśnienie w drogach oddechowych poprzez unikanie odłączenia od obwodu wentylacyjnego.
Standaryzowana strategia rekrutacji płuc po operacji
Niedróba może rozwijać się w płucach prosiaków podczas etapu przygotowawczego i chirurgicznego. Po rozluźnieniu mięśni wykonano33 manewry "rekrutacji płuc", aby zapewnić prawidłowe napowietrzanie płuc. Po manewrze rekrutacyjnym oczekuje się, że ciśnienie częściowe tlenu we krwi tętniczej przekroczy 400 mmHg, biorąc pod uwagę prawidłową odpowiedź hiperoksyczną w zdrowych, otwartych płucach. Jeśli nie zostanie to osiągnięte, badacz musi rozważyć, czy płuca nie zostały odpowiednio zrekrutowane z powodu nieoptymalizowanych warunków eksperymentalnych, czy też czy prosiatko może mieć istniejącą wcześniej chorobę (na przykład, jeśli prosięcie pochodzi z farmy, gdzie mogą wystąpić nieznane ekspozycje). Protokół pozwala przetestować pierwsze wyjaśnienie poprzez ponowne uruchomienie manewru rekrutacyjnego, aby sprawdzić, czy można osiągnąć ten cel. Jeśli po raz drugi nie osiągnie 400 mmHg PaO2, należy rozważyć wykluczenie zwierzęcia jako stan istniejący wcześniej, który mógłby niewłaściwie wpłynąć na wyniki eksperymentalne.
Wystarczająca ilość płynów i homeostaza metaboliczna są niezwykle ważne
To ograniczy ważne skutki zakłócające związane ze słabym nawodnieniem i kontrolą metaboliczną. Te nowo narodzone prosięta, zwykle rodzone w dużym miocie, nie wszystkie mają podobną możliwość karmienia. W związku z tym mogą być narażone na pewien poziom odwodnienia poporodowego przed użyciem w eksperymencie. Całkowite spożycie płynów na poziomie 5-8 mL/kg/h wystarczy, aby utrzymać dobrą objętość wewnątrznaczyniową14,34. Zapewnienie kontroli metabolicznej odbywa się przy utrzymaniu poziomu glukozy we krwi w zakresie 4-5 mmol/L (normalny zakres fizjologiczny dla nowo narodzonych prośi35,36). Wysoki poziom mleczanu we krwi to kolejne określenie używane do niskiego dostarczania tlenu i może być odzwierciedlać niski stan płynu wewnątrznaczyniowego przed niedotleniem. Odpowiednia ilość płynów i dobrze nawodnione zwierzę wytrzymują płukania wyczerpanego surowca czynnego ze stabilnością sercowo-naczyniową i nie powodują ciężkiej kwasicości. Wartości referencyjne hemoglobiny i innych parametrów biochemicznych różnią się w zależności od wieku i gatunku37,38. Niższa hemoglobina może wpływać na natlenienie, które wymaga optymalnego i zachowawczego pobierania krwi39,40. Każde pobranie krwi jest rekompensowane równą ilością NS. Do stosowania odpowiedniego cyklu płynów stosowano poziomy elektrolitów we krwi, moczniku i kreatyniny.
Zapewnienie odpowiedniego czasu na regenerację podczas zabiegu płukania płuc
Podczas płukania płuc potrzebne jest ważne okno rekonwalescencji trwające co najmniej 3-5 minut między każdym płukaniem, aby umożliwić prawidłowy powrót żylny i uniknąć niebezpiecznego zatkania wątroby41, krwotoku wątrobowego oraz niewydolności prawego serca. Zjawisko to zaobserwowano u kilku zwierząt w ramach eksperymentalnej kohorty. Właściwe i proaktywne zarządzanie płynami jest niezbędne do utrzymania stabilności klinicznej. Tworząc niewielkie środowisko intensywnej terapii dla tego modelu prosiatka, kluczowe jest posiadanie klinicysty, neonatologa lub starszego technika weterynaryjnego, który może ułatwić przekazywanie wiedzy członkom zespołu, aby rozpoznać ważne sytuacje i ich plany awaryjne.
Zalecane rozwiązania problemu
Prosiaczko będzie poddawane znieczuleniu ogólnemu i analgezji przez cały czas trwania operacji i eksperymentów. Jedna osoba jest zaangażowana w monitorowanie prosiaczka przez cały eksperyment. Każde zwierzę różni się wrażliwością i reakcją na środki znieczulającye. Monitorowanie stanu zwierzęcia bezpośrednio po podaniu znieczulenia za pomocą pomiarów życiowych i godzinowych gazów jest kluczowe. Dostarczy informacji o poziomie znieczulenia i stabilności metabolycznej, a także o ocenie fizykalnej w razie potrzeby. Istnieje zmienność liczby płukań płuc (od 6 do 20), a tym samym czasu (od 28 do 115 min), potrzebnego do osiągnięcia wyczerpania powierzchniowo czynnego.
Potencjalne problemy i rozwiązania podczas indukcji, stabilizacji i operacji znieczulenia: (1) Jeśli pojawi się bezdech, należy wyłączyć gaz znieczulający i wspierać oddychanie respiratorem w formie maski do czasu powrotu spontanicznego oddychania. (2) Jeśli występują objawy hipowolemii spowodowane wysokim tętnem, niskim MAP lub niskim CVP, należy podać płyn o ilości 10 mL/kg NS oraz rozważyć zwiększone spożycie płynu podtrzymującego (UP). (3) Gdy niedociśnienie ze spadkiem MAP do 30-40 mmHg nie ustępuje po podaniu płynów, należy zmniejszyć lub zatrzymać pompy znieczulone, a oznaki perfuzji i niedociśnienia ponownie oceniać po 10-15 minutach. Analiza gazometryki krwi pod kątem poziomu hemoglobiny w celu oceny możliwego krwawienia wewnętrznego. (4) Jeśli objawy oddechowe wskazują na odmę opłucnową (ostre desaturowanie lub bradykardia >20%), prosiatko jest natychmiast uśpione.
Ograniczenia
Model przedstawiony tutaj przedstawia krótkoterminowe (6 godzin) ALI noworodka w modelu dużego zwierzęcia. Przewlekłość urazów prowadzących do BPD jest ważnym czynnikiem do rozważenia. Model ten może nie w pełni oddawać tego aspektu patogenezy, a dane informujące o postępie urazu płuc po 6 godzinach pozostają nieokreślone. Niemniej jednak spójność tego modelu stanowi solidną podstawę do dalszego rozwoju (wydłużenie długości i modyfikacja protokołu), umożliwiając wszechstronność grupom badawczym, które go wdrożą. Pomimo nacisku na dostępność i wykonalność tego modelu dużego zwierzęcia podczas jego powstawania, niezbędne są konkretne umiejętności, aby eksperyment przebiegł sprawnie. Wiedza kliniczna z solidnymi podstawami fizjologii oraz wiedzą pozwalającą radzić sobie z szybkimi zmianami/pogorszeniem za pomocą leków, infuzji itp. jest niezbędna do wdrożenia i pomyślnego zakończenia we wczesnych fazach. Ten zestaw umiejętności można następnie przekazać członkom zespołu w celu dalszego utrzymania modelu przez dłuższy czas. Dodatkowo, zespół złożony z technika weterynaryjnego, techników laboratoryjnych oraz starszych doktorantów, z którym nawiązano silną komunikację i współpracę, może zapewnić odpowiednie pokrycie wszystkich elementów każdego eksperymentu. Oczekuje się, że co najmniej trzech członków zespołu będzie potrzebnych do przeprowadzenia eksperymentu od początku do końca, gdy workflow zostanie zoptymalizowany.
Znaczenie i potencjalne zastosowanie
Tłumaczenie kliniczne opiera się na solidnych badaniach podstawowych na poziomie przedklinicznym. Jednak wiele badań klinicznych kończy się niepowodzeniem z powodu niezgodności między modelem przedklinicznym a fizjologią człowieka, co podkreśla znaczenie blisko spokrewnionych modeli dużych zwierząt w wzmacnianiu potencjału translacyjnego. Stworzenie nowego modelu noworodkowego prosięta urazu płuc jest kluczowe dla lepszego zrozumienia wczesnych zdarzeń patogennych, tworząc sprzyjające warunki rozwojowi BPD w ludzkim przedwczesnym płucu. Model przedstawiony tutaj odtwarza ważne aspekty środowiska intensywnej terapii (hiperoksję, wentylację pod wysokim ciśnieniem oraz brak surfaktantu) dla wcześniaków w pierwszych dniach życia, co jest ściśle modelowane. Ten wszechstronny, nowy model wielouderzeniowy noworodkowych prosiętek dostarczy nieocenionych informacji o wczesnych procesach patogennych z BPD, poszerza wiedzę o kandydatach terapeutycznych oraz optymalizuje ich dostarczanie terapii dla skutecznej translacji klinicznej. Będzie to doskonały wektor współpracy, sprzyjając ramom testowania hipotez dla badań dowodzących koncepcję od bezpieczeństwa po skuteczność oraz generowanie wiedzy. Stanowiąc podstawę przyszłych badań, model ten znacząco przyczyni się do rozwoju klinicznych działań translacyjnych w przypadku ostrych urazów płuc obserwowanych u wcześniaków.