A Swine Modell von neonataler Asphyxie

Summary

Großtiermodelle haben gute translationale Werte in der Untersuchung der Physiologie und Pharmakologie von neonataler Asphyxie. Mit neugeborenen Ferkeln, entwickeln wir ein experimentelles Protokoll neonatale Asphyxie die Vorteile eines Studiums der systemischen und regionalen Hämodynamik, Sauerstoff-Transport mit biochemischen und pathologischen Wege und Zusammenhänge hat zu simulieren.

Abstract

Jährlich mehr als 1 Million Neugeborenen sterben weltweit um Asphyxie verwandt. Asphyxiated Neugeborenen haben üblicherweise Multiorganversagen einschließlich Hypotonie, Perfusionsdefizit, hypoxisch-ischämischen Enzephalopathie, pulmonale Hypertonie, vasculopathic Enterokolitis, Nierenversagen und thromboembolische Komplikationen. Tiermodelle entwickelt, um uns helfen zu verstehen die Pathophysiologie und Pharmakologie von neonataler Asphyxie. Im Vergleich zu Nagetieren und neugeborenen Lämmern hat die neugeborenen Ferkeln nachgewiesen worden, ein wertvolles Modell sein. Das neugeborene Ferkel hat mehrere Vorteile, einschließlich ähnliche Entwicklung wie die 36-38 Wochen menschlichen Fötus mit vergleichbaren Systeme des Körpers, große Körpergröße (~ 1,5-2 kg bei der Geburt), die die Instrumentierung und Überwachung des Tieres ermöglicht und steuert die Störvariablen der Hypoxie und hämodynamische Störungen.

Wir beschreiben hier eine experimentelle Protokoll neonatale Asphyxie simulieren und ermöglichen es uns, die systematisch zu untersuchenmic und regionalen hämodynamischen Veränderungen während der erstickenden und Reoxygenierung Prozess sowie die jeweiligen Auswirkungen der Interventionen. Ferner hat das Modell den Vorteil studieren Multiorganversagen oder Dysfunktion gleichzeitig und die Wechselwirkung mit verschiedenen Systeme des Körpers. Das experimentelle Modell ist ein nicht-Überlebensrate Prozedur, die die chirurgischen Instrumente der neugeborenen Ferkel (1-3 Tage alt und 1,5-2,5 kg Gewicht, Mischling) beinhaltet die Errichtung der mechanischen Beatmung, Kreislauf (arterielle und zentralvenöse) Zugang zu ermöglichen und die Plazierung von Kathetern und Sonden Strömung (Transonic Inc.) für die ständige Überwachung des intravaskulären Drucks und des Blutflusses in verschiedenen Arterien einschließlich der wichtigsten pulmonale, carotis, mesenterica superior und linken Nierenarterien. Mit diesen operativ instrumentierten Ferkel, nach Stabilisierung für 30-60 Minuten von Z <10% Schwankung der hämodynamischen Parameter und normale Blutgase definiert, beginnen wir ein experimentelles Protokollschwerer Hypoxämie die über normokapnischen alveoläre Hypoxie induziert. Das Ferkel ist mit 10-15% Sauerstoff durch die Erhöhung der Konzentration des inhalierten Stickstoffgas für 2h, strebt arteriellen Sauerstoffsättigung von 30-40% belüftet. Dieser Grad der Hypoxie wird die klinische Asphyxie mit schwerer metabolischer Azidose, systemischer Hypotonie und kardiogenen Schock mit Minderperfusion lebenswichtiger Organe zu produzieren. Die Hypoxie wird durch Reoxygenierung mit 100% Sauerstoff für 0.5h und dann 21% Sauerstoff für 3.5h gefolgt. Pharmakologische Interventionen können zu gegebener Zeit eingeführt werden und ihre Auswirkungen in einer verblindeten, Block-randomisiert untersucht.

Protocol

Ein. Anästhesie

1. Die Durchflussrate des Narkosemittels Maschine 2l/min. Schließen Sie das Abgas zu Vakuumsauger.
2. Verantwortlicher Gesichtsmaske mit Narkosegas (Isofluran) bei 5% (~ 3 min).
3. Neugeborene Ferkel werden mit inhalativen Isofluran 5% in 100% Sauerstoff (ca. 3 Min.) induziert werden.
4. Aufrechterhaltung der Narkose auf 2-3% des Isofluran. Feineinstellung Isofluran um 0,5% gegebenenfalls jedoch kann sie von 0,5 bis 5% je nach dem Zustand der Ferkel reichen.
5. Sobald der Gefäßzugang festgestellt wurde, kann der Inhalationsanästhesie nach intravenösen Anästhesie unter Verwendung Fentanyl (5-50 mcg / kg / h) und Midazolam (200-500 mcg / kg / h) Infusionen geschaltet werden. Pancuronium (50-100 ug / kg / h) erforderlich, um übermäßige Muskelbewegungen während der Operation zu steuern, während die Fähigkeit zur Tieres Zustand beobachtet wird für die Anpassung von Anästhetikum Medikamente konserviert werden.
6. Das Ferkel wird durch Pulsoxymetrie überwacht (perkutane Sauerstoff saturation bei 95-100%) und EKG (Herzfrequenz bei 130-170 Schläge / min).
7. Die Ferkel rektale Temperatur auf 38-40 ° C gehalten mit Heizdecke und Wärmestrahler.
8. Die Narkose Zustand der Ferkel wird regelmäßig über den Versuchszeitraum mit neurologischen (Pupillengröße, tränende Augen, Körperbewegungen) ausgewertet, Verhaltensstörungen (Agitation), Herz-Kreislauf (Tachykardie und Hypertonie) und Atemwegserkrankungen (Tachypnoe) Parameter entsprechend. Minimal Lähmungen gegeben. Bisherige Erfahrungen der Anästhesie bei Ferkeln mit und ohne Lähmung wäre nützlich für die Auswertung.
9. Das Protokoll ist ein nicht-Überleben Prozedur mit Euthanasie des Tieres am Ende des Experiments mit einer Überdosis von Pentobarbital (100 mg / kg) intravenös.

2. Chirurgische Platzierung des vaskulären Kathetern an der Leiste (Abbildung 1)

1. Machen Sie einen langen 2-3cm Schnitt in der rechten Leiste.
2. Dissect 1cm rechts femoral venösen und 1cm right Oberschenkelarterie. Legen Sie zwei 3-0 Saiten um jedes Schiff.
3. Rechte femorale Katheterisierung: Ligieren des distalen der Vene. Legen Sie eine Argyle Katheter (3,5 oder 5 Französisch, Doppel-Lumen) (Covidien, Mansfield, MA) bis 15cm und dies wird in den rechten Vorhof platzieren. Tie beide Zeichenfolgen in den Katheter zu sichern. Der Katheter kann für Wartungs-Fluid und Medikamente Infusion (sekundären Port) und zentralvenöse / rechtsatrialen Druckmessung (Hauptöffnung) verwendet werden.
4. Rechte femorale arterielle Katheterisierung: Ligieren des distalen der Arterie. Heben Sie den proximalen String, um den Blutfluss zu stoppen. Legen Sie eine Argyle Katheter (3,5 oder 5 Französisch, Single-Lumen) zu 5cm. Dadurch wird der arteriellen Katheter an der Infrarot-renalen Aorta zur kontinuierlichen mittleren arteriellen Druckmessung und Blutentnahme platzieren. Tie beide Zeichenfolgen in den Katheter zu sichern.
5. Schließen Sie die Haut.

3. Stellen mechanischen Beatmung (Abbildung 2)

1. Machen Sie einen langen 2-3cm horizontalInzision in den Nacken.
2. Sezieren und Setzen 1cm der Luftröhre. Legen Sie zwei 1-0 Saiten um die Luftröhre.
3. Legen Sie einen Endotrachealtubus (3,0 bzw. 3,5) bei 1cm in die Luftröhre. Verbinden mit einem Ventilator und beginnen mechanischen Beatmung. Sichern Sie den Endotrachealtubus.
4. Sezieren und setzen die Arteria carotis communis. Umschließen das Schiff mit einer Laufzeit Ultraschall-Durchfluss-Sonde (2SB oder 2RB, Transonic Systems Inc., Ithica, NY) für die kontinuierliche Messung des Blutflusses.

4. Platzierung von Strömungssonden am mesenterica superior (Abb. 3) und der linken Niere (Abbildung 4) Arterien

1. Zusätzliche Dosen von Fentanyl (5-10 mcg / kg) und Acepromazin (0,01-0,02 mg / kg) vor Hautschnitt erforderlich.
2. Machen Sie einen langen subkostalen-Flankenschnitt und sorgfältig sezieren Muskelschichten.
3. Setzen Sie die Bauchaorta.
4. Minimieren vaskulären Handling (Vasospasmus) und lymphatische Verletzungen.
5. Dissect 0,5-1cm mesenterica superior undlegte eine Transonic Flow-Sonde (3SB) um ihn herum.
6. Dissect 0,5-1cm linke Nierenarterie und legte ein Transonic Flow-Sonde (2SB) um ihn herum.
7. Schließen Sie die Haut und sichern die Strömungssonde.

5. Platzierung Lungenarterienkatheter (Abbildung 5) und Strömungssonde (Abbildung 6)

1. Zusätzliche Dosen von Fentanyl (5-10 mcg / kg) und Acepromazin (0,01-0,02 mg / kg) vor Hautschnitt erforderlich.
2. Lie das Tier an der rechten Seitenlage.
3. Thorakotomie auf der linken vierten Interkostalraum.
4. Watch out für die mammaria Arterie und Vene, ligieren, wenn nötig.
5. Verwenden Sie eine zahnärztliche Tupfer drücken Sie die linke Lunge und erhöhen Sauerstoff benötigt.
6. Öffnen Sie den Herzbeutel.
7. Identifizieren des Ductus arteriosus, die von der Lungenarterie zu der Aorta verläuft.
8. Ductus arteriosus kann durch Platzieren eines Clips oder durch eine dicke "3-O Seide" tie an ihrem Ursprung ligiert werden.
9. Free the wichtigsten Lungenarterie und Pass avascular Schlinge mit einem dicken "0" binden.
10. Durchführen einer Tabaksbeutelnaht (5-0 Prolene) Nahtmaterial an der Basis für die Platzierung von Lungenarterienkatheter.
11. Einfügen eines 20G Angiokatheter (mit 3 Seitenlöcher bei weniger 1 cm von der Spitze des Katheters) durch die Tabaksbeutelnaht auf maximal 1 cm beträgt.
12. Überprüfen Sie für freien Durchfluss des venösen Blutes.
13. Verbinden Sie Druckwandler für die pulmonale arterielle Druck und Wellenform zu überprüfen.
14. Ziehen Sie die Tabaksbeutelnaht und sichern Lungenkatheter.
15. Legen Sie eine Transonic Flow-Sonde (6SB) um die wichtigsten Lungenarterie.
16. Zeigen Ultraschall-Gel zwischen den Strömungssonde und Arterie für eine optimale Signalübertragung ermöglichen.
17. Bedecken Sie die Wunde mit mit Kochsalzlösung getränkten.

6. Hypoxie und Reoxygenierung-Protokoll

1. Verringern der eingeatmeten Sauerstoffkonzentration zu 10% durch eine Erhöhung der Konzentration an eingeatmetem Stickstoffgas Hypoxämie induzieren.
2. Passen Sie die eingeatmeten SauerstoffsKonzentration zwischen 10% und 15%, um eine _PaO2 von 20-40 mmHg oder SaO ₂ von 30-40% für 2h erhalten.
3. Führen arteriellen Blut Analyse PaCO ₂ bewerten und anzupassen Ventilator Rate entsprechend.
4. Mit der Induktion von Hypoxämie, wird die erste Stunde kontinuierlich Induzieren einer Tachykardie (und Herzzeitvolumen) Reaktion gewidmet.
5. Weiterhin für Veränderungen des Blutflusses in der Arteria carotis, mesenterica superior und linken Nierenarterien überwachen.
6. Während der zweiten Stunde der Hypoxie, die hypoxischen Stress stetig geringer Herzleistung auf 30-40% des Ausgangswertes erhöht, den mittleren arteriellen Druck auf 30-35 mmHg und arterielle pH 6,95-7,05.
7. Hypoxischen Stress kann vorzeitig beendet oder verlängert werden, indem 15 min nach Bedarf.
8. Erhöhen eingeatmete Sauerstoffkonzentration schlagartig auf 100% abrupt durch den Verzicht auf Stickstoff, während sie weiterhin reinem Sauerstoff.
9. Überwachen Herzleistung, den mittleren arteriellen Druck und andere hämodynamische Abs.m für eine schnelle Wiederherstellung.
10. Reanimation mit 100% Sauerstoff für 0.5h fortgesetzt werden. Nach dieser Zeit, reduzieren die eingeatmete Sauerstoffkonzentration schnell auf 21%.
11. Weiter Reoxygenierung mit 21% Sauerstoff für den verbleibenden Zeitraum des Experiments. Die eingeatmete Sauerstoffkonzentration auf 25% titriert werden, wenn nötig.
12. Fluid Boli von 10 Lactat-Lösung ml / kg Ringer kann gegebenenfalls während der experimentellen Phase benötigt werden. Sein Einsatz hat protocolized werden.

7. Repräsentative Ergebnisse:

Die Induktion von Hypoxämie in der neugeborenen Ferkeln auf der ersten Stunde Hypoxie sollte die Herzleistung (pulmonale arterielle flow) zu 120% -130% des Ausgangswertes (7A) und Herzfrequenz (7B) zu erhöhen. Normalerweise sollte Herzleistung seinen Höhepunkt erreichen Ausgleich zwischen dem ersten 0.5h und 1h von Hypoxie. Weitere, Blutfluss werden sollte zentralisiert was zu einer verminderten michsenteric und renale Perfusion, sondern eine gut erhaltene oder erhöht carotis arteriellen Blutfluss (Abbildung 8). Während der zweiten Stunde der Hypoxie, gibt es eine stetige Abnahme der Herzleistung, die Entwicklung von Hypotonie (9A), Verlangsamung der Herzfrequenz mit oder ohne Arrhythmie aufgetreten. Hypoxie sollte Lungenhochdruck mit erhöhter Pulmonalarteriendruck (9B), der manchmal in der endgültigen 30 min von Hypoxie kann niedriger als die Herzleistung abnimmt induzieren.

Nach Reanimation, werden alle hämodynamischen Parameter unverzüglich normoxischen Basislinie wiederherzustellen, mit Ausnahme des renalen Blutflusses die allmählich wieder über die erste Stunde der Reoxygenierung. Allerdings werden die hämodynamischen Parameter speziell für die Herzleistung und den mittleren arteriellen Druck allmählich verschlechtern über die ersten 2 Stunden der Reoxygenierung um etwa 70-75% der normoxischen Grundlinie und 35-45 mmHg. Das Herz-Kreislauf-dysfunctieingeschaltet ist zumindest teilweise für myocardial stunning und Optionsscheine Herz-Kreislauf-unterstützende Therapien wie vasoaktiven und inotropen Substanzen.

Abbildung 1: Schnitt Groin mit der Platzierung des femoralen arteriellen und venösen Kathetern

Abbildung 2: Neck Schnitt mit der Platzierung eines Endotrachealtubus und einer Strömungssonde um die Arteria carotis communis

Abbildung 3: Flankenschnitt mit der Isolierung von A. mesenterica superior

Abbildung 4: Flankenschnitt mit der Isolierung der linken Nierenarterie

Abbildung 5: Thorakotomie mit der Platzierung Lungenarterienkatheter

Abbildung 6: Thorakotomie mit der Platzierung eines Transonic Flow-Sonde auf die wichtigsten Lungenarterie

Abbildung 7: Zeitliche Veränderungen in (A) Herzzeitvolumen (pulmonale arterielle Fluss) und (B) Herzfrequenz während Hypoxie und Reoxygenierung

Abbildung 8: Zeitliche Veränderungen der Durchblutung bei (A) A. carotis, (B) mesenterica superior und (C) linken Nierenarterien während Hypoxie und Reoxygenierung

Abbildung 9: TemporalVeränderungen in (A) den mittleren arteriellen Druck und (B) Lungenarterie Druck während Hypoxie und Reoxygenierung

Discussion

Die aktuelle experimentelle Protokoll hat einen Vorteil, um die systemischen und regionalen hämodynamischen Veränderungen bei neugeborenen Probanden während der Hypoxie und Reoxygenierung zu begutachten. Wir können auch die jeweiligen Auswirkungen von Interventionen verwendet, um die Herz-Kreislauf-Funktion während der Wiederherstellung zu verbessern. Wir und andere haben die Erfahrungen und Erkenntnisse in der Studie von neonataler Asphyxie in Bezug auf die Wirkung auf die kardiovaskuläre ^1, pulmonale ^2, neurologische ^{3, Magen-Darm-4-, Leber-5-, Nieren-6-, Nebennieren-7} und hämatologischen ⁸ Systeme berichtet. Während es wichtig ist, das Herz-Kreislauf-Funktion mit Informationen basierend auf kontinuierliche Daten Messungen zu verstehen, ist es technisch anspruchsvoll, wenn nicht unmöglich, chirurgisch Instrument kleine Tiere wie Nagetiere oder Meerschweinchen. Aktuelle Fortschritte in Technologien wie Ultraschall und Bildgebung in Echtzeit kann jedoch überwunden einige dieser challenges. Dennoch großformatigen Tieren ermöglichen auch die gleichzeitige Sammlung von biologischen Proben wie Plasma-und Gewebeproben während der experimentellen Phase. Diese zusätzliche biologische Proben ermöglichen biochemischen Assays und histologische Untersuchung, die das Verständnis der Pathophysiologie und Pharmakologie von Hypoxie und Reoxygenierung helfen. Während das primäre Ziel der in vivo Tiermodellen das Studium der patho-physiologische Funktion von einem einzigen Körper-System sein kann, ist es wichtig, sie im Rahmen der Orgel-Orgel Interaktion zu verstehen. Zum Beispiel ist die Wechselwirkung zwischen der Herzfunktion und pulmonalen Hypertonie oder Leberfunktionsstörung in einem Multi-Organversagen wie diejenige von neonataler Asphyxie ⁹ wichtig. Das neugeborene Lamm ist eine Alternative zur Schweinegrippe in den gemeinsamen Tiermodelle verwendet, um neonatale Asphyxie zu studieren. Die frühreife Entwicklung und begrenzte Wurfgröße neugeborenen Lämmern kann jedoch einzuschränken eine allgemeinere Verwendung als neugeborene Schweinelets, die derjenigen von 38 Schwangerschaftswoche menschlichen Fötus entsprechen und etwa 10 pro Wurf ^10,11. Dennoch sind neugeborene Ferkel die am häufigsten verwendeten Tiere nach Nagetieren in der Studie von neonataler Asphyxie.

Allerdings gibt es Grenzen dieser Schweine-Modell von neonataler Asphyxie, zusätzlich zu der Herausforderung in Bezug auf die Übersetzung Feststellungen aus Tierstudien die menschliche erzeugt. Die Wirkung der Anästhesie und Chirurgie Stress als der akuten Einstellung kann mit einer ausreichenden Stabilisierung Zeitraum angemessene Nutzung des Anästhetikums Medikamente, raffinierte chirurgische Techniken sowie die Aufnahme von scheinoperierten Kontrolltieren zum Vergleich minimiert werden. Verlängern der experimentellen Periode über Tage benötigt wird, um zu untersuchen, ob eine akute hämodynamische Wirkung auf Dauer fortbestehen. Tatsächlich haben wir beim Modifizieren des experimentellen Protokolls zur erweiterten subakute (zB 48-72 Stunden) ^12, Überlebensrate (5-7 Tage) ¹³ erfolgreiche 14, stoppen Beatmung ¹⁵ und die Zugabe von Arteria carotis Okklusion zerebraler Ischämie. Wir versuchen zu machendie Hypoxie und Reoxygenierung klinisch relevant. Das Experiment umfasst 2h von Hypoxie die ungefähre auf die Dauer für den Notfall Kaiserschnitt zur fetal distress ohne klinische Blutungen auf persönliche Beobachtung erforderlich ist. Wiederbelebungssystem mit 100% Sauerstoff für 30 Minuten, anstatt 60 Minuten in unseren früheren Studien initiiert. Dies ist auf die Hyperoxie, die eine gängige Praxis in vielen kommunalen Krankenhäusern vor der Ankunft der Neugeborenen-Transport-Team bleibt zu begrenzen. Initial Reoxygenierung mit 21% Sauerstoff wird die kürzlich aktualisierte Leitlinie zur Verwendung von zusätzlichem Sauerstoff Wiederbelebung von Neugeborenen ¹⁶ folgen.