Свиной Модель новорожденных Асфиксия

Summary

Большие животные модели имеют хорошую поступательного значения при рассмотрении физиологии и фармакологии новорожденных асфиксии. Использование новорожденных поросят, мы разрабатываем экспериментальный протокол для имитации неонатальной асфиксии который имеет преимущества изучения системной и регионарной гемодинамики, транспорта кислорода с биохимических и патологических путей и корреляции.

Abstract

Ежегодно более 1 миллиона новорожденных умирают по всему миру в связи с асфиксией. Асфиксии новорожденных обычно имеют полиорганной недостаточностью, включая гипотензию, перфузии дефицита, гипоксически-ишемическая энцефалопатия, легочная гипертензия, vasculopathic энтероколит, почечной недостаточности и тромбоэмболических осложнений. Животные модели разработаны, чтобы помочь нам понять, пато-физиологии и фармакологии новорожденных асфиксии. По сравнению с грызунами и новорожденных ягнят, поросят новорожденных было доказано, чтобы быть ценным модели. Новорожденных поросят имеет ряд преимуществ, включая подобное развитие, как и 36-38 недель человеческий плод с сопоставимыми системами тела, большие размеры тела (~ 1,5-2 кг при рождении), что позволяет приборов и мониторинга животного и контролирует смешанных переменных гипоксию и гемодинамические расстройства.

Мы опишем здесь экспериментальный протокол для имитации неонатальной асфиксии и позволит нам изучить системикрофоном и региональные изменения гемодинамики в удушающих и реоксигенации процесса, а также соответствующими последствиями вмешательства. Кроме того, модель имеет преимущество в изучении полиорганной недостаточностью или дисфункцией одновременно и взаимодействие с различными системами организма. Экспериментальная модель не является выживание процедура, которая включает хирургические приборы новорожденных поросят (1-3 дневных и 1,5-2,5 кг веса, смешанной породы), чтобы позволить создание искусственной вентиляции легких, сосудов (артериальное и центральное венозное) доступа и размещение катетеров и датчиков потока (Transonic Inc) для непрерывного мониторинга внутри-сосудистое давление и кровоток в разных артериях, включая основные легочные, общей сонной артерии, верхней брыжеечной и левой почечной артерии. Используя эти хирургическим путем инструментальной поросят, после стабилизации в течение 30-60 минут, как это определено Z <10% изменения гемодинамики и нормальных газов крови, мы начинаем экспериментальный протоколтяжелой гипоксемией, индуцированный с помощью normocapnic альвеолярной гипоксии. Поросенок вентилируется с 10-15% кислорода за счет увеличения ингаляционных концентрации азота в течение 2 часов, направленные на насыщение кислородом артериальной 30-40%. Эта степень гипоксемии будет производить клинический с тяжелой асфиксией метаболический ацидоз, системная гипотензия и кардиогенный шок с гипоперфузии жизненно важных органов. Гипоксия сопровождается реоксигенации со 100% кислорода для 0,5 ч, а затем 21% кислорода для 3.5h. Фармакологические вмешательства могут быть введены в установленном порядке и их последствия исследованы в слепом рандомизированном блок-моды.

Protocol

1. Анестезия

1. Установить расход наркозный аппарат в 2L/min. Подключить вытяжку для вакуумного отсоса.
2. Charge маска с анестетиком газа (Isoflurane) на 5% (~ 3 мин).
3. Новорожденные поросята будут наводиться с вдыхаемым Isoflurane 5% в 100% кислорода (~ 3 мин).
4. Поддержание анестезии на 2-3% Isoflurane. Точная настройка Isoflurane на 0,5%, в соответствующих случаях, однако, она может варьироваться от 0,5 до 5% в зависимости от состояния поросят.
5. После сосудистого доступа была установлена, ингаляционного наркоза может быть включен в внутривенной анестезии использовании фентанила (5-50 мкг / кг / ч) и мидазолам (200-500 мкг / кг / ч) инфузии. Панкурония (50-100 мкг / кг / ч) может потребоваться для управления чрезмерными движениями мышц во время операции, в то время как способность наблюдать состояние животного сохраняется для регулировки препараты анестезии.
6. Поросенок контролируется пульсоксиметрии (чрескожная кислорода сaturation на 95-100%) и ЭКГ (ЧСС в 130-170 уд / мин).
7. Ректальной температуры поросят поддерживается на уровне 38-40 ° C с одеялом отопления и лучистого тепла.
8. Государство анестетика поросят в настоящее время регулярно оценивать протяжении экспериментального периода использования неврологические (размер зрачка, слезотечение, движения тела), поведенческий (агитация), сердечно-сосудистых (тахикардия и артериальная гипертензия) и органов дыхания (тахипноэ) параметры по мере необходимости. Минимальная паралич дано. Предыдущий опыт анестезии у поросят и без паралича было бы полезно для оценки.
9. Протокол не является выживание процедуры с euthanization животного в конце эксперимента при передозировке фенобарбитала (100 мг / кг) внутривенно.

2. Хирургическое размещения сосудистого катетера в паху (рис. 1)

1. Сделать длинный 2-3см разрез в правой паховой области.
2. Проанализируйте 1 см правой бедренной венозной и 1 см Рогт бедренной артерии. Поместите две 3-0 строк вокруг каждого судна.
3. Правой бедренной катетеризации: Лигируют дистальных вен. Вставьте катетер Argyle (3,5 или 5 французских, двойной просвет) (Covidien, Mansfield, MA) до 15 см, и это будет поместить в правое предсердие. Свяжите обе строки, чтобы обеспечить катетер. Катетер может быть использован для жидкостей технического обслуживания и лекарств инфузии (вторичный порт) и центральное венозное / правого предсердия измерения давления (основной порт).
4. Право бедренной артерии катетеризации: Лигируют дистальной артерии. Поднимите проксимального строки, чтобы остановить поток крови. Вставьте катетер Argyle (3,5 или 5 французских, одного просвета) до 5см. Это позволит разместить артериального катетера в инфра-почечная аорты для непрерывного измерения среднего артериального давления и забор крови. Свяжите обе строки, чтобы обеспечить катетер.
5. Закрыть кожи.

3. Создание искусственной вентиляции легких (рис. 2)

1. Сделать длинный 2-3см горизонтальнойразрез в области шеи.
2. Анализировать и подвергать 1см трахеи. Поместите две строки 1-0 вокруг трахеи.
3. Вставьте эндотрахеальной трубки (3,0 или 3,5) на 1 см в трахею. Подключите к аппарату искусственной вентиляции легких и приступить к искусственной вентиляции легких. Закрепить эндотрахеальной трубки.
4. Анализировать и подвергать общей сонной артерии. Обхватите сосуд с ультразвуковым транзитного потока времени зонд (2SB или 2RB, Transonic Systems, Inc, Ithica, Нью-Йорк) для непрерывного измерения кровотока.

4. Размещение датчиков потока на верхней брыжеечной (рис. 3) и левой почечной (рис. 4) артерий

1. Дополнительные дозы фентанила (5-10 мкг / кг) и Ацепромазин (0,01-0,02 мг / кг) необходимо перед разрезом кожи.
2. Сделайте долгий подреберье-фланга разреза и тщательно анализировать мышечные слои.
3. Expose брюшной аорты.
4. Свернуть сосудистой обработки (спазм сосудов) и лимфатической травмы.
5. Проанализируйте 0,5-1см брыжеечной артерии иположить Transonic зонд потока (3SB) вокруг него.
6. Проанализируйте 0,5-1см левой почечной артерии и положить Transonic зонд потока (2SB) вокруг него.
7. Закрыть кожу и обеспечить поток зонда.

5. Размещение катетера легочной артерии (рис. 5) и поток зонда (рис. 6)

1. Дополнительные дозы фентанила (5-10 мкг / кг) и Ацепромазин (0,01-0,02 мг / кг) необходимо перед разрезом кожи.
2. Ли животных в правом боковом положении.
3. Торакотомия на левом четвёртому межреберье.
4. Следите за внутренней грудной артерии и вены, перевязывать, если необходимо.
5. Используйте зубную тампон, чтобы нажать на левую легких и увеличить кислород по мере необходимости.
6. Откройте перикарда.
7. Определение артериального протока, которая идет от легочной артерии в аорту.
8. Открытый артериальный проток может быть лигировали путем размещения клипа или толстым "3-O шелка" галстук на его происхождение.
9. Бесплатные основной легочной артерии и проходят пр.ascular стропы помощью толстых "0" галстук.
10. Выполните кошелек строк (5-0 проленовой) шва на базу для размещения катетера легочной артерии.
11. Вставьте 20G Angiocath (с 3 боковыми отверстиями на менее 1 см от кончика катетера) через кошелек строку максимум 1 см.
12. Проверьте свободный поток венозной крови.
13. Подключение к датчику давления, проверить давление в легочной артерии и формы.
14. Затянуть кошелек строку и закрепить легочной катетер.
15. Поместите Transonic зонд потока (6SB) вокруг главной легочной артерии.
16. Место ультразвукового геля между зондом поток и артерии, чтобы обеспечить оптимальную передачу сигнала.
17. Накройте рану влажной солевой марлю.

6. Гипоксия и реоксигенации протокола

1. Снижение концентрации кислорода вдохновенные до 10% за счет увеличения концентрации вдыхаемого газа азота вызывают гипоксемии.
2. Отрегулируйте вдыхаемого кислородаконцентрации между 10% и 15%, чтобы получить PaO ₂ на 20-40 мм рт.ст. или SaO ₂ на 30-40% в течение 2 часов.
3. Выполните артериальной анализ крови для оценки PaCO ₂ и отрегулируйте вентилятор скорости соответственно.
4. С индукцией гипоксемии, первый час посвящен постоянно вызывая тахикардия (и сердечного выброса) ответ.
5. Продолжайте следить за изменениями кровотока в общей сонной артерии, верхней брыжеечной и левой почечной артерии.
6. Во втором часу гипоксии, гипоксического стресса увеличивается устойчиво ниже сердечного выброса на 30-40% от исходного уровня, среднее артериальное давление на 30-35 мм рт.ст. и артериальной рН 6.95-7.05.
7. Гипоксического стресса может быть досрочно расторгнут или продлен на 15 мин соответственно.
8. Увеличение концентрации кислорода вдохновенные резко до 100% скачком на прекращение азота, продолжая при этом чистый кислород.
9. Монитор сердечного выброса, среднего артериального давления и других гемодинамических пунктметров для быстрого восстановления.
10. Реанимация со 100% кислорода может быть продолжено в течение 0,5 ч. После этого периода времени, снижения концентрации кислорода вдохновенные быстрее до 21%.
11. Продолжить реоксигенации с 21% кислорода в течение оставшегося срока эксперимента. Вдыхаемой концентрации кислорода можно титровать до 25%, если это необходимо.
12. Жидкость болюсов из 10 лактата раствор мл / кг Рингера может быть необходимо по мере необходимости в течение экспериментального периода. Его использование должно быть protocolized.

7. Представитель Результаты:

Индукции гипоксии у новорожденных поросят в течение первого часа гипоксии следует увеличить сердечный выброс (легочная артериальная потока) до 120% -130% от исходного уровня (рис. 7а) и частоты сердечных сокращений (рис. 7В). Как правило, сердечный выброс должен достичь своего пика компенсации между первым 0.5h и 1ч гипоксии. Кроме того, приток крови должно стать централизованное что приводит к снижению меняsenteric и почечной перфузии, но сохраняются или увеличиваются общей сонной артериального кровотока (рис. 8). Во втором часу гипоксии, есть устойчивое снижение сердечного выброса, развитие гипотензии (рис. 9А), замедление частоты сердечных сокращений с или без аритмии произошло. Гипоксия должна вызывать легочная гипертензия с повышением давления в легочной артерии (рис. 9Б), которые иногда могут опустить в заключительные 30 минут гипоксии сердечной уменьшается выход.

После реанимации, все гемодинамики сразу же восстановиться до нормоксических базовых, за исключением почечного кровотока, которая постепенно восстанавливается в течение первого часа реоксигенации. Тем не менее, гемодинамики, особенно для сердечного выброса и среднее артериальное давление постепенно снижается, за первые 2 часа реоксигенации около 70-75% нормоксических базовой и 35-45 мм рт.ст., соответственно. Это сердечно-сосудистые dysfunctiпо крайней мере в части развития инфаркта и гарантирует потрясающий сердечно-сосудистой поддерживающей терапии, такие как вазоактивных и инотропных препаратов.

Рисунок 1: паха разрез с размещением бедренных артериальных и венозных катетеров

Рисунок 2: Шея разрез с размещением эндотрахеальной трубки и поток зонда вокруг общей сонной артерии

Рисунок 3: Бочка разрез с выделением брыжеечной артерии

Рисунок 4: Пашина разрез с изоляцией из левой почечной артерии

Рисунок 5: торакотомия с размещением катетеризации легочной артерии

Рисунок 6: торакотомия с размещением Transonic зонд обтекания основной легочной артерии

Рисунок 7: Временные изменения в (A) сердечного выброса (легочная артериальная потока) и (B) частота сердечных сокращений при гипоксии и реоксигенации

Рисунок 8: Временные изменения кровотока в (А) общей сонной, (B) и верхней брыжеечной (C) левой почечной артерии при гипоксии и реоксигенации

Рисунок 9: Временнаяизменения в (A) среднее артериальное давление и (B) давление в легочной артерии при гипоксии и реоксигенации

Discussion

В настоящее время экспериментальный протокол имеет преимущества для изучения системной и регионарной гемодинамики изменений в неонатальном субъектов в процессе гипоксии и реоксигенации. Мы также можем рассмотреть соответствующее влияние вмешательства используются для улучшения сердечно-сосудистой системы во время восстановления. Мы и другие сообщили, опыт и выводы, содержащиеся в исследовании новорожденных асфиксии в связи с воздействием на сердечно-сосудистую ^{1, 2} легочные, неврологические ^{3, 4} желудочно-кишечного тракта, печени ^5, почечная ^{6, 7} и надпочечников гематологических ⁸ систем. Хотя важно понимать, сердечно-сосудистую функцию с информацией на основе непрерывного измерения данных, это технически сложно, если не невозможно хирургическим инструментом небольшого размера животных, таких как грызуны или морских свинок. Последние достижения в технологии, такие как УЗИ и изображений в реальном времени, однако, может преодолеть некоторые из этих чаllenges. Тем не менее, крупных животных также позволяют одновременный сбор биологических образцов, включая плазму и образцы тканей в течение экспериментального периода. Этот дополнительный биологический отбор проб позволит биохимических анализов и гистологического исследования, которые помогают пониманию патофизиологии и фармакологии гипоксии и реоксигенации. Хотя основная цель в моделях естественных условиях животное может быть изучение пато-физиологические функции одной системы организма, очень важно, чтобы понять это в контексте органа-орган взаимодействия. Например, взаимодействие между функцию сердца и легочной гипертензии или печеночной дисфункции играет важную роль в полиорганной дисфункции, что и неонатальной асфиксии ^9. Новорожденный ягненок является альтернативой свиней в общих моделей на животных для изучения неонатальной асфиксии. Преждевременное развитие и ограниченный размер помета новорожденных ягнят, однако, может ограничиться более широкого использования, чем новорожденные свиньиДопустим, которая соответствует тому, что из 38 недель беременности человеческий плод и есть примерно 10 в помете ^10,11. Тем не менее, новорожденных поросят являются наиболее часто используемыми животных после грызунов в исследовании новорожденных асфиксии.

Однако, есть ограничения этой свиньи модель неонатальной асфиксии, в дополнение к проблеме, связанной с переводом результатов, полученных из исследований на животных к человеку. Эффект анестезии и хирургического стресса, как в остром может быть сведено к минимуму с соответствующим периодом стабилизацию, соответствующих лекарственных препаратов анестезии, изысканная хирургические методы, а также включение ложнооперированных контрольных животных для сравнения. Продление экспериментального периода после дня необходимо для расследования, если любая острая гемодинамический эффект будет сохраняться в долгосрочной перспективе. В самом деле, мы были успешными в изменении экспериментальный протокол расширенной подострый (например, 48-72 часов) ^12, выживаемость (5-7 дней) ¹³ 14, прекращение искусственной вентиляции легких ¹⁵ и добавление сонной артерии для ишемии головного мозга. Мы пытаемся сделатьгипоксии и реоксигенации клинически значимым. Эксперимент включает в себя 2 часа гипоксии которая приближается к продолжительности, необходимой для чрезвычайных кесарева сечения для плода без клинических кровотечения на основе личных наблюдений. Реанимации начинается со 100% кислородом в течение 30 минут, вместо 60 минут в наших предыдущих исследований. Это ограничивает гипероксии, которая остается распространенной практикой во многих больницах сообщества до прибытия новорожденных команды транспорта. Начальная реоксигенации с 21% кислорода будет следовать недавно обновила руководство по использованию дополнительного кислорода в реанимации новорожденных ^16.