Summary
Büyük hayvan modellerinde neonatal asfiksi fizyoloji ve farmakoloji sınavında iyi translasyonel değerlere sahiptir. Yenidoğan domuz kullanarak, sistemik ve bölgesel hemodinami, biyokimyasal ve patolojik yollar ve korelasyon ile oksijen taşınması eğitim avantajlarına sahip neonatal asfiksi taklit etmek için bir deney protokolü geliştirmektir.
Abstract
Asfiksi ile ilgili olarak Yıllık fazla 1 milyon daha yenidoğanlarda çapında ölür. Asfiksili yenidoğanlarda sık hipotansiyon, perfüzyon açığı, hipoksik-iskemik ensefalopati, pulmoner hipertansiyon, vasculopathic enterokolit, böbrek yetmezliği ve tromboembolik komplikasyonlar da dahil olmak üzere çoklu organ yetmezliği var. Hayvan modelleri bize pato-fizyolojisi ve neonatal asfiksi farmakolojisi anlamalarına yardımcı olmak için geliştirilmiştir. Kemirgenler ve yeni doğan kuzuların karşılaştırıldığında, yenidoğan yavrusu değerli bir model olmak için kanıtlanmıştır. Yenidoğan yavrusu 36-38 hafta olduğu gibi benzer bir gelişme de dahil olmak üzere birçok avantajı vardır hayvanın enstrümantasyon ve izleme sağlar ve karıştırıcı değişkenlerin kontrol karşılaştırılabilir vücut sistemleri, büyük vücut büyüklüğü (doğumda ~ 1.5-2 kg) ile insan fetusu hipoksi ve Hemodinamik bozukluklar.
Biz burada neonatal asfiksi taklit ve bize syste incelemek için izin vermek için deneysel protokol açıklarmikrofon ve boğucu ve reoksijenasyon sürecinin yanı sıra müdahalelerin ilgili etkileri sırasında bölgesel hemodinamik değişiklikler. Bundan başka, model aynı anda çoklu-organ bozukluğu ya da fonksiyon bozukluğu okuyan avantaj ve çeşitli vücut sistemine sahip olan bir etkileşim içindedir. Deneysel model mekanik ventilasyon, vasküler (arteriyel ve santral venöz) erişim kurulmasına izin yenidoğan domuz yavrusu cerrahi enstrümantasyon (1-3, gündüz-eski ve 1.5-2.5 kg ağırlık melez) içerir olmayan bir sağkalım işlemdir ve ana pulmoner, karotis, superior mezenterik ve sol renal arterlerde olmak üzere farklı arterler boyunca intra-vasküler basıncı ve kan akışının sürekli izlenmesi için kateterler ve akış sondaları (Transonik A.Ş.) yerleştirme. Hemodinamik parametreler ve normal kan gazları Z <% 10 varyasyonu ile tanımlanan 30-60 dakikalık stabilizasyon sonra, bu cerrahi enstrümante domuz kullanarak, deneysel protokol commenceşiddetli hipoksi hangi normocapnic alveolar hipoksi vasıtasıyla meydana gelir. Piglet% 30-40 arteryel oksijen saturasyonu hedefleyen, 2 saat boyunca azot gazı inhale konsantrasyonunu artırarak% 10-15 oranında oksijen ile ventile edilir. Hipoksemi Bu derece ağır metabolik asidoz, sistemik hipotansiyon ve hayati organlara hipoperfüzyon ile kardiyojenik şok ile klinik asfiksi üretecek. Hipoksi, 0.5H için% 100 oksijen ve daha sonra 3.5 saat için% 21 oksijen ile reoksijenasyonun tarafından takip edilir. Farmakolojik girişimler nedeniyle ders yılında tanıtılan ve etkileri bir kör, blok-randomize incelenebilir.
Protocol
1. Anestezi
- 2L/min de anestetik makinenin akış hızını ayarlar. Vakum emiş egzoz bağlayın.
- % 5 anestezi gazı (İzofluran) (~ 3 dk) ile Şarj yüz maskesi.
- Yenidoğan domuz% 100 oksijen (~ 3 dk) inhale İzofluran% 5 ile teşvik edilecektir.
- İzofluran% 2-3 de anestezi koruyun. Uygun olarak% 0.5 ile Isoflurane ince ayarı, ancak 0.5 ila 5 'den% domuz yavrusu durumuna bağlı olarak değişebilir.
- Vasküler erişim bir kez kurulduktan sonra, inhalasyon anestezisi fentanil (5-50 mcg / kg / h) ve midazolam (200-500 mcg / kg / saat) infüzyon kullanarak intravenöz anestezi geçirilebilir. Panküronyum (50-100 mcg / kg / h) anestezik ilaçların ayarlanması için korunur hayvanın durumunu gözlemlemek yeteneği iken, ameliyat sırasında aşırı kas hareketlerini kontrol etmek gerekebilir.
- Piglet (perkütan oksijen lar pulse oksimetre ile monitörize edildi% 95-100 at aturation) ve EKG (130-170 atım / dk kalp hızı).
- Piglet en rektal sıcaklık 38-40 tutulur ısıtma battaniye ve radyant ısıtıcı ile ° C.
- Piglet ve anestezik durumu düzenli davranışsal (ajitasyon), kardiyovasküler (taşikardi ve hipertansiyon) ve solunum (takipne) parametrelerin uygun olarak, nörolojik (pupilla büyüklüğü, yırtılma, vücut hareketleri) kullanarak deney süresi boyunca değerlendirilmektedir. Minimal felç verilir. Felç olan ve olmayan domuz yavrularında anestezi Önceki deneyimi değerlendirilmesi için yararlı olacaktır.
- Protokol pentobarbital (100 mg / kg) intravenöz olarak bir aşırı ile deney sonunda, hayvanın euthanization olmayan bir hayatta kalma bir işlemdir.
2. Kasık damar kateterleri cerrahi yerleştirme (Şekil 1)
- Sağ kasık uzun 2-3cm kesi olun.
- Sağ femoral ven ve 1cm righ 1cm teşriht femoral arter. Her geminin etrafında iki 3-0 dizeleri koyun.
- Sağ femoral ven kateterizasyonu: ven distal Arter. 15cm bir Argyle kateter (3,5 veya 5 Fransız, çift lümenli) (Covidien, Mansfield, MA) takın ve bu sağ atrium de yerleştirecektir. Kateter sabitlemek için iki dizeleri bağla. Kateter bakımı sıvı ve ilaç infüzyonu (ikincil port) ve venöz / sağ atriyal basınç ölçümü (birincil port) santral için kullanılabilir.
- Sağ femoral arter kateterizasyonu: arterin distal Arter. Kan akışını durdurmak için proksimal dize yukarı kaldırın. 5cm bir Argyle kateter (3,5 veya 5 Fransız, tek lümenli) takın. Bu sürekli ortalama arter basınç ölçümü ve kan örneklemesi için infra-renal aorta de arteryel kateter yerleştirir. Kateter sabitlemek için iki dizeleri bağla.
- Cilt kapatın.
3. Mekanik ventilasyon (Şekil 2) Kurmak
- Uzun 2-3cm yatay Yapboyun insizyonu.
- Inceleyin ve trakeanın 1cm maruz kalmaktadır. Trakea etrafında iki 1-0 dizeleri koyun.
- Trakea içine 1cm bir endotrakeal tüp (3.0 veya 3.5) yerleştirin. Bir ventilatör bağlanın ve mekanik ventilasyon başlar. Endotrakeal tüp sabitleyin.
- Inceleyin ve karotis arter maruz kalmaktadır. Sürekli kan akımını ölçmek için bir transit zamanlı ultrason akış probu (2SB veya 2RB, Transonik Systems Inc, Ithica, NY) ile damar çevreler.
4. Mezenterik az akış sondaları yerleştirilmesi (Şekil 3) ve sol renal (Şekil 4) arterler
- Fentanil (5-10 mcg / kg) ve Acepromazine (0,01-0,02 mg / kg) öncesinde cilt insizyonu için gerekli olan ekstra dozları.
- Uzun bir subkostal-kanadını kesi olun ve dikkatli bir şekilde kas tabakaları teşrih.
- Abdominal aorta Açığa.
- Vasküler işleme (vazospazm) ve lenfatik hasarı en aza indirin.
- 0.5-1cm süperior mezenterik arter ve teşrihetrafında bir transonik akış prob (3SB) koyun.
- 0.5-1cm sol renal arter inceleyin ve çevresinde bir transonik akış prob (2SB) koyun.
- Cilt kapatın ve akış prob sabitleyin.
5. Pulmoner arter kateterinin yerleştirilmesi (Şekil 5) ve akım probu (Şekil 6)
- Fentanil (5-10 mcg / kg) ve Acepromazine (0,01-0,02 mg / kg) öncesinde cilt insizyonu için gerekli olan ekstra dozları.
- Sağ yanal konumda hayvan Lie.
- Sol 4. interkostal aralıktan torakotomi.
- Gerekirse internal meme arter ve ven dikkat, Arter.
- Sol akciğerde bastırın ve gerektiğinde oksijen artırmak için bir diş bezi kullanın.
- Perikard açın.
- Duktus arteriozus pulmoner arterden aortaya çalıştığı belirleyin.
- Ductus arteriosus bir klip koyarak veya aslına bir kalın "3-O ipek" kravat bağlandı olabilir.
- Ücretsiz ana pulmoner arter ve pas avkalın bir "0" bağını kullanarak ascular sapan.
- Pulmoner arter kateterinin yerleştirilmesi için üssünde bir çanta dize (5-0 prolen) sütür gerçekleştirin.
- 1 cm maksimum çanta dize aracılığıyla 20G Angiocath (kateter ucunun 1 cm az 3 tarafı delikli) takın.
- Venöz kan serbest akışını kontrol edin.
- Basınç dönüştürücü bağlan, pulmoner arter basıncı ve dalga kontrol edin.
- Çanta dize sıkın ve pulmoner kateter sabitleyin.
- Ana pulmoner arter etrafında bir transonik akış prob (6SB) yerleştirin.
- Akış prob ve optimum sinyal iletimi için izin arter arasındaki ultrasonik jel yerleştirin.
- Nemli tuzlu gazlı bez ile yarayı örtün.
6. Hipoksi ve reoksijenasyon protokolü
- Hipoksemi indüklemek için solunan gazın azot konsantrasyonu artar ile% 10, alınan oksijenin konsantrasyonunu azaltır.
- Solunan oksijen ayarlayın% 10 ile% 15 arasındaki konsantrasyon 2 saat boyunca% 30-40, 20-40 mm Hg ya da SaO içinde bir 2 PaO2 elde edilir.
- PaCO2 değerlendirmek ve buna göre ventilatör hızını ayarlamak için kan analizi gerçekleştirin.
- Hipoksemi indüksiyon ile ilk saat sürekli bir taşikardik (ve kardiyak output) cevabı uyandırmaya adamıştır.
- Karotis, superior mezenterik ve sol renal arterlerde kan akımı değişiklikleri izlemek için devam edin.
- Hipoksi ikinci saatinde, hipoksik stres bazal% 30-40 giderek daha düşük kardiyak debi artar, 30-35 mmHg ve arteriyel pH 6,95-7,05 için ortalama arter basıncı.
- Hipoksik stres erken sonlandırılması veya uygun şekilde 15 dakika daha uzatılabilir.
- Saf oksijen devam ederken aniden% 100, azot gazı kesilince aniden solunan oksijen konsantrasyonu artırır.
- Arter basıncı ve diğer hemodinamik para demek, kardiyak output Monitörhızlı iyileşme için metre.
- % 100 oksijen ile canlandırma 0.5h devam edilebilir. Bu süre sonrasında,% 21 hızla solunan oksijen konsantrasyonunu azaltır.
- Deney kalan süre için% 21 oksijen reoksijenasyon devam edin. Gerekirse solunan oksijen konsantrasyonu% 25 ile titre edilebilir.
- 10 ml / kg Ringer laktat çözeltisi sıvı bolus deney süresi boyunca uygun olarak gerekli olabilir. Kullanımı protokollerle gerekmektedir.
7. Temsilcisi Sonuçlar:
Hipoksinin ilk saatten fazla yenidoğan piglet hipoksemi indüksiyonu 120% -130 bazal% (Şekil 7A) ve kalp hızı (Şekil 7B) için kardiyak output (pulmoner arter akım) artmalıdır. Tipik olarak, kardiyak output ilk 0.5h ve hipoksi 1s arasında zirveye tazminat ulaşmalıdır. Ayrıca, kan akışı merkezi haline gelmelidir beni azaldısenteric ve renal perfüzyon ama korunmuş veya artmış karotis arter akımı (Şekil 8). Hipoksi ikinci saatinde meydana veya aritmi olmadan kalp hızının yavaşlaması kalp debisi sürekli bir azalma, hipotansiyon gelişmesi (Şekil 9A) vardır. Hipoksi bazen kardiyak output azaldıkça hipoksi son 30 dakika içinde düşürebilir artmış pulmoner arter basıncı (Şekil 9B), pulmoner hipertansiyon ile teşvik edilmelidir.
Resüsitasyon üzerine, tüm hemodinamik parametreler derhal giderek reoksijenasyonun ilk saatten fazla kurtarır böbrek kan akımı dışında normoksik başlangıca kurtaracaktır. Ancak, özellikle kalp debisi ve ortalama arter basınçları hemodinamik parametreler giderek sırasıyla normoksik bazal ve 35-45 mmHg 70-75 yaklaşık% reoksijenasyonun ilk 2 saatten fazla bozulacaktır. Bu kardiyovasküler dysfunctien azından böyle bir vazoaktif ve inotropik ajanlar olarak miyokardiyal stunning ve garanti kardiyovasküler destekleyici tedaviler için kısmındadır.
Şekil 1: femoral arteriyel ve venöz kateter yerleştirme ile Kasık kesi
Şekil 2: karotis arter etrafında bir endotrakeal tüp yerleştirilmesi ve bir akış probu ile Boyun kesi
Şekil 3: superior mezenterik arterin izolasyon ile Flank kesi
Şekil 4: sol renal arter izolasyon ile Flank kesi
Şekil 5: pulmoner arter kateter yerleştirme ile Torakotomi
Şekil 6: ana pulmoner arter etrafında bir Transonik Akış probunun yerleştirilmesi ile Torakotomi
Şekil 7: (A) kardiyak output (pulmoner arter akım) ve (B) kalp hızı ve hipoksi reoksijenasyon sırasında Zamansal değişimler
Şekil 8: (A) karotis az kan akımı Zamansal değişimler, (B) superior mezenterik ve hipoksi reoksijenasyon sırasında (C) sol renal arterlerde
Şekil 9: Temporaldeğişiklikleri (A) ortalama arter basıncı ve hipoksi reoksijenasyon sırasında (B) pulmoner arter basıncı
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Güncel deneysel protokol hipoksi ve reoksijenasyon sürecinde yenidoğan olgularda sistemik ve bölgesel hemodinamik değişiklikleri incelemek için bir avantaja sahiptir. Ayrıca kurtarma sırasında kardiyovasküler fonksiyon geliştirmek için kullanılan müdahalelerin ilgili etkisini incelemek olabilir. Biz ve diğerleri kardiyovasküler 1, pulmoner 2, nörolojik 3, gastrointestinal 4, hepatik 5, böbrek 6, adrenal 7 ve hematolojik 8 sistemlerinde etkilerine ilişkin neonatal asfiksi çalışmalarında deneyim ve bulgular rapor ettiler. Bunu sürekli veri ölçümlere dayanan bilgi ile kardiyovasküler işlevini anlamak için önemli olsa da, teknik olarak zorlu, kemirgenler veya kobay gibi cerrahi alet küçük ölçekli hayvan imkansız değilse. Ultrason ve gerçek zamanlı görüntüleme gibi teknolojiler son gelişme ancak bu cha bazılarının üstesinden gelebilirllenges. Bununla birlikte, büyük ölçekli hayvanlar da deney süresince plazma ve doku örnekleri de dahil olmak üzere biyolojik örneklerin aynı anda koleksiyon izin. Bu ek biyolojik örnekleme pato-fizyolojisi ve hipoksi ve reoksijenasyonun farmakoloji anlamamıza yardımcı biyokimyasal testler ve histolojik inceleme sağlayacaktır. In vivo hayvan modellerinde temel amacı, tek bir vücut sisteminin pato-fizyolojik fonksiyonu çalışma olsa da, bu organın organ etkileşimi bağlamında anlamak önemlidir. Örneğin, kardiyak fonksiyon ve pulmoner hipertansiyon veya hepatik fonksiyon bozukluğu arasındaki etkileşim neonatal asfiksi 9, olduğu gibi, bir çok organ işlev bozukluğu önemlidir. Yenidoğan kuzu neonatal asfiksi incelemek için kullanılan ortak hayvan modellerinde domuz için bir alternatiftir. Olgunlaşmış gelişimi ve yeni doğmuş kuzularda sınırlı DKBKS Ancak yenidoğan domuz daha yaygın kullanımını sınırlayabilir38 hafta gebelik insan fetusu bu tekabül ve yaklaşık 10 çöp 10,11 başı var lets. Bununla birlikte, yeni doğan domuz yavrusu neonatal asfiksi çalışmalarında kemirgenler sonra en sık kullanılan hayvanlardır.
Bununla birlikte, neonatal asfiksi, bu domuz modeli sınırları ile insan, hayvan çalışmalarından ortaya çıkan bulguların çeviri ile ilgili sorun ek olarak bulunmaktadır. Akut ayarı olarak anestezi ve cerrahi stresin etkisi yeterli stabilizasyon döneminde, anestezik ilaçların uygun kullanımı, rafine cerrahi teknikler yanı sıra karşılaştırma için sham kontrol hayvanların eklenmesi ile minimize edilebilir. Günden sonra deney süresi uzatılması herhangi bir akut hemodinamik etkileri uzun vadede devam edecek olmadığını araştırmak için gereklidir. Nitekim, biz genişletilmiş subakut için deney protokolünde (örneğin 48-72 saat) 12, sağkalım (5-7 gün) 13 değiştirmede başarılı olmuştur 15 ve serebral iskemi için karotis arter tıkanıklığı ve buna ek olarak durdurulması pnömotoraks 14 yaratımı, ikna etmek. Biz yapmak girişimindeklinik hipoksi ve reoksijenasyon. Deney kişisel gözlemlere dayalı klinik kanama olmadan fetal distres nedeniyle acil sezaryen için gerekli süre yaklaşıktır hipoksi 2h içerir. Canlandırma% 100'ü 30 dakika için oksijen yerine, bizim daha önceki çalışmalar içinde 60 dakika ile başlatılır. Bu yenidoğan taşıma ekibi varıştan önce birçok devlet hastanelerinde yaygın bir uygulama olmaya devam hiperoksinin sınırlamaktır. % 21 oksijen ile ilk reoksijenasyon neonatal resüsitasyon 16 oksijen kullanımı ile ilgili son güncellenen kılavuz takip edecektir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Çıkar çatışması ilan etti.
Acknowledgments
Yazarlar bu deneysel modelin gelişimini desteklemek için, sırasıyla, işletme hibesi ve kuruluş fonu Tıbbi Araştırma Sağlık Araştırması (MOP53116) ve Alberta Heritage Vakfı Kanada Enstitüleri teşekkür etmek istiyorum.
References
- Borke, W. B. Increased myocardial matrix metalloproteinases in hypoxic newborn pigs during resuscitation: effects of oxygen and carbon dioxide. Eur. J. Clin. Invest. 34, 459-466 (2004).
- Munkeby, B. H. Resuscitation of hypoxic piglets with 100% O2 increases pulmonary metalloproteinases and IL-8. Pediatr. Res. 58, 542-548 (2005).
- Haaland, K. Posthypoxic hypothermia in newborn piglets. Pediatr. Res. 41, 505-512 (1997).
- Haase, E. Resuscitation with 100% oxygen causes intestinal glutathione oxidation and reoxygenation injury in asphyxiated newborn piglets. Ann. Surg. 240, 364-373 (2004).
- Stevens, J. Resuscitation with 21% or 100% oxygen is equally effective in restoring perfusion and oxygen metabolism in hypoxic newborn piglet liver. Shock. 27, 657-662 (2007).
- Johnson, S. T. N-acetylcysteine improves the hemodynamics and oxidative stress in hypoxic newborn pigs reoxygenated with 100% oxygen. Shock. 28, 484-490 (2007).
- Chapados, I. Plasma cortisol response to ACTH challenge in hypoxic newborn piglets resuscitated with 21% and 100% oxygen. Shock. 33, 519-525 (2010).
- Cheung, P. Y. Platelet dysfunction in asphyxiated newborn piglets resuscitated with 21% and 100% oxygen. Pediatr. Res. 59, 636-640 (2006).
- Martin-Ancel, A. Multiple organ involvement in perinatal asphyxia. J. Pediatr. 127, 786-793 (1995).
- Swindle, M. M., Smith, A. C. Comparative anatomy and physiology of the pig. Scan. J. Lab. Anim. Sci. Suppl. 25, 11-22 (1998).
- Chapados, I., Cheung, P. Y. Not all models are created equal: Animal models to study hypoxic-ischemic encephalopathy of the newborn. Neonatology. 94, 300-303 (2008).
- Liu, J. Q. Effects of post-resuscitation treatment with N-acetylcysteine on cardiac recovery in hypoxia-injured newborn pigs. PLoS ONE. 5, e15322-e15322 (2010).
- Cheung, P. Y. Cardio-renal recovery of hypoxic newborn pigs after 18%, 21% and 100% reoxygenation. Intensive Care Med. 34, 1114-1121 (2008).
- Temesvari, P. Modulation of the blood-brain barrier permeability in neonatal cytotoxic brain edema: laboratory and morphological findings obtained on newborn piglets with experimental pneumothorax. Biol. Neonate. 46, 198-208 (1984).
- Domoki, F. Reventilation with room air or 100% oxygen after asphyxia differentially affects cerebral neuropathology in newborn pigs. Acta. Paediatr. 95, 1109-1115 (2006).
- Part 15: Neonatal resuscitation: 2010 American Heart Association guidelines for cardiopulmonary resuscitation and emergency cardiovascular care. Circulation. 122, S909-S919 (2010).
