Abstract
Активация воспалительных путей представляет собой центральный механизм в нескольких болезненных состояниях как острые и хронические. Срабатывает либо через патогена или повреждение тканей, ассоциированных молекулярных мотивов, общих биохимических путей приводят к законсервированных еще переменных физиологических и иммунологических изменений. Вскрытие и разграничение детерминант и механизмов, лежащих в основе фенотипической дисперсии в ответ ожидается выход новых терапевтических достижений.
Внутривенное (IV) введение эндотоксина (грамотрицательные бактериальные липополисахариды), определенного Toll-подобный рецептор 4 агониста, представляет собой модель в естественных условиях системного воспаления у человека. Национальный институт по вопросам здравоохранения Клинический центр Справочник эндотоксина (CCRE, кишечная палочка O: 113: Н10: K отрицательный) используется , чтобы надежно и воспроизводимо генерировать сосудистые, гематологические, эндокринные, иммунологические и органные специфические функциональные эффекты , которые параллельно, в разной степени,которые наблюдаются на ранних стадиях патологических состояний. Изменение дозы (0,06 - 4 нг / кг) и шкалы времени воздействия (болюс против инфузии) позволяет репликации либо острого или хронического воспаления и различной степени тяжести , чтобы быть выявлены, при более высоких дозах (2 - 4 нг / кг ) часто используется для создания "сепсис типа" состояние. Установлено и новые лекарственные соединения могут быть дополнительно вводят до или после воздействия эндотоксина, чтобы оценить их влияние на воспалительный каскад. Несмотря на ограничения в объеме и обобщенности, человек IV эндотоксина вызов предлагает уникальную платформу, чтобы получить механистических понимание индуцируемых физиологических реакций и воспалительных путей. Рационально используют это может способствовать переводу этих знаний в терапевтических инноваций.
Introduction
Воспаление различной этиологии, тяжести и продолжительности образует центральный компонент при патологии нескольких заболеваний. Начиная от критических заболеваний состояний, таких как сепсис или травма, где тяжелая, относительно короткое время жизни воспаление преобладает, хронических заболеваний, включая сахарный диабет 2 типа, атеросклероз и болезнь Альцгеймера, где постоянные низкого уровня воспалительное тона считается патологическим фактором, Нарушение регуляции воспалительные процессы ключевым фактором глобальной заболеваемости и смертности в 1,2 раза .
Воспаление инициируется наличием патоген-ассоциированных молекулярных моделей (PAMPs) или опасности ассоциированных молекулярных моделей (DAMPS) - общ внутриклеточных компонентов , выделяющихся через повреждения ткани 3-5. Эти законсервированные молекулярное мотивы связывают рецепторы распознавания образов (РРСС), такие как Toll-подобных рецепторов (TLR,), обнаруженных на эпителиальных клетках, эндотелиальных клетках и те, врожденной иммунной SYSТЕМ, чтобы вызвать общий вниз по течению внутриклеточных сигнальных путей 6. Активация ядерного фактора транскрипции ядерного фактора кВ, среди прочего, приводит к транскрипции генов , кодирующих провоспалительные цитокины , которые устанавливают воспалительный каскад 7.
Воспаление вызывает местные и системные эффекты, предназначенные для выделения и удаления первичной оскорбление. Местные изменения включают повышающей регуляции маркеров адгезии, высвобождения хемокинов, вазодилатацию и повышение проницаемости сосудов для облегчения врожденную клеток иммунной перевоплощении. Системы комплемента и коагуляции также активируются. Системно, наблюдаются множественные органные специфические физиологические изменения, организованы через сеть нейроэндокринной. Значительное увеличение гуморальных медиаторов происходит и циркуляционного профиль клеток коренным образом изменяет. Отказ от воспаления прекратить и гомеостаз быть восстановлена может быть связано с сохранением инициирующих стимулов илиотказ выделенного разрешения 8 дорожками. Эти мощные механизмы, часто координируемые липидных медиаторов сами по себе могут быть патогенными 9,10.
Исследование воспалительной реакции и эти ключевые регуляторных мер в клинической популяции является сложной задачей. Демографические (возраст, пол, этническая принадлежность), временной (время начала, продолжительность воздействия) и клиническая дисперсия (тип инициирующих стимулов, тяжесть инсульта, коморбидность бремя, терапевтическое вмешательство) препятствуют доступу к основным биологическим путям. Традиционное решение заключается в использовании животных моделей. Несмотря предоставляя множество преимуществ, их фундаментальное сходство с человеческим патофизиологии 11,12 и актуальность своей продукции, оказалась под более пристальное внимание на 13-15. В качестве альтернативы можно использовать редукционистские человеческих моделей.
Разработанный в конце 1960-х, внутривенный (IV) введение эндотоксина человеку предлагает жизненно важную платформу, с помощью которойчтобы обнаружить, разграничить и потенциально наркотиков воспалительные процессы 16-19. Эндотоксина (используется синонимично с липополисахарида [LPS] в этой статье) является мощным TLR4 агонист, который инициирует воспалительный каскад в зависимости от дозы образом. Вводят или как болюс или вливание его, таким образом, может быть использован для моделирования как низкого уровня и умеренное системное воспаление различной продолжительности. Полученный в результате недолгой воспалительная реакция позволяет оценить одного компонента сложнейшей хозяин-патоген взаимодействия, который развивается во время бактериальной инфекции. В то время как не модель шока, проблемы эндотоксина IV вызывает ответы, которые, как представляется, повторить на ранних стадиях инфекции. Устранение межвидовой трансляционные барьеры и точно имитируя клинический фенотип качественно, если не количественно, она дает интерпретацию в режиме реального времени воспалительных влияний, последствий и возможности для тестирования вмешательств. Эндотоксины могут быть также введены endobronchiallY 20, внутрикожно 21 или в сочетании с IV LPS 22 , чтобы исследовать местные воспалительные реакции в разных отсеках. Менее широко используемые альтернативные методики включают вливание проксимальных провоспалительных цитокинов , таких как фактор некроза опухоли альфа (ФНО) и интерлейкин (IL) 6 19. Они не будут обсуждаться здесь.
Protocol
University College London REC (UK) одобрил исследование, создавшее данные, представленные в разделе результаты репрезентативного (Reference 5060/001).
Этическое одобрение:
Большинство исследований с использованием IV эндотоксина проблем были проведены у здоровых испытуемых. Поскольку это исследование не имеет никакой пользы для здоровья, важность целей исследования должны четко перевешивают любые риски, присущие. Это актуально при рассмотрении взаимодействия с новыми агентами , используемыми для модификации воспаления и которые имеют потенциал , чтобы преувеличить ответов хоста на эндотоксина (например, лихорадка, изменения артериального давления, симптомы).
Перед началом любого исследования с использованием IV эндотоксина, утверждение должно быть запрошено и получено из соответствующего комитета по этике исследований (РЭЦ) / Совет по рассмотрению институциональной (IRB). IV введение эндотоксина применяется уже более сорока лет, чтобы получить важную Mechaстических идеи в биологии человека без серьезных и длительных неблагоприятных последствий для нашего или другого автора, знания 19. Учитывая потенциал модели, чтобы получить важную информацию, имеющую отношение к нескольким воспалительных состояний, которые являются основными причинами смертности и заболеваемости, мы считаем, что с этической точки зрения приемлемо подвергать здоровых добровольцев и определенные демографические или клинические группы для эндотоксина, при условии стратегии минимизации необходимости риска на месте. Это может потребовать независимого вне рассмотрения квалифицированными специалистами и экспериментальных исследований или в целях обеспечения безопасного проведения исследований, в частности, при приеме на работу новых агентов и их взаимодействие с endotoxin- индуцированного воспаления.
подготовка
1. Определить Демографические и клинические характеристики участников
Примечание: Большинство исследований , использующих IV эндотоксина вызов завербовать здоровых молодых добровольцев мужского пола , <30 лет. шпильках годов дополнительно были проведены на здоровых женщин 23, пожилых добровольцев 24,25 и 26 подгрупп пациентов в зависимости от экспериментального вопроса. Пожилые участники (т.е. более 60 лет) могут иметь больший и более устойчивый ответ (более высокая температура, более выраженное снижение артериального давления), а также взаимодействие эндотоксина-индуцированного воспаления с любыми сопутствующими заболеваниями или лекарства должны быть рассмотрены в дизайн этих исследований. Пожалуйста, смотрите обсуждение дальнейших соображений при отборе участников.
2. Ботинок Участники
- Организовать подходящую рекламу по мере необходимости.
Примечание: Финансовая компенсация за время участника и неудобства обычно предлагается. Это должно быть установлено до приема на работу и одобрены REC / IRB. - Выдать REC / IRB утвержден Информация об участнике листовка (PIL) объяснить природу исследования, обзор изпротокол, ожидаемые побочные эффекты и риски, связанные с IV эндотоксина респондентов, отвечающих критериям включения.
Примечание: Это должно быть выдано заранее согласившись , чтобы принять обоснованное решение быть сделанным для участия и для любых вопросов или проблем , которые будут рассматриваться исследователем.
3. Получить Формальная информированное согласие
- Получить письменное согласие от всех участников до проведения любой процедуры исследования, связанные, в том числе медицинских обследований.
- Ищи устное подтверждение удержания участника и понимания информации в PIL.
- Обсудите побочные эффекты внутривенного введения эндотоксина.
Примечание: При более высоких дозах (2 - 4 нг / кг) они включают суровости (озноб), головная боль, светобоязнь, миалгия, артралгия, тошнота и рвота, редко. Пик интенсивности симптомов происходит вокруг 1 - 2 ч после инъекции, после ослабления к базовой линии на 6 - 8 часов. Нет тяжелой или устойчивой неблагоприятной EFFEКТС вторичным по отношению к эндотоксина в этих дозах поступало. Редко, доброволец может найти степень симптомов неприемлемых в разгар реакции. Симптомы могут быть облегчены с введением парацетамол / ацетаминофен или нестероидные агентов через рот или внутривенно (например, аспирин, ибупрофен). Такие агенты могут изменять воспалительную реакцию и их использование должно быть записано. - Повторно подтвердить способность участников выйти из исследования в любой момент, не давая объяснения.
4. Провести "Здоровье" на экране потенциальных участников
ПРИМЕЧАНИЕ: Это должно гарантировать отсутствие нераскрытых медицинских условий , которые ставят их на более высокий риск вреда от IV эндотоксина. В качестве информации Вторичная цель имеющих отношение к вопросу экспериментального могут быть идентифицированы.
- Определить подходящую клиническую окружающую среду и соответствующим образом обученный медицинский работник для проведения экран здоровья. </ Li>
- Возьмите полную историю болезни, включая последние медицинские и социальные истории, прошлое и продолжающийся лекарства / лечение, продукты романа здоровья или по борьбе с фармацевтической, статус аллергии и дознания в присутствии текущих симптомов, которые могут указывать на новую или недавнюю болезнь.
- Провести формальное клиническое обследование, как минимум, сердечно-сосудистой и дыхательной системы.
- Организовать и обзор основных исследований, включая регулярных наблюдений (вес, частоту сердечных сокращений, артериальное давление, частота дыхания, кислорода насыщением, температура), анализ крови (COUNT полный крови, почек, печени и коагуляции функциональных тестов), а также 12-выводном ЭКГ.
Примечание: Дополнительные тесты могут потребоваться в соответствии с экспериментальным протоколом. - Попросите участников с ничем не примечательной истории, экспертизы и исследований приступить к IV эндотоксина вызов, в зависимости от REC / IRB утвержденных критериев включения / исключения.
ПРИМЕЧАНИЕ: Это ясамая лучшая практика для вновь выявленных симптомов, признаков или тест аномалий, чтобы сообщать и исследовали с помощью рутинных врачом участника. Эти лица должны быть исключены, пока какой-либо проблемой не было надлежащим образом рассмотрены.
5. Информировать участников Переходя к этапу IV эндотоксина вызовом;
- Сообщите следователю каких-либо новых симптомов или болезни.
Примечание: Это, как правило , исключает их включения в исследование. - Попросите участников прибыть в заранее установленное время и место. Посоветуйте участникам носить удобную одежду и принести развлечение.
- Попросите участников быстро с полуночи (прозрачные жидкости допускается).
- Попросите участников воздерживаться от алкоголя и кофеина в течение 24 ч до инъекции и / или заранее определенного периода после этого (по желанию и зависит от протокола).
Процедура
6. эндотоксина вызов(До эндотоксина администрации)
- Подготовьте кровать с головкой под углом 45 °.
Примечание: Убедитесь , что это находится в подходящем месте , чтобы получить клиническую помощь и реанимационное оборудование. Например, клинический научно-исследовательский центр, обезболивающий помещение или отделение интенсивной терапии. - Обеспечить необходимое клиническое и экспериментальное оборудование доступно и функционирование.
ПРИМЕЧАНИЕ: Это включает сфигмоманометрическая, термометр, пульсоксиметр и, если быть использованы, 3-свинцовый кардиоконтроля. Проверка полноты местного реанимационным оборудованием и доступности кислорода. - Развести Клинический центр Справочная эндотоксина
- Добавьте 5 мл стерильной воды для инъекций, USP (SWI) к ранее не водостойких флакона CCRE с использованием полного асептической техники без сенсорного (ANTT) во всем. Флаконы содержат 10000 единиц эндотоксина (ЕС) (приблизительно 1 мкг) в виде белого лиофилизированного порошка.
- Поместите флакон OF CCRE с 5 мл SWI добавили в вихревом шейкере в течение 1 ч, чтобы обеспечить эндотоксина прилипает к стеклянной поверхности флакона полностью растворяется.
Примечание: CCRE не переходит в раствор охотно, несмотря на, казалось бы полностью растворится. - Нарисовать правильный вес скорректированный объем эндотоксина (теперь 2000 EU / мл или примерно 200 нг / мл) в 1 мл шприц.
Примечание: Используйте стеклянные или полипропиленовые шприцы для минимизации соблюдения (и убытков) эндотоксина к оборудованию.
- участник
- Подтвердите согласие приступить к администрации IV эндотоксина. Запрос о новой болезни, симптомы и соблюдение протокола конкретных указаний.
Примечание: Если есть медицинская концерна или эндотоксина несоблюдения, задержать администрацию. - Попросите участника лежать в постели, подготовленной, подтверждая они удобны. Убедитесь, что они имеют аннулирована мочевого пузыря и кишечника.
- Подтвердите согласие приступить к администрации IV эндотоксина. Запрос о новой болезни, симптомы и соблюдение протокола конкретных указаний.
- Получить доступ к сосудам.
- Поместите вторую внутрисосудистого линию для продолжающейся ничьей крови, чтобы избежать повторных венозный укол. Вставьте этот внутривенно и подключаться к 3-ходового крана (с или без расширения) для облегчения взятия крови и гиперемию.
Примечание: В качестве альтернативы, для непрерывного мониторинга артериального давления и образца, приобретение участка интра-артериальной линии. Для этого требуется больше опыта для вставки и существует повышенный риск местных осложнений.- Для продолжающейся ничьей крови с помощью внутривенного введения канюлю, использовать 18 калибра или большего диаметра канюлю вместе с выбора места в локтевую ямку, чтобы избежать гемолиза и свертывание. введение жидкости IV поможет поддерживать проходимость.
Примечание: Выбор типа внутрисосудистого введения канюлю и участок должны проходить в соответствии с индивидуальным практиком и участник рСправка. Внутриартериального линии традиционно размещены в радиальном или бедренной артерии с предварительным закапыванием местного анестетика (например, 1% лидокаин).
- Для продолжающейся ничьей крови с помощью внутривенного введения канюлю, использовать 18 калибра или большего диаметра канюлю вместе с выбора места в локтевую ямку, чтобы избежать гемолиза и свертывание. введение жидкости IV поможет поддерживать проходимость.
- Забор крови для базовых тестов при введении первой или второй линии. Выбросьте первые 5 мл крови (оккупационные мертвого пространства внутри канюли и разъемы) до получения крови для отбора проб. Промыть линию с 10 мл 0,9% хлорида натрия, после взятия крови.
Примечание: Объем крови , отобранной и обработка образцов будет определяться экспериментальным протоколом и местных лабораторных процедур. - Приложить клинического мониторинга в случае необходимости (например, 3-свинцовые кардиоконтроля обычно используется при более высокой дозе , бросает вызов 2 - 4 нг / кг).
- Запись исходных рутинные клинические наблюдения, как указано в 4.4 на соответствующем графике жизненно важных функций. Субъективные симптомы подсчета очков (например, с использованием визуальной аналоговой оценки для головной боли, миалгии,и др.) , должны быть дополнительно выполнены , чтобы контролировать опыт участника.
- Промыть внутривенную канюлю с 0,9% раствором хлорида натрия для обеспечения канюля правильно и расположены патент.
- Администрирование заранее подготовленный, вес с поправкой на дозу водостойких CCRE через же внутривенных канюли. Вводят струйно (<2 мин) доза в 3-ходового крана на ступице IV линии.
- Промывать 10 мл 0,9% раствора натрия хлорида, чтобы гарантировать, что все CCRE входит в обращение.
Примечание: Для введения непрерывной инфузии вводят эндотоксина в известном объеме разбавителя, например, 100 мл 0,9% раствора натрия хлорида для достижения предварительно установленной концентрации, и влить полученный раствор при заданной скорости (объем / время).
7. Контроль, Наблюдение и пробоотборного
- Участники Monitor подвергающиеся IV эндотоксина в течение как минимум 6 ч после болюса сделатьпеть или на время вливания. Были ли квалифицированный, опытный клиницист выполнить этот шаг.
- Запись и обзор жизненно важные признаки и любые клинические наблюдения при минимуме раз / час. Непрерывный контроль, такие как 3-свинцового кардиомониторинга может быть дополнительно проведена.
Примечание: Исследователи следует отметить , что при более высоких дозах болюсов (2 - 4 нг / кг) вазовагальные реакции могут спровоцировать сердечные паузы. Это наиболее частый 30 мин до 2 ч после инъекции и не являются злокачественными (обсуждение см для получения более подробной информации). - Предпринять субъективный симптом скоринг по усмотрению следователя.
- Администрирование 2 - 3 л кристаллоидов (например, 0,9% раствором хлорида натрия или раствор Гартмана) в течение 6 - 8 ч после введения ударной дозы 2 - 4 нг / кг.
Примечание: Ни один приемлемый стандарт не существует для введения вышеупомянутых жидкостей. Безопасность участников имеет первостепенное значение. Это обеспечивает обычную жидкость для обслуживания и объема респlacement (за период сохранил ноль в рот и увеличение бесчувственным потери из-за повышенной температуры тела и частоты дыхания). Они могут также противостоять риску сердечных аритмий (обсуждение см). - Получить предварительно определенные образцы, необходимые для ответа на экспериментальный вопрос.
Примечание: Эти традиционно включают в себя, но не ограничиваются ими, кровь и мочу. Время, количество и объем образцов должен быть минимально необходимой для получения точных данных и были одобрены REC / IRB. Более частый отбор проб может потребоваться в определенные моменты времени (например, каждые 30 минут) , чтобы обеспечить максимум (или корыто) значения не пропустили. Расчеты объема крови, должны приниматься во внимание крови выброшенных во время вывода мертвого пространства. - Образцы процесса в соответствии с требованиями.
8. Завершение процедуры
- Попросите лечащий врач убедиться, что симптомы участника осели и что их наблюдения имеют тенденцию кнормальный (все измененные параметры, например, повышенная частота сердечных сокращений и температуры, что свидетельствует последовательное снижение к исходным значениям) до санкционирования конца наблюдения и последующего сброса.
ПРИМЕЧАНИЕ: После болюсной инъекции 2 - 4 нг / кг симптомов CCRE обычно полностью Абате на 6 - 8 часов. Отдельные наблюдения следуют пересекающиеся, но дискретные временные курсы. Они обычно возвращаются к исходному уровню на 10 - 12 ч. Непрерывное вливание требует более продолжительного периода наблюдения, как симптомы и жизненно важные признаки не спадают немедленно отправляют прекращение введения эндотоксина. - Удалить все оборудование для мониторинга и внутрисосудистых линий, обеспечивающих гемостаз.
- Подтвердите участник рад вернуться домой и имеет контактные данные следователя в случае какого-либо беспокойства.
ПРИМЕЧАНИЕ: Считается , что лучше , чтобы связаться с участником на следующий день , чтобы проверить состояние их здоровья и следить за каких - либо последствий. - Nathan, C., Ding, A. Nonresolving inflammation. Cell. 140 (6), 871-882 (2010).
- Adhikari, N. K., Fowler, R. A., Bhagwanjee, S., Rubenfeld, G. D. Critical care and the global burden of critical illness in adults. Lancet. 376 (9749), 1339-1346 (2010).
- Xu, J., et al. Extracellular histones are major mediators of death in sepsis. Nature medicine. 15 (11), 1318-1321 (2009).
- Zhang, Q., et al. Circulating mitochondrial DAMPs cause inflammatory responses to injury. Nature. 464 (7285), 104-107 (2010).
- Lorne, E., Dupont, H., Abraham, E. Toll-like receptors 2 and 4: initiators of non-septic inflammation in critical care medicine? Intensive care medicine. 36 (11), 1826-1835 (2010).
- Brightbill, H. D., et al. Host defense mechanisms triggered by microbial lipoproteins through toll-like receptors. Science. 285 (5428), 732-736 (1999).
- Zhang, G., Ghosh, S. Toll-like receptor-mediated NF-kappaB activation: a phylogenetically conserved paradigm in innate immunity. J Clin Invest. 107 (1), 13-19 (2001).
- Lawrence, T., Gilroy, D. W. Chronic inflammation: a failure of resolution? International journal of experimental pathology. 88 (2), 85-94 (2007).
- Fullerton, J. N., O'Brien, A. J., Gilroy, D. W. Pathways mediating resolution of inflammation: when enough is too much. The Journal of pathology. 231, 8-20 (2013).
- Fullerton, J. N., O'Brien, A. J., Gilroy, D. W. Lipid mediators in immune dysfunction after severe inflammation. Trends in Immunology. 35 (1), 12-21 (2014).
- Seok, J., et al. Genomic responses in mouse models poorly mimic human inflammatory diseases. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (9), 3507-3512 (2013).
- Zolfaghari, P. S., Pinto, B. B., Dyson, A., Singer, M. The metabolic phenotype of rodent sepsis: cause for concern. Intensive Care Medicine Experimental. 1 (6), (2013).
- Dyson, A., Singer, M. Animal models of sepsis: why does preclinical efficacy fail to translate to the clinical setting. Critical care medicine. 37 (1 Suppl), S30-S37 (2009).
- Rittirsch, D., Hoesel, L. M., Ward, P. A. The disconnect between animal models of sepsis and human sepsis. Journal of leukocyte biology. 81 (1), 137-143 (2007).
- van der Worp, H. B., et al. Can animal models of disease reliably inform human studies? PLoS Med. 7 (3), e1000245 (2010).
- Calvano, S. E., Coyle, S. M. Experimental human endotoxemia: a model of the systemic inflammatory response syndrome? Surgical infections. 13 (5), 293-299 (2012).
- Suffredini, A. F., Noveck, R. J. Human endotoxin administration as an experimental model in drug development. Clin Pharmacol Ther. 96 (4), 418-422 (2014).
- Lowry, S. F. Human endotoxemia: a model for mechanistic insight and therapeutic targeting. Shock. 24, Suppl 1. 94-100 (2005).
- Andreasen, A. S., et al. Human endotoxemia as a model of systemic inflammation. Current Medicinal Chemistry. 15 (17), 1697-1705 (2008).
- Thorn, J., et al. The inflammatory response in humans after inhalation of bacterial endotoxin: a review. Inflamm Res. 50 (5), 254-261 (2001).
- Basran, A., et al. Roles of neutrophils in the regulation of the extent of human inflammation through delivery of IL-1 and clearance of chemokines. Journal of leukocyte biology. 93 (1), 7-19 (2013).
- Plovsing, R. R., et al. Transcompartmental inflammatory responses in humans: IV versus endobronchial administration of endotoxin*. Crit Care Med. 42 (7), 1658-1665 (2014).
- van Eijk, L. T., et al. Gender differences in the innate immune response and vascular reactivity following the administration of endotoxin to human volunteers. Crit Care Med. 35 (6), 1464-1469 (2007).
- Krabbe, K. S., et al. Ageing is associated with a prolonged fever response in human endotoxemia. Clin Diagn Lab Immunol. 8 (2), 333-338 (2001).
- Krabbe, K. S., et al. Hypotension during endotoxemia in aged humans. Eur J Anaesthesiol. 18 (9), 572-575 (2001).
- Engelhardt, R., Mackensen, A., Galanos, C., Andreesen, R. Biological response to intravenously administered endotoxin in patients with advanced cancer. J Biol Response Mod. 9 (5), 480-491 (1990).
- Patel, P. N., Shah, R. Y., Ferguson, J. F., Reilly, M. P. Human experimental endotoxemia in modeling the pathophysiology, genomics, and therapeutics of innate immunity in complex cardiometabolic diseases. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 35 (3), 525-534 (2015).
- Michie, H. R., et al. Tumor necrosis factor and endotoxin induce similar metabolic responses in human beings. Surgery. 104 (2), 280-286 (1988).
- van Deventer, S. J., et al. Experimental endotoxemia in humans: analysis of cytokine release and coagulation, fibrinolytic, and complement pathways. Blood. 76 (12), 2520-2526 (1990).
- Fong, Y. M., et al. The acute splanchnic and peripheral tissue metabolic response to endotoxin in humans. The Journal of clinical investigation. 85 (6), 1896-1904 (1990).
- Stephens, R. C., O'Malley, C. M., Frumento, R. J., Mythen, M. G., Bennett-Guerrero, E. Low-dose endotoxin elicits variability in the inflammatory response in healthy volunteers. Journal of endotoxin research. 11 (4), 207-212 (2005).
- Taudorf, S., Krabbe, K. S., Berg, R. M., Pedersen, B. K., Moller, K. Human models of low-grade inflammation: bolus versus continuous infusion of endotoxin. Clin Vaccine Immunol. 14 (3), 250-255 (2007).
- Leentjens, J., et al. Reversal of immunoparalysis in humans in vivo: a double-blind, placebo-controlled, randomized pilot study. Am J Respir Crit Care Med. 186 (9), 838-845 (2012).
- Hamers, L., Kox, M., Pickkers, P. Sepsis-induced immunoparalysis: mechanisms, markers, and treatment options. Minerva Anestesiol. 81 (4), 426-439 (2015).
- Xiao, W., et al. A genomic storm in critically injured humans. The Journal of experimental medicine. 208 (13), 2581-2590 (2011).
- Williams, W. V., et al. Asystole following endotoxin administration. J Endotoxin Res. 6 (4), 303-306 (2000).
- van Eijk, L. T., Pickkers, P., Smits, P., Bouw, M. P., van der Hoeven, J. G. Severe vagal response after endotoxin administration in humans. Intensive Care Med. 30 (12), 2279-2281 (2004).
- Kox, M., et al. Differential ex vivo and in vivo endotoxin tolerance kinetics following human endotoxemia. Critical care medicine. 39 (8), 1866-1870 (2011).
- Draisma, A., Pickkers, P., Bouw, M. P., van der Hoeven, J. G. Development of endotoxin tolerance in humans in vivo. Critical care medicine. 37 (4), 1261-1267 (2009).
- Anel, R., Kumar, A. Human endotoxemia and human sepsis: limits to the model. Critical care. 9 (2), 151-152 (2005).
Representative Results
Разнообразные, многоступенчатая система последствия введения эндотоксина IV недавно были всесторонне рассмотрены и не будут обсуждаться в полном объеме здесь (полные подробности см 17-19,27). Вместо того, чтобы краткий обзор диапазона и применимости модели будет обеспечиваться наряду с первичными данными, относящимися к классическому болюсной-режим дозирования (2 нг / кг). Схематическая диаграмма , иллюстрирующая график такого эксперимента обеспечивается на рисунке 1.
Рисунок 1:. Представитель Схема Болуса IV эндотоксина Вызов протокола После прибытия, согласие участника продолжить должно быть подтверждено вместе с их состоянием здоровья и соблюдения протокола (поста, воздержания алкоголя и т.д.). После вставки внутрисосудистых линий, attachmeнт мониторинга и сбора исходных клинических наблюдений и образцов, вес скорректированный дозы водостойких CCRE вводят. Клинические наблюдения в течение как минимум 6 - 8 ч является обязательным. Образцы, наиболее часто в крови, могут быть приняты в заранее выбранных временных точках. Кристаллоидные внутривенные жидкости обычно дается, в данном случае 1 л в течение 2 ч с последующим 1 л в течение 6 часов. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Эффект IV эндотоксина зависит от выбранной дозы и способа введения (болюсной инфузии в сравнении). Болюса 2 - 4 нг / кг достоверно выявляет признаки синдрома системного воспалительного ответа с повышенной температурой, основной частоты сердечных сокращений и белых клеток крови (WBC) существует 16. Это сопровождается наличием гуморальных медиаторов воспаления в том числе про и муравейI-воспалительные цитокины, белки острой фазы (например, С-реактивный белок) (см 2 и 3) и активация гипоталамо-гипофизарной оси 28 и как про-coagulatory и фибринолитической систем 29. Метаболизм в обоих центральных и периферических тканях изменяется и множественные органные специфические функциональные изменения вызывали 19,30. Участники испытывают различные «гриппоподобные симптомы» , которые достигают максимума интенсивности примерно на 1 - 2 ч и в значительной степени Абате на 6 ч (смотри рисунок 4). Протокол 'высокой дозы' болюс индуцирует качественно последовательна , но количественно переменной отклик у добровольцев 31.
Рисунок 2: Клиническое наблюдение профиля Изменение жизненно важных показателей администрации после болюсного клинического центра опорного эндотоксина 2 н.г / кг (в среднем с МКР, п = 10). Частота дыхания (RR, вдохов в мин, A), импульс (ударов в минуту, B), систолическое артериальное давление (САД, мм рт.ст., C) и температура (° C, с помощью барабанной термометра, D) отображаются на дисплее. СБП не упал из-за введения IV жидкостей, небольшой подъем, вероятно, отражает повышенный отток симпатической. Время отображается на оси х (ч после введения эндотоксина). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рис . 3: клеточный и гуморальный ответ Последовательные изменения в общем количестве лейкоцитов, в том числе переходных нейтрофилезом, наблюдаются (А) , а также наиболее часто используемых клинических показателей inflammatioN , такие , как С-реактивный белок (В). Количественно разнообразны, но качественно сохраняющиеся изменения в концентрации циркулирующих в плазме цитокина происходит после того, как IV эндотоксина. TNF - alpha (C) и IL-6 (D) отображаются в виде экземпляров. Все данные после болюсного введения клинического центра Reference эндотоксина 2 нг / кг (медиана с МКР, п = 10. Концентрация цитокина представляет собой среднее из 2 технических повторов / индивидуальных в каждый момент времени). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию эта фигура.
Рис . 4: Симптом Профиль Накопительное шкале симптомов записан в заранее определенные моменты времени после введения болюсной клинического центра опорного эндотоксина 2 нг / кг (медиана с МКР, п = 10). Участникам было предложено то оценка тяжести головной боли, озноб, мышечная боль, тошнота на визуальных аналоговых шкал. (0 - 10, макс оценка 40) Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
'Низкодозированные' эндотоксина в отличие имеет гораздо более разнообразный эффект на людей , и может быть использован для изучения межиндивидуальную различия в воспалительной реакции 31. Введение 0,06 - 0,2 нг / кг либо через болюса или инфузии индуцирует 2 - 10 увеличивается Сложить в плазме цитокинов , соизмеримых с тем , которые наблюдаются при хронических низкосортных воспалительных состояний 32. Такие протоколы могут играть ключевую роль в изучении вклада воспаления и путей , которые регулируют его на несколько сложных кардиометаболических условиях 27.
Discussion
Как показано здесь и подробно описаны в недавних обзорных статьях, человек IV эндотоксина задача является уникальной экспериментальной площадкой обеспечивая понимание воспалительных путей, которые лежат в основе широкий спектр человеческих болезней. Разрешение контролируемой, воспроизводимой индукции системного воспаления, модель обеспечивает доступ к начальной фазе воспалительного каскада, устраняя потенциальные искажающие факторы.
ответы участников могут быть модулированы по интенсивности и продолжительности, а также геномного влияния на их фенотипическую презентации оценены. Кроме того, модель может выступать в качестве тест-кровать для терапевтических средств, а не только против самого LPS лиганда, но ЛПС-индуцированную пути и медиаторы как острых, так и разрешающей фазы воспаления сигнализации. Это может включать в себя агенты, направленные на восстановление толерантности эндотоксина, в гипореспонсивных состояния иммунной системы, которая носит сходство с критической болезни-Induced immunoparalysis 33,34 в состоянии воспроизвести ключевые особенности как острого , так и хронического 16 27 воспаления не только на физиологические / функциональный уровень , но и транскриптомных один 35, IV эндотоксина задача , казалось бы , играет ключевую роль в переводе основных научных открытий в клинической практике. В сочетании с направленной исследования в соответствующих моделях животных , способных более точно воспроизвести патофизиологические реакции конкретных болезненных состояний (например, мышиных слепой кишки перевязки и пункции и сепсис) эта исследуемое парадигма может быть особенно мощным.
Безопасность участников в любой здоровой модели добровольцах имеет первостепенное значение. IV эндотоксина вызов был введен в более высоком диапазоне доз от 2 - 4 нг / кг до тысяч людей с, нашим и других авторов знаний, никаких серьезных или постоянных побочных эффектов (личное общение, доктор Энтони Саффредини) 19. Из нее Однако изолированные счета серьезных блуждающего реакций было зарегистрировано 36,37. Этиология предположительно представляет собой высокий покоя удушья тон, объем истощения после ночного голодания, и высвобождение катехоламинов с наступлением лихорадка, озноб и симптомы, что привело к преувеличенной Бецольд-Jarisch рефлекса. Этот риск может быть облегчены за счет исключения лиц с предыдущим вазовагальной syncopy или положительным наклоном теста, а объем загрузки с внутривенными жидкостями до и во время эндотоксина вызов 37. Исследователи, использующие высокие дозы эндотоксина вызов (особенно 4 нг / кг) должны быть убедительны риска брадикардии и / или сердечной паузами, предупреждают участников их редкой, но возможного появления, используют соответствующий мониторинг, и имеют реанимационное оборудование легко доступны. Другие критерии исключения, в дополнение к тем, которые описаны в протоколе, может потребоваться в зависимости от экспериментального вопроса. Например, в то время как это разумно, чтобы исключить те, которые имеют годовыхrticipated в других клинических испытаниях или опытный хирургии / травмы в течение последних трех месяцев, ограничение въезда (или использование параллельных групп а не дизайн перекрестный в интервенционных исследованиях) к тем, которые ранее причастившись в IV эндотоксина CHALLENGE испытаний могут также требуется , если иммунный ответ должен быть наложен: эндотоксина толерантность , продолжающаяся неизвестной продолжительности времени в естественных условиях 38,39.
Некоторые ограничения очевидны с моделью. Она традиционно проводится в здоровых, молодых мужчин-добровольцев ООН-представитель клинического населения. Нет вмешательства не требуется для фенотипических последствий введения эндотоксина решить. Очищенная LPS инъекции обеспечивает воздействие только одного лиганда TLR, в отличие от нескольких иммуногенных фрагментов на живом патогена. Этическими необходимости лишь относительно скромное воспалительная реакция может быть вызвана. Мимика каждой патофизиологической характерной чертой DiSEаза не достигается 40. Таким образом , "любое ожидание , что модель полностью повторяет клиническое состояние тяжелой, локализованы или системного грамотрицательной инфекции является не-обоснованным» 18.
Мы утверждаем, однако, что сила модели заключается не в неприемлемом экстраполяцией к клинической практике, но и в опрашивая физиологические, гематологические, иммунологические, нейроэндокринной и метаболической реакции компетентных клеток и систем органов в качестве ключевого воспалительного стимула. Вдумчивый интерпретация переходных изменений спровоцированы введения эндотоксина и их модуляция фармакологической вызов был, и будет по-прежнему, информативным при разработке новых методов лечения и прогнозирования их эффективности.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Clinical Center Reference Endotoxin (CCRE, Escherichia coli O:113:H10:K negative) | National Institutes for Health | n/a | GMP Manufactured Endotoxin |
| Syringes (1 ml, 5 ml) | |||
| Water for injection | |||
| 0.9% sodium chloide (sterile, clinical grade) | |||
| Intravenous cannulae | Miminum 20 G French | ||
| Sphygmomanometer | If intraarterial line placed, transduction equipment for invasive blood pressure monitoring | ||
| Pulse oximeter | |||
| Thermometer | Typmanic, oral or core (rectal, oropharyngeal) | ||
| Electrocardiograph machine | |||
| Sample collection tubes | As utilized by local clinical laboratory |
