Summary

Oljesyra-injektion hos svin som modell för akut respiratoriskt distressyndrom

Published: October 26, 2018
doi:

Summary

I denna artikel presenterar vi ett protokoll för att inducera Akut lungskada hos svin genom central-venös injektion av oljesyra. Detta är en etablerad djurmodell för att studera den akut andnödssyndrom (ARDS).

Abstract

Den akut andnödssyndrom är en relevant intensivvård sjukdom med en incidens mellan 2,2% och 19% av patienterna på intensivvårdsavdelningen. Trots behandling framsteg under de senaste årtiondena, ARDS patienter lider fortfarande av dödligheten mellan 35 och 40%. Det finns fortfarande ett behov av ytterligare forskning för att förbättra resultatet hos patienter som lider av ARDS. Ett problem är att ingen enda djurmodell kan härma den komplexa pathomechanism av den akut andnödssyndrom, men flera modeller finns för att studera olika delar av den. Oljesyra injektion (OAI)-inducerad lungskada är en väletablerad modell för att studera ventilation strategier, lung mekanik och ventilation/perfusion distribution i djur. OAI leder till kraftigt nedsatt gasutbyte, försämring av lung mekanik och störningar av alveoloen-kapillära barriären. Nackdelen med denna modell är kontroversiella mekanistiska relevansen av denna modell och nödvändigheten för central venkateter, vilket en utmaning speciellt på mindre modeller. I sammanfattning, OAI-induced lung skada leder till reproducerbara resultat i små och stora djur och därmed utgör en väl lämpad modell för att studera ARDS. Ytterligare forskning är dock nödvändigt att hitta en modell som härmar alla delar av ARDS och saknar problemen i samband med de olika modellerna som finns idag.

Introduction

Den akut andnödssyndrom (ARDS) är en intensivvård syndrom som har studerats sedan dess första Beskrivning ca 50 år sedan1. Detta organ forskning ledde till en bättre förståelse av patofysiologin och orsakar utvecklingen av ARDS vilket resulterar i förbättrad patientvård och resultatet2,3. Dödligheten hos patienter som lider av ARDS är dock fortfarande mycket höga med ca 35-40%4,5,6. Det faktum att omkring 10% av ICU antagningen och 23% av ICU patienter som kräver mekanisk ventilation beror på ARDS understryker relevansen för vidare forskning inom detta område.

Djurmodeller används allmänt i forskning för att undersöka patofysiologiska förändringar och möjliga behandlingsmetoder för olika typer av sjukdomar. På grund av komplexiteten i ARDS finns det ingen enda djurmodell att efterlikna denna sjukdom, men olika modeller som representerar olika aspekter7. En väletablerad modell är oljesyra injektion (OAI)-inducerad lungskada. Denna modell har använts i ett brett spektrum av djur, inklusive möss8, råttor9, svin10, hundar11och får12. Oljesyra är en omättad fettsyra och den vanligaste fettsyran i kroppen av sunda människor13. Det är närvarande i humant plasma, cellmembran och fettvävnad13. Fysiologiskt, är det bundet till albumin medan det sker genom blodomloppet13. Ökade nivåer av fria fettsyror i blodet är associerade med olika patologier och svårighetsgraden av vissa sjukdomar korrelerar med serum fettsyra nivåer13. Oljesyrehalt ARDS-modellen utvecklades i ett försök att reproducera ARDS orsakas av lipid emboli som sett i trauma patienter14. Oljesyra har direkta effekter på medfödd immun receptorer i lungorna13 och utlösare neutrofila ackumulering15, inflammatorisk medlare produktion16och cell död13. Fysiologiskt, inducerar oljesyra snabbt progredierande hypoxemi, ökade pulmonella arteriella trycket och ansamling av extravaskulära lung vatten. Dessutom inducerar det arteriell hypotension och hjärtinfarkt depression7. Nackdelarna med denna modell är nödvändigheten för central venkateter, tvivelaktiga mekanistiska relevansen och de potentiella dödliga framsteg som orsakas av snabba hypoxemi och kardiell depression. Fördelen med denna modell jämfört med andra modeller är användbarhet i små och stora djur, de patofysiologiska mekanismerna i ARDS, akut uppkomsten av ARDS efter injektion av oljesyra, giltig reproducerbarhet och möjlighet att studera isolerade ARDS utan systemisk inflammation som i modeller många andra sepsis7. I följande artikel, vi ger en detaljerad beskrivning av den oljesyra-inducerad lungskada hos svin och ge representativa data för att karakterisera stabiliteten i kompromisserna i lungfunktionen. Det finns olika protokoll för OAI-inducerad lungskada. Protokollet som anges här är kunna tillförlitligt framkalla Akut lungskada.

Protocol

Alla djurförsök som beskrivs här har godkänts av utskottet för institutionella och statliga djurvård (Landesuntersuchungsamt Rheinland-Pfalz, Koblenz, Tyskland; godkännandenummer G14-1-077) och genomfördes i enlighet med riktlinjerna i den Europeiska och tyska samhället av försöksdjursverksamhet. Experimenten utfördes hos sövda manliga svin (sus scrofa domestica) 2-3 månader ålder, som väger 27-29 kg. 1. anestesi, Intubation och mekanisk Ventilation Undanhålla mat f?…

Representative Results

PaO2/FiO2-baserat minskar efter fraktionerade tillämpningen av oljesyra (figur 1). I den presenteras studien var 0.185 ± 0,01 ml kg-1 oljesyra nödvändigt för induktion av lungskada. Alla djur visade en försämrad syresättning efter induktion av lungskada, med sorter i ytterligare tid kursen. I djur 1 och 3 återstod det på en nivå med lite variationer; i djur 2 observerar vi en inledande ökning, följt av en nedgång…

Discussion

Den här artikeln beskrivs en metod av oljesyra-inducerad lungskada som modell för att studera olika aspekter av svår ARDS. Det finns även andra protokoll med olika emulsioner, olika injektionsställen och olika temperaturer i emulsion23,24,25,26,27,28 ,29. Vår metod erbjuder en reprodu…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Författarna vill tacka Dagmar Dirvonskis för utmärkt teknisk support.

Materials

3-way-stopcock blue Becton Dickinson Infusion Therapy AB Helsingborg, Sweden 394602
3-way-stopcock red Becton Dickinson Infusion Therapy AB Helsingborg, Sweden 394605
Atracurium Hikma Pharma GmbH , Martinsried 4262659
Canula 20 G Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain 301300
Datex Ohmeda S5 GE Healthcare Finland Oy, Helsinki, Finland
Desinfection Schülke & Mayr GmbH, Germany 104802
Endotracheal tube Teleflex Medical Sdn. Bhd, Malaysia 112482
Endotracheal tube introducer Rüsch 5033062
Engström Carestation GE Heathcare, Madison USA
Fentanyl Janssen-Cilag GmbH, Neuss
Gloves Paul Hartmann, Germany 9422131
Incetomat-line 150 cm Fresenius, Kabi Germany GmbH 9004112
Ketamine Hameln Pharmaceuticals GmbH
Laryngoscope Teleflex Medical Sdn. Bhd, Malaysia 671067-000020
Logical pressure monitoring system Smith- Medical Germany GmbH MX9606
Logicath 7 Fr 3-lumen 30cm Smith- Medical Germany GmbH MXA233x30x70-E
Masimo Radical 7 Masimo Corporation Irvine, Ca 92618 USA
Mask for ventilating dogs Henry Schein, Germany 730-246
Neofox Kit Ocean optics Largo, FL USA NEOFOX-KIT-PROBE
Norepinephrine Sanofi- Aventis, Seutschland GmbH 73016
Oleic acid Applichem GmbH Darmstadt, Germany 1,426,591,611
Original Perfusor syringe 50ml Luer Lock B.Braun Melsungen AG, Germany 8728810F
PA-Katheter Swan Ganz 7,5 Fr 110cm Edwards Lifesciences LLC, Irvine CA, USA 744F75
Percutaneous sheath introducer set 8,5 und 9 Fr, 10 cm with integral haemostasis valve/sideport Arrow international inc. Reading, PA, USA AK-07903
Perfusor FM Braun B.Braun Melsungen AG, Germany 8713820
Potassium chloride Fresenius, Kabi Germany GmbH 6178549
Propofol 2% Fresenius, Kabi Germany GmbH
Saline B.Braun Melsungen AG, Germany
Sonosite Micromaxx Ultrasoundsystem Sonosite Bothell, WA, USA
Stainless Macintosh Size 4 Teleflex Medical Sdn. Bhd, Malaysia 670000
Sterofundin B.Braun Melsungen AG, Germany
Stresnil 40mg/ml Lilly Germany GmbH, Abteilung Elanco Animal Health
Syringe 10 mL Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain 309110
Syringe 2 mL Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain 300928
Syringe 20 mL Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain 300296
Syringe 5 mL Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain 309050
venous catheter 22G B.Braun Melsungen AG, Germany 4269110S-01

References

  1. Ashbaugh, D. G., Bigelow, D. B., Petty, T. L., Levine, B. E. Acute respiratory distress in adults. The Lancet. 2 (7511), 319-323 (1967).
  2. Brower, R. G., et al. Ventilation with lower tidal volumes as compared with traditional tidal volumes for acute lung injury and the acute respiratory distress syndrome. The New England Journal of Medicine. 342 (18), 1301-1308 (2000).
  3. Briel, M., et al. Higher vs lower positive end-expiratory pressure in patients with acute lung injury and acute respiratory distress syndrome: systematic review and meta-analysis. JAMA. 303 (9), 865-873 (2010).
  4. Bellani, G., et al. Epidemiology, Patterns of Care, and Mortality for Patients With Acute Respiratory Distress Syndrome in Intensive Care Units in 50 Countries. JAMA. 315 (8), 788-800 (2016).
  5. Chiumello, D., et al. Respiratory support in patients with acute respiratory distress syndrome: an expert opinion. Critical Care. 21 (1), 240 (2017).
  6. Barnes, T., Zochios, V., Parhar, K. Re-examining Permissive Hypercapnia in ARDS: A Narrative Review. Chest. , (2017).
  7. Matute-Bello, G., Frevert, C. W., Martin, T. R. Animal models of acute lung injury. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. 295 (3), 379-399 (2008).
  8. Kobayashi, K., et al. Thromboxane A2 exacerbates acute lung injury via promoting edema formation. Scientific Reports. 6, 32109 (2016).
  9. Tian, X., Liu, Z., Yu, T., Yang, H., Feng, L. Ghrelin ameliorates acute lung injury induced by oleic acid via inhibition of endoplasmic reticulum stress. Life Sciences. , (2017).
  10. Kamuf, J., et al. Endexpiratory lung volume measurement correlates with the ventilation/perfusion mismatch in lung injured pigs. Respiratory Research. 18 (1), 101 (2017).
  11. Du, G., Wang, S., Li, Z., Liu, J. Sevoflurane Posttreatment Attenuates Lung Injury Induced by Oleic Acid in Dogs. Anesthesia & Analgesia. 124 (5), 1555-1563 (2017).
  12. Prat, N. J., et al. Low-Dose Heparin Anticoagulation During Extracorporeal Life Support for Acute Respiratory Distress Syndrome in Conscious Sheep. Shock. 44 (6), 560-568 (2015).
  13. Goncalves-de-Albuquerque, C. F., Silva, A. R., Burth, P., Castro-Faria, M. V., Castro-Faria-Neto, H. C. Acute Respiratory Distress Syndrome: Role of Oleic Acid-Triggered Lung Injury and Inflammation. Mediators of Inflammation. 2015, (2015).
  14. Schuster, D. P. ARDS: clinical lessons from the oleic acid model of acute lung injury. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 149 (1), 245-260 (1994).
  15. Goncalves-de-Albuquerque, C. F., et al. Oleic acid induces lung injury in mice through activation of the ERK pathway. Mediators of Inflammation. 2012, 956509 (2012).
  16. Ballard-Croft, C., Wang, D., Sumpter, L. R., Zhou, X., Zwischenberger, J. B. Large-animal models of acute respiratory distress syndrome. The Annals of Thoracic Surgery. 93 (4), 1331-1339 (2012).
  17. O’Driscoll, B. R., et al. BTS guideline for oxygen use in adults in healthcare and emergency settings. Thorax. 72, 90 (2017).
  18. Ettrup, K. S., et al. Basic surgical techniques in the Gottingen minipig: intubation, bladder catheterization, femoral vessel catheterization, and transcardial perfusion. Journal of Visualized Experiments. (52), 2652 (2011).
  19. Russ, M., et al. Lavage-induced Surfactant Depletion in Pigs As a Model of the Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS). Journal of Visualized Experiments. (115), 53610 (2016).
  20. Brower, R. G., et al. Higher versus lower positive end-expiratory pressures in patients with the acute respiratory distress syndrome. The New England Journal of Medicine. 351 (4), 327-336 (2004).
  21. Hartmann, E. K., et al. Influence of respiratory rate and end-expiratory pressure variation on cyclic alveolar recruitment in an experimental lung injury model. Critical Care. 16 (1), (2012).
  22. Hartmann, E. K., et al. Inhalation therapy with the synthetic TIP-like peptide AP318 attenuates pulmonary inflammation in a porcine sepsis model. BMC Pulmonary Medicine. 15, 7 (2015).
  23. Julien, M., Hoeffel, J. M., Flick, M. R. Oleic acid lung injury in sheep. Journal of Applied Physiology. 60 (2), 433-440 (1986).
  24. Wiener-Kronish, J. P., et al. Relationship of pleural effusions to increased permeability pulmonary edema in anesthetized sheep. Journal of Clinical Investigation. 82 (4), 1422-1429 (1988).
  25. Yahagi, N., et al. Low molecular weight dextran attenuates increase in extravascular lung water caused by ARDS. American Journal of Emergency Medicine. 18 (2), 180-183 (2000).
  26. Eiermann, G. J., Dickey, B. F., Thrall, R. S. Polymorphonuclear leukocyte participation in acute oleic-acid-induced lung injury. The American Review of Respiratory Disease. 128 (5), 845-850 (1983).
  27. Townsley, M. I., Lim, E. H., Sahawneh, T. M., Song, W. Interaction of chemical and high vascular pressure injury in isolated canine lung. Journal of Applied Physiology. 69 (5), 1657-1664 (1990).
  28. Young, J. S., et al. Sodium nitroprusside mitigates oleic acid-induced acute lung injury. The Annals of Thoracic Surgery. 69 (1), 224-227 (2000).
  29. Katz, S. A., et al. Catalase pretreatment attenuates oleic acid-induced edema in isolated rabbit lung. Journal of Applied Physiology. 65 (3), 1301-1306 (1988).
  30. El-Haddad, H., Jang, H., Chen, W., Soubani, A. O. Effect of ARDS Severity and Etiology on Short-Term Outcomes. Respiratory Care. 62 (9), 1178-1185 (2017).
  31. Wang, H. M., Bodenstein, M., Markstaller, K. Overview of the pathology of three widely used animal models of acute lung injury. European Surgical Research. 40 (4), 305-316 (2008).

Play Video

Cite This Article
Kamuf, J., Garcia-Bardon, A., Ziebart, A., Thomas, R., Rümmler, R., Möllmann, C., Hartmann, E. K. Oleic Acid-Injection in Pigs As a Model for Acute Respiratory Distress Syndrome. J. Vis. Exp. (140), e57783, doi:10.3791/57783 (2018).

View Video