Udtømning af overfladeaktivt stoffer kombineret med skadelig ventilation resulterer i en reproducerbar model af akut respiratorisk nødsyndrom (ARDS)

Summary

En kombination af udvaskning af overfladeaktive stoffer med 0,9 % saltvand (35 mL/kg legemsvægt, 37 °C) og ventilation med lavt tidevandsvolumen med lavt PEEP for at forårsage moderat respiratorinduceret lungeskade (VILI) resulterer i eksperimentel akut respiratorisk nødsyndrom (ARDS). Denne metode giver en model af lungeskader med lav / begrænset recruitability at studere effekten af forskellige ventilationsstrategier i længere perioder.

Abstract

Der findes forskellige dyremodeller til undersøgelse af de komplekse patomekanismer i det akutte respiratoriske nødsyndrom (ARDS). Disse modeller omfatter pulmo-arteriel infusion af oliesyre, infusion af endotoksiner eller bakterier, cecal ligation og punktering, forskellige lungebetændelse modeller, lunge iskæmi / reperfusion modeller og, selvfølgelig, overfladeaktive udtømning modeller, blandt andre. Udtømning af overfladeaktive stoffer medfører en hurtig, reproducerbar forringelse af lungegasudveksling og hæmodynamik og kan induceres hos bedøvede svin ved hjælp af gentagne lunge lavages med 0,9% saltvand (35 mL/kg kropsvægt, 37 °C). Modellen for udtømning af overfladeaktive stoffer understøtter undersøgelser med standardovervågning af åndedrætsværn og hæmodynamisk med klinisk anvendte anordninger. Men modellen lider af en relativt høj rekruttabilitet og ventilation med højt luftvejstryk kan straks reducere sværhedsgraden af skaden ved at genåbne ateectatic lunge områder. Denne model er således ikke egnet til undersøgelser af ventilatorregimer, der bruger højt luftvejstryk. En kombination af udtømning af overfladeaktive stoffer og skadelig ventilation med højt tidevandsvolumen/lavt positivt endeudåndingstryk (højt tv/lavt PEEP) for at forårsage respiratorinduceret lungeskade (VILI) vil reducere rekrutteringen af den resulterende lungeskade. Fordelene ved en rettidig induktion og muligheden for at udføre eksperimentel forskning i omgivelser, der kan sammenlignes med en intensivafdeling, bevares.

Introduction

Dødeligheden af akut respiratorisk nød syndrom (ARDS) er fortsat høj med værdier over 40%¹ på trods af intensiv forskning siden sin første beskrivelse af Ashbough og Petty i 1967². Naturligvis er undersøgelsen af nye terapeutiske tilgange begrænset i klinikken på grund af etiske bekymringer og manglen på standardisering af de underliggende patologier, omgivende forhold og co-medicin, mens dyremodeller muliggør systematisk forskning under standardiserede forhold.

Således er eksperimentel ARDS blevet induceret i enten store dyr (f.eks. svin) eller små dyr (f.eks. gnavere) ved hjælp af forskellige metoder såsom pulmo-arteriel infusion af oliesyre, intravenøs (i.v.) infusion af bakterier og endotoksiner eller cecal ligation og punktering (CLP) modeller, der forårsager sepsis-induceret ARDS. Desuden anvendes direkte lungeskader forårsaget af forbrændinger og røgforgiftning eller lungeiskæmi/reperfusion (I/R)³. En hyppigt anvendt model for direkte lungeskade er udtømning af overfladeaktive stoffer med lunge lavages som først beskrevet af Lachmann et al. hos marsvin⁴.

Udtømning af overfladeaktive stoffer er en meget reproducerbar metode, der hurtigt resulterer i kompromiser i gasudveksling og hæmodynamik⁵. En stor fordel er muligheden for at anvende udtømning af overfladeaktive stoffer i store arter, som muliggør støtteforskning med klinisk anvendte mekaniske ventilatorer, katetre og monitorer. Men en stor ulempe ved overfladeaktive udtømning model er øjeblikkelig rekruttering af ateectatic lunge områder, når høje luftveje pres eller rekruttere manøvrer, såsom tilbøjelige positionering, anvendes. Modellen er således ikke egnet til at undersøge f.eks. automatiseret ventilation med høje PEEP-niveauer i længere tid⁶. Yoshida et al. beskrev en kombination af udtømning af overfladeaktive stoffer og ventilation med højt indspiratorisk luftvejstryk for at fremkalde eksperimentel ARDS⁷, men deres model kræver en omfattende vedligeholdelse af delvist ilttryk (P_aO₂₎i en foruddefineret korridor via gentagen blodprøvetagning af blodgas og justering af kørselstrykket i henhold til et glidende bord med inspiratorisk tryk og PEEP.

Samlet set kan en model med en alt for aggressiv skadelig ventilation eller en besværlig, gentagen justering af ventilationsregimet resultere i strukturelle skader på lungerne, hvilket er for alvorligt og resulterer i efterfølgende flere organsvigt. Denne artikel giver således en detaljeret beskrivelse af en let gennemførlig model for udtømning af overfladeaktive stoffer plus skadelig ventilation med høj tv/ lav PEEP til induktion af eksperimentel ARDS, som understøtter forskning med klinisk anvendte ventilationsparametre i længere perioder.

Protocol

Forsøgene blev udført på Institut for Eksperimentel Medicin, Charité - Universitetsmedicin, Berlin, Tyskland (certificeret i henhold til EN DIN ISO 9001:2000) og blev godkendt af de føderale myndigheder til dyreforskning i Berlin, Tyskland, forud for forsøgene (G0229/18). Principperne for laboratoriedyrpleje blev anvendt i alle forsøg og er i overensstemmelse med retningslinjerne fra European and German Society of Laboratory Animal Sciences.

1. Forsøgsdyr og dyrevelfærd

1. Udfør alle eksperimenter i dybt bedøvede hansvin (tysk Landrace × Large White) på 3-4 måneder med en kropsvægt (bw) på 30-40 kg.

2. Anæstesi, intubation og mekanisk ventilation

1. Giv ikke tør mad i 12 timer før anæstesi for at undgå en fuld mave af grisene. Giv fri adgang til vand og halm / hø for at minimere stress.
2. Præmedicineret med intramuskulær injektion af en kombination af azaperon (3 mg/kg legemsvægt), atropin (0,03 mg/kg legemsvægt), ketamin (25 mg/kg legemsvægt) og xylazin (3,5 mg/kg legemsvægt) i svinets halsmuskulature, mens dyrene stadig holdes i deres staldfacilitet for at minimere stress.
   BEMÆRK: Daglig træning af petting dyrets hals, mens fodring et par sukker terninger forud for forsøget og anvende injektionen, mens fodring sukker terninger i den uddannede måde vil lette en glat præmedicinering og reducere stress yderligere.
   1. Placer dyret på en båre og dække øjnene med en klud til transport, når et passende niveau af anæstesi er nået.
   2. Overfør grisen til det kirurgiske teater og sørg altid for tilstrækkelig spontan vejrtrækning.
   3. Tag en iltcylinder, monteringsrør og maske for at give supplerende ilt under transport af grisene, hvis husfaciliteterne ikke støder op til laboratoriet.
   4. Placer grisen i udsat stilling og præoxygenat med en maske, der passer til dyrets snude ved hjælp af en høj strøm af ilt (f.eks. 10 L/min).
3. Brug et perifert venekateter (normalt 18 eller 20 G) for at få venøs adgang. Placer det perifere venekateter i en af øreårerne efter en aftørringsprocedure med alkoholbytter.
   1. Start en infusion med en afbalanceret krystalloid opløsning og sørg for den korrekte placering af kateteret til efterfølgende infusion af bedøvelsesmidler.
   2. Infuse 500 ml af en afbalanceret krystalloidopløsning som bolus i.v. efterfulgt af kontinuerlig infusion på 4 ml/kg/h for væskestøtte.
   3. Begynd at overvåge den perifere iltmætning (SpO₂) ved at fastgøre SpO_2-sensorenved et af ørerne eller halen.
4. Fremkalde anæstesi ved at injicere propofol (ca. 5-10 mg/kg - den nøjagtige dosis afhænger af virkningen af præmedicineringen og varierer fra dyr til dyr) for orotracheal intubation.
   BEMÆRK: Forudgående injektion af et opioid vil lette intubation yderligere, men kræver rigelig erfaring for at undgå en for tidlig apnø af dyret. En injektion på 100 μg fentanyl (fentanylcitrat, 100 μg/mL) kan gentages, indtil den spontane åndedrætsfrekvens sænkes til ca. 20/min. før injektion af propofol.
5. Intubere dyret med en manchet endotracheal rør (7,5 - 8,0 mm ID) og et laryngoscope designet til store dyr (lige klinge på ca 25 cm længde).
   BEMÆRK: Intubation er nemmest i den udsatte position som beskrevet i detaljer af Theisen et al.⁸.
   1. Kontroller placeringen af endotrachealrøret ved at observere den typiske bølgeform af CO₂ under udløb på CO_2-monitoren(capnograph).
   2. Brug auskultation til at kontrollere for lige bilaterale ånde lyde.
      BEMÆRK: Grisene kan mekanisk ventileres med manuel kompression af brystkassen fra begge sider, samtidig med at de forsyner ilt med et højt flow i tilfælde af mislykket eller forsinket intubation.
6. Den del af den inspirerede ilt (F_IO₂₎indstilles til 1,0, åndedrætsfrekvensen til 15-20/min., tidevandsvolumen til 8-9 mL/kg legemsvægt, inspiration til udløbsforhold (I:E) til 1:1.5, og påfør et positivt slutudåndingstryk (PEEP) på 5 cmH₂O for at starte mekanisk ventilation. Indstillingerne justeres, så de er rettet mod et delvist sluttryk af kuldioxid (P_etCO₂₎på 35-40 mmHg og en SpO₂ over 95 %.
   1. Der anvendes en kontinuerlig i.v. infusion af thiopenton (20 mg/kg/h) og fentanyl (7 μg/kg/h) for at opretholde anæstesi.
      BEMÆRK: Den nødvendige dosering kan variere fra dyr til dyr og mellem forsøgsindstillinger. Det er vigtigt at opretholde en tilstrækkelig dybde af anæstesi i løbet af forsøget af hensyn til dyrevelfærd og videnskabelige årsager.
   2. Overvåg dyret nøje for stress/smertereaktioner (f.eks. en stigning i puls, blodtryk eller åndedrætsfrekvens) under instrumentering.
      BEMÆRK: Instrumentering bør være mulig uden at administrere et muskelafslappende middel, hvis anæstesidybden er tilstrækkelig.
   3. Der gives et muskelafslappende middel, f.eks. pancuroniumbromid (0,15 mg/kg legemsvægt i.v. bolus, efterfulgt af en kontinuerlig infusion på 0,15 mg/kg legemsvægt/h eller gentagne bolusindsprøjtninger), hvis muskelafslapning er nødvendig for forsøget (f.eks. før en udtømning af overfladeaktive stoffer, før der foretages skadelige målinger af lungehinden).
7. Instrumenteringsteknikker
   1. Gør dyret til liggende stilling.
   2. Fastgør endotrachealrøret og i.v. linjen, mens dyret drejes.
   3. Træk benene tilbage ved hjælp af bandager for at strække huden over de planlagte snitsteder.
   4. Driftsområderne steriliseres med et passende huddesinficeringsmiddel, f.eks.
8. Kanylere den udvendige halspulsåre med et centralt venekateter og desuden introducere indførslen af lungekateteret (PAC) i samme retning.
   1. Udfør et 10 cm hudindsnit på linjen, der forbinder mandiblen og brystbenet (venstre eller højre side muligt).
   2. Revurdere altid anæstesidybden og justere doseringen, hvis det er nødvendigt.
   3. Adskil det subkutane væv og platysma med vævs pincet og kirurgisk saks, indtil brachiocephalic og sternocephalic musklerne er synlige.
   4. Fortsæt med en stump skære ned procedure for at adskille fascia mellem musklerne, indtil den eksterne halspulsåren er synlig.
   5. Brug Seldinger-teknikken⁹ til at udsnå den udvendige halspulsåre med det centrale venekateter og indføringsskeden til senere indsættelse af PAC' en.
      BEMÆRK: Venen må ikke udvides med en dilator, da det sker i tilfælde af en perkutan tilgang. Dette ville rive venen. Luk med standard suturer. Kappens størrelse afhænger af størrelsen på den valgte PAC. Der anvendes typisk en 6F-indsnævringsskede (10 cm lang) og en 5F PAC på 75 cm hos svin på 30-40 kg legemsvægt.
9. Kanyler lårpulsåren for invasiv blodtryk overvågning.
   1. Identificere folden mellem gracilis og sartorius muskel i bagbenet (venstre eller højre er muligt) at placere en arteriel linje.
      BEMÆRK: Pulseringen af lårpulsåren skal være let håndgribelig.
   2. Kanyler arterien perkutant med Seldinger teknikken⁹.
   3. Brug en direkte tilgang, hvis arterien ikke er let palperet.
      1. Skær gennem huden med et 5 cm langt snit og adskil det subkutane væv med vævscetter og kirurgisk saks.
      2. Brug en stump skære ned procedure, der adskiller fascia mellem musklerne til niveauet for lårbenet arterie.
         BEMÆRK:D o ikke skader de saphenøse fartøjer ved at udføre den nedskårne procedure cranial af dem.
      3. Loop en ligatur omkring lårpulsåren, så fartøjet kan lukkes i tilfælde af blødning på stedet for punktering. Undgå dette trin, når det er muligt, da det kompromitterer blodgennemstrømningen til bagbenet.
      4. Kanyler arterien med Seldinger teknikken⁹.
10. Transducerne kalibreres mod atmosfæren (nul) og enten 200 mmHg (arteriel linje) eller 50 mmHg (central venøs linje) og forbinde dem til arteriel kateter og den centrale venøse linje for at begynde at overvåge.
    1. Tryktransducere placeres ca. halvdelen af brystkassens højde på den anslåede position af højre atrium.
11. Udfør et lille (4-5 cm) snit, der skærer gennem huden over blæren for catherisering af urinblæren.
    1. Adskil det subkutane væv ved hjælp af stumpe instrumenter.
    2. Placer en pung-streng sutur (1-2 cm i diameter) i væggen i blæren.
       BEMÆRK: Suturerne bør ikke trænge igennem alle lag af blærevæggen, hvilket ville resultere i tab af urin gennem punkteringerne.
    3. Udfør et lille snit midt i suturen og introducere urinkateteret.
    4. Bloker straks ballonen med 10 mL destilleret vand og træk kateteret mod blærevæggen, indtil der mærkes en lysmodstand.
    5. Luk pungstrengs suturen omkring kateteret. Luk huden ved hjælp af standard suturer.

3. Indførelse af lungepulsåre kateteret (PAC)

1. Kontroller patency af ballonen af PAC med 0,5-1 mL luft afhængigt af størrelsen af kateteret og deflatere ballonen igen.
2. Tilslut PAC'en til tryktransducersystemet, og kalibrer transduceren mod atmosfæren (nul) og 100 mmHg.
3. Introducer PAC gennem introducer kappen med en deflateret ballon til 10-15 cm (afhængigt af kappens længde).
   1. Oppust ballonen, efter at den har forladt skeden og fremme PAC yderligere, mens du overvåger trykket og den typiske bølge former på trykmonitoren.
   2. Skub PAC fremad, mens bølgeformer typisk for højre atrium, højre ventrikel, og lungepulsåren vises og stoppe fremme PAC, når lunge kapillær kiletryk (PCWP) bølgeform ses.
   3. Optag PCWP ved udgangen af udløb, og tøm ballonen (se figur 1 for de respektive kurver).
      BEMÆRK: Efter ballonens deflation skal PCWP-bølgeformen forsvinde, og lungepulsårens trykbølgeform skal være synlig. Hvis lungepulsåren trykbølgeform ikke kan ses, kateteret er mest sandsynligt indsat for langt ind i en lungepulsåre og har nået en auto-kile position. Dette resulterer i en permanent okklusion af et lungefartøj og skal korrigeres ved at trække kateteret tilbage, indtil lungepulsårens trykbølgeform dukkerop igen, så man undgår komplikationer, f.eks. PAC katetre er ofte ved et uheld avancerede i leveren vener via ringere caval vene hos svin. Så hvis det rigtige ventrikeltryksignal ikke nås efter ca. 30 - 50 cm, skal du trække kateteret tilbage og starte forfra.

4. Lungepulsåre termodilution teknik til hæmodynamiske målinger

1. Hjerteudgangen måles med termodilutionsteknikken¹¹.
   1. Tilslut thermistor og en strøm gennem boliger til de respektive lumen af PAC.
   2. Tilslut derefter den hæmodynamiske skærm med pac'ens distale temperaturport (rød hætte).
   3. Den hæmodynamiske skærm justeres efter den nødvendige tilstand, der kompenserer for kateterstørrelse, kateterlængde, injiceret volumen og temperaturen på den injicerede saltvandsopløsning.
   4. Det relevante volumen på 0,9 % saltvand indsprøjts så hurtigt som muligt (normalt 5 eller 10 mL på 0,9 % saltvand med en temperatur på 4 °C).
   5. Vent, indtil målingen er fuldført.
2. Randomiser fem målinger hurtigt efter respiratoren over respiratorens åndedrætscyklus.
   1. Slet de højeste og laveste værdier, og brug de resterende tre værdier til at beregne middelværdien.
   2. Bemærk denne middelværdi som hjerteoutput.
   3. Mål PCWP bagefter ved at puste kateterets ballon op og tømme den efter målingen.
   4. Brug det gennemsnitlige arterielt tryk (MAP), lungepulsåretrykket (PAP), det centrale venøsetryk (CVP), PCWP og CO for alle yderligere hæmodynamiske beregninger.
      BEMÆRK: Mængden af saltvand og temperaturen skal indtastes i skærmen før målingerne. Den normale saltvand skal holdes ved samme temperatur (normalt <5 °C) for korrekte målinger. Kateterets størrelse og længde skal også indtastes. Nogle skærme kræver, at der kommer en korrektionsfaktor til.
   5. Til undersøgelser, der involverer nøjagtige målinger af elektrolytbalance, skal du bruge 5% glukoseopløsning i stedet for 0,9% saltvand.
3. Sørg for at registrere alle parametrene. Der udtages samtidige arterielle og blandede venøse blodprøver kort før eller efter CO-målingerne for at muliggøre beregning af den intra-pulmonelle højre mod venstre shunt.
   1. Registrer alle nødvendige åndedrætsindstillinger og målinger for at fuldføre datasættet, f.eks.
      BEMÆRK: Induktion af anæstesi, intubation og fuld instrumentering kan kræve 1,5 timer afhængigt af efterforskernes erfaring og antal.

5. Udtømning af overfladeaktive stoffer

1. Ventiler dyret med en F_IO₂ på 1,0.
   1. Afbryd dyret fra ventilatoren.
2. Lungerne fyldes med forvarmet saltvand (37 °C, 35 mL/kg) med en tragt, der er forbundet med endotrachealrøret.
   1. Til dette skal du hæve tragten ca. 1 m over dyret.
      BEMÆRK: Det hydrostatiske tryk vil fordele saltvandet i alle lungesektioner.
   2. Stop straks påfyldningen, når MAP falder til under <50 mmHg.
3. Sænk tragten til jordoverfladen for at dræne lavagevæsken. Tilslut dyret til ventilatoren til iltning igen.
4. Vent, indtil dyret kommer sig, og gentag toilettet så hurtigt som muligt, hvis det er nødvendigt.
   BEMÆRK: Nødvendigheden af et yderligere toilet er defineret i forholdet P_aO₂/F_IO_2.
   1. Tag en arteriel blodgasprøve efter 5 minutter efter hvert lavage.
   2. Gentag lavages, indtil P_aO₂/F_IO_2-forholdet (Horowitz-indekset) falder til under 100 mmHg i mindst 5 min ved F_IO₂ 1,0 og PEEP > 5 cmH₂O.
      BEMÆRK: Åndedrætshastigheden skal justeres i lavagesperioden for at holde arteriel pH over 7,25 for at forhindre hæmodynamisk dekompensation.
5. Vær opmærksom på, at denne dyremodel er baseret på en kombination af udtømning af overfladeaktive stoffer og VILI.
   BEMÆRK: Lavages vil blive stoppet efter P_aO₂/ F_IO₂ forholdet forbliver under 100 i 5 min IKKE efter 60 min som tidligere offentliggjort for en model af overfladeaktive stoffer udvaskning uden VILI⁵.
   1. Begynd med høj tv/lav PEEP-ventilation, efter at den målrettede P_aO₂/F_IO₂ er nået.
      BEMÆRK: Ellers vil en alt for aggressiv udtømning af overfladeaktive stoffer kombineret med VILI resultere i flere organsvigt og kompromittere eksperimentet. Varigheden af udtømning af overfladeaktive stoffer varierer mellem dyr, da en defineret P_aO₂/F_IO₂ er målrettet. Det kan tage 45 minutter til 1,5 timer.

6. Skadelig ventilation med høj tidevandsvolumen/lavt PEEP (højt tv/lavt PEEP)

1. Hold en F_IO₂ af 1,0.
2. Indstil ventilatoren på en garanteret volumen, trykstyret ventilationstilstand.
3. Alarmtærsklen for maksimalt indspiratortryk øges til 60 mbar.
   BEMÆRK: Ventilatoren skal anvende et inspiratorisk tryk på op til 60 mbar, men ikke højere.
4. Sænk åndedrætsfrekvensen til 12/min og indstil inspirationen til udløbsforholdet (I:E) til 1:1.5 (hvilket resulterer i en inspirationstid på 2 s og udløbstid på 3 s).
5. Øg tidevandsvolumen langsomt op til 17 mL/kg legemsvægt over mindst 2 min.
   1. Tidevandsvolumenet må ikke øges yderligere, hvis der opnås et inspiratorisk tryk på 60 mbar.
      BEMÆRK: Det begrænsede inspiratoriske tryk kan resultere i tidevandsvolumen under 17 mL/kg kropsvægt afhængigt af lungeskaden efter udvaskning af overfladeaktivt stoffer. En pludselig stigning i tidevandsvolumen kan resultere i barotrauma eller hæmodynamisk dekompensation. Derfor er det yderst vigtigt at øge tidevandsmængderne langsomt over flere minutter.
6. Reducer PEEP til 2 mbar.
7. Ventiler dyret i op til 2 timer (se figur 2 for ventilatorindstillingerne og strømningskurven).
   BEMÆRK: Ventilation med høje tidevandsmængder vil resultere i god iltning af dyret, men den cykliske næsten fuldstændige inflation og deflation resulterer i strukturel skade på lungerne. Strukturelle skader kan ikke vendes med rekrutteringsmanøvrer, tilbøjelig positionering, høj PEEP osv. Den deraf følgende skade skal tolereres i løbet af undersøgelsen. Der kan være behov for en kortere høj tv/lav PEEP-ventilationstid afhængigt af følgende eksperiment og undersøgelsens varighed.

7. Afslutningen af eksperimentet og aktiv dødshjælp

1. Sørg for, at alle målinger af forsøgsprotokollen, som følger efter induktion af lungeskade, udføres.
2. Intravenøs fentanyl (mindst 0,5 mg) derudover til den kontinuerlige anæstesi og vent mindst 5 minutter. Thiopental (mindst 1000 mg) injiceres hurtigt efterfulgt af mindst 60 mmol kalium ved hjælp af centrallinjen.

Representative Results

P_aO₂/F_IO_{2-forholdet faldt}under udvaskning af overfladeaktive stoffer hos alle dyr (figur 3). Den resulterende hypoxi, hypercapnia, og atelectasis forårsaget en stigning i lungepulsåren pres. Detaljerne i lungerne lavages er allerede beskrevet andetsteds⁶.

Udtømningen af overfladeaktive stoffer blev gentaget, indtil forholdet P_aO₂/F_IO₂ forblev under 100 mmHg på trods af mekanisk ventilation med en PEEP på 5 mbar i mindst 5 min. Bagefter blev ventilation med høje tidevandsmængder, lav PEEP og næsten fuldstændig inflation / deflation påbegyndt i 2 timer for at forårsage VILI. Bemærk, at parametre for gasudveksling (iltmætning, P_aO₂) kan forbedres under ventilation med høje tidevandsmængder på grund af den cykliske rekruttering, mens mPAP normalt forbliver forhøjet på grund af højt intrathoracictryk og hypercapnia (Figur 3B). I gennemsnit kræver induktion af anæstesi, instrumentering, udtømning af overfladeaktive stoffer og skadelig ventilation ca. 5 timer afhængigt af investigators erfaring og antallet af lavages, der kræves for at opnå det målrettede P_aO₂/ F_IO_2-forhold.

Lungernes rekrutbarhed blev testet efter hvert eksperimentelt skridt med en rekrutteringsmanøvre (inspiratorisk tryk på 50 mbar og PEEP 24 mbar for fem vejrtrækninger). En arteriel blodgasprøve blev taget 5 minutter efter rekrutteringsmanøvren, mens ventilationen blev påbegyndt med et tidevandsvolumen på 6 mL/kg legemsvægt, et PEEP på 15 mbar og en F_IO₂ på 1,0. Denne rekrutteringsmanøvre resulterede i en bemærkelsesværdig stigning i iltningen hos alle dyrene efter udvaskning af overfladeaktive stoffer (figur 3a), mens 2 timers skadelig ventilation mindskede lungerekrutterbarheden med hensyn til gasudveksling og mPAP (figur 3, tabel 1). Lungeskaden induceret med protokollen var ikke tilbøjelig til rekruttering, selv når ventilation blev udført i henhold til ARDS-Network høje PEEP bordet i 3 timer efter en ekstra rekruttering manøvre.

Computertomografisk (CT) billeddannelse af et dyr viste atelectasis af de afhængige områder af lungerne under ventilation med et PEEP på 6 mbar, som i vid udstrækning forsvandt, da ventilationen blev eskaleret til et PEEP på 15 mbar (Figur 4), mens de betydelige allestedsnærværende jordglasopaciteter ikke løste. Desuden tydede nogle CT-resultater såsom alveolaropaciteter på strukturelle skader på lungerne, der svarede til obduktion af lungerne (figur 4).

Figur 1: Placering aflungekateter. Skitse af hjertet, en korrekt placeret lungearterie kateter (PAC; gul kateter) og de respektive bølgeformer, der kan ses, mens fremme en PAC. PCWP betyder lungekapillær kiletryk. PCWP-bølgeformen kan kun ses i kileposition, mens ballonen er oppustet. PCWP-kurven skal forsvinde, og lungepulsårekurven skal være synlig, hvis ballonen er deflateret, og PAC'en er placeret korrekt. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2: Ventilatorindstillinger for skadelig ventilation. Displayet er ventilatorindstillingerne under ventilation for at fremkalde respiratorinduceret lungeskade (VILI). Tidevandsvolumenet svarer til 17 mL/kg legemsvægt i det pågældende dyr. Flowmønsteret reduceres til nul flow ved udløb (rød stjerne). Nul flow opretholdes i en relevant periode af åndedrætscyklussen. Således opnås næsten fuldstændig inflation og deflation af lungerne for at fremme baro- og atelectrauma. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3:Systemisk iltning og lungepulsåretryk. (B) Det gennemsnitlige lungepulsåretryk hos fire dyr vises som repræsentative værdier for den inducerede lungeskade. Der blev ikke udført en test for statistisk signifikans på grund af det lille antal dyr (n = 4). En rekrutteringsmanøvre blev udført efter hver intervention (gule pile) for at teste for recruitability af modellen. Bemærk, at P_aO₂ stiger efter lungeredning og efter rekruttering med mindst 150 mmHg, men ikke efter skadelig ventilation. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4:Computertomografi i lungerne. Repræsentative computertomografiske scanninger (CT) af et dyr efter udvaskning af overfladeaktive stoffer og mekanisk ventilation med høje tidevandsvolumener og lav PEEP for at forårsage respiratorinduceret lungeskade (VILI). Scanningerne blev foretaget under ventilation med et højt positivt endeudåndingstryk på 15 mbar (PEEP 15 mbar) og lav PEEP på 6 mbar (PEEP 6 mbar) med et tidevandsvolumen på 6 mL/kg kropsvægt. De øverste paneler viser den samme apikale region i lungerne. De nederste paneler viser den samme region af lungerne i højden af hjertet. # markerer de afhængige lungeområder med basal atelectasis; → markerer de afhængige lungeområder/tidligere atelectasis, som rekrutteres under ventilation med et PEEP på 15 mbar * markerer omfattende jordglasopaciteter med overlejret inter- og intralobular septeal fortykkelse, som ikke løses under ventilation med en PEEP på 15 mbar, mærkerne diffuse alveolar opacifications, som indikerer alveolar blødning og ikke er synlige under ventilation med en PEEP på 6 mbar på grund af den omfattende atelectasis. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 5:Obduktion af lungerne efter døden. Repræsentativ patologi af de ikke-fastgjorte lunger af et dyr lige efter forsøget. Det basale område af lungerne vender mod læseren. # markerer atelectasis; + mærker diffus alveolar blødning; de → mærker udspilede, edematous peribronchial rum. Klik her for at se en større version af dette tal.

	grundlinje	efter lavage	MIKROMETER	efter injuriuos ventilation	MIKROMETER	efter ARDS-Net	MIKROMETER
PaO2 (mmHg)	514 ±13	87 ±12	324 ±78	197 ±134	147 ±95	128 ±37	185 ±129
PenCO2 (mmHg)	48 ±6	86 ±10	82 ±12	66 ±5	96 ±4	92 ±5	123 ±10
ph	7.39 ±0,09	7.14 ±0,05	7.17 ±0,08	7.26 ±0.06	7.11 ±0.04	7.14 ±0.04	7.04 ±0.03
Laktat (mg/dL)	4 ±3.9	6 ±5.0	6 ±5.9	4 ±3.6	4 ±3.5	4 ±3.6	6 ±5.3
puls (beats/min.)	86 ±8	90 ±11	92 ±12	104 ±18	129 ±30	147 ±13	149 ±5
CO (L/min.)	4 ±0,8 000 000 000 000		3.7 ±1.4	3.6 ±0,8 000 000 000 000	5.2 ±0,8 000 000 000 000	5.1 ±0,8 000 000 000 000	6.9 ±1.0
kort (mmHg)	93 ±4	101 ±21	108 ±31	78 ±8	96 ±31	65 ±12	72 ±9
SVR (dyn. sekund. cm-5)	1856 ±302		2552 ±777	1624 ±468	1179 ±237	903 ±292	711 ±166
mPAP (mmHg)	14 ±1	27 ±2	22 ±2	33 ±10	33 ±8	29 ±3	30 ±3
PVR (dyn. sekund. cm-5)	106 ±170		267 ±442	170 ±258	92 ±126	108 ±160	66 ±88
PCWP	6 ±2		10 ±2	8 ±2	9 ±1	10 ±4	11 ±5
Cdyn (mL/mbar)	33 ±4	12 ±2	21 ±4	23 ±8	20 ±2	26 ±8	24 ±5

Tabel 1: Arterielt blodgasser, hæmodynamiske data og lungeoverholdelse. Tabellen præsenterer de respektive arterielle blodgasser og hæmodynamiske data. RM: rekrutteringsmanøvre, P_aO₂: arterielt delvist tryk af ilt, P_enCO_2:arterielt delvist tryk af kuldioxid, CO: hjerteudgang, MAP: gennemsnitlig arterielt tryk, SRV: systemisk vaskulær modstand, mPAP: gennemsnitlig lungepulsåretryk, PVR: lungevakulær modstand, PCWP: lungekapillært kiletryk. Data præsenteret som middel ± SD.

		grundlinje	efter lavage	MIKROMETER
Jeg	PAO2 (mmHg)	540	81.3	270	21.9	-rekruttering manøvre efter overfladeaktiv udtømning blev præformeret uden forudgående injektion af en muskelafslappende -rekruttering manøvre (RM) resulterede i en spænding pneumothorax med hurtig kardiopulmonal forringelse (grå baggrund) på trods af øjeblikkelig brystafløb indsættelse - efter at dyrene fik en bolusindsprøjtning af et muskelafslappende middel før en RM, og problemet blev ikke observeret igen
	PenCO2 (mmHg)	42.6	69.4	84.9	93.9
	ph	7.44	7.17	7.01	6.99
	Laktat (mmol/L)	11	17	67	56
	puls (beats/min.)	138	155	141	221
	CO (L/min.)	7.7		3.6	1.6
	mAP (mmHg)	82	60	143	53
	mPAP (mmHg)	26	18	22	22
	PCWP (mmHg)	10	12	12	17
	Cdyn (mbar/mL)	35	11	19	13
	PCWP (mmHg)	10	12	12	17
	Cdyn (mbar/mL)	35	11	19	13
		grundlinje	efter lavage	MIKROMETER	efter skadelig ventilation	MIKROMETER
II	PAO2 (mmHg)	638	60	84	83.2	61.4	82.7	-skadelig ventilation blev udført med tidevand et volumen på 17 ml/kg legemsvægt i 3 timer -Efter skadelig ventilation forværredes dyret hurtigt og kunne ikke stabiliseres med f.eks. bolusindsprøjtninger af adrenalin -Den sidste blodgasanalyse blev opnået under ventilation med PEEP: 20 mbar. Ppeak: 35 mbar. resulterer i et tidevandsvolumen på kun 187 ml (4 ml/kg legemsvægt) - det var nødvendigt at nedsætte den skadelige ventilationsperiode ved efterfølgende forsøg
	PenCO2 (mmHg)	41	78	77	85.1	120	183
	ph	7.37	7.17	7.16	7.13	7.02	6.81
	Laktat (mg/dL)	16	18	20	17	30	65
	puls (beats/min.)	86	64	109	133	150	185
	CO (L/min.)	4.3		3.3	3.7	5.6	2.4
	mAP (mmHg)	77	82	61	53	77	40
	mPAP (mmHg)	15	30	24	35	35	32
	PCWP (mmHg)	7	8	9	8	9
	Cdyn (mbar/mL)	34	9	12	17	14	13

Tabel 2: Arterielt blodgasser og hæmodynamiske data under gennemførelsen af protokollen. Tabellen præsenterer de respektive arterielle blodgasser og hæmodynamiske data for to dyr, som døde for tidligt under gennemførelsen af protokollen. Grå baggrund fremhæver de sidste resultater før døden. RM: rekruttering manøvre, P_enO_2:arterielt delvist tryk af ilt, P_enCO_2:arterielt delvist tryk af kuldioxid, CO: hjerte output, mAP: gennemsnitlig arterielt tryk, mPAP: gennemsnitlig lungepulsåre tryk, PCWP: lunge kapillær kiletryk, PEEP: positive ende-expiratory tryk, Ppeak: peak inspiratorisk tryk.

Discussion

Denne artikel beskriver induktion af eksperimentelle ARDS hos svin, der kombinerer overfladeaktiv udtømning ved gentagne lunge lavages og ventilation med høje tidevandsmængder, lav PEEP, og fuldstændig inflation / deflation af lungerne. Denne kombination forårsager en reproducerbar og sammenlignelig forringelse af gasudvekslingen og det deraf følgende hæmodynamiske kompromis, men begrænser lungernes rekrutterelighed. Denne model efterligner således klinisk ARDS med lav rekrut og gør det muligt at undersøge nye ventilationsregimer.

Der er et par begrænsninger i protokollen. For det første resulterer gentagne lavages i nogle af de histopatologiske egenskaber ved klinisk (human) ARDS, herunder dannelsen af større atelectasis, perivascular ødemdannelse og en stigning i alveolar-kapillær membrantykkelse. Høj-tv/lav PEEP-ventilation tilføjer nogle egenskaber såsom diffus alveolar blødning, som ikke er sårbare over for rekruttering. Ikke desto mindre kan vigtige træk ved menneskelig ARDS såsom dannelsen af hyalinmembraner ikke induceres inden for få timer og mangler derfor i denne model^2,3. For det andet er lungeskaderne uoprettelige i timevis eller muligvis dage. Men man skal sørge for at undgå en overdreven baro-, volu-, og atelectrauma af lungerne, hvilket ville gøre følgende eksperiment umuligt. Ved hjælp af ventilatorindstillingerne, der er beskrevet i artiklen, startede protokollen med i første omgang 3 timer af VILI for at teste automatiserede ventilationstilstande, som integrerer nyere klinisk evidens vedrørende ventilation af ARDS-patienter. Desværre forværredes nogle dyr i løbet af forsøget, og der blev observeret et tilfælde af en alvorlig pneumothorax (tabel 2). Reduktion af VILI-perioden til 2 timer var egnet til forsøgsdesignet, men denne periode kan tilpasses i andre eksperimentelle omgivelser. For det tredje kan lunge lavages resultere i pludselig højre hjertesvigt og død af dyret. Omkring 10%-15% af dyrene kan dø i induktionsperioden. Dette antal kan reduceres som følge af tidligere offentliggjorte anbefalinger⁵. Endelig fremlagde undersøgelsen kun resultaterne af fire dyr og yderligere to dyr, som døde for tidligt under gennemførelsen af modellen. Strenge lokale dyrebeskyttelseslove understøtter ikke forsøg med yderligere dyr, når modellen er tilstrækkeligt implementeret, men to-hit modeller bestående af overfladeaktiv udtømning og skadelig ventilation er blevet brugt af andre forskningsgrupper⁷.

Af betydning kan forværringen af lungeskader ved ventilation med høj tv/lav PEEP-ventilation resultere i ukontrollabel strukturel skade på lungerne eller hæmodynamisk dekompensation. Derfor skal tidevandsmængderne øges i trin over flere minutter, og en øvre tærskel for maksimalt inspiratorisk tryk skal indstilles for at undgå pneumothorax og hæmodynamisk ustabilitet. Det blev konstateret, at en øvre tærskel på 60 mbar var mest egnet til at forårsage VILI uden at miste dyr for tidligt.

Den cykliske rekruttering med høje tidevandsmængder vil resultere i tilstrækkelig iltning på trods af lav PEEP. Efter lunge lavages, peep blev reduceret til 2 mbar i en trinvis måde parallelt med at øge tidevandsvolumen for at undgå utålelig hypoxi.

Nogle efterforskere bruger højere åndedrætsfrekvenser til at generere VILI⁷ på grund af en hurtigere indsætning af VILI, men høje åndedrætsfrekvenser kan resultere i luftfangst, hvis ventilatorens strømningskurve ikke overvåges nøje. Luftfangst kan reducere VILI på grund af ufuldstændig deflation af lungerne for én ting, mens det også fremmer hæmodynamisk ustabilitet forårsaget af vedvarende højt intrathoracic pres. Således blev der brugt en langsommere åndedrætsfrekvens med en sikret deflation af lungerne og længere VILI-periode i den beskrevne model.

Bemærk, markører for lungebetændelse som interleukin 8 i brochoalveolarvæsken blev ikke målt, da langvarig ventilation i en reproducerbar model med lav rekrut er modellens hovedanvendelse. For forskning vedrørende specifikke inflammatoriske mønstre (såsom hyperinflammatorisk subphenotype af ARDS) en multiple hit model kombinerer en inflammatorisk første hit som i.v. lipopolysaccharid infusion med skadelig ventilation kunne være gunstig¹².

Kombinationen af udvaskning af overfladeaktive stoffer og høj tv/lav PEEP-ventilation resulterer i en tidseffektiv og reproducerbar model af human ARDS med hensyn til gasudveksling og hæmodynamiske ændringer. Lungeskaden induceret i denne model præsenterer lav rekrut og tillader eksperimentel undersøgelse af terapeutiske strategier, herunder mekanisk ventilation.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Eve	Fritz Stephan GmbH		emergency ventilator
Flow through chamber thermistor	Baxter	93-505	for measuring cardiac output
Leader Cath Set	Vygon	1,15,805	arterial catheter
Mallinckrodt Tracheal Tube Cuffed	Covidien	107-80	8.0 mm ID
MultiCath3	Vygon	1,57,300	3 lumen central venous catheter, 20 cm length
Percutaneus Sheath Introducer Set	Arrow	SI-09600	introducer sheath for pulmonary artery catheter of 4-6 Fr., 10 cm length
Swan-Ganz True Size Thermodilution Catheter	Edwards	132F5	pulmonary artery catheter, 75 cm length
urinary catheter			no specific model requiered
Vasofix Braunüle 20G	B Braun	4268113B	peripheral vein catheter
Vigilance I	Edwards		monitor