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Bioengineering

猪出血性休克模型中的无创和侵入性肾缺氧监测

Published: October 28, 2022 doi: 10.3791/64461
Automatic Translation
1, 2,3, 1,4, 4,5
1Department of Biomedical Engineering, University of Utah, 2Department of Emergency Medicine, University of Utah, 3Nora Eccles Harrison Cardiovascular Research and Training Institute, University of Utah, 4Department of Anesthesiology, University of Utah, 5Geriatric Research, Education, and Clinical Centre, VAMC

ERRATUM NOTICE

Summary

本文介绍的是在出血性休克猪模型中测量髓质中的肾氧合和无创尿氧分压的方案，以确定尿氧分压作为急性肾损伤 （AKI） 的早期指标和新的复苏终点。

Abstract

高达 50% 的创伤患者会出现急性肾损伤 （AKI），部分原因是严重失血后肾灌注不良。目前，AKI 的诊断依据是血清肌酐浓度较基线的变化或尿量长时间减少。不幸的是，大多数创伤患者的基线血清肌酐浓度数据不可用，目前的估计方法也不准确。此外，血清肌酐浓度可能直到受伤后24-48小时才会改变。最后，少尿必须持续至少6小时才能诊断AKI，这使得早期诊断不切实际。目前可用的AKI诊断方法对于预测创伤患者复苏期间的风险没有用。研究表明，尿氧分压 （PuO2） 可能有助于评估肾缺氧。开发了一种连接导尿管和尿液收集袋的监测器，用于无创测量 PuO2。该设备集成了一个光学氧传感器，可根据发光猝灭原理估计PuO2。此外，该设备测量尿流量和温度，后者用于调节温度变化的混杂效应。测量尿流量以补偿低尿流量期间氧气进入的影响。本文介绍了一种猪失血性休克模型，以研究无创PuO2、肾缺氧与AKI发生之间的关系。该模型的一个关键要素是超声引导的手术放置在氧探头的肾髓质中，该探头基于未出鞘的微光纤。PuO 2 也将在膀胱中测量，并与肾脏和非侵入性 PuO2 测量进行比较。该模型可用于测试 PuO 2 作为 AKI 的早期标志物，并将 PuO2 评估为出血后的复苏终点，提示终末器官而不是全身氧合。

Introduction

急性肾损伤 （AKI） 影响高达 50% 的重症监护病房收治的创伤患者1.发生 AKI 的患者往往住院和重症监护病房的住院时间更长，死亡风险高 3,3,4。目前，AKI 最常由肾脏疾病改善全球结局 （KDIGO） 指南定义，该指南基于血清肌酐浓度从基线或长期少尿期间的变化5。大多数创伤患者的基线肌酐浓度数据不可用，估计方程不可靠，尚未在创伤患者中得到验证6。此外，血清肌酐浓度可能直到受伤后至少24小时才会改变，从而排除了早期识别和干预7。虽然研究表明尿量是 AKI 的早期指标，而不是血清肌酐浓度，但 KDIGO 标准要求至少 6 小时的少尿，这排除了针对伤害预防的干预措施8.定义AKI的最佳每小时尿量阈值和适当的少尿持续时间也存在争议，这限制了其作为疾病早期标志物的有效性9,10。因此，目前针对 AKI 的诊断措施在创伤环境中没有用处，导致 AKI 诊断延迟，并且不能提供有关患者发生 AKI 的风险状态的实时信息。

虽然创伤环境中 AKI 的发生很复杂，并且可能与多种原因有关，例如低血容量导致的肾灌注不良、血管收缩导致的肾血流量减少、创伤相关炎症或缺血再灌注损伤，但肾缺氧是大多数 AKI11,12 的常见因素。特别是，肾脏的髓质区域极易受到创伤环境中氧气需求和供应之间的不平衡的影响，这是由于氧气输送减少和与钠重吸收相关的高代谢活动。因此，如果可以测量肾髓质氧合，则可以监测患者发生AKI的风险状态。虽然这在临床上不可行，但肾脏出口处的尿氧分压 （PuO2） 与髓质组织氧合密切相关13,14。其他研究表明，可以测量膀胱 PuO 2，并且它会响应改变髓质氧和肾盂 PuO2 水平的刺激而变化，例如肾血流量减少15,16,17。这些研究表明，PuO2 可能提示终末器官灌注，并可能有助于监测创伤环境中干预对肾功能的影响。

为了无创监测 PuO 2，开发了一种无创 PuO2 监测仪，该监测仪可以轻松连接到体外导尿管的末端。非侵入式 PuO2 监测仪由三个主要组件组成：温度传感器、发光淬灭氧传感器和基于热的流量传感器。由于每个氧传感器都是基于光学的，并且依赖于Stern-Volmer关系来量化发光和氧浓度之间的关系，因此需要温度传感器来抵消温度变化的任何潜在混杂效应。流量传感器对于量化尿量和确定尿流的方向和大小非常重要。所有三个组件均通过公、母和 T 形鲁尔锁连接器和聚氯乙烯 （PVC） 柔性管的组合连接。带有锥形连接器的一端连接到导尿管的出口，锥形连接器上带有管道的末端连接尿液收集袋连接器上的滑块。

尽管测量距离膀胱远端，但最近的一项研究表明，心脏手术期间尿 PuO2 偏低与发生 AKI18,19 的风险增加有关。同样，目前的动物模型主要集中在心脏手术和败血症期间AKI的早期检测14,20,21,22。因此，关于在创伤环境中使用这种新型设备仍然存在问题。本研究的目的是确定PuO2作为AKI的早期标志物，并研究其作为创伤患者的复苏终点的用途。本手稿描述了出血性休克的猪模型，其中包括在肾髓质中放置无创 PuO 2 监测仪、膀胱 PuO2 传感器和组织氧传感器。来自无创监测仪的数据将与膀胱 PuO2 和侵入性组织氧测量进行比较。无创监护仪还包括一个流量传感器，该传感器将有助于了解尿流速和进氧之间的关系，这降低了尿液穿过尿路时从无创 PuO2 推断肾髓质组织氧合的能力。此外，来自三个氧传感器的数据将与全身生命体征（如平均动脉压）进行比较。核心假设是无创 PuO2 数据与侵入性髓质氧含量密切相关，并将反映复苏期间的髓质缺氧。无创 PuO2 监测有可能通过更早地识别 AKI 并作为出血后提示终末器官而非全身氧合的新型复苏终点来改善创伤相关结局。

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Protocol

犹他大学机构动物护理和使用委员会批准了此处描述的所有实验方案。在实验之前，共有12头体重50-75公斤，年龄在6-8个月之间的阉割雄性或非怀孕雌性约克郡猪在其围栏内适应了至少7天。在此期间，所有护理均由兽医指导，并符合《实验动物护理和使用指南》和《动物福利法条例和标准》。在诱导麻醉之前，动物禁食过夜，但允许自由饮水。

1. 传感器组件

  1. 切割 6 厘米的 3/8 英寸热塑性弹性体 （TPE） 管、25 毫米的 1/8 英寸和 3/16 英寸 PVC 管，以及 31 毫米的 1/8 英寸和 3/16 英寸 PVC 管。
  2. 在非通风盖的顶部钻一个孔，以适合温度探头的暴露尖端;从 3/32 英寸钻头开始，然后使用 1/8 英寸钻头。
  3. 使用 5/32 英寸钻头钻出 T 形连接器的顶部以安装氧传感器。
  4. 将 1/8 英寸 PVC 管的较短部分滑过流量传感器的入口侧。将较长的 1/8 英寸 PVC 管片滑过流量传感器的出口侧（由流量传感器本身上的箭头指定）。将较短和较长的 3/16 在 PVC 管片上滑动 1/8 在 PVC 管的相应长度上。将公鲁尔锁接头的倒钩端插入 1/8 英寸 PVC 管的开口端。
    注意： 如有必要，在滑过倒钩接头之前，请使用热风枪加热管道。也可以使用异丙醇润滑倒钩端，以便更容易将管道滑过倒钩连接器。
  5. 混合生物相容性胶水。
  6. 通过取下任何保护护套或管道来露出温度探头的尖端。用生物相容性胶水填充热敏电阻的管道内部，但不要覆盖暴露的尖端。
  7. 组装零件，如图 1所示。将热敏电阻插入非通风盖中时，以及在将 3/8 in TPE 管滑过倒钩端之前，使用胶水固定每个鲁尔锁连接。
  8. 灭菌前，请确保氧气棒上的蓝色盖子不要拧得太紧，否则灭菌后将难以解开。
    注：组装的设备的图像如图 1 所示，以供参考。在这个实验中，光纤电缆连接到一个光电模块，该模块包含旨在与设备中使用的特定氧传感器配合使用的软件。任何基于发光淬灭的氧传感器和兼容的数据收集设备都可以工作。此外，还设计了一个定制模块和一个印刷电路板来连接流量传感器和温度探头。定制软件用于实时收集和显示数据。

2. 实验程序

  1. 诱导麻醉和监测。
    1. 用联合肌内注射氯胺酮（2.2mg / kg）和甲苯噻嗪（2.2mg / kg）和特拉唑（4.4mg / kg）镇静动物。
    2. 根据动物的大小，在喉镜的帮助下放置适当大小（最有可能在 7 毫米到 8 毫米之间）有囊气管插管。
    3. 在双眼涂抹眼部润滑剂。
    4. 诱导后，用1.5%-3.0%的气态异氟醚在氧气中混合，在维持麻醉的情况下对动物进行机械通气。将吸入氧的分数设定在 40%-100% 之间，呼气末正压为 4 cm H 2 O，潮气量设置为 6-8 mL/kg，并调整呼吸频率和潮气量以维持潮气末 CO2 为 35-45 mmHg。
    5. 通过评估下颌张力、大约每 15 分钟一次的睑反射以及在整个实验过程中没有自发运动来监测和确认适当的麻醉深度。此外，监测组织灌注的临床参数（黏膜颜色、毛细血管再充盈时间、心率）、脉搏血氧饱和度、潮气末 CO2、核心体温和心电图。
    6. 将动物放在温暖的毯子上，将动物放在背卧上，并将每条腿固定在桌子上。
    7. 该方案是一种非生存程序，在实验结束时对动物实施安乐死，如第5节所述。
  2. 为实验准备动物。
    1. 准备所有穿刺部位（在步骤2.2.3-2.2.7中列出），用三次交替的洗必泰磨砂膏擦洗皮肤，然后用酒精擦洗。第三次擦洗后，涂抹氯己定并使其完全干燥，然后以无菌方式悬垂手术部位。
    2. 用 2% 利多卡因局部浸润所有穿刺和切口部位，以缓解局部疼痛。
    3. 使用超声引导和 Seldinger 技术，将 9 Fr 导管放置在右侧颈外静脉中，用于药物输注和中心静脉压监测，并将 7 Fr 导管放置在右股静脉进行复苏。
    4. 在超声引导下，将 7 Fr 鞘放在右臂动脉中。
    5. 在超声引导下，将 7 Fr 鞘放在右股动脉中。
    6. 在超声引导下，在左股动脉放置一个 7 Fr 鞘。
    7. 在超声引导下，将 5 Fr 鞘放在右颈动脉或左颈动脉中。
    8. 通过左股动脉鞘 监测 主动脉复苏性血管内闭塞 （REBOA） 导管球囊远端的压力。
      1. 将一次性压力传感器连接到 REBOA 球囊远端的动脉导管。
    9. 通过颈动脉鞘监测 REBOA 导管球囊近端的压力。
      1. 将一次性压力传感器连接到 REBOA 球囊近端的动脉导管。
    10. 通过沿着腹部中线切开一个切口来进行中线剖腹手术，从胸骨的下部开始，到耻骨结束。
    11. 打开腹部，识别膀胱并进行膀胱切开术，或做一个小切口，将 20 Fr 导尿管的尖端插入膀胱。使用钱包绳缝合将导尿管固定到位，关闭膀胱切开术。导管就位后，用缝合线将其固定在皮肤上。
    12. 在将导管出口连接到尿液收集袋之前，将无创 PuO2 监护仪的锥形端插入导管出口。
    13. 将新型 PuO2 监护仪末端的开放式管路放在连接到尿液收集袋的管子上的锥形连接器上。
    14. 切除脾脏以消除出血引起的自体输血。
      1. 找到脾脏。确定脾门或脾动脉和静脉进入脾脏的部位。夹紧并横断每个容器。
      2. 横断后，使用改良的米勒结使用 2-0 缝合线连接每个血管。
  3. 放置仪器以测量膀胱PuO2 和组织氧合。
    1. 在膀胱出口处测量 PuO2。
      1. 识别导管上的球囊。在球囊正下方沿导管的长轴做一个切口，确保您不会切断连接到球囊的管腔。
      2. 切口后，将包含传感材料的 T 形连接器插入切口中。
      3. 使用纸巾胶将 T 型连接器固定到位。
      4. 将光纤电缆从膀胱数据收集设备连接到包含传感材料的连接器。
      5. 在数据收集设备上创建一个新文件，并记下独立收集设备与实验中使用的其他设备之间的时间差。
        1. 对于本研究中使用的数据收集设备：按后退箭头进入主菜单。
        2. 转到测量设置，然后单击 确定。使用箭头突出显示测量浏览器框，然后按 确定。
        3. 按向右箭头创建新文件。键入新文件的名称，然后选择 “完成”。
        4. 突出显示新文件名，然后选择 “确定”。导航到测量屏幕，然后单击“ 确定 ”开始录制。
    2. 测量髓质肾组织肺氧合。
      1. 确定肾脏内部的位置。
      2. 移动肠道，以便您有一个清晰的部位线并进入整个肾脏。
      3. 将传感器插入 2“ 18 规格导管。调整传感器上的鲁尔锁连接器，使传感器尖端暴露在外。取下导管并将其放在 18 号针头上。
      4. 在超声引导下将 18 号针和 2 根导管放入肾髓质中。
      5. 取下针头，将导管保持在适当的位置。将组织传感器穿过导管，并使用鲁尔锁将传感器连接到导管。
      6. 使用组织胶将导管固定到位。
      7. 将组织传感器连接到数据收集盒。
      8. 等待10分钟，然后在准备好仪器和动物后开始实验方案。这将被视为基线期。
  4. 实验方案
    1. 在开始实验程序之前，确保平均动脉压 （MAP） 为 ≥65 mmHg。如果 MAP 低于阈值，则给予最多两次 5 mL/kg 推注等渗晶体液。如果 MAP 保持在 65 mmHg 以下，则输注去甲肾上腺素 （0.02 μg/kg/min），直至达到目标 MAP。
    2. 诱发失血性休克。
      1. 在 30 分钟内通过右臂动脉鞘取出动物估计血量的 25%（估计为 60 mL/kg）放入轻轻搅拌的柠檬酸采血袋中。将血液去除的开始标记为t = 0分钟。
      2. 将去除的血液储存在37°C的温水浴中。
      3. 然后进行随机化，将动物分配到全血REBOA组或晶体REBOA组（每组n = 6）。
    3. 放置 REBOA 导管。
      1. 在右股动脉鞘中插入 7 Fr REBOA 导管。将导管球囊紧靠横膈膜上方放置，并使用透视检查确认位置。
      2. 在t = 30分钟时，给REBOA球囊充气并完全闭塞主动脉45分钟。
    4. 启动复苏并管理重症监护。
      1. 在t = 70分钟时，在15分钟内用流出的血液输注每只动物。
      2. 静脉输注钙超过 10 分钟，以防止柠檬酸盐诱导的低钙血症。
      3. 在t = 75分钟时，将REBOA气球放气超过10分钟。
      4. 直到t = 360分钟，用液体和去甲肾上腺素复苏动物以维持MAP>65mmHg。
  5. 实验结束和安乐死
    1. 收集任何剩余的血液或尿液样本。
    2. 通过注射戊巴比妥钠（390毫克）和苯妥英钠（50毫克）（1毫升/ 10磅）的组合对动物实施安乐死。

3. 数据处理

  1. 时间同步所有数据文件。
    1. 根据每个设备上记录的相对时间和实验开始时间，对齐所有数据文件，使t = 0表示实验开始。
  2. 从流量传感器中删除与错误标志关联的任何数据点。
    注意：错误类型为高流量和在线空气。高流速误差表示流速超过传感器的输出限制。当传感器检测到流道中的空气时，将引发空气在线错误标志。
  3. 放弃与负流关联的数据。
    1. 一旦流量变为负值，请跟踪向后流过传感器的体积。
    2. 流量变为正流量后，跟踪体积并将其与负流量进行比较，以仅包括最近排尿的尿液测量值。

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Representative Results

图 1 显示了本手稿中描述的无创 PuO2 监测仪的图像。 图2 显示了在类似于所描述的猪出血模型的实验期间单个受试者的MAP和无创PuO2 测量图。在实验开始时，随着出血的开始，MAP和PuO2有所下降。在PuO2 最初下降之后，它逐渐增加，直到REBOA气球放气后。逐渐增加对应于出血引起的低血容量和主动脉闭塞导致的尿量急剧减少的时期。在低尿量期间，PuO2 数据不可靠，因为尿液从肾脏出口流向无创测量部位时与周围组织和空气进行氧气交换。在重症监护阶段，PuO2显着下降，这与尿量增加相对应。尿量增加限制了与周围组织氧交换的影响，PuO2数据被确定为有效。在实验期间收集的无创PuO2 数据可以与其他数据（例如MAP）进行比较。在这个主题中，MAP在重症监护期间似乎保持不变，PuO2 在大约180分钟达到最大值，然后减少直到240分钟，然后逐渐增加，直到实验结束。

Figure 1
图 1：无创 PuO2 监护仪的图像。 该装置连接导管和收集袋之间。该设备包含一个温度探头、一个基于发光的氧传感器和相关光纤电缆，以及一个基于热的流量传感器。 请点击此处查看此图的大图。

Figure 2
图 2：在所述出血性休克猪模型中测量的无创 PuO2 和 MAP。所有数据均以1 Hz采样。 HEM = 出血，MAP = 平均动脉压。请点击此处查看此图的大图。

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Discussion

AKI 是创伤患者的常见并发症，目前，没有经过验证的肾组织肺氧合床旁监测仪，可以更早地发现 AKI 并指导潜在的干预措施。本手稿描述了猪出血性休克模型的使用和仪器，以建立无创 PuO2 作为 AKI 的早期指标和创伤环境中的新型复苏终点。

这种猪模型的一个明显优势是能够比较三个不同位置的氧气测量值，包括直接在髓质中。虽然可以测量人体的膀胱和非侵入性PuO2，但不可能直接测量髓质中的氧含量。先前研究PuO2监测在脓毒症和心脏手术中的应用的动物模型通常依赖于无创或膀胱氧测量，只有少数研究同时测量髓质组织氧含量23。此外，以前的许多研究都是在小鼠或兔子等较小的动物中进行的，这限制了翻译影响。猪的使用是有利的，因为动物足够大，可以进行监测和重症监护，类似于危重病人所经历的。重要的是要注意，氧传感器在超声引导下放置在髓质中。超声波用于确认导管和传感器实际上位于肾脏的髓质区域。此外，无创监护仪还包含一个尿流传感器。这很重要，因为测量肾盂远端 PuO2 的混杂因素之一是沿尿路24 的氧气进入。氧气进入的影响在先前实验提供的数据中可见一斑。在主动脉闭塞和相应的低尿流量期间，与重症监护阶段相比，PuO2 被人为升高，此时尿量增加。使用尿流速数据，可以仅将有效的无创 PuO 2 数据与膀胱 PuO 2 和髓质组织氧水平进行比较，并确定流速阈值，低于该阈值，无创 PuO2 数据不再代表肾氧合。

除了比较不同测量部位的氧气数据外，该模型还将有助于比较哪些复苏产品对改善肾氧输送、肾组织氧合和整体灌注指标（如 MAP）最有效。该模型的当前迭代将比较全血和晶体。目前的指南建议使用晶体液作为低血压出血创伤患者的一线治疗25。其他人已经表明，用晶体液体复苏并不能恢复肾组织氧合，而输血可以恢复26。然而，最佳输血终点尚不清楚，在某些创伤环境（农村、偏远或武装冲突环境）中，资源可能有限。根据这项研究的数据，无创 PuO2 监测仪可作为确定创伤患者适当输血阈值的新终点。在本研究中验证了无创PuO2 监测仪后，该模型的未来迭代可能会探索其他复苏液的使用，例如高渗溶液和合成胶体的使用。

与比较不同的复苏产品类似，来自该模型的数据可用于比较全球灌注测量值与区域氧合以及全身和区域氧合与结局之间的关系。目前的创伤护理指南建议将 MAP 维持在 60-65 mmHg25。研究尚未发现出血性休克期间保留肾功能的决定性最佳靶点MAP 27。先前实验的结果表明，MAP可能只是影响PuO2的一个因素。虽然MAP在重症监护阶段是恒定的，但PuO 2是变化的，这意味着可能还有其他因素会影响PuO2。因此，与MAP等整体灌注措施相比，监测肾脏氧合的方法（例如无创PuO2监测）可能有助于指导干预措施。无创 PuO2 监测有可能通过减少组织缺氧和最大限度地减少器官功能障碍来保留肾功能。

该模型中使用的无创监护仪的主要局限性之一是在出血或主动脉闭塞阶段不产生尿液。这限制了无创PuO2，膀胱PuO2 和髓质氧合之间的比较到复苏阶段，从类似实验收集的数据显示在此期间尿流量充足。该模型的第二个限制是REBOA用于两个治疗组。根据目前的临床实践，REBOA通常仅用于不可压缩的躯干出血场景28。因此，未来的研究应调查无创PuO2 监测与常规出血控制和复苏方法的使用。

该模型将有助于验证无创PuO2 监测作为早期检测AKI和评估对复苏方法的反应的工具。这一点很重要，因为这种新型监测器可以潜在地降低与创伤相关的早期和延迟发病率和死亡率。此方法论文提供了有关如何实现模型的分步说明。

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Disclosures

N. Silverton，K. Kuck和L. Lofgren是围绕本研究中使用的无创监视器的专利和专利申请的发明者。该原型正在由N. Silverton和K. Kuck开发用于商业考虑，但到目前为止，尚未发生任何商业活动。其他作者声明没有竞争利益。这些数据的解释和报告由作者独自负责。

Acknowledgments

该赠款的工作由犹他大学临床和转化科学研究所通过转化和临床研究试点计划和国防部国会指导医学研究计划办公室（PR192745）资助。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1/8" PVC tubing Qosina SKU: T4307 Part of noninvasive PuO2 monitor
3/16" PVC tubing Qosina SKU: T4310 Part of noninvasive PuO2 monitor
3/8" TPE tubing  Qosina SKU: T2204 Part of noninvasive PuO2 monitor
3/32" (1), 1/8" (1), 5/32" (1) drill bit Dewalt N/A For building noninvasive PuO2 monitor
Biocompatible Glue Masterbond EP30MED Part of noninvasive PuO2 monitor
Bladder PuO2 sensor Presens DP-PSt3 Oxygen dipping probe
Bladder oxygen measurement device Presens Fibox 4 Stand-alone fiber optic oxygen meter
Chlorhexidine 4% scrub Vetone N/A For scrubbing insertion or puncture sites
Conical connector with female luer lock Qosina SKU: 51500 Part of noninvasive PuO2 monitor
Cuffed endotracheal tube Vetone 600508 For sedating the subject and providing respiratory support
Euthanasia solution (pentobarbital sodium|pheyntoin sodium) Vetone 11168 For euthanasia after completion of experiment
General purpose temperature probe, 400 series thermistor Novamed 10-1610-040 Part of noninvasive PuO2 monitor
HotDog veterinary warming system HotDog V106 For controlling subject temperature during experiment
Invasive tissue oxygen measurement device Optronix N/A OxyLite™ oxygen monitors
Invasive tissue oxygen sensor Optronix NX-BF/OT/E Oxygen/Temperature bare-fibre sensor
Isoflurane Vetone 501017 To maintain sedation throughout the experiment
Isotonic crystalloid solution HenrySchein 1537930 or 1534612 Used during resuscitation in the critical care period
Liquid flow sensor Sensirion LD20-2600B Part of noninvasive PuO2 monitor
Male luer lock to barb connector Qosina SKU: 11549 Part of noninvasive PuO2 monitor
Male to male luer connector Qosina SKU: 20024 Part of noninvasive PuO2 monitor
Norepinephrine HenrySchein AIN00610 Infusion during resuscitation
Noninvasive oxygen measurement device Presens EOM-O2-mini Electro optical module transmitter for contactless oxygen measurements
Non-vented male luer lock cap  Qosina SKU: 65418 Part of noninvasive PuO2 monitor
O2 sensor stick Presens SST-PSt3-YOP Part of noninvasive PuO2 monitor
PowerLab data acquisition platform AD Instruments N/A For data collection
REBOA catheter Certus Critical Care N/A Used in experimental protocol
Super Sheath arterial catheters (5 Fr, 7 Fr, 9 Fr) Boston Scientific C1894 for intravascular access
Suture Ethicon C013D For securing catheter to skin and closing incisions
T connector, all female luer locks Qosina SKU: 88214 Part of noninvasive PuO2 monitor

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Gomes, E., Antunes, R., Dias, C., Araújo, R., Costa-Pereira, A. Acute kidney injury in severe trauma assessed by RIFLE criteria: a common feature without implications on mortality. Scandinavian Journal of Trauma, Resuscitation and Emergency Medicine. 18, 1 (2010).
  2. Bihorac, A., et al. Incidence, clinical predictors, genomics, and outcome of acute kidney injury among trauma patients. Annals of Surgery. 252 (1), 158-165 (2010).
  3. Perkins, Z. B., et al. Trauma induced acute kidney injury. Plos One. 14 (1), 0211001 (2019).
  4. Lai, W. H., et al. Post-traumatic acute kidney injury: a cross-sectional study of trauma patients. Scandinavian Journal of Trauma, Resuscitation and Emergency Medicine. 24 (1), 136 (2016).
  5. Khwaja, A. KDIGO clinical practice guidelines for acute kidney injury. Nephron Clinical Practice. 120 (4), 179-184 (2012).
  6. Saour, M., et al. Assessment of modification of diet in renal disease equation to predict reference serum creatinine value in severe trauma patients: Lessons from an observational study of 775 cases. Annals of Surgery. 263 (4), 814-820 (2016).
  7. Ostermann, M., Joannidis, M. Acute kidney injury 2016: diagnosis and diagnostic workup. Critical Care. 20 (1), 299 (2016).
  8. Koeze, J., et al. Incidence, timing and outcome of AKI in critically ill patients varies with the definition used and the addition of urine output criteria. BMC Nephrology. 18 (1), 70 (2017).
  9. Ralib, A., Pickering, J. W., Shaw, G. M., Endre, Z. H. The urine output definition of acute kidney injury is too liberal. Critical Care. 17 (3), 112 (2013).
  10. Ostermann, M. Diagnosis of acute kidney injury: Kidney disease improving global outcomes criteria and beyond. Current Opinion Critical Care. 20 (6), 581-587 (2014).
  11. Harrois, A., Libert, N., Duranteau, J. Acute kidney injury in trauma patients. Current Opinion Critical Care. 23 (6), 447-456 (2017).
  12. Ow, C. P. C., Ngo, J. P., Ullah, M. M., Hilliard, L. M., Evans, R. G. Renal hypoxia in kidney disease: Cause or consequence. Acta Physiologica. 222 (4), 12999 (2018).
  13. Leonhardt, K. O., Landes, R. R., McCauley, R. T. Anatomy and physiology of intrarenal oxygen tension: Preliminary study of the effets of anesthetics. Anesthesiology. 26 (5), 648-658 (1965).
  14. Stafford-Smith, M., Grocott, H. P. Renal medullary hypoxia during experimental cardiopulmonary bypass: a pilot study. Perfusion. 20 (1), 53-58 (2005).
  15. Kitashiro, S., et al. Monitoring urine oxygen tension during acute change in cardiac output in dogs. Journal of Applied Physiology. 79 (1), 202-204 (1995).
  16. Sgouralis, I., et al. Bladder urine oxygen tension for assessing renal medullary oxygenation in rabbits: experimental and modeling studies. American Journal of Physiology. Regulatory, Integrative, and Comparative Physiology. 311 (3), 532-544 (2016).
  17. Kainuma, M., Kimura, N., Shimada, Y. Effect of acute changes in renal arterial blood flow on urine oxygen tension in dogs. Critical Care Medicine. 18 (3), 309-312 (1990).
  18. Zhu, M. Z. L., et al. Urinary hypoxia: an intraoperative marker of risk of cardiac surgery-associated acute kidney injury. Nephrology Dialysis Transplantation. 33 (12), 2191-2201 (2018).
  19. Silverton, N. A., et al. Noninvasive urine oxygen monitoring and the risk of acute kidney injury in cardiac surgery. Anesthesiology. 135 (3), 406-418 (2021).
  20. Lankadeva, Y. R., et al. Intrarenal and urinary oxygenation during norepinephrine resuscitation in ovine septic acute kidney injury. Kidney International. 90 (1), 100-108 (2016).
  21. Evans, R. G., et al. Renal hemodynamics and oxygenation during experimental cardiopulmonary bypass in sheep under total intravenous anesthesia. American Journal of Physiology. Regulatory, Integrative, and Comparative Physiology. 318 (2), 206-213 (2020).
  22. Sgouralis, I., Evans, R. G., Layton, A. T. Renal medullary and urinary oxygen tension during cardiopulmonary bypass in the rat. Mathematical Medicine and Biology. 34 (3), 313-333 (2017).
  23. Lankadeva, Y. R., Kosaka, J., Evans, R. G., Bellomo, R., May, C. N. Urinary oxygenation as a surrogate measure of medullary oxygenation during angiotensin II therapy in septic acute kidney injury. Critical Care Medicine. 46 (1), 41-48 (2018).
  24. Ngo, J. P., et al. Factors that confound the prediction of renal medullary oxygenation and risk of acute kidney injury from measurement of bladder urine oxygen tension. Acta Physiologica. 227 (1), 13294 (2019).
  25. Spahn, D. R., et al. The European guideline on management of major bleeding and coagulopathy following trauma: fifth edition. Critical Care. 23 (1), 98 (2019).
  26. Legrand, M., et al. Fluid resuscitation does not improve renal oxygenation during hemorrhagic shock in rats. Anesthesiology. 112 (1), 119-127 (2010).
  27. Badin, J., et al. Relation between mean arterial pressure and renal function in the early phase of shock: a prospective, explorative cohort study. Critical Care. 15 (3), 135 (2011).
  28. Ribeiro Junio, M. A. F., et al. The complications associated with resuscitative endovascular balloon occlusion of the aorta (REBOA). World Journal of Emergency Surgery. 13, 20 (2018).

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生物工程，第188期，

Erratum

Formal Correction: Erratum: Noninvasive and Invasive Renal Hypoxia Monitoring in a Porcine Model of Hemorrhagic Shock
Posted by JoVE Editors on 05/09/2023. Citeable Link.

An erratum was issued for: Noninvasive and Invasive Renal Hypoxia Monitoring in a Porcine Model of Hemorrhagic Shock. The Protocol section was updated.

Step 2.3.1 - 2.3.1.2 of the Protocol was updated from:

  1. Measure PuO2 in the bladder.
    1. Remove all air from the bladder by slowly squeezing the bladder while ensuring urine does not leak out.
    2. Place the tip of the luminescence quenching-based PuO2 sensor in the bladder via a cystotomy, similar to the catheter.
    3. Connect the fiber optic cable from the bladder sensor to the data collection device.

to:

  1.  Measure PuO2 at the outlet of the bladder
    1. Identify the balloon on the catheter. Just below the balloon make an incision along the long axis of the catheter, ensuring that you do not cut the lumen that connects to the balloon. 
    2. After making the incision, insert a t-connector that contains the sensing material into the incision. 
    3. Use tissue glue to secure the t-connector in place. 
    4. Connect the fiber optic cable from the bladder data collection device to the connector that contains the sensing material. 

Step 2.3.2.2 - 2.3.2.7 of the Protocol was updated from:

  1. Make a flank incision large enough to expose the kidney (approx. 2-3 in) on the side of the pig at approximately the same location where the kidney was identified.
  2. With the tips of a retractor together, introduce the retractor into the incision and then spread the tips of the retractor to expose the kidney.
  3. Use a micro-manipulator or similar tool to hold the oxygen probe steady. If possible, attach this tool to the end of an articulating arm.
  4. Attach the other end of the articulating arm to the surgical table so that the other end that will hold the oxygen probe is near the opened incision. If the tool that is used to hold the oxygen probe is not connected to an articulating arm, position the tool so the oxygen sensor is near the opened incision and is stable.
  5. Unlock all articulating joints of the arm. Using ultrasound, place the tip of the oxygen probe in the medulla region of the kidney. Lock all articulating joints on the arm.
  6. After confirming placement of the tip of the sensor in the medulla with ultrasound, use the micromanipulator to retract the needle housing the luminescence-based oxygen sensor. Connect the other end of the sensor to the data collection device connected to the computer running the data collection software. Start recording.

to:

  1. Move the bowel so that you have a clear line of site and access to the entire kidney. 
  2. Insert the sensor into 2" 18 gauge catheter. Adjust the luer lock connector on the sensor so that the tip of the sensor is exposed. Remove the catheter and place it over an 18 gauge needle.
  3. Place the 18 gauge needle and 2 in catheter into the renal medulla under ultrasound guidance.
  4. Remove the needle, keeping the catheter in place. Thread the tissue sensor through the catheter and use the luer lock to connect the sensor to the catheter. 
  5. Use tissue glue to secure the catheter in place. 
  6. Connect the tissue sensor to the data collection box.

The Table of Materials was updated from:

Name Company Catalog Number Comments
1/8" PVC tubing Qosina SKU: T4307 Part of noninvasive PuO2 monitor
3/16" PVC tubing Qosina SKU: T4310 Part of noninvasive PuO2 monitor
3/32" (1), 1/8" (1), 5/32" (1) drill bit Dewalt N/A For building noninvasive PuO2 monitor
3/8" TPE tubing  Qosina SKU: T2204 Part of noninvasive PuO2 monitor
Biocompatible Glue Masterbond EP30MED Part of noninvasive PuO2 monitor
Bladder oxygen measurement device Presens Fibox 4 Stand-alone fiber optic oxygen meter
Bladder PuO2 sensor Presens DP-PSt3 Oxygen dipping probe
Chlorhexidine 4% scrub Vetone N/A For scrubbing insertion or puncture sites
Conical connector with female luer lock Qosina SKU: 51500 Part of noninvasive PuO2 monitor
Cuffed endotracheal tube Vetone 600508 For sedating the subject and providing respiratory support
Euthanasia solution (pentobarbital sodium|pheyntoin sodium) Vetone 11168 For euthanasia after completion of experiment
General purpose temperature probe, 400 series thermistor Novamed 10-1610-040 Part of noninvasive PuO2 monitor
Hemmtop Magic Arm 11 inch Amazon B08JTZRKYN Holding invasive oxygen sensor in place
HotDog veterinary warming system HotDog V106 For controlling subject temperature during experiment
Invasive tissue oxygen measurement device Presens Oxy-1 ST  Compact oxygen transmitter
Invasive tissue oxygen sensor Presens PM-PSt7 Profiling oxygen microsensor
Isoflurane Vetone 501017 To maintain sedation throughout the experiment
Isotonic crystalloid solution HenrySchein 1537930 or 1534612 Used during resuscitation in the critical care period
Liquid flow sensor Sensirion LD20-2600B Part of noninvasive PuO2 monitor
Male luer lock to barb connector Qosina SKU: 11549 Part of noninvasive PuO2 monitor
Male to male luer connector Qosina SKU: 20024 Part of noninvasive PuO2 monitor
Noninvasive oxygen measurement device Presens EOM-O2-mini Electro optical module transmitter for contactless oxygen measurements
Non-vented male luer lock cap Qosina SKU: 65418 Part of noninvasive PuO2 monitor
Norepinephrine HenrySchein AIN00610 Infusion during resuscitation
O2 sensor stick Presens SST-PSt3-YOP Part of noninvasive PuO2 monitor
PowerLab data acquisition platform AD Instruments N/A For data collection
REBOA catheter Certus Critical Care N/A Used in experimental protocol
Super Sheath arterial catheters (5 Fr, 7 Fr, 9 Fr) Boston Scientific C1894 For intravascular access
Suture Ethicon C013D For securing catheter to skin and closing incisions
T connector, all female luer locks Qosina SKU: 88214 Part of noninvasive PuO2 monitor

to:

Name Company Catalog Number Comments
1/8" PVC tubing Qosina SKU: T4307 Part of noninvasive PuO2 monitor
3/16" PVC tubing Qosina SKU: T4310 Part of noninvasive PuO2 monitor
3/8" TPE tubing  Qosina SKU: T2204 Part of noninvasive PuO2 monitor
3/32" (1), 1/8" (1), 5/32" (1) drill bit Dewalt N/A For building noninvasive PuO2 monitor
Biocompatible Glue Masterbond EP30MED Part of noninvasive PuO2 monitor
Bladder PuO2 sensor Presens DP-PSt3 Oxygen dipping probe
Bladder oxygen measurement device Presens Fibox 4 Stand-alone fiber optic oxygen meter
Chlorhexidine 4% scrub Vetone N/A For scrubbing insertion or puncture sites
Conical connector with female luer lock Qosina SKU: 51500 Part of noninvasive PuO2 monitor
Cuffed endotracheal tube Vetone 600508 For sedating the subject and providing respiratory support
Euthanasia solution (pentobarbital sodium|pheyntoin sodium) Vetone 11168 For euthanasia after completion of experiment
General purpose temperature probe, 400 series thermistor Novamed 10-1610-040 Part of noninvasive PuO2 monitor
HotDog veterinary warming system HotDog V106 For controlling subject temperature during experiment
Invasive tissue oxygen measurement device Optronix N/A OxyLite™ oxygen monitors
Invasive tissue oxygen sensor Optronix NX-BF/OT/E Oxygen/Temperature bare-fibre sensor
Isoflurane Vetone 501017 To maintain sedation throughout the experiment
Isotonic crystalloid solution HenrySchein 1537930 or 1534612 Used during resuscitation in the critical care period
Liquid flow sensor Sensirion LD20-2600B Part of noninvasive PuO2 monitor
Male luer lock to barb connector Qosina SKU: 11549 Part of noninvasive PuO2 monitor
Male to male luer connector Qosina SKU: 20024 Part of noninvasive PuO2 monitor
Norepinephrine HenrySchein AIN00610 Infusion during resuscitation
Noninvasive oxygen measurement device Presens EOM-O2-mini Electro optical module transmitter for contactless oxygen measurements
Non-vented male luer lock cap  Qosina SKU: 65418 Part of noninvasive PuO2 monitor
O2 sensor stick Presens SST-PSt3-YOP Part of noninvasive PuO2 monitor
PowerLab data acquisition platform AD Instruments N/A For data collection
REBOA catheter Certus Critical Care N/A Used in experimental protocol
Super Sheath arterial catheters (5 Fr, 7 Fr, 9 Fr) Boston Scientific C1894 for intravascular access
Suture Ethicon C013D For securing catheter to skin and closing incisions
T connector, all female luer locks Qosina SKU: 88214 Part of noninvasive PuO2 monitor
猪出血性休克模型中的无创和侵入性肾缺氧监测
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Lofgren, L. R., Hoareau, G. L.,… More

Lofgren, L. R., Hoareau, G. L., Kuck, K., Silverton, N. A. Noninvasive and Invasive Renal Hypoxia Monitoring in a Porcine Model of Hemorrhagic Shock. J. Vis. Exp. (188), e64461, doi:10.3791/64461 (2022).

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