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Bioengineering

Monitorização não invasiva e invasiva da hipóxia renal em modelo porcino de choque hemorrágico

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

Apresentamos aqui um protocolo para medir a oxigenação renal na medula e a pressão parcial de oxigênio urinário não invasiva em um modelo porcino de choque hemorrágico para estabelecer a pressão parcial de oxigênio urinário como um indicador precoce de lesão renal aguda (LRA) e um novo desfecho de ressuscitação.

Abstract

Até 50% dos pacientes com trauma desenvolvem lesão renal aguda (LRA), em parte devido à má perfusão renal após perda sanguínea grave. Atualmente, a LRA é diagnosticada com base em uma alteração na concentração de creatinina sérica a partir do valor basal ou em períodos prolongados de diminuição do débito urinário. Infelizmente, os dados basais de concentração de creatinina sérica não estão disponíveis na maioria dos pacientes com trauma, e os métodos de estimativa atuais são imprecisos. Além disso, a concentração de creatinina sérica pode não se alterar até 24-48 h após a lesão. Por fim, a oligúria deve persistir por um mínimo de 6 h para o diagnóstico de LRA, inviabilizando o diagnóstico precoce. As abordagens diagnósticas de LRA disponíveis atualmente não são úteis para predizer o risco durante a ressuscitação de pacientes com trauma. Estudos sugerem que a pressão parcial urinária de oxigênio (PuO2) pode ser útil na avaliação da hipóxia renal. Um monitor que conecta o cateter urinário e a bolsa coletora de urina foi desenvolvido para medir PuO2 de forma não invasiva. O dispositivo incorpora um sensor óptico de oxigênio que estima o PuO2 com base em princípios de têmpera de luminescência. Além disso, o aparelho mede o fluxo urinário e a temperatura, esta última para ajustar os efeitos de confusão das mudanças de temperatura. O fluxo urinário é medido para compensar os efeitos da entrada de oxigênio durante os períodos de baixo fluxo urinário. Este artigo descreve um modelo porcino de choque hemorrágico para estudar a relação entre PuO2 não invasivo, hipóxia renal e desenvolvimento de LRA. Um elemento-chave do modelo é a colocação cirúrgica guiada por ultrassom na medula renal de uma sonda de oxigênio, que é baseada em uma microfibra óptica desembainhada. PuO 2 também será medido na bexiga e comparado com as medidas de PuO2 renal e não invasiva. Esse modelo pode ser usado para testar a PuO 2 como um marcador precoce de LRA e avaliar a PuO2 como um desfecho de ressuscitação após hemorragia que é indicativo de órgão-alvo em vez de oxigenação sistêmica.

Introduction

A lesão renal aguda (LRA) acomete até 50% dos pacientes com trauma admitidos na unidade de terapia intensiva1. Pacientes que desenvolvem LRA tendem a ter maior tempo de internação hospitalar e na unidade de terapia intensiva e risco três vezes maior de mortalidade 2,3,4. Atualmente, a LRA é mais comumente definida pelas diretrizes do Kidney Disease Improving Global Outcomes (KDIGO), que se baseiam em alterações na concentração de creatinina sérica a partir do valor basal ou períodos de oligúria prolongada5. Os dados basais da concentração de creatinina não estão disponíveis na maioria dos pacientes com trauma, e as equações de estimação não são confiáveis e não foram validadas em pacientes com trauma6. Além disso, a concentração de creatinina sérica pode não se alterar até pelo menos 24 h após a lesão, impossibilitando a identificação e intervenção precoces7. Embora pesquisas sugiram que o débito urinário é um indicador mais precoce de LRA do que a concentração de creatinina sérica, os critérios do KDIGO requerem um mínimo de 6 h de oligúria, o que impede intervenções direcionadas à prevenção de lesões8. O limiar ótimo de diurese horária e a duração adequada da oligúria para definir LRA também são debatidos, o que limita sua eficácia como marcador precoce da doença 9,10. Assim, as medidas diagnósticas atuais para LRA não são úteis em situações de trauma, levam a um diagnóstico tardio de LRA e não fornecem informações em tempo real sobre o status de risco de um paciente para desenvolver IRA.

Enquanto o desenvolvimento de LRA em um cenário de trauma é complexo e provavelmente associado a várias causas, como má perfusão renal devido à hipovolemia, redução do fluxo sanguíneo renal devido à vasoconstrição, inflamação relacionada ao trauma ou lesão de isquemia-reperfusão, a hipóxia renal é um fator comum entre a maioria das formas de LRA11,12. Em particular, a região medular do rim é altamente suscetível a um desequilíbrio entre a demanda e a oferta de oxigênio no contexto de trauma devido à oferta reduzida de oxigênio e à alta atividade metabólica associada à reabsorção de sódio. Assim, se fosse possível medir a oxigenação da medula renal, talvez fosse possível monitorar o status de risco de um paciente para desenvolver LRA. Embora isso não seja clinicamente possível, a pressão parcial urinária de oxigênio (PuO2) na saída do rim correlaciona-se fortemente com a oxigenação do tecido medular13,14. Outros estudos mostraram que é possível medir a PuO 2 da bexiga e que ela se altera em resposta a estímulos que alteram os níveis de oxigênio medular e PuO2 da pelve renal, como a diminuição do fluxo sanguíneo renal15,16,17. Esses estudos sugerem que a PuO2 pode indicar perfusão de órgão-alvo e pode ser útil para monitorar o impacto de intervenções em situações de trauma na função renal.

Para monitorar PuO 2 de forma não invasiva, foi desenvolvido um monitor não invasivo de PuO2 que pode se conectar facilmente à extremidade de um cateter urinário fora do corpo. O monitor PuO2 não invasivo consiste em três componentes principais: um sensor de temperatura, um sensor de oxigênio de têmpera de luminescência e um sensor de fluxo baseado em térmica. Uma vez que cada sensor de oxigênio é opticamente baseado e depende da relação de Stern-Volmer para quantificar a relação entre luminescência e concentração de oxigênio, um sensor de temperatura é necessário para compensar quaisquer potenciais efeitos de confusão de mudanças na temperatura. O sensor de fluxo é importante para quantificar o débito urinário e determinar a direção e a magnitude do fluxo urinário. Todos os três componentes são conectados por uma combinação de conectores de bloqueio luer macho, fêmea e em forma de t e tubos flexíveis de policloreto de vinila (PVC). A extremidade com o conector cônico conecta-se à saída do cateter urinário, e a extremidade com tubulação sobre o conector cônico conecta as lâminas sobre o conector na bolsa coletora de urina.

Apesar da medida distal à bexiga, um estudo recente mostrou que o baixo PuOurinário 2 durante cirurgia cardíaca está associado a um risco aumentado de desenvolver LRA18,19. Da mesma forma, os modelos animais atuais têm focado principalmente na detecção precoce de LRA durante cirurgia cardíaca e sepse14,20,21,22. Assim, permanecem dúvidas sobre o uso desse novo dispositivo em situações de trauma. O objetivo desta pesquisa é estabelecer a PuO2 como um marcador precoce de LRA e investigar seu uso como desfecho de ressuscitação em pacientes com trauma. Este manuscrito descreve um modelo porcino de choque hemorrágico que inclui a colocação do monitor não invasivo PuO 2, um sensor PuO2 vesical e um sensor de oxigênio tecidual na medula renal. Os dados do monitor não invasivo serão comparados com as medidas de PuO2 vesical e oxigênio tecidual invasivo. O monitor não invasivo também inclui um sensor de fluxo que será útil para entender a relação entre a taxa de fluxo urinário e a entrada de oxigênio, o que reduz a capacidade de inferir a oxigenação do tecido medular renal a partir do PuO2 não invasivo à medida que a urina atravessa o trato urinário. Adicionalmente, os dados dos três sensores de oxigênio serão comparados com sinais vitais sistêmicos, como a pressão arterial média. A hipótese central é que os dados não invasivos de PuO2 se correlacionarão fortemente com o conteúdo de oxigênio medular invasivo e refletirão hipóxia medular durante a ressuscitação. O monitoramento não invasivo da PuO2 tem o potencial de melhorar os resultados relacionados ao trauma, identificando a LRA mais precocemente e servindo como um novo desfecho de ressuscitação após hemorragia, que é indicativo de órgão-alvo em vez de oxigenação sistêmica.

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Protocol

O Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Universidade de Utah aprovou todos os protocolos experimentais aqui descritos. Antes do experimento, um total de 12 suínos Yorkshire, machos castrados ou fêmeas não prenhes, pesando 50-75 kg e entre 6-8 meses de idade, foram aclimatados em seus recintos por pelo menos 7 dias. Durante esse período, todos os cuidados são direcionados por um médico veterinário e de acordo com o Guia para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório e os Regulamentos e Normas da Lei de Bem-Estar Animal. Os animais são mantidos em jejum durante a noite antes da indução anestésica, mas têm livre acesso à água.

1. Montagem do sensor

  1. Corte um pedaço de 6 cm de 3/8 em tubulação de elastômero termoplástico (TPE), pedaços de 25 mm de 1/8 em e 3/16 em tubulação de PVC, e pedaços de 31 mm de 1/8 em e 3/16 em tubulação de PVC.
  2. Faça um furo na parte superior da tampa não ventilada para encaixar a ponta exposta da sonda de temperatura; Comece com uma broca de 3/32 de entrada e, em seguida, use uma broca de 1/8.
  3. Use uma broca de 5/32 polegadas para perfurar a parte superior do conector T para encaixar o sensor de oxigênio.
  4. Deslize a peça mais curta da tubulação de PVC de 1/8 sobre o lado de entrada do sensor de fluxo. Deslize o 1/8 mais longo em pedaço de tubulação de PVC sobre o lado de saída (conforme designado pela seta no próprio sensor de fluxo) do sensor de fluxo. Deslize o 3/16 mais curto e mais longo em pedaços de tubulação de PVC sobre os comprimentos correspondentes do tubo de 1/8 em PVC. Insira a extremidade farpada do conector macho luer lock na extremidade aberta da tubulação de PVC de 1/8.
    NOTA: Se necessário, use uma pistola de calor para aquecer a tubulação antes de deslizar sobre os encaixes farpados. Também é possível usar álcool isopropílico para lubrificar a extremidade farpada para facilitar o deslizamento da tubulação sobre o conector farpado.
  5. Misture a cola biocompatível.
  6. Exponha a ponta da sonda de temperatura removendo qualquer revestimento ou tubo protetor. Encha o interior da tubulação do termistor com cola biocompatível, mas não cubra a ponta exposta.
  7. Monte as peças conforme mostrado na Figura 1. Use a cola para fixar cada conexão de bloqueio luer, ao inserir o termistor na tampa não ventilada e antes de deslizar a tubulação TPE 3/8 sobre a extremidade farpada.
  8. Antes da esterilização, certifique-se de que a tampa azul no bastão de oxigênio não seja torcida com muita força, ou será difícil desfazer após a esterilização.
    Observação : uma imagem de um dispositivo montado é mostrada na Figura 1 para referência. Para este experimento, o cabo de fibra óptica foi conectado a um módulo eletro-óptico que contém um software projetado para trabalhar com os sensores de oxigênio específicos usados no dispositivo. Qualquer sensor de oxigênio baseado em têmpera de luminescência e dispositivo de coleta de dados compatível funcionarão. Além disso, um módulo personalizado e uma placa de circuito impresso foram projetados para conectar o sensor de fluxo e a sonda de temperatura. Softwares customizados foram utilizados para coletar e exibir os dados em tempo real.

2. Procedimento experimental

  1. Indução anestésica e monitorização.
    1. Sedar o animal com uma injeção intramuscular combinada de Ketamina (2,2 mg/kg) e Xilazina (2,2 mg/kg) e Telazol (4,4 mg/kg).
    2. Dependendo do tamanho do animal, coloque um tubo endotraqueal com balonete de tamanho adequado (provavelmente entre 7 mm e 8 mm) com o auxílio de um laringoscópio.
    3. Aplique lubrificante ocular em ambos os olhos.
    4. Após a indução, ventilar mecanicamente o animal com a manutenção da anestesia com isoflurano gasoso a 1,5%-3,0% misturado em oxigênio. Ajustar a fração inspirada de oxigênio entre 40%-100%, a pressão expiratória final positiva para 4 cm H 2 O, o volumecorrente para 6-8 mL/kg e ajustar a frequência respiratória e o volume corrente para manter o CO2 expirado final de 35-45 mmHg.
    5. Monitorar e confirmar a profundidade adequada da anestesia avaliando o tônus mandibular, o reflexo palpebral aproximadamente a cada 15 min e a ausência de movimento espontâneo durante todo o experimento. Além disso, monitorar parâmetros clínicos de perfusão tecidual (cor da mucosa, tempo de enchimento capilar, frequência cardíaca), oximetria de pulso, CO2 expirado, temperatura corporal central e eletrocardiograma.
    6. Posicione o animal em decúbito dorsal sobre uma manta de aquecimento e prenda cada perna à mesa.
    7. O protocolo é um procedimento de não sobrevivência com eutanásia do animal ao final do experimento, conforme descrito na seção 5.
  2. Prepare o animal para o experimento.
    1. Preparar todos os locais de punção (que estão listados nos passos 2.2.3-2.2.7) esfregando a pele com três esfoliações alternadas de clorexidina seguidas de álcool. Após a terceira esfoliação, aplique clorexidina e deixe secar completamente, em seguida, esfregue o local cirúrgico de forma estéril.
    2. Infiltrar-se localmente em todos os locais de punção e incisão com lidocaína a 2% para alívio da dor local.
    3. Usando orientação ultrassonográfica e a técnica de Seldinger, colocar um cateter 9 Fr na veia jugular externa direita para infusão de medicação e monitorização da pressão venosa central e um cateter 7 Fr na veia femoral direita para reanimação.
    4. Sob orientação ultrassonográfica, colocar uma bainha de 7 Fr na artéria braquial direita.
    5. Sob orientação ultrassonográfica, colocar uma bainha de 7 Fr na artéria femoral direita.
    6. Sob orientação ultrassonográfica, colocar uma bainha de 7 Fr na artéria femoral esquerda.
    7. Sob orientação ultrassonográfica, colocar uma bainha de 5 Fr na artéria carótida direita ou esquerda.
    8. Monitorar a pressão distal ao balão do cateter de oclusão endovascular de ressuscitação da aorta (REBOA) através da bainha da artéria femoral esquerda.
      1. Conecte um transdutor de pressão descartável ao cateter arterial distal ao balão REBOA.
    9. Monitorar a pressão proximal ao balão do cateter REBOA através da bainha da artéria carótida.
      1. Conecte um transdutor de pressão descartável ao cateter arterial proximal ao balão REBOA.
    10. Realizar laparotomia mediana fazendo uma incisão ao longo da linha média do abdome, começando na parte inferior do esterno e terminando no púbis.
    11. Com o abdômen aberto, identifique a bexiga e realize uma cistotomia, ou faça uma pequena incisão, para inserir a ponta de um cateter urinário de 20 Fr na bexiga. Fechar a cistotomia com o cateter urinário no lugar usando uma sutura de corda em bolsa. Depois que o cateter estiver no lugar, fixe-o à pele com suturas.
    12. Antes de conectar a saída do cateter à bolsa coletora urinária, insira a extremidade em forma de cone do monitor não invasivo de PuO2 na saída do cateter.
    13. Coloque a tubulação aberta na extremidade do novo monitor PuO2 sobre o conector em forma de cone na tubulação que está conectada à bolsa de coleta de urina.
    14. Remover o baço para eliminar a autotransfusão induzida por hemorragia.
      1. Localize o baço. Identifique o hilo do baço ou o local onde a artéria e a veia esplênicas entram no baço. Aperte e transeccione cada vaso.
      2. Após a transecção, ligadura de cada vaso com nós de Miller modificados com pontos 2-0.
  3. Colocar o instrumento para medir PuO2 vesical e oxigenação tecidual.
    1. Meça PuO2 na saída da bexiga.
      1. Identifique o balão no cateter. Logo abaixo do balão faça uma incisão ao longo do longo eixo do cateter, garantindo que você não corte o lúmen que se conecta ao balão.
      2. Depois de fazer a incisão, insira um conector em t que contenha o material sensor na incisão.
      3. Use cola de tecido para fixar o conector t no lugar.
      4. Conecte o cabo de fibra óptica do dispositivo de coleta de dados da bexiga ao conector que contém o material de detecção.
      5. Crie um novo arquivo no dispositivo de coleta de dados e observe a diferença de tempo entre o dispositivo de coleta autônomo e outros dispositivos usados no experimento.
        1. Para o dispositivo de coleta de dados utilizado neste estudo: pressione a seta para trás para alcançar o menu principal.
        2. Vá para as configurações de medição e clique em Ok. Use as setas para realçar a caixa do navegador de medição e pressione Ok.
        3. Pressione a seta para a direita para criar um novo arquivo. Digite o nome do novo arquivo e selecione Concluído.
        4. Realce o novo nome de arquivo e selecione Ok. Navegue até a tela de medição e clique em Ok para iniciar a gravação.
    2. Medir a oxigenação do tecido renal medular.
      1. Identifique a localização do rim internamente.
      2. Mova o intestino para que você tenha uma linha clara de local e acesso a todo o rim.
      3. Insira o sensor no cateter de calibre 18" de 2". Ajuste o conector luer lock no sensor para que a ponta do sensor fique exposta. Retire o cateter e coloque-o sobre uma agulha calibre 18.
      4. Colocar a agulha calibre 18 e o cateter 2 na medula renal sob orientação ultrassonográfica.
      5. Retire a agulha, mantendo o cateter no lugar. Rosqueie o sensor de tecido através do cateter e use a trava luer para conectar o sensor ao cateter.
      6. Use cola de tecido para fixar o cateter no lugar.
      7. Conecte o sensor de tecido à caixa de coleta de dados.
      8. Aguarde 10 min antes de iniciar o protocolo experimental após o preparo da instrumentação e do animal. Este será considerado um período de referência.
  4. Protocolo experimental
    1. Antes de iniciar o procedimento experimental, verifique se a pressão arterial média (PAM) está em ≥65 mmHg. Se a PAM estiver abaixo do limiar, dê até dois bolus de 5 mL/kg de solução cristaloide isotônica. Se a PAM permanecer abaixo de 65 mmHg, infundir noradrenalina (0,02 μg/kg/min) até atingir a PAM-alvo.
    2. Induzir choque hemorrágico.
      1. Remover 25% (estimado em 60 mL/kg) do volume sanguíneo estimado do animal através da bainha da artéria braquial direita durante 30 min em bolsas de coleta de sangue citrato suavemente agitadas. Marque o início da retirada do sangue como t = 0 min.
      2. Conservar o sangue retirado num banho de água morna a 37 °C.
      3. Em seguida, realizar randomização para designar os animais no grupo REBOA com sangue total ou REBOA com cristaloides (n = 6 para cada grupo).
    3. Coloque o cateter REBOA.
      1. Inserir cateter REBOA 7 Fr na bainha da artéria femoral direita. Coloque o balão do cateter imediatamente superior ao diafragma e confirme a localização por fluoroscopia.
      2. Em t = 30 min, inflar o balão REBOA e ocluir completamente a aorta por 45 min.
    4. Iniciar a ressuscitação e administrar cuidados intensivos.
      1. Em t = 70 min, transfundir cada animal com seu sangue derramado ao longo de 15 min.
      2. Infundir cálcio intravenoso durante 10 minutos para prevenir hipocalcemia induzida por citrato.
      3. Em t = 75 min, esvaziar o balão REBOA por mais de 10 min.
      4. Até t = 360 min, reanimar o animal com fluidos e noradrenalina para manter a PAM > 65 mmHg.
  5. Fim da experiência e eutanásia
    1. Coletar amostras de sangue ou urina restantes.
    2. Eutanasiar o animal injetando uma combinação de Pentobarbital Sódico (390 mg) e Fenitoína sódica (50 mg) (1 mL/10 lbs).

3. Processamento de dados

  1. Sincronize todos os arquivos de dados com tempo.
    1. Com base nos tempos que foram anotados em cada dispositivo em relação um ao outro e no início do experimento, alinhe todos os arquivos de dados de forma que t = 0 indique o início do experimento.
  2. Remova todos os pontos de dados associados a sinalizadores de erro do sensor de fluxo.
    Observação : os tipos de erro são alta taxa de fluxo e ar-em-linha. O erro High Flow Rate indica que a taxa de fluxo excedeu o limite de saída do sensor. O sinalizador de erro Air-in-Line é acionado quando o sensor detecta ar no canal de fluxo.
  3. Descarte os dados associados ao fluxo negativo.
    1. Quando o fluxo se tornar negativo, rastreie o volume que passa pelo sensor na direção inversa.
    2. Depois que o fluxo se tornar positivo, acompanhe o volume e compare-o com o volume de fluxo negativo para incluir apenas medidas de urina recém-miccionada.

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Representative Results

A Figura 1 mostra uma imagem do monitor não invasivo PuO2 descrita neste manuscrito. A Figura 2 mostra um gráfico das medidas da PAM e PuO2 não invasivas em um único indivíduo durante um experimento semelhante ao modelo de hemorragia suína descrito. No início do experimento, quando a hemorragia foi iniciada, houve queda da PAM e PuO2. Após o declínio inicial do PuO2 , ele aumentou gradualmente até depois que o balão REBOA foi desinsuflado. O aumento gradual correspondeu a um período de redução drástica do débito urinário devido à hipovolemia induzida por hemorragia seguida de oclusão aórtica. Durante o período de baixo débito urinário, os dados de PuO2 não foram confiáveis devido à troca de oxigênio com o tecido circundante e o ar à medida que a urina viajava da saída do rim para o local de medição não invasivo. Durante a fase de cuidados intensivos, houve uma queda significativa na PuO2, que correspondeu a um aumento no débito urinário. O aumento do débito urinário limitou o impacto da troca de oxigênio com o tecido circundante, e os dados de PuO2 foram determinados como válidos. Os dados não invasivos de PuO2 coletados durante os períodos do experimento podem ser comparados com outros dados, como a PAM. Neste sujeito, a PAM parece permanecer constante durante o período de cuidados intensivos e a PuO2 atinge um máximo em torno de 180 min, seguida de uma diminuição até 240 min, que é seguida por um aumento gradual até o final do experimento.

Figure 1
Figura 1: Imagem do monitor não invasivo de PuO2 . O dispositivo se conecta entre o cateter e a bolsa coletora. O dispositivo contém uma sonda de temperatura, um sensor de oxigênio baseado em luminescência e cabo de fibra óptica associado, e um sensor de fluxo baseado em térmica. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2: PuO2 não invasivo e PAM medidos durante o modelo suíno de choque hemorrágico descrito. Todos os dados foram amostrados em 1 Hz. HEM = Hemorragia, PAM = pressão arterial média. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Discussion

A LRA é uma complicação comum em pacientes com trauma e, atualmente, não há monitor validado à beira do leito para oxigenação do tecido renal, o que poderia permitir a detecção mais precoce da LRA e orientar possíveis intervenções. Este manuscrito descreve o uso e a instrumentação de um modelo de choque hemorrágico porcino para estabelecer PuO2 não invasivo como um indicador precoce de LRA e um novo desfecho de ressuscitação em situações de trauma.

Uma das vantagens distintas desse modelo suíno é a capacidade de comparar medidas de oxigênio em três locais diferentes, inclusive diretamente na medula. Embora seja possível medir a bexiga e o PuO2 não invasivo em humanos, não é possível medir o conteúdo de oxigênio diretamente na medula. Modelos animais anteriores que estudavam a aplicação da monitorização da PuO2 na sepse e na cirurgia cardíaca tipicamente se baseavam em medidas não invasivas ou de oxigênio vesical, com apenas alguns estudos também medindo simultaneamente o conteúdo de oxigênio do tecido medular23. Além disso, muitos dos estudos anteriores foram realizados em animais menores, como camundongos ou coelhos, o que limita o impacto translacional. O uso de suínos é vantajoso porque os animais são grandes o suficiente para permitir monitoramento e cuidados críticos, semelhantes aos submetidos a pacientes críticos. É importante notar que o sensor de oxigênio é colocado na medula sob orientação ultrassonográfica. O ultrassom é usado para confirmar se o cateter e o sensor estão de fato na região da medula do rim. Além disso, o monitor não invasivo contém um sensor de fluxo urinário. Isso é importante, pois um dos fatores de confusão da medida da PuO2 distal à pelve renal é a entrada de oxigênio ao longo do trato urinário24. O impacto da entrada de oxigênio foi observado nos dados apresentados no experimento anterior. Durante os períodos de oclusão aórtica e correspondente baixo fluxo urinário, a PuO2 foi artificialmente elevada em comparação com a fase de cuidados intensivos, quando o débito urinário estava aumentado. Usando os dados de fluxo urinário, é possível comparar apenas dados válidos não invasivos de PuO2 com os níveis de PuO 2 da bexiga e do tecido medular, bem como determinar um limiar de fluxo abaixo do qual os dados não invasivos de PuO2 não representam mais oxigenação renal.

Além de comparar dados de oxigênio em diferentes locais de medição, esse modelo ajudará a comparar quais produtos de ressuscitação são mais eficazes para melhorar a oferta renal de oxigênio, a oxigenação do tecido renal e indicadores de perfusão global, como a PAM. A iteração atual do modelo comparará sangue total e cristaloides. As diretrizes atuais sugerem o uso de cristaloides como primeira linha de tratamento em pacientes com trauma hemorrágico hipotensor25. Outros demonstraram que a ressuscitação volêmica com cristaloides não restaurou a oxigenação do tecido renal, enquanto a transfusão sanguínea o fez26. No entanto, o desfecho transfusional ideal não é claro, e os recursos podem ser limitados em alguns ambientes de trauma (ambientes rurais, remotos ou de conflito armado). Com base nos dados deste estudo, o monitor não invasivo de PuO2 pode servir como um novo desfecho para determinar um limiar transfusional adequado em pacientes com trauma. Após a validação do monitor não invasivo de PuO2 neste estudo, futuras iterações desse modelo poderão explorar o uso de outros fluidos de ressuscitação, como soluções hipertônicas e o uso de coloides sintéticos.

Semelhante à comparação de diferentes produtos de ressuscitação, os dados desse modelo podem ser usados para comparar as medidas globais de perfusão com a oxigenação regional e a relação entre oxigenação sistêmica e regional e os desfechos. As diretrizes atuais para atendimento ao trauma recomendam a manutenção da PAM de 60-65 mmHg25. Estudos não encontraram um alvo ideal conclusivo da PAM durante o choque hemorrágico para preservar a função renal27. Os resultados do experimento anterior sugerem que a PAM pode ser apenas um fator que influencia a PuO2. Enquanto a PAM foi constante durante a fase de cuidados intensivos, a PuO 2 foi variada, o que significa que provavelmente existem outros fatores que influenciam a PuO2. Assim, um método para monitorar a oxigenação renal, como a monitorização não invasiva da PuO2, pode ser útil para orientar intervenções em comparação com medidas de perfusão global, como a PAM. A monitorização não invasiva da PuO2 tem o potencial de preservar a função renal, reduzindo a hipóxia tecidual e minimizando a disfunção orgânica.

Uma das principais limitações do monitor não invasivo utilizado nesse modelo é que nenhuma urina é produzida durante as fases de hemorragia ou oclusão da aorta. Isso limita as comparações entre PuO2 não invasiva, PuO2 vesical e oxigenação medular para a fase de ressuscitação, onde dados coletados de experimentos semelhantes mostram que o fluxo urinário é suficiente durante esse período. Uma segunda limitação desse modelo é que o REBOA é usado em ambos os grupos de tratamento. Com base na prática clínica atual, a REBOA é tipicamente utilizada apenas em cenários de hemorragia torso não compressível28. Assim, estudos futuros devem investigar o uso da monitorização não invasiva da PuO2 com métodos convencionais de controle da hemorragia e ressuscitação.

Esse modelo ajudará a validar o monitoramento não invasivo da PuO2 como uma ferramenta para detecção precoce de LRA e avaliação da resposta aos métodos de ressuscitação. Isso é importante porque esse novo monitor pode potencialmente reduzir a morbidade e a mortalidade precoce e tardia relacionadas ao trauma. Este documento de métodos fornece uma descrição passo a passo de como implementar o modelo.

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Disclosures

N. Silverton, K. Kuck e L. Lofgren são inventores de uma patente e pedido de patente em torno do monitor não invasivo usado neste estudo. Este protótipo está em desenvolvimento para consideração comercial por N. Silverton e K. Kuck, mas até o momento, nenhuma atividade comercial ocorreu. Os demais autores declaram não haver interesses conflitantes. A interpretação e o relato desses dados são de responsabilidade exclusiva dos autores.

Acknowledgments

O trabalho nesta concessão é financiado pelo Instituto de Ciência Clínica e Translacional da Universidade de Utah por meio do Programa Piloto de Estudos Translacionais e Clínicos e pelo escritório do Departamento de Defesa dos Programas de Pesquisa Médica Dirigidos pelo Congresso (PR192745).

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

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  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).
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  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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Bioengenharia Edição 188

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
Monitorização não invasiva e invasiva da hipóxia renal em modelo porcino de choque hemorrágico
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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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