تسريب عديد السكاريد الشحمي كنموذج صدمة للسموم الداخلية للخنزير
Summary
نحن نقدم بروتوكولا لنموذج صدمة التسمم الداخلي التجريبي في الخنازير عن طريق ضخ عديد السكاريد الدهني.
Abstract
كثيرا ما تصادف الإنتان والصدمة الإنتانية في المرضى الذين يعالجون في وحدات العناية المركزة (ICUs) وهي من بين الأسباب الرئيسية للوفاة لدى هؤلاء المرضى. وهو ناتج عن استجابة مناعية غير منظمة للعدوى. حتى مع العلاج الأمثل ، تظل معدلات الوفيات مرتفعة ، مما يجعل المزيد من الأفكار حول الفيزيولوجيا المرضية وخيارات العلاج الجديدة ضرورية. عديد السكاريد الشحمي (LPS) هو أحد مكونات غشاء الخلية للبكتيريا سالبة الجرام ، والتي غالبا ما تكون مسؤولة عن العدوى التي تسبب الإنتان والصدمة الإنتانية.
إن شدة الإنتان والصدمة الإنتانية وارتفاع معدل الوفيات فيها تجعل الدراسات التجريبية الموحدة في البشر مستحيلة. وبالتالي ، هناك حاجة إلى نموذج حيواني لمزيد من الدراسات. الخنزير مناسب بشكل خاص لهذا الغرض لأنه يشبه البشر إلى حد كبير في علم التشريح وعلم وظائف الأعضاء والحجم.
يوفر هذا البروتوكول نموذجا تجريبيا لصدمة التسمم الداخلي في الخنازير عن طريق ضخ LPS. تمكنا من إحداث تغييرات موثوقة لوحظت بشكل متكرر في مرضى الصدمة الإنتانية ، بما في ذلك عدم استقرار الدورة الدموية وفشل الجهاز التنفسي والحماض. سيسمح ذلك للباحثين باكتساب نظرة ثاقبة قيمة حول هذه الحالة ذات الصلة للغاية وتقييم الأساليب العلاجية الجديدة في بيئة تجريبية.
Introduction
يصنف الإنتان والصدمة الإنتانية من بين الأسباب الرئيسية للوفيات في المرضى الذين يتلقون علاج العناية المركزة1،2،3. ينشأ الإنتان عندما تؤدي العدوى إلى استجابة مناعية غير منظمة مما يؤدي إلى فشل متعدد الأعضاء. يتميز بأعراض تهدد الحياة ، بما في ذلك عدم استقرار الدورة الدموية ، وضيق التنفس ، والفشل الكبدي والكلوي ، وكذلك الضعف الإدراكي 4,5. تمثل الصدمة الإنتانية مجموعة فرعية من الإنتان مع أعراض حادة بشكل خاص تزيد بشكل كبير من معدل الوفيات. تشمل هذه الأعراض انخفاض ضغط الدم المستمر الذي يتطلب علاجا بخافض للأوعية ومستوى لاكتات المصل يتجاوز 2 مليمول ∙L-1 4,5. قدرت معدلات الوفيات في المرضى الذين يعانون من الصدمة الإنتانية بنسبة تصل إلى 40٪ ، حتى مع العلاج في المستشفى1،3،5.
غالبا ما تسبب البكتيريا سالبة الجرام ، مثل Pseudomonas و Escherichia coli ، التهابات تؤدي إلى هذه الاستجابة المناعية غير المنظمة4. الآليات الفيزيولوجية المرضية الأساسية معقدة وغير مفهومة تماما بعد. يتضمن أحد الجوانب الموصوفة جيدا تنشيط المستقبلات الشبيهة بالحصيلة على الخلايا المناعية بواسطة الأنماط الجزيئية المرتبطة بمسببات الأمراض (PAMPs) ، مما يؤدي إلى إطلاق السيتوكينات مثل عامل نخر الورم ألفا (TNFα) أو Interleukin 1 (IL 1) 4. أحد هذه PAMPs هو عديد السكاريد الدهني (LPS) ، والذي يشكل مكونا من غشاء الخلية في البكتيريا سالبةالجرام 6. تم استخدام LPS في النماذج الحيوانية للحث على التسمم الداخلي وصدمة التسمم الداخلي 7,8.
توفر النماذج الحيوانية بيئة خاضعة للرقابة وموحدة لتطوير استراتيجيات العلاج الجديدة والتحقيق فيها. نظرا لتشريحه المماثل ، وعلم وظائف الأعضاء المناعي ، ومعلمات الدورة الدموية المماثلة ، فإن نموذج الخنزير مناسب بشكل خاص لدراسة آثار صدمة التسمم الداخلي 9,10. علاوة على ذلك ، يمكن تطبيق المعدات الطبية القياسية المستخدمة بشكل شائع في المرضى من البشر بسهولة في الخنازير نظرا لالحجم المماثل للممرات الهوائية والأوعية الدموية ، مما يسهل الأجهزة ومراقبة الدورة الدموية.
باستخدام هذا البروتوكول ، نقدم نموذجا تجريبيا لصدمة التسمم الداخلي في الخنازير عن طريق حقن LPS المشتق من الإشريكية القولونية عن طريق الوريد. لمراقبة الآثار ، قمنا بقياس المعلمات الديناميكية الدموية والرئوية ، بما في ذلك ضغط الدم الشرياني ومعدل ضربات القلب وتشبع الأكسجين المحيطي والضغط الشرياني الرئوي وضغط مجرى الهواء. لتقييم تأثير التسمم الداخلي على إمدادات الأكسجين الدماغي ، استخدمنا قياس الطيف القريب من الأشعة تحت الحمراء (NIRS). باستخدام هذه الطريقة ، يمكن تقييم تشبع الأكسجين الدماغي عبر قطب كهربائي لاصق مطبق على الجبهة11.
Protocol
Representative Results
Discussion
نقدم بروتوكولا لإحداث تسمم داخلي تجريبي في الخنازير من خلال ضخ LPS ، بهدف إحداث تغييرات موثوقة شائعة في الإنتان والصدمة الإنتانية. يجب النظر في العديد من الخطوات الحاسمة في هذا البروتوكول. يعد التخدير الكافي للخنازير قبل النقل أمرا بالغ الأهمية لمنع ارتفاع مستويات الكاتيكولامين الناجم عن …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يود المؤلفون أن يشكروا داغمار ديرفونسكيس على دعمها الفني الممتاز.
Materials
| Atracurium Hikma 50 mg/5mL | Hikma Pharma GmbH, Martinsried | ||
| Azaperone (Stresnil) 40 mg/mL | Lilly Deutschland GmbH, Bad Homburg, Germany | ||
| BD Discardit II Spritze 2, 5, 10, 20 mL | Becton Dickinson S.A. Carretera, Mequinenza Fraga, Spain | syringe | |
| BD Luer Connecta | Becton Dickinson Infusion Therapy, AB Helsingborg, Schweden | 3-way-stopcock | |
| Curafix i.v. classics | Lohmann & Rauscher International GmbH & Co. KG, Rengsdorf, Germany | Cannula retention dressing | |
| Datex Ohmeda S5 | GE Healthcare Finland Oy, Helsinki, Finland | hemodynamic monitor | |
| Engström Carestation | GE Heathcare, Madison USA | ventilator | |
| Fentanyl-Janssen 0.05 mg/mL | Janssen-Cilag GmbH, Neuss | fentanyl | |
| Führungsstab, Durchmesser 4.3 | Rüsch | endotracheal tube introducer | |
| Incetomat-line 150 cm | Fresenius, Kabi Deutschland, GmbH | perfusor line | |
| Intrafix Primeline | B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | Infusion line | |
| Introducer sheath 5 Fr. | Terumo Healthcare | arterial introducer | |
| INVOS | Medtronic, Dublin, Ireland | near infrared spectrometry | |
| JOZA Einmal Nitril Untersuchungshandschuhe | JOZA, München, Germany | disposable gloves | |
| Laryngoscope, 45.48.50, KL 2000 | Medicon | Laryngoscope handle | |
| Littmann Classic III Stethoscope | 3M Deutschland GmbH, Neuss, Germany | stethoscope | |
| LPS (E. coli; Serotype O111:B4) | Sigma-Aldrich, Switzerland | ||
| MAC Two-Lumen Central venous access set | Arrow international inc. Reading, PA, USA | venous introducer | |
| Maimed Vlieskompresse | Maimed GmbH, Neuenkirchen, Germany | Fleece compress to fix the tongue | |
| Masimo LNCS Adtx SpO2 sensor | Masimo Corporation Irvine, Ca 92618 USA | saturation clip for the tail | |
| Masimo LNCS TC-I SpO2 ear clip sensor | Masimo Corporation Irvine, Ca 92618 USA | Saturation clip for the ear | |
| Masimo Radical 7 | Masimo Corporation Irvine, Ca 92618 USA | periphereal oxygen saturation | |
| Midazolam 15 mg/3 mL | B.Braun Melsungen AG, Germany | ||
| Midmark Canine Mask Small Plastic with Diaphragm FRSCM-0005 | Midmark Corp., Dayton, Ohio, USA | dog ventilation mask | |
| Monocryl surgical suture | Johnson & Johnson, Belgium | ||
| B.Braun Melsungen AG, Germany | saline solution | ||
| NaCl 0.9 % | Sanofi- Aventis, Seutschland GmbH | ||
| Octeniderm farblos | Schülke & Mayr GmbH, Nordenstedt, Germany | Alcoholic disinfectant | |
| Original Perfusor syringe 50 mL | B.Braun Melsungen AG, Germany | perfusor syringe | |
| PA-Katheter Swan Ganz 7.5 Fr 110 cm | Edwards Lifesciences LLC, Irvine CA, USA | Swan-Ganz catheter | |
| Perfusor FM Braun | B.Braun Melsungen AG, Germany | syringe pump | |
| PiCCO catheter | PULSION Medical Systems SE, Feldkirchen, DE | ||
| Potassium chloride 1 M | Fresenius, Kabi Germany GmbH | ||
| Propofol 2% 20 mg/mL (50 mL flasks) | Fresenius, Kabi Deutschland, GmbH | ||
| Pulse-contour continous cardiac output System PiCCO2 | PULSION Medical Systems SE, Feldkirchen, DE | ||
| Rüschelit Super Safety Clear >ID 6/6.5 /7.0 mm | Teleflex Medical Sdn. Bhd, Malaysia | endotracheal tube | |
| Sonosite Micromaxx Ultrasoundsystem | Sonosite Bothell, WA, USA | ultrasound | |
| Stainless Macintosh Größe 4 | Welch Allyn69604 | blade for laryngoscope | |
| Sterofundin | B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | Balanced electrolyte solution | |
| Vasco OP sensitive | B.Braun Melsungen AG, Germany | sterile gloves | |
| Vasofix Safety 22 G-16 G | B.Braun Melsungen AG, Germany | venous catheter | |
| VBM Cuff Manometer | VBM Medizintechnik GmbH, Sulz a.N., Germany | cuff pressure gauge |
References
- Vincent, J. -. L., Jones, G., David, S., Olariu, E., Cadwell, K. K. Frequency and mortality of septic shock in Europe and North America: a systematic review and meta-analysis. Critical Care. 23 (1), 196 (2019).
- Reinhart, K., et al. Recognizing sepsis as a Global Health Priority – A WHO Resolution. New England Journal of Medicine. 377 (5), 414-417 (2017).
- Cecconi, M., Evans, L., Levy, M., Rhodes, A. Sepsis and septic shock. The Lancet. 392 (10141), 75-87 (2018).
- Font, M. D., Thyagarajan, B., Khanna, A. K. Sepsis and septic shock – basics of diagnosis, pathophysiology and clinical decision making. Medical Clinics of North America. 104 (4), 573-585 (2020).
- Singer, M., et al. The Third International Consensus definitions for sepsis and septic shock (Sepsis-3). JAMA. 315 (8), 801 (2016).
- Jerala, R. Structural biology of the LPS recognition. International Journal of Medical Microbiology. 297 (5), 353-363 (2007).
- Copeland, S., Warren, H. S., Lowry, S. F., Calvano, S. E., Remick, D. Inflammation and the host response to injury investigators acute inflammatory response to endotoxin in mice and humans. Clinical and Diagnostic Laboratory Immunology. 12 (1), 60-67 (2005).
- Dickson, K., Lehmann, C. Inflammatory response to different toxins in experimental sepsis models. International Journal of Molecular Sciences. 20 (18), 4341 (2019).
- Bassols, A., Costa, C., Eckersall, P. D., Osada, J., Sabrià, J., Tibau, J. The pig as an animal model for human pathologies: A proteomics perspective. PROTEOMICS – Clinical Applications. 8 (9-10), 715-731 (2014).
- Meurens, F., Summerfield, A., Nauwynck, H., Saif, L., Gerdts, V. The pig: a model for human infectious diseases. Trends in Microbiology. 20 (1), 50-57 (2012).
- Ali, J., Cody, J., Maldonado, Y., Ramakrishna, H. Near-infrared spectroscopy (NIRS) for cerebral and tissue oximetry: analysis of evolving applications. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 36, 2758-2766 (2022).
- . Getinge Deutschland GmbH PiCCO Technologie Erweitertes hämodynamisches Monitoring auf höchstem Niveau Available from: https://www.getinge.com/dam/hospital/documents/german/picco_haemodynamisches_monitoring_broschuere-de-non_us.pdf (2023)
- Breslow, M. J., Miller, C. F., Parker, S. D., Walman, A. T., Traystman, R. J. Effect of vasopressors on organ blood flow during endotoxin shock in pigs. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 252 (2), H291-H300 (1987).
- Fink, M. P., et al. Systemic and mesenteric O2 metabolism in endotoxic pigs: effect of ibuprofen and meclofenamate. Journal of Applied Physiology. 67 (5), 1950-1957 (1989).
- Lado-Abeal, J., et al. Lipopolysaccharide (LPS)-induced septic shock causes profound changes in myocardial energy metabolites in pigs. Metabolomics. 14 (10), 131 (2018).
- Park, I., et al. Characterization of fecal peritonitis-induced sepsis in a porcine model. The Journal of Surgical Research. 244, 492-501 (2019).
- Jarkovska, D., et al. Heart rate variability in porcine progressive peritonitis-induced sepsis. Frontiers in Physiology. 6, 412 (2015).
- Kohoutova, M., et al. Vagus nerve stimulation attenuates multiple organ dysfunction in resuscitated porcine progressive sepsis. Critical Care Medicine. 47 (6), e461-e469 (2019).
- Vintrych, P., et al. Modeling sepsis, with a special focus on large animal models of porcine peritonitis and bacteremia. Frontiers in Physiology. 13, 1094199 (2022).
- Stengl, M., et al. Reduced L-type calcium current in ventricular myocytes from pigs with hyperdynamic septic shock. Critical Care Medicine. 38 (2), 579-587 (2010).
