עירוי ליפופוליסכריד כמודל הלם אנדוטוקסמי חזירי
Summary
אנו מספקים פרוטוקול למודל הלם אנדוטוקסמי ניסיוני בחזירים על ידי עירוי ליפופוליסכריד.
Abstract
אלח דם והלם ספטי נתקלים לעתים קרובות בחולים המטופלים ביחידות לטיפול נמרץ והם בין גורמי המוות המובילים בחולים אלה. זה נגרם על ידי תגובה חיסונית dysregulated לזיהום. אפילו עם טיפול אופטימלי, שיעורי התמותה נשארים גבוהים, מה שהופך תובנות נוספות על הפתופיזיולוגיה ואפשרויות טיפול חדשות הכרחיות. ליפופוליסכריד (LPS) הוא מרכיב בקרום התא של חיידקים גראם-שליליים, אשר לעתים קרובות אחראים לזיהומים הגורמים לאלח דם ולהלם ספטי.
חומרת ותמותה גבוהה של אלח דם והלם ספטי הופכים מחקרים ניסיוניים סטנדרטיים בבני אדם לבלתי אפשריים. לפיכך, מודל בעלי חיים נדרש למחקרים נוספים. החזיר מתאים במיוחד למטרה זו מכיוון שהוא דומה מאוד לבני אדם באנטומיה, פיזיולוגיה וגודל.
פרוטוקול זה מספק מודל ניסיוני להלם אנדוטוקסמי בחזירים על ידי עירוי LPS. הצלחנו לגרום באופן אמין לשינויים שנצפו לעתים קרובות בחולי הלם ספטי, כולל חוסר יציבות המודינמית, כשל נשימתי וחמצת. זה יאפשר לחוקרים לקבל תובנה חשובה לגבי מצב רלוונטי מאוד זה ולהעריך גישות טיפוליות חדשות במסגרת ניסויית.
Introduction
אלח דם והלם ספטי מדורגים בין הגורמים המובילים לתמותה בחולים המקבלים טיפול נמרץ 1,2,3. אלח דם מתעורר כאשר זיהום מעורר תגובה חיסונית לא מווסתת וכתוצאה מכך כשל רב-איברי. הוא מאופיין בתסמינים מסכני חיים, כולל חוסר יציבות המודינמית, מצוקה נשימתית, אי ספיקת כבד וכליות, כמו גם פגיעה קוגניטיבית 4,5. הלם ספטי מייצג תת-קבוצה של אלח דם עם תסמינים חמורים במיוחד המגבירים משמעותית את התמותה. תסמינים אלה כוללים תת לחץ דם מתמשך הדורש טיפול vasopressor ורמת לקטט בסרום מעל 2 mmol ∙L-1 4,5. שיעורי התמותה בחולים עם הלם ספטי הוערכו עד 40%, אפילו עם טיפול בבית החולים 1,3,5.
חיידקים גראם-שליליים, כגון Pseudomonas ו- Escherichia coli, גורמים לעתים קרובות לזיהומים המפעילים תגובה חיסונית לא מווסתת זו4. המנגנונים הפתופיזיולוגיים הבסיסיים מורכבים ועדיין אינם מובנים במלואם. היבט אחד המתואר היטב כולל הפעלה של קולטנים דמויי טול על תאי מערכת החיסון על ידי דפוסים מולקולריים הקשורים לפתוגנים (PAMPs), מה שמוביל לשחרור ציטוקינים כגון גורם נמק גידולי אלפא (TNFα) או אינטרלוקין 1 (IL 1)4. אחד מה-PAMPs הללו הוא ליפופוליסכריד (LPS), המהווה מרכיב של קרום התא בחיידקים גראם-שליליים6. LPS שימש במודלים של בעלי חיים כדי לגרום אנדוטוקסמיה והלם אנדוטוקסמי 7,8.
מודלים של בעלי חיים מספקים סביבה מבוקרת וסטנדרטית לפיתוח וחקירה של אסטרטגיות טיפול חדשניות. בשל האנטומיה הדומה שלו, הפיזיולוגיה האימונולוגית והפרמטרים המודינמיים הדומות, מודל החזיר מתאים במיוחד לחקר ההשפעות של הלם אנדוטוקסמי 9,10. יתר על כן, ציוד רפואי סטנדרטי המשמש בדרך כלל בחולים אנושיים יכול להיות מיושם בקלות בחזירים בשל הגודל הדומה של דרכי הנשימה וכלי הדם שלהם, להקל על מכשור וניטור המודינמי.
באמצעות פרוטוקול זה, אנו מספקים מודל ניסיוני להלם אנדוטוקסמי בחזירים על ידי עירוי LPS תוך ורידי הנגזר מ – E. coli. כדי לעקוב אחר ההשפעות מדדנו פרמטרים המודינמיים וריאתיים, כולל לחץ דם עורקי, קצב לב, רוויון חמצן היקפי, לחץ עורקי ריאתי ולחץ בדרכי הנשימה. כדי להעריך את ההשפעה של אנדוטוקסמיה על אספקת חמצן במוח, השתמשנו בספקטרומטריה תת-אדומה קרובה (NIRS). בשיטה זו ניתן להעריך את ריווי החמצן במוח באמצעות אלקטרודת דבק המיושמת על המצח11.
Protocol
Representative Results
Discussion
אנו מציגים פרוטוקול לגרימת אנדוטוקסמיה ניסיונית בחזירים באמצעות עירוי LPS, במטרה לגרום באופן אמין לשינויים הנצפים בדרך כלל באלח דם והלם ספטי. יש לשקול מספר שלבים קריטיים בפרוטוקול זה. הרגעה מספקת של חזירים לפני ההובלה חיונית למניעת עלייה ברמות קטכולאמין כתוצאה מסטרס, מה שעלול לסכן את התוצ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים רוצים להודות לדאגמר דירבונסקיס על התמיכה הטכנית המצוינת שלה.
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).
