Infusão de lipopolissacarídeo como modelo de choque endotoxêmico suíno
Summary
Nós fornecemos um protocolo para um modelo experimental de choque endotoxêmico em porcos por infusão de lipopolissacarídeo.
Abstract
A sepse e o choque séptico são frequentemente encontrados em pacientes tratados em unidades de terapia intensiva (UTIs) e estão entre as principais causas de morte nesses pacientes. É causada por uma resposta imune desregulada a uma infecção. Mesmo com o tratamento otimizado, as taxas de mortalidade permanecem altas, o que torna necessário um maior conhecimento da fisiopatologia e novas opções de tratamento. O lipopolissacarídeo (LPS) é um componente da membrana celular de bactérias gram-negativas, que muitas vezes são responsáveis por infecções que causam sepse e choque séptico.
A gravidade e a alta mortalidade da sepse e do choque séptico impossibilitam estudos experimentais padronizados em humanos. Assim, um modelo animal é necessário para novos estudos. O porco é especialmente adequado para este fim, pois se assemelha muito aos humanos em anatomia, fisiologia e tamanho.
Este protocolo fornece um modelo experimental para choque endotoxêmico em porcos por infusão de LPS. Conseguimos induzir de forma confiável as alterações frequentemente observadas em pacientes com choque séptico, incluindo instabilidade hemodinâmica, insuficiência respiratória e acidose. Isso permitirá que os pesquisadores obtenham informações valiosas sobre essa condição altamente relevante e avaliem novas abordagens terapêuticas em um ambiente experimental.
Introduction
A sepse e o choque séptico estão entre as principais causas de mortalidade em pacientes em tratamento intensivo 1,2,3. A sepse surge quando uma infecção desencadeia uma resposta imune desregulada, resultando em falência de múltiplos órgãos. Caracteriza-se por sintomas potencialmente fatais, incluindo instabilidade hemodinâmica, desconforto respiratório, insuficiência hepática e renal, além de comprometimento cognitivo 4,5. O choque séptico representa um subgrupo da sepse com sintomas particularmente graves que aumentam significativamente a mortalidade. Esses sintomas incluem hipotensão persistente que requer terapia vasopressora e lactato sérico superior a 2 mmol∙L-1 4,5. As taxas de mortalidade em pacientes com choque séptico têm sido estimadas em até 40%, mesmo com tratamento hospitalar 1,3,5.
Bactérias gram-negativas, como Pseudomonas e Escherichia coli, frequentemente causam infecções desencadeando essa resposta imune desregulada4. Os mecanismos fisiopatológicos subjacentes são complexos e ainda não totalmente compreendidos. Um aspecto bem descrito envolve a ativação de receptores Toll-like em células imunes por padrões moleculares associados a patógenos (PAMPs), levando à liberação de citocinas como o fator de necrose tumoral alfa (TNFα) ou a interleucina 1 (IL 1)4. Um desses PAMPs é o lipopolissacarídeo (LPS), que constitui um componente da membrana celular em bactérias gram-negativas6. LPS tem sido empregado em modelos animais para induzir endotoxemia e choque endotoxêmico 7,8.
Modelos animais fornecem um ambiente controlado e padronizado para desenvolver e investigar novas estratégias de tratamento. Devido à sua anatomia semelhante, fisiologia imunológica e parâmetros hemodinâmicos comparáveis, o modelo suíno é particularmente adequado para estudar os efeitos do choque endotoxêmico 9,10. Além disso, o equipamento médico padrão comumente usado em pacientes humanos pode ser prontamente aplicado em porcos devido ao tamanho semelhante de suas vias aéreas e vasos sanguíneos, facilitando a instrumentação e a monitorização hemodinâmica.
Com este protocolo, fornecemos um modelo experimental para choque endotoxêmico em suínos por infusão intravenosa de LPS derivado de E. coli. Para monitorar os efeitos, medimos parâmetros hemodinâmicos e pulmonares, incluindo pressão arterial, frequência cardíaca, saturação periférica de oxigênio, pressão arterial pulmonar e pressão de vias aéreas. Para avaliar a influência da endotoxemia na oferta de oxigênio cerebral, foi utilizada a espectrometria no infravermelho próximo (NIRS). Com esse método, a saturação cerebral de oxigênio pode ser avaliada por meio de um eletrodo adesivo aplicado nafronte11.
Protocol
Representative Results
Discussion
Apresentamos um protocolo para indução de endotoxemia experimental em suínos através da infusão de LPS, com o objetivo de induzir de forma confiável as alterações comumente observadas na sepse e choque séptico. Várias etapas críticas precisam ser consideradas neste protocolo. A sedação adequada dos suínos antes do transporte é crucial para evitar a elevação dos níveis de catecolaminas induzida pelo estresse, o que poderia comprometer os resultados. A intubação de suínos pode representar desafios em c…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores agradecem a Dagmar Dirvonskis pelo excelente suporte técnico.
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).
