Инфузия липополисахаридов как модель эндотоксемического шока свиней
Summary
Приведен протокол экспериментальной модели эндотоксемического шока у свиней путем инфузии липополисахарида.
Abstract
Сепсис и септический шок часто встречаются у пациентов, получающих лечение в отделениях интенсивной терапии (ОИТ), и являются одной из основных причин смерти этих пациентов. Это вызвано нерегулируемым иммунным ответом на инфекцию. Даже при оптимизированном лечении показатели смертности остаются высокими, что требует дальнейшего изучения патофизиологии и новых вариантов лечения. Липополисахарид (ЛПС) является компонентом клеточной мембраны грамотрицательных бактерий, которые часто ответственны за инфекции, вызывающие сепсис и септический шок.
Тяжесть и высокая смертность от сепсиса и септического шока делают невозможным проведение стандартизированных экспериментальных исследований на людях. Таким образом, для дальнейших исследований необходима животная модель. Свинья особенно хорошо подходит для этой цели, так как она очень похожа на человека по анатомии, физиологии и размерам.
Данный протокол представляет собой экспериментальную модель эндотоксемического шока у свиней путем инфузии ЛПС. Нам удалось достоверно индуцировать изменения, часто наблюдаемые у пациентов с септическим шоком, включая гемодинамическую нестабильность, дыхательную недостаточность и ацидоз. Это позволит исследователям получить ценную информацию об этом весьма актуальном состоянии и оценить новые терапевтические подходы в экспериментальных условиях.
Introduction
Сепсис и септический шок входят в число ведущих причин смертности у пациентов, получающих интенсивную терапию 1,2,3. Сепсис возникает, когда инфекция вызывает нерегулируемый иммунный ответ, приводящий к полиорганной недостаточности. Характеризуется угрожающими жизни симптомами, включая гемодинамическую нестабильность, дыхательную недостаточность, печеночную и почечную недостаточность, а также когнитивные нарушения 4,5. Септический шок представляет собой разновидность сепсиса с особенно тяжелыми симптомами, которые значительно увеличивают смертность. Эти симптомы включают стойкую гипотензию, требующую вазопрессорной терапии, и уровень лактата в сыворотке крови, превышающий 2 ммоль∙л-1,4,5. Смертность у пациентов с септическим шоком оценивается в 40%, даже при стационарном лечении 1,3,5.
Грамотрицательные бактерии, такие как синегнойная палочка и кишечная палочка, часто вызывают инфекции, вызывающие этот нерегулируемый иммунныйответ. Лежащие в их основе патофизиологические механизмы сложны и еще не до конца изучены. Один из хорошо описанных аспектов включает активацию Toll-подобных рецепторов на иммунных клетках с помощью патоген-ассоциированных молекулярных паттернов (PAMP), что приводит к высвобождению цитокинов, таких как фактор некроза опухоли-альфа (TNFα) или интерлейкин 1 (IL 1)4. Одним из таких ПАМП является липополисахарид (ЛПС), который представляет собой компонент клеточной мембраны у грамотрицательных бактерий6. ЛПС применялся на животных моделях для индуцирования эндотоксикоза и эндотоксемического шока 7,8.
Животные модели обеспечивают контролируемые и стандартизированные условия для разработки и исследования новых стратегий лечения. Благодаря схожей анатомии, иммунологической физиологии и сопоставимым параметрам гемодинамики, модель свиньи особенно хорошо подходит для изучения эффектов эндотоксемического шока 9,10. Кроме того, стандартное медицинское оборудование, обычно используемое для лечения пациентов-людей, может быть легко применено к свиньям из-за схожего размера их дыхательных путей и кровеносных сосудов, что облегчает инструментальный и гемодинамический мониторинг.
С помощью этого протокола мы предоставляем экспериментальную модель эндотоксемического шока у свиней путем внутривенной инфузии ЛПС, полученной из кишечной палочки. Для мониторинга эффектов мы измеряли гемодинамические и легочные параметры, включая артериальное давление, частоту сердечных сокращений, периферическую насыщенность кислородом, давление в легочной артерии и давление в дыхательных путях. Для оценки влияния эндотоксикоза на снабжение головного мозга кислородом использовали спектрометрию ближнего инфракрасного диапазона (NIRS). С помощью этого метода насыщение головного мозга кислородом может быть оценено с помощью адгезивного электрода, прикладываемого ко лбу11.
Protocol
Representative Results
Discussion
Мы представляем протокол индуцирования экспериментальной эндотоксисемии у свиней с помощью инфузии ЛПС, направленный на надежную индуцацию изменений, обычно наблюдаемых при сепсисе и септическом шоке. В этом протоколе необходимо учесть несколько важных шагов. Адекватная седация сви…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы благодарят Дагмар Дирвонскис за отличную техническую поддержку.
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).
