Geïntegreerde Compenserende Reacties in een humaan model van bloeding
Summary
Het doel van dit protocol is het demonstreren voor het meten compenserende reacties op verminderde centrale bloedvolume behulp onderlichaam onderdruk als invasieve experimenteel model van menselijke bloeding die kan worden gebruikt om de totale integratie compenserende mechanismen volume deficit bloed bij mensen kwantificeren .
Abstract
Bloeding is de belangrijkste oorzaak van sterfgevallen trauma, mede door vroege diagnose van de ernst van bloedverlies is moeilijk. Beoordeling van bloedingen patiënten is moeilijk omdat de huidige klinische instrumenten bieden maatregelen van vitale functies die stabiel tijdens de vroege stadia van bloeden blijven ten gevolge van compenserende mechanismen. Bijgevolg is er een behoefte om te begrijpen en meet de totale integratie van mechanismen die compenseren verminderde circulerend bloedvolume en de veranderingen daarin bij actieve progressieve bloeding. reserve van het lichaam om te compenseren voor lagere circulerend bloedvolume wordt de 'compenserende reserve' genoemd. De compenserende reserve kan nauwkeurig worden geëvalueerd met real-time metingen van de veranderingen in de eigenschappen van de arteriële golfvorm gemeten met behulp van een krachtige computer. Onderlichaam negatieve druk (LBNP) blijkt veel van de fysiologische respons te simuleren bij mensen geassocieerd met bloedingen,en wordt gebruikt om de compenserende respons op bloeding bestuderen. Het doel van deze studie is te laten zien hoe compenserende reserve wordt beoordeeld in geleidelijke verlaging centrale volume bloed met LBNP als simulatie van bloeding.
Introduction
De belangrijkste functie van het cardiovasculaire systeem is de controle van adequate perfusie (bloedstroom en zuurstoftoevoer) alle weefsels van het lichaam door homeostatische regulatie van de arteriële bloeddruk. Verschillende mechanismen compensatie (bijvoorbeeld autonome zenuwstelsel activiteit, hartfrequentie en contractiliteit, veneuze, vasoconstrictie, ademhaling) bijdragen tot normale fysiologische niveaus van zuurstof in de weefsels behouden. 1 afnames in circulerende bloedvolume zoals die veroorzaakt door bloeding kan beschadigen het vermogen van de cardiovasculaire compensatiemechanismen en uiteindelijk leiden tot een lage arteriële bloeddruk, ernstige weefselhypoxie, en de bloedsomloop shock die fataal kan zijn.
Circulatoire shock veroorzaakt door ernstige bloeding (dat wil zeggen, hemorragische shock) is een belangrijke doodsoorzaak als gevolg van trauma. 2 Een van de grootste uitdagingen te voorkomen dat een patiënt ontwikkelt schok onzeonvermogen om een vroeg begin te herkennen. Vroege en nauwkeurige beoordeling van de voortgang naar de ontwikkeling van shock is momenteel beperkt in de klinische omgeving aan technologieën (bijv medische monitors) kunnen metingen van vitale functies die veranderen weinig in de vroege stadia van bloedverlies vanwege de vele compenserende het lichaam verschaffen mechanismen voor het reguleren van de bloeddruk. 3-6 Als zodanig is de mogelijkheid om de totale som van de reserves van het lichaam te meten om te compenseren voor het bloedverlies vertegenwoordigt de meest accurate weerspiegeling van weefselperfusie staat en het risico op het ontwikkelen shock. 1 Deze reserve wordt de gebelde . compenserende reserve die nauwkeurig door real-time metingen van de veranderingen kunnen worden beoordeeld in eigenschappen van de arteriële golfvorm 1 Uitputting van de compenserende reserve een replica van de terminal cardiovasculaire instabiliteit waargenomen bij ernstig zieke patiënten met een plotseling optredende hypotensie; een aandoening die bekend staat als hemodynamische decompensation. 7
De relatie tussen het gebruik van de compenserende reserve en de regulering van de bloeddruk tijdens de lopende bloedverlies bij de mens kan worden aangetoond in het laboratorium met behulp van een uitgebreide set van fysiologische metingen (bv bloeddruk, hartslag, arteriële bloed zuurstofverzadiging, slagvolume, cardiac output, vasculaire weerstand, ademhalingsfrequentie, hartslag karakter, mentale toestand, end-tidal CO 2, weefsel zuurstof) door standaard fysiologische monitoring tijdens continue progressieve vermindering van de centrale bloedvolume vergelijkbaar met die die zich voordoen tijdens bloeding. Verlaagde centraal bloedvolume kunnen niet-invasieve wijze worden opgewekt met progressieve toenames in Lower Body Negative Pressure (LBNP). 8 Met deze combinatie van fysiologische metingen en LBNP, de conceptuele begrip van hoe het lichaam in staat om te compenseren voor lagere centrale bloedvolume kan gemakkelijk beoordelen demoneningedikt. Dit onderzoek toont de prelab preparaat, de demonstratie van compenserende respons ten opzichte van andere fysiologische responsen tijdens gesimuleerde bloeding en de postlab evaluatie van de resultaten. De experimentele technieken die nodig zijn voor het maken van metingen van compenserende reserve worden gedemonstreerd in een menselijke vrijwilligers.
Protocol
Representative Results
Discussion
LBNP gebruikt om geleidelijke en continue verlaging centrale volume bloed, konden we een typische reactie van hemodynamische decompensatie in het subject, gekenmerkt door een plotseling ontstaan van hypotensie en bradycardie (figuur 7) te induceren. Het is belangrijk te begrijpen dat de geïntegreerde compenserende reactie op bloeding is zeer complex, 19 resulteert in aanzienlijke variabiliteit van de tolerantie voor bloedverlies. 1 Daarom, sommige mensen hebben relatief responsief…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk wordt ondersteund door de financiering van de United States Army, Medical Research en Materieel Command, Combat Casualty Care Program. Wij danken LTC Kevin S. Akers, MD en mevrouw R. Kristen Lye voor hun hulp bij het maken van de video.
Materials
| Dynamic Research Evaluation Workstation (DREW) data acquisition syetem | NA | NA | Custom Built by ISR personnel. The DREW allows for time synchronization of both digital and analog signal data collection from up to 16 independent instruments with a sampling rate of 1000 Hz. |
| Finometer | Finapress Medical Systems (FMS) | Model 1 | Device that provides non-invasive, continuous measurements of brachial artery blood pressure and arterial oxygen saturation (SpO2) using two separate infrared finger photophlethymography cuff sensors. |
| BCI Capnocheck Plus | Smith Medical PM Inc. | 9004 | Capnograph used to measure end tidal CO2 and respiration rate |
| CipherOX | Flashback Technologies Inc. | R200 | Investigational device used to calculate Compensatory Reserve Index (CRI) |
| Nonin 9560 Pulse Oximeter | Nonin | 9560 | finger pulse oximeter |
| Lower Body Negative Pressure Chamber (LBNP) | NASA | 79K32632-1 | Custom Chamber built by NASA |
| ECG Biotach | Gould | 13-6615-65 | Electrocardiograph for measuring ECG |
| Nasal CO2 Sample Line | Salter Labs | REF 4000 | Latex free nasal cannula for sampling expired air |
References
- Convertino, V. A., Wirt, M. D., Glenn, J. P., Lein, B. C. The compensatory reserve for early and accurate prediction of hemodynamic compromise: a review of the underlying physiology. Shock. 45 (6), 580-590 (2016).
- Eastridge, B. J., et al. Death on the battlefield (2001-2011): Implications for the future of combat casualty care. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 73 (6), S431-S437 (2012).
- Orlinsky, M., Shoemaker, W., Reis, E. D., Kerstein, M. D. Current controversies in shock and resuscitation. Surg. Clin. North Am. 81 (6), 1217-1262 (2001).
- Wo, C. C. J., et al. Unreliability of blood pressure and heart rate to evaluate cardiac output in emergency resuscitation and critical illness. Crit Care Med. 21, 218-223 (1993).
- Bruijns, S. R., Guly, H. R., Bouamra, O., Lecky, F., Lee, W. A. The value of traditional vital signs, shock index, and age-based markers in predicting trauma mortality. J Trauma Acute Care Surg. 74 (6), 1432-1437 (2013).
- Parks, J. K., Elliott, A. C., Gentilello, L. M., Shafi, S. Systemic hypotension is a late marker of shock after trauma: a validation study of Advanced Trauma Life Support principles in a large national sample. Am. J. Surg. 192 (6), 727-731 (2006).
- Brunauer, A., et al. The arterial blood pressure associated with terminal cardiovascular collapse in critically ill patients: a retrospective cohort study. Crit Care. 18 (6), 719 (2014).
- Hinojosa-Laborde, C., et al. Validation of lower body negative pressure as an experiomental model of hemorrhage. J. Appl. Physiol. 116, 406-415 (2014).
- Martina, J. R., et al. Noninvasive continuous arterial blood pressure monitoring with Nexfin(R). Anesthesiology. 116 (5), 1092-1103 (2012).
- Imholz, B. P., Wieling, W., Langewouters, G. J., van Montfrans, G. A. Continuous finger arterial pressure: utility in the cardiovascular laboratory. Clin. Auton. Res. 1 (1), 43-53 (1991).
- Imholz, B. P. M., Wieling, W., van Montfrans, G. A., Wesseling, K. H. Fifteen years experience with finger arterial pressure monitoring: assessment of technology. Cardiovasc. Res. 38, 605-616 (1998).
- Roelandt, R. . Finger pressure reference guide. , (2005).
- Harms, M. P. M., et al. Continuous stroke volume monitoring by modelling flow from non-invasive measurement of arterial pressure in humans under orthostatic stress. Clin. Sci. 97, 291-301 (1999).
- Leonetti, P., et al. Stroke volume monitored by modeling flow from finger arterial pressure waves mirrors blood volume withdrawn by phlebotomy. Clin. Auton. Res. 14 (3), 176-181 (2004).
- Convertino, V. A., Grudic, G., Mulligan, J., Moulton, S. Estimation of individual-specific progression to impending cardiovascular instability using arterial waveforms. J. Appl. Physiol(Bethesda, Md :1985). 115 (8), 1196-1202 (2013).
- Convertino, V. A., et al. Individual-specific, beat-to-beat trending of significant human blood loss: the compensatory reserve. Shock. 44 (Supplement 1), 27-32 (2015).
- Cooke, W. H., Ryan, K. L., Convertino, V. A. Lower body negative pressure as a model to study progression to acute hemorrhagic shock in humans. J. Appl. Physiol. 96, 1249-1261 (2004).
- Convertino, V. A., et al. Inspiratory resistance maintains arterial pressure during central hypovolemia: implications for treatment of patients with severe hemorrhage. Crit Care Med. 35 (4), 1145-1152 (2007).
- Carter, R., Hinojosa-Laborde, C., Convertino, V. A. Variability in integration of mechanisms associated with high tolerance to progressive reductions in central blood volume: the compensatory reserve. Physiol Reports. 4 (1), (2016).
- Convertino, V. A., Sather, T. M. Vasoactive neuroendocrine responses associated with tolerance to lower body negative pressure in humans. Clin. Physiol. 20, 177-184 (2000).
- Convertino, V. A., et al. Use of advanced machine-learning techniques for noninvasive monitoring of hemorrhage. J. Trauma. 71 (1 Suppl), S25-S32 (2011).
- Convertino, V. A., Rickards, C. A., Ryan, K. L. Autonomic mechanisms associated with heart rate and vasoconstrictor reserves. Clin. Auton. Res. 22, 123-130 (2012).
- Rickards, C. A., Ryan, K. L., Cooke, W. H., Convertino, V. A. Tolerance to central hypovolemia: the influence of oscillations in arterial pressure and cerebral blood velocity. J. Appl. Physiol. 111 (4), 1048-1058 (2011).
- Johnson, B. D., et al. Reductions in central venous pressure by lower body negative pressure of blood loss elicit similar hemodynamic responses. J. Appl. Physiol. 117, 131-141 (2014).
- van Helmond, N., et al. Coagulation Changes during Lower Body Negative Pressure and Blood Loss in Humans. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 309, H1591-H1597 (2015).
- Gerhardt, R., Berry, J., Blackbourne, L. Analysis of life-saving interventions performed by out-of-hospital combat medical personnel. J. Trauma. 71, S109-S113 (2011).
- Pinsky, M. R. Hemodynamic evaluation and monitoring in the ICU. Chest. 132 (6), 2020-2029 (2007).
- Rivers, E., et al. Early goal-directed therapy in the treatment of severe sepsis and septic shock. N.Engl.J.Med. , 1368-1377 (2001).
- Rivers, E. P., et al. The influence of early hemodynamic optimization on biomarker patterns of severe sepsis and septic shock. Crit Care Med. 35 (9), 2016-2024 (2007).
- Rivers, E. P., Coba, V., Whitmill, M. Early goal-directed therapy in severe sepsis and septic shock: a contemporary review of the literature. Curr Opin Anaesthesiol. 21 (2), 128-140 (2008).
- Cap, A. P., Spinella, P. C., Borgman, M. A., Blackbourne, L. H., Perkins, J. G. Timing and location of blood product transfusion and outcomes in massively transfused combat casualties. J. Trauma. 73, S89-S94 (2012).
- Spinella, P. C., Perkins, J. G., Grathwohl, K., Beekley, A., Holcomb, J. B. Warm fresh whole blood is independently associated iwth improved survival for patients with combat-related traumatic injuries. J. Trauma. 66, S69-S76 (2009).
- Kragh, J., et al. Survival with emergency tourniquet use to stop bleeding in major limb trauma. Ann Surgery. 249 (1), 1-7 (2009).
- Chung, K. K., et al. Continous renal replacement therapy improves survival in severly burned military casualties with acute kidney injury. J. Trauma. 64, S179-S187 (2008).
- Stewart, C. L., et al. The compensatory reserve for early and accurate prediction of hemodynamic compromise: case studies for clinical utility in acute care and physical performance. J Special Op. Med. 16, 6-13 (2016).
