Integrerade Kompensations svar i en mänsklig modell av Blödning
Summary
Syftet med detta protokoll är att demonstrera metoder för att mäta kompenserande svar på minskad central blodvolym med hjälp av underkroppen negativt tryck som en icke-invasiv experimentell modell av mänsklig blödning som kan användas för att kvantifiera total integration av kompensationsmekanismer till blodvolym underskott hos människor .
Abstract
Blödning är den vanligaste orsaken till traumarelaterade dödsfall, delvis på grund tidig diagnos av svårighetsgraden av blodförlust är svårt. Bedömning av blödningar patienter är svårt eftersom de nuvarande kliniska verktyg ger mått på vitala som förblir stabil under de tidiga stadierna av blödning på grund av kompensationsmekanismer. Följaktligen finns det ett behov av att förstå och mäta den totala integrationen av mekanismer som kompenserar för minskad cirkulerande blodvolymen och hur de förändras under pågående progressiv blödning. Kroppens reserv för att kompensera för minskad cirkulerande blodvolymen kallas "kompensations reserv". Kompensations reserven kan noggrant utvärderas med realtidsmätningar av förändringar i egenskaperna hos den arteriella vågformen mäts med hjälp av en kraftfull dator. Lägre Kropp med negativt tryck (LBNP) har visat att simulera många av de fysiologiska svar i människor associerade med hemorragi,och används för att studera kompensations svar på blödning. Syftet med denna studie är att visa hur kompensations reserv bedöms under progressiva minskningar i centrala blodvolym med LBNP som en simulering av blödning.
Introduction
Den viktigaste funktionen hos det kardiovaskulära systemet är styrningen av adekvat perfusion (blodflöde och syretillförsel) för alla vävnader i kroppen genom homeostatiska regleringen av arteriellt blodtryck. Olika mekanismer för ersättning (t.ex. autonoma nervsystemet, hjärtfrekvens och kontraktilitet, venöst återflöde, vasokonstriktion, andning) bidra till att upprätthålla normala fysiologiska nivåer av syre i vävnaderna. 1 minskning av cirkulerande blodvolym, såsom de som orsakas av blödning kan äventyra förmågan av kardiovaskulära kompensationsmekanismer och slutligen leda till lågt arteriellt blodtryck, allvarlig vävnadshypoxi, och cirkulatorisk chock som kan vara dödlig.
Cirkulatorisk chock orsakad av allvarlig blödning (dvs hemorragisk chock) är en ledande orsak till dödsfall på grund av trauma. 2 En av de mest utmanande aspekterna av att förhindra en patient från att utveckla chock är våroförmåga att känna igen sin tidig debut. Tidig och korrekt bedömning av utvecklingen mot utvecklingen av chocken är för närvarande begränsad i den kliniska inställningen genom teknik (dvs. medicinska monitorer) som ger mätningar av vitala funktioner som förändras mycket lite i de tidiga stadierna av blodförlust på grund av kroppens många kompensations mekanismer för att reglera blodtrycket. 3-6 som sådan, förmågan att mäta den totala summan av kroppens reserv för att kompensera för blodförlust är den mest korrekt bild av vävnadsperfusion tillstånd och risken för att utveckla chock. 1 Denna reserv kallas . kompensations reserv som exakt kan bedömas av realtidsmätningar av förändringar i egenskaperna hos den arteriella vågformen en Utarmning av kompensations reserven replikerar terminalen kardiovaskulär instabilitet observerades hos kritiskt sjuka patienter med plötslig hypotension; ett tillstånd som kallas hemodynamiska decompensation. 7
Förhållandet mellan utnyttjandet av kompensations reserv och reglering av blodtrycket under pågående blodförlust hos människor kan påvisas i laboratoriet med hjälp av en omfattande uppsättning av fysiologiska mätningar (t.ex. blodtryck, hjärtfrekvens, artärblod syremättnad, slagvolym, hjärtminutvolym, vaskulär resistens, andningsfrekvens, puls karaktär, mental status, end-tidal CO2, vävnadssyre) som tillhandahålls av standard fysiologisk övervakning under kontinuerliga progressiva minskningar i centrala blodvolym liknar dem som uppträder under blödning. Sänkt central blodvolym kan induceras icke-invasivt med progressiva ökningar i Lower Body negativt tryck (LBNP). 8 Med denna kombination av fysiologiska mätningar och LBNP, den konceptuella förståelsen av hur man bedömer kroppens förmåga att kompensera för minskad central blodvolym kan lätt demonerkoncentrerat. Denna studie visar prelab preparatet, demonstration av kompensations respons i förhållande till andra fysiologiska reaktioner under simulerade blödning och postlab utvärdering av resultaten. De experimentella tekniker som krävs för att göra mätningar av kompensations reserv demonstreras i en frivillig försöksperson.
Protocol
Representative Results
Discussion
Använda LBNP att orsaka progressiva och kontinuerliga minskningar i centrala blodvolym, kunde vi inducera en typisk reaktion av hemodynamiska dekompensation i ämnet, som kännetecknas av en plötslig hypotension och bradykardi (figur 7). Det är viktigt att förstå att den integrerade kompensations respons på blödning är mycket komplex, 19 vilket resulterar i betydande individuell variation i tolerans mot blodförlust. 1 Som sådan vissa individer har relativt responsiva komp…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöds av finansiering från den amerikanska armén, medicinsk forskning och Materielverk, Combat Casualty Care Program. Vi tackar LTC Kevin S. Akers, MD och Ms. Kristen R. Lye för deras hjälp att göra videon.
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).
