En reproduserbar intensivavdelingsorientert endotoksinmodell hos rotter
Summary
Her presenterer vi en reproduserbar intensivavdelingsorientert endotoksinmodell hos rotter.
Abstract
Sepsis og septiksjokk er fortsatt den ledende dødsårsaken på intensivavdelinger. Til tross for betydelige forbedringer i sepsishåndtering, varierer dødeligheten fortsatt mellom 20 og 30%. Nye behandlingsmetoder for å redusere sepsisrelatert multiorgansvikt og død er presserende nødvendig. Robuste dyremodeller tillater en eller flere behandlingsmetoder, samt for å teste effekten på fysiologiske og molekylære parametere. I denne artikkelen presenteres en enkel dyremodell.
For det første blir generell anestesi indusert hos dyr enten ved bruk av flyktig eller ved intraperitoneal anestesi. Etter plassering av et intravenøst kateter (haleåre), trakeostomi og innsetting av et intraarterialt kateter (halearterie), startes mekanisk ventilasjon. Baseline verdier av gjennomsnittlig arterielt blodtrykk, arteriell oksygenmetning i blodet og hjertefrekvens registreres.
Injeksjonen av lipopolysakkarider (1 milligram/kilo kroppsvekt) oppløst i fosfatbufret saltvann induserer en sterk og reproduserbar inflammatorisk respons via den tolllignende reseptoren 4. Væskekorreksjoner samt påføring av noradrenalin utføres basert på veletablerte protokoller.
Dyremodellen som presenteres i denne artikkelen er lett å lære og sterkt orientert mot klinisk sepsisbehandling på en intensivavdeling med sedasjon, mekanisk ventilasjon, kontinuerlig blodtrykksovervåking og repeterende blodprøvetaking. Modellen er også pålitelig, noe som muliggjør reproduserbare data med et begrenset antall dyr i samsvar med 3R (redusere, erstatte, foredle) prinsipper for dyreforskning. Mens dyreforsøk i sepsisforskning ikke lett kan erstattes, tillater repeterende målinger en reduksjon av dyr og å holde septikdyr bedøvet reduserer lidelsen.
Introduction
Sepsis og dens mer alvorlige form, septisk sjokk, er syndromer på grunnlag av en infeksjon, noe som resulterer i en overshooting inflammatorisk reaksjon med frigjøring av cytokiner, noe som fører til fysiologiske og biokjemiske endringer med undertrykt immunforsvar og dødelige resultater 1,2. Denne ubalanserte inflammatoriske reaksjonen resulterer i organdysfunksjon og organsvikt i ulike vitale organer som lunge, nyre og lever. Med 37%3 er sepsis en av de vanligste årsakene til at en pasient blir innlagt på en intensivavdeling (ICU). Dødelighet av sepsis varierer for tiden rundt 20-30%4. Tidlig og effektiv antibiotikabehandling er av største betydning5. Væske- og vasopressorredning må installeres tidlig, annet enn det, behandlingen er rent støttende6.
Sepsis er definert som en bevist eller mistenkt infeksjon med bakterier, sopp, virus eller parasitter, som er ledsaget av organdysfunksjon. Septisk sjokk kriterier er oppfylt når en ytterligere kardiovaskulær kollaps irresponsiv til væske behandling alene, og et laktat nivå på mer enn 2 millimole / liter er til stede2. Sepsis relatert organsvikt kan oppstå i ethvert organ, men er svært vanlig i kardiovaskulærsystemet, hjernen, nyrene, leveren og lungen. De fleste pasienter som lider av sepsis krever endotrakeal intubasjon for å sikre pasientens luftvei, for å beskytte mot aspirasjon, og for å bruke positiv endeutløpsventilasjon med en høy brøkdel av inspirert oksygen for å forhindre eller overvinne hypoksi. For å tolerere et trakealrør og mekanisk ventilasjon, krever pasienter vanligvis sedasjon.
Endotoksiner, som lipopolysakkarider (LPS) som en komponent i membranen av gram negative bakterier, induserer en sterk inflammatorisk reaksjon via den tolllignende reseptoren (TLR) 47. Aktivering av en definert bane sikrer en stabil inflammatorisk reaksjon. Cytokiner som cytokinindusert nøytrofil kjemoattractantprotein 1 (CINC-1), monocytt kjemoattractant protein 1 (MCP-1) og interleukin 6 (IL-6) er kjent som prognostiske faktorer for alvorlighetsgrad og utfall i denne modellen8. Intravenøs LPS-søknad har blitt brukt til å studere ulike aspekter av sepsis hos rotter 8,9.
Behandling av sepsis er fortsatt en utfordring, spesielt på grunn av mangel på prediktive dyremodeller. Hvis endotoksemi med aktivering av systemisk betennelse er en tilstrekkelig modell for utvikling av farmakologiske terapier er diskutabel. Men med den velkjente LPS-induserte TLR 4-banen kan viktig kunnskap oppnås.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protokollen som er beskrevet her gir en svært reproduserbar, men likevel enkel å lære sepsismodell, som kan tilpasses i henhold til forskningsspørsmålet. Viktige in vivo-data som refererer til organfunksjon som hjertefrekvens, blodtrykk og perifer arteriell oksygenmetning kan samles inn kontinuerlig, og blodprøvetaking kan utføres gjentatte ganger gjennom hele eksperimentet. I tillegg kan modifikasjoner med hensyn til væskeutskiftingsprotokoller og vasopressorstøtte installeres. Gitt dyrenes hemodynamiske stabil…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne vil takke Beatrice Beck-Schimmer (MD) og Erik Schadde (MD) for deres kritiske undersøkelse og deres verdifulle bidrag til dette manuskriptet.
Materials
| 2-0 silk sutures | Ethicon, Sommerville, NJ | K833 | Standard surgical |
| 26 intravenous catheter | Becton Dickinson, Franklin Lakes, NJ | 391349 | Standard anesthesia equipment |
| 6-0 LOOK black braided silk | Surgical Specalities Corporation, Wyomissing, PA | SP114 | Standard surgical |
| Alaris Syringe Pump | Bencton Dickinson | ||
| Betadine | Mundipharma, Basel, Switzerland | 7.68034E+12 | GTIN-number |
| Curved fine tips microforceps | World precision instruments (WPI), Sarasota, FL | 504513 | Facilitates vascular preparation |
| Fine tips microforceps | World precision instruments (WPI), Sarasota, FL | 501976 | Tips need to be polished regularly |
| Infinity Delta XL Anesthesia monitoring | Draeger, Lübeck, Germany | ||
| Isoflurane, 250 mL bottles | Attane, Piramal, Mumbai, India | LDNI 22098 | Standard vet. equipment |
| Ketamine (Ketalar) | Pfitzer, New York, NY | ||
| Lipopolysaccharide (LPS) from Escherichia coli, serotype 055:B5 | Sigma, Buchs, Switzerland | ||
| Q-tips small | Carl Roth GmbH, Karlsruhe, Germany | EH11.1 | Standard surgical |
| Ringerfundin | Bbraun, Melsungen, Germany | ||
| Tec-3 Isofluorane Vaporizer | Ohmeda, GE-Healthcare, Chicago, IL | not available anymore | Standard vet. equipment |
| Xylazine (Xylazin Streuli) | Streuli AG, Uznach, Switzerland |
References
- Hotchkiss, R. S., Karl, I. E. The pathophysiology and treatment of sepsis. New England Journal of Medicine. 348 (2), 138-150 (2003).
- Singer, M., et al. The Third International Consensus Definitions for Sepsis and Septic Shock (Sepsis-3). Journal of the American Medical Association. 315 (8), 801-810 (2016).
- Vincent, J. L., et al. Assessment of the worldwide burden of critical illness: the intensive care over nations (ICON) audit. Lancet Respiratory Medicine. 2 (5), 380-386 (2014).
- Fleischmann, C., et al. Assessment of Global Incidence and Mortality of Hospital-treated Sepsis. Current Estimates and Limitations. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 193 (3), 259-272 (2016).
- Kumar, A., et al. Duration of hypotension before initiation of effective antimicrobial therapy is the critical determinant of survival in human septic shock. Critical Care Medicine. 34 (6), 1589-1596 (2006).
- Gotts, J. E., Matthay, M. A. Sepsis: pathophysiology and clinical management. British Medical Journal. 353, (2016).
- Akira, S., Takeda, K. Toll-like receptor signalling. Nature Reviews Immunology. 4 (7), 499-511 (2004).
- Urner, M., et al. Insight into the beneficial immunomodulatory mechanism of the sevoflurane metabolite hexafluoro-2-propanol in a rat model of endotoxaemia. Clinical and Experimental Immunology. 181 (3), 468-479 (2015).
- Beck-Schimmer, B., et al. Which Anesthesia Regimen Is Best to Reduce Morbidity and Mortality in Lung Surgery?: A Multicenter Randomized Controlled Trial. Anesthesiology. 125 (2), 313-321 (2016).
- Deitch, E. A. Animal models of sepsis and shock: a review and lessons learned. Shock. 9 (1), 1-11 (1998).
- Buras, J. A., Holzmann, B., Sitkovsky, M. Animal models of sepsis: setting the stage. Nature Reviews Drug Discovery. 4 (10), 854-865 (2005).
- Perretti, M., Duncan, G. S., Flower, R. J., Peers, S. H. Serum corticosterone, interleukin-1 and tumour necrosis factor in rat experimental endotoxaemia: comparison between Lewis and Wistar strains. British Journal of Pharmacology. 110 (2), 868-874 (1993).
- Marechal, X., et al. Endothelial glycocalyx damage during endotoxemia coincides with microcirculatory dysfunction and vascular oxidative stress. Shock. 29 (5), 572-576 (2008).
- Thiemermann, C., Ruetten, H., Wu, C. C., Vane, J. R. The multiple organ dysfunction syndrome caused by endotoxin in the rat: attenuation of liver dysfunction by inhibitors of nitric oxide synthase. British Journal of Pharmacology. 116 (7), 2845-2851 (1995).
- Osuchowski, M. F., et al. Minimum quality threshold in pre-clinical sepsis studies (MQTiPSS): an international expert consensus initiative for improvement of animal modeling in sepsis. Intensive Care Medicine Experimental. 6 (1), 26 (2018).
- Fink, M. P., Heard, S. O. Laboratory models of sepsis and septic shock. Journal of Surgical Research. 49 (2), 186-196 (1990).
- Buras, J. A., Holzmann, B., Sitkovsky, M. Animal models of sepsis: Setting the stage. Nature Reviews Drug Discovery. 4 (10), 854-865 (2005).
- Balls, M. The principles of humane experimental technique: timeless insights and unheeded warnings. Altex-Alternatives to Animal Experimentation. 27 (2), 144-148 (2010).
