Öppna Trakeostomituber Gastric Acid aspiration Murina Modell av akut lungskada Resultat i Maximal Akut nonlethal Lung Injury
Summary
This protocol induces acute lung injury in a mouse that has close fidelity to the pathogenesis of acid pneumonitis observed in humans. We generate a maximal acute nonlethal low pH lung injury and account for differences in rodent-human anatomic respiratory structure using an open tracheostomy coupled with circumferential pressure release.
Abstract
Syra pneumonit är en viktig orsak till steril akut lungskada (ALI) hos människor. Syra pneumonit spänner det kliniska spektrumet från asymptomatisk till akut andnödssyndrom (ARDS), kännetecknad av neutrofil alveolit, och skadan för både alveolärt epitel och vaskulärt endotel. Kliniskt är ARDS definieras av akut hypoxemi, bilaterala ojämna lunginfiltrat och icke-kardiogen lungödem. Mänskliga studier har gett oss värdefull information om de fysiologiska och inflammatoriska förändringar i lungan orsakad av ARDS, vilket har lett till olika hypoteser om den underliggande mekanismerna. Tyvärr har svårigheter bestämmer etiologin för ARDS, samt ett brett utbud av patofysiologi resulterat i en brist på viktig information som kan vara användbar för att utveckla terapeutiska strategier.
Translationella djurmodeller är värdefulla när deras patogenes och patofysiologi exakt reproea konceptet visat i både in vitro och kliniska inställningar. Även om stora djurmodeller (t.ex. får) aktie egenskaper anatomi mänskliga luftstrupe-bronker, musmodeller erbjuda en mängd andra fördelar inklusive: låg kostnad; kort reproduktionscykel utlåning sig till en större datainsamling; ett väl förstått immunologisk systemet; och en väl karakteriserad genom leder till att det finns en mängd olika gendeletion och transgena stammar. En robust modell av låga pH-inducerade ARDS kräver en murin ALI som riktar i huvudsak det alveolära epitelet, sekundärt det vaskulära endotelet, såväl som de små luftvägarna som leder till alveolerna. Dessutom är det viktigt ett reproducerbart skada med stora skillnader mellan olika skadliga och icke-skadliga förolämpningar.
Den murina magsyra modell aspiration presenteras här med användning av saltsyra använder en öppen trakeostomi och återskapar en patogen scenario som återger lågt pH pneumonitis skada i människor. Dessutom kan denna modell användas för att undersöka interaktionen mellan ett lågt pH insult med andra lung skadliga enheter (t.ex. matrester, patogena bakterier).
Introduction
ARDS kännetecknas av utbredd lunginflammation och kliniskt ses som akut andnöd med hypoxemi. Dessa symtom uppträder ofta mindre än 24 timmar efter en anstiftan händelse såsom trauma, sepsis, blodtransfusioner relaterade reaktioner eller aspiration. Den kännetecknas histopatologiskt av neutrofil alveolit (dvs utbredd inflammation) lokaliserad till alveolär epitel och vaskulär endotel leder till proteinläckage och därefter hyalinmembran bildning. Aspiration kategoriseras som kemisk lunginflammation eller aspirationspneumoni. 1 Den sura komponenten i mag aspiration bidrar till både pneumonit och förkärlek för att utveckla en sekundär bakteriell lunginflammation. Aspirationspneumoni är en av de viktigaste riskfaktorerna för ALI och efterföljande utveckling av ARDS. 2
Gastric aspiration är en akut händelse definieras som inandning av material från than mage med eller utan svalg flora i luftvägarna bortom stämbanden. Aspirations Innehållet kan innehålla lågt pH magen vätska, bakterier, blod eller matrester. Gastric aspiration förekommer ofta hos patienter i intensivvårdsavdelning (IVA), som är typiskt i en fastande tillstånd och därmed placeras på en protonpumpshämmare att begränsa aspiration av syrade maginnehåll. Förekomsten av ALI i ICU befolkningen i USA är 2,5 – 5 gånger högre jämfört med den allmänna patientpopulationen. 3 Tyvärr är dessa predisponerande tillstånd ofta leder till ett tillstånd av bakteriell överväxt i magen som kan leda till allvarligare följder i lungan efter en strävan händelse, som gastric strävan är en oberoende riskfaktor för utveckling av sekundär bakteriell lunginflammation (SBP) , ALI och ARDS.
Gastric aspiration har två huvudkomponenter: saltsyra och maginnehåll, som kan eller inte kan innehålla bakteriereller livsmedels partikelformigt. I gnagarmodell syrakomponenten ensam av gastrisk aspiration producerar ett initialt inflammatoriskt svar som en följd av den direkta frätskada av lågt pH på luftvägsepitel. Detta följs av en neutrofil infiltration och ett inflammatoriskt svar vid ställningen 4 – 6 timmar. 4 Dessa två faktorer i slutändan leda till förstörelse av lung mikrovaskulära integritet vilket leder till extravasation av vätska och proteiner i alveolerna och luftvägar. För att förstå detta patofysiologi och ytterligare undersöka möjliga terapeutiska ingrepp, är det viktigt att utveckla och karakterisera en djurmodell som belyser de bakomliggande mekanismer som är involverade. Enbart en sur aspirera måste vara voluminös eller med ett tillräckligt lågt pH för att kringgå den buffrande kapacitet i andningsträdet och nå alveolerna. Om detta inte sker, förekommer endast en övergående övre luftvägarna skada som är mindre sannolikt att leda till allvarliga följdsjukdomar av ARDS. 5 </ Sup>
Att emulera en strävan händelse noggrant med skadade alveolära epitel, är det viktigt att kringgå ett djurs naturliga försvar. Med hjälp av en mus aspiration modell för att producera en ALI som efterliknar magsyra skada hos människa, måste man ta hänsyn till skillnaderna i luftstrupen-bronker. Den öppna trakeostomi teknik som denna metod utnyttjar förbi skillnaderna mellan murina och humana respiratoriska träd och modeller Skadan på ett sätt som återger ALI både fysiologiskt och histologiskt. Historiskt var intratrakeal intubering användes för att generera ALI, men det anses svårt att utföra i möss utan laryngeal skada. Därför erbjuder denna metod ett potentiellt alternativ som har gett konsekventa resultat över flera forskare och med minimal förfarandet tillskrivs dödlighet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Målet var att utveckla en ALI djurmodell med hjälp av magsyra aspiration som liknar den patofysiologi som sker hos människa under utveckling av syra pneumonit och efterföljande ARDS. Vid utvecklingen av en modell, vi valde en djurart som erbjuder hög förvärvs genomströmning data på grund av dess låga kostnader, korta reproduktionscykel och en väl förstått immunologiska systemet med ett överflöd av utredningsverktyg (dvs. monoklonala antikroppar, transgena stammar).
<p class="jove_conten…Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ravi Alluri and Hilliard L. Kutscher are supported by Ruth L. Kirschstein National Research Service Award (NRSA) Institutional Research Training Grant 1T32GM099607.
Materials
| syringe, 1cc | Becton Dickinson | 309628 | |
| syringe, 5cc | Becton Dickinson | 309646 | |
| needle, 22 ga x 1 1/2" | Becton Dickinson | 305159 | |
| needle, 26 ga x 1 1/2" | Becton Dickinson | 305111 | |
| 1-O Braided Silk Suture | Harvard Apparatus | 517730 | |
| 3" Curved tissue serrated forceps | Fine Science Tools | 11065-07 | |
| 3" Curved tissue "toothed" forceps, 1×2 teeth | Fine Science Tools | 11067-07 | |
| 4" curved micro dissecting scissors | Fine Science Tools | 14061-10 | |
| bone cutting spring scissors | Fine Science Tools | 16144-13 | |
| 3 1/2" curved locking hemostat | Fine Science Tools | 13021-12 | |
| Disposable Skin Stapler | 3M | DS-25 | |
| tracheal cannula (20 ga x 1/2" stainless steal tubing adapter) | Becton Dickinson | 408210 | |
| 60-degree Incline Dissection Board | |||
| 0.5% Bupivacaine | |||
| Isoflurane | |||
| Betadine and "Q-tip" cotton applicator |
Riferimenti
- Knight, P. R., Rutter, T., Tait, A. R., Coleman, E., Johnson, K. Pathogenesis of gastric particulate lung injury: a comparison and interaction with acidic pneumonitis. Anesth Analg. 77 (4), 754-760 (1993).
- Raghavendran, K., Nemzek, J., Napolitano, L. M., Knight, P. R. Aspiration-induced lung injury. Crit Care Med. 39 (4), 818-826 (2011).
- Rubenfeld, G. D., et al. Incidence and outcomes of acute lung injury. N Engl J Med. 353 (16), 1685-1693 (2005).
- Kennedy, T. P., et al. Acute acid aspiration lung injury in the rat: biphasic pathogenesis. Anesthesia & Analgesia. 69 (1), 87-92 (1989).
- Kudoh, I., et al. The effect of pentoxifylline on acid-induced alveolar epithelial injury. Anesthesiology. 82 (2), 531-541 (1995).
- Prophet, E. B., Mills, B., Arrington, J. B., Sobin, L. H. . Laboratory methods in histotechnology. , (1995).
- Kyriakides, C., et al. Membrane attack complex of complement and neutrophils mediate the injury of acid aspiration. J Appl Physiol. 87 (6), 2357-2361 (1999).
- Yoshikawa, S., et al. Acute ventilator-induced vascular permeability and cytokine responses in isolated and in situ mouse lungs. J Appl Physiol. 97 (6), 2190-2199 (2004).
- Eyal, F. G., Hamm, C. R., Coker-Flowers, P., Stober, M., Parker, J. C. The neutralization of alveolar macrophages reduces barotrauma-induced lung injury. FASEB J. 16 (4), 410-411 (2002).
- Hermans, C., Bernard, A. Lung epithelium-specific proteins: characteristics and potential applications as markers. Am J Respir Crit Care Med. 159 (2), 646-678 (1999).
- Segal, B. H., et al. Acid aspiration-induced lung inflammation and injury are exacerbated in NADPH oxidase-deficient mice. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 292 (3), 760-768 (2007).
- Matthay, M. A., Robriquet, L., Fang, X. Alveolar epithelium: role in lung fluid balance and acute lung injury. Proc Am Thorac Soc. 2 (3), 206-213 (2005).
- Richard, J. C., Factor, P., Welch, L. C., Schuster, D. P. Imaging the spatial distribution of transgene expression in the lungs with positron emission tomography. Gene Ther. 10 (25), 2074-2080 (2003).
