Gestandaardiseerde hemorragische shock inductie geleid door cerebrale Oximetrie en uitgebreide hemodynamische controle bij varkens
Summary
Hemorragische shock is een ernstige complicatie bij ernstig gewonde patiënten, wat leidt tot levensbedreigende zuurstof ondervoeding. We presenteren een gestandaardiseerde methode voor het induceren van hemorragische shock via bloed terugtrekking bij varkens die wordt geleid door hemodynamiek en microcirculatoire cerebrale oxygenatie.
Abstract
Hemorragische shock behoort tot de belangrijkste redenen voor ernstige letsel-gerelateerde dood. Het verlies van circulatoire volume en zuurstofdragers kan leiden tot een onvoldoende zuurstoftoevoer en onomkeerbaar orgaan falen. De hersenen oefent slechts beperkte compensatie capaciteiten uit en is met name een hoog risico op ernstige hypoxische schade. Dit artikel demonstreert de reproduceerbare inductie van levensbedreigende hemorragische Shock in een varkens model door middel van berekende bloed terugtrekking. We titreren shock inductie geleid door near-infraroodspectroscopie en uitgebreide hemodynamische monitoring om systemische bloedsomloop falen, evenals cerebrale microcirculatoire zuurstofdepletie weer te geven. In vergelijking met soortgelijke modellen die zich voornamelijk richten op vooraf gedefinieerde verwijderings volumes voor Shock inductie, wijst deze aanpak op een titratie door middel van het resulterende falen van de macro-en microcirculatie.
Introduction
Massale bloedverlies is een van de belangrijkste oorzaken van letsel-gerelateerde sterfgevallen1,2,3. Het verlies van de bloedsomloop vloeistof en zuurstof dragers leidt tot hemodynamische mislukking en ernstige zuurstof ondervoeding en kan leiden tot onomkeerbaar orgaan falen en overlijden. Het prioriteitsniveau van shock wordt beïnvloed door extra factoren zoals hypothermie, coagulopathie en acidose4. Met name de hersenen, maar ook de nieren gebrek aan compensatie capaciteit als gevolg van hoge zuurstofbehoefte en de incapaciteit van adequate anaerobe energieopwekking5,6. Voor therapeutische doeleinden is snelle en onmiddellijke actie van cruciaal belang. In de klinische praktijk is vloeistof reanimatie met een gebalanceerde elektrolytoplossing de eerste optie voor behandeling, gevolgd door de toediening van rode bloedcel concentraten en vers bevroren plasma. Trombocyten concentraten, catecholamines, en de optimalisering van de coagulatie en de zuur-base status ondersteunen de therapie om normale fysiologische omstandigheden na aanhoudende trauma te herwinnen. Dit concept richt zich op het herstel van de hemodynamiek en de macro circulatie. Verschillende studies, echter, tonen aan dat de microcirculatoire perfusie niet gelijktijdig met de macro circulatie herstelt. Vooral, cerebrale perfusie blijft aangetast en verdere zuurstof ondervoeding kan voorkomen7,8.
Het gebruik van diermodellen stelt wetenschappers in staat om nieuwe of experimentele strategieën te ontwikkelen. De vergelijkbare anatomie, homologie, en fysiologie van varkens en mensen maken conclusies over specifieke pathologische factoren mogelijk. Beide soorten hebben een soortgelijk metabolisch systeem en reageren op farmacologische behandelingen. Dit is een groot voordeel in vergelijking met kleine diermodellen waarbij verschillen in bloed volume, hemodynamiek en algemene fysiologie het bijna onmogelijk maken om een klinisch scenario9na te bootsen. Bovendien kunnen geautoriseerde medische apparatuur en verbruiksartikelen gemakkelijk worden gebruikt in varkens modellen. Bovendien is het gemakkelijk mogelijk om varkens te krijgen van commerciële leveranciers, die een hoge diversiteit aan genetica en fenotypes mogelijk maakt en kostenreducerende10is. Het model van bloed terugtrekking via het vat cannulatie is heel gebruikelijk11,12,13,14,15.
In deze studie, we breiden het concept van hemorrhagische shock inductie via arteriële bloed terugtrekking met een exacte titratie van hemodynamische falen en cerebrale oxygenatie stoornis. Hemorragische shock wordt bereikt als de cardiale index en de gemiddelde arteriële druk daalt onder 40% van de baselinewaarde, waarvan is aangetoond dat het een aanzienlijke verslechtering van de cerebrale regionale oxygenatie verzadiging8. Pulse contour cardiale output (PiCCO) meting wordt gebruikt voor continue hemodynamische monitoring. Ten eerste moet het systeem worden gekalibreerd door transpulmonaire thermodilution, waarmee de berekening van de cardiale index van het extravasculaire Long watergehalte en het mondiale eind diastolische volume mogelijk wordt. Vervolgens wordt de continue cardiale index berekend door puls contour analyse en biedt ook dynamische voorladen parameters zoals pulsdruk en beroerte volume variatie.
Deze techniek is goed vastgesteld in klinische en experimentele instellingen. Near-Infrared spectroscopie (NIRS) is een klinisch en experimenteel vastgestelde methode om veranderingen in cerebrale zuurstoftoevoer in real-time te monitoren. Zelf-aanhankende sensoren zijn bevestigd aan de linker en rechter voorhoofd en bereken de cerebrale oxygenatie niet-invasief in de cerebrale frontale cortex. Twee golflengten van infraroodlicht (700 en 900 nm) worden uitgezonden en gedetecteerd door de sensoren na te zijn gereflecteerd uit het cortex-weefsel. Om het cerebrale zuurstofgehalte te beoordelen, worden bijdragen van arteriële en veneuze bloed berekend in 1:3 relaties en bijgewerkt in 5 s intervallen. De gevoeligheid in diepte van 1-4 cm is exponentieel afneemt en wordt beïnvloed door het gepenetreerde weefsel (bijv. huid en botten), hoewel de schedel doorschijnend is tot infraroodlicht. De techniek vergemakkelijkt snelle therapeutische acties om patiënten te voorkomen van ongunstige uitkomsten zoals Delirium of hypoxische hersenletsel en dient als de doelparameter in geval van verminderde cardiale output16,17. De combinatie van beide technieken tijdens experimentele schok zorgt voor een exacte titratie van de macro circulatie, evenals cerebrale microcirculatoire stoornis, om dit levensbedreigende voorval te bestuderen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het protocol beschrijft een methode van inducerende hemorragische shock via gecontroleerde arteriële bloeding bij varkens die wordt geleid door systemische hemodynamiek, evenals door cerebrale microcirculatoire stoornis. Schok condities werden bereikt door een berekende bloed opname van 25-35 mL kg-1 en bevestigd door de genoemde samenstelling van vervangende parameters die duiden op aanzienlijke cardio-circulatoire insufficiëntie. Indien onbehandeld, deze procedure was dodelijk binnen 2 h in 66% van de dier…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs willen Dagmar Dirvonskis bedanken voor haar uitstekende technische ondersteuning.
Materials
| 3-way-stopcock blue | Becton Dickinson Infusion Therapy AB Helsingborg, Sweden | 394602 | Drug administration |
| 3-way-stopcock red | Becton Dickinson Infusion Therapy AB Helsingborg, Sweden | 394605 | Drug administration/Shock induction |
| Atracurium | Hikma Pharma GmbH , Martinsried | AM03AC04* | Anesthesia |
| Canula 20 G | Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain | 301300 | Vascular access |
| Datex Ohmeda S5 | GE Healthcare Finland Oy, Helsinki, Finland | – | Hemodynamic monitor |
| Desinfection | Schülke & Mayr GmbH, Germany | 104802 | Desinfection |
| Heidelberger Verlängerung 75CM | Fresenius Kabi Deutschland GmbH | 2873112 | Drug administration/Shock induction |
| INVOS 5100C Cerebral | Medtronic PLC, USA | – | Monitore for cerebral regional oxygenation |
| INVOS Cerebral/Somatic Oximetry Adult Sensors | Medtronic PLC, USA | 20884521211152 | Monitoring of the cerebral regional oxygenation |
| Endotracheal tube | Teleflex Medical Sdn. Bhd, Malaysia | 112482 | Intubation |
| Endotracheal tube introducer | Wirutec GmbH, Sulzbach, Germany | 5033062 | Intubation |
| Engström Carestation | GE Heathcare, Madison USA | – | Ventilator |
| Fentanyl | Janssen-Cilag GmbH, Neuss | AA0014* | Anesthesia |
| Gloves | Paul Hartmann, Heidenheim, Germany | 9422131 | Self-protection |
| Incetomat-line 150 cm | Fresenius, Kabi GmbH, Bad Homburg, Germany | 9004112 | Drug administration |
| Ketamine | Hameln Pharmaceuticals GmbH, Zofingen, Schweiz | AN01AX03* | Sedation |
| Laryngoscope | Teleflex Medical Sdn. Bhd, Malaysia | 671067-000020 | Intubation |
| Logical pressure monitoring system | Smith- Medical GmbH, Minneapolis, USA | MX9606 | Hemodynamic monitor |
| Logicath 7 Fr 3-lumen 30cm | Smith- Medical GmbH, Minneapolis, USA | MXA233x30x70-E | Vascular access/Drug administration |
| Masimo Radical 7 | Masimo Corporation, Irvine, USA | – | Hemodynamic monitor |
| Mask for ventilating dogs | Henry Schein, Melville, USA | 730-246 | Ventilation |
| Original Perfusor syringe 50ml Luer Lock | B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | 8728810F | Drug administration |
| PICCO Thermodilution. F5/20CM EW | MAQUET Cardiovascular GmbH, Rastatt, Germany | PV2015L20-A | Hemodynamic monitor |
| Percutaneous sheath introducer set 8,5 und 9 Fr, 10 cm with integral haemostasis valve/sideport | Arrow international inc., Reading, USA | AK-07903 | Vascular access/Shock induction |
| Perfusor FM Braun | B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | 8713820 | Drug administration |
| Potassium chloride | Fresenius, Kabi GmbH, Bad Homburg, Germany | 6178549 | Euthanasia |
| Propofol 2% | Fresenius, Kabi GmbH, Bad Homburg, Germany | AN01AX10* | Anesthesia |
| Pulse Contour Cardiac Output (PiCCO2) | Pulsion Medical Systems, Feldkirchen, Germany | – | Hemodynamic monitor |
| Sonosite Micromaxx Ultrasoundsystem | Fujifilm, Sonosite Bothell, Bothell, USA | – | Vascular access |
| Stainless Macintosh Size 4 | Teleflex Medical Sdn. Bhd, Perak, Malaysia | 670000 | Intubation |
| Sterofundin | B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | AB05BB01* | balanced electrolyte infusion |
| Stresnil 40mg/ml | Lilly Germany GmbH, Wiesbaden, Germany | QN05AD90 | Sedation |
| Syringe 10 mL | Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain | 309110 | Drug administration |
| Syringe 2 mL | Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain | 300928 | Drug administration |
| Syringe 20 mL | Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain | 300296 | Drug administration |
| Syringe 5 mL | Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain | 309050 | Drug administration |
| venous catheter 22G | B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | 4269110S-01 | Vascular access |
| *ATC: Anatomical Therapeutic Chemical / Defined Daily Dose Classification | |||
Riferimenti
- Kutcher, M. E., et al. A paradigm shift in trauma resuscitation: evaluation of evolving massive transfusion practices. JAMA Surgery. 148 (9), 834-840 (2013).
- Allen, B. S., Ko, Y., Buckberg, G. D., Sakhai, S., Tan, Z. Studies of isolated global brain ischaemia: I. A new large animal model of global brain ischaemia and its baseline perfusion studies. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 41 (5), 1138-1146 (2012).
- Noll, E., et al. Comparative analysis of resuscitation using human serum albumin and crystalloids or 130/0.4 hydroxyethyl starch and crystalloids on skeletal muscle metabolic profile during experimental haemorrhagic shock in swine: A randomised experimental study. European Journal of Anaesthesiology. 34 (2), 89-97 (2017).
- Tisherman, S. A., Stein, D. M. ICU Management of Trauma Patients. Critical Care Medicine. , (2018).
- Nielsen, T. K., Hvas, C. L., Dobson, G. P., Tonnesen, E., Granfeldt, A. Pulmonary function after hemorrhagic shock and resuscitation in a porcine model. Acta Anaesthesiologica Scandinavica. 58 (8), 1015-1024 (2014).
- Bogert, J. N., Harvin, J. A., Cotton, B. A. Damage Control Resuscitation. Journal of Intensive Care Medicine. 31 (3), 177-186 (2016).
- Gruartmoner, G., Mesquida, J., Ince, C. Fluid therapy and the hypovolemic microcirculation. Current Opinion in Critical Care. 21 (4), 276-284 (2015).
- Ziebart, A., et al. Effect of gelatin-polysuccinat on cerebral oxygenation and microcirculation in a porcine haemorrhagic shock model. Scandinavian Journal Trauma Resuscitation Emergency Medicin. 26 (1), 15 (2018).
- Bassols, A., et al. The pig as an animal model for human pathologies: A proteomics perspective. Proteomics Clinical Applications. 8 (9-10), 715-731 (2014).
- Alosh, H., Ramirez, A., Mink, R. The correlation between brain near-infrared spectroscopy and cerebral blood flow in piglets with intracranial hypertension. Journal of Applied Physiology. 121 (1985), 255-260 (2016).
- Hartmann, E. K., et al. Ventilation/perfusion ratios measured by multiple inert gas elimination during experimental cardiopulmonary resuscitation. Acta Anaesthesiologica Scandinavica. 58 (8), 1032-1039 (2014).
- Hartmann, E. K., Duenges, B., Baumgardner, J. E., Markstaller, K., David, M. Correlation of thermodilution-derived extravascular lung water and ventilation/perfusion-compartments in a porcine model. Intensive Care Medicine. 39 (7), 1313-1317 (2013).
- Hartmann, E. K., et al. An inhaled tumor necrosis factor-alpha-derived TIP peptide improves the pulmonary function in experimental lung injury. Acta Anaesthesiologica Scandinavica. 57 (3), 334-341 (2013).
- Ortiz, A. L., et al. The influence of Ringer’s lactate or HES 130/0.4 administration on the integrity of the small intestinal mucosa in a pig hemorrhagic shock model under general anesthesia. Journal of the Veterinary Emergency and Critical. 27 (1), 96-107 (2017).
- Ziebart, A., et al. Low tidal volume pressure support versus controlled ventilation in early experimental sepsis in pigs. Respiratory Research. 15, 101 (2014).
- Hoffman, G. M., et al. Postoperative Cerebral and Somatic Near-Infrared Spectroscopy Saturations and Outcome in Hypoplastic Left Heart Syndrome. The Annals of Thoracic Surgery. 103 (5), 1527-1535 (2017).
- Hickok, R. L., Spaeder, M. C., Berger, J. T., Schuette, J. J., Klugman, D. Postoperative Abdominal NIRS Values Predict Low Cardiac Output Syndrome in Neonates. World Journal for Pediatric and Congenital Heart Surgery. 7 (2), 180-184 (2016).
- Weiner, M. M., Geldard, P., Mittnacht, A. J. Ultrasound-guided vascular access: a comprehensive review. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 27 (2), 345-360 (2013).
- Kumar, A., Chuan, A. Ultrasound guided vascular access: efficacy and safety. Best Practice & Research: Clinical Anaesthesiology. 23 (3), 299-311 (2009).
- Lamperti, M., et al. International evidence-based recommendations on ultrasound-guided vascular access. Intensive Care Medicine. 38 (7), 1105-1117 (2012).
- Mayer, J., Suttner, S. Cardiac output derived from arterial pressure waveform. Current Opinion in Anesthesiology. 22 (6), 804-808 (2009).
- Medtronic. . Operations Manual INVOS ® System, Model 5100C. , (2013).
- Wani, T. M., Rafiq, M., Akhter, N., AlGhamdi, F. S., Tobias, J. D. Upper airway in infants-a computed tomography-based analysis. Paediatric Anaesthesia. 27 (5), 501-505 (2017).
- Tuna Katircibasi, M., Gunes, H., Cagri Aykan, A., Aksu, E., Ozgul, S. Comparison of Ultrasound Guidance and Conventional Method for Common Femoral Artery Cannulation: A Prospective Study of 939 Patients. Acta Cardiologica Sinica. 34 (5), 394-398 (2018).
- Teeter, W. A., et al. Feasibility of basic transesophageal echocardiography in hemorrhagic shock: potential applications during resuscitative endovascular balloon occlusion of the aorta (REBOA). Cardiovascular Ultrasound. 16 (1), 12 (2018).
- Kontouli, Z., et al. Resuscitation with centhaquin and 6% hydroxyethyl starch 130/0.4 improves survival in a swine model of hemorrhagic shock: a randomized experimental study. European Journal of Trauma and Emergency Surgery. , (2018).
- Nikolian, V. C., et al. Improvement of Blood-Brain Barrier Integrity in Traumatic Brain Injury and Hemorrhagic Shock Following Treatment With Valproic Acid and Fresh Frozen Plasma. Critical Care Medicine. 46 (1), e59-e66 (2018).
- Williams, T. K., et al. Endovascular variable aortic control (EVAC) versus resuscitative endovascular balloon occlusion of the aorta (REBOA) in a swine model of hemorrhage and ischemia reperfusion injury. The Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 85 (3), 519-526 (2018).
- Aly, S. A., et al. Cerebral tissue oxygenation index and lactate at 24 hours postoperative predict survival and neurodevelopmental outcome after neonatal cardiac surgery. Congenital Heart Disease. 12 (2), 188-195 (2017).
- Sorensen, H. Near infrared spectroscopy evaluated cerebral oxygenation during anesthesia. The Danish Medical Journal. 63 (12), (2016).
- Cem, A., et al. Efficacy of near-infrared spectrometry for monitoring the cerebral effects of severe dilutional anemia. Heart Surgery Forum. 17 (3), E154-E159 (2014).
- Edmonds, H. L., Ganzel, B. L., Austin, E. H. Cerebral oximetry for cardiac and vascular surgery. Seminars in Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 8 (2), 147-166 (2004).
- Murkin, J. M., et al. Monitoring brain oxygen saturation during coronary bypass surgery: a randomized, prospective study. Anesthesia & Analgesia. 104 (1), 51-58 (2007).
- Hong, S. W., et al. Prediction of cognitive dysfunction and patients’ outcome following valvular heart surgery and the role of cerebral oximetry. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 33 (4), 560-565 (2008).
- Al Tayar, A., Abouelela, A., Mohiuddeen, K. Can the cerebral regional oxygen saturation be a perfusion parameter in shock?. Journal of Critical Care. 38, 164-167 (2017).
- Torella, F., Cowley, R. D., Thorniley, M. S., McCollum, C. N. Regional tissue oxygenation during hemorrhage: can near infrared spectroscopy be used to monitor blood loss?. Shock. 18 (5), 440-444 (2002).
- Yao, F. S., Tseng, C. C., Ho, C. Y., Levin, S. K., Illner, P. Cerebral oxygen desaturation is associated with early postoperative neuropsychological dysfunction in patients undergoing cardiac surgery. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 18 (5), 552-558 (2004).
- Slater, J. P., et al. Cerebral oxygen desaturation predicts cognitive decline and longer hospital stay after cardiac surgery. The Annals of Thoracic Surgery. 87 (1), 36-44 (2009).
- Brodt, J., Vladinov, G., Castillo-Pedraza, C., Cooper, L., Maratea, E. Changes in cerebral oxygen saturation during transcatheter aortic valve replacement. Journal of Clinical Monitoring and Computing. 30 (5), 649-653 (2016).
- Yoshimura, A., et al. Altered cortical brain activity in end stage liver disease assessed by multi-channel near-infrared spectroscopy: Associations with delirium. Scintific Reports. 7 (1), 9258 (2017).
- Douds, M. T., Straub, E. J., Kent, A. C., Bistrick, C. H., Sistino, J. J. A systematic review of cerebral oxygenation-monitoring devices in cardiac surgery. Perfusion. 29 (6), 545-552 (2014).
- Forman, E., et al. Noninvasive continuous cardiac output and cerebral perfusion monitoring in term infants with neonatal encephalopathy: assessment of feasibility and reliability. Pediatric Research. 82 (5), 789-795 (2017).
- Tweddell, J. S., Ghanayem, N. S., Hoffman, G. M. Pro: NIRS is " standard of care " for postoperative management. Seminars in Thoracic and Cardiovascular Surgery: Pediatric Cardiac Surgery Annual. 13 (1), 44-50 (2010).
- Lewis, C., Parulkar, S. D., Bebawy, J., Sherwani, S., Hogue, C. W. Cerebral Neuromonitoring During Cardiac Surgery: A Critical Appraisal With an Emphasis on Near-Infrared Spectroscopy. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 32 (5), 2313-2322 (2018).
- Thudium, M., Heinze, I., Ellerkmann, R. K., Hilbert, T. Cerebral Function and Perfusion during Cardiopulmonary Bypass: A Plea for a Multimodal Monitoring Approach. Heart Surgery Forum. 2 (1), E028-E035 (2018).
- Putzer, G., et al. Monitoring of brain oxygenation during hypothermic CPR – A prospective porcine study. Resuscitation. 104, 1-5 (2016).
- Weenink, R. P., et al. Detection of cerebral arterial gas embolism using regional cerebral oxygen saturation, quantitative electroencephalography, and brain oxygen tension in the swine. Journal of Neuroscience Methods. 228, 79-85 (2014).
- Mader, M. M., et al. Evaluation of a New Multiparameter Brain Probe for Simultaneous Measurement of Brain Tissue Oxygenation, Cerebral Blood Flow, Intracranial Pressure, and Brain Temperature in a Porcine Model. Neurocritical Care. , (2018).
- Mikkelsen, M. L. G., et al. The influence of norepinephrine and phenylephrine on cerebral perfusion and oxygenation during propofol-remifentanil and propofol-remifentanil-dexmedetomidine anaesthesia in piglets. Acta Veterinaria Scandinavica. 60 (1), 8 (2018).
- Nelskyla, A., et al. The effect of 50% compared to 100% inspired oxygen fraction on brain oxygenation and post cardiac arrest mitochondrial function in experimental cardiac arrest. Resuscitation. 116, 1-7 (2017).
- Klein, K. U., et al. Intraoperative monitoring of cerebral microcirculation and oxygenation–a feasibility study using a novel photo-spectrometric laser-Doppler flowmetry. European Journal of Trauma and Emergency Surgery. 22 (1), 38-45 (2010).
- Ziebart, A., et al. Pulmonary effects of expiratory-assisted small-lumen ventilation during upper airway obstruction in pigs. Anaesthesia. 70 (10), 1171-1179 (2015).
- Reisz, J. A., et al. All animals are equal but some animals are more equal than others: Plasma lactate and succinate in hemorrhagic shock-A comparison in rodents, swine, nonhuman primates, and injured patients. The Journal of Trauma and Acute. 84 (3), 537-541 (2018).
- Smith, D. M., Newhouse, M., Naziruddin, B., Kresie, L. Blood groups and transfusions in pigs. Xenotransplantation. 13 (3), 186-194 (2006).
- Boysen, S. R., Caulkett, N. A., Brookfield, C. E., Warren, A., Pang, J. M. Splenectomy Versus Sham Splenectomy in a Swine Model of Controlled Hemorrhagic. Shock. 46 (4), 439-446 (2016).
- Wade, C. E., Hannon, J. P. Confounding factors in the hemorrhage of conscious swine: a retrospective study of physical restraint, splenectomy, and hyperthermia. Circulatory Shock. 24 (3), 175-182 (1988).
