Overflateaktiv uttømming kombinert med skadelig ventilasjon resulterer i en reproduserbar modell av akutt respiratorisk nødsyndrom (ARDS)
Summary
En kombinasjon av overflateaktiv utvasking med 0,9% saltvann (35 ml/kg kroppsvekt, 37 °C) og høy tidevannsvolumventilasjon med lav PEEP for å forårsake moderat respiratorindusert lungeskade (VILI) resulterer i eksperimentelt akutt respiratorisk nødsyndrom (ARDS). Denne metoden gir en modell for lungeskade med lav/begrenset rekrutterbarhet for å studere effekten av ulike ventilasjonsstrategier i lengre perioder.
Abstract
Ulike dyremodeller eksisterer for å studere de komplekse patomekanismer av akutt respiratorisk nødsyndrom (ARDS). Disse modellene inkluderer pulmo-arteriell infusjon av oljesyre, infusjon av endotoksiner eller bakterier, cecal ligation og punktering, ulike lungebetennelsesmodeller, lunge iskemi / reperfusjonsmodeller og selvfølgelig overflateaktive uttømmingsmodeller, blant andre. Surfaktant uttømming gir en rask, reproduserbar forverring av lungegassutveksling og hemodynamikk og kan induseres hos bedøvede griser ved hjelp av gjentatte lungeskylling med 0,9% saltvann (35 ml / kg kroppsvekt, 37 ° C). Den overflateaktive uttømmingsmodellen støtter undersøkelser med standard respiratorisk og hemodynamisk overvåking med klinisk anvendte enheter. Men modellen lider av en relativt høy rekrutterbarhet og ventilasjon med høyt luftveistrykk kan umiddelbart redusere alvorlighetsgraden av skaden ved å gjenåpne atelektatiske lungeområder. Dermed er denne modellen ikke egnet for undersøkelser av respiratorregimer som bruker høyt luftveistrykk. En kombinasjon av overflateaktiv uttømming og skadelig ventilasjon med høyt tidevannsvolum/lavt positivt sluttutløpstrykk (høy TV/lav PEEP) for å forårsake respiratorindusert lungeskade (VILI) vil redusere rekrutteringen av den resulterende lungeskaden. Fordelene ved en rettidig induksjon og muligheten til å utføre eksperimentell forskning i en setting som kan sammenlignes med en intensivavdeling, bevares.
Introduction
Dødeligheten av det akutte respiratoriske nødsyndromet (ARDS) forblir høy med verdier over 40% 1 til tross forintensiv forskning siden den første beskrivelsen av Ashbough og Petty i 19672. Naturligvis er undersøkelsen av nye terapeutiske tilnærminger begrenset i klinikken på grunn av etiske bekymringer og mangel på standardisering av underliggende patologier, omgivelsesforhold og co-medisiner, mens dyremodeller muliggjør systematisk forskning under standardiserte forhold.
Dermed har eksperimentelle ARDS blitt indusert i enten store dyr (f.eks. griser) eller små dyr (f.eks. gnagere) ved hjelp av ulike metoder som pulmoarteriell infusjon av oljesyre, intravenøs (dvs. infusjon av bakterier og endotoksiner, eller cecal ligation og punktering (CLP) modeller som forårsaker sepsis-indusert ARDS. I tillegg brukes direkte lungeskader forårsaket av brannskader og røykinnånding eller lungeiskemi/reperfusjon (I/R)3. En ofte brukt modell av direkte lungeskade er overflateaktiv uttømming med lungeskylling som først beskrevet av Lachmann et al. hos marsvin4.
Overflateaktiv uttømming er en svært reproduserbar metode som resulterer raskt i kompromisser i gassutveksling og hemodynamikk5. En stor fordel er muligheten til å bruke overflateaktiv uttømming i store arter som muliggjør støtteforskning med klinisk brukte mekaniske respiratorer, katetre og skjermer. En stor ulempe med den overflateaktive uttømmingsmodellen er imidlertid den umiddelbare rekrutteringen av atelektatiske lungeområder når høyt luftveistrykk eller rekrutteringsmanøvrer, for eksempel utsatt posisjonering, brukes. Modellen er derfor ikke egnet til å undersøke for eksempel automatisert ventilasjon med høye PEEP-nivåer i lengre tid6. Yoshida et al. beskrev en kombinasjon av overflateaktiv uttømming og ventilasjon med høyt inspiratorisk luftveistrykk for å indusere eksperimentell ARDS7, men modellen deres krever et forseggjort vedlikehold av delvis oksygentrykk (PaO 2 ) i en forhåndsdefinertkorridorvia gjentatt blodgassprøvetaking og justering av kjøretrykket i henhold til et glidende bord med inspiratorisk trykk og PEEP.
Totalt sett kan en modell med en altfor aggressiv skadelig ventilasjon eller en arbeidskrevende, gjentatt justering av ventilasjonsregimet føre til strukturell skade på lungene, noe som er for alvorlig og resulterer i etterfølgende multippel organsvikt. Dermed gir denne artikkelen en detaljert beskrivelse av en lett mulig modell av overflateaktiv uttømming pluss skadelig ventilasjon med høy TV / lav PEEP for induksjon av eksperimentell ARDS, som støtter forskning med klinisk brukte ventilasjonsparametere i lengre perioder.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne artikkelen beskriver induksjonen av eksperimentell ARDS hos griser som kombinerer overflateaktiv uttømming ved gjentatte lungeskylling og ventilasjon med høye tidevannsvolumer, lav PEEP og fullstendig inflasjon / deflasjon av lungene. Denne kombinasjonen forårsaker en reproduserbar og sammenlignbar forverring i gassutveksling og det resulterende hemodynamiske kompromisset, men begrenser lungenes rekrutteringsevne. Dermed etterligner denne modellen klinisk ARDS med lav rekrutterbarhet og tillater undersøkelse av…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi anerkjenner takknemlig den utmerkede tekniske hjelpen til Birgit Brandt. Denne studien ble støttet av et stipend fra det tyske føderale utdannings- og forskningsdepartementet (FKZ 13GW0240A-D).
Materials
| Evita Infinity V500 | Dräger | intensive care ventilator | |
| Flow through chamber thermistor | Baxter | 93-505 | for measuring cardiac output |
| Leader Cath Set | Vygon | 1,15,805 | arterial catheter |
| Mallinckrodt Tracheal Tube Cuffed | Covidien | 107-80 | 8.0 mm ID |
| MultiCath3 | Vygon | 1,57,300 | 3 lumen central venous catheter, 20 cm length |
| Percutaneus Sheath Introducer Set | Arrow | SI-09600 | introducer sheath for pulmonary artery catheter of 4-6 Fr., 10 cm length |
| Swan-Ganz True Size Thermodilution Catheter | Edwards | 132F5 | pulmonary artery catheter, 75 cm length |
| urinary catheter | no specific model requiered | ||
| Vasofix Braunüle 20G | B Braun | 4268113B | peripheral vein catheter |
| Vigilance I | Edwards | monitor |
References
- Bellani, G., et al. Epidemiology, patterns of care, and mortality for patients with acute respiratory distress syndrome in intensive care units in 50 countries. JAMA. 315 (8), 788-800 (2016).
- Ashbaugh, D. G., Bigelow, D. B., Petty, T. L., Levine, B. E. Acute respiratory distress in adults. Lancet. 2 (7511), 319-323 (1967).
- Ballard-Croft, C., Wang, D., Sumpter, L. R., Zhou, X., Zwischenberger, J. B. Large-animal models of acute respiratory distress syndrome. The Annals of Thoracic Surgery. 93 (4), 1331-1339 (2012).
- Lachmann, B., Robertson, B., Vogel, J. In vivo lung lavage as an experimental model of the respiratory distress syndrome. Acta Anaesthesiologica Scandinavica. 24 (3), 231-236 (1980).
- Russ, M., et al. Lavage-induced surfactant depletion in pigs as a model of the acute respiratory distress syndrome (ARDS). Journal of Visualized Experiments: JoVE. (115), e53610 (2016).
- Pomprapa, A., et al. Artificial intelligence for closed-loop ventilation therapy with hemodynamic control using the open lung concept. International Journal of Intelligent Computing and Cybernetics. 8 (1), 50-68 (2015).
- Yoshida, T., et al. Continuous negative abdominal pressure reduces ventilator-induced lung Injury in a porcine model. Anesthesiology. 129 (1), 163-172 (2018).
- Theisen, M. M., et al. Ventral recumbency is crucial for fast and safe orotracheal intubation in laboratory swine. Laboratory Animals. 43 (1), 96-101 (2009).
- Seldinger, S. I. Catheter replacement of the needle in percutaneous arteriography: A new technique. Acta Radiologica. 39 (5), 368-376 (1953).
- Kelly, C. R., Rabbani, L. E. Videos in clinical medicine. Pulmonary-artery catheterization. The New England Journal of Medicine. 369 (25), 35 (2013).
- Forrester, J. S., et al. Thermodilution cardiac output determination with a single flow-directed catheter. American Heart Journal. 83 (3), 306-311 (1972).
- Dos Santos Rocha, A., et al. Physiologically variable ventilation reduces regional lung inflammation in a pediatric model of acute respiratory distress syndrome. Respiratory Research. 21 (1), 288 (2020).
