Oppervlakteactieve depletie in combinatie met schadelijke ventilatie resulteert in een reproduceerbaar model van het Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS)
Summary
Een combinatie van oppervlakteactieve stof washout met 0,9% zoutoplossing (35 ml/kg lichaamsgewicht, 37 °C) en een hoge getijdevolumeventilatie met een lage PEEP om matig beademingsgeïnduceerd longletsel (VILI) te veroorzaken, resulteert in experimenteel acuut respiratoir distress syndroom (ARDS). Deze methode biedt een model van longletsel met lage/ beperkte rekrutering om het effect van verschillende ventilatiestrategieën voor langere periodes te bestuderen.
Abstract
Er bestaan verschillende diermodellen om de complexe pathomechanismen van het acute respiratoire distress syndroom (ARDS) te bestuderen. Deze modellen omvatten pulmo-arteriële infusie van oliezuur, infusie van endotoxinen of bacteriën, cecale ligatie en punctie, verschillende pneumoniemodellen, longischemie / reperfusiemodellen en, natuurlijk, oppervlakteactieve depletiemodellen, onder anderen. Oppervlakteactieve depletie veroorzaakt een snelle, reproduceerbare verslechtering van de longgasuitwisseling en hemodynamica en kan worden geïnduceerd bij verdoofde varkens met herhaalde longspoeling met 0,9% zoutoplossing (35 ml/kg lichaamsgewicht, 37 °C). Het oppervlakteactieve stofdepletiemodel ondersteunt onderzoeken met standaard respiratoire en hemodynamische monitoring met klinisch toegepaste apparaten. Maar het model lijdt aan een relatief hoge rekrutering en ventilatie met hoge luchtwegdrukken kan de ernst van het letsel onmiddellijk verminderen door heropening in de longgebieden. Dit model is dus niet geschikt voor onderzoek naar ventilatorregimes die hoge luchtwegdrukken gebruiken. Een combinatie van oppervlakteactieve depletie en schadelijke ventilatie met een hoog getijdevolume/lage positieve eindvervaldruk (hoge Tv/lage PEEP) om door de beademing geïnduceerd longletsel (VILI) te veroorzaken, zal de rekruteerbaarheid van het resulterende longletsel verminderen. De voordelen van een tijdige inductie en de mogelijkheid om experimenteel onderzoek uit te voeren in een omgeving die vergelijkbaar is met een intensive care-unit blijven behouden.
Introduction
De mortaliteit van het acute respiratory distress syndrome (ARDS) blijft hoog met waarden boven 40%1, ondanks intensief onderzoek sinds de eerste beschrijving door Ashbough en Petty in 19672. Natuurlijk is het onderzoek naar nieuwe therapeutische benaderingen beperkt in de kliniek vanwege ethische zorgen en het gebrek aan standaardisatie van de onderliggende pathologieën, omgevingsomstandigheden en co-medicijnen, terwijl diermodellen systematisch onderzoek onder gestandaardiseerde omstandigheden mogelijk maken.
Experimentele ARDS is dus geïnduceerd bij grote dieren (bv. varkens) of kleine dieren (bv. knaagdieren) met behulp van verschillende methoden, zoals pulmo-arteriële infusie van oliezuur, intraveneuze (i.v.) infusie van bacteriën en endotoxinen, of cecale ligatie- en punctiemodellen (CLP) die sepsis-geïnduceerde ARDS veroorzaken. Daarnaast worden directe longletsels veroorzaakt door brandwonden en rookinhalatie of longischemie/reperfusie (I/R) gebruikt3. Een veel gebruikt model van direct longletsel is oppervlakteactieve depletie met longspoeling zoals voor het eerst beschreven door Lachmann et al. bij cavia’s4.
Oppervlakteactieve depletie is een zeer reproduceerbare methode die snel resulteert in compromissen in gasuitwisseling en hemodynamica5. Een groot voordeel is de mogelijkheid om oppervlakteactieve stoffen toe te passen bij grote soorten die ondersteunend onderzoek mogelijk maken met klinisch gebruikte mechanische ventilatoren, katheters en monitoren. Een groot nadeel van het oppervlakteactieve depletiemodel is echter de onmiddellijke rekrutering van atelectatische longgebieden wanneer hoge luchtwegdrukken of rekruteringsmanoeuvres, zoals gevoelige positionering, worden toegepast. Het model is dus niet geschikt om bijvoorbeeld geautomatiseerde ventilatie met hoge PEEP-niveaus gedurende langere tijd te onderzoeken6. Yoshida et al. beschreven een combinatie van oppervlakteactieve uitputting en ventilatie met hoge inspiratoire luchtwegdrukken om experimentele ARDS7te induceren, maar hun model vereist een uitgebreid onderhoud van de partiële zuurstofdruk (PaO2) in een vooraf gedefinieerde gang via herhaalde bloedgasbemonstering en aanpassing van de rijdruk volgens een schuiftafel van inspiratoire druk en PEEP.
Over het algemeen kan een model met een te agressieve schadelijke ventilatie of een moeizame, herhaalde aanpassing van het ventilatieregime leiden tot structurele schade aan de longen, die te ernstig is en resulteert in daaropvolgende meervoudige orgaanfalen. Dit artikel geeft dus een gedetailleerde beschrijving van een gemakkelijk haalbaar model van oppervlakteactieve uitputting plus schadelijke ventilatie met hoge tv / lage PEEP voor inductie van experimentele ARDS, die onderzoek ondersteunt met klinisch gebruikte ventilatieparameters voor langere perioden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit artikel beschrijft de inductie van experimentele ARDS bij varkens die oppervlakteactieve depletie combineren door herhaalde longspoeling en ventilatie met hoge getijdenvolumes, lage PEEP en volledige inflatie / deflatie van de longen. Deze combinatie veroorzaakt een reproduceerbare en vergelijkbare verslechtering van de gasuitwisseling en het daaruit voortvloeiende hemodynamische compromis, maar beperkt de rekruteerbaarheid van de longen. Dit model bootst dus klinische ARDS na met een lage rekrutering en maakt het mo…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij erkennen dankbaar de uitstekende technische bijstand van Birgit Brandt. Deze studie werd ondersteund door een subsidie van het Duitse federale ministerie van Onderwijs en Onderzoek (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 |
Riferimenti
- 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).
