مراقبة نقص الأكسجة الكلوي غير الغازية والغازية في نموذج الخنازير للصدمة النزفية
Summary
يظهر هنا بروتوكول لقياس الأوكسجين الكلوي في النخاع والضغط الجزئي لأكسجين البول غير الباضع في نموذج خنزير صدمة نزفية لتحديد الضغط الجزئي لأكسجين البول كمؤشر مبكر لإصابة الكلى الحادة (AKI) ونقطة نهاية إنعاش جديدة.
Abstract
ما يصل إلى 50 ٪ من المرضى الذين يعانون من صدمة يصابون بإصابة الكلى الحادة (AKI) ، ويرجع ذلك جزئيا إلى ضعف التروية الكلوية بعد فقدان الدم الشديد. يتم تشخيص AKI حاليا بناء على تغير في تركيز الكرياتينين في الدم من خط الأساس أو فترات طويلة من انخفاض إنتاج البول. لسوء الحظ ، فإن بيانات تركيز الكرياتينين في مصل الدم الأساسية غير متوفرة في معظم المرضى الذين يعانون من الصدمات ، وطرق التقدير الحالية غير دقيقة. بالإضافة إلى ذلك ، قد لا يتغير تركيز الكرياتينين في الدم حتى 24-48 ساعة بعد الإصابة. أخيرا ، يجب أن يستمر قلة البول لمدة لا تقل عن 6 ساعات لتشخيص AKI ، مما يجعله غير عملي للتشخيص المبكر. مناهج تشخيص AKI المتاحة اليوم ليست مفيدة للتنبؤ بالمخاطر أثناء إنعاش المرضى الذين يعانون من الصدمة. تشير الدراسات إلى أن الضغط الجزئي البولي للأكسجين (PuO2) قد يكون مفيدا لتقييم نقص الأكسجة الكلوي. تم تطوير جهاز مراقبة يربط بين القسطرة البولية وكيس جمع البول لقياس PuO2 بشكل غير جراحي. يشتمل الجهاز على مستشعر أكسجين بصري يقدر PuO2 بناء على مبادئ تبريد التلألؤ. بالإضافة إلى ذلك ، يقيس الجهاز تدفق البول ودرجة الحرارة ، وهذا الأخير لضبط الآثار المربكة للتغيرات في درجات الحرارة. يتم قياس تدفق البول للتعويض عن آثار دخول الأكسجين خلال فترات انخفاض تدفق البول. توضح هذه المقالة نموذجا خنزيريا للصدمة النزفية لدراسة العلاقة بين PuO2 غير الباضع ونقص الأكسجة الكلوي وتطور AKI. أحد العناصر الرئيسية للنموذج هو الوضع الجراحي الموجه بالموجات فوق الصوتية في النخاع الكلوي لمسبار الأكسجين ، والذي يعتمد على ستوكات بصرية غير مغلفة. سيتم أيضا قياس PuO2 في المثانة ومقارنتها بقياسات الكلى وقياسات PuO2 غير الباضعة. يمكن استخدام هذا النموذج لاختبار PuO 2 كعلامة مبكرة ل AKI وتقييم PuO2 كنقطة نهاية إنعاش بعد النزف الذي يدل على العضو النهائي بدلا من الأوكسجين الجهازي.
Introduction
تؤثر إصابة الكلى الحادة (AKI) على ما يصل إلى 50٪ من المرضى الذين يعانون من الصدمات الذين يتم إدخالهم إلى وحدة العناية المركزة1. يميل المرضى الذين يصابون ب AKI إلى الحصول على فترات إقامة أطول في المستشفى ووحدة العناية المركزة وخطر أكبر بثلاثة أضعاف للوفاة2،3،4. حاليا ، يتم تعريف AKI بشكل شائع من خلال إرشادات تحسين النتائج العالمية لأمراض الكلى (KDIGO) ، والتي تستند إلى التغيرات في تركيز الكرياتينين في الدم من خط الأساس أو فترات قلة البول المطولة5. بيانات تركيز الكرياتينين الأساسية غير متوفرة في معظم المرضى الذين يعانون من الصدمات ، ومعادلات التقدير غير موثوقة ولم يتم التحقق من صحتها في المرضى الذين يعانون من الصدمة6. بالإضافة إلى ذلك ، قد لا يتغير تركيز الكرياتينين في الدم حتى 24 ساعة على الأقل بعد الإصابة ، مما يحول دون التحديد المبكر والتدخل7. بينما تشير الأبحاث إلى أن إخراج البول هو مؤشر مبكر ل AKI من تركيز الكرياتينين في الدم ، تتطلب معايير KDIGO ما لا يقل عن 6 ساعات من قلة البول ، مما يحول دون التدخلات التي تستهدف الوقاية من الإصابة8. كما تتم مناقشة عتبة إخراج البول بالساعة المثلى والمدة المناسبة لقلة البول لتحديد AKI ، مما يحد من فعاليتها كعلامة مبكرة للمرض 9,10. وبالتالي ، فإن التدابير التشخيصية الحالية ل AKI ليست مفيدة في إعدادات الصدمات ، وتؤدي إلى تأخر تشخيص AKI ، ولا توفر معلومات في الوقت الفعلي فيما يتعلق بحالة خطر المريض لتطوير AKI.
في حين أن تطور AKI في بيئة الصدمة معقد ومن المحتمل أن يرتبط بعدة أسباب مثل ضعف التروية الكلوية بسبب نقص حجم الدم ، أو انخفاض تدفق الدم الكلوي بسبب تضيق الأوعية ، أو الالتهاب المرتبط بالصدمة ، أو إصابة نقص التروية ، فإن نقص الأكسجة الكلوي هو عامل مشترك بين معظم أشكال AKI11،12. على وجه الخصوص ، تكون منطقة النخاع في الكلى شديدة التأثر بعدم التوازن بين الطلب على الأكسجين والعرض في حالة الصدمة بسبب انخفاض توصيل الأكسجين والنشاط الأيضي العالي المرتبط بإعادة امتصاص الصوديوم. وبالتالي ، إذا كان من الممكن قياس أكسجة النخاع الكلوي ، فقد يكون من الممكن مراقبة حالة خطر المريض لتطوير AKI. في حين أن هذا ليس ممكنا سريريا ، فإن الضغط الجزئي البولي للأكسجين (PuO2) عند مخرج الكلى يرتبط ارتباطا وثيقا بأكسجة الأنسجة النخاعية13,14. وقد أظهرت دراسات أخرى أنه من الممكن قياس المثانة PuO 2 وأنه يتغير استجابة للمنبهات التي تغير الأكسجين النخاعي ومستويات الحوض الكلوي PuO2 ، مثل انخفاض في تدفق الدم الكلوي 15،16،17. تشير هذه الدراسات إلى أن PuO2 قد يشير إلى تروية العضو النهائي ويمكن أن يكون مفيدا لرصد تأثير التدخلات في إعدادات الصدمات على وظائف الكلى.
لمراقبة PuO 2 بشكل غير جراحي ، تم تطوير جهاز PuO2 غير جراحي يمكنه الاتصال بسهولة بنهاية القسطرة البولية خارج الجسم. تتكون شاشة PuO2 غير الباضعة من ثلاثة مكونات رئيسية: مستشعر درجة الحرارة ، ومستشعر الأكسجين لتبريد التلألؤ ، ومستشعر التدفق الحراري. نظرا لأن كل مستشعر أكسجين يعتمد بصريا ويعتمد على علاقة ستيرن-فولمر لتحديد العلاقة بين التلألؤ وتركيز الأكسجين ، فإن مستشعر درجة الحرارة ضروري لتعويض أي آثار مربكة محتملة للتغيرات في درجة الحرارة. يعد مستشعر التدفق مهما لتحديد كمية إخراج البول وتحديد اتجاه وحجم تدفق البول. يتم توصيل جميع المكونات الثلاثة بواسطة مجموعة من موصلات قفل luer للذكور والإناث وعلى شكل حرف T وأنابيب مرنة من البولي فينيل كلوريد (PVC). تتصل النهاية مع الموصل المخروطي بمخرج القسطرة البولية ، وتربط النهاية بأنبوب فوق الموصل المخروطي الشرائح فوق الموصل الموجود على كيس جمع البول.
على الرغم من القياس البعيد إلى المثانة ، أظهرت دراسة حديثة أن انخفاض PuO2 البولي أثناء جراحة القلب يرتبط بزيادة خطر الإصابة ب AKI18,19. وبالمثل ، ركزت النماذج الحيوانية الحالية بشكل أساسي على الكشف المبكر عن AKI أثناء جراحة القلب والإنتان14،20،21،22. وبالتالي ، لا تزال هناك أسئلة حول استخدام هذا الجهاز الجديد في إعدادات الصدمة. الهدف من هذا البحث هو إنشاء PuO2 كعلامة مبكرة ل AKI والتحقيق في استخدامه كنقطة نهاية إنعاش في المرضى الذين يعانون من الصدمة. تصف هذه المخطوطة نموذجا خنزيريا للصدمة النزفية يتضمن وضع جهاز مراقبة PuO 2 غير الباضع، ومستشعر PuO2 للمثانة، ومستشعر أكسجين الأنسجة في النخاع الكلوي. ستتم مقارنة البيانات من جهاز المراقبة غير الباضع ب PuO2 في المثانة وقياسات الأكسجين الغازية للأنسجة. تشتمل الشاشة غير الباضعة أيضا على مستشعر تدفق سيكون مفيدا لفهم العلاقة بين معدل تدفق البول ودخول الأكسجين ، مما يقلل من القدرة على استنتاج أكسجة الأنسجة النخاعية الكلوية من PuO2 غير الباضع أثناء عبور البول للمسالك البولية. بالإضافة إلى ذلك ، ستتم مقارنة البيانات من مستشعرات الأكسجين الثلاثة بالعلامات الحيوية الجهازية ، مثل متوسط الضغط الشرياني. الفرضية المركزية هي أن بيانات PuO2 غير الغازية سترتبط ارتباطا وثيقا بمحتوى الأكسجين النخاعي الغازي وستعكس نقص الأكسجة النخاعي أثناء الإنعاش. تتمتع مراقبة PuO2 غير الباضعة بالقدرة على تحسين النتائج المتعلقة بالصدمات من خلال تحديد AKI في وقت مبكر والعمل كنقطة نهاية إنعاش جديدة بعد النزف الذي يدل على العضو النهائي بدلا من الأوكسجين الجهازي.
Protocol
Representative Results
Discussion
AKI هو أحد المضاعفات الشائعة في المرضى الذين يعانون من الصدمات ، وحاليا ، لا يوجد جهاز مراقبة بجانب السرير تم التحقق من صحته لأكسجة أنسجة الكلى ، مما قد يتيح اكتشاف AKI المبكر وتوجيه التدخلات المحتملة. تصف هذه المخطوطة استخدام وأدوات نموذج صدمة نزفية خنزفية للخنازير لإنشاء PuO2 غير الباض…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يتم تمويل العمل في هذه المنحة من قبل معهد العلوم السريرية والانتقالية بجامعة يوتا من خلال البرنامج التجريبي للدراسات الانتقالية والسريرية ومكتب وزارة الدفاع لبرامج البحوث الطبية الموجهة من الكونغرس (PR192745).
Materials
| 1/8" PVC tubing | Qosina | SKU: T4307 | Part of noninvasive PuO2 monitor |
| 3/16" PVC tubing | Qosina | SKU: T4310 | Part of noninvasive PuO2 monitor |
| 3/8" TPE tubing | Qosina | SKU: T2204 | Part of noninvasive PuO2 monitor |
| 3/32" (1), 1/8" (1), 5/32" (1) drill bit | Dewalt | N/A | For building noninvasive PuO2 monitor |
| Biocompatible Glue | Masterbond | EP30MED | Part of noninvasive PuO2 monitor |
| Bladder PuO2 sensor | Presens | DP-PSt3 | Oxygen dipping probe |
| Bladder oxygen measurement device | Presens | Fibox 4 | Stand-alone fiber optic oxygen meter |
| Chlorhexidine 4% scrub | Vetone | N/A | For scrubbing insertion or puncture sites |
| Conical connector with female luer lock | Qosina | SKU: 51500 | Part of noninvasive PuO2 monitor |
| Cuffed endotracheal tube | Vetone | 600508 | For sedating the subject and providing respiratory support |
| Euthanasia solution (pentobarbital sodium|pheyntoin sodium) | Vetone | 11168 | For euthanasia after completion of experiment |
| General purpose temperature probe, 400 series thermistor | Novamed | 10-1610-040 | Part of noninvasive PuO2 monitor |
| HotDog veterinary warming system | HotDog | V106 | For controlling subject temperature during experiment |
| Invasive tissue oxygen measurement device | Optronix | N/A | OxyLite™ oxygen monitors |
| Invasive tissue oxygen sensor | Optronix | NX-BF/OT/E | Oxygen/Temperature bare-fibre sensor |
| Isoflurane | Vetone | 501017 | To maintain sedation throughout the experiment |
| Isotonic crystalloid solution | HenrySchein | 1537930 or 1534612 | Used during resuscitation in the critical care period |
| Liquid flow sensor | Sensirion | LD20-2600B | Part of noninvasive PuO2 monitor |
| Male luer lock to barb connector | Qosina | SKU: 11549 | Part of noninvasive PuO2 monitor |
| Male to male luer connector | Qosina | SKU: 20024 | Part of noninvasive PuO2 monitor |
| Norepinephrine | HenrySchein | AIN00610 | Infusion during resuscitation |
| Noninvasive oxygen measurement device | Presens | EOM-O2-mini | Electro optical module transmitter for contactless oxygen measurements |
| Non-vented male luer lock cap | Qosina | SKU: 65418 | Part of noninvasive PuO2 monitor |
| O2 sensor stick | Presens | SST-PSt3-YOP | Part of noninvasive PuO2 monitor |
| PowerLab data acquisition platform | AD Instruments | N/A | For data collection |
| REBOA catheter | Certus Critical Care | N/A | Used in experimental protocol |
| Super Sheath arterial catheters (5 Fr, 7 Fr, 9 Fr) | Boston Scientific | C1894 | for intravascular access |
| Suture | Ethicon | C013D | For securing catheter to skin and closing incisions |
| T connector, all female luer locks | Qosina | SKU: 88214 | Part of noninvasive PuO2 monitor |
Riferimenti
- Gomes, E., Antunes, R., Dias, C., Araújo, R., Costa-Pereira, A. Acute kidney injury in severe trauma assessed by RIFLE criteria: a common feature without implications on mortality. Scandinavian Journal of Trauma, Resuscitation and Emergency Medicine. 18, 1 (2010).
- Bihorac, A., et al. Incidence, clinical predictors, genomics, and outcome of acute kidney injury among trauma patients. Annals of Surgery. 252 (1), 158-165 (2010).
- Perkins, Z. B., et al. Trauma induced acute kidney injury. Plos One. 14 (1), 0211001 (2019).
- Lai, W. H., et al. Post-traumatic acute kidney injury: a cross-sectional study of trauma patients. Scandinavian Journal of Trauma, Resuscitation and Emergency Medicine. 24 (1), 136 (2016).
- Khwaja, A. KDIGO clinical practice guidelines for acute kidney injury. Nephron Clinical Practice. 120 (4), 179-184 (2012).
- Saour, M., et al. Assessment of modification of diet in renal disease equation to predict reference serum creatinine value in severe trauma patients: Lessons from an observational study of 775 cases. Annals of Surgery. 263 (4), 814-820 (2016).
- Ostermann, M., Joannidis, M. Acute kidney injury 2016: diagnosis and diagnostic workup. Critical Care. 20 (1), 299 (2016).
- Koeze, J., et al. Incidence, timing and outcome of AKI in critically ill patients varies with the definition used and the addition of urine output criteria. BMC Nephrology. 18 (1), 70 (2017).
- Ralib, A., Pickering, J. W., Shaw, G. M., Endre, Z. H. The urine output definition of acute kidney injury is too liberal. Critical Care. 17 (3), 112 (2013).
- Ostermann, M. Diagnosis of acute kidney injury: Kidney disease improving global outcomes criteria and beyond. Current Opinion Critical Care. 20 (6), 581-587 (2014).
- Harrois, A., Libert, N., Duranteau, J. Acute kidney injury in trauma patients. Current Opinion Critical Care. 23 (6), 447-456 (2017).
- Ow, C. P. C., Ngo, J. P., Ullah, M. M., Hilliard, L. M., Evans, R. G. Renal hypoxia in kidney disease: Cause or consequence. Acta Physiologica. 222 (4), 12999 (2018).
- Leonhardt, K. O., Landes, R. R., McCauley, R. T. Anatomy and physiology of intrarenal oxygen tension: Preliminary study of the effets of anesthetics. Anesthesiology. 26 (5), 648-658 (1965).
- Stafford-Smith, M., Grocott, H. P. Renal medullary hypoxia during experimental cardiopulmonary bypass: a pilot study. Perfusion. 20 (1), 53-58 (2005).
- Kitashiro, S., et al. Monitoring urine oxygen tension during acute change in cardiac output in dogs. Journal of Applied Physiology. 79 (1), 202-204 (1995).
- Sgouralis, I., et al. Bladder urine oxygen tension for assessing renal medullary oxygenation in rabbits: experimental and modeling studies. American Journal of Physiology. Regulatory, Integrative, and Comparative Physiology. 311 (3), 532-544 (2016).
- Kainuma, M., Kimura, N., Shimada, Y. Effect of acute changes in renal arterial blood flow on urine oxygen tension in dogs. Critical Care Medicine. 18 (3), 309-312 (1990).
- Zhu, M. Z. L., et al. Urinary hypoxia: an intraoperative marker of risk of cardiac surgery-associated acute kidney injury. Nephrology Dialysis Transplantation. 33 (12), 2191-2201 (2018).
- Silverton, N. A., et al. Noninvasive urine oxygen monitoring and the risk of acute kidney injury in cardiac surgery. Anesthesiology. 135 (3), 406-418 (2021).
- Lankadeva, Y. R., et al. Intrarenal and urinary oxygenation during norepinephrine resuscitation in ovine septic acute kidney injury. Kidney International. 90 (1), 100-108 (2016).
- Evans, R. G., et al. Renal hemodynamics and oxygenation during experimental cardiopulmonary bypass in sheep under total intravenous anesthesia. American Journal of Physiology. Regulatory, Integrative, and Comparative Physiology. 318 (2), 206-213 (2020).
- Sgouralis, I., Evans, R. G., Layton, A. T. Renal medullary and urinary oxygen tension during cardiopulmonary bypass in the rat. Mathematical Medicine and Biology. 34 (3), 313-333 (2017).
- Lankadeva, Y. R., Kosaka, J., Evans, R. G., Bellomo, R., May, C. N. Urinary oxygenation as a surrogate measure of medullary oxygenation during angiotensin II therapy in septic acute kidney injury. Critical Care Medicine. 46 (1), 41-48 (2018).
- Ngo, J. P., et al. Factors that confound the prediction of renal medullary oxygenation and risk of acute kidney injury from measurement of bladder urine oxygen tension. Acta Physiologica. 227 (1), 13294 (2019).
- Spahn, D. R., et al. The European guideline on management of major bleeding and coagulopathy following trauma: fifth edition. Critical Care. 23 (1), 98 (2019).
- Legrand, M., et al. Fluid resuscitation does not improve renal oxygenation during hemorrhagic shock in rats. Anesthesiology. 112 (1), 119-127 (2010).
- Badin, J., et al. Relation between mean arterial pressure and renal function in the early phase of shock: a prospective, explorative cohort study. Critical Care. 15 (3), 135 (2011).
- Ribeiro Junio, M. A. F., et al. The complications associated with resuscitative endovascular balloon occlusion of the aorta (REBOA). World Journal of Emergency Surgery. 13, 20 (2018).
