Summary
우리는 지질다당류를 주입하여 돼지에서 실험적인 내독소 충격 모델을 위한 프로토콜을 제공합니다.
Abstract
패혈증과 패혈성 쇼크는 중환자실(ICU)에서 치료받는 환자에서 자주 발생하며 이러한 환자의 주요 사망 원인 중 하나입니다. 감염에 대한 면역 반응 조절 장애로 인해 발생합니다. 최적화된 치료에도 불구하고 사망률은 여전히 높기 때문에 병태생리학에 대한 더 많은 통찰력과 새로운 치료 옵션이 필요합니다. 지질다당류(LPS)는 그람 음성 박테리아의 세포막 구성 요소로, 종종 패혈증과 패혈성 쇼크를 유발하는 감염의 원인이 됩니다.
패혈증과 패혈성 쇼크의 중증도와 높은 사망률은 인간을 대상으로 한 표준화된 실험 연구를 불가능하게 만듭니다. 따라서 추가 연구를 위해 동물 모델이 필요합니다. 돼지는 해부학, 생리학 및 크기가 인간과 매우 유사하기 때문에 이러한 목적에 특히 적합합니다.
이 프로토콜은 LPS 주입에 의한 돼지의 내독소 쇼크에 대한 실험 모델을 제공합니다. 패혈성 쇼크 환자에서 자주 관찰되는 혈역학적 불안정성, 호흡 부전, 산증 등의 변화를 안정적으로 유도할 수 있었습니다. 이를 통해 연구자들은 이 관련성이 높은 질환에 대한 귀중한 통찰력을 얻고 실험 환경에서 새로운 치료 접근법을 평가할 수 있습니다.
Introduction
패혈증과 패혈성 쇼크는 집중 치료를 받는 환자의 주요 사망 원인중 하나입니다 1,2,3. 패혈증은 감염이 면역 반응 조절 장애를 일으켜 다장기 부전을 일으킬 때 발생합니다. 혈역학적 불안정, 호흡 곤란, 간 및 신부전, 인지 장애 등 생명을 위협하는 증상이 특징이다 4,5. 패혈성 쇼크는 사망률을 크게 증가시키는 특히 심각한 증상을 가진 패혈증의 하위 집합입니다. 이러한 증상에는 승압제 요법이 필요한 지속적인 저혈압과 2mmol∙L-1 4,5를 초과하는 혈청 젖산염 수치가 포함됩니다. 패혈성 쇼크 환자의 사망률은 병원 치료에도 불구하고 40%까지 높은 것으로 추정된다 1,3,5.
슈도모나스(Pseudomonas)나 대장균(Escherichia coli)과 같은 그람 음성 박테리아는 종종 면역 반응 조절 장애를 유발하는 감염을 일으킨다4. 근본적인 병태생리학적 메커니즘은 복잡하고 아직 완전히 이해되지 않았습니다. 잘 설명된 한 가지 측면은 병원체 관련 분자 패턴(PAMP)에 의해 면역 세포에서 톨 유사 수용체가 활성화되어 종양 괴사 인자 알파(TNFα) 또는 인터루킨 1(IL 1)4과 같은 사이토카인의 방출을 유도하는 것입니다. 이러한 PAMP 중 하나는 그람 음성 박테리아6에서 세포막의 구성 요소를 구성하는 지질 다당류(LPS)입니다. LPS는 내독소혈증 및 내독소혈증 쇼크를 유도하기 위해 동물 모델에 사용되었다 7,8.
동물 모델은 새로운 치료 전략을 개발하고 조사할 수 있는 통제되고 표준화된 환경을 제공합니다. 유사한 해부학적 구조, 면역학적 생리학 및 유사한 혈류역학적 매개변수로 인해 돼지 모델은 내독소 쇼크의 영향을 연구하는 데 특히 적합합니다 9,10. 또한, 인간 환자에게 일반적으로 사용되는 표준 의료 장비는 기도와 혈관의 크기가 비슷하기 때문에 돼지에 쉽게 적용할 수 있어 기기 및 혈류역학적 모니터링이 용이합니다.
이 프로토콜을 통해 우리는 대장균에서 추출한 LPS를 정맥 주사하여 돼지의 내독소혈증 쇼크에 대한 실험 모델을 제공합니다. 효과를 모니터링하기 위해 동맥 혈압, 심박수, 말초 산소 포화도, 폐동맥압 및 기도 압력을 포함한 혈역학적 및 폐 매개변수를 측정했습니다. 내독소혈증이 대뇌 산소 공급에 미치는 영향을 평가하기 위해 근적외선 분광법(NIRS)을 사용했습니다. 이 방법에 의해, 이마(11)에 도포된 접착 전극을 통해 뇌 산소 포화도를 평가할 수 있다.
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Protocol
이 프로토콜의 실험은 국가 및 기관 동물 보호 위원회(Landesuntersuchungsamt Rheinland-Pfalz, Koblenz, Germany, TVA G21-1-080)의 승인을 받았습니다. 실험은 ARRIVE 지침에 따라 수행되었습니다. 이 연구에는 생후 2-3개월, 체중 30-35kg의 건강한 독일 재래종 수컷 돼지 6마리가 사용되었습니다. 실험 일정은 그림 1에 요약되어 있습니다. 이 프로토콜에 사용되는 모든 재료 및 도구와 관련된 세부 정보는 재료 표에 나열되어 있습니다.
그림 1: 실험 타임라인. 기준 건강 측정은 동물의 준비 및 30분의 안정화 기간 후에 수행되었습니다. 내독소혈증은 30분 이상 LPS 주사에 의해 유도되었고, 0시간 측정은 또 다른 30분 후에 수행되었다; 그 후, 4시간 동안 시간별 측정을 계속했습니다. 약어: BLH = baseline healthy; LPS = 지질다당류. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
1. 동물 준비
- 스트레스를 최소화하기 위해 동물을 가능한 한 오랫동안 평소 환경에 두십시오. 마취제를 투여하기 전에 6시간 동안 음식을 먹지 않고 물을 자유롭게 이용할 수 있도록 합니다.
- 정상 환경에서 아자페론(3mg∙kg-1)과 미다졸람(0.5mg kg-1)을 근육 주사하여 동물을 진정시킵니다.
- 일반적으로 투여 후 약 15-20분 이내에 진정 효과가 나타나면 돼지를 실험실로 이송합니다.
알림: 이송 내내 지속적인 진정제가 유지되도록 하는 것이 중요합니다. 지역 입법부에 따라 수의사의 영구적인 감독이 필요할 수 있습니다. - 운송 중 돼지의 정상 체온(~38°C)을 유지하는 데 세심한 주의를 기울이십시오. 예를 들어, 저체온증을 예방하기 위해 동물을 담요로 덮는 것을 고려하십시오.
알림: 일반적으로 30분에서 60분 사이의 진정 시간을 초과하지 않도록 운송 시간을 제한하는 것이 중요합니다. - 소독 후 귓바퀴 정맥에 22G 카테터를 삽입하여 정맥 주사를 설정합니다. 돼지의 추가 움직임이나 마취 유도를 진행하기 전에 갑작스러운 움직임으로 인한 탈구를 방지하기 위해 카테터가 단단히 고정되어 있는지 확인하십시오.
- 꼬리나 귀에 고정된 센서를 사용하여 말초 산소 포화도를 지속적으로 모니터링합니다.
2. 마취 및 기계적 환기
- 펜타닐(4μg kg-1)과 프로포폴(3mg kg-1)을 정맥 투여하여 마취를 유도합니다.
- 돼지를 누운 자세로 놓습니다.
- 근육 이완제로 atracurium(0.5mg kg-1)을 투여하고 즉시 개 환기 마스크를 사용하여 비침습적 환기를 시작합니다. 마스크를 주둥이에 대고 엄지손가락으로 세게 누르면서 중지/약지를 사용하여 아래턱을 앞으로 당깁니다. 인공호흡기를 흡기 산소 분율(FiO2 ) = 100%, 일회 호흡량 = 6-8mL kg-1, 호기말 양압(PEEP) = 5mbar, 최대 흡기압 ≤ 20mbar, 호흡수 = 18-20min-1.
- 균형 잡힌 전해질 용액(5mL kg-1 h-1), 펜타닐(10μg kg-1 h-1) 및 프로포폴(6mg kg-1 h-1)을 지속적으로 주입하여 마취를 유지합니다.
- 표준 기관내관(내경 6-7mm), 가이드와이어 및 Macintosh Blade(크기 4)가 장착된 후두경을 사용하여 기관내 삽관을 수행합니다.
- 보조자에게 입을 벌리고 혀를 왼쪽으로 잡습니다.
- 후두개가 보일 때까지 Macintosh Blade를 삽입합니다. 그런 다음 후두경을 위로 들어 올려 후두개를 복부로 이동시키고 성대를 시각화합니다. 때때로, 후두개는 연구개에 달라붙을 수 있습니다. 이 경우 튜브나 부기로 옆으로 부드럽게 문질러 동원하십시오.
- 성대를 통해 기관내관을 조심스럽게 삽입하고 인덕터를 제거합니다. 어려움이 있는 경우 과도한 힘을 가하지 않고 튜브를 회전시켜 보십시오. 필요한 경우 더 작은 튜브를 사용하십시오. 튜브가 제자리에 있으면 커프를 10mL의 공기로 팽창시킵니다.
- 기관내 튜브를 인공호흡기에 연결하고 인공호흡을 시작합니다. 호기말CO2를 검출하고 양측 청진을 수행하여 적절한 튜브 위치를 확인합니다. 다음 환기 설정을 사용하십시오: FiO2 = 40%, 일회 호흡량 = 6-8mL kg-1, PEEP = 5mbar, 흡기-호기 비율 = 1:2, 호흡수 = 호기말 CO2 수준 <45mmHg, 일반적으로 30-40min-1을 달성하도록 조정됩니다.
알림: 튜브를 식도에 잘못 삽입하면 공기가 위를 팽창시켜 눈에 띄게 부풀어 오릅니다. 이러한 경우 즉시 튜브를 제거하고 1-2분 동안 비침습적 환기를 시행한 다음 튜브의 위치를 올바르게 조정하십시오. - 역류나 구토를 방지하기 위해 위관을 삽입하십시오. 삽입이 어려운 경우 후두경을 사용하여 식도 입구를 더 잘 볼 수 있습니다.
3. 계측
- 대퇴 동맥과 정맥에 동맥과 중심 정맥 라인을 각각 배치하여 혈류역학적 모니터링 및 정맥 용적 요법을 수행합니다.
- 붕대를 사용하여 뒷다리를 집어넣고 고정하여 대퇴골 혈관에 더 잘 접근할 수 있도록 합니다.
- 계측 전에 필요한 모든 재료를 준비하십시오. 모든 카테터를 식염수로 채우고 와이어와 카테터에 쉽게 접근할 수 있도록 하여 여러 번의 카테터 삽입 시도와 불필요한 출혈을 최소화합니다.
- 사타구니 부위에 알코올 소독제를 바르고 멸균 면봉으로 닦습니다. 이 과정을 두 번 반복합니다. 소독제를 닦지 않고 다시 바르고 3분 동안 기다립니다. 사타구니 부위에 멸균 창호 드레이프를 놓습니다.
- 초음파를 사용하여 대퇴골 혈관을 확인합니다. 조직 손상과 출혈을 최소화하기 위해 카테터 삽입을 위해 면내 초음파 유도 Seldinger의 기술을 사용합니다.
- 대퇴 동맥을 세로로 시각화합니다. 지속적인 흡인을 위해 바늘에 부착된 주사기로 동맥을 뚫습니다. 선홍색의 맥동하는 혈액은 동맥 천자를 확인합니다. 주사기를 제거하고 준비된 와이어를 삽입합니다. 와이어를 제자리에 둔 상태에서 바늘을 제거합니다.
- 대퇴 정맥에 대해 동일한 절차를 반복합니다. 정맥 천자는 천천히 흐르는 검붉은 피에 의해 확인됩니다.
- 초음파를 사용하여 양쪽 대퇴부 혈관을 시각화하여 두 와이어의 올바른 위치를 확인합니다.
- Seldinger의 기술을 사용하여 동맥 도입기를 먼저 삽입한 다음 정맥 도입기를 삽입합니다. 두 라인에서 채취한 혈액 샘플의 혈액 가스 분석을 통해 적절한 위치를 확인합니다.
- 모든 라인에서 혈액을 흡인할 수 있는지 확인하십시오. 혈전 형성을 방지하기 위해 식염수로 모든 라인을 씻어냅니다.
- 탈구를 방지하기 위해 수술용 봉합사를 사용하여 피부에 라인을 단단히 고정합니다.
- 혈류역학적 매개변수를 측정하기 위해 동맥 및 중심 정맥선을 변환기에 연결합니다.
- 펄스 윤곽 심박출량(PiCCO) 카테터를 동맥 도입기 덮개에 삽입하고 PiCCO 모니터의 동맥압 변환기 및 온도 인터페이스 케이블에 연결합니다.
- Swan-Ganz 카테터를 변환기에 연결합니다.
- 압력을 지속적으로 측정하면서 카테터를 중심 정맥 도입기 덮개에 삽입합니다. 중심 정맥압 곡선이 보이면 약 30cm 후에 풍선을 부풀립니다.
- 압력 곡선을 모니터링하면서 카테터를 천천히 전진시킵니다. 카테터가 우심실에 들어갈 때 수축기 수치가 높고 이완기 수치가 낮은 맥박 곡선을 찾습니다. 카테터를 더 발전시키면 수축기 수치가 일정하고 이완기 수치가 증가하여 폐동맥에 배치됩니다.
- 카테터를 이 위치(보통 50cm에서 70cm 사이)에 고정합니다. PiCCO 시스템의 주입 온도 센서를 Swan-Ganz 카테터의 근위 내강에 연결합니다.
- 돼지의 이마를 면도하고 접착 센서 전극을 적용하여 대뇌 지역 산소 포화도를 측정합니다.
- 마취 유도 및 기구 사용 후 30분 동안 또는 혈류역학적 매개변수가 안정화될 때까지 동물을 안정시킨 후 기준선 측정을 수행하고 내독소 쇼크를 유발합니다.
4. 충격 유도
알림: LPS로 작업할 때는 항상 장갑, 보호 고글, 마스크 및 실험실 가운을 착용하십시오. LPS와의 직접적인 접촉을 피하십시오.
- 0.9% NaCl 50mL에 LPS 5mg을 용해시켜 100μg mL-1 농도의 LPS 용액을 준비합니다.
- LPS 주입을 시작하기 직전에 기준선 혈류역학적 측정을 얻습니다.
- 150μg kg-1 용량의 LPS를 30분 동안 투여합니다(30분 동안 300μg kg-1∙h-1 의 연속 주입 속도에 해당).
- 30분 후 실험의 나머지 기간 동안 주입 속도를 15μg∙kg-1∙h-1 로 줄입니다.
- 동맥 및 폐동맥 혈압, 심박수 및 환기 매개변수를 포함한 혈류역학적 매개변수를 지속적으로 모니터링합니다. 정상 체온을 유지하기 위해 지속적으로 체온을 모니터링하십시오.
5. 혈역학적 불안정성의 치료
- 평균 동맥 혈압이 60mmHg 미만으로 떨어지면 PiCCO를 사용하여 심장 지수(CI), 전체 이완기 용적 지수(GEDI) 및 혈관 외 폐수 지수(ELWI)를 측정합니다. 그림 2의 순서도에 있는 권장 사항에 따라 저혈압을 치료하십시오.
- PiCCO 모니터에서 열희석 버튼 (TD)을 누릅니다.
- 중심 정맥압(CVP) 입력 버튼을 누르고 현재 CVP 값을 입력합니다.
- 시작 버튼을 누릅니다.
- 지시가 있으면 Swan-Ganz 카테터에 연결된 주사 온도 센서에 10mL 의 냉식염수를 주입합니다.
알림: 측정이 손상될 수 있으므로 PiCCO 측정 직전이나 측정 중에 다른 것을 주입하지 마십시오.
- CI, GEDI 및 ELWI에 대한 측정값을 얻은 후 그림 2의 순서도에 따라 혈역학적 불안정성을 치료합니다. 부피 로딩이 권장되는 경우 200mL 의 균형 전해질 용액을 빠르게 주입합니다. 카테콜아민 요법이 권장되는 경우 노르에피네프린 주입 속도를 1μg kg-1 h-1 증가시킵니다.
- 평균 동맥 혈압이 60mmHg 이하로 떨어질 때마다 이 과정을 반복합니다. 심각한 혈역학적 불안정의 경우, 치료의 신속한 확대를 선택하십시오.
그림 2: 혈역학적 불안정성에 대한 PiCCO 유도 요법. CI, GEDI 및 ELWI에 대한 측정값을 얻은 후 차트에 따라 치료를 적용합니다. 이 그림은 PiCCO 사용자 가이드북12에서 발췌한 것입니다. 약어: PiCCO = 펄스 윤곽 심박출량; V+ = 볼륨 로딩; 고양이 = 카테콜아민 요법; V- = 부피 감소; CI = 심장 지수; GEDI = 글로벌 이완기 말단 부피 지수; ELWI = 혈관외 폐수 지수. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
6. 실험 종료 및 안락사
- 펜타닐 0.5mg을 정맥 주사합니다. 5분 동안 기다립니다. 프로포폴 200mg을 주사합니다.
- 중심 정맥 라인을 통해 40mL의 1M 염화칼륨을 빠르게 주입하여 돼지를 안락사시킵니다.
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Representative Results
이 연구를 위해 생후 2-3개월, 체중 30-35kg의 건강한 수컷 돼지 6마리를 마취하고 내독소혈증을 유발하기 위해 지질다당류(LPS)를 주입했습니다. 쇼크 증상을 지속적으로 유발하는 데 필요한 LPS의 적절한 용량을 결정하기 위해, 돼지는 30분 동안 100μg kg-1에서 200μg kg-1에 이르는 다양한 LPS 유도 용량을 투여한 후 실험의 나머지 기간 동안 시간당 초기 용량의 1/10을 유지했습니다. 모든 동물은 LPS 주입 직후 쇼크의 징후를 보였다. 혈류역학적 매개변수는 PiCCO 시스템을 사용하여 모니터링되었습니다. 동물은 심장 지수의 감소와 심박수의 증가를 보였으며, 이는 쇼크 상태 동안 혈역학적 불안정성을 나타냅니다. 평균 동맥 혈압은 LPS 주입 후 감소했으나 필요한 경우 수액 소생술이나 노르에피네프린 주입을 통해 60mmHg 이상으로 유지되었다(그림 3). 폐 손상은PaO2F, iO2-1 비율의 감소와 폐동맥압의 증가로 나타났다(그림 4). 뇌 산소화는 근적외선 분광법(NIRS)을 사용하여 측정되었으며 쇼크 유도 후 감소했습니다(그림 5). 동물은 또한 산증과 젖산 수치 증가를 나타냈습니다(그림 6). 유의성을 결정하기 위해 다중 비교를 통한 일원 분산 분석을 사용했습니다.
그림 3: LPS 주입 후 혈류역학적 파라미터 개발. (A) 쇼크 유도 후 평균 동맥 혈압은 감소했으나 필요한 경우 노르에피네프린 주입을 사용하여 60mmHg 이상으로 유지되었다. (B) LPS 주입 후 심장 지수가 감소하고 (C) 심박수가 증가했습니다. 평균과 표준 편차가 표시됩니다. *p < 기준선 측정값과 비교하여 0.05입니다. 약어: BLH = baseline health; LPS = 지질다당류. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: LPS 주입 후 폐 파라미터 개발. (A) PaO2 FiO2-1 비율은 LPS 주입 직후 감소했습니다. (B) 충격 유도 후 구동 압력이 증가합니다. (C) 쇼크 시 폐동맥압도 증가했다. 평균과 표준 편차가 표시됩니다. *p < 기준선 측정값과 비교하여 0.05입니다. 약어: BLH = baseline health; LPS = 지질 다당류; FiO2 = 흡기 산소 분율; PaO2 = 동맥혈 내 산소 분압. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5: LPS 주입 후 대뇌 산소화. 근적외선 분광법을 통해 측정된 대뇌 산소화는 LPS로 충격 유도 후 감소했습니다. 평균과 표준 편차가 표시됩니다. *p < 기준선 측정값과 비교하여 0.05입니다. 약어: BLH = baseline health; LPS = 지질 다당류; NIRS = 근적외선 분광법. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 6: LPS 유도 내독소혈증 중 동맥혈 가스 분석. (A) 동물은 시간이 지남에 따라 더 산성화되었고 (B) LPS 주입 후 젖산 수치가 증가했습니다. 평균과 표준 편차가 표시됩니다. *p < 기준선 측정값과 비교하여 0.05입니다. 약어: BLH = baseline health; LPS = 지질다당류. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
패혈증 및 패혈성 쇼크에서 일반적으로 관찰되는 변화를 안정적으로 유도하는 것을 목표로 LPS 주입을 통해 돼지의 실험적 내독소혈증을 유도하기 위한 프로토콜을 제시합니다. 이 프로토콜에서는 몇 가지 중요한 단계를 고려해야 합니다. 운송 전에 돼지를 적절하게 진정시키는 것은 스트레스로 인한 카테콜아민 수치 상승을 방지하는 데 매우 중요하며, 이는 잠재적으로 결과를 손상시킬 수 있습니다. 돼지의 삽관은 길쭉한 주둥이의 해부학적 특징으로 인해 인간에 비해 어려움을 겪을 수 있습니다. 이 문제를 해결하려면 삽관에 Macintosh 블레이드를 사용하는 것이 좋으며 기관내 튜브에는 직선 유도 장치가 장착되어 있어야 합니다. 후두개가 연구개에 달라붙는 것이 일반적이며, 때로는 동물의 기관이 성문하 협착으로 인해 더 작은 기관내관이 필요할 수 있으므로 성대를 통과할 수 있는 관이 여전히 너무 클 수 있습니다.
LPS 주입 전에 LPS 농도를 정밀하게 준비하는 것이 필수적입니다. 고용량의 LPS를 투여하면 심각한 혈류역학적 불안정과 사망에 이를 수 있으며, 저용량은 원하는 효과를 얻지 못할 수 있습니다. 또한 다른 LPS 전하가 다양한 수준의 효능을 나타낼 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 각 평가판에 동일한 LPS 요금을 사용하는 것이 좋습니다. 각 연구에 대한 적절한 투여량을 결정하기 위해 용량 찾기 시험을 수행할 수 있습니다. LPS 주입을 시작할 때 급격한 불안정 가능성으로 인해 혈류역학적 매개변수를 지속적으로 모니터링하는 것이 중요합니다. 부작용을 관리하기 위해 즉각적인 개입이 필요할 수 있습니다.
PiCCO는 고급 혈류역학 측정에 사용되었습니다. 이 기술은 중환자실에서 치료받는 인간 환자에게도 자주 사용됩니다. 인간을 위해 개발되었으며 돼지에 사용하면 몇 가지 문제가 발생할 수 있습니다. 체표면적(BSA)은 혈류역학적 매개변수의 계산에 사용됩니다. 환자의 키와 몸무게를 입력하면 자동으로 계산됩니다. 여기에 사용된 공식(인간용)은 돼지의 BSA를 계산하는 데 이상적이지는 않지만 불행히도 BSA를 입력할 수 있는 다른 방법은 없습니다. 이 문제는 우리의 경험에서와 같이 돼지의 높이를 130cm로 입력하여 해결되었으며, 이는 BSA에 가장 적합한 결과를 산출합니다. 그러나 PiCCO 결과를 해석할 때는 이 제한 사항을 염두에 두어야 합니다.
이전 연구에서는 돼지의 패혈성 쇼크를 시뮬레이션하기 위해 LPS를 사용하는 방법을 설명했습니다. 이 연구에서는 패혈증 환자에서 자주 관찰되는 저혈압, 말초 혈관 확장, 폐동맥압 증가, 전신 산소 섭취량 증가와 같은 변화를 설명합니다 13,14,15. 돼지에서 실험적 패혈증 및 패혈성 쇼크를 유도하기 위한 대체 방법도 설명되었습니다. 한 가지 모델은 대변의 복강 내 투여를 통해 복막염을 유도하는 것이다 16,17,18,19. 또 다른 접근법은 살아있는 박테리아를 동물의 혈류에 직접 주입하는 것이다19,20. LPS 주사와 비교했을 때, 복막염이나 균혈증을 이용하여 실험적 패혈증을 유도하는 프로토콜은 현실감이 더 높다는 장점이 있습니다. 이러한 방법은 세균 감염을 통해 실제 패혈증 상태를 유발하는 반면, LPS 주사는 근본적인 병인학적 메커니즘의 한 측면만을 나타냅니다.
그러나 LPS 주입 방법에도 장점이 있습니다. 복막염 모델과 비교할 때 이 프로토콜은 복강 내 접근 없이 정맥 주사만 포함하기 때문에 노력과 전문 지식이 덜 필요합니다. 또한 쇼크 증상은 다른 모델보다 더 빠르게 나타나므로 관찰 시간이 단축되고 리소스 활용도가 감소합니다. 또한, 각 돼지가 동일한 LPS 투여량을 투여받기 때문에 결과의 재현성이 높습니다. 대조적으로, 투여된 대변의 구성은 크게 다를 수 있으며, 박테리아 성장은 통제할 수 없는 요인에 의해 영향을 받는다19.
특정 한계에도 불구하고 이 프로토콜은 지속적으로 내독소 쇼크를 유발하여 여러 장기 시스템에 영향을 미쳤습니다. 폐 기능과 혈류역학의 특징적인 변화와 함께 LPS를 투여한 모든 동물에서 젖산 수치가 상승하는 것을 관찰했습니다. 실험 내내 지속적인 심부 마취로 인해 인간의 Glasgow Coma Scale을 사용하여 SOFA 점수에 통합되는 인지 기능을 평가할 수 없었습니다. 그러나 우리는 대뇌 산소 공급의 감소를 관찰했으며, 이는 LPS로 인한 쇼크가 뇌 기능에 미치는 잠재적 영향을 시사합니다. 초기 단계에서 패혈증은 종종 심박출량 상승을 특징으로 하는 과역동적인 단계와 관련이 있습니다. 이 모델에서는 증상이 빠르게 진행되기 때문에 여기에 제시된 데이터는 이 초역동적 단계를 적절하게 보여주지 않습니다. 이 단계가 특히 중요한 경우 실험의 초기 단계에서 더 정기적으로 측정을 수행해야 합니다. LPS 용량을 조절하면 증상의 진행을 늦추고 과동적 단계를 더 쉽게 관찰할 수 있습니다.
LPS 및 기타 박테리아 내독소는 이전에 소동물 모델에서 패혈증을 시뮬레이션하는 데 사용되었다8. 그러나 이러한 맥락에서 돼지를 사용하는 것은 생쥐와 같은 작은 동물 모델에 비해 몇 가지 문제가 있습니다. 돼지의 사육 및 유지에는 훨씬 더 많은 시간과 노력이 필요하며 실험당 더 적은 수의 동물을 사용할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 대형 동물 모델, 특히 돼지는 인체를 보다 사실적으로 표현합니다. 돼지는 해부학, 게놈, 식이 및 면역 체계 반응성 측면에서 인간과 유사성을 보입니다 9,10. 또 다른 장점은 반복적인 혈액 샘플 분석이 가능하다는 것입니다. 소동물 모델에는 특수 장비가 필요한 경우가 많지만, 인간 환자에게 일반적으로 사용되는 표준 의료 장비를 돼지에 적용할 수 있으므로 임상 ICU 환경에서 기기 및 혈류역학 모니터링과 유사할 수 있습니다. 결론적으로, 이 프로토콜은 LPS 주입을 통해 돼지의 실험적 내독소혈증 모델을 확립합니다. 패혈성 쇼크 환자에서 자주 관찰되는 변화를 일관되게 유도하는 간단하고 표준화된 방법을 제공합니다.
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Disclosures
NIRS 장치는 실험 연구 목적으로 미국 Medtronic PLC에서 무조건 제공했습니다. Alexander Ziebart는 Medtronic PLC로부터 강의비를 받았습니다. 저자 중 누구도 재정적 또는 기타 이해 상충을 보고하지 않습니다. 원고는 ChatGPT®(Python Software, 버전: 2023년 5월 24일)가 교정 및 편집했습니다.
Acknowledgments
저자는 Dagmar Dirvonskis의 탁월한 기술 지원에 감사드립니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Atracurium Hikma 50 mg/5mL | Hikma Pharma GmbH, Martinsried | ||
| Azaperone (Stresnil) 40 mg/mL | Lilly Deutschland GmbH, Bad Homburg, Germany | ||
| BD Discardit II Spritze 2, 5, 10, 20 mL | Becton Dickinson S.A. Carretera, Mequinenza Fraga, Spain | syringe | |
| BD Luer Connecta | Becton Dickinson Infusion Therapy, AB Helsingborg, Schweden | 3-way-stopcock | |
| Curafix i.v. classics | Lohmann & Rauscher International GmbH & Co. KG, Rengsdorf, Germany | Cannula retention dressing | |
| Datex Ohmeda S5 | GE Healthcare Finland Oy, Helsinki, Finland | hemodynamic monitor | |
| Engström Carestation | GE Heathcare, Madison USA | ventilator | |
| Fentanyl-Janssen 0.05 mg/mL | Janssen-Cilag GmbH, Neuss | fentanyl | |
| Führungsstab, Durchmesser 4.3 | Rüsch | endotracheal tube introducer | |
| Incetomat-line 150 cm | Fresenius, Kabi Deutschland, GmbH | perfusor line | |
| Intrafix Primeline | B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | Infusion line | |
| Introducer sheath 5 Fr. | Terumo Healthcare | arterial introducer | |
| INVOS | Medtronic, Dublin, Ireland | near infrared spectrometry | |
| JOZA Einmal Nitril Untersuchungshandschuhe | JOZA, München, Germany | disposable gloves | |
| Laryngoscope, 45.48.50, KL 2000 | Medicon | Laryngoscope handle | |
| Littmann Classic III Stethoscope | 3M Deutschland GmbH, Neuss, Germany | stethoscope | |
| LPS (E. coli; Serotype O111:B4) | Sigma-Aldrich, Switzerland | ||
| MAC Two-Lumen Central venous access set | Arrow international inc. Reading, PA, USA | venous introducer | |
| Maimed Vlieskompresse | Maimed GmbH, Neuenkirchen, Germany | Fleece compress to fix the tongue | |
| Masimo LNCS Adtx SpO2 sensor | Masimo Corporation Irvine, Ca 92618 USA | saturation clip for the tail | |
| Masimo LNCS TC-I SpO2 ear clip sensor | Masimo Corporation Irvine, Ca 92618 USA | Saturation clip for the ear | |
| Masimo Radical 7 | Masimo Corporation Irvine, Ca 92618 USA | periphereal oxygen saturation | |
| Midazolam 15 mg/3 mL | B.Braun Melsungen AG, Germany | ||
| Midmark Canine Mask Small Plastic with Diaphragm FRSCM-0005 | Midmark Corp., Dayton, Ohio, USA | dog ventilation mask | |
| Monocryl surgical suture | Johnson & Johnson, Belgium | ||
| B.Braun Melsungen AG, Germany | saline solution | ||
| NaCl 0.9 % | Sanofi- Aventis, Seutschland GmbH | ||
| Octeniderm farblos | Schülke & Mayr GmbH, Nordenstedt, Germany | Alcoholic disinfectant | |
| Original Perfusor syringe 50 mL | B.Braun Melsungen AG, Germany | perfusor syringe | |
| PA-Katheter Swan Ganz 7.5 Fr 110 cm | Edwards Lifesciences LLC, Irvine CA, USA | Swan-Ganz catheter | |
| Perfusor FM Braun | B.Braun Melsungen AG, Germany | syringe pump | |
| PiCCO catheter | PULSION Medical Systems SE, Feldkirchen, DE | ||
| Potassium chloride 1 M | Fresenius, Kabi Germany GmbH | ||
| Propofol 2% 20 mg/mL (50 mL flasks) | Fresenius, Kabi Deutschland, GmbH | ||
| Pulse-contour continous cardiac output System PiCCO2 | PULSION Medical Systems SE, Feldkirchen, DE | ||
| Rüschelit Super Safety Clear >ID 6/6.5 /7.0 mm | Teleflex Medical Sdn. Bhd, Malaysia | endotracheal tube | |
| Sonosite Micromaxx Ultrasoundsystem | Sonosite Bothell, WA, USA | ultrasound | |
| Stainless Macintosh Größe 4 | Welch Allyn69604 | blade for laryngoscope | |
| Sterofundin | B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | Balanced electrolyte solution | |
| Vasco OP sensitive | B.Braun Melsungen AG, Germany | sterile gloves | |
| Vasofix Safety 22 G-16 G | B.Braun Melsungen AG, Germany | venous catheter | |
| VBM Cuff Manometer | VBM Medizintechnik GmbH, Sulz a.N., Germany | cuff pressure gauge |
References
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