Åpne trakeostomi magesyre aspire Murine modell av akutt lungeskade Resultater i Maximal Akutt-dødelige lungeskade
Summary
This protocol induces acute lung injury in a mouse that has close fidelity to the pathogenesis of acid pneumonitis observed in humans. We generate a maximal acute nonlethal low pH lung injury and account for differences in rodent-human anatomic respiratory structure using an open tracheostomy coupled with circumferential pressure release.
Abstract
Acid pneumonitt er en viktig årsak til steril akutt lungeskade (ALI) hos mennesker. Syre pneumonitt spenner over det kliniske spektrum fra asymptomatisk til akutt lungesviktsyndrom (ARDS), karakterisert ved nøytrofil alveolitt, og skade på både alveolær epitel og vaskulært endotel. Klinisk er ARDS definert av akutt hypoksemi, bilaterale usammenhengende lungeinfiltrater og ikke-kardiogent lungeødem. Studier på mennesker har gitt oss verdifull informasjon om de fysiologiske og betennelsesforandringer i lungene forårsaket av ARDS, som har ført til en rekke hypoteser om streke mekanismer. Dessverre har vanskeligheter med å avgjøre etiologien av ARDS, så vel som et bredt spekter av patofysiologien resulterte i en mangel på kritisk informasjon som kan være nyttig i utviklingen av terapeutiske strategier.
Translasjonsforskning dyremodeller er verdifulle når deres patogenese og patofysiologi nøyaktig reproduserendeea konseptet påvist i både in vitro og kliniske settinger. Selv om store dyremodeller (for eksempel sau) dele karakteristikker av anatomien av menneskelig luftrøret-bronkial treet, murine modellene gir en rekke andre fordeler, inkludert: lav pris; kort reproduksjonssyklusen utlån seg til større datainnsamling; et godt forstått immunologisk system; og et godt karakterisert genom som fører til tilgjengeligheten av en rekke gen delesjon og transgene stammer. En robust modell av lave pH-induserte ARDS krever et murint ALI som er rettet hovedsakelig alveolar epitel, subsidiært vaskulært endotel, samt de små luftveiene som fører til alveolene. Videre er en reproduserbar skade med store forskjeller mellom ulike skadelige og ikke-skadelige fornærmelser viktig.
Den murine magesyre aspirasjon modell presenteres her ved hjelp av saltsyre sysselsetter en åpen trakeostomi og gjenskaper en sykdomsfremkallende scenario som gjengir den lave pH pneumonitis skader hos mennesker. I tillegg kan denne modellen anvendes for å undersøke interaksjonen av en lav pH-verdi fornærmelse med andre pulmonale skadelige enheter (f.eks, matrester, patogene bakterier).
Introduction
ARDS er preget av utbredt lungebetennelse og er klinisk sett på som akutt pustebesvær med hypoksemi. Disse symptomene oppstår ofte mindre enn 24 timer etter en eggende hendelse som traumer, sepsis, blodoverføring relaterte reaksjoner eller aspirasjon. Det er preget histopathologically av nøytrofil alveolitt (dvs. omfattende inflammasjon) lokalisert til alveolær epitel og vaskulært endotel fører til protein lekkasje og deretter hyalinmembran formasjon. Aspirasjon er kategorisert som kjemisk lungebetennelse eller lungebetennelse. 1. Den sure komponenten av den gastriske aspirasjon bidrar til både pneumoni og forkjærlighet for å utvikle en sekundær bakteriell lungebetennelse. Aspirasjonspneumoni er en av de ledende risikofaktorer for ALI og påfølgende utvikling av ARDS. 2
Gastric aspirasjon er en akutt hendelse definert som innånding av materialer fra tHan magen med eller uten orofaryngeal flora i luftveiene utenfor stemmebåndene. Om den aspirerte Innholdet kan inneholde lav pH magevæske, bakterier, blod, eller matrester. Gastric aspirasjon forekommer ofte hos pasienter i intensivavdeling (ICU), som er typisk i en fastende tilstand og dermed plasseres på en protonpumpehemmer å begrense aspirasjon av sure mageinnhold. Forekomsten av ALI i ICU befolkningen i USA er 2,5 – 5 ganger høyere sammenlignet med den generelle pasientpopulasjonen. 3 Dessverre er disse predisponerende faktorer ofte føre til en tilstand av bakteriell overvekst i magen som kan føre til mer alvorlige følgetilstander i lungene etter en aspirasjon hendelse, som gastrisk aspirasjon er en uavhengig risikofaktor for utvikling av sekundær bakteriell lungebetennelse (SBP) , ALI og ARDS.
Gastric aspirasjon har to hovedkomponenter: saltsyre og mageinnhold, som kan eller ikke kan inneholde bakteriereller mat partikler. I den gnager-modell frembringer den sure komponenten alene av mave aspirasjon en første inflammatorisk respons som et resultat av den direkte kaustiske skade av lav pH på luftveisepitel. Dette etterfølges av en nøytrofil infiltrasjon og en inflammatorisk respons på stillingen 4 – 6 timer. 4 Disse to faktorene til slutt føre til ødeleggelse av lungemikrovaskulær integritet og dermed fører til ekstravasasjon av fluid og proteiner til alveoler og luftrom. For å forstå dette patofysiologi og for ytterligere å undersøke mulige terapeutiske intervensjoner, er det viktig å utvikle og karakterisere en dyremodell som belyser de underliggende mekanismer som er involvert. En sur aspiratet alene må være omfangsrike eller med en tilstrekkelig lav pH for å omgå bufferkapasitet i luft treet og nå alveolene. Hvis dette ikke skjer, skjer bare en forbigående øvre, gjennomfører luftveiene skade som er mindre sannsynlig å føre til den alvorlige følgetilstander av ARDS. 5 </ Sup>
For å etterligne en aspirasjon hendelse nøyaktig med skadde alveolær epitel, er det viktig å overstyre en dyrets naturlige forsvar. Ved hjelp av en mus aspirasjon modell for å frembringe en ALI som etterligner magesyre skade hos menneske, må man ta hensyn til forskjellene i trakea-bronkialtreet. Den åpne trakeostomi teknikk som denne metoden utnytter forbigår forskjellene mellom mus og menneske respiratoriske trær og modeller skaden på en måte som reproduserer ALI både fysiologisk og histologisk. Historisk ble intratrakeal intubasjon brukt til å generere ALI, men det er ansett som vanskelig å utføre i mus uten laryngeal skade. Derfor denne metoden gir et potensielt alternativ som har gitt konsistente resultater på tvers av flere forskere og med minimal prosedyre tilskrives dødelighet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Målet var å utvikle en ALI dyremodell ved hjelp av magesyre aspirasjon som ligner patofysiologien som oppstår hos mennesker under utviklingen av syre lungebetennelse og påfølgende ARDS. I utviklingen av en modell, valgte vi en dyreart som tilbyr høy gjennomstrømning datainnsamling på grunn av sin lave pris, kort reproduksjonssyklusen, og et godt forstått immunologiske system med en overflod av undersøkende verktøy (dvs. monoklonale antistoffer, transgene stammer).
A…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ravi Alluri and Hilliard L. Kutscher are supported by Ruth L. Kirschstein National Research Service Award (NRSA) Institutional Research Training Grant 1T32GM099607.
Materials
| syringe, 1cc | Becton Dickinson | 309628 | |
| syringe, 5cc | Becton Dickinson | 309646 | |
| needle, 22 ga x 1 1/2" | Becton Dickinson | 305159 | |
| needle, 26 ga x 1 1/2" | Becton Dickinson | 305111 | |
| 1-O Braided Silk Suture | Harvard Apparatus | 517730 | |
| 3" Curved tissue serrated forceps | Fine Science Tools | 11065-07 | |
| 3" Curved tissue "toothed" forceps, 1×2 teeth | Fine Science Tools | 11067-07 | |
| 4" curved micro dissecting scissors | Fine Science Tools | 14061-10 | |
| bone cutting spring scissors | Fine Science Tools | 16144-13 | |
| 3 1/2" curved locking hemostat | Fine Science Tools | 13021-12 | |
| Disposable Skin Stapler | 3M | DS-25 | |
| tracheal cannula (20 ga x 1/2" stainless steal tubing adapter) | Becton Dickinson | 408210 | |
| 60-degree Incline Dissection Board | |||
| 0.5% Bupivacaine | |||
| Isoflurane | |||
| Betadine and "Q-tip" cotton applicator |
References
- Knight, P. R., Rutter, T., Tait, A. R., Coleman, E., Johnson, K. Pathogenesis of gastric particulate lung injury: a comparison and interaction with acidic pneumonitis. Anesth Analg. 77 (4), 754-760 (1993).
- Raghavendran, K., Nemzek, J., Napolitano, L. M., Knight, P. R. Aspiration-induced lung injury. Crit Care Med. 39 (4), 818-826 (2011).
- Rubenfeld, G. D., et al. Incidence and outcomes of acute lung injury. N Engl J Med. 353 (16), 1685-1693 (2005).
- Kennedy, T. P., et al. Acute acid aspiration lung injury in the rat: biphasic pathogenesis. Anesthesia & Analgesia. 69 (1), 87-92 (1989).
- Kudoh, I., et al. The effect of pentoxifylline on acid-induced alveolar epithelial injury. Anesthesiology. 82 (2), 531-541 (1995).
- Prophet, E. B., Mills, B., Arrington, J. B., Sobin, L. H. . Laboratory methods in histotechnology. , (1995).
- Kyriakides, C., et al. Membrane attack complex of complement and neutrophils mediate the injury of acid aspiration. J Appl Physiol. 87 (6), 2357-2361 (1999).
- Yoshikawa, S., et al. Acute ventilator-induced vascular permeability and cytokine responses in isolated and in situ mouse lungs. J Appl Physiol. 97 (6), 2190-2199 (2004).
- Eyal, F. G., Hamm, C. R., Coker-Flowers, P., Stober, M., Parker, J. C. The neutralization of alveolar macrophages reduces barotrauma-induced lung injury. FASEB J. 16 (4), 410-411 (2002).
- Hermans, C., Bernard, A. Lung epithelium-specific proteins: characteristics and potential applications as markers. Am J Respir Crit Care Med. 159 (2), 646-678 (1999).
- Segal, B. H., et al. Acid aspiration-induced lung inflammation and injury are exacerbated in NADPH oxidase-deficient mice. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 292 (3), 760-768 (2007).
- Matthay, M. A., Robriquet, L., Fang, X. Alveolar epithelium: role in lung fluid balance and acute lung injury. Proc Am Thorac Soc. 2 (3), 206-213 (2005).
- Richard, J. C., Factor, P., Welch, L. C., Schuster, D. P. Imaging the spatial distribution of transgene expression in the lungs with positron emission tomography. Gene Ther. 10 (25), 2074-2080 (2003).
