Standardiserad hemorragisk chock induktion guidad av cerebral oximetri och förlängd hemodynamisk övervakning hos svin

Summary

Hemorragisk chock är en svår komplikation hos allvarligt skadade patienter, vilket leder till livshotande syre underförsörjning. Vi presenterar en standardiserad metod för att inducera hemorragisk chock via blod abstinens hos svin som styrs av hemodynamik och mikrocirkulatorisk cerebral syresättning.

Abstract

Hemorragisk chock rankas bland de främsta orsakerna till allvarlig skada-relaterade dödsfall. Förlusten av cirkulations volym och syre bärare kan leda till otillräcklig syretillförsel och oåterkallelig organsvikt. Hjärnan utövar endast begränsad kompensations kapacitet och är särskilt hög risk för svår hypoxisk skada. Denna artikel visar den reproducerbara induktion av livshotande hemorragisk chock i en svin modell med hjälp av beräknat blod uttag. Vi titrerar chock induktion guidad av nära-infraröd spektroskopi och utökad hemodynamisk övervakning för att Visa systemisk cirkulatorisk svikt, samt cerebral mikrocirkulatorisk syrebrist. I jämförelse med liknande modeller som främst fokuserar på fördefinierade avverkningsvolymer för chock induktion, belyser detta tillvägagångssätt en titrering med hjälp av det resulterande misslyckandet i makro-och mikrocirkulationen.

Introduction

Massive blodförlust är bland de främsta orsakerna till skada-relaterade dödsfall^1,2,3. Förlusten av cirkulations vätska och syre bärare leder till hemodynamisk svikt och svår syrebrist och kan orsaka irreversibel organsvikt och död. Svårighetsgraden av chock påverkas av ytterligare faktorer som hypotermi, koagulopati, och acidos⁴. Särskilt hjärnan, men även njurarna saknar kompensations kapacitet på grund av hög syre efterfrågan och inkapacitet av adekvat anaerob energiproduktion^5,6. För terapeutiska ändamål är snabba och omedelbara åtgärder avgörande. I klinisk praxis är vätske återupplivning med en balanserad elektrolytlösning det första alternativet för behandling, följt av administrering av röda blodkroppar koncentrat och färsk fryst plasma. Trombocytkoncentrat, katekolaminer, och optimering av koagulation och syra-bas status stödja behandling för att återfå normala fysiologiska tillstånd efter ihållande trauma. Konceptet fokuserar på återställande av hemodynamik och makro cirkulation. Flera studier visar dock att mikrocirkulatorisk perfusion inte återhämta sig samtidigt med makro cirkulationen. Speciellt, cerebral perfusion förblir nedsatt och ytterligare syre under tillförsel kan inträffa^7,8.

Användningen av djurmodeller gör det möjligt för forskarna att etablera nya eller experimentella strategier. Den jämförbara anatomi, homologi, och fysiologi av grisar och människor möjliggör slutsatser om specifika patologiska faktorer. Båda arterna har ett liknande metaboliskt system och svar på farmakologiska behandlingar. Detta är en stor fördel i jämförelse med små djurmodeller där skillnader i blodvolym, hemodynamik, och övergripande fysiologi gör det nästan omöjligt att efterlikna ett kliniskt scenario⁹. Dessutom kan auktoriserad medicinsk utrustning och förbrukningsvaror lätt användas i svin modeller. Dessutom är det lätt möjligt att få grisar från kommersiella leverantörer, vilket möjliggör en hög mångfald av genetik och fenotyper och är kostnadsminskande¹⁰. Modellen för blod uttag via fartygs kanylering är ganska vanligt^{11,12,13,14,15}.

I denna studie, vi utvidga begreppet hemorragisk chock induktion via arteriell blod abstinens med en exakt titrering av hemodynamiskt misslyckande och cerebral syresättning försämring. Hemorragisk chock uppnås om hjärtindex och genomsnittligt arteriellt tryck sjunker under 40% av utgångsvärde, som har visat sig orsaka betydande försämring av cerebral regionala syresättningen mättnad⁸. Puls kon tur hjärt minut effekt (PiCCO) mätning används för kontinuerlig hemodynamisk övervakning. För det första måste systemet kalibreras genom transpulmonellt thermodilution, vilket möjliggör beräkning av hjärtindex för extravaskulär lungvatten halt och den globala slutet diastoliska volymen. Därefter beräknas det kontinuerliga hjärt indexet med puls kon tur analys och ger även dynamiska förladdnings parametrar som puls tryck och variation i slagvolym.

Denna teknik är väl etablerad i kliniska och experimentella miljöer. Nära-infraröd spektroskopi (NIRS) är en kliniskt och experimentellt etablerad metod för att övervaka förändringar i cerebral syretillförsel i realtid. Självhäftande sensorer är fästa på vänster och höger panna och beräkna cerebral syresättning icke-invasivt i cerebral frontal cortex. Två våglängder av infrarött ljus (700 och 900 nm) avges och detekteras av sensorerna efter att ha reflekterats från hjärnbarken vävnad. För att bedöma den cerebrala syrehalten, bidrag av arteriella och venösa blod beräknas i 1:3 relationer och uppdateras i 5 s intervaller. Känsligheten på djupet av 1-4 cm är exponentiell minskande och påverkas av den penetrerade vävnaden (t. ex. hud och ben), även om skallen är genomskinlig till infrarött ljus. Tekniken underlättar snabba terapeutiska åtgärder för att förhindra att patienter från ogynnsamma utfall som delirium eller hypoxisk cerebral skada och fungerar som målparameter vid nedsatt hjärt minut effekt^16,17. Kombinationen av båda teknikerna under experimentell chock möjliggör en exakt titrering av makro cirkulationen, liksom cerebral mikrocirkulatorisk försämring, för att studera denna livshotande händelse.

Protocol

Försöken i detta protokoll godkändes av den statliga och institutionella djur vårds kommittén (Landesuntersuchungsamt Rheinland-Pfalz, Koblenz, Tyskland; Ordförande: Dr. Silvia Eisch-Wolf; referensnummer: 23 177-07/G 14-1-084; 02.02.2015). experimenten utfördes i enlighet med djur forsknings rapporteringen av in vivo experiment (ANLÄND) riktlinjer. Studien planerades och genomfördes mellan november 2015 och mars 2016. Efter utökad litteraturforskning, gris modell valdes som en väletablerad modell för hemorrag…

Representative Results

Efter start av chock induktion kan en kort tid av kompensation registreras. Med pågående avlägsnande av blod, ovan nämnda hjärt-cirkulatorisk dekompensation, som övervakas av en signifikant minskning av crso2, hjärtindex, intrathorakal blodvolym index, och det globala slutet diastoliskt Volymindex (figur 2 , Figur 3och figur 4). Dessutom, betydande takykardi och en minskning av arte…

Discussion

Protokollet beskriver en metod för att inducera hemorragisk chock via kontrollerad arteriell blödning hos svin som styrs av systemisk hemodynamik, samt av cerebral mikrocirkulatorisk försämring. Chock villkor uppnåddes genom en beräknad blod tillbakadragande av 25-35 mL kg^-1 och bekräftas av den nämnda sammansatta av surrogat parametrar som indikerar betydande hjärt-cirkulatorisk misslyckande. Om obehandlad, detta förfarande var dödligt inom 2 h i 66% av djuren, vilket understryker svårighetsgrad o…

Materials

3-way-stopcock blue	Becton Dickinson Infusion Therapy AB Helsingborg, Sweden	394602	Drug administration
3-way-stopcock red	Becton Dickinson Infusion Therapy AB Helsingborg, Sweden	394605	Drug administration/Shock induction
Atracurium	Hikma Pharma GmbH , Martinsried	AM03AC04*	Anesthesia
Canula 20 G	Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain	301300	Vascular access
Datex Ohmeda S5	GE Healthcare Finland Oy, Helsinki, Finland	–	Hemodynamic monitor
Desinfection	Schülke & Mayr GmbH, Germany	104802	Desinfection
Heidelberger Verlängerung 75CM	Fresenius Kabi Deutschland GmbH	2873112	Drug administration/Shock induction
INVOS 5100C Cerebral	Medtronic PLC, USA	–	Monitore for cerebral regional oxygenation
INVOS Cerebral/Somatic Oximetry Adult Sensors	Medtronic PLC, USA	20884521211152	Monitoring of the cerebral regional oxygenation
Endotracheal tube	Teleflex Medical Sdn. Bhd, Malaysia	112482	Intubation
Endotracheal tube introducer	Wirutec GmbH, Sulzbach, Germany	5033062	Intubation
Engström Carestation	GE Heathcare, Madison USA	–	Ventilator
Fentanyl	Janssen-Cilag GmbH, Neuss	AA0014*	Anesthesia
Gloves	Paul Hartmann, Heidenheim, Germany	9422131	Self-protection
Incetomat-line 150 cm	Fresenius, Kabi GmbH, Bad Homburg, Germany	9004112	Drug administration
Ketamine	Hameln Pharmaceuticals GmbH, Zofingen, Schweiz	AN01AX03*	Sedation
Laryngoscope	Teleflex Medical Sdn. Bhd, Malaysia	671067-000020	Intubation
Logical pressure monitoring system	Smith- Medical GmbH,  Minneapolis, USA	MX9606	Hemodynamic monitor
Logicath 7 Fr 3-lumen 30cm	Smith- Medical GmbH,  Minneapolis, USA	MXA233x30x70-E	Vascular access/Drug administration
Masimo Radical 7	Masimo Corporation, Irvine, USA	–	Hemodynamic monitor
Mask for ventilating dogs	Henry Schein, Melville, USA	730-246	Ventilation
Original Perfusor syringe 50ml Luer Lock	B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany	8728810F	Drug administration
PICCO Thermodilution. F5/20CM EW	MAQUET Cardiovascular GmbH, Rastatt, Germany	PV2015L20-A	Hemodynamic monitor
Percutaneous sheath introducer set 8,5 und 9 Fr, 10 cm with integral haemostasis valve/sideport	Arrow international inc., Reading, USA	AK-07903	Vascular access/Shock induction
Perfusor FM Braun	B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany	8713820	Drug administration
Potassium chloride	Fresenius, Kabi GmbH, Bad Homburg, Germany	6178549	Euthanasia
Propofol 2%	Fresenius, Kabi GmbH, Bad Homburg, Germany	AN01AX10*	Anesthesia
Pulse Contour Cardiac Output (PiCCO2)	Pulsion Medical Systems, Feldkirchen, Germany	–	Hemodynamic monitor
Sonosite Micromaxx Ultrasoundsystem	Fujifilm, Sonosite Bothell, Bothell, USA	–	Vascular access
Stainless Macintosh Size 4	Teleflex Medical Sdn. Bhd, Perak,  Malaysia	670000	Intubation
Sterofundin	B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany	AB05BB01*	balanced electrolyte infusion
Stresnil 40mg/ml	Lilly Germany GmbH, Wiesbaden, Germany	QN05AD90	Sedation
Syringe 10 mL	Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain	309110	Drug administration
Syringe 2 mL	Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain	300928	Drug administration
Syringe 20 mL	Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain	300296	Drug administration
Syringe 5 mL	Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain	309050	Drug administration
venous catheter 22G	B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany	4269110S-01	Vascular access
*ATC:  Anatomical Therapeutic Chemical / Defined Daily Dose Classification