Nichtinvasives und invasives Monitoring der renalen Hypoxie in einem Schweinemodell des hämorrhagischen Schocks
Summary
Hier wird ein Protokoll zur Messung der renalen Oxygenierung in der Medulla und des nicht-invasiven Sauerstoffpartialdrucks im Urin in einem hämorrhagischen Schock-Schweinemodell vorgestellt, um den Sauerstoffpartialdruck im Urin als Frühindikator für akutes Nierenversagen (AKI) und einen neuartigen Wiederbelebungsendpunkt zu etablieren.
Abstract
Bis zu 50 % der Patienten mit Trauma entwickeln ein akutes Nierenversagen (AKI), zum Teil aufgrund einer schlechten Nierendurchblutung nach starkem Blutverlust. Die Diagnose einer akuten Niereninsuffizienz wird derzeit auf der Grundlage einer Veränderung der Serumkreatininkonzentration gegenüber dem Ausgangswert oder längerer Perioden mit verminderter Urinausscheidung gestellt. Leider sind bei den meisten Patienten mit Trauma keine Daten zur Kreatininkonzentration im Serum verfügbar, und die derzeitigen Schätzmethoden sind ungenau. Darüber hinaus kann sich die Kreatininkonzentration im Serum erst 24-48 Stunden nach der Verletzung ändern. Schließlich muss die Oligurie mindestens 6 Stunden anhalten, um ein akutes Nierenversagen zu diagnostizieren, was eine frühzeitige Diagnose unpraktisch macht. Die heute verfügbaren AKI-Diagnoseansätze sind für die Vorhersage des Risikos bei der Reanimation von Patienten mit Trauma nicht geeignet. Studien deuten darauf hin, dass der Sauerstoffpartialdruck im Urin (PuO2) für die Beurteilung einer renalen Hypoxie nützlich sein kann. Ein Monitor, der den Blasenkatheter und den Urinsammelbeutel verbindet, wurde entwickelt, um PuO2 nicht-invasiv zu messen. Das Gerät verfügt über einen optischen Sauerstoffsensor, der PuO2 auf der Grundlage von Lumineszenzlöschprinzipien schätzt. Darüber hinaus misst das Gerät den Harnfluss und die Temperatur, wobei letztere um Störeffekte von Temperaturänderungen auszugleichen. Der Harnfluss wird gemessen, um die Auswirkungen des Sauerstoffeintritts in Zeiten mit niedrigem Urinfluss zu kompensieren. Dieser Artikel beschreibt ein Schweinemodell des hämorrhagischen Schocks, um den Zusammenhang zwischen nicht-invasivem PuO2, renaler Hypoxie und der Entwicklung von akutem Nierenversagen zu untersuchen. Ein zentrales Element des Modells ist die ultraschallgesteuerte chirurgische Platzierung einer Sauerstoffsonde im Nierenmark, die auf einer unummantelten optischen Mikrofaser basiert. PuO2 wird auch in der Blase gemessen und mit der Niere und nicht-invasivenPuO2-Messungen verglichen. Dieses Modell kann verwendet werden, um PuO 2 als frühen Marker für AKI zu testen und PuO2 als wiederbelebungsfähigen Endpunkt nach Blutungen zu bewerten, der eher auf eine endorganische als auf eine systemische Sauerstoffversorgung hinweist.
Introduction
Akutes Nierenversagen (AKI) betrifft bis zu 50 % der Patienten mit Traumata, die auf die Intensivstation1 eingeliefert werden. Patienten, die eine akute Niereninsuffizienz entwickeln, haben tendenziell eine längere Aufenthaltsdauer im Krankenhaus und auf der Intensivstation und ein dreimal höheres Mortalitätsrisiko 2,3,4. Derzeit wird AKI am häufigsten durch die KDIGO-Richtlinien (Kidney Disease Improving Global Outcomes) definiert, die auf Veränderungen der Serumkreatininkonzentration gegenüber dem Ausgangswert oder Perioden verlängerter Oligurie basieren5. Bei den meisten Patienten mit Trauma sind keine Daten zur Kreatininkonzentration verfügbar, und Schätzgleichungen sind unzuverlässig und wurden bei Patienten mit Trauma nicht validiert6. Darüber hinaus darf sich die Kreatininkonzentration im Serum frühestens 24 Stunden nach der Verletzung ändern, was eine frühzeitige Erkennung und Intervention ausschließt7. Während Untersuchungen darauf hindeuten, dass die Urinausscheidung ein früherer Indikator für AKI ist als die Kreatininkonzentration im Serum, verlangen die KDIGO-Kriterien eine mindestens 6-stündige Oligurie, was Interventionen zur Verletzungsprävention ausschließt8. Der optimale Schwellenwert für die stündliche Urinausscheidung und die geeignete Dauer der Oligurie zur Definition von AKI werden ebenfalls diskutiert, was ihre Wirksamkeit als Frühmarker der Krankheit einschränkt 9,10. Daher sind die derzeitigen diagnostischen Maßnahmen für AKI in Traumasituationen nicht nützlich, führen zu einer verzögerten Diagnose von AKI und liefern keine Echtzeitinformationen über den Risikostatus eines Patienten für die Entwicklung eines AKI.
Während die Entwicklung einer akuten Niereninsuffizienz in einer traumatischen Umgebung komplex ist und wahrscheinlich mit mehreren Ursachen verbunden ist, wie z. B. einer schlechten Nierendurchblutung aufgrund einer Hypovolämie, einer verminderten Nierendurchblutung aufgrund einer Vasokonstriktion, einer traumabedingten Entzündung oder einer Ischämie-Reperfusionsverletzung, ist die renale Hypoxie ein häufiger Faktor bei den meisten Formen der akuten Niereninsuffizienz11,12. Insbesondere die Medullaregion der Niere ist aufgrund der reduzierten Sauerstoffzufuhr und der hohen Stoffwechselaktivität im Zusammenhang mit der Natriumresorption sehr anfällig für ein Ungleichgewicht zwischen Sauerstoffbedarf und -versorgung. Wenn es also möglich wäre, die Oxygenierung des Nierenmarks zu messen, könnte es möglich sein, den Risikostatus eines Patienten für die Entwicklung einer akuten Niereninsuffizienz zu überwachen. Obwohl dies klinisch nicht durchführbar ist, korreliert der Sauerstoffpartialdruck im Urin (PuO2) am Ausgang der Niere stark mit der Sauerstoffversorgung des Markgewebes13,14. Andere Studien haben gezeigt, dass es möglich ist, das PuO2 in der Blase zu messen und dass es sich als Reaktion auf Reize verändert, die denPuO2-Spiegel des Marksauffsund des Nierenbeckens verändern, wie z. B. eine Abnahme des Nierenblutflusses15,16,17. Diese Studien deuten darauf hin, dass PuO2 auf eine Endorganperfusion hinweisen könnte und für die Überwachung der Auswirkungen von Interventionen in Traumasituationen auf die Nierenfunktion nützlich sein könnte.
Um PuO 2 nicht-invasiv zu überwachen, wurde ein nicht-invasiver PuO2-Monitor entwickelt, der einfach an das Ende eines Blasenkatheters außerhalb des Körpers angeschlossen werden kann. Der nichtinvasive PuO2-Monitor besteht aus drei Hauptkomponenten: einem Temperatursensor, einem lumineszenzlöschenden Sauerstoffsensor und einem thermisch basierten Durchflusssensor. Da jede Lambdasonde optisch basiert und sich auf die Stern-Volmer-Beziehung stützt, um die Beziehung zwischen Lumineszenz und Sauerstoffkonzentration zu quantifizieren, ist ein Temperatursensor erforderlich, um mögliche Störeffekte von Temperaturänderungen auszugleichen. Der Durchflusssensor ist wichtig, um die Urinausscheidung zu quantifizieren und die Richtung und Größe des Urinflusses zu bestimmen. Alle drei Komponenten sind durch eine Kombination aus männlichen, weiblichen und T-förmigen Luer-Lock-Anschlüssen und flexiblen Polyvinylchlorid (PVC)-Schläuchen verbunden. Das Ende mit dem konischen Konnektor wird mit dem Auslass des Blasenkatheters verbunden, und das Ende mit dem Schlauch über dem konischen Konnektor verbindet Schieber über den Konnektor am Urinsammelbeutel.
Trotz der Messung distal zur Blase zeigte eine kürzlich durchgeführte Studie, dass ein niedriger PuO2-Wert im Urin während einer Herzoperation mit einem erhöhten Risiko für die Entwicklung von AKIverbunden ist 18,19. In ähnlicher Weise konzentrieren sich aktuelle Tiermodelle in erster Linie auf die Früherkennung von akutem Nierenversagen während Herzoperationen und Sepsis 14,20,21,22. Daher bleiben Fragen über den Einsatz dieses neuartigen Geräts in Traumasituationen offen. Ziel dieser Forschung ist es, PuO2 als frühen Marker für AKI zu etablieren und seine Verwendung als reanimationsfähigen Endpunkt bei Patienten mit Trauma zu untersuchen. Dieses Manuskript beschreibt ein Schweinemodell des hämorrhagischen Schocks, das die Platzierung des nicht-invasiven PuO2-Monitors, eines Blasen-PuO2-Sensors und eines Gewebesauerstoffsensors im Nierenmark umfasst. Die Daten des nicht-invasiven Monitors werden mit Blasen-PuO2- und invasiven Gewebesauerstoffmessungen verglichen. Der nicht-invasive Monitor enthält auch einen Durchflusssensor, der nützlich sein wird, um die Beziehung zwischen der Urinflussrate und dem Sauerstoffeintritt zu verstehen, was die Fähigkeit verringert, aus nicht-invasivem PuO2 auf die Sauerstoffversorgung des Nierenmarkgewebes zu schließen, wenn der Urin die Harnwege durchquert. Zusätzlich werden die Daten der drei Sauerstoffsensoren mit systemischen Vitalparametern, wie z.B. dem mittleren arteriellen Druck, verglichen. Die zentrale Hypothese ist, dass nicht-invasive PuO2-Daten stark mit dem invasiven medullären Sauerstoffgehalt korrelieren und eine medulläre Hypoxie während der Reanimation widerspiegeln. Die nichtinvasivePuO-2-Überwachung hat das Potenzial, traumabedingte Ergebnisse zu verbessern, indem sie AKI früher erkennt und als neuartiger Wiederbelebungsendpunkt nach Blutungen dient, der eher auf eine endorganbedingte als auf eine systemische Sauerstoffversorgung hinweist.
Protocol
Representative Results
Discussion
AKI ist eine häufige Komplikation bei Patienten mit Traumata, und derzeit gibt es keinen validierten Monitor am Krankenbett für die Sauerstoffversorgung des Nierengewebes, der eine frühere Erkennung von AKI ermöglichen und mögliche Interventionen leiten könnte. Dieses Manuskript beschreibt die Verwendung und Instrumentierung eines porcinen hämorrhagischen Schockmodells zur Etablierung von nicht-invasivem PuO2 als Frühindikator für AKI und als neuartigen Reanimationsendpunkt in Traumasituationen.
<…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Arbeit im Rahmen dieses Stipendiums wird vom University of Utah Clinical and Translational Science Institute über das Translational and Clinical Studies Pilot Program und das Büro des Verteidigungsministeriums der Congressionally Directed Medical Research Programs (PR192745) finanziert.
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 |
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