Summary

ניטור היפוקסיה כלייתי לא פולשני ופולשני במודל חזירי של הלם דימומי

Published: October 28, 2022
doi:

Summary

מוצג כאן פרוטוקול למדידת חמצון כלייתי במדולה ולחץ חלקי חמצן לא פולשני בשתן במודל חזירי הלם דימומי כדי לבסס לחץ חלקי של חמצן בשתן כאינדיקטור מוקדם לפגיעה חריפה בכליות (AKI) ונקודת סיום חדשנית להחייאה.

Abstract

עד 50% מהחולים עם טראומה מפתחים פגיעה כלייתית חריפה (AKI), בין היתר בשל זילוח כליות לקוי לאחר איבוד דם חמור. AKI מאובחן כיום על סמך שינוי בריכוז הקריאטינין בסרום מנקודת ההתחלה או תקופות ממושכות של ירידה בתפוקת השתן. למרבה הצער, נתוני ריכוז קריאטינין בסרום אינם זמינים ברוב החולים עם טראומה, ושיטות האומדן הנוכחיות אינן מדויקות. בנוסף, ריכוז קריאטינין בסרום לא יכול להשתנות עד 24-48 שעות לאחר הפציעה. לבסוף, אוליגוריה חייבת להתמיד לפחות 6 שעות כדי לאבחן AKI, מה שהופך אותה לבלתי מעשית לאבחון מוקדם. גישות אבחון AKI הקיימות כיום אינן שימושיות לניבוי הסיכון במהלך החייאה של חולים עם טראומה. מחקרים מראים כי לחץ חלקי בשתן של חמצן (PuO2) עשוי להיות שימושי להערכת היפוקסיה כלייתית. מוניטור המחבר בין קטטר השתן לבין שקית איסוף השתן פותח למדידת PuO2 באופן לא פולשני. המכשיר משלב חיישן חמצן אופטי שמעריך את PuO2 בהתבסס על עקרונות מרווה של לומינסנציה. בנוסף, המכשיר מודד את זרימת השתן ואת הטמפרטורה, האחרון כדי להתאים את ההשפעות המבלבלות של שינויי טמפרטורה. זרימת השתן נמדדת כדי לפצות על ההשפעות של חדירת חמצן בתקופות של זרימת שתן נמוכה. מאמר זה מתאר מודל חזירי של הלם דימומי כדי לחקור את הקשר בין PuO2 לא פולשני, היפוקסיה כלייתית והתפתחות AKI. מרכיב מרכזי במודל הוא מיקום כירורגי מונחה אולטרסאונד במדולה הכליה של בדיקת חמצן, המבוססת על מיקרופייבר אופטי ללא מעטפת. PuO 2 יימדד גם בשלפוחית השתן ויושווה למדידות הכליות והלא פולשניות של PuO2. מודל זה יכול לשמש לבדיקת PuO 2 כסמן מוקדם של AKI ולהעריך את PuO2 כנקודת קצה של החייאה לאחר דימום המעידה על איבר קצה ולא על חמצון מערכתי.

Introduction

פגיעה חריפה בכליות (AKI) משפיעה על עד 50% מהחולים עם טראומה שאושפזו ביחידה לטיפול נמרץ1. חולים המפתחים AKI נוטים להיות בעלי משך שהייה ארוך יותר בבית החולים וביחידות טיפול נמרץ וסיכון גבוה פי שלושה לתמותה 2,3,4. נכון לעכשיו, AKI מוגדר בדרך כלל על ידי הנחיות KDIGO לשיפור תוצאות גלובליות של מחלות כליות, המבוססות על שינויים בריכוז קריאטינין בסרום מנקודת ההתחלה או תקופות של אוליגוריה5 ממושכת. נתוני ריכוז קריאטינין בסיסיים אינם זמינים ברוב החולים עם טראומה, ומשוואות האומדן אינן אמינות ולא אומתו בחולים עם טראומה6. בנוסף, ריכוז קריאטינין בסרום עשוי לא להשתנות עד לפחות 24 שעות לאחר הפציעה, מניעת זיהוי מוקדם והתערבות7. בעוד שמחקרים מצביעים על כך שתפוקת השתן היא אינדיקטור מוקדם יותר של AKI מאשר ריכוז קריאטינין בסרום, הקריטריונים של KDIGO דורשים מינימום של 6 שעות של אוליגוריה, מה שמונע התערבויות הממוקדות במניעת פציעות8. כמו כן מתווכחים סף תפוקת השתן השעתי האופטימלי ומשך הזמן המתאים של אוליגוריה להגדרת AKI, המגבילים את יעילותו כסמן מוקדם של המחלה 9,10. לפיכך, אמצעי האבחון הנוכחיים עבור AKI אינם שימושיים במצבי טראומה, מובילים לאבחון מאוחר של AKI, ואינם מספקים מידע בזמן אמת לגבי מצב הסיכון של המטופל לפתח AKI.

בעוד שהתפתחות AKI במסגרת טראומה היא מורכבת וככל הנראה קשורה למספר סיבות כגון זילוח כליות לקוי עקב היפובולמיה, זרימת דם כלייתית מופחתת עקב התכווצות כלי דם, דלקת הקשורה לטראומה או פגיעה באיסכמיה-רפרפוזיה, היפוקסיה כלייתית היא גורם שכיח בקרב רוב הצורות של AKI11,12. בפרט, אזור המדולה של הכליה רגיש מאוד לחוסר איזון בין דרישת החמצן לאספקה במצב הטראומה עקב אספקת חמצן מופחתת ופעילות מטבולית גבוהה הקשורה לספיגה מחדש של נתרן. לכן, אם ניתן היה למדוד חמצון כליות medulla, ייתכן שניתן יהיה לעקוב אחר מצב הסיכון של המטופל לפתח AKI. אמנם זה לא אפשרי קלינית, לחץ חלקי בשתן של חמצן (PuO2) במוצא הכליה נמצא בקורלציה חזקה עם חמצון רקמה מדולרית13,14. מחקרים אחרים הראו כי ניתן למדוד את שלפוחית השתן PuO 2 וכי היא משתנה בתגובה לגירויים המשנים את רמות החמצן המדולרי ואגן הכליה PuO2, כגון ירידה בזרימת הדם הכלייתית15,16,17. מחקרים אלה מצביעים על כך ש- PuO2 עשוי להצביע על זילוח איברי קצה ויכול להיות שימושי לניטור ההשפעה של התערבויות במצבי טראומה על תפקוד הכליות.

כדי לנטר את PuO 2 באופן לא פולשני, פותח מוניטור PuO2 לא פולשני שיכול להתחבר בקלות לקצה של קטטר שתן מחוץ לגוף. צג PuO2 הלא פולשני מורכב משלושה רכיבים עיקריים: חיישן טמפרטורה, חיישן חמצן מרווה-אור וחיישן זרימה תרמי. מכיוון שכל חיישן חמצן מבוסס אופטית ומסתמך על יחסי שטרן-וולמר כדי לכמת את הקשר בין עוצמת האור לריכוז החמצן, יש צורך בחיישן טמפרטורה כדי לקזז את ההשפעות המבלבלות האפשריות של שינויים בטמפרטורה. חיישן הזרימה חשוב לכימות תפוקת השתן ולקביעת כיוון ועוצמת זרימת השתן. כל שלושת הרכיבים מחוברים על ידי שילוב של מחברי נעילה Luer בצורת זכר, נקבה ו- T וצינורות גמישים פולי-ויניל כלוריד (PVC). הקצה עם המחבר החרוטי מתחבר לשקע של קטטר השתן, והקצה עם צינורות מעל המחבר החרוטי מתחבר מחליק מעל המחבר על שקית איסוף השתן.

למרות מדידה שונה לשלפוחית השתן, מחקר שנערך לאחרונה הראה כי PuO2 נמוך בשתן במהלך ניתוח לב קשור לסיכון מוגבר לפתח AKI18,19. באופן דומה, המודלים הנוכחיים של בעלי חיים התמקדו בעיקר בגילוי מוקדם של AKI במהלך ניתוחי לב ואלח דם 14,20,21,22. לפיכך, נותרו שאלות לגבי השימוש במכשיר חדשני זה במסגרות של טראומה. מטרת מחקר זה היא לבסס את PuO2 כסמן מוקדם של AKI ולחקור את השימוש בו כנקודת קצה להחייאה בחולים עם טראומה. כתב יד זה מתאר מודל חזירי של הלם דימומי הכולל מיקום של צג PuO 2 לא פולשני, חיישן PuO2 של שלפוחית השתן וחיישן חמצן רקמתי במדולה הכליה. הנתונים מהמוניטור הלא פולשני יושוו למדידות PuO2 וחמצן פולשני ברקמות. המוניטור הלא פולשני כולל גם חיישן זרימה שיהיה שימושי להבנת הקשר בין קצב זרימת השתן לבין חדירת חמצן, מה שמפחית את היכולת להסיק חמצון רקמה מדולרית כלייתית מ- PuO2 לא פולשני כאשר השתן חוצה את דרכי השתן. בנוסף, הנתונים משלושת חיישני החמצן יושוו לסימנים חיוניים מערכתיים, כגון לחץ עורקים ממוצע. ההשערה המרכזית היא שנתוני PuO2 לא פולשניים יהיו בקורלציה חזקה עם תכולת חמצן מדולרית פולשנית וישקפו היפוקסיה מדולרית במהלך החייאה. לניטור לא פולשני של PuO2 יש פוטנציאל לשפר את התוצאות הקשורות לטראומה על ידי זיהוי מוקדם יותר של AKI ולשמש כנקודת קצה חדשה להחייאה לאחר דימום המעידה על איבר קצה ולא על חמצון מערכתי.

Protocol

הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של אוניברסיטת יוטה אישרה את כל פרוטוקולי הניסוי המתוארים כאן. לפני הניסוי, 12 חזירות יורקשייר מסורסות או לא הרות במשקל 50-75 ק”ג ובין 6-8 חודשים התאקלמו במכלאות שלהם במשך 7 ימים לפחות. במהלך תקופה זו, כל הטיפול מנוהל על ידי וטרינר ובהתאם למדריך לטיפול ושימ…

Representative Results

איור 1 מראה תמונה של צג PuO2 לא פולשני המתואר בכתב היד הזה. איור 2 מראה תרשים של מדידות MAP ו-PuO2 לא פולשניות בקרב נבדק יחיד במהלך ניסוי דומה למודל הדימום החזירי המתואר. בתחילת הניסוי, עם תחילת הדימום, חלה ירידה ב-MAP וב-PuO2. לאחר הירידה הראשונית ב-PuO<s…

Discussion

AKI הוא סיבוך שכיח בחולים עם טראומה, ונכון לעכשיו, אין מוניטור מאומת ליד המיטה עבור חמצון רקמת הכליה, אשר יכול לאפשר זיהוי מוקדם יותר של AKI ולהנחות התערבויות פוטנציאליות. כתב יד זה מתאר את השימוש והמכשור של מודל הלם דימום חזירי כדי לבסס PuO2 לא פולשני כאינדיקטור מוקדם של AKI ונקודת סיום חדש…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

העבודה במענק זה ממומנת על ידי המכון למדע קליני ותרגומי של אוניברסיטת יוטה באמצעות תוכנית הפיילוט למחקרים תרגומיים וקליניים ומשרד ההגנה של תוכניות המחקר הרפואי המכוונות על ידי הקונגרס (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

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. Perkins, Z. B., et al. Trauma induced acute kidney injury. Plos One. 14 (1), 0211001 (2019).
  4. 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).
  5. Khwaja, A. KDIGO clinical practice guidelines for acute kidney injury. Nephron Clinical Practice. 120 (4), 179-184 (2012).
  6. 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).
  7. Ostermann, M., Joannidis, M. Acute kidney injury 2016: diagnosis and diagnostic workup. Critical Care. 20 (1), 299 (2016).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Ostermann, M. Diagnosis of acute kidney injury: Kidney disease improving global outcomes criteria and beyond. Current Opinion Critical Care. 20 (6), 581-587 (2014).
  11. Harrois, A., Libert, N., Duranteau, J. Acute kidney injury in trauma patients. Current Opinion Critical Care. 23 (6), 447-456 (2017).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Stafford-Smith, M., Grocott, H. P. Renal medullary hypoxia during experimental cardiopulmonary bypass: a pilot study. Perfusion. 20 (1), 53-58 (2005).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. Legrand, M., et al. Fluid resuscitation does not improve renal oxygenation during hemorrhagic shock in rats. Anesthesiology. 112 (1), 119-127 (2010).
  27. 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).
  28. 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).
check_url/kr/64461?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Lofgren, L. R., Hoareau, G. L., Kuck, K., Silverton, N. A. Noninvasive and Invasive Renal Hypoxia Monitoring in a Porcine Model of Hemorrhagic Shock. J. Vis. Exp. (188), e64461, doi:10.3791/64461 (2022).

View Video