Hemorajik Şokun Domuz Modelinde Noninvaziv ve İnvaziv Renal Hipoksi İzlemesi
Summary
Burada, akut böbrek hasarının (ABİ) erken bir göstergesi olarak idrar oksijen kısmi basıncını ve yeni bir resüsitatif son nokta olarak idrar oksijen kısmi basıncını oluşturmak için hemorajik şok domuz modelinde medullada renal oksijenasyonu ve noninvaziv idrar oksijen kısmi basıncını ölçmek için bir protokol sunulmuştur.
Abstract
Travmalı hastaların% 50’sine kadarı, kısmen ciddi kan kaybından sonra zayıf böbrek perfüzyonu nedeniyle akut böbrek hasarı (AKI) geliştirir. AKI şu anda serum kreatinin konsantrasyonundaki başlangıçtan veya uzun süreli azalmış idrar çıkışı dönemlerinden kaynaklanan bir değişikliğe dayanarak teşhis edilmektedir. Ne yazık ki, travmalı hastaların çoğunda bazal serum kreatinin konsantrasyon verileri mevcut değildir ve mevcut tahmin yöntemleri yanlıştır. Ek olarak, serum kreatinin konsantrasyonu yaralanmadan 24-48 saat sonrasına kadar değişmeyebilir. Son olarak, oligüri AKI’yı teşhis etmek için en az 6 saat devam etmelidir, bu da erken tanı için pratik değildir. Günümüzde mevcut olan AKI tanı yaklaşımları, travmalı hastaların resüsitasyonu sırasında riski öngörmek için yararlı değildir. Çalışmalar, idrar kısmi oksijen basıncının (PuO2) renal hipoksiyi değerlendirmek için yararlı olabileceğini düşündürmektedir. PuO2’yi noninvaziv olarak ölçmek için üriner kateteri ve idrar toplama torbasını birbirine bağlayan bir monitör geliştirilmiştir. Cihaz, PuO2’yi lüminesans söndürme prensiplerine göre tahmin eden bir optik oksijen sensörü içerir. Ek olarak, cihaz idrar akışını ve sıcaklığını ölçer, ikincisi sıcaklık değişimlerinin kafa karıştırıcı etkilerine uyum sağlamak için. İdrar akışı, düşük idrar akışı dönemlerinde oksijen girişinin etkilerini telafi etmek için ölçülür. Bu makalede, noninvaziv PuO2, renal hipoksi ve AKI gelişimi arasındaki ilişkiyi incelemek için hemorajik şokun domuz eti modeli anlatılmaktadır. Modelin önemli bir unsuru, kılıfsız bir optik mikrofibere dayanan bir oksijen probunun renal medullasına ultrason rehberliğinde cerrahi olarak yerleştirilmesidir. PuO 2 ayrıca mesanede ölçülecek ve böbrek ve noninvaziv PuO2 ölçümleriyle karşılaştırılacaktır. Bu model, PuO 2’yi AKI’nın erken bir belirteci olarak test etmek ve PuO2’yi sistemik oksijenasyondan ziyade son organın göstergesi olan kanama sonrası resüsitatif bir son nokta olarak değerlendirmek için kullanılabilir.
Introduction
Akut böbrek hasarı (ABH), yoğun bakım ünitesine kabul edilen travmalı hastaların% 50’sini etkiler1. AKI gelişen hastalar daha uzun hastane ve yoğun bakım ünitesi kalış sürelerine ve üç kat daha fazla mortalite riskine sahip olma eğilimindedir 2,3,4. Günümüzde, AKI en yaygın olarak, başlangıçtan veya uzamış oligüri dönemlerinden itibaren serum kreatinin konsantrasyonundaki değişikliklere dayanan Böbrek Hastalığı İyileştirici Küresel Sonuçları (KDIGO) kılavuzları ile tanımlanmaktadır5. Temel kreatinin konsantrasyon verileri travmalı hastaların çoğunda mevcut değildir ve tahmin denklemleri güvenilmezdir ve travmalı hastalarda doğrulanmamıştır6. Ek olarak, serum kreatinin konsantrasyonu yaralanmadan en az 24 saat sonrasına kadar değişmeyebilir, bu da erken teşhis ve müdahaleyi önler7. Araştırmalar, idrar çıkışının AKI’nın serum kreatinin konsantrasyonundan daha erken bir göstergesi olduğunu öne sürerken, KDIGO kriterleri en az 6 saatlik oligüri gerektirir ve bu da yaralanma önleme8’i hedefleyen müdahaleleri engeller. AKI’yı tanımlamak için optimal saatlik idrar çıkış eşiği ve uygun oligüri süresi de tartışılmaktadır, bu da hastalığın erken bir belirteci olarak etkinliğini sınırlamaktadır 9,10. Bu nedenle, AKI için mevcut tanısal önlemler travma ortamlarında yararlı değildir, AKI tanısının gecikmesine neden olur ve hastanın AKI gelişimi için risk durumu hakkında gerçek zamanlı bilgi sağlamaz.
Bir travma ortamında AKI’nın gelişimi karmaşık ve muhtemelen hipovolemiye bağlı zayıf böbrek perfüzyonu, vazokonstriksiyona bağlı böbrek kan akışının azalması, travmaya bağlı inflamasyon veya iskemi-reperfüzyon hasarı gibi çeşitli nedenlerle ilişkili olsa da, renal hipoksi AKI11,12’nin çoğu formu arasında ortak bir faktördür. Özellikle, böbreğin medulla bölgesi, azalmış oksijen dağıtımı ve sodyum geri emilimi ile ilişkili yüksek metabolik aktivite nedeniyle travma ortamında oksijen talebi ve arzı arasındaki dengesizliğe karşı oldukça hassastır. Bu nedenle, renal medulla oksijenasyonunu ölçmek mümkün olsaydı, hastanın AKI gelişimi için risk durumunu izlemek mümkün olabilirdi. Bu klinik olarak mümkün olmasa da, böbrek çıkışındaki idrar kısmi oksijen basıncı (PuO2), medüller doku oksijenasyonu ile güçlü bir şekilde ilişkilidir13,14. Diğer çalışmalar, mesane PuO 2’yi ölçmenin mümkün olduğunu ve böbrek kan akışında 15,16,17 azalma gibi medüller oksijen ve renal pelvis PuO2 seviyelerini değiştiren uyaranlara yanıt olarak değiştiğini göstermiştir. Bu çalışmalar, PuO2’nin son organ perfüzyonunu gösterebileceğini ve travma ortamlarındaki müdahalelerin böbrek fonksiyonu üzerindeki etkisini izlemek için yararlı olabileceğini düşündürmektedir.
PuO 2’yi invaziv olmayan bir şekilde izlemek için, vücudun dışındaki bir idrar kateterinin ucuna kolayca bağlanabilen invaziv olmayan bir PuO2 monitörü geliştirilmiştir. Noninvaziv PuO2 monitör üç ana bileşenden oluşur: bir sıcaklık sensörü, bir lüminesans söndürme oksijen sensörü ve termal tabanlı bir akış sensörü. Her oksijen sensörü optik temelli olduğundan ve lüminesans ile oksijen konsantrasyonu arasındaki ilişkiyi ölçmek için Stern-Volmer ilişkisine dayandığından, sıcaklıktaki değişikliklerin olası kafa karıştırıcı etkilerini dengelemek için bir sıcaklık sensörü gereklidir. Akış sensörü, idrar çıkışını ölçmek ve idrar akışının yönünü ve büyüklüğünü belirlemek için önemlidir. Her üç bileşen de erkek, dişi ve t şeklindeki luer kilit konektörleri ve poli-vinil klorür (PVC) esnek boruların bir kombinasyonu ile bağlanır. Konik konektörlü uç, idrar kateterinin çıkışına bağlanır ve konik konektör üzerindeki tüplü uç, idrar toplama torbasındaki konektör üzerindeki slaytları bağlar.
Mesaneye distal olarak ölçüm yapılmasına rağmen, yakın tarihli bir çalışma, kalp cerrahisi sırasında düşük üriner PuO2’nin AKI18,19 gelişme riskinin artmasıyla ilişkili olduğunu göstermiştir. Benzer şekilde, mevcut hayvan modelleri öncelikle kalp cerrahisi ve sepsis 14,20,21,22 sırasında AKI’nın erken teşhisine odaklanmıştır. Bu nedenle, bu yeni cihazın travma ortamlarında kullanımı hakkında sorular devam etmektedir. Bu araştırmanın amacı, PuO2’yi AKİ’nin erken bir belirteci olarak belirlemek ve travmalı hastalarda resüsitatif bir sonlanım noktası olarak kullanımını araştırmaktır. Bu makalede, noninvaziv PuO 2 monitörünün, bir mesane PuO2 sensörünün ve bir doku oksijen sensörünün renal medullaya yerleştirilmesini içeren bir domuz hemorajik şok modeli açıklanmaktadır. Noninvaziv monitörden elde edilen veriler mesane PuO2 ve invaziv doku oksijen ölçümleri ile karşılaştırılacaktır. Noninvaziv monitör ayrıca idrar akış hızı ve oksijen girişi arasındaki ilişkiyi anlamak için yararlı olacak bir akış sensörü içerir, bu da idrar idrar yolundan geçerken noninvaziv PuO2’den renal medullar doku oksijenasyonunu çıkarma yeteneğini azaltır. Ek olarak, üç oksijen sensöründen elde edilen veriler, ortalama arteriyel basınç gibi sistemik hayati belirtilerle karşılaştırılacaktır. Merkezi hipotez, noninvaziv PuO2 verilerinin invaziv medüller oksijen içeriği ile güçlü bir şekilde ilişkili olacağı ve resüsitasyon sırasında medüller hipoksiyi yansıtacağıdır. Noninvaziv PuO2 monitörizasyonu, AKI’yı daha erken tanımlayarak ve kanama sonrası sistemik oksijenasyondan ziyade son organın göstergesi olan yeni bir resüsitatif son nokta olarak hizmet ederek travma ile ilişkili sonuçları iyileştirme potansiyeline sahiptir.
Protocol
Representative Results
Discussion
AKI, travmalı hastalarda sık görülen bir komplikasyondur ve şu anda, böbrek dokusu oksijenasyonu için doğrulanmış bir yatak başı monitörü yoktur, bu da daha erken AKI tespitini sağlayabilir ve potansiyel müdahaleleri yönlendirebilir. Bu makalede, noninvaziv PuO2’yi AKİ’nin erken bir göstergesi ve travma ortamlarında yeni bir resüsitasyon bitiş noktası olarak belirlemek için domuz hemorajik şok modelinin kullanımı ve enstrümantasyonu açıklanmaktadır.
Bu…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu hibedeki çalışmalar, Utah Üniversitesi Klinik ve Translasyonel Bilim Enstitüsü tarafından Translasyonel ve Klinik Çalışmalar Pilot Programı ve Kongre Tarafından Yönlendirilen Tıbbi Araştırma Programları (PR192745) Savunma Bakanlığı ofisi aracılığıyla finanse edilmektedir.
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
- 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).
- 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).
- Perkins, Z. B., et al. Trauma induced acute kidney injury. Plos One. 14 (1), 0211001 (2019).
- 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).
- Khwaja, A. KDIGO clinical practice guidelines for acute kidney injury. Nephron Clinical Practice. 120 (4), 179-184 (2012).
- 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).
- Ostermann, M., Joannidis, M. Acute kidney injury 2016: diagnosis and diagnostic workup. Critical Care. 20 (1), 299 (2016).
- 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).
- 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).
- Ostermann, M. Diagnosis of acute kidney injury: Kidney disease improving global outcomes criteria and beyond. Current Opinion Critical Care. 20 (6), 581-587 (2014).
- Harrois, A., Libert, N., Duranteau, J. Acute kidney injury in trauma patients. Current Opinion Critical Care. 23 (6), 447-456 (2017).
- 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).
- 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).
- Stafford-Smith, M., Grocott, H. P. Renal medullary hypoxia during experimental cardiopulmonary bypass: a pilot study. Perfusion. 20 (1), 53-58 (2005).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Legrand, M., et al. Fluid resuscitation does not improve renal oxygenation during hemorrhagic shock in rats. Anesthesiology. 112 (1), 119-127 (2010).
- 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).
- 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).
