Surveillance non invasive et invasive de l’hypoxie rénale dans un modèle porcin de choc hémorragique
Summary
Un protocole visant à mesurer l’oxygénation rénale dans la moelle épinière et la pression partielle d’oxygène urinaire non invasive dans un modèle porcin de choc hémorragique afin d’établir la pression partielle d’oxygène urinaire comme indicateur précoce d’insuffisance rénale aiguë (IRA) et un nouveau critère d’évaluation de réanimation.
Abstract
Jusqu’à 50% des patients traumatisés développent une insuffisance rénale aiguë (IRA), en partie due à une mauvaise perfusion rénale après une perte de sang sévère. L’IRA est actuellement diagnostiquée en fonction d’un changement de la concentration sérique de créatinine par rapport aux valeurs initiales ou de périodes prolongées de diminution de la production urinaire. Malheureusement, les données de base sur la concentration sérique de créatinine ne sont pas disponibles chez la plupart des patients traumatisés, et les méthodes d’estimation actuelles sont inexactes. En outre, la concentration de créatinine sérique peut ne pas changer avant 24-48 heures après la blessure. Enfin, l’oligurie doit persister pendant au moins 6 heures pour diagnostiquer l’IRA, ce qui rend peu pratique un diagnostic précoce. Les approches diagnostiques d’IRA disponibles aujourd’hui ne sont pas utiles pour prédire le risque lors de la réanimation de patients traumatisés. Des études suggèrent que la pression partielle urinaire d’oxygène (PuO2) peut être utile pour évaluer l’hypoxie rénale. Un moniteur qui relie le cathéter urinaire et le sac de collecte d’urine a été développé pour mesurer le PuO2 de manière non invasive. L’appareil intègre un capteur d’oxygène optique qui estime le PuO2 sur la base des principes de trempe par luminescence. De plus, l’appareil mesure le débit urinaire et la température, cette dernière pour ajuster les effets confondants des changements de température. Le débit urinaire est mesuré pour compenser les effets de la pénétration d’oxygène pendant les périodes de faible débit urinaire. Cet article décrit un modèle porcin de choc hémorragique pour étudier la relation entre le PuO2 non invasif, l’hypoxie rénale et le développement de l’IRA. Un élément clé du modèle est le placement chirurgical guidé par ultrasons dans la moelle rénale d’une sonde à oxygène, basée sur une microfibre optique non gainée. Le PuO 2 sera également mesuré dans la vessie et comparé aux mesures rénales et non invasives de PuO2. Ce modèle peut être utilisé pour tester le PuO 2 en tant que marqueur précoce de l’IRA et évaluer le PuO2 en tant que critère de réanimation après une hémorragie indiquant une oxygénation d’organe terminal plutôt que systémique.
Introduction
L’insuffisance rénale aiguë (IRA) touche jusqu’à 50 % des patients traumatisés admis à l’unité de soins intensifs1. Les patients qui développent une IRA ont tendance à avoir des durées de séjour plus longues à l’hôpital et en unité de soins intensifs et un risque de mortalité trois fois plus élevé 2,3,4. Actuellement, l’IRA est le plus souvent définie par les lignes directrices KDIGO (Kidney Disease Improving Global Outcomes), qui sont basées sur les changements de la concentration sérique de créatinine par rapport aux valeurs initiales ou aux périodes d’oligurie prolongée5. Les données de base sur la concentration de créatinine ne sont pas disponibles chez la plupart des patients traumatisés, et les équations d’estimation ne sont pas fiables et n’ont pas été validées chez les patients ayant subi un traumatisme6. En outre, la concentration de créatinine sérique peut ne pas changer avant au moins 24 heures après la blessure, ce qui empêche une identification et une intervention précoces7. Bien que la recherche suggère que le débit urinaire est un indicateur plus précoce de l’IRA que la concentration de créatinine sérique, les critères KDIGO exigent un minimum de 6 h d’oligurie, ce qui exclut les interventions ciblant la prévention des blessures8. Le seuil horaire optimal de production d’urine et la durée appropriée de l’oligurie pour définir l’IRA sont également débattus, ce qui limite son efficacité en tant que marqueur précoce de la maladie 9,10. Ainsi, les mesures diagnostiques actuelles de l’IRA ne sont pas utiles dans les contextes de traumatologie, entraînent un diagnostic retardé de l’IRA et ne fournissent pas d’informations en temps réel sur le statut de risque d’IRA d’un patient.
Bien que le développement de l’IRA dans un contexte de traumatisme soit complexe et probablement associé à plusieurs causes telles qu’une mauvaise perfusion rénale due à l’hypovolémie, une réduction du débit sanguin rénal due à une vasoconstriction, une inflammation liée à un traumatisme ou une lésion d’ischémie-reperfusion, l’hypoxie rénale est un facteur commun à la plupart des formes d’IRA11,12. En particulier, la région de la moelle du rein est très sensible à un déséquilibre entre la demande et l’offre d’oxygène dans le contexte de traumatisme en raison de la réduction de l’apport en oxygène et de l’activité métabolique élevée associée à la réabsorption du sodium. Ainsi, s’il était possible de mesurer l’oxygénation de la moelle rénale, il pourrait être possible de surveiller le statut de risque d’IRA d’un patient. Bien que cela ne soit pas cliniquement faisable, la pression partielle urinaire d’oxygène (PuO2) à la sortie du rein est fortement corrélée à l’oxygénation du tissu médullaire13,14. D’autres études ont montré qu’il est possible de mesurer le PuO 2 de la vessie et qu’il change en réponse à des stimuli qui modifient les niveaux de PuO2 médullaire et du bassinet du rein, comme une diminution du débit sanguin rénal15,16,17. Ces études suggèrent que PuO2 peut indiquer une perfusion d’organes terminaux et pourrait être utile pour surveiller l’impact des interventions dans les contextes de traumatologie sur la fonction rénale.
Pour surveiller le PuO 2 de manière non invasive, un moniteur PuO2 non invasif a été développé qui peut facilement se connecter à l’extrémité d’un cathéter urinaire à l’extérieur du corps. Le moniteur PuO2 non invasif se compose de trois composants principaux : un capteur de température, un capteur d’oxygène de trempe par luminescence et un capteur de débit thermique. Étant donné que chaque capteur d’oxygène est basé optiquement et s’appuie sur la relation Stern-Volmer pour quantifier la relation entre la luminescence et la concentration d’oxygène, un capteur de température est nécessaire pour compenser les effets confusionnels potentiels des changements de température. Le capteur de débit est important pour quantifier le débit urinaire et pour déterminer la direction et l’ampleur de l’écoulement urinaire. Les trois composants sont reliés par une combinaison de connecteurs de verrouillage luer mâles, femelles et en forme de T et de tubes flexibles en polychlorure de vinyle (PVC). L’extrémité avec le connecteur conique se connecte à la sortie du cathéter urinaire, et l’extrémité avec tubing sur le connecteur conique relie les glissières sur le connecteur sur le sac de collecte d’urine.
Malgré la mesure distale à la vessie, une étude récente a montré qu’un faible PuO2 urinaire pendant la chirurgie cardiaque est associé à un risque accru de développer une IRA18,19. De même, les modèles animaux actuels se sont principalement concentrés sur la détection précoce de l’IRA lors d’une chirurgie cardiaque et d’une septicémie 14,20,21,22. Ainsi, des questions demeurent quant à l’utilisation de ce nouveau dispositif dans des contextes de traumatisme. L’objectif de cette recherche est d’établir que le PuO2 est un marqueur précoce de l’IRA et d’étudier son utilisation comme critère de réanimation chez les patients traumatisés. Ce manuscrit décrit un modèle porcin de choc hémorragique qui comprend le placement du moniteur PuO 2 non invasif, d’un capteur PuO2 de la vessie et d’un capteur d’oxygène tissulaire dans la moelle rénale. Les données du moniteur non invasif seront comparées aux mesures de PuO2 de la vessie et de l’oxygène tissulaire invasif. Le moniteur non invasif comprend également un capteur de débit qui sera utile pour comprendre la relation entre le débit urinaire et la pénétration d’oxygène, ce qui réduit la capacité de déduire l’oxygénation du tissu médullaire rénal à partir de PuO2 non invasive lorsque l’urine traverse les voies urinaires. De plus, les données des trois capteurs d’oxygène seront comparées aux signes vitaux systémiques, tels que la pression artérielle moyenne. L’hypothèse centrale est que les données non invasives PuO2 seront fortement corrélées avec la teneur en oxygène médullaire invasive et refléteront l’hypoxie médullaire pendant la réanimation. La surveillance non invasive du PuO2 a le potentiel d’améliorer les résultats liés aux traumatismes en identifiant l’IRA plus tôt et en servant de nouveau critère de réanimation après une hémorragie qui indique une oxygénation des organes terminaux plutôt que systémique.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’IRA est une complication courante chez les patients traumatisés et, à l’heure actuelle, il n’existe pas de moniteur de chevet validé pour l’oxygénation des tissus rénaux, ce qui pourrait permettre une détection plus précoce de l’IRA et guider les interventions potentielles. Ce manuscrit décrit l’utilisation et l’instrumentation d’un modèle de choc hémorragique porcin pour établir que le PuO2 non invasif est un indicateur précoce de l’IRA et un nouveau critère de réanimation da…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les travaux de cette subvention sont financés par l’Institut des sciences cliniques et translationnelles de l’Université de l’Utah par le biais du programme pilote d’études translationnelles et cliniques et du bureau du ministère de la Défense des programmes de recherche médicale dirigés par le Congrès (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 |
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