ブタ出血性ショックモデルにおける非侵襲的および侵襲的腎低酸素モニタリング
Summary
ここでは、髄質の腎酸素化と非侵襲的な尿酸素分圧を測定するためのプロトコルを示します 急性腎障害(AKI)の早期指標としての尿酸素分圧を確立するための出血性ショックブタモデルおよび新しい蘇生エンドポイント。
Abstract
外傷患者の最大50%が急性腎障害(AKI)を発症しますが、これは重度の失血後の腎灌流不良が原因です。AKIは現在、ベースラインからの血清クレアチニン濃度の変化または長期間の尿量の減少に基づいて診断されています。残念ながら、ベースラインの血清クレアチニン濃度データはほとんどの外傷患者では利用できず、現在の推定方法は不正確です。さらに、血清クレアチニン濃度は、損傷後24〜48時間まで変化しない可能性があります。最後に、乏尿はAKIを診断するために最低6時間持続する必要があり、早期診断には実用的ではありません。現在利用可能なAKI診断アプローチは、外傷患者の蘇生中のリスクを予測するのには役立たない。研究は、酸素の尿分圧(PuO2)が腎低酸素症の評価に役立つ可能性があることを示唆しています。PuO2を非侵襲的に測定するために、尿道カテーテルと採尿バッグを接続するモニターが開発された。この装置は、発光消光原理に基づいてPuO2を推定する光学酸素センサを内蔵している。さらに、この装置は尿の流れと温度を測定し、後者は温度変化の交絡効果を調整します。尿の流れは、尿の流れが少ない期間中の酸素侵入の影響を補うために測定されます。この記事では、非侵襲性PuO2、腎低酸素症、およびAKI発生の関係を研究するために、出血性ショックのブタモデルについて説明します。モデルの重要な要素は、非被覆光マイクロファイバーに基づく酸素プローブの腎髄質への超音波ガイド下外科的配置です。PuO 2も膀胱で測定され、腎臓および非侵襲的なPuO2測定値と比較されます。このモデルは、AKIの初期マーカーとしてのPuO2の試験および全身性酸素化ではなく末端臓器の指標である出血後の蘇生エンドポイントとしてのPuO2の評価に使用することができる。
Introduction
急性腎障害(AKI)は、集中治療室1に入院した外傷患者の最大50%に影響を及ぼします。AKIを発症した患者は、入院期間や集中治療室の入院期間が長く、死亡リスクが3倍高くなる傾向があります2,3,4。現在、AKIは、ベースラインまたは長期の乏尿の期間からの血清クレアチニン濃度の変化に基づく腎臓病改善グローバルアウトカム(KDIGO)ガイドラインによって最も一般的に定義されています5。ベースラインクレアチニン濃度データは、ほとんどの外傷患者では利用できず、推定式は信頼できず、外傷患者では検証されていません6。さらに、血清クレアチニン濃度は、損傷後少なくとも24時間まで変化しない可能性があり、早期の特定と介入を妨げます7。研究によると、尿量は血清クレアチニン濃度よりもAKIの早期指標であることが示唆されていますが、KDIGO基準では最低6時間の乏尿が必要であり、傷害予防を目的とした介入ができません8。AKIを定義するための最適な1時間あたりの尿量閾値と乏尿の適切な期間も議論されており、疾患の初期マーカーとしての有効性が制限されています9,10。したがって、AKIの現在の診断手段は、外傷の設定では役に立たず、AKIの診断の遅れにつながり、AKIを発症する患者のリスク状態に関するリアルタイムの情報を提供しません。
外傷環境でのAKIの発症は複雑であり、血液量減少による腎灌流不良、血管収縮による腎血流の低下、外傷関連の炎症、虚血再灌流障害などのいくつかの原因に関連している可能性がありますが、腎低酸素症はほとんどの形態のAKIに共通する要因です11,12。特に、腎臓の髄質領域は、酸素供給の減少とナトリウム再吸収に関連する高い代謝活動のために、外傷設定における酸素需要と供給の間の不均衡の影響を非常に受けやすい。したがって、腎髄質の酸素化を測定することができれば、AKIを発症する患者のリスク状態をモニタリングすることが可能かもしれません。これは臨床的に実現可能ではありませんが、腎臓の出口での酸素(PuO2)の尿分圧は髄様組織の酸素化と強く相関しています13,14。他の研究は、膀胱PuO2を測定することが可能であり、腎血流の減少などの髄質酸素および腎盂PuO2レベルを変化させる刺激に応答して変化することが示されている15、16、17。これらの研究は、PuO2が末端臓器灌流を示す可能性があり、外傷設定への介入が腎機能に与える影響を監視するのに役立つ可能性があることを示唆しています。
PuO2を非侵襲的にモニタリングするために、体外の尿道カテーテルの端部に容易に接続できる非侵襲的PuO2モニタが開発された。非侵襲的PuO2モニターは、温度センサー、発光消光酸素センサー、および熱ベースの流量センサーの3つの主要コンポーネントで構成されています。各酸素センサーは光学ベースであり、ルミネセンスと酸素濃度の関係を定量化するためにスターン-ヴォルマー関係に依存しているため、温度変化の潜在的な交絡効果を相殺するために温度センサーが必要です。流量センサーは、尿量を定量化し、尿の流れの方向と大きさを決定するために重要です。3つのコンポーネントはすべて、オス、メス、およびT字型のルアーロックコネクタとポリ塩化ビニル(PVC)フレキシブルチューブの組み合わせによって接続されています。円錐形コネクタの端部は尿道カテーテルの出口に接続し、円錐形コネクタ上のチューブを有する端部は、尿収集バッグ上のコネクタ上のスライドを接続する。
膀胱の遠位を測定したにもかかわらず、最近の研究では、心臓手術中の尿中PuO2の低下は、AKI18,19を発症するリスクの増加と関連していることが示されました。同様に、現在の動物モデルは、主に心臓手術および敗血症中のAKIの早期発見に焦点を当てている14,20,21,22。したがって、外傷の設定におけるこの新しい装置の使用については疑問が残る。この研究の目的は、AKIの初期マーカーとしてPuO2を確立し、外傷患者の蘇生エンドポイントとしての使用を調査することです。この原稿は、腎髄質における非侵襲的PuO2モニター、膀胱PuO2センサー、および組織酸素センサーの配置を含む出血性ショックのブタモデルについて説明しています。非侵襲的モニターからのデータは、膀胱PuO2および侵襲的組織酸素測定と比較されます。非侵襲的モニターには、尿流量と酸素侵入の関係を理解するのに役立つ流量センサーも含まれており、尿が尿路を通過するときに非侵襲的なPuO2から腎髄質組織の酸素化を推測する能力が低下します。さらに、3つの酸素センサーからのデータは、平均動脈圧などの全身バイタルサインと比較されます。中心的な仮説は、非侵襲的なPuO2データが侵襲的な髄質酸素含有量と強く相関し、蘇生中の髄質低酸素症を反映するというものです。非侵襲的PuO2モニタリングは、AKIを早期に特定し、全身性酸素化ではなく末臓器を示す出血後の新しい蘇生エンドポイントとして機能することにより、外傷関連の転帰を改善する可能性があります。
Protocol
Representative Results
Discussion
AKIは外傷患者によく見られる合併症であり、現在、腎臓組織の酸素化のための検証済みのベッドサイドモニターはなく、AKIの早期検出を可能にし、潜在的な介入を導く可能性があります。この原稿では、非侵襲性PuO2 をAKIの初期指標として確立し、外傷設定における新しい蘇生エンドポイントを確立するためのブタ出血性ショックモデルの使用と計装について説明しています。
<p c…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この助成金の作業は、ユタ大学臨床およびトランスレーショナルサイエンスインスティテュートによって、トランスレーショナルおよび臨床研究パイロットプログラムおよび議会主導の医学研究プログラム(PR192745の国防総省事務所)を通じて資金提供されています。
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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