Summary
Vi leverer en protokol til en eksperimentel endotoksæmisk chokmodel hos svin ved infusion af lipopolysaccharid.
Abstract
Sepsis og septisk shock forekommer hyppigt hos patienter, der behandles på intensivafdelinger (ICU'er) og er blandt de førende dødsårsager hos disse patienter. Det er forårsaget af et dysreguleret immunrespons på en infektion. Selv med optimeret behandling forbliver dødeligheden høj, hvilket nødvendiggør yderligere indsigt i patofysiologien og nye behandlingsmuligheder. Lipopolysaccharid (LPS) er en bestanddel af cellemembranen af gramnegative bakterier, som ofte er ansvarlige for infektioner, der forårsager sepsis og septisk shock.
Sværhedsgraden og den høje dødelighed af sepsis og septisk chok gør standardiserede eksperimentelle undersøgelser hos mennesker umulige. Således er der behov for en dyremodel til yderligere undersøgelser. Grisen er særligt velegnet til dette formål, da den ligner mennesker i anatomi, fysiologi og størrelse.
Denne protokol giver en eksperimentel model for endotoksæmisk shock hos svin ved LPS-infusion. Vi var i stand til pålideligt at fremkalde ændringer, der ofte observeres hos patienter med septisk shock, herunder hæmodynamisk ustabilitet, respirationssvigt og acidose. Dette vil give forskere mulighed for at få værdifuld indsigt i denne meget relevante tilstand og evaluere nye terapeutiske tilgange i en eksperimentel indstilling.
Introduction
Sepsis og septisk shock er blandt de hyppigste dødsårsager hos patienter, der får intensiv behandling 1,2,3. Sepsis opstår, når en infektion udløser et dysreguleret immunrespons, hvilket resulterer i multiorgansvigt. Det er kendetegnet ved livstruende symptomer, herunder hæmodynamisk ustabilitet, åndedrætsbesvær, lever- og nyresvigt samt kognitiv svækkelse 4,5. Septisk shock repræsenterer en delmængde af sepsis med særligt alvorlige symptomer, der signifikant øger dødeligheden. Disse symptomer omfatter vedvarende hypotension, der kræver vasopressorbehandling, og et serumlaktatniveau på over 2 mmol∙L-1 4,5. Dødeligheden hos patienter med septisk shock er blevet anslået så højt som 40%, selv med hospitalsbehandling 1,3,5.
Gramnegative bakterier, såsom Pseudomonas og Escherichia coli, forårsager ofte infektioner, der udløser dette dysregulerede immunrespons4. De underliggende patofysiologiske mekanismer er komplekse og endnu ikke fuldt ud forstået. Et velbeskrevet aspekt involverer aktivering af tolllignende receptorer på immunceller ved patogenassocierede molekylære mønstre (PAMP'er), hvilket fører til frigivelse af cytokiner såsom tumornekrosefaktor-alfa (TNFα) eller Interleukin 1 (IL 1)4. En af disse PAMP'er er lipopolysaccharid (LPS), som udgør en bestanddel af cellemembranen i gramnegative bakterier6. LPS er blevet anvendt i dyremodeller til at inducere endotoksæmi og endotoksæmisk shock 7,8.
Dyremodeller giver en kontrolleret og standardiseret ramme til at udvikle og undersøge nye behandlingsstrategier. På grund af sin lignende anatomi, immunologiske fysiologi og sammenlignelige hæmodynamiske parametre er svinemodellen særligt velegnet til at studere virkningerne af endotoksæmisk shock 9,10. Desuden kan standardmedicinsk udstyr, der almindeligvis anvendes til humane patienter, let anvendes til svin på grund af den samme størrelse af deres luftveje og blodkar, hvilket letter instrumentering og hæmodynamisk overvågning.
Med denne protokol giver vi en eksperimentel model for endotoksæmisk chok hos svin ved intravenøs infusion af LPS afledt af E. coli. For at overvåge virkningerne målte vi hæmodynamiske og pulmonale parametre, herunder arterielt blodtryk, puls, perifer iltmætning, pulmonalt arterielt tryk og luftvejstryk. For at evaluere endotoksæmiens indflydelse på cerebral iltforsyning brugte vi nær-infrarød spektrometri (NIRS). Med denne metode kan cerebral iltmætning evalueres via en klæbeelektrode påført panden11.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Forsøgene i denne protokol blev godkendt af den statslige og institutionelle dyreplejekomité (Landesuntersuchungsamt Rheinland-Pfalz, Koblenz, Tyskland, TVA G21-1-080). Forsøgene blev udført i overensstemmelse med ARRIVE-retningslinjerne. Til denne undersøgelse blev der anvendt seks raske tyske Landrace-hangrise i alderen 2-3 måneder og med en vægt på 30-35 kg. Den eksperimentelle tidslinje er opsummeret i figur 1. Detaljerne vedrørende alle materialer og instrumenter, der anvendes i denne protokol, er anført i materialetabellen.
Figur 1: Eksperimentel tidslinje. Baseline sundhedsmålinger blev taget efter tilberedning af dyret og en 30 minutters stabiliseringsperiode. Endotoxæmi blev induceret ved LPS-injektion over 30 minutter, og 0 timers målinger blev taget efter yderligere 30 minutter; Derefter fortsatte timemålingerne i 4 timer. Forkortelser: BLH = baseline sund; LPS = lipopolysaccharid. Klik her for at se en større version af denne figur.
1. Tilberedning af dyr
- Hold dyrene i deres sædvanlige miljø så længe som muligt for at minimere stress. Udhold mad i 6 timer før administration af anæstesi, samtidig med at du giver fri adgang til vand.
- Bedøm dyrene med en intramuskulær injektion af azaperon (3 mg∙kg-1) og midazolam (0,5 mg kg-1), mens de stadig er i deres normale omgivelser.
- Når sedationen træder i kraft, hvilket typisk sker inden for ca. 15-20 min efter administration, transporteres grisene til laboratoriet.
BEMÆRK: Det er afgørende at sikre, at kontinuerlig sedation opretholdes under hele overførslen; Afhængigt af den regionale lovgiver kan dette kræve permanent tilsyn af en dyrlæge. - Vær meget opmærksom på at opretholde grisenes normale kropstemperatur (~38 °C) under transport. Overvej for eksempel at dække dyret med et tæppe for at forhindre hypotermi.
BEMÆRK: Det er vigtigt at begrænse transporttiden til ikke at overskride varigheden af sedationen, som normalt varierer fra 30 min til 60 min. - Efter desinfektion etableres intravenøs adgang ved at indsætte et 22 G-kateter i aurikulær vene. Før du fortsætter med yderligere bevægelse af grisen eller induktion af anæstesi, skal du sørge for, at kateteret er sikkert fastgjort for at forhindre forskydning ved pludselige bevægelser.
- Overvåg kontinuerligt den perifere iltmætning ved hjælp af en sensor, der er fastgjort til halen eller øret.
2. Anæstesi og mekanisk ventilation
- Administrer intravenøs fentanyl (4 μg kg-1) og propofol (3 mg kg-1) for at inducere anæstesi.
- Placer grisen i liggende stilling.
- Administrer atracurium (0,5 mg kg-1) som et muskelafslappende middel og initiere straks ikke-invasiv ventilation ved hjælp af en hundeventilationsmaske. Placer masken over trynen, og tryk hårdt med tommelfingrene, mens du trækker underkæben fremad ved hjælp af midter-/ringfingeren. Indstil ventilatoren til følgende parametre: inspiratorisk iltfraktion (FiO2) = 100%, tidevandsvolumen = 6-8 ml kg-1, positivt slutekspiratorisk tryk (PEEP) = 5 mbar, maksimalt inspiratorisk tryk ≤ 20 mbar, respirationsfrekvens = 18-20 min-1.
- Bevar anæstesi ved at indlede en kontinuerlig infusion af en afbalanceret elektrolytopløsning (5 ml kg-1 h-1), fentanyl (10 μg kg-1 h-1) og propofol (6 mg kg-1 h-1).
- Udfør endotracheal intubation ved hjælp af et standard endotracheal rør (ID 6-7 mm), en guidewire og et laryngoskop udstyret med et Macintosh-blad (størrelse 4).
- Få en assistent til at åbne munden og holde tungen til venstre side.
- Indsæt Macintosh-bladet, indtil epiglottis er synligt. Løft derefter laryngoskopet opad for at bevæge epiglottis ventralt og visualisere stemmebåndene. Lejlighedsvis kan epiglottis holde sig til den bløde gane; I dette tilfælde skal du mobilisere det ved forsigtigt at stryge sidelæns med røret eller en bougie.
- Indsæt forsigtigt endotrachealrøret gennem stemmebåndene og fjern induceren. Hvis du støder på vanskeligheder, kan du prøve at dreje røret uden at anvende overdreven kraft. Brug om nødvendigt et mindre rør. Når røret er på plads, pustes manchetten op med 10 ml luft.
- Tilslut endotrachealrøret til ventilatoren og start ventilation. Bekræft korrekt rørpositionering ved at detektere CO2 i slutningen og udføre bilateral auskultation. Brug følgende ventilationsindstillinger: FiO2 = 40%, tidevandsvolumen = 6-8 ml kg-1, PEEP = 5 mbar, inspiration til udløbsforhold = 1:2, respirationsfrekvens = justeret for at opnå et sluttidevands CO2 -niveau på <45 mmHg, typisk 30-40 min-1 .
BEMÆRK: Hvis røret er placeret forkert i spiserøret, vil luft blæse maven op og forårsage en synlig bule. I sådanne tilfælde skal du straks fjerne røret, administrere ikke-invasiv ventilation i 1-2 minutter og placere røret korrekt. - Indsæt et gastrisk rør for at forhindre tilbagesvaling eller opkastning. Hvis indsættelsen viser sig udfordrende, skal du bruge laryngoskopet for at få et bedre overblik over spiserørindgangen.
3. Instrumentering
- Placer en arteriel og en central venøs linje i henholdsvis lårbensarterien og venen til hæmodynamisk overvågning og intravenøs volumenbehandling.
- Brug bandager til at trække bagbenene tilbage og sikre dem, hvilket giver bedre adgang til lårbenene.
- Forbered alle nødvendige materialer inden instrumentering. Fyld alle katetre med saltopløsning, og sørg for nem adgang til ledninger og katetre for at minimere behovet for flere kateteriseringsforsøg og unødvendigt blodtab.
- Påfør et alkoholisk desinfektionsmiddel på inguinalområdet og tør det af med en steril vatpind. Gentag denne proces to gange. Påfør desinfektionsmidlet igen uden at tørre af og vent i 3 min. Placer en steril fenestreret drapering over lyskeområdet.
- Brug ultralyd til at identificere lårbenets blodkar. Brug en in-plane ultralyd-guidet Seldingers teknik til kateterisering for at minimere vævsskade og blodtab.
- Visualiser lårbensarterien i længderetningen. Punktering arterien med en sprøjte fastgjort til nålen for kontinuerlig aspiration. Lys rødt, pulserende blod bekræfter arteriel punktering. Fjern sprøjten og indsæt den forberedte ledning. Fjern nålen, mens ledningen forbliver på plads.
- Gentag den samme procedure for lårbenet. Venøs punktering bekræftes af langsomt flydende, mørkerødt blod.
- Bekræft den korrekte placering af begge ledninger ved at visualisere begge lårbenskar ved hjælp af ultralyd.
- Brug Seldingers teknik til at indsætte den arterielle introduktionskede først, efterfulgt af den venøse introduktionskede. Bekræft korrekt positionering gennem blodgasanalyse af blodprøver taget fra de to linjer.
- Sørg for, at blod kan suges fra alle linjer. Skyl alle linjer med saltopløsning for at forhindre dannelse af blodpropper.
- Fastgør linjerne sikkert til huden ved hjælp af kirurgiske suturer for at forhindre forskydning.
- Tilslut de arterielle og centrale venøse linjer til transducere til måling af hæmodynamiske parametre.
- Indsæt et pulskontur hjerteudgangskateter (PiCCO) i arteriel introduktionskede, og tilslut det til arteriel tryktransducer og temperaturinterfacekabel på PiCCO-monitoren.
- Tilslut et Swan-Ganz-kateter til en transducer.
- Mens du kontinuerligt måler trykket, indsættes kateteret i den centrale veneindføringskede. Pust ballonen op efter ca. 30 cm, når en central venetrykkurve bliver synlig.
- Gå langsomt frem kateteret, mens trykkurven overvåges. Når kateteret kommer ind i højre ventrikel, skal du kigge efter en pulskurve med en høj systolisk og lav diastolisk værdi. Yderligere fremskridt af kateteret vil resultere i en konsistent systolisk værdi og en øget diastolisk værdi, hvilket indikerer placering i lungearterien.
- Fastgør kateteret i denne position (normalt mellem 50 og 70 cm). Tilslut PiCCO-systemets indsprøjtningstemperatursensor til det proksimale lumen i Swan-Ganz-kateteret.
- Barber grisens pande og påfør klæbesensorelektroden for at måle Cerebral Regional Oxygen Saturation.
- Efter anæstesiinduktion og instrumentering skal dyret stabiliseres i 30 minutter, eller indtil hæmodynamiske parametre er stabiliseret, før der udføres baselinemålinger og induceres endotoksæmisk shock.
4. Induktion af stød
BEMÆRK: Når du arbejder med LPS, skal du altid bære handsker, beskyttelsesbriller, en maske og en laboratoriefrakke. Undgå direkte kontakt med LPS.
- Forbered en LPS-opløsning med en koncentration på 100 μg ml-1 ved at opløse 5 mg LPS i 50 ml 0,9% NaCl.
- Få hæmodynamiske målinger ved baseline umiddelbart før initiering af LPS-infusion.
- Administrer en 150 μg kg-1 dosis LPS over 30 minutter (svarende til en kontinuerlig infusionshastighed på 300 μg kg-1∙h-1 i 30 minutter).
- Efter 30 minutter reduceres infusionshastigheden til 15 μg∙kg-1∙h-1 i resten af forsøget.
- Overvåg kontinuerligt hæmodynamiske parametre, herunder arterielt og pulmonalt arterielt blodtryk, puls og ventilationsparametre. Overvåg kropstemperaturen kontinuerligt for at opretholde normotermi.
5. Behandling af hæmodynamisk ustabilitet
- Når det gennemsnitlige arterielle blodtryk falder til under 60 mmHg, skal du bruge PiCCO til at måle hjerteindeks (CI), Global End-Diastolic Volume Index (GEDI) og Extravascular Lung Water Index (ELWI). Behandl det lave blodtryk i henhold til anbefalingerne i flowdiagrammet i figur 2.
- Tryk på termofortyndingsknappen (TD) på PiCCO-skærmen.
- Tryk på knappen for input fra centralt venetryk (CVP), og indtast den aktuelle CVP-værdi .
- Tryk på Start-knappen .
- Når du bliver bedt om det, injiceres 10 ml kold saltopløsning i indsprøjtningstemperaturføleren, der er tilsluttet Swan-Ganz-kateteret.
BEMÆRK: Indsprøjt ikke andet direkte før eller under PiCCO-målingen, da dette ville kompromittere målingen.
- Efter opnåelse af målinger for CI, GEDI og ELWI behandles hæmodynamisk ustabilitet i henhold til flowdiagrammet i figur 2. Hvis volumenpåfyldning anbefales, skal du hurtigt infundere 200 ml afbalanceret elektrolytopløsning. Hvis catecholamin terapi anbefales, øge hastigheden af noradrenalin infusion med 1 μg kg-1 h-1.
- Gentag denne proces, når det gennemsnitlige arterielle blodtryk falder til under 60 mmHg. I tilfælde af alvorlig hæmodynamisk ustabilitet skal du vælge hurtig eskalering af behandlingen.
Figur 2: PiCCO-guidet terapi af hæmodynamisk ustabilitet. Efter opnåelse af målinger for CI, GEDI og ELWI skal du anvende behandling i henhold til diagrammet. Denne figur er tilpasset fra PiCCO brugervejledning12. Forkortelser: PiCCO = pulskontur hjerteudgang; V+ = volumenbelastning; kat = catecholamin terapi; V- = volumenreduktion; CI = hjerteindeks; GEDI = globalt slutdiastolisk volumenindeks; ELWI = ekstravaskulært lungevandindeks. Klik her for at se en større version af denne figur.
6. Afslutning af eksperiment og eutanasi
- Injicer 0,5 mg fentanyl intravenøst. Vent 5 min. Injicer 200 mg propofol.
- Afliv grisen med en hurtig injektion af 40 ml 1 M kaliumchlorid via den centrale venelinje.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Til denne undersøgelse blev seks raske hangrise i alderen 2-3 måneder og med en vægt på 30-35 kg bedøvet og modtog en infusion af lipopolysaccharid (LPS) for at fremkalde endotoksæmi. For at bestemme den passende dosis LPS, der var nødvendig for konsekvent at fremkalde symptomer på shock, fik svinene forskellige induktionsdoser af LPS fra 100 μg kg-1 til 200 μg kg-1 over en periode på 30 minutter efterfulgt af en vedligeholdelsesdosis på 1/10 af den indledende dosis pr. time i resten af forsøget. Alle dyr udviste tegn på chok kort efter infusion af LPS. Hemodynamiske parametre blev overvåget ved hjælp af PiCCO-systemet. Dyrene viste et fald i hjerteindeks og en stigning i hjertefrekvensen, hvilket indikerer hæmodynamisk ustabilitet under choktilstanden. Det gennemsnitlige arterielle blodtryk faldt efter LPS-infusion, men blev opretholdt over 60 mmHg gennem væskegenoplivning eller noradrenalininfusion, hvis det var nødvendigt (figur 3). Lungeskade blev indikeret ved etfald iPaO2Fi O2-1-forholdet og en stigning i lungearterietrykket (figur 4). Cerebral iltning blev målt ved hjælp af nær-infrarød spektroskopi (NIRS) og faldt efter induktion af shock (figur 5). Dyrene udviste også acidose og stigende laktatniveauer (figur 6). Envejs ANOVA med flere sammenligninger blev brugt til at bestemme signifikans.
Figur 3: Udvikling af hæmodynamiske parametre efter LPS-infusion. (A) Det gennemsnitlige arterielle blodtryk faldt efter chokinduktion, men blev holdt over 60 mmHg ved brug af noradrenalininfusion, hvis det var nødvendigt. (B) Hjerteindekset blev reduceret, og (C) hjertefrekvensen steg efter LPS-infusion. Middelværdi og standardafvigelse vises. *p < 0,05 sammenlignet med baseline målinger. Forkortelser: BLH = baseline sundhed; LPS = lipopolysaccharid. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 4: Udvikling af lungeparametre efter LPS-infusion. (A) PaO2 FiO2-1-forholdet faldt kort efter LPS-infusion. (B) Kørselstrykket steg efter stødinduktion. (C) Pulmonalt arterielt tryk steg også under chok. Middelværdi og standardafvigelse vises. *p < 0,05 sammenlignet med baseline målinger. Forkortelser: BLH = baseline sundhed; LPS = lipopolysaccharid; FiO2 = inspiratorisk iltfraktion; PaO2 = partialtryk af ilt i arterielt blod. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 5: Cerebral iltning efter LPS-infusion. Cerebral iltning målt via nær-infrarød spektroskopi faldt efter chokinduktion med LPS. Middelværdi og standardafvigelse vises. *p < 0,05 sammenlignet med baseline målinger. Forkortelser: BLH = baseline sundhed; LPS = lipopolysaccharid; NIRS = nær-infrarød spektroskopi. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 6: Arteriel blodgasanalyse under LPS-induceret endotoksæmi. (A) Dyrene blev mere acidotiske over tid, og (B) laktatniveauerne steg efter LPS-infusion. Middelværdi og standardafvigelse vises. *p < 0,05 sammenlignet med baseline målinger. Forkortelser: BLH = baseline sundhed; LPS = lipopolysaccharid. Klik her for at se en større version af denne figur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi præsenterer en protokol til inducering af eksperimentel endotoxæmi hos svin gennem LPS-infusion, der sigter mod pålideligt at fremkalde ændringer, der almindeligvis observeres i sepsis og septisk shock. Flere kritiske trin skal overvejes i denne protokol. Tilstrækkelig sedation af svin før transport er afgørende for at forhindre stressinduceret forhøjelse af catecholaminniveauer, hvilket potentielt kan kompromittere resultaterne. Intubation af grise kan udgøre udfordringer sammenlignet med mennesker på grund af de anatomiske træk ved deres aflange snuder. For at løse dette anbefaler vi brugen af et Macintosh-blad til intubation, og endotrachealrøret skal være udstyret med en lige inducer. Det er almindeligt, at epiglottis klæber til den bløde gane, og lejlighedsvis kan et mindre endotrakealt rør være nødvendigt på grund af den subglottiske indsnævring af dyrets luftrør, så et rør, der er i stand til at passere gennem stemmebåndene, kan stadig være for stort.
Før LPS-infusionen er præcis forberedelse af LPS-koncentrationen afgørende. Administration af en højere dosis LPS kan resultere i alvorlig hæmodynamisk ustabilitet og endda død, mens en lavere dosis muligvis ikke giver de ønskede virkninger. Derudover skal det bemærkes, at forskellige LPS-afgifter kan udvise varierende niveauer af effektivitet. Vi anbefaler, at du bruger den samme LPS-opkrævning for hver prøveperiode. Der kan gennemføres dosissøgningsforsøg for at bestemme den passende dosis for hver undersøgelse. Ved initiering af LPS-infusion er kontinuerlig overvågning af hæmodynamiske parametre afgørende på grund af potentialet for hurtig ustabilitet. Hurtig indgriben kan være nødvendig for at håndtere eventuelle negative virkninger.
PiCCO blev brugt til avancerede hæmodynamiske målinger. Denne teknologi bruges også ofte til menneskelige patienter, der behandles på ICU. Det blev udviklet til mennesker, og dets anvendelse til svin kan udgøre nogle udfordringer. Kropsoverfladeareal (BSA) anvendes til beregning af hæmodynamiske parametre. Dette beregnes automatisk, når patientens højde og vægt indtastes. Selvom formlen, der anvendes her (til mennesker), ikke er ideel til beregning af svinens BSA, er der desværre ingen anden måde at komme ind i BSA på. Dette problem blev løst ved at indtaste en højde på 130 cm for grisene, da det efter vores erfaring giver de mest passende resultater for BSA. Denne begrænsning skal dog tages i betragtning, når PiCCO-resultater fortolkes.
Tidligere undersøgelser har beskrevet brugen af LPS til at simulere septisk chok hos svin. I disse studier beskrives ændringer, der ofte observeres hos septiske patienter, såsom hypotension, perifer vasodilatation, øget pulmonalt arterielt tryk og øget systemisk iltoptagelse 13,14,15. Alternative metoder til inducering af eksperimentel sepsis og septisk chok hos svin er også blevet beskrevet. En model indebærer at inducere peritonitis gennem intraperitoneal administration af afføring 16,17,18,19. En anden fremgangsmåde er direkte injektion af levende bakterier i blodbanen hos dyrene19,20. Sammenlignet med LPS-injektion giver protokoller, der anvender peritonitis eller bakteriæmi til at inducere eksperimentel sepsis, fordelen ved større realisme. Disse metoder inducerer en faktisk septisk tilstand gennem bakteriel infektion, mens LPS-injektion kun repræsenterer et enkelt aspekt af de underliggende patogenetiske mekanismer.
LPS-infusionsmetoden har dog også sine fordele. Sammenlignet med peritonitismodellen kræver denne protokol mindre indsats og ekspertise, da den kun involverer intravenøs injektion uden behov for intraperitoneal adgang. Derudover manifesterer symptomer på chok sig hurtigere end i de andre modeller, hvilket giver mulighed for kortere observationstider og reduceret ressourceudnyttelse. Desuden er resultaterne meget reproducerbare, da hvert svin får den samme LPS-dosis. I modsætning hertil kan sammensætningen af administreret afføring variere betydeligt, og bakterievækst påvirkes af ukontrollable faktorer19.
På trods af visse begrænsninger inducerede denne protokol konsekvent endotoksæmisk shock, der påvirker flere organsystemer. Vi observerede karakteristiske ændringer i lungefunktion og hæmodynamik sammen med forhøjede laktatniveauer hos alle LPS-behandlede dyr. På grund af den kontinuerlige dybe anæstesi gennem hele eksperimentet var vi ikke i stand til at evaluere kognitiv funktion, som er indarbejdet i SOFA-scoren ved hjælp af Glasgow Coma Scale hos mennesker. Vi observerede dog en reduktion i cerebral iltning, hvilket tyder på en potentiel indvirkning af LPS-induceret chok på hjernefunktionen. I de tidlige stadier er sepsis ofte forbundet med en hyperdynamisk fase præget af forhøjet hjerteudgang. På grund af den hurtige progression af symptomer i denne model viser de data, der præsenteres her, ikke tilstrækkeligt denne hyperdynamiske fase. Hvis denne fase er af særlig interesse, bør målingerne foretages mere regelmæssigt i forsøgets tidlige fase. En justering af LPS-dosis kan bidrage til at bremse udviklingen af symptomer og gøre det lettere at observere den hyperdynamiske fase.
LPS og andre bakterielle endotoksiner er tidligere blevet anvendt til at simulere sepsis i små dyremodeller8. Brug af grise i denne sammenhæng giver dog visse udfordringer sammenlignet med små dyremodeller som mus. Opdræt og vedligeholdelse af svin kræver betydeligt mere tid og kræfter, og der kan anvendes færre dyr pr. forsøg. Ikke desto mindre giver store dyremodeller, især svin, en mere realistisk repræsentation af menneskekroppen. Grise udviser ligheder med mennesker med hensyn til anatomi, genom, kost og immunsystemrespons 9,10. En anden fordel er muligheden for gentagne blodprøveanalyser. Mens små dyremodeller ofte har brug for specialudstyr, kan standard medicinsk udstyr, der almindeligvis anvendes til menneskelige patienter, anvendes på svin og derved ligne instrumentering og hæmodynamisk overvågning i en klinisk ICU-indstilling. Afslutningsvis etablerer denne protokol en eksperimentel endotoxæmimodel hos svin gennem LPS-infusion. Det tilbyder en enkel og standardiseret metode til konsekvent at fremkalde ændringer, der ofte observeres hos patienter med septisk chok.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
NIRS-enheden blev betingelsesløst leveret af Medtronic PLC, USA, til eksperimentelle forskningsformål. Alexander Ziebart modtog et foredragshonorar fra Medtronic PLC. Ingen af forfatterne rapporterer om økonomiske eller andre interessekonflikter. Manuskriptet er korrekturlæst og redigeret af ChatGPT® (Python Software, Version: May 24, 2023).
Acknowledgments
Forfatterne vil gerne takke Dagmar Dirvonskis for hendes fremragende tekniske support.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Atracurium Hikma 50 mg/5mL | Hikma Pharma GmbH, Martinsried | ||
| Azaperone (Stresnil) 40 mg/mL | Lilly Deutschland GmbH, Bad Homburg, Germany | ||
| BD Discardit II Spritze 2, 5, 10, 20 mL | Becton Dickinson S.A. Carretera, Mequinenza Fraga, Spain | syringe | |
| BD Luer Connecta | Becton Dickinson Infusion Therapy, AB Helsingborg, Schweden | 3-way-stopcock | |
| Curafix i.v. classics | Lohmann & Rauscher International GmbH & Co. KG, Rengsdorf, Germany | Cannula retention dressing | |
| Datex Ohmeda S5 | GE Healthcare Finland Oy, Helsinki, Finland | hemodynamic monitor | |
| Engström Carestation | GE Heathcare, Madison USA | ventilator | |
| Fentanyl-Janssen 0.05 mg/mL | Janssen-Cilag GmbH, Neuss | fentanyl | |
| Führungsstab, Durchmesser 4.3 | Rüsch | endotracheal tube introducer | |
| Incetomat-line 150 cm | Fresenius, Kabi Deutschland, GmbH | perfusor line | |
| Intrafix Primeline | B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | Infusion line | |
| Introducer sheath 5 Fr. | Terumo Healthcare | arterial introducer | |
| INVOS | Medtronic, Dublin, Ireland | near infrared spectrometry | |
| JOZA Einmal Nitril Untersuchungshandschuhe | JOZA, München, Germany | disposable gloves | |
| Laryngoscope, 45.48.50, KL 2000 | Medicon | Laryngoscope handle | |
| Littmann Classic III Stethoscope | 3M Deutschland GmbH, Neuss, Germany | stethoscope | |
| LPS (E. coli; Serotype O111:B4) | Sigma-Aldrich, Switzerland | ||
| MAC Two-Lumen Central venous access set | Arrow international inc. Reading, PA, USA | venous introducer | |
| Maimed Vlieskompresse | Maimed GmbH, Neuenkirchen, Germany | Fleece compress to fix the tongue | |
| Masimo LNCS Adtx SpO2 sensor | Masimo Corporation Irvine, Ca 92618 USA | saturation clip for the tail | |
| Masimo LNCS TC-I SpO2 ear clip sensor | Masimo Corporation Irvine, Ca 92618 USA | Saturation clip for the ear | |
| Masimo Radical 7 | Masimo Corporation Irvine, Ca 92618 USA | periphereal oxygen saturation | |
| Midazolam 15 mg/3 mL | B.Braun Melsungen AG, Germany | ||
| Midmark Canine Mask Small Plastic with Diaphragm FRSCM-0005 | Midmark Corp., Dayton, Ohio, USA | dog ventilation mask | |
| Monocryl surgical suture | Johnson & Johnson, Belgium | ||
| B.Braun Melsungen AG, Germany | saline solution | ||
| NaCl 0.9 % | Sanofi- Aventis, Seutschland GmbH | ||
| Octeniderm farblos | Schülke & Mayr GmbH, Nordenstedt, Germany | Alcoholic disinfectant | |
| Original Perfusor syringe 50 mL | B.Braun Melsungen AG, Germany | perfusor syringe | |
| PA-Katheter Swan Ganz 7.5 Fr 110 cm | Edwards Lifesciences LLC, Irvine CA, USA | Swan-Ganz catheter | |
| Perfusor FM Braun | B.Braun Melsungen AG, Germany | syringe pump | |
| PiCCO catheter | PULSION Medical Systems SE, Feldkirchen, DE | ||
| Potassium chloride 1 M | Fresenius, Kabi Germany GmbH | ||
| Propofol 2% 20 mg/mL (50 mL flasks) | Fresenius, Kabi Deutschland, GmbH | ||
| Pulse-contour continous cardiac output System PiCCO2 | PULSION Medical Systems SE, Feldkirchen, DE | ||
| Rüschelit Super Safety Clear >ID 6/6.5 /7.0 mm | Teleflex Medical Sdn. Bhd, Malaysia | endotracheal tube | |
| Sonosite Micromaxx Ultrasoundsystem | Sonosite Bothell, WA, USA | ultrasound | |
| Stainless Macintosh Größe 4 | Welch Allyn69604 | blade for laryngoscope | |
| Sterofundin | B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | Balanced electrolyte solution | |
| Vasco OP sensitive | B.Braun Melsungen AG, Germany | sterile gloves | |
| Vasofix Safety 22 G-16 G | B.Braun Melsungen AG, Germany | venous catheter | |
| VBM Cuff Manometer | VBM Medizintechnik GmbH, Sulz a.N., Germany | cuff pressure gauge |
References
- Vincent, J. -L., Jones, G., David, S., Olariu, E., Cadwell, K. K. Frequency and mortality of septic shock in Europe and North America: a systematic review and meta-analysis. Critical Care. 23 (1), 196 (2019).
- Reinhart, K., et al. Recognizing sepsis as a Global Health Priority - A WHO Resolution. New England Journal of Medicine. 377 (5), 414-417 (2017).
- Cecconi, M., Evans, L., Levy, M., Rhodes, A.
- Font, M. D., Thyagarajan, B., Khanna, A. K. Sepsis and septic shock - basics of diagnosis, pathophysiology and clinical decision making. Medical Clinics of North America. 104 (4), 573-585 (2020).
- Singer, M., et al. The Third International Consensus definitions for sepsis and septic shock (Sepsis-3). JAMA. 315 (8), 801 (2016).
- Jerala, R.
- Copeland, S., Warren, H. S., Lowry, S. F., Calvano, S. E., Remick, D. Inflammation and the host response to injury investigators acute inflammatory response to endotoxin in mice and humans. Clinical and Diagnostic Laboratory Immunology. 12 (1), 60-67 (2005).
- Dickson, K., Lehmann, C. Inflammatory response to different toxins in experimental sepsis models. International Journal of Molecular Sciences. 20 (18), 4341 (2019).
- Bassols, A., Costa, C., Eckersall, P. D., Osada, J., Sabrià, J., Tibau, J. The pig as an animal model for human pathologies: A proteomics perspective. PROTEOMICS - Clinical Applications. 8 (9-10), 715-731 (2014).
- Meurens, F., Summerfield, A., Nauwynck, H., Saif, L., Gerdts, V. The pig: a model for human infectious diseases. Trends in Microbiology. 20 (1), 50-57 (2012).
- Ali, J., Cody, J., Maldonado, Y., Ramakrishna, H. Near-infrared spectroscopy (NIRS) for cerebral and tissue oximetry: analysis of evolving applications. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 36, 2758-2766 (2022).
- Getinge Deutschland GmbH PiCCO Technologie Erweitertes hämodynamisches Monitoring auf höchstem Niveau. , Available from: https://www.getinge.com/dam/hospital/documents/german/picco_haemodynamisches_monitoring_broschuere-de-non_us.pdf (2023).
- Breslow, M. J., Miller, C. F., Parker, S. D., Walman, A. T., Traystman, R. J. Effect of vasopressors on organ blood flow during endotoxin shock in pigs. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 252 (2), H291-H300 (1987).
- Fink, M. P., et al. Systemic and mesenteric O2 metabolism in endotoxic pigs: effect of ibuprofen and meclofenamate. Journal of Applied Physiology. 67 (5), Bethesda, Md. 1950-1957 (1989).
- Lado-Abeal, J., et al. Lipopolysaccharide (LPS)-induced septic shock causes profound changes in myocardial energy metabolites in pigs. Metabolomics. 14 (10), 131 (2018).
- Park, I., et al. Characterization of fecal peritonitis-induced sepsis in a porcine model. The Journal of Surgical Research. 244, 492-501 (2019).
- Jarkovska, D., et al. Heart rate variability in porcine progressive peritonitis-induced sepsis. Frontiers in Physiology. 6, 412 (2015).
- Kohoutova, M., et al. Vagus nerve stimulation attenuates multiple organ dysfunction in resuscitated porcine progressive sepsis. Critical Care Medicine. 47 (6), e461-e469 (2019).
- Vintrych, P., et al. Modeling sepsis, with a special focus on large animal models of porcine peritonitis and bacteremia. Frontiers in Physiology. 13, 1094199 (2022).
- Stengl, M., et al. Reduced L-type calcium current in ventricular myocytes from pigs with hyperdynamic septic shock. Critical Care Medicine. 38 (2), 579-587 (2010).
