Standardisierte hämorrhagische Schockinduktion geführt durch Zerebrale Oximetrie und erweiterte hämodynamische Überwachung bei Schweinen

Summary

Hämorrhagischer Schock ist eine schwere Komplikation bei schwer verletzten Patienten, die zu einer lebensbedrohlichen Sauerstoffunterversorgung führt. Wir präsentieren eine standardisierte Methode, um hämorrhagischen Schock durch Blutentnahme bei Schweinen zu induzieren, die von Hämodynamik und mikrozirkulärer zerebraler Sauerstoffversorgung geleitet wird.

Abstract

Der hämorrhagische Schock zählt zu den Hauptgründen für den schweren verletzungsbedingten Tod. Der Verlust von Kreislaufvolumen und Sauerstoffträgern kann zu einer unzureichenden Sauerstoffversorgung und irreversiblem Organversagen führen. Das Gehirn übt nur begrenzte Kompensationskapazitäten aus und ist besonders einem hohen Risiko schwerer hypoxischer Schäden ausgesetzt. Dieser Artikel zeigt die reproduzierbare Induktion eines lebensbedrohlichen hämorrhagischen Schocks in einem Schweinemodell mittels berechneter Blutentnahme. Wir titerieren Schockinduktion, die durch Nahinfrarotspektroskopie und erweiterte hämodynamische Überwachung gesteuert wird, um systemisches Kreislaufversagen sowie einen zerebralen mikrozirkulierenden Sauerstoffmangel anzuzeigen. Im Vergleich zu ähnlichen Modellen, die sich in erster Linie auf vordefinierte Entfernungsvolumina für die Schockinduktion konzentrieren, unterstreicht dieser Ansatz eine Titration durch das resultierende Versagen der Makro- und Mikrozirkulation.

Introduction

Massiver Blutverlust gehört zu den Hauptursachen für verletzungsbedingte Todesfälle^1,2,3. Der Verlust von Kreislaufflüssigkeit und Sauerstoffträgern führt zu hämodynamischem Versagen und starker Sauerstoffunterversorgung und kann irreversibles Organversagen und Tod verursachen. Der Schweregrad des Schocks wird durch zusätzliche Faktoren wie Hypothermie, Koagulopathie und Azidose⁴beeinflusst. Vor allem das Gehirn, aber auch die Nieren haben aufgrund des hohen Sauerstoffbedarfs und der Unfähigkeit einer adäquaten anaeroben Energieerzeugung^5,6keine Kompensationsfähigkeit. Für therapeutische Zwecke ist schnelles und sofortiges Handeln von entscheidender Bedeutung. In der klinischen Praxis ist die Reanimation von Flüssigkeiten mit einer ausgewogenen Elektrolytlösung die erste Option für die Behandlung, gefolgt von der Verabreichung von roten Blutkörperchenkonzentraten und frischem gefrorenem Plasma. Thrombozytenkonzentrate, Katecholamine und die Optimierung der Gerinnung und der Säure-Basen-Status unterstützen die Therapie, um nach einem anhaltenden Trauma wieder normale physiologische Bedingungen zu erhalten. Dieses Konzept konzentriert sich auf die Wiederherstellung der Hämodynamik und Makrozirkulation. Mehrere Studien zeigen jedoch, dass sich die Mikrozirkulationsperfusion nicht gleichzeitig mit der Makrozirkulation erholt. Insbesondere die zerebrale Perfusion bleibt beeinträchtigt und eine weitere Sauerstoffunterversorgung kann^7,8auftreten.

Die Verwendung von Tiermodellen ermöglicht es Wissenschaftlern, neue oder experimentelle Strategien zu entwickeln. Die vergleichbare Anatomie, Homologie und Physiologie von Schweinen und Menschen lassen Rückschlüsse auf spezifische pathologische Faktoren zu. Beide Arten haben ein ähnliches Stoffwechselsystem und eine Reaktion auf pharmakologische Behandlungen. Dies ist ein großer Vorteil im Vergleich zu kleinen Tiermodellen, bei denen Unterschiede in Blutvolumen, Hämodynamik und Gesamtphysiologie es fast unmöglich machen, ein klinisches Szenario nachzuahmen⁹. Darüber hinaus können autorisierte medizinische Geräte und Verbrauchsmaterialien problemlos in Schweinemodellen verwendet werden. Darüber hinaus ist es leicht möglich, Schweine von kommerziellen Lieferanten zu beziehen, was eine große Vielfalt an Genetik und Phänotypen ermöglicht und Kosten reduziert¹⁰. Das Modell der Blutentnahme über Gefäßkonservenbildung ist ziemlich häufig^{11,12,13,14,15}.

In dieser Studie erweitern wir das Konzept der hämorrhagischen Schockinduktion durch arterielle Blutentnahme mit einer exakten Titration von hämodynamischem Versagen und zerebraler Sauerstoffbeeinträchtigung. Ein hämorrhagischer Schock wird erreicht, wenn der Herzindex und der mittlere arterielle Druck unter 40 % des Ausgangswertes fallen, was nachweislich zu einer erheblichen Verschlechterung der zerebralen regionalen Sauerstoffsättigung⁸führt. Die Pulskontur-Herzleistung (PiCCO) wird zur kontinuierlichen hämodynamischen Überwachung eingesetzt. Zunächst muss das System durch transpulmonale Thermodilution kalibriert werden, die die Berechnung des Herzindex des extravaskulären Lungenwassergehalts und des globalen Enddiastolischen Volumens ermöglicht. Anschließend wird der kontinuierliche Herzindex durch Pulskonturanalyse berechnet und liefert auch dynamische Vorspannungsparameter wie Pulsdruck und Hubvolumenvariation.

Diese Technik ist in klinischen und experimentellen Umgebungen gut etabliert. Die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) ist eine klinisch und experimentell etablierte Methode zur Überwachung von Veränderungen der zerebralen Sauerstoffversorgung in Echtzeit. Selbsthafte Sensoren werden an der linken und rechten Stirn befestigt und berechnen die zerebrale Sauerstoffversorgung nicht-invasiv in der großhirnfrontalen Rinkorte. Zwei Wellenlängen von Infrarotlicht (700 und 900 nm) werden von den Sensoren emittiert und erfasst, nachdem sie aus dem Kortexgewebe reflektiert wurden. Um den zerebralen Sauerstoffgehalt zu bewerten, werden Die Beiträge von arteriellem und venösem Blut in 1:3-Beziehungen berechnet und in 5 s Intervallen aktualisiert. Die Empfindlichkeit in der Tiefe von 1-4 cm ist exponentiell abnehmend und wird durch das eingedrungene Gewebe (z.B. Haut und Knochen) beeinflusst, obwohl der Schädel in Infrarotlicht transluzent ist. Die Technik ermöglicht schnelle therapeutische Maßnahmen, um Patienten vor unerwünschten Folgen wie Delirium oder hypoxischen Hirnverletzungen zu verhindern und dient als Zielparameter bei eingeschränkter Herzleistung^16,17. Die Kombination beider Techniken während des experimentellen Schocks ermöglicht eine exakte Titration der Makrozirkulation sowie eine zerebrale mikrozirkulakulare Beeinträchtigung, um dieses lebensbedrohliche Ereignis zu untersuchen.

Protocol

Die Versuche in diesem Protokoll wurden vom Landesuntersuchungsamt Rheinland-Pfalz, Koblenz, genehmigt. Vorsitzende: Dr. Silvia Eisch-Wolf; Referenznummer: 23 177-07/G 14-1-084; 02.02.2015). Die Experimente wurden in Übereinstimmung mit den Animal Research Reporting of In Vivo Experiments (ARRIVE) Richtlinien durchgeführt. Die Studie wurde zwischen November 2015 und März 2016 geplant und durchgeführt. Nach ausgedehnter Literaturrecherche wurde das Schweinemodell als etabliertes Modell für hämorrhagische Schocks aus…

Representative Results

Nach Dem Start der Schockinduktion kann eine kurze Entschädigungszeit registriert werden. Bei anhaltender Blutentnahme wird die oben erwähnte kardio-kreislaufde Dekompensation,die durch einen signifikanten Rückgang von CrSO 2, den Herzindex, den intrathorakalen Blutvolumenindex und den globalen Enddiastolischen Volumenindex überwacht wird (Abbildung 2 , Abbildung 3und Abbildung 4), tri…

Discussion

Das Protokoll beschreibt eine Methode zur Induktion eines hämorrhagischen Schocks durch kontrollierte arterielle Blutungen bei Schweinen, die von systemischer Hämodynamik sowie von zerebralen mikrozirkulären Beeinträchtigungen geleitet wird. Schockbedingungen wurden durch eine berechnete Blutentnahme von 25-35 ml^{kg -1} erreicht und durch den genannten Verbund von Ersatzparametern bestätigt, die auf ein erhebliches Herz-Kreislauf-Versagen hindeuten. Unbehandelt war dieses Verfahren bei 66 % der Tiere innerh…

Materials

3-way-stopcock blue	Becton Dickinson Infusion Therapy AB Helsingborg, Sweden	394602	Drug administration
3-way-stopcock red	Becton Dickinson Infusion Therapy AB Helsingborg, Sweden	394605	Drug administration/Shock induction
Atracurium	Hikma Pharma GmbH , Martinsried	AM03AC04*	Anesthesia
Canula 20 G	Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain	301300	Vascular access
Datex Ohmeda S5	GE Healthcare Finland Oy, Helsinki, Finland	–	Hemodynamic monitor
Desinfection	Schülke & Mayr GmbH, Germany	104802	Desinfection
Heidelberger Verlängerung 75CM	Fresenius Kabi Deutschland GmbH	2873112	Drug administration/Shock induction
INVOS 5100C Cerebral	Medtronic PLC, USA	–	Monitore for cerebral regional oxygenation
INVOS Cerebral/Somatic Oximetry Adult Sensors	Medtronic PLC, USA	20884521211152	Monitoring of the cerebral regional oxygenation
Endotracheal tube	Teleflex Medical Sdn. Bhd, Malaysia	112482	Intubation
Endotracheal tube introducer	Wirutec GmbH, Sulzbach, Germany	5033062	Intubation
Engström Carestation	GE Heathcare, Madison USA	–	Ventilator
Fentanyl	Janssen-Cilag GmbH, Neuss	AA0014*	Anesthesia
Gloves	Paul Hartmann, Heidenheim, Germany	9422131	Self-protection
Incetomat-line 150 cm	Fresenius, Kabi GmbH, Bad Homburg, Germany	9004112	Drug administration
Ketamine	Hameln Pharmaceuticals GmbH, Zofingen, Schweiz	AN01AX03*	Sedation
Laryngoscope	Teleflex Medical Sdn. Bhd, Malaysia	671067-000020	Intubation
Logical pressure monitoring system	Smith- Medical GmbH,  Minneapolis, USA	MX9606	Hemodynamic monitor
Logicath 7 Fr 3-lumen 30cm	Smith- Medical GmbH,  Minneapolis, USA	MXA233x30x70-E	Vascular access/Drug administration
Masimo Radical 7	Masimo Corporation, Irvine, USA	–	Hemodynamic monitor
Mask for ventilating dogs	Henry Schein, Melville, USA	730-246	Ventilation
Original Perfusor syringe 50ml Luer Lock	B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany	8728810F	Drug administration
PICCO Thermodilution. F5/20CM EW	MAQUET Cardiovascular GmbH, Rastatt, Germany	PV2015L20-A	Hemodynamic monitor
Percutaneous sheath introducer set 8,5 und 9 Fr, 10 cm with integral haemostasis valve/sideport	Arrow international inc., Reading, USA	AK-07903	Vascular access/Shock induction
Perfusor FM Braun	B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany	8713820	Drug administration
Potassium chloride	Fresenius, Kabi GmbH, Bad Homburg, Germany	6178549	Euthanasia
Propofol 2%	Fresenius, Kabi GmbH, Bad Homburg, Germany	AN01AX10*	Anesthesia
Pulse Contour Cardiac Output (PiCCO2)	Pulsion Medical Systems, Feldkirchen, Germany	–	Hemodynamic monitor
Sonosite Micromaxx Ultrasoundsystem	Fujifilm, Sonosite Bothell, Bothell, USA	–	Vascular access
Stainless Macintosh Size 4	Teleflex Medical Sdn. Bhd, Perak,  Malaysia	670000	Intubation
Sterofundin	B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany	AB05BB01*	balanced electrolyte infusion
Stresnil 40mg/ml	Lilly Germany GmbH, Wiesbaden, Germany	QN05AD90	Sedation
Syringe 10 mL	Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain	309110	Drug administration
Syringe 2 mL	Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain	300928	Drug administration
Syringe 20 mL	Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain	300296	Drug administration
Syringe 5 mL	Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain	309050	Drug administration
venous catheter 22G	B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany	4269110S-01	Vascular access
*ATC:  Anatomical Therapeutic Chemical / Defined Daily Dose Classification