En reproducerbar intensivafdelingsorienteret endotoksinmodel hos rotter
Summary
Her præsenterer vi en reproducerbar intensivafdelingsorienteret endotoksinmodel hos rotter.
Abstract
Sepsis og septisk shock er fortsat den hyppigste dødsårsag på intensivafdelinger. På trods af betydelige forbedringer i sepsisstyring varierer dødeligheden stadig mellem 20 og 30%. Der er et presserende behov for nye behandlingsmetoder for at reducere sepsisrelateret multiorgansvigt og død. Robuste dyremodeller giver mulighed for en eller flere behandlingsmetoder samt for at teste deres virkning på fysiologiske og molekylære parametre. I denne artikel præsenteres en simpel dyremodel.
For det første induceres generel anæstesi hos dyr enten ved brug af flygtig eller ved intraperitoneal anæstesi. Efter placering af et intravenøst kateter (halevene), trakeostomi og indsættelse af et intraarterielt kateter (halearterie) startes mekanisk ventilation. Baseline værdier af gennemsnitlig arterielt blodtryk, arteriel iltmætning i blodet og puls registreres.
Injektionen af lipopolysaccharider (1 milligram/kg legemsvægt) opløst i fosfatbufret saltvand inducerer et stærkt og reproducerbart inflammatorisk respons via den vejafgiftslignende receptor 4. Væskekorrektioner samt anvendelse af noradrenalin udføres baseret på veletablerede protokoller.
Dyremodellen, der præsenteres i denne artikel, er let at lære og stærkt orienteret mod klinisk sepsisbehandling på en intensivafdeling med sedation, mekanisk ventilation, kontinuerlig blodtryksovervågning og gentagen blodprøveudtagning. Modellen er også pålidelig, hvilket giver mulighed for reproducerbare data med et begrænset antal dyr i overensstemmelse med 3R-principperne (reducer, erstat, forfine) for dyreforsøg. Mens dyreforsøg inden for sepsisforskning ikke let kan erstattes, giver gentagne målinger mulighed for en reduktion af dyr, og at holde septiske dyr anæstetiseret mindsker lidelsen.
Introduction
Sepsis og dens mere alvorlige form, septisk shock, er syndromer på grund af en infektion, hvilket resulterer i en overskridelse af inflammatorisk reaktion med frigivelse af cytokiner, hvilket fører til fysiologiske og biokemiske ændringer med et undertrykt immunforsvar og dødelige resultater 1,2. Denne ubalancerede inflammatoriske reaktion resulterer i organdysfunktion og organsvigt i forskellige vitale organer som lunge, nyre og lever. Med 37%3 er sepsis en af de mest almindelige årsager til, at en patient bliver indlagt på en intensivafdeling (ICU). Dødeligheden af sepsis ligger i øjeblikket omkring 20-30%4. Tidlig og effektiv antibiotikabehandling er af største vigtighed5. Væske- og vasopressorgenoplivning skal installeres tidligt, bortset fra at behandlingen udelukkende er understøttende6.
Sepsis defineres som en dokumenteret eller mistænkt infektion med bakterier, svampe, vira eller parasitter, som ledsages af organdysfunktion. Septiske chokkriterier er opfyldt, når et yderligere kardiovaskulært sammenbrud, der ikke reagerer på væskebehandling alene, og et laktatniveau på mere end 2 millimole / liter er til stede2. Sepsis relateret organsvigt kan forekomme i ethvert organ, men er meget almindeligt i det kardiovaskulære system, hjernen, nyrerne, leveren og lungen. De fleste patienter, der lider af sepsis, kræver endotracheal intubation for at sikre patientens luftveje, for at beskytte mod aspiration og for at anvende positiv ende ekspiratorisk ventilation med en høj brøkdel af inspireret ilt for at forhindre eller overvinde hypoxi. For at tolerere et trakealrør og mekanisk ventilation kræver patienter normalt sedation.
Endotoksiner, såsom lipopolysaccharider (LPS) som en bestanddel af membranen af gramnegative bakterier, inducerer en stærk inflammatorisk reaktion via den vejafgiftslignende receptor (TLR) 47. Aktivering af en defineret vej sikrer en stabil inflammatorisk reaktion. Cytokiner som cytokininduceret neutrofilt kemotiltrækkende protein 1 (CINC-1), monocytkemotiltrækkende protein 1 (MCP-1) og interleukin 6 (IL-6) er kendt som prognostiske faktorer for sværhedsgrad og resultat i denne model8. Intravenøs LPS-applikation er blevet anvendt med succes til at studere forskellige aspekter af sepsis hos rotter 8,9.
Behandling af sepsis er stadig en udfordring, især på grund af manglen på prædiktive dyremodeller. Hvis endotoxæmi med aktivering af systemisk inflammation er en passende model til udvikling af farmakologiske terapier, kan diskuteres. Men med den velkendte LPS-inducerede TLR 4-vej kan der opnås vigtig viden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protokollen beskrevet her giver mulighed for en meget reproducerbar, men alligevel enkel at lære sepsismodel, som kan tilpasses i henhold til forskningsspørgsmålet. Væsentlige in vivo-data, der henviser til organfunktion såsom puls, blodtryk og perifer arteriel iltmætning, kan indsamles kontinuerligt, og blodprøveudtagning kan udføres gentagne gange under hele forsøget. Derudover kan ændringer med hensyn til væskeudskiftningsprotokoller og vasopressorunderstøttelse installeres. På grund af dyrenes hæmodynam…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne vil gerne takke Beatrice Beck-Schimmer (MD) og Erik Schadde (MD) for deres kritiske undersøgelse og deres værdifulde bidrag til dette manuskript.
Materials
| 2-0 silk sutures | Ethicon, Sommerville, NJ | K833 | Standard surgical |
| 26 intravenous catheter | Becton Dickinson, Franklin Lakes, NJ | 391349 | Standard anesthesia equipment |
| 6-0 LOOK black braided silk | Surgical Specalities Corporation, Wyomissing, PA | SP114 | Standard surgical |
| Alaris Syringe Pump | Bencton Dickinson | ||
| Betadine | Mundipharma, Basel, Switzerland | 7.68034E+12 | GTIN-number |
| Curved fine tips microforceps | World precision instruments (WPI), Sarasota, FL | 504513 | Facilitates vascular preparation |
| Fine tips microforceps | World precision instruments (WPI), Sarasota, FL | 501976 | Tips need to be polished regularly |
| Infinity Delta XL Anesthesia monitoring | Draeger, Lübeck, Germany | ||
| Isoflurane, 250 mL bottles | Attane, Piramal, Mumbai, India | LDNI 22098 | Standard vet. equipment |
| Ketamine (Ketalar) | Pfitzer, New York, NY | ||
| Lipopolysaccharide (LPS) from Escherichia coli, serotype 055:B5 | Sigma, Buchs, Switzerland | ||
| Q-tips small | Carl Roth GmbH, Karlsruhe, Germany | EH11.1 | Standard surgical |
| Ringerfundin | Bbraun, Melsungen, Germany | ||
| Tec-3 Isofluorane Vaporizer | Ohmeda, GE-Healthcare, Chicago, IL | not available anymore | Standard vet. equipment |
| Xylazine (Xylazin Streuli) | Streuli AG, Uznach, Switzerland |
Referências
- Hotchkiss, R. S., Karl, I. E. The pathophysiology and treatment of sepsis. New England Journal of Medicine. 348 (2), 138-150 (2003).
- Singer, M., et al. The Third International Consensus Definitions for Sepsis and Septic Shock (Sepsis-3). Journal of the American Medical Association. 315 (8), 801-810 (2016).
- Vincent, J. L., et al. Assessment of the worldwide burden of critical illness: the intensive care over nations (ICON) audit. Lancet Respiratory Medicine. 2 (5), 380-386 (2014).
- Fleischmann, C., et al. Assessment of Global Incidence and Mortality of Hospital-treated Sepsis. Current Estimates and Limitations. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 193 (3), 259-272 (2016).
- Kumar, A., et al. Duration of hypotension before initiation of effective antimicrobial therapy is the critical determinant of survival in human septic shock. Critical Care Medicine. 34 (6), 1589-1596 (2006).
- Gotts, J. E., Matthay, M. A. Sepsis: pathophysiology and clinical management. British Medical Journal. 353, (2016).
- Akira, S., Takeda, K. Toll-like receptor signalling. Nature Reviews Immunology. 4 (7), 499-511 (2004).
- Urner, M., et al. Insight into the beneficial immunomodulatory mechanism of the sevoflurane metabolite hexafluoro-2-propanol in a rat model of endotoxaemia. Clinical and Experimental Immunology. 181 (3), 468-479 (2015).
- Beck-Schimmer, B., et al. Which Anesthesia Regimen Is Best to Reduce Morbidity and Mortality in Lung Surgery?: A Multicenter Randomized Controlled Trial. Anesthesiology. 125 (2), 313-321 (2016).
- Deitch, E. A. Animal models of sepsis and shock: a review and lessons learned. Shock. 9 (1), 1-11 (1998).
- Buras, J. A., Holzmann, B., Sitkovsky, M. Animal models of sepsis: setting the stage. Nature Reviews Drug Discovery. 4 (10), 854-865 (2005).
- Perretti, M., Duncan, G. S., Flower, R. J., Peers, S. H. Serum corticosterone, interleukin-1 and tumour necrosis factor in rat experimental endotoxaemia: comparison between Lewis and Wistar strains. British Journal of Pharmacology. 110 (2), 868-874 (1993).
- Marechal, X., et al. Endothelial glycocalyx damage during endotoxemia coincides with microcirculatory dysfunction and vascular oxidative stress. Shock. 29 (5), 572-576 (2008).
- Thiemermann, C., Ruetten, H., Wu, C. C., Vane, J. R. The multiple organ dysfunction syndrome caused by endotoxin in the rat: attenuation of liver dysfunction by inhibitors of nitric oxide synthase. British Journal of Pharmacology. 116 (7), 2845-2851 (1995).
- Osuchowski, M. F., et al. Minimum quality threshold in pre-clinical sepsis studies (MQTiPSS): an international expert consensus initiative for improvement of animal modeling in sepsis. Intensive Care Medicine Experimental. 6 (1), 26 (2018).
- Fink, M. P., Heard, S. O. Laboratory models of sepsis and septic shock. Journal of Surgical Research. 49 (2), 186-196 (1990).
- Buras, J. A., Holzmann, B., Sitkovsky, M. Animal models of sepsis: Setting the stage. Nature Reviews Drug Discovery. 4 (10), 854-865 (2005).
- Balls, M. The principles of humane experimental technique: timeless insights and unheeded warnings. Altex-Alternatives to Animal Experimentation. 27 (2), 144-148 (2010).
