Een reproduceerbaar intensive care-unit-georiënteerd endotoxinemodel bij ratten
Summary
Hier presenteren we een reproduceerbaar intensive care unit-georiënteerd endotoxine model bij ratten.
Abstract
Sepsis en septische shock blijven de belangrijkste doodsoorzaak op intensive care-afdelingen. Ondanks significante verbeteringen in sepsisbeheer, varieert de mortaliteit nog steeds tussen 20 en 30%. Nieuwe behandelingsbenaderingen om sepsis-gerelateerd multiorganisch falen en overlijden te verminderen zijn dringend nodig. Robuuste diermodellen maken een of meerdere behandelingsbenaderingen mogelijk en testen hun effect op fysiologische en moleculaire parameters. In dit artikel wordt een eenvoudig diermodel gepresenteerd.
Ten eerste wordt algemene anesthesie geïnduceerd bij dieren, hetzij met het gebruik van vluchtige of door intraperitoneale anesthesie. Na plaatsing van een intraveneuze katheter (staartader), tracheostomie en het inbrengen van een intraarteriële katheter (staartslagader) wordt begonnen met mechanische beademing. Baseline waarden van de gemiddelde arteriële bloeddruk, arteriële bloedzuurstofverzadiging en hartslag worden geregistreerd.
De injectie van lipopolysacchariden (1 milligram/kilogram lichaamsgewicht) opgelost in fosfaat-gebufferde zoutoplossing induceert een sterke en reproduceerbare ontstekingsreactie via de toll-like receptor 4. Vloeistofcorrecties en de toepassing van noradrenaline worden uitgevoerd op basis van gevestigde protocollen.
Het diermodel dat in dit artikel wordt gepresenteerd, is gemakkelijk te leren en sterk gericht op klinische sepsisbehandeling op een intensive care-afdeling met sedatie, mechanische ventilatie, continue bloeddrukmonitoring en herhaalde bloedafname. Ook is het model betrouwbaar, waardoor reproduceerbare gegevens met een beperkt aantal dieren mogelijk zijn in overeenstemming met de 3R-principes (verminderen, vervangen, verfijnen) van dieronderzoek. Hoewel dierproeven in sepsisonderzoek niet gemakkelijk kunnen worden vervangen, zorgen repetitieve metingen voor een vermindering van dieren en het verdoving van septische dieren vermindert het lijden.
Introduction
Sepsis en zijn meer ernstige vorm, septische shock, zijn syndromen op de grond van een infectie, resulterend in een overschietende ontstekingsreactie met de afgifte van cytokines, wat leidt tot fysiologische en biochemische veranderingen met een onderdrukte immuunafweer en fatale resultaten 1,2. Deze onevenwichtige ontstekingsreactie resulteert in orgaandisfunctie en orgaanfalen in verschillende vitale organen zoals longen, nieren en lever. Sepsis is met 37%3 een van de meest voorkomende redenen voor een patiënt om opgenomen te worden op een intensive care (ICU). De mortaliteit van sepsis varieert momenteel rond de 20-30%4. Vroege en effectieve antibioticabehandeling is van het grootste belang5. Vloeistof- en vasopressorreanimatie moeten vroeg worden geïnstalleerd, anders dan dat, is de behandeling puur ondersteunend6.
Sepsis wordt gedefinieerd als een bewezen of vermoedelijke infectie met bacteriën, schimmels, virussen of parasieten, die gepaard gaat met orgaandisfunctie. Aan de criteria voor septische shock wordt voldaan wanneer een verdere cardiovasculaire collaps die niet reageert op vloeistofbehandeling alleen, en een lactaatgehalte van meer dan 2 millimol / liter aanwezig is2. Sepsis gerelateerd orgaanfalen kan in elk orgaan voorkomen, maar komt zeer vaak voor in het cardiovasculaire systeem, de hersenen, de nieren, de lever en de longen. De meeste patiënten die lijden aan sepsis hebben endotracheale intubatie nodig om de luchtwegen van de patiënt te beveiligen, om te beschermen tegen aspiratie en om positieve expiratoire beademing toe te passen met een hoge fractie geïnspireerde zuurstof om hypoxie te voorkomen of te overwinnen. Om een tracheale buis en mechanische beademing te verdragen, hebben patiënten meestal sedatie nodig.
Endotoxinen, zoals lipopolysacchariden (LPS) als onderdeel van het membraan van gramnegatieve bacteriën induceren een sterke ontstekingsreactie via de toll-like receptor (TLR) 47. Activering van een gedefinieerde route zorgt voor een stabiele ontstekingsreactie. Cytokines zoals cytokine geïnduceerd neutrofiel chemoattractant eiwit 1 (CINC-1), monocyt chemoattractant eiwit 1 (MCP-1) en interleukine 6 (IL-6) staan bekend als prognostische factoren voor ernst en uitkomst in dit model8. Intraveneuze LPS-toepassing is met succes gebruikt om verschillende aspecten van sepsis bij rattente bestuderen 8,9.
Behandeling van sepsis is nog steeds een uitdaging, vooral vanwege het gebrek aan voorspellende diermodellen. Of endotoxemie met activering van systemische ontsteking een adequaat model is voor de ontwikkeling van farmacologische therapieën is discutabel. Met de bekende LPS-geïnduceerde TLR 4 pathway kan echter belangrijke kennis worden opgedaan.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het hier beschreven protocol zorgt voor een zeer reproduceerbaar, maar toch eenvoudig te leren sepsismodel, dat kan worden aangepast aan de onderzoeksvraag. Essentiële in vivo gegevens met betrekking tot orgaanfunctie zoals hartslag, bloeddruk en perifere arteriële zuurstofverzadiging kunnen continu worden verzameld en bloedafname kan gedurende het hele experiment herhaaldelijk worden uitgevoerd. Daarnaast kunnen aanpassingen met betrekking tot vloeistofvervangingsprotocollen en vasopressorondersteuning worden geïnsta…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs willen Beatrice Beck-Schimmer (MD) en Erik Schadde (MD) bedanken voor hun kritische onderzoek en hun waardevolle bijdrage aan dit manuscript.
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).
