Воспроизводимая модель эндотоксинов, ориентированная на отделение интенсивной терапии, у крыс
Summary
Здесь мы представляем воспроизводимую модель эндотоксинов, ориентированную на отделение интенсивной терапии, у крыс.
Abstract
Сепсис и септический шок остаются основной причиной смерти в отделениях интенсивной терапии. Несмотря на значительные улучшения в лечении сепсиса, смертность по-прежнему колеблется от 20 до 30%. Срочно необходимы новые подходы к лечению, чтобы уменьшить мультиорганную недостаточность и смерть, связанные с сепсисом. Надежные модели на животных позволяют применять один или несколько подходов к лечению, а также проверять их влияние на физиологические и молекулярные параметры. В этой статье представлена простая животная модель.
Во-первых, общая анестезия индуцируется у животных либо с использованием летучих, либо путем внутрибрюшинной анестезии. После установки внутривенного катетера (хвостовой вены), трахеостомии и введения внутриартериального катетера (хвостовой артерии) начинается искусственная вентиляция легких. Регистрируются исходные значения среднего артериального давления, насыщения артериальной крови кислородом и частоты сердечных сокращений.
Инъекция липополисахаридов (1 миллиграмм/килограмм массы тела), растворенных в фосфатно-буферном физиологическом растворе, вызывает сильную и воспроизводимую воспалительную реакцию через толл-подобный рецептор 4. Коррекция жидкости, а также применение норадреналина выполняются на основе устоявшихся протоколов.
Животная модель, представленная в этой статье, проста в освоении и сильно ориентирована на лечение клинического сепсиса в отделении интенсивной терапии с седацией, механической вентиляцией, непрерывным мониторингом артериального давления и повторяющимся забором крови. Кроме того, модель является надежной, позволяя воспроизводить данные с ограниченным количеством животных в соответствии с принципами 3R (уменьшить, заменить, уточнить) исследований на животных. В то время как эксперименты на животных в исследованиях сепсиса не могут быть легко заменены, повторяющиеся измерения позволяют уменьшить количество животных, а содержание септических животных под наркозом уменьшает страдания.
Introduction
Сепсис и его более тяжелая форма, септический шок, являются синдромами на почве инфекции, приводящими к чрезмерной воспалительной реакции с высвобождением цитокинов, приводящим к физиологическим и биохимическим изменениям с подавленной иммунной защитой и летальным исходам 1,2. Эта несбалансированная воспалительная реакция приводит к дисфункции органов и органной недостаточности в различных жизненно важных органах, таких как легкие, почки и печень. При 37%3 сепсис является одной из наиболее распространенных причин госпитализации пациента в отделение интенсивной терапии (ОИТ). Смертность от сепсиса в настоящее время колеблется в районе 20-30%4. Раннее и эффективное лечение антибиотиками имеет первостепенное значение5. Реанимацию жидкости и вазопрессора нужно устанавливать на ранней стадии, кроме того, лечение является чисто поддерживающим6.
Сепсис определяется как доказанная или предполагаемая инфекция бактериями, грибками, вирусами или паразитами, которая сопровождается дисфункцией органов. Критерии септического шока соблюдаются, когда дальнейший сердечно-сосудистый коллапс невосприимчив к лечению только жидкостью,и присутствует уровень лактата более 2 миллимоля на литр. Органная недостаточность, связанная с сепсисом, может возникать в любом органе, но очень часто встречается в сердечно-сосудистой системе, мозге, почках, печени и легких. Большинству пациентов, страдающих сепсисом, требуется эндотрахеальная интубация для защиты дыхательных путей пациента, защиты от аспирации и применения положительной вентиляции выдоха с высокой долей вдыхаемого кислорода для предотвращения или преодоления гипоксии. Чтобы переносить трахеальную трубку и искусственную вентиляцию легких, пациентам обычно требуется седация.
Эндотоксины, такие как липополисахариды (ЛПС) в качестве компонента мембраны грамотрицательных бактерий, вызывают сильную воспалительную реакцию через толл-подобный рецептор (TLR) 47. Активация определенного пути обеспечивает стабильную воспалительную реакцию. Цитокины, такие как цитокин-индуцированный нейтрофильный хемоаттрактантный белок 1 (CINC-1), моноцитарный хемоаттрактантный белок 1 (MCP-1) и интерлейкин 6 (IL-6), известны как прогностические факторы тяжести и исхода в этой модели8. Внутривенное применение ЛПС было успешно использовано для изучения различных аспектов сепсиса у крыс 8,9.
Лечение сепсиса по-прежнему является проблемой, особенно из-за отсутствия прогностических моделей на животных. Если эндотоксемия с активацией системного воспаления является адекватной моделью для развития фармакологической терапии, спорным является. Тем не менее, с хорошо известным LPS-индуцированным путем TLR 4 можно получить важные знания.
Protocol
Representative Results
Discussion
Протокол, описанный здесь, позволяет создать высоко воспроизводимую, но простую в освоении модель сепсиса, которая может быть адаптирована в соответствии с вопросом исследования. Основные данные in vivo, относящиеся к функции органов, такие как частота сердечных сокращений, кровяное давл…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы поблагодарить Беатрис Бек-Шиммер (MD) и Эрика Шадде (MD) за их критический анализ и их ценный вклад в эту рукопись.
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).
