En reproducerbar intensivvårdsavdelningsorienterad endotoxinmodell hos råttor
Summary
Här presenterar vi en reproducerbar intensivvårdsavdelningsorienterad endotoxinmodell hos råttor.
Abstract
Sepsis och septisk chock är fortfarande den vanligaste dödsorsaken på intensivvårdsavdelningar. Trots betydande förbättringar i sepsishanteringen varierar dödligheten fortfarande mellan 20 och 30%. Nya behandlingsmetoder för att minska sepsisrelaterad multiorgansvikt och död är brådskande. Robusta djurmodeller möjliggör en eller flera behandlingsmetoder samt för att testa deras effekt på fysiologiska och molekylära parametrar. I denna artikel presenteras en enkel djurmodell.
För det första induceras generell anestesi hos djur antingen med användning av flyktig eller genom intraperitoneal anestesi. Efter placering av en intravenös kateter (svansven), trakeostomi och införande av en intraarteriell kateter (svansartär) startas mekanisk ventilation. Baslinjevärden för genomsnittligt arteriellt blodtryck, arteriell syremättnad i blodet och hjärtfrekvens registreras.
Injektionen av lipopolysackarider (1 milligram/kg kroppsvikt) upplöst i fosfatbuffrad saltlösning inducerar ett starkt och reproducerbart inflammatoriskt svar via den avgiftsliknande receptorn 4. Vätskekorrigeringar samt applicering av noradrenalin utförs baserat på väletablerade protokoll.
Djurmodellen som presenteras i denna artikel är lätt att lära sig och starkt inriktad på klinisk sepsisbehandling på en intensivvårdsavdelning med sedering, mekanisk ventilation, kontinuerlig blodtrycksövervakning och repetitiv blodprovtagning. Modellen är också tillförlitlig, vilket möjliggör reproducerbara data med ett begränsat antal djur i enlighet med 3R-principerna (minska, ersätta, förfina) för djurförsök. Medan djurförsök i sepsisforskning inte lätt kan ersättas, möjliggör repetitiva mätningar en minskning av djur och att hålla septiska djur bedövade minskar lidandet.
Introduction
Sepsis och dess allvarligare form, septisk chock, är syndrom på grund av en infektion, vilket resulterar i en överskridande inflammatorisk reaktion med frisättning av cytokiner, vilket leder till fysiologiska och biokemiska förändringar med ett undertryckt immunförsvar och dödliga resultat 1,2. Denna obalanserade inflammatoriska reaktion resulterar i organdysfunktion och organsvikt i olika vitala organ som lunga, njure och lever. Med 37%3 är sepsis en av de vanligaste orsakerna till att en patient läggs in på en intensivvårdsavdelning (ICU). Dödligheten i sepsis varierar för närvarande runt 20-30%4. Tidig och effektiv antibiotikabehandling är av yttersta vikt5. Vätske- och vasopressoråterupplivning måste installeras tidigt, förutom det är behandlingen rent stödjande6.
Sepsis definieras som en beprövad eller misstänkt infektion med bakterier, svampar, virus eller parasiter, som åtföljs av organdysfunktion. Septiska chockkriterier uppfylls när en ytterligare kardiovaskulär kollaps som inte svarar på vätskebehandling ensam, och en laktatnivå på mer än 2 millimol / liter är närvarande2. Sepsisrelaterad organsvikt kan förekomma i vilket organ som helst, men är mycket vanligt i hjärt-kärlsystemet, hjärnan, njuren, levern och lungan. De flesta patienter som lider av sepsis kräver endotrakeal intubation för att säkra patientens luftvägar, för att skydda mot aspiration och för att applicera positiv änddeventilation med en hög fraktion av inspirerat syre för att förhindra eller övervinna hypoxi. För att tolerera ett trakealrör och mekanisk ventilation kräver patienter vanligtvis sedering.
Endotoxiner, såsom lipopolysackarider (LPS) som en komponent i membranet hos gramnegativa bakterier inducerar en stark inflammatorisk reaktion via den avgiftsliknande receptorn (TLR) 47. Aktivering av en definierad väg säkerställer en stabil inflammatorisk reaktion. Cytokiner som cytokin inducerat neutrofilt kemoattractant protein 1 (CINC-1), monocytkemoattractant protein 1 (MCP-1) och interleukin 6 (IL-6) är kända som prognostiska faktorer för svårighetsgrad och resultat i denna modell8. Intravenös LPS-applikation har framgångsrikt använts för att studera olika aspekter av sepsis hos råttor 8,9.
Behandling av sepsis är fortfarande en utmaning, särskilt på grund av bristen på prediktiva djurmodeller. Om endotelemi med aktivering av systemisk inflammation är en adekvat modell för utveckling av farmakologiska terapier kan diskuteras. Men med den välkända LPS-inducerade TLR 4-vägen kan viktig kunskap erhållas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protokollet som beskrivs här möjliggör en mycket reproducerbar, men ändå enkel att lära sig sepsismodell, som kan anpassas efter forskningsfrågan. Väsentliga in vivo-data som hänvisar till organfunktion som hjärtfrekvens, blodtryck och perifer arteriell syremättnad kan samlas in kontinuerligt, och blodprovtagning kan utföras repetitivt under hela experimentet. Dessutom kan modifieringar med avseende på vätskeersättningsprotokoll och vasopressorstöd installeras. Med tanke på djurens hemodynamiska stabilit…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna vill tacka Beatrice Beck-Schimmer (MD) och Erik Schadde (MD) för deras kritiska granskning och deras värdefulla bidrag till detta 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).
