Udtømning af overfladeaktivt stoffer kombineret med skadelig ventilation resulterer i en reproducerbar model af akut respiratorisk nødsyndrom (ARDS)
Summary
En kombination af udvaskning af overfladeaktive stoffer med 0,9 % saltvand (35 mL/kg legemsvægt, 37 °C) og ventilation med lavt tidevandsvolumen med lavt PEEP for at forårsage moderat respiratorinduceret lungeskade (VILI) resulterer i eksperimentel akut respiratorisk nødsyndrom (ARDS). Denne metode giver en model af lungeskader med lav / begrænset recruitability at studere effekten af forskellige ventilationsstrategier i længere perioder.
Abstract
Der findes forskellige dyremodeller til undersøgelse af de komplekse patomekanismer i det akutte respiratoriske nødsyndrom (ARDS). Disse modeller omfatter pulmo-arteriel infusion af oliesyre, infusion af endotoksiner eller bakterier, cecal ligation og punktering, forskellige lungebetændelse modeller, lunge iskæmi / reperfusion modeller og, selvfølgelig, overfladeaktive udtømning modeller, blandt andre. Udtømning af overfladeaktive stoffer medfører en hurtig, reproducerbar forringelse af lungegasudveksling og hæmodynamik og kan induceres hos bedøvede svin ved hjælp af gentagne lunge lavages med 0,9% saltvand (35 mL/kg kropsvægt, 37 °C). Modellen for udtømning af overfladeaktive stoffer understøtter undersøgelser med standardovervågning af åndedrætsværn og hæmodynamisk med klinisk anvendte anordninger. Men modellen lider af en relativt høj rekruttabilitet og ventilation med højt luftvejstryk kan straks reducere sværhedsgraden af skaden ved at genåbne ateectatic lunge områder. Denne model er således ikke egnet til undersøgelser af ventilatorregimer, der bruger højt luftvejstryk. En kombination af udtømning af overfladeaktive stoffer og skadelig ventilation med højt tidevandsvolumen/lavt positivt endeudåndingstryk (højt tv/lavt PEEP) for at forårsage respiratorinduceret lungeskade (VILI) vil reducere rekrutteringen af den resulterende lungeskade. Fordelene ved en rettidig induktion og muligheden for at udføre eksperimentel forskning i omgivelser, der kan sammenlignes med en intensivafdeling, bevares.
Introduction
Dødeligheden af akut respiratorisk nød syndrom (ARDS) er fortsat høj med værdier over 40%1 på trods af intensiv forskning siden sin første beskrivelse af Ashbough og Petty i 19672. Naturligvis er undersøgelsen af nye terapeutiske tilgange begrænset i klinikken på grund af etiske bekymringer og manglen på standardisering af de underliggende patologier, omgivende forhold og co-medicin, mens dyremodeller muliggør systematisk forskning under standardiserede forhold.
Således er eksperimentel ARDS blevet induceret i enten store dyr (f.eks. svin) eller små dyr (f.eks. gnavere) ved hjælp af forskellige metoder såsom pulmo-arteriel infusion af oliesyre, intravenøs (i.v.) infusion af bakterier og endotoksiner eller cecal ligation og punktering (CLP) modeller, der forårsager sepsis-induceret ARDS. Desuden anvendes direkte lungeskader forårsaget af forbrændinger og røgforgiftning eller lungeiskæmi/reperfusion (I/R)3. En hyppigt anvendt model for direkte lungeskade er udtømning af overfladeaktive stoffer med lunge lavages som først beskrevet af Lachmann et al. hos marsvin4.
Udtømning af overfladeaktive stoffer er en meget reproducerbar metode, der hurtigt resulterer i kompromiser i gasudveksling og hæmodynamik5. En stor fordel er muligheden for at anvende udtømning af overfladeaktive stoffer i store arter, som muliggør støtteforskning med klinisk anvendte mekaniske ventilatorer, katetre og monitorer. Men en stor ulempe ved overfladeaktive udtømning model er øjeblikkelig rekruttering af ateectatic lunge områder, når høje luftveje pres eller rekruttere manøvrer, såsom tilbøjelige positionering, anvendes. Modellen er således ikke egnet til at undersøge f.eks. automatiseret ventilation med høje PEEP-niveauer i længere tid6. Yoshida et al. beskrev en kombination af udtømning af overfladeaktive stoffer og ventilation med højt indspiratorisk luftvejstryk for at fremkalde eksperimentel ARDS7, men deres model kræver en omfattende vedligeholdelse af delvist ilttryk (PaO2)i en foruddefineret korridor via gentagen blodprøvetagning af blodgas og justering af kørselstrykket i henhold til et glidende bord med inspiratorisk tryk og PEEP.
Samlet set kan en model med en alt for aggressiv skadelig ventilation eller en besværlig, gentagen justering af ventilationsregimet resultere i strukturelle skader på lungerne, hvilket er for alvorligt og resulterer i efterfølgende flere organsvigt. Denne artikel giver således en detaljeret beskrivelse af en let gennemførlig model for udtømning af overfladeaktive stoffer plus skadelig ventilation med høj tv/ lav PEEP til induktion af eksperimentel ARDS, som understøtter forskning med klinisk anvendte ventilationsparametre i længere perioder.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne artikel beskriver induktion af eksperimentelle ARDS hos svin, der kombinerer overfladeaktiv udtømning ved gentagne lunge lavages og ventilation med høje tidevandsmængder, lav PEEP, og fuldstændig inflation / deflation af lungerne. Denne kombination forårsager en reproducerbar og sammenlignelig forringelse af gasudvekslingen og det deraf følgende hæmodynamiske kompromis, men begrænser lungernes rekrutterelighed. Denne model efterligner således klinisk ARDS med lav rekrut og gør det muligt at undersøge nye…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi anerkender taknemmeligt Birgit Brandts fremragende tekniske bistand. Denne undersøgelse blev støttet af et tilskud fra det tyske forbundsministerium for undervisning og forskning (FKZ 13GW0240A-D).
Materials
| Evita Infinity V500 | Dräger | intensive care ventilator | |
| Flow through chamber thermistor | Baxter | 93-505 | for measuring cardiac output |
| Leader Cath Set | Vygon | 1,15,805 | arterial catheter |
| Mallinckrodt Tracheal Tube Cuffed | Covidien | 107-80 | 8.0 mm ID |
| MultiCath3 | Vygon | 1,57,300 | 3 lumen central venous catheter, 20 cm length |
| Percutaneus Sheath Introducer Set | Arrow | SI-09600 | introducer sheath for pulmonary artery catheter of 4-6 Fr., 10 cm length |
| Swan-Ganz True Size Thermodilution Catheter | Edwards | 132F5 | pulmonary artery catheter, 75 cm length |
| urinary catheter | no specific model requiered | ||
| Vasofix Braunüle 20G | B Braun | 4268113B | peripheral vein catheter |
| Vigilance I | Edwards | monitor |
Referências
- Bellani, G., et al. Epidemiology, patterns of care, and mortality for patients with acute respiratory distress syndrome in intensive care units in 50 countries. JAMA. 315 (8), 788-800 (2016).
- Ashbaugh, D. G., Bigelow, D. B., Petty, T. L., Levine, B. E. Acute respiratory distress in adults. Lancet. 2 (7511), 319-323 (1967).
- Ballard-Croft, C., Wang, D., Sumpter, L. R., Zhou, X., Zwischenberger, J. B. Large-animal models of acute respiratory distress syndrome. The Annals of Thoracic Surgery. 93 (4), 1331-1339 (2012).
- Lachmann, B., Robertson, B., Vogel, J. In vivo lung lavage as an experimental model of the respiratory distress syndrome. Acta Anaesthesiologica Scandinavica. 24 (3), 231-236 (1980).
- Russ, M., et al. Lavage-induced surfactant depletion in pigs as a model of the acute respiratory distress syndrome (ARDS). Journal of Visualized Experiments: JoVE. (115), e53610 (2016).
- Pomprapa, A., et al. Artificial intelligence for closed-loop ventilation therapy with hemodynamic control using the open lung concept. International Journal of Intelligent Computing and Cybernetics. 8 (1), 50-68 (2015).
- Yoshida, T., et al. Continuous negative abdominal pressure reduces ventilator-induced lung Injury in a porcine model. Anesthesiology. 129 (1), 163-172 (2018).
- Theisen, M. M., et al. Ventral recumbency is crucial for fast and safe orotracheal intubation in laboratory swine. Laboratory Animals. 43 (1), 96-101 (2009).
- Seldinger, S. I. Catheter replacement of the needle in percutaneous arteriography: A new technique. Acta Radiologica. 39 (5), 368-376 (1953).
- Kelly, C. R., Rabbani, L. E. Videos in clinical medicine. Pulmonary-artery catheterization. The New England Journal of Medicine. 369 (25), 35 (2013).
- Forrester, J. S., et al. Thermodilution cardiac output determination with a single flow-directed catheter. American Heart Journal. 83 (3), 306-311 (1972).
- Dos Santos Rocha, A., et al. Physiologically variable ventilation reduces regional lung inflammation in a pediatric model of acute respiratory distress syndrome. Respiratory Research. 21 (1), 288 (2020).
