Integrerte Kompenserende Responses i Human Model of Blødning
Summary
Hensikten med denne protokollen er å demonstrere teknikker for å måle kompenserende responser til redusert sentrale blodvolum ved å bruke lavere kropps negativt trykk som en ikke-invasiv eksperimentell modell for menneskelig blødning som kan brukes til å kvantifisere den totale integrering av kompenserende mekanismer i blodvolum underskudd i mennesker .
Abstract
Blødning er den ledende årsak til traumerelaterte dødsfall, blant annet på grunn tidlig diagnose av alvorlighetsgraden av blodtapet er vanskelig. Vurdering av blødninger pasienter er vanskelig fordi dagens kliniske verktøy gir mål på vitale tegn som forblir stabil i de tidlige stadiene av blødninger på grunn av kompenserende mekanismer. Følgelig er det et behov for å forstå og måle den totale integrering av mekanismer som kompenserer for redusert sirkulerende blodvolum, og hvor de endres under pågående progressiv blødning. Kroppens reserve for å kompensere for redusert sirkulerende blodvolum kalles "kompenserende reserve". Den kompenserende reserve kan være nøyaktig evalueres med sanntidsmålinger av endringer i funksjonene i arteriell bølgeform målt med bruk av en kraftig datamaskin. Lower Body negativt trykk (LBNP) har vist seg å simulere mange av de fysiologiske responser hos mennesker er forbundet med blødning,og blir brukt til å studere den kompenserende respons på blødning. Hensikten med denne studien er å vise hvordan kompenserende reserve vurderes under gradvise reduksjoner i sentrale blodvolumet med LBNP som en simulering av blødning.
Introduction
Den viktigste funksjonen av det kardiovaskulære system er kontroll av tilstrekkelig perfusjon (blodstrøm og oksygentilførsel) til alle vev i kroppen gjennom homeostatiske regulering av arterielt blodtrykk. Forskjellige mekanismer for kompensasjon (som autonome nervesystem-aktivitet, hjertehastighet og kontraktilitet, venøse retur, vasokonstriksjon, respirasjon) bidra til å opprettholde normale fysiologiske nivåer av oksygen i vevene. 1 Reduksjon i sirkulerende blodvolum, slik som de som er forårsaket av blødning kan kompromittere muligheten for kardiovaskulære kompenserende mekanismer og til slutt føre til lav arterielt blodtrykk, vevshypoksi alvorlig, og sirkulatorisk sjokk som kan være dødelig.
Sirkulatorisk sjokk forårsaket av alvorlig blødning (dvs. hemoragisk sjokk) er en ledende årsak til død på grunn av traumer. 2 En av de mest utfordrende sidene ved å hindre en pasient fra å utvikle sjokk er vårmanglende evne til å gjenkjenne sin tidlig debut. Tidlig og nøyaktig vurdering av progresjon mot utvikling av sjokk er foreløpig begrenset i klinisk setting av teknologier (dvs. medisinske monitorer) som gir målinger av vitale tegn som endrer seg lite i de tidlige stadiene av blodtap på grunn av kroppens mange kompenserende mekanismer for å regulere blodtrykket. 3-6 som sådan, evnen til å måle summen av kroppens reserve for å kompensere for blodtap representerer den mest nøyaktig gjenspeiling av vevsperfusjon tilstand og risikoen for utvikling av støt. 1. Denne reserve kalles . kompenserende reserve som kan være nøyaktig vurdert av sanntidsmålinger av endringer i funksjonene i arteriell bølgeformen en Nedbryting av kompenserende reserve replikerer terminalen hjerte ustabilitet observert hos kritisk syke pasienter med plutselig innsettende hypotensjon; en tilstand som kalles hemodynamisk decompensation. 7
Forholdet mellom utnyttelsen av den kompenserende reserve og regulering av blodtrykket under pågående blodtapet hos mennesker kan bli demonstrert i laboratoriet ved bruk av et omfattende sett av fysiologiske målinger (f.eks blodtrykk, hjertefrekvens, arteriell oksygenmetning, slagvolum, minuttvolum, vaskulær motstand, respirasjonsfrekvens, puls karakter, mental status, end-tidal CO 2, vev oksygen) som leveres av standard fysiologisk overvåking under kontinuerlig gradvise reduksjoner i sentrale blodvolumet lik de som oppstår under blødning. Senket sentrale blodvolumet kan induseres invasivt med progressiv økning i Lower Body negativt trykk (LBNP). 8 Bruke denne kombinasjonen av fysiologiske målinger og LBNP, konseptuelle forståelse av hvordan å vurdere kroppens evne til å kompensere for redusert sentrale blodvolumet kan lett bli demonertrated. Denne studien viser prelab fremstillingen, påvisning av kompenserende respons i forhold til andre fysiologiske responser under simulerte blødning, og den postlab evaluering av resultatene. De eksperimentelle teknikker som er nødvendige for å foreta målinger av kompenserende reserve er demonstrert i et frivillig menneske.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bruke LBNP å forårsake progressive og kontinuerlige reduksjoner i sentrale blodvolumet, var vi i stand til å indusere en typisk reaksjon av hemodynamisk dekompensasjon i faget, preget av en plutselig innsettende hypotensjon og bradykardi (figur 7). Det er viktig å forstå at den integrerte kompenserende respons på blødning er svært kompleks, 19 noe som resulterer i signifikant individuell variabilitet i toleranse overfor blodtapet. 1. Som sådan, noen individer har forholdsv…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet er støttet av midler fra den amerikanske hæren, Medical Research og forsyningskommando, Combat Casualty Care Program. Vi takker LTC Kevin S. Akers, MD og Ms Kristen R. Lye for deres hjelp i å gjøre videoen.
Materials
| Dynamic Research Evaluation Workstation (DREW) data acquisition syetem | NA | NA | Custom Built by ISR personnel. The DREW allows for time synchronization of both digital and analog signal data collection from up to 16 independent instruments with a sampling rate of 1000 Hz. |
| Finometer | Finapress Medical Systems (FMS) | Model 1 | Device that provides non-invasive, continuous measurements of brachial artery blood pressure and arterial oxygen saturation (SpO2) using two separate infrared finger photophlethymography cuff sensors. |
| BCI Capnocheck Plus | Smith Medical PM Inc. | 9004 | Capnograph used to measure end tidal CO2 and respiration rate |
| CipherOX | Flashback Technologies Inc. | R200 | Investigational device used to calculate Compensatory Reserve Index (CRI) |
| Nonin 9560 Pulse Oximeter | Nonin | 9560 | finger pulse oximeter |
| Lower Body Negative Pressure Chamber (LBNP) | NASA | 79K32632-1 | Custom Chamber built by NASA |
| ECG Biotach | Gould | 13-6615-65 | Electrocardiograph for measuring ECG |
| Nasal CO2 Sample Line | Salter Labs | REF 4000 | Latex free nasal cannula for sampling expired air |
References
- Convertino, V. A., Wirt, M. D., Glenn, J. P., Lein, B. C. The compensatory reserve for early and accurate prediction of hemodynamic compromise: a review of the underlying physiology. Shock. 45 (6), 580-590 (2016).
- Eastridge, B. J., et al. Death on the battlefield (2001-2011): Implications for the future of combat casualty care. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 73 (6), S431-S437 (2012).
- Orlinsky, M., Shoemaker, W., Reis, E. D., Kerstein, M. D. Current controversies in shock and resuscitation. Surg. Clin. North Am. 81 (6), 1217-1262 (2001).
- Wo, C. C. J., et al. Unreliability of blood pressure and heart rate to evaluate cardiac output in emergency resuscitation and critical illness. Crit Care Med. 21, 218-223 (1993).
- Bruijns, S. R., Guly, H. R., Bouamra, O., Lecky, F., Lee, W. A. The value of traditional vital signs, shock index, and age-based markers in predicting trauma mortality. J Trauma Acute Care Surg. 74 (6), 1432-1437 (2013).
- Parks, J. K., Elliott, A. C., Gentilello, L. M., Shafi, S. Systemic hypotension is a late marker of shock after trauma: a validation study of Advanced Trauma Life Support principles in a large national sample. Am. J. Surg. 192 (6), 727-731 (2006).
- Brunauer, A., et al. The arterial blood pressure associated with terminal cardiovascular collapse in critically ill patients: a retrospective cohort study. Crit Care. 18 (6), 719 (2014).
- Hinojosa-Laborde, C., et al. Validation of lower body negative pressure as an experiomental model of hemorrhage. J. Appl. Physiol. 116, 406-415 (2014).
- Martina, J. R., et al. Noninvasive continuous arterial blood pressure monitoring with Nexfin(R). Anesthesiology. 116 (5), 1092-1103 (2012).
- Imholz, B. P., Wieling, W., Langewouters, G. J., van Montfrans, G. A. Continuous finger arterial pressure: utility in the cardiovascular laboratory. Clin. Auton. Res. 1 (1), 43-53 (1991).
- Imholz, B. P. M., Wieling, W., van Montfrans, G. A., Wesseling, K. H. Fifteen years experience with finger arterial pressure monitoring: assessment of technology. Cardiovasc. Res. 38, 605-616 (1998).
- Roelandt, R. . Finger pressure reference guide. , (2005).
- Harms, M. P. M., et al. Continuous stroke volume monitoring by modelling flow from non-invasive measurement of arterial pressure in humans under orthostatic stress. Clin. Sci. 97, 291-301 (1999).
- Leonetti, P., et al. Stroke volume monitored by modeling flow from finger arterial pressure waves mirrors blood volume withdrawn by phlebotomy. Clin. Auton. Res. 14 (3), 176-181 (2004).
- Convertino, V. A., Grudic, G., Mulligan, J., Moulton, S. Estimation of individual-specific progression to impending cardiovascular instability using arterial waveforms. J. Appl. Physiol(Bethesda, Md :1985). 115 (8), 1196-1202 (2013).
- Convertino, V. A., et al. Individual-specific, beat-to-beat trending of significant human blood loss: the compensatory reserve. Shock. 44 (Supplement 1), 27-32 (2015).
- Cooke, W. H., Ryan, K. L., Convertino, V. A. Lower body negative pressure as a model to study progression to acute hemorrhagic shock in humans. J. Appl. Physiol. 96, 1249-1261 (2004).
- Convertino, V. A., et al. Inspiratory resistance maintains arterial pressure during central hypovolemia: implications for treatment of patients with severe hemorrhage. Crit Care Med. 35 (4), 1145-1152 (2007).
- Carter, R., Hinojosa-Laborde, C., Convertino, V. A. Variability in integration of mechanisms associated with high tolerance to progressive reductions in central blood volume: the compensatory reserve. Physiol Reports. 4 (1), (2016).
- Convertino, V. A., Sather, T. M. Vasoactive neuroendocrine responses associated with tolerance to lower body negative pressure in humans. Clin. Physiol. 20, 177-184 (2000).
- Convertino, V. A., et al. Use of advanced machine-learning techniques for noninvasive monitoring of hemorrhage. J. Trauma. 71 (1 Suppl), S25-S32 (2011).
- Convertino, V. A., Rickards, C. A., Ryan, K. L. Autonomic mechanisms associated with heart rate and vasoconstrictor reserves. Clin. Auton. Res. 22, 123-130 (2012).
- Rickards, C. A., Ryan, K. L., Cooke, W. H., Convertino, V. A. Tolerance to central hypovolemia: the influence of oscillations in arterial pressure and cerebral blood velocity. J. Appl. Physiol. 111 (4), 1048-1058 (2011).
- Johnson, B. D., et al. Reductions in central venous pressure by lower body negative pressure of blood loss elicit similar hemodynamic responses. J. Appl. Physiol. 117, 131-141 (2014).
- van Helmond, N., et al. Coagulation Changes during Lower Body Negative Pressure and Blood Loss in Humans. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 309, H1591-H1597 (2015).
- Gerhardt, R., Berry, J., Blackbourne, L. Analysis of life-saving interventions performed by out-of-hospital combat medical personnel. J. Trauma. 71, S109-S113 (2011).
- Pinsky, M. R. Hemodynamic evaluation and monitoring in the ICU. Chest. 132 (6), 2020-2029 (2007).
- Rivers, E., et al. Early goal-directed therapy in the treatment of severe sepsis and septic shock. N.Engl.J.Med. , 1368-1377 (2001).
- Rivers, E. P., et al. The influence of early hemodynamic optimization on biomarker patterns of severe sepsis and septic shock. Crit Care Med. 35 (9), 2016-2024 (2007).
- Rivers, E. P., Coba, V., Whitmill, M. Early goal-directed therapy in severe sepsis and septic shock: a contemporary review of the literature. Curr Opin Anaesthesiol. 21 (2), 128-140 (2008).
- Cap, A. P., Spinella, P. C., Borgman, M. A., Blackbourne, L. H., Perkins, J. G. Timing and location of blood product transfusion and outcomes in massively transfused combat casualties. J. Trauma. 73, S89-S94 (2012).
- Spinella, P. C., Perkins, J. G., Grathwohl, K., Beekley, A., Holcomb, J. B. Warm fresh whole blood is independently associated iwth improved survival for patients with combat-related traumatic injuries. J. Trauma. 66, S69-S76 (2009).
- Kragh, J., et al. Survival with emergency tourniquet use to stop bleeding in major limb trauma. Ann Surgery. 249 (1), 1-7 (2009).
- Chung, K. K., et al. Continous renal replacement therapy improves survival in severly burned military casualties with acute kidney injury. J. Trauma. 64, S179-S187 (2008).
- Stewart, C. L., et al. The compensatory reserve for early and accurate prediction of hemodynamic compromise: case studies for clinical utility in acute care and physical performance. J Special Op. Med. 16, 6-13 (2016).
