Fullständig och partiell aorta ocklusion för behandling av hemorragisk chock hos svin
Summary
Här presenterar vi ett protokoll som visar en hemorragisk chock modell hos svin som använder aorta ocklusion som en bro till slutgiltig vård i trauma. Denna modell har ansökan testa ett stort antal kirurgiska och farmakologiska behandlingsstrategier.
Abstract
Blödning är fortfarande den vanligaste orsaken till förebyggbara dödsfall i trauma. Endovaskulära hantering av icke-komprimerbart torso blödning har varit i spetsen för trauma vård under de senaste åren. Eftersom komplett aorta ocklusion utgör allvarliga farhågor, har begreppet partiell aorta ocklusion fått en växande uppmärksamhet. Här presenterar vi en stor djurmodell av hemorragisk chock att undersöka effekterna av en roman partiell aorta ballongkateter ocklusion och jämföra det med en kateter som fungerar på principen om fullständig aorta ocklusion. Svin är sövda instrumenterad för att genomföra kontrollerade fast volym blödning och hemodynamiska och fysiologiska parametrar övervakas. Efter blödning, aorta ballong ocklusion katetrar infogas och uppblåsta i supraceliac aorta för 60 min, under vilken djuren få helblod återupplivning som 20% av den totala blodvolymen (TBV). Efter ballong deflation övervakas djuren i en intensivvård inställning för 4 timmar, under vilken de får vätska återupplivning och vasopressorer som behövs. Partiell aorta ballong ocklusion visade förbättrad distala genomsnittliga arteriella trycket (kartor) under den ballong inflationen minskade markörer av ischemi och minskade vätska återupplivning och kärlsammandragande användning. Som svin fysiologi och homeostatiska svar efter blödning har varit väl dokumenterade och är som de hos människa, ett svin hemorragisk kan chock modell användas för att testa olika behandlingsstrategier. Förutom att behandla blödning, har aorta ballong ocklusion katetrar blivit populära för sin roll i hjärtstillestånd, hjärt- och kärlimplantat kirurgi och andra riskfyllda elektiva kirurgiska ingrepp.
Introduction
Blödning fortsätter att vara den dominerande orsaken till förebyggbara dödsfall hos patienter som genomgår traumatiska händelser, står för 90% av trauma-relaterade dödsfall i den militära inställningen och 40% av posttraumatisk dödsfall i civilbefolkningen1, 2. även om direkta påtryckningar kan behandla komprimerbar blödning, icke-komprimerbart torso blödning är fortfarande svårt att behandla och kan vara dödligt utan snabb hemostatiska kontroll. Den historiska metoden återupplivande torakotomi eller laparotomi med aorta cross-fastspänning har visat sig vara extremt invasiv3,4. Denna intervention kräver också en komplex urval algoritm för att bestämma kandidaturen av patienter som genomgått traumatiska förolämpningar5.
Under de senaste åren har det skett ett återuppvaknande av intresse i ett tidigare beskrivna synsätt — återupplivande endovaskulär ballong ocklusion av stora kroppspulsådern (REBOA)6,7,8. Även om REBOA har givit en kortsiktig överlevnad fördelar i blödning, medför en långvarig komplett ocklusion av aorta under ballongen inflationen allvarliga farhågor som inkluderar oåterkalleliga slutet-orgel ischemi9,10. I ett försök att övervinna denna potentiella sjuklighet, är alternativa endovaskulär strategier att hantera blödning utarbetas. En sådan strategi som har sett ett växande uppmärksamhet är en partiell ocklusion av aorta11,12. Idén om partiell aorta ballong ocklusion ger perfusionen i kärlbäddar distala till platsen för ocklusion, förbättrade fysiologiska proximala aorta kartor och en gradvis afterload minskning efter den ballong deflationen. Dessa förändringar i parametrarna är önskade ändringar av de fysiologiska egenskaperna hos ett blödande djur. Före detta metodens översättning till människor, slutföra och partiell aorta ballong ocklusion katetrar har testats tungt i svin modeller av hemorragisk chock11,12,13.
Svin har använts i studier medför hemorragisk chock under många år. De flesta av de nuvarande förståelsen av patofysiologin av hemorragisk chock härleds från studier som använt djurmodeller, inklusive svin. Deras fysiologi och homeostatiska svar i fastställandet av patologiska volymförlust följande blödning, särskilt de som rör blod koagulering och kardiovaskulära svaren, har varit väl dokumenterade och är som de i människor14. Svin modeller av hemorragisk chock ger också möjligheter att undersöka behandlingsstrategier för hemorragisk chock och andra traumatiska skador.
I denna studie visar vi en kliniskt realistisk modell av hemorragisk chock hos svin att utvärdera endovaskulär behandlingsstrategier, inklusive fullständig och partiell aorta ballong ocklusion. Vi hypotes att en partiell ocklusion av aorta resulterar i en bättre fysiologiska och laboratorium profil jämfört med en komplett ocklusion av aorta hos svin som genomgår en kontrollerad blödning fast volym.
Vi syftar till att jämföra fysiologiska effekterna av partiell och fullständig aorta ocklusion som en behandling för hemorragisk chock i en svin-modell. Partiell aorta ocklusion uppnås med hjälp av en selektiv aorta ballong ocklusion i trauma (SABOT) kateter (figur 1). SABOT katetern är en två-ballong-system som tillåter intra-luminala blodflödet, vilket ger en aorta delflöde till kärlbäddar distalt ocklusion. Komplett aorta ocklusion uppnås med hjälp av en enda-ballong aorta ocklusion-kateter (t.ex.,CODA) (figur 1). Behandlingsgrupperna randomiserades för att genomgå återupplivande aorta ocklusion antingen med den fullständiga eller partiella aorta ballong ocklusion katetrar (n = 2/grupp).
De stora stegen i modellen inkluderar induktion av anestesi och intubation, underhåll av anestesi, instrumentering, 35% TBV blödning (20 min totalt; hälften under de första 7 min och hälften över de resterande 13 min), aorta ballong ocklusion och helblod återupplivning (60 min av ocklusion; 20% helblod lungräddning under de sista 20 min av ocklusion), intensivvård övervakning (240 min) med hemodynamiska observation, och dödshjälp vävnad skörd. Figur 2 visar den modell som används i detta experiment.
Protocol
Representative Results
Discussion
I detta protokoll belyste vi en hemorragisk chock modell hos svin. Denna modell har visat sig vara både tillförlitliga och reproducerbara16,17,18,19. Modeller som liknar detta har varit anställd i flera vetenskapliga studier som undersöker effekterna av hemorragisk chock på Djurfysiologi16,20. Denna modell har dessutom också anvä…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi skulle vilja erkänna Rachel O’Connell och Jessica Lee för deras hjälp med djurstudier. Vi vill också uppmärksamma Major General Harold Timboe, MD, MPH, US Army (Ret.), som har varit rådgivare och mentor för detta projekt.
Materials
| Yorkshire-Landrace Swine | Michigan State University Veterinary Farm | ||
| Anesthesia: Telazol | Pfizer | Dose: 2-8 mg/kg; IM | |
| Anti-cholinergic: Atropine | Pfizer | Dose: 1mg, IM | |
| Anesthesia: Isoflurane | Baxter | Dose: 1-5%, INH | |
| Betadine | Humco | ||
| Alcohol 70% | Humco | NDC 0395-4202-28 | |
| Datex-Aespire Anesthesia Machine | GE Healthcare | 7900 | |
| Endotracheal tube | DEE Veterinary | 20170518 | Appropriate size for animal (6.5 or 7.0F) |
| Laryngoscope | Miller | 85-0045 | |
| Stylet | Hudson RCI | 5-151–1 | |
| Jelco 20G IV Catheter | Smiths Medical | 4054 | |
| Operating Room Monitor (Vital Signs Monitor) | SurgiVet Advisor | V9201 | May require at least 2 |
| Surgical Gowns | Kimberly Clark | 90142 | Use appropriate size for surgeon. |
| Sterile surgical gloves | Cardinal Health (Allegiance) | 22537-570 | Use appropriate size for surgeon. |
| Cautery Pencil | Medline | ESPB 2000 | |
| Suction tubing | Medline | DYND50251 | |
| Sunction tip: Yankauer | Medline | DYND50130 | |
| Bovie Aaron 1250 Electrocautery Unit | Bovie Medical Co. FL | BOV-A1250U | |
| Salpel Blade – Size #10 | Cardinal Health (Allegiance) | 32295-010 | |
| Scalpel Handle | Martin | 10-295-11 | |
| Debakey Forceps | Roboz | RS-7562 | |
| Weitlander Retractor | Roboz | RS-8612 | |
| Mayo Scissors | Roboz | RS-76870SC | |
| Army-navy Retractor | Teleflex | 164715 | |
| Mixter Right-angle Forceps | Teleflex | 175073 | |
| 5F (1.7 mm) 11 cm Insertion Sheath with 0.35" Guidewire | Boston Scientific | 16035-05B | |
| 8F (2.7 mm) 11 cm Insertion Sheath with 0.35'' Guidewire | Boston Scientific | 16035-08B | |
| 20G angled Introducer Needle | Arrow | AK-09903-S | |
| 14F (4.78 mm) 13 cm Insertion Sheath with 10F dilator | Cook Medical | G08024 | |
| 2-0 Silk 18'' 45 cm | Ethicon | A185H | |
| 3-0 Vicryl 36'' 90 cm | Ethicon | J344H | |
| 3-0 Nylon 18'' 45 cm | Ethicon | 663G | |
| 4-0 Prolene 30'' 75 cm | Ethicon | 8831H | |
| 20 ml syringe | Metronic/Covidien | 8881512878 | |
| 3 mL syringe | Metronic/Covidien | 1180300555 | |
| 6 mL syringe | Metronic/Covidien | 1180600777 | |
| 1000ml 0.9% Saline | Baxter | 2B1324X | |
| Foley Catheter (18F 30 cc) | Bard | 0166V18S | |
| Urinary Drainage Bag | Bard | 154002 | |
| 9F 10 cm Insertion Sheath | Arrow | AK-09903-S | |
| Swan-Ganz pulmonary artery catheter (8F) | Edwards Lifesciences co. CA | 746F8 | |
| Carotid Flow Probe System | Transonic, Ithaca, NY | 3, 4, or 6 mm probes | |
| SABOT catheter | Hayes Inc. | ||
| CODA balloon catheter | Cook Medical | 8379144 | |
| Ultrasound, M-Turbo | SonoSite | ||
| Amplatz Stiff Guidewire (0.035 inch, 260 cm) | Cook Medical | G03460 | |
| Arterial Blood Gas Syringes | Smiths Medical | 4041-2 | |
| Arterial Blood Gas Analyzer | Nova Biochemical | ABL800 | |
| Masterflex Pump | Cole Palmer | HV-77921-75 | |
| Blood Collection Bags | Terumo | 1BBD606A | |
| Macro IV drip set | Hospira | 12672-28 | |
| Pentobarbital | Pfizer | Dose: 100 mg/kg; IV | |
| Eppendorf Tubes | Sorenson | 11590 | |
| 50 cc conical tubes | Falcon | 352097 | |
| Formalin | Fisherbrand | 431121 | |
| Bair Hugger Normothermia System | Arizant Healthcare, Inc. |
References
- Kauvar, D. S., Lefering, R., Wade, C. E. Impact of hemorrhage on trauma outcome: an overview of epidemiology, clinical presentations, and therapeutic considerations. The Journal of Trauma: Injury, Infection and Critical. 60, S3-S11 (2006).
- Kauvar, D. S., Wade, C. E. The epidemiology and modern management of traumatic hemorrhage: US and international perspectives. Critical Care. 9, S1-S9 (2005).
- Mattox, K. L., Allen, M. K., Feliciano, D. V. Laparotomy in the emergency department. Journal of the American College of Emergency Physicians. 8 (5), 180-183 (1979).
- Pust, G. D., Namias, N. Resuscitative thoracotomy. International Journal of Surgery. 33 (Pt B), 202-208 (2016).
- Burlew, C. C., et al. Trauma Association critical decisions in trauma: resuscitative thoracotomy. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 73 (6), 1359-1363 (2012).
- DuBose, J. J., et al. The AAST prospective Aortic Occlusion for Resuscitation in Trauma and Acute Care Surgery (AORTA) registry: Data on contemporary utilization and outcomes of aortic occlusion and resuscitative balloon occlusion of the aorta (REBOA). Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 81 (3), 409-419 (2016).
- Biffl, W. L., Fox, C. J., Moore, E. E. The role of REBOA in the control of exsanguinating torso hemorrhage. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 78 (5), 1054-1058 (2015).
- Manzano Nunez, R., et al. A meta-analysis of resuscitative endovascular balloon occlusion of the aorta (REBOA) or open aortic cross-clamping by resuscitative thoracotomy in non-compressible torso hemorrhage patients. World Journal of Emergency Surgery. 12, 30 (2017).
- Gupta, B. K., et al. The role of intra-aortic balloon occlusion in penetrating abdominal trauma. Journal of Trauma. 29 (6), 861-865 (1989).
- Inoue, J., et al. Resuscitative endovascular balloon occlusion of the aorta might be dangerous in patients with severe torso trauma: A propensity score analysis. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 80 (4), 559-566 (2016).
- Russo, R. M., et al. Extending the golden hour: Partial resuscitative endovascular balloon occlusion of the aorta in a highly lethal swine liver injury model. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 80 (3), 378-380 (2016).
- Russo, R. M., et al. Partial Resuscitative Endovascular Balloon Occlusion of the Aorta in Swine Model of Hemorrhagic Shock. Journal of the American College of Surgeons. 223 (2), 359-368 (2016).
- Williams, T. K., et al. Extending resuscitative endovascular balloon occlusion of the aorta: Endovascular variable aortic control in a lethal model of hemorrhagic shock. The Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 81 (2), 294-301 (2016).
- Hannon, J. P., Swindle, M. M. Hemorrhage and hemorrhagic-shock in swine: A review. Swine as Models in Biomedical Research. , 197-245 (1992).
- Garry, B. P., Bivens, H. E. The Seldinger technique. Journal of Cardiothorac Anesthesia. 2 (3), 403 (1988).
- Halaweish, I., et al. Addition of low-dose valproic acid to saline resuscitation provides neuroprotection and improves long-term outcomes in a large animal model of combined traumatic brain injury and hemorrhagic shock. The Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 79 (6), 911-919 (2015).
- Alam, H. B., et al. Surviving blood loss without blood transfusion in a swine poly-trauma model. Surgery. 146 (2), 325-333 (2009).
- Jin, G., et al. Traumatic brain injury and hemorrhagic shock: evaluation of different resuscitation strategies in a large animal model of combined insults. Shock. 38 (1), 49-56 (2012).
- Nikolian, V. C., et al. Valproic acid decreases brain lesion size and improves neurologic recovery in swine subjected to traumatic brain injury, hemorrhagic shock, and polytrauma. The Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 83 (6), 1066-1073 (2017).
- Langeland, H., Lyng, O., Aadahl, P., Skjaervold, N. K. The coherence of macrocirculation, microcirculation, and tissue metabolic response during nontraumatic hemorrhagic shock in swine. Physiological Reports. 5 (7), (2017).
- Johnson, M. A., et al. The effect of resuscitative endovascular balloon occlusion of the aorta, partial aortic occlusion and aggressive blood transfusion on traumatic brain injury in a swine multiple injuries model. Journal of Trauma Acute Care Surgery. 83 (1), 61-70 (2017).
- 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).
- Li, Y., Alam, H. B. Modulation of acetylation: creating a pro-survival and anti-inflammatory phenotype in lethal hemorrhagic and septic shock. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2011, 523481 (2011).
- Nikolian, V. C., et al. Valproic acid decreases brain lesion size and improves neurologic recovery in swine subjected to traumatic brain injury, hemorrhagic shock, and polytrauma. The Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 83 (6), 1066-1073 (2017).
- Dekker, S. E., et al. Normal saline influences coagulation and endothelial function after traumatic brain injury and hemorrhagic shock in pigs. Surgery. 156 (3), 556-563 (2014).
- Causey, M. W., McVay, D. P., Miller, S., Beekley, A., Martin, M. The efficacy of Combat Gauze in extreme physiologic conditions. The Journal of Surgical Research. 177 (2), 301-305 (2012).
- Frankel, D. A., et al. Physiologic response to hemorrhagic shock depends on rate and means of hemorrhage. The Journal of Surgical Research. 143 (2), 276-280 (2007).
- Morrison, J. J., et al. The inflammatory sequelae of aortic balloon occlusion in hemorrhagic shock. The Journal of Surgical Research. 191 (2), 423-431 (2014).
- White, J. M., et al. A porcine model for evaluating the management of noncompressible torso hemorrhage. Journal of Trauma. 71, S131-S138 (2011).
- Alam, H. B., et al. Putting life on hold-for how long? Profound hypothermic cardiopulmonary bypass in a Swine model of complex vascular injuries. Journal of Trauma. 64 (4), 912-922 (2008).
- Bebarta, V. S., Daheshia, M., Ross, J. D. The significance of splenectomy in experimental swine models of controlled hemorrhagic shock. The Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 75 (5), 920 (2013).
- Georgoff, P. E., et al. Alterations in the human proteome following administration of valproic acid. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 81 (6), 1020-1027 (2016).
- Dekker, S. E., et al. Different resuscitation strategies and novel pharmacologic treatment with valproic acid in traumatic brain injury. Journal of Neuroscience Research. 96 (4), 711-719 (2017).
- Georgoff, P. E., et al. Safety and Tolerability of Intravenous Valproic Acid in Healthy Subjects: A Phase I Dose-Escalation Trial. Clinical Pharmacokinetics. 57 (2), 209-219 (2017).
