Induzione da shock emorragico standardizzato guidato da ossimetria cerebrale e monitoraggio emodinamico esteso esteso nei suini

Summary

Lo shock emorragico è una grave complicazione nei pazienti gravemente feriti, che porta a una sottoalimentazione pericolosa per la vita. Vi presentiamo un metodo standardizzato per indurre shock emorragico tramite astinenza da sangue nei maiali che è guidato dall’emodinamica e dall’ossigenazione cerebrale microcircolatoria.

Abstract

Lo shock emorragico è tra i motivi principali della morte grave legata alle lesioni. La perdita di volume circolatorio e portatori di ossigeno può portare a un insufficiente apporto di ossigeno e insufficienza irreversibile dell’organo. Il cervello esercita solo limitate capacità di compensazione ed è particolarmente a rischio di gravi danni ipossici. Questo articolo dimostra l’induzione riproducibile di shock emorragico potenzialmente letale in un modello di suina per mezzo di ritiro del sangue calcolato. Etiliamo l’induzione degli urti guidata dalla spettroscopia nel vicino infrarosso e dal monitoraggio emodinamico esteso per visualizzare il guasto circolatorio sistemico, nonché dall’esaurimento dell’ossigeno microcircolatorio cerebrale. Rispetto a modelli simili che si concentrano principalmente su volumi di rimozione predefiniti per l’induzione degli urti, questo approccio evidenzia una titolazione attraverso il conseguente fallimento della macro e microcircolazione.

Introduction

La massiccia perdita di sangue è tra le principali cause di decessi correlati a lesioni^1,2,3. La perdita di liquido circolatorio e portatori di ossigeno porta a guasti emodinamici e grave sottoofferta di ossigeno e può causare insufficienza e morte irreversibile dell’organo. Il livello di gravità dello shock è influenzato da fattori aggiuntivi come l’ipotermia, la coagulopatia e l’acidosi⁴. In particolare il cervello, ma anche i reni mancano di capacità di compensazione a causa dell’elevata domanda di ossigeno e l’incapacità di un’adeguata generazione di energia anaerobica^5,6. Per scopi terapeutici, l’azione rapida e immediata è fondamentale. Nella pratica clinica, la rianimazione dei fluidi con una soluzione di elettrolita bilanciata è la prima opzione per il trattamento, seguita dalla somministrazione di concentrati di globuli rossi e plasma fresco congelato. I concentrati di trombocite, le catecholamine e l’ottimizzazione della coagulazione e dello stato acido-base supportano la terapia per ritrovare le normali condizioni fisiologiche dopo un trauma prolungato. Questo concetto si concentra sul ripristino dell’emodinamica e della macrocircolazione. Diversi studi, tuttavia, mostrano che la perfusione microcircolatoria non recupera contemporaneamente alla macrocircolazione. In particolare, la perfusione cerebrale rimane compromessa e può verificarsi un ulteriore sottoapprovvigionamento di ossigeno^7,8.

L’uso di modelli animali consente agli scienziati di stabilire strategie nuove o sperimentali. L’anatomia, l’omologia e la fisiologia comparabili dei suini e degli esseri umani consentono di trarre conclusioni su specifici fattori patologici. Entrambe le specie hanno un sistema metabolico simile e la risposta ai trattamenti farmacologici. Questo è un grande vantaggio rispetto ai piccoli modelli animali in cui le differenze nel volume del sangue, emodinamica e fisiologia generale rendono quasi impossibile imitare uno scenario clinico⁹. Inoltre, le apparecchiature mediche e i materiali di consumo autorizzati possono essere facilmente utilizzati nei modelli di porcina. Inoltre, è facilmente possibile ottenere suini da fornitori commerciali, che consente un’elevata diversità di genetica e fenotipi ed è riducendo i costi¹⁰. Il modello di ritiro del sangue tramite canonulazione del vaso è abbastanza comune^{11,12,13,14,15}.

In questo studio, estendiamo il concetto di induzione da shock emorragico tramite astinenza arteriosa del sangue con una titolazione esatta di insufficienza emodinamica e compromissione dell’ossigenazione cerebrale. Lo shock emorragico si ottiene se l’indice cardiaco e la pressione arteriosa media scende al di sotto del 40% del valore di base, che ha dimostrato di causare un notevole deterioramento della saturazione dell’ossigenazione regionale cerebrale⁸. La misurazione dell’uscita cardiaca del contorno a impulsi (PiCCO) viene utilizzata per il monitoraggio emodinamico continuo. In primo luogo, il sistema deve essere calibrato mediante termodiozione transpolmonare, che consente il calcolo dell’indice cardiaco del contenuto di acqua polmonare extravascolare e del volume globale della diastolica finale. Successivamente, l’indice cardiaco continuo viene calcolato mediante l’analisi del contorno dell’impulso e fornisce anche parametri di precaricamento dinamico come la pressione dell’impulso e la variazione del volume della corsa.

Questa tecnica è ben consolidata in ambienti clinici e sperimentali. La spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS) è un metodo clinicalmente e sperimentalmente stabilito per monitorare i cambiamenti nell’apporto di ossigeno cerebrale in tempo reale. I sensori autoaderenti sono attaccati alla fronte sinistra e destra e calcolano l’ossigenazione cerebrale in modo non invasivo nella corteccia frontale cerebrale. Due lunghezze d’onda della luce infrarossa (700 e 900 nm) vengono emesse e rilevate dai sensori dopo essere state riflesse dal tessuto della corteccia. Per valutare il contenuto di ossigeno cerebrale, i contributi di sangue arterioso e venoso sono calcolati in relazioni 1:3 e aggiornati a intervalli di 5 s. La sensibilità in profondità di 1-4 cm è esponenzialmente decrescente e influenzata dal tessuto penetrato (ad esempio, pelle e ossa), anche se il cranio è traslucido alla luce infrarossa. La tecnica facilita azioni terapeutiche rapide per prevenire i pazienti da esiti avversi come delirio o lesioni cerebrali ipossiche e serve come parametro bersaglio in caso di emissione cardiaca alterata^16,17. La combinazione di entrambe le tecniche durante lo shock sperimentale consente una titolazione esatta della macrocircolazione, così come la compromissione della microcircolatoria cerebrale, per studiare questo evento potenzialmente letale.

Protocol

Gli esperimenti in questo protocollo sono stati approvati dal Comitato statale e istituzionale per la cura degli animali (Landesuntersuchungsamt Rheinland-Pfalz, Koblenz, Germania; Presidente: Dr. Silvia Eisch-Wolf; numero di riferimento: 23 177-07/G 14-1-084; 02.02.2015). Gli esperimenti sono stati condotti in conformità con le linee guida sugli esperimenti in materia di ricerca sugli animali di In Vivo (ARRIVE). Lo studio è stato pianificato e condotto tra novembre 2015 e marzo 2016. Dopo una lunga ricerca letteraria…

Representative Results

Dopo aver avviato l’induzione dello shock, è possibile registrare un breve periodo di compensazione. Con la rimozione del sangue in corso, il suddetto decompenso cardio-circolatorio, monitorato da una significativa diminuzione di crSO2, l’indice cardiaco, l’indice intratocico del volume del sangue e l’indice di volume globale di fine-diastolico (Figura2 , si verifica la figura 3e la figura 4</stro…

Discussion

Il protocollo descrive un metodo per indurre lo shock emorragico attraverso sanguinamento arterioso controllato nei suini che è guidato dall’emodinamica sistemica, nonché da deficit cerebrale di microcircolo. Le condizioni d’urto sono state raggiunte da un prelievo di sangue calcolato di 25-35 kg^{L -1} e confermate dal citato composto di parametri surrogati che indicano un notevole insufficienza cardio-circolatorio. Se non trattata, questa procedura è stata letale entro 2 h nel 66% degli animali, il che sotto…

Materials

3-way-stopcock blue	Becton Dickinson Infusion Therapy AB Helsingborg, Sweden	394602	Drug administration
3-way-stopcock red	Becton Dickinson Infusion Therapy AB Helsingborg, Sweden	394605	Drug administration/Shock induction
Atracurium	Hikma Pharma GmbH , Martinsried	AM03AC04*	Anesthesia
Canula 20 G	Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain	301300	Vascular access
Datex Ohmeda S5	GE Healthcare Finland Oy, Helsinki, Finland	–	Hemodynamic monitor
Desinfection	Schülke & Mayr GmbH, Germany	104802	Desinfection
Heidelberger Verlängerung 75CM	Fresenius Kabi Deutschland GmbH	2873112	Drug administration/Shock induction
INVOS 5100C Cerebral	Medtronic PLC, USA	–	Monitore for cerebral regional oxygenation
INVOS Cerebral/Somatic Oximetry Adult Sensors	Medtronic PLC, USA	20884521211152	Monitoring of the cerebral regional oxygenation
Endotracheal tube	Teleflex Medical Sdn. Bhd, Malaysia	112482	Intubation
Endotracheal tube introducer	Wirutec GmbH, Sulzbach, Germany	5033062	Intubation
Engström Carestation	GE Heathcare, Madison USA	–	Ventilator
Fentanyl	Janssen-Cilag GmbH, Neuss	AA0014*	Anesthesia
Gloves	Paul Hartmann, Heidenheim, Germany	9422131	Self-protection
Incetomat-line 150 cm	Fresenius, Kabi GmbH, Bad Homburg, Germany	9004112	Drug administration
Ketamine	Hameln Pharmaceuticals GmbH, Zofingen, Schweiz	AN01AX03*	Sedation
Laryngoscope	Teleflex Medical Sdn. Bhd, Malaysia	671067-000020	Intubation
Logical pressure monitoring system	Smith- Medical GmbH,  Minneapolis, USA	MX9606	Hemodynamic monitor
Logicath 7 Fr 3-lumen 30cm	Smith- Medical GmbH,  Minneapolis, USA	MXA233x30x70-E	Vascular access/Drug administration
Masimo Radical 7	Masimo Corporation, Irvine, USA	–	Hemodynamic monitor
Mask for ventilating dogs	Henry Schein, Melville, USA	730-246	Ventilation
Original Perfusor syringe 50ml Luer Lock	B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany	8728810F	Drug administration
PICCO Thermodilution. F5/20CM EW	MAQUET Cardiovascular GmbH, Rastatt, Germany	PV2015L20-A	Hemodynamic monitor
Percutaneous sheath introducer set 8,5 und 9 Fr, 10 cm with integral haemostasis valve/sideport	Arrow international inc., Reading, USA	AK-07903	Vascular access/Shock induction
Perfusor FM Braun	B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany	8713820	Drug administration
Potassium chloride	Fresenius, Kabi GmbH, Bad Homburg, Germany	6178549	Euthanasia
Propofol 2%	Fresenius, Kabi GmbH, Bad Homburg, Germany	AN01AX10*	Anesthesia
Pulse Contour Cardiac Output (PiCCO2)	Pulsion Medical Systems, Feldkirchen, Germany	–	Hemodynamic monitor
Sonosite Micromaxx Ultrasoundsystem	Fujifilm, Sonosite Bothell, Bothell, USA	–	Vascular access
Stainless Macintosh Size 4	Teleflex Medical Sdn. Bhd, Perak,  Malaysia	670000	Intubation
Sterofundin	B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany	AB05BB01*	balanced electrolyte infusion
Stresnil 40mg/ml	Lilly Germany GmbH, Wiesbaden, Germany	QN05AD90	Sedation
Syringe 10 mL	Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain	309110	Drug administration
Syringe 2 mL	Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain	300928	Drug administration
Syringe 20 mL	Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain	300296	Drug administration
Syringe 5 mL	Becton Dickinson S.A. Carretera Mequinenza Fraga, Spain	309050	Drug administration
venous catheter 22G	B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany	4269110S-01	Vascular access
*ATC:  Anatomical Therapeutic Chemical / Defined Daily Dose Classification