Monitorização não invasiva e invasiva da hipóxia renal em modelo porcino de choque hemorrágico

Summary

Apresentamos aqui um protocolo para medir a oxigenação renal na medula e a pressão parcial de oxigênio urinário não invasiva em um modelo porcino de choque hemorrágico para estabelecer a pressão parcial de oxigênio urinário como um indicador precoce de lesão renal aguda (LRA) e um novo desfecho de ressuscitação.

Abstract

Até 50% dos pacientes com trauma desenvolvem lesão renal aguda (LRA), em parte devido à má perfusão renal após perda sanguínea grave. Atualmente, a LRA é diagnosticada com base em uma alteração na concentração de creatinina sérica a partir do valor basal ou em períodos prolongados de diminuição do débito urinário. Infelizmente, os dados basais de concentração de creatinina sérica não estão disponíveis na maioria dos pacientes com trauma, e os métodos de estimativa atuais são imprecisos. Além disso, a concentração de creatinina sérica pode não se alterar até 24-48 h após a lesão. Por fim, a oligúria deve persistir por um mínimo de 6 h para o diagnóstico de LRA, inviabilizando o diagnóstico precoce. As abordagens diagnósticas de LRA disponíveis atualmente não são úteis para predizer o risco durante a ressuscitação de pacientes com trauma. Estudos sugerem que a pressão parcial urinária de oxigênio (PuO₂) pode ser útil na avaliação da hipóxia renal. Um monitor que conecta o cateter urinário e a bolsa coletora de urina foi desenvolvido para medir PuO₂ de forma não invasiva. O dispositivo incorpora um sensor óptico de oxigênio que estima o PuO₂ com base em princípios de têmpera de luminescência. Além disso, o aparelho mede o fluxo urinário e a temperatura, esta última para ajustar os efeitos de confusão das mudanças de temperatura. O fluxo urinário é medido para compensar os efeitos da entrada de oxigênio durante os períodos de baixo fluxo urinário. Este artigo descreve um modelo porcino de choque hemorrágico para estudar a relação entre PuO₂ não invasivo, hipóxia renal e desenvolvimento de LRA. Um elemento-chave do modelo é a colocação cirúrgica guiada por ultrassom na medula renal de uma sonda de oxigênio, que é baseada em uma microfibra óptica desembainhada. PuO 2 também será medido na bexiga e comparado com as medidas de PuO₂ renal e não invasiva. Esse modelo pode ser usado para testar a PuO 2 como um marcador precoce de LRA e avaliar a PuO₂ como um desfecho de ressuscitação após hemorragia que é indicativo de órgão-alvo em vez de oxigenação sistêmica.

Introduction

A lesão renal aguda (LRA) acomete até 50% dos pacientes com trauma admitidos na unidade de terapia intensiva¹. Pacientes que desenvolvem LRA tendem a ter maior tempo de internação hospitalar e na unidade de terapia intensiva e risco três vezes maior de mortalidade ^2,3,4. Atualmente, a LRA é mais comumente definida pelas diretrizes do Kidney Disease Improving Global Outcomes (KDIGO), que se baseiam em alterações na concentração de creatinina sérica a partir do valor basal ou períodos de oligúria prolongada⁵. Os dados basais da concentração de creatinina não estão disponíveis na maioria dos pacientes com trauma, e as equações de estimação não são confiáveis e não foram validadas em pacientes com trauma⁶. Além disso, a concentração de creatinina sérica pode não se alterar até pelo menos 24 h após a lesão, impossibilitando a identificação e intervenção precoces⁷. Embora pesquisas sugiram que o débito urinário é um indicador mais precoce de LRA do que a concentração de creatinina sérica, os critérios do KDIGO requerem um mínimo de 6 h de oligúria, o que impede intervenções direcionadas à prevenção de lesões⁸. O limiar ótimo de diurese horária e a duração adequada da oligúria para definir LRA também são debatidos, o que limita sua eficácia como marcador precoce da doença ^9,10. Assim, as medidas diagnósticas atuais para LRA não são úteis em situações de trauma, levam a um diagnóstico tardio de LRA e não fornecem informações em tempo real sobre o status de risco de um paciente para desenvolver IRA.

Enquanto o desenvolvimento de LRA em um cenário de trauma é complexo e provavelmente associado a várias causas, como má perfusão renal devido à hipovolemia, redução do fluxo sanguíneo renal devido à vasoconstrição, inflamação relacionada ao trauma ou lesão de isquemia-reperfusão, a hipóxia renal é um fator comum entre a maioria das formas de LRA^11,12. Em particular, a região medular do rim é altamente suscetível a um desequilíbrio entre a demanda e a oferta de oxigênio no contexto de trauma devido à oferta reduzida de oxigênio e à alta atividade metabólica associada à reabsorção de sódio. Assim, se fosse possível medir a oxigenação da medula renal, talvez fosse possível monitorar o status de risco de um paciente para desenvolver LRA. Embora isso não seja clinicamente possível, a pressão parcial urinária de oxigênio (PuO₂) na saída do rim correlaciona-se fortemente com a oxigenação do tecido medular^13,14. Outros estudos mostraram que é possível medir a PuO 2 da bexiga e que ela se altera em resposta a estímulos que alteram os níveis de oxigênio medular e PuO₂ da pelve renal, como a diminuição do fluxo sanguíneo renal^15,16,17. Esses estudos sugerem que a PuO₂ pode indicar perfusão de órgão-alvo e pode ser útil para monitorar o impacto de intervenções em situações de trauma na função renal.

Para monitorar PuO 2 de forma não invasiva, foi desenvolvido um monitor não invasivo de PuO₂ que pode se conectar facilmente à extremidade de um cateter urinário fora do corpo. O monitor PuO₂ não invasivo consiste em três componentes principais: um sensor de temperatura, um sensor de oxigênio de têmpera de luminescência e um sensor de fluxo baseado em térmica. Uma vez que cada sensor de oxigênio é opticamente baseado e depende da relação de Stern-Volmer para quantificar a relação entre luminescência e concentração de oxigênio, um sensor de temperatura é necessário para compensar quaisquer potenciais efeitos de confusão de mudanças na temperatura. O sensor de fluxo é importante para quantificar o débito urinário e determinar a direção e a magnitude do fluxo urinário. Todos os três componentes são conectados por uma combinação de conectores de bloqueio luer macho, fêmea e em forma de t e tubos flexíveis de policloreto de vinila (PVC). A extremidade com o conector cônico conecta-se à saída do cateter urinário, e a extremidade com tubulação sobre o conector cônico conecta as lâminas sobre o conector na bolsa coletora de urina.

Apesar da medida distal à bexiga, um estudo recente mostrou que o baixo PuO_{urinário 2} durante cirurgia cardíaca está associado a um risco aumentado de desenvolver LRA^18,19. Da mesma forma, os modelos animais atuais têm focado principalmente na detecção precoce de LRA durante cirurgia cardíaca e sepse14,20,21,22. Assim, permanecem dúvidas sobre o uso desse novo dispositivo em situações de trauma. O objetivo desta pesquisa é estabelecer a PuO₂ como um marcador precoce de LRA e investigar seu uso como desfecho de ressuscitação em pacientes com trauma. Este manuscrito descreve um modelo porcino de choque hemorrágico que inclui a colocação do monitor não invasivo PuO 2, um sensor PuO₂ vesical e um sensor de oxigênio tecidual na medula renal. Os dados do monitor não invasivo serão comparados com as medidas de PuO₂ vesical e oxigênio tecidual invasivo. O monitor não invasivo também inclui um sensor de fluxo que será útil para entender a relação entre a taxa de fluxo urinário e a entrada de oxigênio, o que reduz a capacidade de inferir a oxigenação do tecido medular renal a partir do PuO₂ não invasivo à medida que a urina atravessa o trato urinário. Adicionalmente, os dados dos três sensores de oxigênio serão comparados com sinais vitais sistêmicos, como a pressão arterial média. A hipótese central é que os dados não invasivos de PuO₂ se correlacionarão fortemente com o conteúdo de oxigênio medular invasivo e refletirão hipóxia medular durante a ressuscitação. O monitoramento não invasivo da PuO₂ tem o potencial de melhorar os resultados relacionados ao trauma, identificando a LRA mais precocemente e servindo como um novo desfecho de ressuscitação após hemorragia, que é indicativo de órgão-alvo em vez de oxigenação sistêmica.

Protocol

O Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Universidade de Utah aprovou todos os protocolos experimentais aqui descritos. Antes do experimento, um total de 12 suínos Yorkshire, machos castrados ou fêmeas não prenhes, pesando 50-75 kg e entre 6-8 meses de idade, foram aclimatados em seus recintos por pelo menos 7 dias. Durante esse período, todos os cuidados são direcionados por um médico veterinário e de acordo com o Guia para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório e os Regulamentos e Normas da Le…

Representative Results

A Figura 1 mostra uma imagem do monitor não invasivo PuO2 descrita neste manuscrito. A Figura 2 mostra um gráfico das medidas da PAM e PuO2 não invasivas em um único indivíduo durante um experimento semelhante ao modelo de hemorragia suína descrito. No início do experimento, quando a hemorragia foi iniciada, houve queda da PAM e PuO2. Após o declínio inicial do PuO2 , ele aumentou gradualmente até depois que …

Discussion

A LRA é uma complicação comum em pacientes com trauma e, atualmente, não há monitor validado à beira do leito para oxigenação do tecido renal, o que poderia permitir a detecção mais precoce da LRA e orientar possíveis intervenções. Este manuscrito descreve o uso e a instrumentação de um modelo de choque hemorrágico porcino para estabelecer PuO₂ não invasivo como um indicador precoce de LRA e um novo desfecho de ressuscitação em situações de trauma.

Uma das vanta…

Materials

1/8" PVC tubing	Qosina	SKU: T4307	Part of noninvasive PuO2 monitor
3/16" PVC tubing	Qosina	SKU: T4310	Part of noninvasive PuO2 monitor
3/8" TPE tubing	Qosina	SKU: T2204	Part of noninvasive PuO2 monitor
3/32" (1), 1/8" (1), 5/32" (1) drill bit	Dewalt	N/A	For building noninvasive PuO2 monitor
Biocompatible Glue	Masterbond	EP30MED	Part of noninvasive PuO2 monitor
Bladder PuO2 sensor	Presens	DP-PSt3	Oxygen dipping probe
Bladder oxygen measurement device	Presens	Fibox 4	Stand-alone fiber optic oxygen meter
Chlorhexidine 4% scrub	Vetone	N/A	For scrubbing insertion or puncture sites
Conical connector with female luer lock	Qosina	SKU: 51500	Part of noninvasive PuO2 monitor
Cuffed endotracheal tube	Vetone	600508	For sedating the subject and providing respiratory support
Euthanasia solution (pentobarbital sodium|pheyntoin sodium)	Vetone	11168	For euthanasia after completion of experiment
General purpose temperature probe, 400 series thermistor	Novamed	10-1610-040	Part of noninvasive PuO2 monitor
HotDog veterinary warming system	HotDog	V106	For controlling subject temperature during experiment
Invasive tissue oxygen measurement device	Optronix	N/A	OxyLite™ oxygen monitors
Invasive tissue oxygen sensor	Optronix	NX-BF/OT/E	Oxygen/Temperature bare-fibre sensor
Isoflurane	Vetone	501017	To maintain sedation throughout the experiment
Isotonic crystalloid solution	HenrySchein	1537930 or 1534612	Used during resuscitation in the critical care period
Liquid flow sensor	Sensirion	LD20-2600B	Part of noninvasive PuO2 monitor
Male luer lock to barb connector	Qosina	SKU: 11549	Part of noninvasive PuO2 monitor
Male to male luer connector	Qosina	SKU: 20024	Part of noninvasive PuO2 monitor
Norepinephrine	HenrySchein	AIN00610	Infusion during resuscitation
Noninvasive oxygen measurement device	Presens	EOM-O2-mini	Electro optical module transmitter for contactless oxygen measurements
Non-vented male luer lock cap	Qosina	SKU: 65418	Part of noninvasive PuO2 monitor
O2 sensor stick	Presens	SST-PSt3-YOP	Part of noninvasive PuO2 monitor
PowerLab data acquisition platform	AD Instruments	N/A	For data collection
REBOA catheter	Certus Critical Care	N/A	Used in experimental protocol
Super Sheath arterial catheters (5 Fr, 7 Fr, 9 Fr)	Boston Scientific	C1894	for intravascular access
Suture	Ethicon	C013D	For securing catheter to skin and closing incisions
T connector, all female luer locks	Qosina	SKU: 88214	Part of noninvasive PuO2 monitor