We bieden een protocol voor een experimenteel endotoxemisch shockmodel bij varkens door infusie van lipopolysaccharide.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
We bieden een protocol voor een experimenteel endotoxemisch shockmodel bij varkens door infusie van lipopolysaccharide.
Sepsis en septische shock komen vaak voor bij patiënten die op de intensive care (ICU's) worden behandeld en behoren tot de belangrijkste doodsoorzaken bij deze patiënten. Het wordt veroorzaakt door een ontregelde immuunrespons op een infectie. Zelfs met een geoptimaliseerde behandeling blijven de sterftecijfers hoog, waardoor verdere inzichten in de pathofysiologie en nieuwe behandelingsopties noodzakelijk zijn. Lipopolysaccharide (LPS) is een bestanddeel van het celmembraan van gramnegatieve bacteriën, die vaak verantwoordelijk zijn voor infecties die sepsis en septische shock veroorzaken.
De ernst en hoge mortaliteit van sepsis en septische shock maken gestandaardiseerde experimentele studies bij mensen onmogelijk. Er is dus een diermodel nodig voor verdere studies. Het varken is bijzonder geschikt voor dit doel omdat het qua anatomie, fysiologie en grootte sterk op mensen lijkt.
Dit protocol biedt een experimenteel model voor endotoxemische shock bij varkens door LPS-infusie. We waren in staat om op betrouwbare wijze veranderingen te induceren die vaak worden waargenomen bij patiënten met septische shock, waaronder hemodynamische instabiliteit, respiratoire insufficiëntie en acidose. Dit zal onderzoekers in staat stellen om waardevol inzicht te krijgen in deze zeer relevante aandoening en nieuwe therapeutische benaderingen in een experimentele setting te evalueren.
Sepsis en septische shock behoren tot de belangrijkste doodsoorzaken bij patiënten die een intensive care-behandeling ondergaan 1,2,3. Sepsis ontstaat wanneer een infectie een ontregelde immuunrespons veroorzaakt, wat resulteert in multi-orgaanfalen. Het wordt gekenmerkt door levensbedreigende symptomen, waaronder hemodynamische instabiliteit, ademnood, lever- en nierfalen, evenals cognitieve stoornissen 4,5. Septische shock vertegenwoordigt een subset van sepsis met bijzonder ernstige symptomen die de mortaliteit aanzienlijk verhogen. Deze symptomen zijn onder meer aanhoudende hypotensie waarvoor vasopressortherapie nodig is en een serumlactaatspiegel van meer dan 2 mmol∙L-1 4,5. De sterftecijfers bij patiënten met septische shock zijn geschat op 40%, zelfs met ziekenhuisbehandeling 1,3,5.
Gramnegatieve bacteriën, zoals Pseudomonas en Escherichia coli, veroorzaken vaak infecties die deze ontregelde immuunresponsveroorzaken4. De onderliggende pathofysiologische mechanismen zijn complex en nog niet volledig begrepen. Een goed beschreven aspect betreft de activering van Toll-achtige receptoren op immuuncellen door pathogeen-geassocieerde moleculaire patronen (PAMP's), wat leidt tot het vrijkomen van cytokines zoals tumornecrosefactor-alfa (TNFα) of Interleukine 1 (IL 1)4. Een van deze PAMP's is lipopolysaccharide (LPS), dat een onderdeel vormt van het celmembraan in gramnegatieve bacteriën6. LPS is in diermodellen gebruikt om endotoxemie en endotoxemische shock te induceren 7,8.
Diermodellen bieden een gecontroleerde en gestandaardiseerde setting om nieuwe behandelingsstrategieën te ontwikkelen en te onderzoeken. Vanwege de vergelijkbare anatomie, immunologische fysiologie en vergelijkbare hemodynamische parameters is het varkensmodel bijzonder geschikt voor het bestuderen van de effecten van endotoxemische shock 9,10. Bovendien kan standaard medische apparatuur die vaak bij menselijke patiënten wordt gebruikt, gemakkelijk bij varkens worden toegepast vanwege de vergelijkbare grootte van hun luchtwegen en bloedvaten, waardoor instrumentatie en hemodynamische monitoring worden vergemakkelijkt.
Met dit protocol bieden we een experimenteel model voor endotoxemische shock bij varkens door intraveneus toedienen van LPS afgeleid van E. coli. Om de effecten te monitoren, hebben we hemodynamische en pulmonale parameters gemeten, waaronder arteriële bloeddruk, hartslag, perifere zuurstofverzadiging, pulmonale arteriële druk en luchtwegdruk. Om de invloed van endotoxemie op de cerebrale zuurstoftoevoer te evalueren, gebruikten we nabij-infraroodspectrometrie (NIRS). Met deze methode kan de cerebrale zuurstofverzadiging worden geëvalueerd via een zelfklevende elektrode die op het voorhoofd wordt aangebracht11.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De experimenten in dit protocol zijn goedgekeurd door het Staats- en Institutioneel Comité voor Dierenverzorging (Landesuntersuchungsamt Rheinland-Pfalz, Koblenz, Duitsland, TVA G21-1-080). De experimenten zijn uitgevoerd volgens de ARRIVE-richtlijnen. Voor dit onderzoek werden zes gezonde mannelijke Duitse landrasvarkens van 2-3 maanden oud en met een gewicht van 30-35 kg gebruikt. De tijdlijn van het experiment is samengevat in figuur 1. De details met betrekking tot alle materialen en instrumenten die in dit protocol worden gebruikt, staan vermeld in de materiaaltabel.

Figuur 1: Experimentele tijdlijn. Baseline gezondheidsmetingen werden uitgevoerd na de voorbereiding van het dier en een stabilisatieperiode van 30 minuten. Endotoxemie werd geïnduceerd door LPS-injectie gedurende 30 minuten en metingen van 0 uur werden uitgevoerd na nog eens 30 minuten; Daarna werden de uurlijkse metingen gedurende 4 uur voortgezet. Afkortingen: BLH = baseline gezond; LPS = lipopolysaccharide. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
1. Voorbereiding van dieren
2. Anesthesie en mechanische beademing
3. Instrumentatie
4. Schok inductie
NOTITIE: Draag bij het werken met LPS altijd handschoenen, een veiligheidsbril, een masker en een laboratoriumjas. Vermijd direct contact met LPS.
5. Behandeling van hemodynamische instabiliteit

Figuur 2: PiCCO-geleide therapie van hemodynamische instabiliteit. Na het verkrijgen van metingen voor CI, GEDI en ELWI, past u de behandeling toe volgens de tabel. Dit cijfer is overgenomen uit de PiCCO-gebruikershandleiding12. Afkortingen: PiCCO = pulse contour cardiac output; V+ = volume laden; kat = catecholamine-therapie; V- = volumevermindering; CI = cardiale index; GEDI = globale einddiastolische volume-index; ELWI = extravasculaire longwaterindex. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
6. Einde experiment en euthanasie
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Voor deze studie werden zes gezonde mannelijke varkens van 2-3 maanden oud en met een gewicht van 30-35 kg verdoofd en kregen ze een infuus met lipopolysaccharide (LPS) om endotoxemie te induceren. Om de juiste dosering LPS te bepalen die nodig is om consequent shocksymptomen op te wekken, kregen de varkens verschillende inductiedoses LPS toegediend, variërend van 100 μg kg-1 tot 200 μg kg-1 gedurende een periode van 30 minuten, gevolgd door een onderhoudsdosis van 1/10 van de aanvangsdosis per uur ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
We presenteren een protocol voor het induceren van experimentele endotoxemie bij varkens door middel van LPS-infusie, met als doel op betrouwbare wijze veranderingen te induceren die vaak worden waargenomen bij sepsis en septische shock. In dit protocol moeten verschillende cruciale stappen worden overwogen. Adequate sedatie van varkens voorafgaand aan het transport is van cruciaal belang om door stress veroorzaakte verhoging van de catecholaminespiegels te voorkomen, wat de resultaten mogelijk in gevaar zou kunnen breng...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het NIRS-apparaat werd onvoorwaardelijk geleverd door Medtronic PLC, VS, voor experimentele onderzoeksdoeleinden. Alexander Ziebart ontving een collegevergoeding van Medtronic PLC. Geen van de auteurs maakt melding van financiële of andere belangenconflicten. Het manuscript is nagelezen en bewerkt door ChatGPT® (Python Software, versie: 24 mei 2023).
De auteurs willen Dagmar Dirvonskis bedanken voor haar uitstekende technische ondersteuning.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Atracurium Hikma 50 mg/5mL | Hikma Pharma GmbH, Martinsried | ||
| Azaperone (Stresnil) 40 mg/mL | Lilly Deutschland GmbH, Bad Homburg, Germany | ||
| BD Discardit II Spritze 2, 5, 10, 20 mL | Becton Dickinson S.A. Carretera, Mequinenza Fraga, Spain | syringe | |
| BD Luer Connecta | Becton Dickinson Infusion Therapy, AB Helsingborg, Schweden | 3-way-stopcock | |
| Curafix i.v. classics | Lohmann & Rauscher International GmbH & Co. KG, Rengsdorf, Germany | Cannula retention dressing | |
| Datex Ohmeda S5 | GE Healthcare Finland Oy, Helsinki, Finland | hemodynamic monitor | |
| Engström Carestation | GE Heathcare, Madison USA | ventilator | |
| Fentanyl-Janssen 0.05 mg/mL | Janssen-Cilag GmbH, Neuss | fentanyl | |
| Führungsstab, Durchmesser 4.3 | Rüsch | endotracheal tube introducer | |
| Incetomat-line 150 cm | Fresenius, Kabi Deutschland, GmbH | perfusor line | |
| Intrafix Primeline | B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | Infusion line | |
| Introducer sheath 5 Fr. | Terumo Healthcare | arterial introducer | |
| INVOS | Medtronic, Dublin, Ireland | near infrared spectrometry | |
| JOZA Einmal Nitril Untersuchungshandschuhe | JOZA, München, Germany | disposable gloves | |
| Laryngoscope, 45.48.50, KL 2000 | Medicon | Laryngoscope handle | |
| Littmann Classic III Stethoscope | 3M Deutschland GmbH, Neuss, Germany | stethoscope | |
| LPS (E. coli; Serotype O111:B4) | Sigma-Aldrich, Switzerland | ||
| MAC Two-Lumen Central venous access set | Arrow international inc. Reading, PA, USA | venous introducer | |
| Maimed Vlieskompresse | Maimed GmbH, Neuenkirchen, Germany | Fleece compress to fix the tongue | |
| Masimo LNCS Adtx SpO2 sensor | Masimo Corporation Irvine, Ca 92618 USA | saturation clip for the tail | |
| Masimo LNCS TC-I SpO2 ear clip sensor | Masimo Corporation Irvine, Ca 92618 USA | Saturation clip for the ear | |
| Masimo Radical 7 | Masimo Corporation Irvine, Ca 92618 USA | periphereal oxygen saturation | |
| Midazolam 15 mg/3 mL | B.Braun Melsungen AG, Germany | ||
| Midmark Canine Mask Small Plastic with Diaphragm FRSCM-0005 | Midmark Corp., Dayton, Ohio, USA | dog ventilation mask | |
| Monocryl surgical suture | Johnson & Johnson, Belgium | ||
| B.Braun Melsungen AG, Germany | saline solution | ||
| NaCl 0.9 % | Sanofi- Aventis, Seutschland GmbH | ||
| Octeniderm farblos | Schülke & Mayr GmbH, Nordenstedt, Germany | Alcoholic disinfectant | |
| Original Perfusor syringe 50 mL | B.Braun Melsungen AG, Germany | perfusor syringe | |
| PA-Katheter Swan Ganz 7.5 Fr 110 cm | Edwards Lifesciences LLC, Irvine CA, USA | Swan-Ganz catheter | |
| Perfusor FM Braun | B.Braun Melsungen AG, Germany | syringe pump | |
| PiCCO catheter | PULSION Medical Systems SE, Feldkirchen, DE | ||
| Potassium chloride 1 M | Fresenius, Kabi Germany GmbH | ||
| Propofol 2% 20 mg/mL (50 mL flasks) | Fresenius, Kabi Deutschland, GmbH | ||
| Pulse-contour continous cardiac output System PiCCO2 | PULSION Medical Systems SE, Feldkirchen, DE | ||
| Rüschelit Super Safety Clear >ID 6/6.5 /7.0 mm | Teleflex Medical Sdn. Bhd, Malaysia | endotracheal tube | |
| Sonosite Micromaxx Ultrasoundsystem | Sonosite Bothell, WA, USA | ultrasound | |
| Stainless Macintosh Größe 4 | Welch Allyn69604 | blade for laryngoscope | |
| Sterofundin | B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | Balanced electrolyte solution | |
| Vasco OP sensitive | B.Braun Melsungen AG, Germany | sterile gloves | |
| Vasofix Safety 22 G-16 G | B.Braun Melsungen AG, Germany | venous catheter | |
| VBM Cuff Manometer | VBM Medizintechnik GmbH, Sulz a.N., Germany | cuff pressure gauge |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.