由脑氧测量和猪期扩展血液动力学监测指导的标准化出血性休克诱导

摘要

出血性休克是严重受伤患者的严重并发症,导致氧气供应不足,危及生命。提出了一种标准化的方法,通过猪的采血诱导出血性休克,由血液动力学和微循环脑氧合指导。

摘要

出血性休克是严重伤害相关死亡的主要原因之一。循环量和氧气载体的丢失可能导致氧气供应不足和不可逆的器官衰竭。大脑只施加有限的补偿能力,特别有严重的缺氧损伤风险。本文通过计算血退血的方法,论证了猪模型中危及生命的出血性休克的可重复诱导。我们通过近红外光谱和扩展血液动力学监测来对冲击感应进行分子,以显示系统性循环衰竭以及脑微循环氧耗竭。与主要侧重于冲击感应的预定义去除体积的类似模型相比,这种方法通过由此产生的宏观和微循环失败来突出滴定。

引言

大量失血是导致1、2、3等1、2、3人死亡的主要原因之一。循环液和氧气载体的丢失会导致血液动力学故障和严重供氧不足,并可能导致不可逆的器官衰竭和死亡。休克的严重程度受其他因素影响,如体温过低、凝血病和酸中毒4。特别是大脑,也肾脏缺乏补偿能力,由于高氧需求和缺乏足够的厌氧能量第5、6代。出于治疗目的,快速和即时的行动至关重要。在临床实践中,使用平衡电解质溶液的液体复苏是治疗的首选,其次是红细胞浓缩液和新鲜冷冻血浆的分管。血栓细胞浓缩物、儿茶酚胺、凝固和酸碱状态的优化支持治疗在持续创伤后恢复正常的生理状况。这一概念侧重于恢复血液动力学和宏观循环。然而,一些研究表明,微循环灌注不能与宏观循环同时恢复。特别是,脑灌注仍然受损,进一步缺氧可能发生7,8。

使用动物模型使科学家能够建立新颖或实验性的策略。猪和人类的可比解剖学、同源性和生理学使得对特定病理因素有结论。两个物种都有类似的代谢系统和对药理治疗的反应。与小动物模型相比,这是一个很大的优势,在血量、血液动力学和整体生理学上的差异使得几乎不可能模仿临床场景9。此外,授权的医疗设备和消耗品可以很容易地用于猪模型。此外,它很容易从商业供应商获得猪,这允许遗传和表型的高度多样性,并^{降低成本10。}通过血管排泄的采血模式相当常见,11、12、13、14、15。

在这项研究中,我们通过动脉血液戒断扩展出血性休克诱导的概念,精确滴定血液动力学衰竭和脑氧合损伤。如果心脏指数和平均动脉压力下降到基线值的40%以下,则达到出血性休克,这已被证明会导致脑区域氧合饱和度^严重恶化8。脉冲轮廓心脏输出 (PiCCO) 测量用于连续血液动力学监测。首先,系统必须通过肺热稀释进行校准,从而能够计算血管外肺水含量和全球端结节量的心脏指数。随后,通过脉冲轮廓分析计算连续心脏指数,并提供脉冲压力和行程体积变化等动态预载量参数。

该技术在临床和实验环境中已经确立。近红外光谱(NIRS)是一种临床和实验性的建立方法,用于实时监测脑氧供应的变化。自附着式传感器连接到左右额头,在大脑前额皮层中无创地计算脑氧合。两个波长的红外光(700和900nm)在从皮层组织反射后由传感器发射和检测。为了评估脑氧含量,动脉和静脉血的贡献以1:3关系计算,并每隔5秒更新。深度为 1-4 厘米的灵敏度呈指数级递减,受渗透组织(如皮肤和骨骼)的影响,尽管头骨与红外光呈半透明。该技术促进快速治疗行动,以防止患者出现不良结果,如精神错乱或缺氧脑损伤,并作为目标参数的情况下,心脏输出受损16,17。在实验休克期间,这两种技术的结合使宏观循环以及脑微循环损伤的精确滴定,从而研究这种危及生命的事件。

研究方案

这一议定书的实验得到了国家和机构动物照料委员会的批准(德国科布伦茨州兰登苏松桑特莱茵兰-普法尔茨;主席:西尔维亚·艾施-沃尔夫博士;参考号: 23 177-07/G 14-1-084;02.02.2015. 实验根据《活体实验动物研究报告》(ARRIVE)指南进行。该研究计划于2015年11月至2016年3月进行。经过文献研究,猪模型被选作出血性休克的成熟模型。七只麻醉雄猪(Susscrofa驯养)的平均重量为28~2公斤,年龄为2-3个月。这些动物由当地饲养员照料,由国家和机构动物护理委员会推荐。这些动物被保存在他们已知的环境中,尽可能长的时间,以尽量减少压力。食物,但不是水被拒绝6小时前实验预定,以减少吸入的风险。具有代表性的时间课程如图1所示。

1. 麻醉、插管和机械通气

1. 在颈部或臀部肌肉中结合注射氯胺酮(4毫克+kg-1)和阿扎珀酮(8毫克+kg-1)的猪,用针进行肌肉注射(1.2毫米)。确保动物保持稳定,直到镇定开始。
   警告:处理动物时,手套是绝对必要的。
2. 将镇静动物运送到实验室。
   注:动物在正常操作过程中会完全入睡,不会醒来,就像被抬进运输笼时一样。在这种环境中,运输时间约为20分钟,使用一辆用于动物运输的专用面包车。
3. 抵达后,用传感器直接夹在猪的尾巴或耳朵上,监测周围氧饱和度(SpO 2)。
4. 用无色消毒剂对皮肤进行消毒,等待3分钟,然后将外周静脉导管(1.2毫米)插入耳静脉。然后,通过静脉注射芬太尼(4微克+kg-1)和异丙酚(3毫克+kg-1)来诱导麻醉。
5. 当所有反射都不存在,自发呼吸过期时,将猪放在担架上,用绷带固定它们。
   注:在没有眼睑反射和对外部刺激的其他反应的情况下,有经验的研究人员必须证实足够的麻醉水平。
6. 立即使用狗通风面罩(尺寸 2)开始非侵入性通风。使用以下通气参数:吸气氧分(FiO₂) = 1.0;呼吸速率 = 14-16 分钟^-1;峰值吸气压力 <20 厘米 H₂O,正端呼气压力 (PEEP) = 5 厘米 H₂O。
7. 通过连续输注芬太尼(0.1-0.2微克+kg-1 +h-1)和异丙酚(8-12毫克+kg-1 +h-1)维持麻醉,并开始注入平衡电解质溶液(5 mLμkg^-1+h-1 )。
8. 通过应用肌肉松弛剂(气管 0.5 mg_kg-1 ) 促进内切管插管。
9. 使用公共内切管(ID 6-7)和引体通过插管固定气道。使用带有 Macintosh 刀片(尺寸 4)的常用喉镜。两个人为手术提供便利。
   1. 人1:用一块纸巾把舌头固定在外面,用另一只手打开鼻嘴。
   2. 第2人:进行喉镜检查。
   3. 人2:当肾上腺进入视野时,在腹中移动喉镜。抬起肾上腺,确保声带可见。
      注:如果肾上腺炎不移动,它坚持到软的古丁,并可以通过管的尖端动员。或者,可以使用具有其他尺寸(3 或 5)或类型(米勒刀片)的刀片。
10. 小心地通过声带移动管子。
    注:气管最窄的点不在声带水平上,而是下形。如果无法插入管,请尝试旋转管或使用较小的管。
11. 将引体从管中拉出,使用 10 mL 注射器用 10 mL 的空气挡住袖口,并使用袖口管理器(30 厘米 H₂O)控制袖口压力。
12. 管道连接到呼吸机后开始机械通风(PEEP = 5 cm H₂O;潮汐体积 = 8 mL+kg^-1;FiO₂ = 0.4;灵感与过期比率 = 1:2;呼吸速率 = 可变,以实现 <6 kPa 的端潮 CO_2)。
    注:避免CO2的波动,以尽量减少对脑灌注的任何呼吸影响。
13. 通过断层扫描定期和定期呼出 CO 2,确保管位置正确,并通过听气检查双面通风。
    注:如果管子放置不当,气进入胃会迅速形成腹部壁的可见凸起,甚至在安装造影之前。在这种情况下,更换管子和插入胃管是绝对必要的。
14. 与两个人,放置胃管到胃,以避免回流和呕吐。
    1. 人1:用一块纸巾把舌头固定在外面,用另一只手打开鼻嘴。
    2. 人2:对猪喉进行喉镜检查。
    3. 人物2:可视化食道。
    4. 第2人:用一对马吉尔钳子将胃管推入食道内,直到胃液排出。
       注:有时,可视化并不容易。在这种情况下,将喉镜多余物移到管上,并气口推动它打开食道。在手术过程中,动物身体被毛毯覆盖,以避免体温过低。如果动物的体温下降,使用加热系统稳定生理温度(见材料表)。体温显示在 PiCCO 的屏幕上。

2. 仪器仪表

1. 使用绷带拉回后腿,使股体区域的褶皱平滑,以便血管导管。
2. 准备以下材料:一个 5 mL 注射器、一个 1 个 10 mL 注射器、一个 50 mL 注射器、一个 Seldinger 针头、引入护套(2 毫米、2.7 毫米、2.7 毫米)、护套导丝、带三个端口(2.3 mm、30 cm)的中央静脉导管(带导丝)和 PiCCO导管(1.67 毫米,20 厘米)。
3. 用彩色消毒消毒内脏区域,等待2分钟,并用无菌组织擦拭消毒。重复此过程 3 倍。第三次后,不要去除消毒。
4. 用盐水溶液填充所有导管。
5. 将超声波凝胶涂到超声波探头上。用无菌的防风窗帘盖住内脏区域,用超声波扫描右股骨血管。使用多普勒技术区分动脉和^静脉18。
6. 鲜红脉动的血液证实了渴望的针的位置。断开注射器并将导丝插入右股动脉。
7. 可视化右股骨静脉的纵轴,用 5 mL 注射器将 Seldinger 针头插入永久吸入器下。
8. 吸气深红色不吸静脉血。
9. 轴向可视化右股动脉,并通过旋转探头 90° 切换到动脉的纵向视图。
10. 用 5 mL 注射器在永久吸入下用 Seldinger 针头在超声波可视化下刺穿右股动脉。
    注:超声引导塞尔丁格技术与显著降低失血,组织创伤,和时间消耗比其他方法的血管访问19,20。
    1. 如果不能确定针头在不同血管中的正确位置,请用血探针分析血气含量(见材料表)。高氧水平是动脉血液的良好标志,低氧水平是静脉血的征兆。
11. 断开注射器并缩回 Seldinger 针头后,将中央静脉导管的导丝插入右股骨静脉。
12. 使用超声波可视化两个右血管,以控制正确的导线位置。
13. 将动脉引入器护套(2 mm)推入导线右侧动脉,用吸血器固定位置。
14. 使用 Seldinger 技术将中央静脉线定位到右股骨静脉中。吸出所有端口,用盐水溶液冲洗它们。
15. 在左侧侧执行相同的步骤,将 Seldinger 技术中的其他引入护套插入左股动脉(2.7 mm)和股骨静脉(2.7 mm)。
16. 将正确的动脉导管护套和中央静脉导管与两个传感器系统连接,用于测量侵入性流体动力学,并将两个传感器放置在心脏水平以获得适当的值。
17. 根据操作说明的规定,切换两个传感器打开到大气中的三向止动孔,将系统校准为 0。
    注:绝对有必要避免系统中出现任何气泡和血迹,以产生合理的值。
18. 切换所有输液,以保持麻醉从周围静脉到中央静脉线。
19. 以恢复15分钟后的基线值(流体动力学、分量测定法、NIRS(见第4节)和PiCCO(见第3节)为例。
20. 启动出血性休克(见第5节)。

3. PiCCO 测量

注:有关 PiCCO 设备,请参阅材料表。

1. 将 PiCCO 导管插入右侧动脉导管护套。
   注:在临床医学中,PiCCO导管直接由塞尔丁格技术放置。但是,通过引入护套放置也是可行的。
2. 将导管与 PiCCO 系统的动脉导线和动脉传感器直接与 PiCCO 端口连接。然后,如步骤 2.17 中所述重新校准。
3. 将 PiCCO 系统的静脉测量单元与左侧静脉引入器护套连接。
   注:有必要将静脉探头和动脉探头连接在彼此距离上。否则,测量将受到干扰,因为将冷盐水溶液应用于静脉系统会影响动脉测量。有关 PiCCO 的更多详细信息,请参阅迈尔和萨特纳²¹。
4. 打开 PiCCO 系统,确认测量了新患者。
5. 输入动物的大小和重量,并将类别切换到成人。
6. 输入协议名称和 ID 并输入 Exit。
7. 将喷射音量设置为 10 mL。
   注:所选注射溶液的体积可以变化。较高的体积使测量值更加有效。选择小体积,以避免任何通过重复应用的凝固效果。
8. 输入中央静脉压力。
9. 打开三向停止孔到大气,点击零系统校准,然后单击退出。
10. 校准下一个所述的连续心脏输出测量,然后单击TD(热稀释)。在10 mL注射器中制备温度为4°C的生理盐水溶液,然后单击"开始"。
11. 快速、稳定地将 10 mL 的冷盐水溶液注入静脉测量单元,并等待测量完成且系统请求重复。
12. 重复此过程,直到完成三次测量。
13. 让系统计算所有参数的平均值,然后单击"退出"。
14. 完成校准后,立即开始测量。要监测冲击感应,应关注 PiCCO 衍生参数心脏指数。

4. 脑区域氧合饱和度

注:有关监测脑区域氧合的设备,请参阅材料表。

1. 用一次性剃须刀和水剃猪的额头,并将两个自粘传感器(见材料表)粘在猪的额头上。
2. 将前置放大器连接到监视器,并将传感器电缆连接器以颜色编码连接到前置放大器。
3. 关闭前置放大器锁定机构并将传感器连接到传感器电缆。
   注:为了记录实时数据,USB 闪存驱动器必须连接到 NIRS 监视器。
4. 打开监视器,单击"新患者",输入研究名称,然后单击"完成"。
5. 检查传入信号。当信号稳定时,单击基线菜单并单击"设置基线"。如果已输入基线,请单击"是"并单击事件标记,确认新基线。
6. 选择带有键盘上的箭头按钮和下一个事件的事件;选择事件3感应,然后按"选择事件"。
   注:如果需要进一步的信息,请参阅 NIRS 系统²²的操作手册。

5. 出血性休克感应

1. 连接左引言护套与树道停止孔。将三向止液口的一个端口与 50 mL 注射器连接,将一个端口与空输液瓶连接。
   注:或者,提取的血液可以收集在成袋中,以便以后自动输血。这是控制性血液戒断的主要优点。
2. 测量和记录精确的血液动力学参数,并计算40%的心脏指数和平均动脉压力作为血液动力学目标。如步骤 4.6 中所述,在 NIRS 系统中设置事件93 失血。
   注:如果心脏指数和平均动脉压力低于基线值的 40%,则可实现出血性休克。相当一个脑区域氧合饱和度 (crSO₂) 下降 20% 是可取的描绘微循环损伤.达到这个目的的平均失血量在25-35 mL=kg-1的范围内。
3. 将50 mL的血液吸入注射器,并切换三向止血孔。把血塞进空瓶子里
4. 注意去除的血量。
5. 密切监测动脉血压、心脏指数和crSO_2。重复采血,直到达到目标血压和心脏指数(20-30分钟后)。
6. 如步骤 4.6 中所述,在 NIRS 设备中设置事件97 低张力。
   注:不要过快地抽血,因为这有立即心脏循环衰竭的风险。完成休克诱导程序后,动物可用于各种治疗干预。

6. 实验结束和安乐死

1. 将0.5毫克芬太尼注射到中央静脉线,等待5分钟。
2. 将200毫克异丙酚注射到中央静脉线中,用40mmol氯化钾对动物实施安乐死。

结果

启动冲击感应后,可以登记较短的补偿时间。随着持续采血,上述心循环减损,监测crSO_2,心脏指数,胸腔内血量指数,和全球端舒张体积指数(图2,图 3和图 4。此外,心动过速和动脉血压下降是出血性休克的常见表现(图2)。描边体积变化显著增加 (图 3.血管外肺?...

讨论

该协议描述了一种通过控制性动脉出血诱导出血性休克的方法,该方法由全身血液动力学和脑微循环损伤指导。冲击条件通过计算25-35 mL^kg-1的计算,并通过上述代理参数的复合证实,表明心脏循环失败。如果不加以治疗,这个程序在2小时内在66%的动物中是致命的,这突出了模型的严重性和可重复性。适当的液体复苏,另一方面,重新稳定循环,并批准对仿生临床^方案8的重提。然而,...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
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