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Die kontinuierliche Infusion von Ölsäure in die Lungenarterie eines anästhesierten erwachsenen Schweins führt zu akutem Atemversagen und ermöglicht ein kontrolliertes Experimentieren während der akuten respiratorischen Dekompensation.
Dieses Protokoll beschreibt ein Modell für akute Atemnot, bei dem eine zentral verabreichte Ölsäureinfusion bei Yorkshire-Schweinen verwendet wird. Vor den Versuchen wurde jedes Schwein einer Vollnarkose, einer endotrachealen Intubation und einer mechanischen Beatmung unterzogen und mit beidseitigen Kathetern für den zentralen Gefäßzugang der Jugularvene ausgestattet. Ölsäure wurde über einen speziellen Lungenarterienkatheter mit einer Rate von 0,2 ml/kg/h verabreicht. Die Infusion dauerte 60-120 Minuten und führte zu Atemnot. Während des gesamten Experiments wurden verschiedene Parameter wie Herzfrequenz, Atemfrequenz, arterieller Blutdruck, zentralvenöser Druck, pulmonaler Arteriendruck, pulmonaler Kapillarkeildruck, endtidales Kohlendioxid, maximaler Atemwegsdruck und Plateaudruck überwacht. Um die 60-Minuten-Marke herum wurde eine Abnahme des partiellen arteriellen Sauerstoffdrucks (PaO2) und des Anteils des sauerstoffgesättigten Hämoglobins (SpO2) beobachtet. Während der Infusion kam es zu einer periodischen hämodynamischen Instabilität, begleitet von einem akuten Anstieg des Lungenarteriendrucks. Die histologische Analyse des Lungenparenchyms nach der Infusion ergab Veränderungen, die auf eine Parenchymschädigung und akute Krankheitsprozesse hindeuten, was die Wirksamkeit des Modells bei der Simulation einer akuten respiratorischen Dekompensation bestätigt.
Die Nutzung von Schweinemodellen in der translationalen Forschung ist von großer Bedeutung für das Verständnis der Humanmedizin1. Schweinemodelle bieten aufgrund ihrer physiologischen und anatomischen Ähnlichkeiten mit dem Menschen eine wertvolle Plattform für die Untersuchung komplexer Krankheiten und therapeutischer Eingriffe1. Im Zusammenhang mit akutem Atemversagen bieten Schweinemodelle eine einzigartige Möglichkeit, die pathophysiologischen Mechanismen zu untersuchen, Behandlungsstrategien zu evaluieren und mögliche Interventionen zu beurteilen 1,2,3. Die Fähigkeit, Schlüsselaspekte der menschlichen Atemphysiologie und der Reaktionen auf verschiedene Stimuli in Schweinemodellen zu replizieren, ermöglicht eine umfassende Bewertung der therapeutischen Modalitäten, bevor zu Versuchen am Menschen übergegangen wird 1,2,3. Dieses Forschungsparadigma ermöglicht es Forschern, die Lücke zwischen präklinischen Untersuchungen und klinischer Anwendung zu schließen, die Entwicklung neuartiger Therapien zu erleichtern und die Patientenergebnisse zu verbessern1. Daher ist die Etablierung eines effizienten, effektiven und reproduzierbaren Modells für akute Ateminsuffizienz bei Schweinen ein entscheidendes Instrument, um das Wissen über Atemwegserkrankungen zu erweitern und die Entwicklung wirksamer Interventionen in der Humanmedizinzu leiten 1.
Atemnot, eine kritische Erkrankung, hat in den letzten drei Jahrzehnten begrenzte Fortschritte bei der Diagnose und Behandlung erfahren4. Die derzeit verwendeten Bewertungs- und Triage-Metriken, die subjektive Symptome, Befunde der körperlichen Untersuchung, SpO2 und Atemfrequenz umfassen, weisen häufig Einschränkungen bei der Erkennung akuter Lungenerkrankungen in einem frühen Stadium auf 5,6,7. Diese Unzulänglichkeit behindert nicht nur eine effiziente Triage und Ressourcenallokation, sondern ermöglicht auch keine effektive, quantitative Überwachung des Krankheitsverlaufs und des Ansprechens auf die Behandlung bei Patienten mit chronischen Lungenerkrankungen. Die sich abzeichnende Landschaft chronischer Atemwegserkrankungen wie Long COVID und die Belastung der Krankenhausressourcen durch akute Atemwegsinsuffizienz unterstreichen die dringende Notwendigkeit, die translationale Forschung auszubauen und Innovationen im Bereich der Behandlung von Atemwegserkrankungen zu fördern.
Die direkte Infusion von Ölsäure in den Blutkreislauf eines Schweins hat sich als robuste Methode zur Induktion von akuter Atemnot erwiesen8. Ölsäure, eine einfach ungesättigte Fettsäure, hat gezeigt, dass sie bei der Einführung in den Lungenkreislauf erhebliche Lungenschäden auslösen und die Atemfunktion beeinträchtigen kann8. Bei der Infusion provoziert Ölsäure eine Vasokonstriktion, was zu einem erhöhten Druck und Widerstand der Lungenarterien führt, was zu einer Beeinträchtigung des Gasaustauschs und der Sauerstoffversorgung führt9. Darüber hinaus fördert Ölsäure die Aktivierung von Entzündungswegen, einschließlich der Freisetzung entzündungsfördernder Mediatoren und der Rekrutierung von Immunzellen, die zur Entwicklung von Lungenschäden und Atemnot beitragen10. All dies führt zu einer schweren Hypoxämie, einem Anstieg des pulmonalarteriellen Drucks und der Ansammlung von extravaskulärem Lungenwasser11. Die histologische Untersuchung des Lungenparenchyms hat eine Schädigung gezeigt, die von der akuten Atemnot beim Menschen nicht zu unterscheidenist 9.
In diesem Artikel wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Ölsäure direkt in die Lungenarterie verabreicht wird, um akute Atemnot auszulösen und so unbehandelbare, schwere hämodynamische Beeinträchtigungen zu vermeiden. Es wird erwartet, dass die beschriebene Methode ein wertvolles Werkzeug für zukünftige Forscher sein wird, die die zugrundeliegenden pathophysiologischen Mechanismen des akuten Atemversagens erforschen und potenzielle therapeutische Interventionen und Innovationen bewerten.
Das Protokoll wurde vom Vanderbilt University Institutional Animal Care and Use Committee (Protokoll M1800176-00) genehmigt und hielt sich strikt an die Richtlinien des National Institute of Health für die Pflege und Verwendung von Labortieren. In diesem Versuch wurden männliche und weibliche Yorkshire-Schweine mit einem Gewicht von etwa 40-45 kg verwendet. Die Tiere wurden aus einer kommerziellen Quelle gewonnen (siehe Materialtabelle). Die derzeitige Praxis beinhaltet kein Screening auf Vorerkrankungen bei den erworbenen Schweinen. Es wird zwar anerkannt, dass diese Praxis die beabsichtigten Ergebnisse beeinträchtigen oder verschleiern könnte, aber sie wird nach Angaben des Anbieters als unwahrscheinlich angesehen, und diese Einschränkung wird akzeptiert.
1. Vorbereitung der Tiere
2. Ölsäure-Infusion
3. Venöse Wellenformanalyse und Verfahren zur Behandlung des Beatmungsgeräts
Frühe Pilotdaten bei Einzelschweinen zeigen einen Anstieg der RIVA-RI vor Änderungen anderer Atemwegsüberwachungsmaßnahmen (RR und SpO2), die mit den Veränderungen der PaO2 übereinstimmen (Abbildung 3). Der Rückgang von PaO2 ist das "positive" Ergebnis, das dieses Modell erreichen will. Vorläufige Daten zeigen auch, dass RIVA-RI mit fortschreitender Erkrankung ab der 30-Minuten-Marke zunimmt und der PaO2 ab...
Das Schlüsselelement dieses Protokolls besteht darin, den hämodynamischen Zustand des Schweins während der Verabreichung von Ölsäure zur Induktion von Atemnot15 genau zu überwachen. Für Forscher ist es von größter Bedeutung, sich die notwendige Zeit zu nehmen, um die hämodynamischen Überwachungsgeräte angemessen zu positionieren. Ein spezifischer Nachteil dieses Modells ist die potentielle hämodynamische Instabilität, die als Folge einer Entzündung ...
Die Autoren (BA, CB und KH) haben ein vorläufiges Patent auf geistiges Eigentum im Zusammenhang mit der nicht-invasiven venösen Wellenformanalyse der Atemwege angemeldet.
Die Autoren danken Dr. José A. Diaz, Jamie Adcock, Mary Susan Fultz und dem S.R. Light Laboratory am Vanderbilt University Medical Center für ihre Hilfe und Unterstützung. Diese Arbeit wurde durch ein Stipendium des National Heart, Lung, and Blood Institute der National Institutes of Health (BA; R01HL148244). Der Inhalt liegt in der alleinigen Verantwortung der Autoren und gibt nicht unbedingt die offizielle Meinung der National Institutes of Health wieder.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1% Isoflurane | Primal, Boston, MA, USA | 26675-46-7 | https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/792632?gclid=Cj0KCQjw9fqnBhDSARIsAHl cQYS_W-q6tS2s6LQw2Qn7Roa3T GIpTLPf52351vrhgp44foEcRozPqt YaAtvfEALw_wcB |
Arterial Catheter | Merit Medical, South Jordan, UT, USA | MAK401 | MAK Mini Access Kit 4F |
Blood Pressure Amp | AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA | FE117 | https://www.adinstruments.com/products/bp-blood-pressure-amp |
Central Venous Catheter | Arrow International, Cleveland, OH, USA | AK-09800 | 8.5 Fr. x 4" (10 cm) Arrow-Flex |
Disposable Pressure Transducers | AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA | MLT0670 | https://www.adinstruments.com/products/disposable-bp-transducers |
Edwards Lifesciences Triple Stage Venous Cannulas | Edwards Life Sciences, Irvine, CA | TF293702 | https://www.graylinemedical.com/products/edwards-lifesciences-triple-stage-venous-cannulas-venous-dual-stage-cannula-tf293702?variant=31851942576185&gad=1& gclid=Cj0KCQiAr8eqBhD3ARIsAIe -buNdmkzavUBaIx-1be7boWn2kW hbUR6QCjaobB08uuK9qJW66JvY TM4aAufGEALw_wcB |
Kelly Scissors | MPM Medical Supply, Freehold, NJ 07728 | 104-5516 | https://www.mpmmedicalsupply.com/products/kelly-scissors |
Kendall 930 FoamElectrodes | Covidien, Mansfield, MA, USA | 22935 | https://www.cardinalhealth.com/en/product-solutions/medical/patient-monitoring/electrocardiography/monitoring-ecg-electrodes/radiolucent-electrodes/kendall-930-series-radiolucent-foam-electrodes.html |
Ketamine Hydrochloride 100 mg/mL, Injectable Solution, 10 mL | Patterson Veterinary, Loveland, CO 80538 | 07-894-8462 | https://www.pattersonvet.com/ProductItem/078948462?omni=ketamine |
LabChart 8 software | AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA | N/A | https://www.adinstruments.com/products/labchart |
Lahey Retractor | BOSS Instruments LTD, Gordonsville, VA 22942 | 18-1210 | https://bossinstruments.com/product/7-3-4-lahey-thyroid-retractor-6mmx28mm/ |
Oleic Acid | Sigma-Aldrich, Merck, Darmstadt, Germany | O1008 | https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/sial/o1008?gclid=CjwKCAjwzJmlBhBBEiwAEJy Lu2047wRpXqF_Z2BegUyhgZJ _WygsWfErhgrGCIyMp8PxwNH sTZ8qARoCl1QQAvD_BwE&gcl src=aw.ds |
Peripheral IV Catheter Angiocath 18-24 G 1.16 inch | McKesson, Irving, TX, USA | 329830 | https://mms.mckesson.com/product/329830/Becton-Dickinson-381144 |
Piezoelectrode | MuRata Manuractoring Co, Ltd., Nagaokakyo, Kyoto, Japan | 7BB-12-9 | https://www.murata.com/en-us/products/productdetail?partno=7BB-12-9 |
PlasmaLyte | Baxter International, Deerfield, IL, USA | 2B2544X | https://www.ciamedical.com/baxter-2b2544x-each-solution-plasma-lyte-a-inj-ph-7-4-1000ml |
Pulmonary Artery Catheter | Edwards Life Sciences, Irvine, CA | 131F7 | Swan Ganz 7F x 110cm |
Standard Endotracheal Tubes | Teleflex, Morrisville, NC 27560 | 5-10313 | https://www.teleflex.com/usa/en/product-areas/anesthesia/airway-management/endotracheal-tubes/standard-tubes/index.html |
SurgiVet Clearview Foley Catheter, 8 Fr, 55 cm Silicone | Penn Veterinary Supply, Inc, West Rendering, PN 13971 | SVCFC1030 | https://www.pennvet.com/customer/portal/catalog/home?urile=wcm:path%3APennVet+Catalog/Super+Sku+Catalog/SS0672/Surgivet+Clearview+Silicone+Foley+Catheters |
Telazol (Tiletamine HCl and Zolazepam HCl), Injectable Solution, 5 mL | Patterson Veterinary, Loveland, CO 80538 | 07-801-4969 | https://www.pattersonvet.com/ProductItem/078014969?omni=telazol |
Welch Allyn E-MacIntosh Standard Laryngoscope Blade | MFIMedical, San Diego, CA 92131 | WLA-69242 | https://mfimedical.com/products/welch-allyn-e-macintosh-standard-laryngoscope-blade?variant=12965771870285¤cy =USD&utm_medium=product_sync &utm_source=google&utm_content =sag_organic&utm_campaign=sag _organic&gclid=Cj0KCQiAr8eqBhD 3ARIsAIe-buMhpgM96qRXkCUKA 6Mhmdat0p93JbecCGTaLStexhV pkUVa9VkWUzgaAr-iEALw_wcB |
Xylazine HCl 100 mg/mL, Injectable Solution, 50 mL | Patterson Veterinary, Loveland, CO 80538 | 07-894-5244 | https://www.pattersonvet.com/ProductItem/078945244 |
Yorkshire Pigs | Oak Hill Genetics, Ewing, IL, USA | 138274 | Female/Male Swine- Yorkshire/Landrace 81-100lbs |
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