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要約

ここでは、髄質の腎酸素化と非侵襲的な尿酸素分圧を測定するためのプロトコルを示します 急性腎障害(AKI)の早期指標としての尿酸素分圧を確立するための出血性ショックブタモデルおよび新しい蘇生エンドポイント。

要約

外傷患者の最大50%が急性腎障害(AKI)を発症しますが、これは重度の失血後の腎灌流不良が原因です。AKIは現在、ベースラインからの血清クレアチニン濃度の変化または長期間の尿量の減少に基づいて診断されています。残念ながら、ベースラインの血清クレアチニン濃度データはほとんどの外傷患者では利用できず、現在の推定方法は不正確です。さらに、血清クレアチニン濃度は、損傷後24〜48時間まで変化しない可能性があります。最後に、乏尿はAKIを診断するために最低6時間持続する必要があり、早期診断には実用的ではありません。現在利用可能なAKI診断アプローチは、外傷患者の蘇生中のリスクを予測するのには役立たない。研究は、酸素の尿分圧(PuO2)が腎低酸素症の評価に役立つ可能性があることを示唆しています。PuO2を非侵襲的に測定するために、尿道カテーテルと採尿バッグを接続するモニターが開発された。この装置は、発光消光原理に基づいてPuO2を推定する光学酸素センサを内蔵している。さらに、この装置は尿の流れと温度を測定し、後者は温度変化の交絡効果を調整します。尿の流れは、尿の流れが少ない期間中の酸素侵入の影響を補うために測定されます。この記事では、非侵襲性PuO2、腎低酸素症、およびAKI発生の関係を研究するために、出血性ショックのブタモデルについて説明します。モデルの重要な要素は、非被覆光マイクロファイバーに基づく酸素プローブの腎髄質への超音波ガイド下外科的配置です。PuO 2も膀胱で測定され、腎臓および非侵襲的なPuO2測定値と比較されます。このモデルは、AKIの初期マーカーとしてのPuO2の試験および全身性酸素化ではなく末端臓器の指標である出血後の蘇生エンドポイントとしてのPuO2の評価に使用することができる。

概要

急性腎障害(AKI)は、集中治療室1に入院した外傷患者の最大50%に影響を及ぼします。AKIを発症した患者は、入院期間や集中治療室の入院期間が長く、死亡リスクが3倍高くなる傾向があります2,3,4。現在、AKIは、ベースラインまたは長期の乏尿の期間からの血清クレアチニン濃度の変化に基づく腎臓病改善グローバルアウトカム(KDIGO)ガイドラインによって最も一般的に定義されています5。ベースラインクレアチニン濃度データは、ほとんどの外傷患者では利用できず、推定式は信頼できず、外傷患者では検証されていません6。さらに、血清クレアチニン濃度は、損傷後少なくとも24時間まで変化しない可能性があり、早期の特定と介入を妨げます7。研究によると、尿量は血清クレアチニン濃度よりもAKIの早期指標であることが示唆されていますが、KDIGO基準では最低6時間の乏尿が必要であり、傷害予防を目的とした介入ができません8。AKIを定義するための最適な1時間あたりの尿量閾値と乏尿の適切な期間も議論されており、疾患の初期マーカーとしての有効性が制限されています9,10。したがって、AKIの現在の診断手段は、外傷の設定では役に立たず、AKIの診断の遅れにつながり、AKIを発症する患者のリスク状態に関するリアルタイムの情報を提供しません。

外傷環境でのAKIの発症は複雑であり、血液量減少による腎灌流不良、血管収縮による腎血流の低下、外傷関連の炎症、虚血再灌流障害などのいくつかの原因に関連している可能性がありますが、腎低酸素症はほとんどの形態のAKIに共通する要因です11,12。特に、腎臓の髄質領域は、酸素供給の減少とナトリウム再吸収に関連する高い代謝活動のために、外傷設定における酸素需要と供給の間の不均衡の影響を非常に受けやすい。したがって、腎髄質の酸素化を測定することができれば、AKIを発症する患者のリスク状態をモニタリングすることが可能かもしれません。これは臨床的に実現可能ではありませんが、腎臓の出口での酸素(PuO2)の尿分圧は髄様組織の酸素化と強く相関しています13,14。他の研究は、膀胱PuO2を測定することが可能であり、腎血流の減少などの髄質酸素および腎盂PuO2レベルを変化させる刺激に応答して変化することが示されている15、16、17。これらの研究は、PuO2が末端臓器灌流を示す可能性があり、外傷設定への介入が腎機能に与える影響を監視するのに役立つ可能性があることを示唆しています。

PuO2を非侵襲的にモニタリングするために、体外の尿道カテーテルの端部に容易に接続できる非侵襲的PuO2モニタが開発された。非侵襲的PuO2モニターは、温度センサー、発光消光酸素センサー、および熱ベースの流量センサーの3つの主要コンポーネントで構成されています。各酸素センサーは光学ベースであり、ルミネセンスと酸素濃度の関係を定量化するためにスターン-ヴォルマー関係に依存しているため、温度変化の潜在的な交絡効果を相殺するために温度センサーが必要です。流量センサーは、尿量を定量化し、尿の流れの方向と大きさを決定するために重要です。3つのコンポーネントはすべて、オス、メス、およびT字型のルアーロックコネクタとポリ塩化ビニル(PVC)フレキシブルチューブの組み合わせによって接続されています。円錐形コネクタの端部は尿道カテーテルの出口に接続し、円錐形コネクタ上のチューブを有する端部は、尿収集バッグ上のコネクタ上のスライドを接続する。

膀胱の遠位を測定したにもかかわらず、最近の研究では、心臓手術中の尿中PuO2の低下は、AKI18,19を発症するリスクの増加と関連していることが示されました。同様に、現在の動物モデルは、主に心臓手術および敗血症中のAKIの早期発見に焦点を当てている14,20,21,22。したがって、外傷の設定におけるこの新しい装置の使用については疑問が残る。この研究の目的は、AKIの初期マーカーとしてPuO2を確立し、外傷患者の蘇生エンドポイントとしての使用を調査することです。この原稿は、腎髄質における非侵襲的PuO2モニター、膀胱PuO2センサー、および組織酸素センサーの配置を含む出血性ショックのブタモデルについて説明しています。非侵襲的モニターからのデータは、膀胱PuO2および侵襲的組織酸素測定と比較されます。非侵襲的モニターには、尿流量と酸素侵入の関係を理解するのに役立つ流量センサーも含まれており、尿が尿路を通過するときに非侵襲的なPuO2から腎髄質組織の酸素化を推測する能力が低下します。さらに、3つの酸素センサーからのデータは、平均動脈圧などの全身バイタルサインと比較されます。中心的な仮説は、非侵襲的なPuO2データが侵襲的な髄質酸素含有量と強く相関し、蘇生中の髄質低酸素症を反映するというものです。非侵襲的PuO2モニタリングは、AKIを早期に特定し、全身性酸素化ではなく末臓器を示す出血後の新しい蘇生エンドポイントとして機能することにより、外傷関連の転帰を改善する可能性があります。

プロトコル

ユタ大学の施設動物管理および使用委員会は、ここに記載されているすべての実験プロトコルを承認しました。実験の前に、体重50〜75 kgで生後6〜8か月の合計12頭の去勢されたオスまたは妊娠していないメスのヨークシャーブタを少なくとも7日間囲いに順応させました。この期間中、すべてのケアは獣医師によって指示され、実験動物の世話と使用に関するガイドおよび動物福祉法の規則と基準に従います。動物は麻酔導入前に一晩絶食しますが、水への自由なアクセスが許可されています。

1. センサー組立

  1. 熱可塑性エラストマー(TPE)チューブの6 cm片、1/8インチと3/16インチのPVCチューブの25 mm片、およびPVCチューブの1/8インチと3/16インチの31 mm片を切断します。
  2. 通気孔のないキャップの上部に穴を開けて、温度プローブの露出した先端に合わせます。3/32インチのドリルビットから始めて、1/8インチのドリルビットを使用します。
  3. 5/32インチのドリルビットを使用して、Tコネクタの上部をドリルアウトし、酸素センサーに適合させます。
  4. 1/8インチPVCチューブの短い方をフローセンサーの入口側にスライドさせます。長い方の1/8インチのPVCチューブを、フローセンサーの出口側(フローセンサー自体の矢印で指定されている)にスライドさせます。短い方と長い方の3/16を、1/8インチのPVCチューブの対応する長さにスライドさせます。オスのルアーロックコネクタのとげのある端を1/8インチのPVCチューブの開放端に挿入します。
    注意: 必要に応じて、とげのある継手の上をスライドする前に、ヒートガンを使用してチューブを加熱します。イソプロピルアルコールを使用して有刺鉄線の端を潤滑し、有刺鉄線コネクタ上でチューブをスライドさせやすくすることもできます。
  5. 生体適合性接着剤を混ぜます。
  6. 保護シースまたはチューブをすべて取り外して、温度プローブの先端を露出させます。サーミスタのチューブの内側を生体適合性接着剤で満たしますが、露出した先端を覆わないでください。
  7. 図 1 に示すように部品を組み立てます。サーミスタを通気孔のないキャップに挿入するとき、および3/8 in TPEチューブをとげのある端にスライドさせる前に、接着剤を使用して各ルアーロック接続を固定します。
  8. 滅菌する前に、酸素スティックの青いキャップがきつくねじれすぎていないことを確認してください。
    メモ: 組み立てられたデバイスのイメージは、参考のために 図 1 に示されています。この実験では、光ファイバーケーブルを、デバイスで使用される特定の酸素センサーで動作するように設計されたソフトウェアを含む電気光学モジュールに接続しました。発光消光ベースの酸素センサーと互換性のあるデータ収集装置ならどれでも機能します。さらに、カスタムモジュールとプリント回路基板は、流量センサーと温度プローブを接続するように設計されました。カスタムソフトウェアを使用して、リアルタイムでデータを収集して表示しました。

2.実験手順

  1. 麻酔の導入とモニタリング。
    1. ケタミン(2.2 mg / kg)とキシラジン(2.2 mg / kg)およびテラゾール(4.4 mg / kg)の複合筋肉内注射で動物を鎮静させます。.
    2. 動物のサイズに応じて、喉頭鏡を使用して、適切なサイズ(おそらく7 mmから8 mmの間)のカフ付き気管内チューブを配置します。
    3. 両目に目の潤滑剤を塗ります。
    4. 誘導後、酸素に混合した1.5%〜3.0%のガス状イソフルランで麻酔を維持しながら動物を機械的に換気する。吸気酸素の割合を40%〜100%、呼気終末陽圧を4 cm H2O、一回換気量を6〜8 mL / kgに設定し、呼吸数と一回換気量を調整して、潮汐終末CO2 を35〜45mmHgに維持します。
    5. 顎の緊張、約15分ごとの眼瞼反射、および実験中の自発的な動きの欠如を評価することにより、麻酔の適切な深さを監視および確認します。さらに、組織灌流の臨床パラメータ(粘膜の色、毛細血管の補充時間、心拍数)、パルスオキシメトリ、潮汐終末CO2、深部体温、および心電図を監視します。
    6. 動物を暖かい毛布の上に背側の横臥に置き、各脚をテーブルに固定します。
    7. プロトコルは、セクション5に記載されているように、実験の最後に動物の安楽死を伴う非生存手順です。
  2. 実験のために動物を準備します。
    1. クロルヘキシジンとそれに続くアルコールの3つの交互のスクラブで皮膚をこすり洗いすることにより、すべての穿刺部位(手順2.2.3-2.2.7にリストされている)を準備します。3回目のスクラブの後、クロルヘキシジンを塗布し、完全に乾かしてから、無菌状態で手術部位をドレープします。
    2. 局所的な痛みを和らげるために、すべての穿刺および切開部位に2%のリドカインを局所的に浸潤させます。
    3. 超音波ガイダンスとセルディンガー技術を使用して、薬物注入と中心静脈圧モニタリングのために右外頸静脈に9 Frカテーテルを配置し、蘇生のために右大腿静脈に7 Frカテーテルを配置します。
    4. 超音波ガイダンスの下で、右上腕動脈に7 Frシースを配置します。
    5. 超音波ガイダンスの下で、右大腿動脈に7 Frシースを配置します。
    6. 超音波ガイダンスの下で、左大腿動脈に7 Frシースを配置します。
    7. 超音波ガイダンスの下で、右または左頸動脈に5 Frシースを配置します。
    8. 左大腿動脈鞘 を介して 大動脈の蘇生性血管内閉塞(REBOA)カテーテルのバルーンに遠位の圧力を監視します。
      1. 使い捨て圧力トランスデューサをREBOAバルーンの遠位にある動脈カテーテルに接続します。
    9. 頸動脈シースを介してREBOAカテーテルのバルーンに近位の圧力を監視し ます 。
      1. 使い捨て圧力トランスデューサをREBOAバルーンの近位にある動脈カテーテルに接続します。
    10. 腹部の正中線に沿って切開し、胸骨の下部から恥骨で終わることにより、正中開腹術を行います。
    11. 腹部を開いた状態で、膀胱を特定し、膀胱切開術を行うか、小さな切開を行って、20 Fr尿道カテーテルの先端を膀胱に挿入します。巾着糸縫合糸を使用して尿道カテーテルを所定の位置にして膀胱切開を閉じます。カテーテルを所定の位置に配置した後、縫合糸で皮膚に固定します。
    12. カテーテルの出口を採尿バッグに接続する前に、非侵襲的PuO2 モニターの円錐形の端をカテーテルの出口に挿入します。
    13. 新しいPuO2 モニターの端にある開いたチューブを、尿収集バッグに接続されているチューブの円錐形のコネクタの上に置きます。
    14. 出血誘発性自己輸血を排除するために脾臓を切除します。
      1. 脾臓を見つけます。脾臓の丘または脾臓動脈と静脈が脾臓に入る部位を特定します。各容器をクランプして横断します。
      2. 切断後、2-0縫合糸を用いて修正ミラーノットを用いて各血管を結紮する。
  3. 膀胱PuO2 と組織の酸素化を測定するために機器を配置します。
    1. 膀胱の出口でPuO2を測定します。
      1. カテーテルのバルーンを特定します。バルーンのすぐ下で、カテーテルの長軸に沿って切開を行い、バルーンに接続する内腔を切断しないようにします。
      2. 切開後、センシング材料を含むTコネクタを切開部に挿入します。
      3. ティッシュ接着剤を使用して、Tコネクタを所定の位置に固定します。
      4. 膀胱データ収集装置からの光ファイバーケーブルを、センシング材料を含むコネクタに接続します。
      5. データ収集デバイスで新しいファイルを作成し、スタンドアロン収集デバイスと実験で使用される他のデバイスとの時間差をメモします。
        1. この調査で使用したデータ収集デバイスの場合:戻る矢印を押してメインメニューに移動します。
        2. 測定設定に移動し、[ OK]をクリックします。矢印を使用して測定ブラウザボックスをハイライト表示し、[ OK]を押します。
        3. 右矢印を押して新しいファイルを作成します。新しいファイルの名前を入力し、[ 完了] を選択します。
        4. 新しいファイル名を強調表示し、[ OK] を選択します。測定画面に移動し、[ OK] をクリックして記録を開始します。
    2. 髄様腎組織の酸素化を測定します。
      1. 腎臓の位置を内部で特定します。
      2. 腸を動かして、部位の明確な線と腎臓全体へのアクセスを確保します。
      3. センサーを2インチ18ゲージカテーテルに挿入します。センサーの先端が露出するようにセンサーのルアーロックコネクタを調整します。カテーテルを取り外し、18ゲージの針の上に置きます。
      4. 超音波ガイダンスの下で、18ゲージの針と2本のカテーテルを腎髄質に配置します。
      5. カテーテルを所定の位置に保ちながら、針を取り外します。組織センサーをカテーテルに通し、ルアーロックを使用してセンサーをカテーテルに接続します。
      6. 組織接着剤を使用して、カテーテルを所定の位置に固定します。
      7. 組織センサーをデータ収集ボックスに接続します。
      8. 機器と動物を準備した後、実験プロトコルを開始する前に10分間待ちます。これはベースライン期間と見なされます。
  4. 実験プロトコル
    1. 実験手順を開始する前に、平均動脈圧(MAP)が≥65mmHgであることを確認してください。MAPが閾値を下回っている場合は、等張クリスタロイド溶液の5 mL / kgボーラスを最大2個与えます。MAPが65 mmHg未満にとどまる場合は、目標MAPが達成されるまでノルエピネフリン(0.02 μg / kg /分)を注入します。.
    2. 出血性ショックを誘発する。
      1. 動物の推定血液量の25%(推定60 mL / kg)を右上腕動脈鞘から30分かけて、穏やかに攪拌したクエン酸採血バッグに移します。.血液除去の開始をt = 0分としてマークします。
      2. 除去した血液を37°Cの温水浴に保管する。
      3. 次に、無作為化を実行して、動物を全血を含むREBOAまたはクリスタロイドを含むREBOAグループのいずれかに割り当てます(各グループについてn = 6)。
    3. REBOAカテーテルを配置します。
      1. 右大腿動脈鞘に7 Fr REBOAカテーテルを挿入します。カテーテルのバルーンを横隔膜のすぐ上に置き、透視法で位置を確認します。
      2. t = 30分で、REBOAバルーンを膨らませ、大動脈を45分間完全に閉塞します。
    4. 蘇生を開始し、クリティカルケアを実施します。
      1. t = 70分で、各動物に流した血液を15分以上輸血します。
      2. クエン酸塩誘発性低カルシウム血症を防ぐために、10分以上静脈内カルシウムを注入します。.
      3. t = 75分で、REBOAバルーンを10分かけて収縮させます。
      4. t = 360分になるまで、動物を体液およびノルエピネフリンで蘇生させ、MAPを65mmHg>維持する。
  5. 実験終了と安楽死
    1. 残っている血液または尿のサンプルを収集します。
    2. ペントバルビタールナトリウム(390 mg)とフェニトインナトリウム(50 mg)(1 mL / 10ポンド)の組み合わせを注射して動物を安楽死させます。.

3. データ処理

  1. すべてのデータファイルを時刻同期します。
    1. 各デバイス上で記録された互いの相対的な時間と実験の開始に基づいて、t = 0が実験の開始を示すようにすべてのデータファイルを整列させる。
  2. エラー・フラグに関連するデータ・ポイントをすべてフロー・センサーから削除します。
    メモ: エラーの種類は、高流量とエアインラインです。高流量エラーは、流量がセンサーの出力制限を超えたことを示します。エアインラインエラーフラグは、センサーが流路内の空気を検出したときに発生します。
  3. 負のフローに関連付けられているデータを破棄します。
    1. 流量が負になったら、センサーを通過して逆方向に流れる体積を追跡します。
    2. 流量が正になったら、体積を追跡し、それを負の流量と比較して、最近排尿した尿の測定値のみを含めます。

結果

図1 は、この原稿に記載されている非侵襲的PuO2 モニターの画像を示す。 図2 は、記載されたブタ出血モデルと同様の実験中の単一対象におけるMAPおよび非侵襲的PuO2 測定値のプロットを示す。実験の開始時に、出血が開始されると、MAPおよびPuO2の低下があった。PuO2 の最初の減少に続いて、REBOAバルーンが収縮する...

ディスカッション

AKIは外傷患者によく見られる合併症であり、現在、腎臓組織の酸素化のための検証済みのベッドサイドモニターはなく、AKIの早期検出を可能にし、潜在的な介入を導く可能性があります。この原稿では、非侵襲性PuO2 をAKIの初期指標として確立し、外傷設定における新しい蘇生エンドポイントを確立するためのブタ出血性ショックモデルの使用と計装について説明しています。

開示事項

N. Silverton、K. Kuck、およびL. Lofgrenは、この研究で使用された非侵襲的モニターを取り巻く特許および特許出願の発明者です。このプロトタイプは、N. SilvertonとK. Kuckによって商業的検討のために開発中ですが、まだ商業活動は行われていません。他の著者は、競合する利益を宣言しません。これらのデータの解釈と報告は、著者自身の責任です。

謝辞

この助成金の作業は、ユタ大学臨床およびトランスレーショナルサイエンスインスティテュートによって、トランスレーショナルおよび臨床研究パイロットプログラムおよび議会主導の医学研究プログラム(PR192745の国防総省事務所)を通じて資金提供されています。

資料

NameCompanyCatalog NumberComments
1/8" PVC tubingQosinaSKU: T4307Part of noninvasive PuO2 monitor
3/16" PVC tubingQosinaSKU: T4310Part of noninvasive PuO2 monitor
3/8" TPE tubing QosinaSKU: T2204Part of noninvasive PuO2 monitor
3/32" (1), 1/8" (1), 5/32" (1) drill bitDewaltN/AFor building noninvasive PuO2 monitor
Biocompatible GlueMasterbondEP30MEDPart of noninvasive PuO2 monitor
Bladder PuO2 sensorPresensDP-PSt3Oxygen dipping probe
Bladder oxygen measurement devicePresensFibox 4Stand-alone fiber optic oxygen meter
Chlorhexidine 4% scrubVetoneN/AFor scrubbing insertion or puncture sites
Conical connector with female luer lockQosinaSKU: 51500Part of noninvasive PuO2 monitor
Cuffed endotracheal tubeVetone600508For sedating the subject and providing respiratory support
Euthanasia solution (pentobarbital sodium|pheyntoin sodium)Vetone11168For euthanasia after completion of experiment
General purpose temperature probe, 400 series thermistorNovamed10-1610-040Part of noninvasive PuO2 monitor
HotDog veterinary warming systemHotDogV106For controlling subject temperature during experiment
Invasive tissue oxygen measurement deviceOptronixN/AOxyLite™ oxygen monitors
Invasive tissue oxygen sensorOptronixNX-BF/OT/EOxygen/Temperature bare-fibre sensor
IsofluraneVetone501017To maintain sedation throughout the experiment
Isotonic crystalloid solutionHenrySchein1537930 or 1534612Used during resuscitation in the critical care period
Liquid flow sensorSensirionLD20-2600BPart of noninvasive PuO2 monitor
Male luer lock to barb connectorQosinaSKU: 11549Part of noninvasive PuO2 monitor
Male to male luer connectorQosinaSKU: 20024Part of noninvasive PuO2 monitor
NorepinephrineHenryScheinAIN00610Infusion during resuscitation
Noninvasive oxygen measurement devicePresensEOM-O2-miniElectro optical module transmitter for contactless oxygen measurements
Non-vented male luer lock cap QosinaSKU: 65418Part of noninvasive PuO2 monitor
O2 sensor stickPresensSST-PSt3-YOPPart of noninvasive PuO2 monitor
PowerLab data acquisition platformAD InstrumentsN/AFor data collection
REBOA catheterCertus Critical CareN/AUsed in experimental protocol
Super Sheath arterial catheters (5 Fr, 7 Fr, 9 Fr)Boston ScientificC1894for intravascular access
SutureEthiconC013DFor securing catheter to skin and closing incisions
T connector, all female luer locksQosinaSKU: 88214Part of noninvasive PuO2 monitor

参考文献

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