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Resumo

O protocolo aqui mostra como a administração contínua de cristalóides nas veias centrais de um porco/leitão euvolêmico permite a investigação apropriada dos efeitos fisiológicos da sobrecarga de volume aguda.

Resumo

Este protocolo descreve um modelo de sobrecarga de volume agudo de suínos para porcos e leitões adultos de Yorkshire. Ambas as idades suínas são submetidas a anestesia geral, intubação endotraqueal e ventilação mecânica. Um cateter venoso central e um cateter arterial são colocados por meio de corte cirúrgico na veia jugular externa e na artéria carótida, respectivamente. Um cateter de artéria pulmonar é colocado através de uma bainha introdutora do cateter venoso central. A solução cristalóide PlasmaLyte é então administrada a uma taxa de 100 mL / min em porcos adultos e a 20 mL / kg em bolus durante 10 min em leitões. A hipervolemia é alcançada com uma diminuição de 15% no débito cardíaco ou com 5 L em porcos adultos e com 500 mL em leitões. Dados hemodinâmicos, como frequência cardíaca, frequência respiratória, dióxido de carbono expirado, fração de hemoglobina saturada de oxigênio, pressão arterial, pressão venosa central, pressão da artéria pulmonar, pressão capilar pulmonar, pressão parcial de oxigênio arterial, lactato, pH, excesso de base e fração da artéria pulmonar da hemoglobina saturada de oxigênio, são monitorados durante a experimentação. Os dados preliminares observados com este modelo demonstraram alterações estatisticamente significativas e fortes regressões lineares entre os parâmetros hemodinâmicos centrais e a sobrecarga de volume aguda em suínos adultos. Apenas a pressão capilar pulmonar demonstrou regressão linear e significância estatística para a sobrecarga de volume aguda em leitões. Esses modelos podem ajudar os cientistas na descoberta de estratégias terapêuticas e de monitoramento adequadas à idade para entender e prevenir a sobrecarga aguda de volume.

Introdução

A sobrecarga aguda de volume, uma condição caracterizada por um aumento abrupto e excessivo no volume de fluidos corporais, é uma preocupação médica crítica que merece um estudo abrangente1. Está frequentemente associada a ressuscitação fluídica agressiva e/ou inadequada, transfusão de sangue e comorbidades como insuficiência cardíaca e insuficiência renal. Pode levar a morbidade grave e aumento da probabilidade de mortalidade 1,2,3. Apesar de seu significado clínico, a fisiopatologia da sobrecarga de volume aguda permanece pouco compreendida 3,4. Além disso, a falta de critérios diagnósticos específicos e estratégias de monitoramento eficazes ressalta ainda mais a necessidade de investigação científica rigorosa. Estudar a sobrecarga aguda de volume não é apenas crucial para melhorar os resultados dos pacientes, mas também para avançar nossa compreensão da fisiologia humana. Ele oferece uma oportunidade única para explorar os mecanismos de homeostase de fluidos do corpo e suas respostas ao estresse extremo1. Estudos que investigam a fluidoterapia dirigida por metas (GDFT) para prevenir a ressuscitação fluídica liberal e promover uma abordagem de ressuscitação mais direcionada a metas demonstraram melhora da morbidade e mortalidade em ambientes perioperatórios e na sepse 1,3,4. Esses estudos utilizaram uma variedade de dispositivos para monitorar o estado do volume, incluindo cateteres venosos centrais com medidas de pressão venosa central, ScVO2, medidas de lactato da linha arterial, medidas de volume sistólico/débito cardíaco por meio de Doppler transesofágico, débito cardíaco de diluição de lítio, análise do contorno do pulso arterial, bioimpedância elétrica torácica e termodiluição transpulmonar 1,3,4,5 . As múltiplas abordagens utilizadas para avaliar o status do volume, cada uma com limitações de precisão e usabilidade, sugerem que há espaço para melhora significativa no GDFT, melhorando a avaliação do volume intravascular 3,4.

Os modelos suínos surgiram como ferramentas particularmente valiosas no estudo da fisiologia cardiovascular humana6. As semelhanças anatômicas e fisiológicas entre os sistemas cardiovascular suíno e humano, como tamanho do coração, anatomia coronariana e parâmetros hemodinâmicos, tornam os suínos modelos ideais para pesquisa translacional6. Além disso, os porcos exibem uma resposta comparável à sobrecarga de volume que os humanos, tornando-os excelentes modelos para estudar a fisiopatologia da sobrecarga de volume aguda e a eficácia de várias intervenções terapêuticas 7,8. O uso de modelos suínos também permite a coleta de pontos de dados detalhados e de alta qualidade, como medições hemodinâmicas em tempo real e amostras de tecido, que muitas vezes são inatingíveis em estudos em humanos7. Essa superioridade dos pontos de dados fornece uma compreensão mais abrangente da sobrecarga aguda de volume, o que pode contribuir para o desenvolvimento de estratégias de monitoramento e prevenção mais eficazes.

O uso de modelos de leitões no estudo da sobrecarga aguda de volume é de suma importância, principalmente devido à escassez de pesquisas pediátricas nesse campo. Os leitões, com suas semelhanças fisiológicas e de desenvolvimento com bebês humanos, fornecem um modelo inestimável, como seus colegas adultos, para a compreensão da população pediátrica 9,10,11. Apesar da alta incidência de condições de sobrecarga de volume em pacientes pediátricos, como aquelas relacionadas a cardiopatias congênitas ou intervenções em terapia intensiva, as pesquisas nessa área têm sido marcadamente limitadas, especialmente quando se trata de modelos animais que representam com precisão bebês humanos 5,12,13. A utilização de modelos de leitões pode ajudar a preencher essa lacuna, oferecendo informações sobre a fisiopatologia pediátrica específica da sobrecarga aguda de volume e a eficácia de possíveis estratégias terapêuticas 7,11.

Este manuscrito descreve um método de uso de uma infusão contínua de solução cristalóide diretamente na veia jugular externa de suínos adultos e pediátricos para induzir sobrecarga de volume aguda e estudar os efeitos hemodinâmicos de tais alterações de volume em pontos de dados periféricos e centrais comuns usados no monitoramento do status do volume. Este método descrito deve servir como uma ferramenta valiosa para ajudar futuros cientistas a investigar os mecanismos fisiopatológicos subjacentes da sobrecarga aguda de volume e avaliar potenciais modalidades e inovações de monitoramento superiores.

Protocolo

O protocolo do estudo foi aprovado pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Universidade Vanderbilt (protocolo M1800176-00) e seguiu rigorosamente as Diretrizes do Instituto Nacional de Saúde para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório. Porcos Yorkshire machos e fêmeas e leitões pesando aproximadamente 40-45 kg e 4-10 kg são usados neste experimento. A presente abordagem não abrange uma triagem para condições médicas preexistentes nos suínos encomendados. Reconhecendo que essa prática pode influenciar ou obscurecer os resultados desejados, é essencial observar que, de acordo com as informações do fornecedor, a probabilidade de tal interferência é baixa. A limitação é reconhecida e aceita como um aspecto inerente ao procedimento.

1. Anestesia e ventilação

  1. Modelo suíno adulto
    1. Anestesiar o porco injetando lentamente cetamina (2,2 mg/kg)/xilazina (2,2 mg/kg)/telazol (4,4 mg/kg) por via intramuscular (IM). Imediatamente após a indução, um cateter intravenoso (IV) 18-24G é colocado na veia da orelha central ou marginal na parte posterior da aurícula. Prenda o IV com fita adesiva de 1 polegada.
    2. Coloque o porco na mesa da sala de cirurgia, em decúbito dorsal. Peça a um técnico de laboratório animal independente, responsável por supervisionar parâmetros específicos, para avaliar a profundidade da anestesia determinada por fatores como sinais vitais, capacidade de resposta a estímulos, presença ou ausência de movimento, frouxidão do tônus da mandíbula, flutuações na frequência cardíaca, alterações nos níveis expirados de CO2 e variações na frequência respiratória. Essas avaliações orientam ajustes na dose do anestésico inalatório.
    3. Intubar endotraquealmente o porco com tubo endotraqueal de 6,5 mm, por meio de laringoscopia direta, e inflar o balonete endotraqueal com 3-5 mL de ar. Mantenha o porco em ventilação controlada por volume com volume corrente de 8 mL / kg, frequência respiratória titulada para CO2 expirado final de 35-40 mmHg e pressão expiratória final positiva de 5 cm H2O. Mantenha a anestesia por meio da inalação de isoflurano a 1%.
    4. Coloque um cateter de Foley na uretra para monitorar o volume de débito de urina em porcas e coloque-o cirurgicamente em porcos machos secundário à dificuldade anatômica de colocação de Foley através da uretra.
  2. Modelo de leitão
    1. Injete solução anestésica de cetamina (2,2 mg/kg)/xilazina (2,2 mg/kg)/telazol (4,4 mg/kg)/dexmedetomidina (0,005 mg/kg) em um leitão de aproximadamente 5 semanas (equivalente a um humano de aproximadamente 12 meses) por meio de uma injeção intramuscular (IM). Em seguida, coloque imediatamente um 22-24G IV na melhor veia disponível, provavelmente no lado posterior da aurícula.
    2. Coloque o leitão na mesa da sala de cirurgia, em decúbito dorsal.
    3. Usando laringoscopia direta, intubar endotraquealmente o leitão com um tubo endotraqueal de 4,5-5,5 mm. Encha o balonete do tubo endotraqueal com 3-5 mL de ar usando uma seringa sem agulha acoplada a ela. Mantenha a anestesia com isoflurano a 1% com ou sem readministração de dexmedetomidina (0,005 - 0,01 mg / kg IV) a cada 2 h, conforme necessário, com base na profundidade da anestesia apreciada no momento da redosagem.
    4. Mantenha com ventilação controlada por volume um volume corrente de 8 mL / kg, frequência respiratória titulada para um COexpirado final 2 de 35-40 mmHg e uma pressão expiratória final positiva de 5 cm H2O.
    5. Coloque um cateter de Foley na uretra para monitorar o volume de débito de urina em leitões. Colocar o cateter de Foley cirurgicamente em leitões machos secundários à dificuldade anatômica de colocação de Foley através da uretra.
      NOTA: Além disso, a administração de analgésicos de buprenorfina / dexmedetomidina ocorrerá por meio de administração em bolus, conforme necessário. Para manter a consistência, a frequência respiratória no ventilador mecânico será ajustada para manter o nível expirado de CO2 na faixa de 35-40 mmHg durante todo o experimento.

2. Colocação do dispositivo de canulação e monitoramento

  1. Modelo suíno adulto
    1. Desinfetar toda a região anterior do pescoço com solução esfoliante de clorohexidina a 2% e seguir com um spray de solução de iodopovidona a 5%14.
    2. Exponha cirurgicamente as veias jugulares externas (EJ) direita e esquerda e as artérias carótidas internas (CA) com incisões verticais bilaterais imediatamente laterais à traqueia e disseque até a vasculatura com cautério monopolar.
    3. Disseque os músculos da cinta e o trato conforme necessário usando tesoura de tecido Kelly e afastadores de Lahey e/ou pinça de tecido14. Exponha EJ e CAs bilaterais.
    4. Coloque duas cânulas de 8,5 French (Fr) na EJ direita usando a técnica de Seldinger15. Uma vez canulado, coloque um cateter de artéria pulmonar (CAP) de 7 Fr através do introdutor do EJ direito. Use este cateter EJ direito e CAP para monitoramento hemodinâmico.
    5. Canule o EJ esquerdo com uma cânula de 10 Fr e conecte-o a uma tubulação de bomba de rolo dedicada preparada com solução PlasmaLyte.
      NOTA: As veias jugulares externas tendem a ser de maior diâmetro e mais apropriadamente anguladas para cateterismo cardíaco. É por essas razões que escolhemos canular o EJ sobre a jugular interna (IJ) nos experimentos suínos1.
    6. Usando a técnica deSeldinger15 , coloque uma linha arterial de 4 Fr na CA direita para monitoramento invasivo da pressão arterial durante todo o experimento.
    7. Anexe o monitoramento desejado ao pig.
      1. Monitore a frequência cardíaca (FC) com eletrodos de telemetria e a pressão arterial sistólica (PAS), pressão arterial diastólica (PAD) e pressão arterial média (PAM) conectando um transdutor de pressão conectado a um amplificador de pressão arterial ao cateter CA.
      2. Monitore a pressão média da artéria pulmonar (MPAP), a pressão sistólica da artéria pulmonar (SPAP), a pressão diastólica da artéria pulmonar (DPAP) e a pressão venosa central (PVC) conectando um transdutor de pressão conectado a um amplificador de pressão arterial às portas PAC apropriadas.
      3. Determine a pressão de pulso encontrando a variância entre PAS e PAD. Para calcular a variabilidade da pressão de pulso (VPP), calcule a variação entre os níveis de pressão de pico de pulso durante a inspiração e a expiração ao longo do ciclo respiratório.
      4. Calcule as medições de PPV usando o Módulo de Pressão Arterial do LabChart 8 e executando em um sistema PowerLab. Nesta configuração, selecione 3 min de dados no canal da Linha Arterial, onde a altura mínima do pico é definida como 10 mmHg e os ciclos são calculados em média ao longo de 10 ciclos. No módulo do software, os picos de cada ciclo de pulso podem ser calculados automaticamente e confirmados visualmente. A pressão de pulso mínima resultante e a pressão de pulso máxima são então usadas para calcular o PPV.
      5. Realize a termodiluição do débito cardíaco (CO) usando a calibração de volume/temperatura específica do dispositivo. Obter pressão capilar pulmonar (PCP) inflando o balão PAC com 1,5 mL de ar e avançando o cateter até que haja visualização das ondas V e A, representando fluxo sanguíneo restrito da direita para a esquerda. Leia o PCWP no valor da onda A no final da expiração.
    8. Administre PlasmaLyte16 a uma taxa de aproximadamente 100 mL / min para obter uma PCWP inicial de 8-10 mmHg (euvolemia) antes do início da sobrecarga de volume aguda.
      NOTA: O volume total necessário para atingir a euvolemia varia de acordo com uma infinidade de variáveis abordadas na Discussão. Aproximadamente 500 mL são necessários, em média, em porcos submetidos a este protocolo experimental no Vanderbilt University Medical Center. Este modelo usa o PlasmaLyte como a solução cristalóide tamponada balanceada. É provável que qualquer outro cristalóide tamponado balanceado (por exemplo, Normosol-R, Lactato de Ringer) ofereça resultados semelhantes. A solução salina normal ácida e não tamponada é e deve ser evitada neste modelo para evitar a perda conhecida da integridade da membrana celular endotelial, disfunção endotelial e acidose causada pela solução salina normal16.
  2. Modelo de leitão
    1. Semelhante aos porcos adultos, os leitões, uma vez anestesiados e ventilados mecanicamente, desinfetam toda a região anterior do pescoço com solução de clorohexidina a 2% e seguem com um spray de solução de iodopovidona a 5%14. Canule apenas as artérias EJ direita, carótida e femoral esquerda em leitões.
    2. Exponha cirurgicamente a veia EJ direita e o CA interno com uma incisão vertical do lado direito imediatamente lateral à traqueia e disseque até a vasculatura com cautério monopolar.
    3. Disseque os músculos da cinta e o trato conforme necessário usando tesoura de tecido Kelly e afastadores de Lahey e/ou pinça de tecido14. Exponha o EJ e CA do lado direito.
    4. Desinfete a parte inferior do abdômen e a região pubiana do leitão com solução de clorohexidina a 2% e siga com um spray de solução de iodopovidona a 5%. Expor cirurgicamente a artéria femoral esquerda (AF) com uma técnica longitudinal clássica, conforme descrito em17.
    5. Coloque um introdutor de cateter venoso central de 6 Fr no EJ direito, seguido pela colocação de um CAP de 5 Fr na artéria pulmonar.
    6. Posicione dois cateteres arteriais de 3 Fr: um no CA direito e outro no AF esquerdo. Dedique o cateter FA esquerdo à coleta de sangue para análise frequente da gasometria arterial. Use a porta aberta associada ao introdutor PAC para administração de volume com uma seringa de 60 mL.
    7. Administre um bolus PlasmaLyte16 de 10 mL / kg usando uma seringa de 60 mL a uma taxa de pressão constante, parando após cada bolus para obter um PCWP e pare assim que um valor de 8-10 mmHg (euvolemia) for alcançado.
      NOTA: O volume total necessário para atingir a euvolemia varia de acordo com uma infinidade de variáveis abordadas na Discussão deste manuscrito. Aproximadamente 50-100 mL são necessários, em média, nos leitões submetidos a este protocolo experimental no Vanderbilt University Medical Center.

3. Administração de volume

  1. Modelo suíno adulto
    1. Assim que a canulação estiver completa e a euvolemia alcançada, infundir a solução cristalóide quente de PlasmaLyte em incrementos de 500 mL a uma taxa de 100 mL / min (Figura 1).
    2. Confirme o registro dos desfechos hemodinâmicos: FC, fração de hemoglobina saturada de oxigênio (SpO2), frequência respiratória (RR), dióxido de carbono expirado (ETCO2), CVP, SBP, DBP, MAP, PPV, SPAP, DPAP e MPAP.
    3. Realizar os procedimentos necessários para obter as medidas estáticas (CO e PCWP) a cada 500 mL de volume até a eutanásia, que ocorrerá a 5 L de volume total ou até que exista uma diminuição de 15% do CO em relação à medição anterior, o que ocorrer primeiro.
      NOTA: A queda no CO representa o início do ramo descendente da curva de Starling18. Nesse ponto, a sobrecarga de volume leva à dilatação do coração além do comprimento ideal para a contração das fibras musculares, resultando em contração prejudicada e diminuição do CO18.
    4. Na euvolemia, e no final da administração do volume total, realizar uma gasometria arterial para obter a pressão arterial parcial de oxigênio (PaO2), pH, lactato e excesso de base do porco.
    5. Registre o débito urinário (mL) após cada incremento de 500 mL da solução cristalóide PlasmaLyte. É aconselhável zerar a urina assim que a euvolemia for alcançada. Eutanasiar o porco com um volume total de 5 L ou quando for observada uma diminuição de 15% no CO, o que ocorrer primeiro.
  2. Modelo de leitão
    1. Após a canulação bem-sucedida e a obtenção da euvolemia, administre PlasmaLyte em incrementos de 20 mL / kg via bolus de seringa a cada 10 minutos (Figura 1).
    2. Confirmar o registro dos parâmetros hemodinâmicos (FC, FR, SpO2, EtCO2, CVP, PAS, PAD, PAP, PPP e PAPM). Meça a PCWP após cada bolus de 10 mL / kg.
      NOTA: Devido ao volume necessário e à resistência criada pelo pequeno diâmetro interno do CAP de 5 Fr, a termodiluição de CO não é realizada nos leitões. Em vez disso, o método de Fick19,20 é empregado para calcular o CO. Isso envolve a obtenção de uma fração de hemoglobina saturada de oxigênio do sangue da artéria pulmonar (SvO2), que é realizada simultaneamente com a gasometria arterial.
    3. Realize a gasometria arterial após cada bolus de volume de 20 mL/kg para obter PaO2, pH, lactato e excesso de bases.
      NOTA: Dadas as limitações de muitos desses pontos de dados invasivos no atendimento clínico de rotina, a ecocardiografia transtorácica (ETT) é realizada após cada bolus de 20 mL / kg no modelo de leitão para medir os diâmetros da velocidade sistólica de pico do fluxo sanguíneo aórtico (PSV) e da via de saída do ventrículo esquerdo (VSVE) - dois pontos de dados usados na prática clínica pediátrica para estimar o estado de volume de um paciente.
    4. Realize ETT para medir os pontos de dados do diâmetro do PSV e da VSVE após cada bolus de 20 mL / kg. Registre a produção de urina após cada bolus de 20 mL / kg. Eutanasiar o leitão com um volume total de 500 mL ou quando for observada uma diminuição de 15% no CO, o que ocorrer primeiro.

4. Eutanásia para porcos adultos e leitões

  1. Confirme a manutenção do isoflurano a 1%. Induza a parada cardíaca por injeção intravenosa de pentobarbital sódico (125 mg / kg). Confirme a falta de sinais vitais após a injeção para confirmar a morte.

Resultados

Os dados preliminares representativos do piloto após análise de regressão linear para o modelo de suínos adultos demonstraram linearidade para administração de volume nos primeiros oito suínos (Figura 2). Embora muitos outros pontos de dados e volume além de 2,5 L tenham sido medidos durante este experimento, esses dados representam a análise até o momento. Os dois sinais vitais mais utilizados para avaliação do volume, FC (R2=0,15) e ...

Discussão

Existem duas etapas críticas neste protocolo. Em primeiro lugar, é imprescindível que se dedique tempo para obter a canulação adequada e garantir o posicionamento da monitorização hemodinâmica/volêmica. Em modelos adultos e leitões, o corte cirúrgico é necessário para canular o vaso necessário adequadamente e introduzir o cateter necessário. As abordagens percutâneas guiadas por ultrassom provaram ser desafiadoras e traumáticas em torno dos vasos de pequeno calibre obser...

Divulgações

Nenhuma divulgação específica para os tópicos deste relatório. Kyle Hocking, PhD, é fundador, CEO e presidente da VoluMetrix e inventor em propriedade intelectual no campo da análise de formas de onda venosas atribuído à Vanderbilt University e licenciado à VoluMetrix. Colleen Brophy, MD, é fundadora e CIO da VoluMetrix e inventora da propriedade intelectual no campo da análise de forma de onda venosa atribuída à Vanderbilt e licenciada à VoluMetrix. Bret Alvis, MD, CMO e é um inventor em propriedade intelectual no campo da análise de forma de onda venosa atribuído a Vanderbilt e licenciado para VoluMetrix e é casado com o COO da VoluMetrix. Os demais autores não têm divulgações a relatar.

Agradecimentos

Os autores gostariam de agradecer ao Dr. José A. Diaz, Jamie Adcock e Mary Susan Fultz e ao Laboratório SR Light do Vanderbilt University Medical Center pela assistência e apoio. Outro agradecimento especial a John Poland e ao resto dos perfusionistas do Vanderbilt University Medical Center e seus alunos por sua ajuda neste estudo. Este trabalho foi apoiado por uma doação do Instituto Nacional do Coração, Pulmão e Sangue dos Institutos Nacionais de Saúde (BA; R01HL148244). O conteúdo é de responsabilidade exclusiva dos autores e não representa necessariamente as opiniões oficiais dos Institutos Nacionais de Saúde.

Materiais

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Arterial CatheterMerit Medical, South Jordan, UT, USAMAK401MAK Mini Access Kit 4F
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Yorkshire PigletsOak Hill Genetics N/AFemale "piglet", specify age 5 weeks with a correlating healthy weight range (approximately 10-20lbs.)

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