Name: surfactant depletion combined with injurious ventilation results in a reproducible model of the acute respiratory distress syndrome (ards)
Uploaded: 2021-04-07T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Surfactant Depletion Combined with Injurious Ventilation Results in a Reproducible Model of the Acute Respiratory Distress Syndrome ARDS at JoVE.com

Vi anerkender taknemmeligt Birgit Brandts fremragende tekniske bistand. Denne undersøgelse blev støttet af et tilskud fra det tyske forbundsministerium for undervisning og forskning (FKZ 13GW0240A-D).

Forsøgene blev udført på Institut for Eksperimentel Medicin, Charité - Universitetsmedicin, Berlin, Tyskland (certificeret i henhold til EN DIN ISO 9001:2000) og blev godkendt af de føderale myndigheder til dyreforskning i Berlin, Tyskland, forud for forsøgene (G0229/18). Principperne for laboratoriedyrpleje blev anvendt i alle forsøg og er i overensstemmelse med retningslinjerne fra European and German Society of Laboratory Animal Sciences.
1. Forsøgsdyr og dyrevelfærd
<ol><li>Udf?...

<ol>
	<li>Bellani, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epidemiology,+patterns+of+care,+and+mortality+for+patients+with+acute+respiratory+distress+syndrome+in+intensive+care+units+in+50+countries.">Epidemiology, patterns of care, and mortality for patients with acute respiratory distress syndrome in intensive care units in 50 countries.</a> JAMA. 315 (8), 788-800 (2016).</li><li>Ashbaugh, D. G., Bigelow, D. B., Petty, T. L., Levine, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acute+respiratory+distress+in+adults.">Acute respiratory distress in adults.</a> Lancet. 2 (7511), 319-323 (1967).</li><li>Ballard-Croft, C., Wang, D., Sumpter, L. R., Zhou, X., Zwischenberger, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-animal+models+of+acute+respiratory+distress+syndrome.">Large-animal models of acute respiratory distress syndrome.</a> The Annals of Thoracic Surgery. 93 (4), 1331-1339 (2012).</li><li>Lachmann, B., Robertson, B., Vogel, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+lung+lavage+as+an+experimental+model+of+the+respiratory+distress+syndrome.">In vivo lung lavage as an experimental model of the respiratory distress syndrome.</a> Acta Anaesthesiologica Scandinavica. 24 (3), 231-236 (1980).</li><li>Russ, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lavage-induced+surfactant+depletion+in+pigs+as+a+model+of+the+acute+respiratory+distress+syndrome+(ARDS).">Lavage-induced surfactant depletion in pigs as a model of the acute respiratory distress syndrome (ARDS).</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (115), e53610 (2016).</li><li>Pomprapa, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artificial+intelligence+for+closed-loop+ventilation+therapy+with+hemodynamic+control+using+the+open+lung+concept.">Artificial intelligence for closed-loop ventilation therapy with hemodynamic control using the open lung concept.</a> International Journal of Intelligent Computing and Cybernetics. 8 (1), 50-68 (2015).</li><li>Yoshida, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+negative+abdominal+pressure+reduces+ventilator-induced+lung+Injury+in+a+porcine+model.">Continuous negative abdominal pressure reduces ventilator-induced lung Injury in a porcine model.</a> Anesthesiology. 129 (1), 163-172 (2018).</li><li>Theisen, M. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ventral+recumbency+is+crucial+for+fast+and+safe+orotracheal+intubation+in+laboratory+swine.">Ventral recumbency is crucial for fast and safe orotracheal intubation in laboratory swine.</a> Laboratory Animals. 43 (1), 96-101 (2009).</li><li>Seldinger, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Catheter+replacement+of+the+needle+in+percutaneous+arteriography:+A+new+technique.">Catheter replacement of the needle in percutaneous arteriography: A new technique.</a> Acta Radiologica. 39 (5), 368-376 (1953).</li><li>Kelly, C. R., Rabbani, L. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Videos+in+clinical+medicine.+Pulmonary-artery+catheterization.">Videos in clinical medicine. Pulmonary-artery catheterization.</a> The New England Journal of Medicine. 369 (25), 35 (2013).</li><li>Forrester, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermodilution+cardiac+output+determination+with+a+single+flow-directed+catheter.">Thermodilution cardiac output determination with a single flow-directed catheter.</a> American Heart Journal. 83 (3), 306-311 (1972).</li><li>Dos Santos Rocha, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiologically+variable+ventilation+reduces+regional+lung+inflammation+in+a+pediatric+model+of+acute+respiratory+distress+syndrome.">Physiologically variable ventilation reduces regional lung inflammation in a pediatric model of acute respiratory distress syndrome.</a> Respiratory Research. 21 (1), 288 (2020).</li></ol>

Denne artikel beskriver induktion af eksperimentelle ARDS hos svin, der kombinerer overfladeaktiv udtømning ved gentagne lunge lavages og ventilation med høje tidevandsmængder, lav PEEP, og fuldstændig inflation / deflation af lungerne. Denne kombination forårsager en reproducerbar og sammenlignelig forringelse af gasudvekslingen og det deraf følgende hæmodynamiske kompromis, men begrænser lungernes rekrutterelighed. Denne model efterligner således klinisk ARDS med lav rekrut og gør det muligt at undersøge nye...

Dødeligheden af akut respiratorisk nød syndrom (ARDS) er fortsat høj med værdier over 40%1 på trods af intensiv forskning siden sin første beskrivelse af Ashbough og Petty i 19672. Naturligvis er undersøgelsen af nye terapeutiske tilgange begrænset i klinikken på grund af etiske bekymringer og manglen på standardisering af de underliggende patologier, omgivende forhold og co-medicin, mens dyremodeller muliggør systematisk forskning under standardiserede forhold.
Således er eksperimentel ARDS blevet induceret i enten store dyr (f.eks. svin) eller små dyr (f.eks. gnavere) ved hjælp af forskellige metoder såsom pulmo-arteriel infusion af oliesyre, intravenøs (i.v.) infusion af bakterier og endotoksiner eller cecal ligation og punktering (CLP) modeller, der forårsager sepsis-induceret ARDS. Desuden anvendes direkte lungeskader forårsaget af forbrændinger og røgforgiftning eller lungeiskæmi/reperfusion (I/R)3. En hyppigt anvendt model for direkte lungeskade er udtømning af overfladeaktive stoffer med lunge lavages som først beskrevet af Lachmann et al. hos marsvin4.
Udtømning af overfladeaktive stoffer er en meget reproducerbar metode, der hurtigt resulterer i kompromiser i gasudveksling og hæmodynamik5. En stor fordel er muligheden for at anvende udtømning af overfladeaktive stoffer i store arter, som muliggør støtteforskning med klinisk anvendte mekaniske ventilatorer, katetre og monitorer. Men en stor ulempe ved overfladeaktive udtømning model er øjeblikkelig rekruttering af ateectatic lunge områder, når høje luftveje pres eller rekruttere manøvrer, såsom tilbøjelige positionering, anvendes. Modellen er således ikke egnet til at undersøge f.eks. automatiseret ventilation med høje PEEP-niveauer i længere tid6. Yoshida et al. beskrev en kombination af udtømning af overfladeaktive stoffer og ventilation med højt indspiratorisk luftvejstryk for at fremkalde eksperimentel ARDS7, men deres model kræver en omfattende vedligeholdelse af delvist ilttryk (PaO2)i en foruddefineret korridor via gentagen blodprøvetagning af blodgas og justering af kørselstrykket i henhold til et glidende bord med inspiratorisk tryk og PEEP.
Samlet set kan en model med en alt for aggressiv skadelig ventilation eller en besværlig, gentagen justering af ventilationsregimet resultere i strukturelle skader på lungerne, hvilket er for alvorligt og resulterer i efterfølgende flere organsvigt. Denne artikel giver således en detaljeret beskrivelse af en let gennemførlig model for udtømning af overfladeaktive stoffer plus skadelig ventilation med høj tv/ lav PEEP til induktion af eksperimentel ARDS, som understøtter forskning med klinisk anvendte ventilationsparametre i længere perioder.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Evita Infinity V500</td>
			<td>Dr&#228;ger</td>
			<td></td>
			<td>intensive care ventilator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flow through chamber thermistor</td>
			<td>Baxter</td>
			<td>93-505</td>
			<td>for measuring cardiac output</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Leader Cath Set</td>
			<td>Vygon</td>
			<td>1,15,805</td>
			<td>arterial catheter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mallinckrodt Tracheal Tube Cuffed</td>
			<td>Covidien</td>
			<td>107-80</td>
			<td>&#160;8.0 mm ID</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MultiCath3</td>
			<td>Vygon</td>
			<td>1,57,300</td>
			<td>3 lumen central venous catheter, 20 cm length</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Percutaneus Sheath Introducer Set</td>
			<td>Arrow</td>
			<td>SI-09600</td>
			<td>introducer sheath for pulmonary artery catheter of 4-6 Fr., 10 cm length</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Swan-Ganz True Size Thermodilution Catheter</td>
			<td>Edwards</td>
			<td>132F5</td>
			<td>pulmonary artery catheter, 75 cm length</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>urinary catheter</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>no specific model requiered</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vasofix Braun&#252;le 20G</td>
			<td>B Braun</td>
			<td>4268113B</td>
			<td>peripheral vein catheter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vigilance I&#160;</td>
			<td>Edwards</td>
			<td></td>
			<td>monitor</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

surfactant depletion combined with injurious ventilation results in a reproducible model of the acute respiratory distress syndrome (ards)

Der findes forskellige dyremodeller til undersøgelse af de komplekse patomekanismer i det akutte respiratoriske nødsyndrom (ARDS). Disse modeller omfatter pulmo-arteriel infusion af oliesyre, infusion af endotoksiner eller bakterier, cecal ligation og punktering, forskellige lungebetændelse modeller, lunge iskæmi / reperfusion modeller og, selvfølgelig, overfladeaktive udtømning modeller, blandt andre. Udtømning af overfladeaktive stoffer medfører en hurtig, reproducerbar forringelse af lungegasudveksling og hæmodynamik og kan induceres hos bedøvede svin ved hjælp af gentagne lunge lavages med 0,9% saltvand (35 mL/kg kropsvægt, 37 °C). Modellen for udtømning af overfladeaktive stoffer understøtter undersøgelser med standardovervågning af åndedrætsværn og hæmodynamisk med klinisk anvendte anordninger. Men modellen lider af en relativt høj rekruttabilitet og ventilation med højt luftvejstryk kan straks reducere sværhedsgraden af skaden ved at genåbne ateectatic lunge områder. Denne model er således ikke egnet til undersøgelser af ventilatorregimer, der bruger højt luftvejstryk. En kombination af udtømning af overfladeaktive stoffer og skadelig ventilation med højt tidevandsvolumen/lavt positivt endeudåndingstryk (højt tv/lavt PEEP) for at forårsage respiratorinduceret lungeskade (VILI) vil reducere rekrutteringen af den resulterende lungeskade. Fordelene ved en rettidig induktion og muligheden for at udføre eksperimentel forskning i omgivelser, der kan sammenlignes med en intensivafdeling, bevares.

PaO2/FIO2-forholdet faldtunder udvaskning af overfladeaktive stoffer hos alle dyr (figur 3). Den resulterende hypoxi, hypercapnia, og atelectasis forårsaget en stigning i lungepulsåren pres. Detaljerne i lungerne lavages er allerede beskrevet andetsteds6.
Udtømningen af overfladeaktive stoffer blev gentaget, indtil forholdet PaO2/FIO2 forblev under 10...

Watch this Scientific Journal Video about Surfactant Depletion Combined with Injurious Ventilation Results in a Reproducible Model of the Acute Respiratory Distress Syndrome ARDS at JoVE.com

Surfactant Depletion Combined with Injurious Ventilation Results in a Reproducible Model of the Acute Respiratory Distress Syndrome ARDS

En kombination af udvaskning af overfladeaktive stoffer med 0,9 % saltvand (35 mL/kg legemsvægt, 37 °C) og ventilation med lavt tidevandsvolumen med lavt PEEP for at forårsage moderat respiratorinduceret lungeskade (VILI) resulterer i eksperimentel akut respiratorisk nødsyndrom (ARDS). Denne metode giver en model af lungeskader med lav / begrænset recruitability at studere effekten af forskellige ventilationsstrategier i længere perioder.

Udtømning af overfladeaktivt stoffer kombineret med skadelig ventilation resulterer i en reproducerbar model af akut respiratorisk nødsyndrom (ARDS)

Various animal models exist to study the complex pathomechanisms of the acute respiratory distress syndrome (ARDS). These models include pulmo-arterial ...

Kombinationen af udvaskning af overfladeaktive stoffer med skadelig ventilation reducerer rekrutbarheden af lungeskaden sammenlignet med modeller med eksklusiv udvaskning af overfladeaktive stoffer. Modellen er reproducerbar og kræver ikke yderligere teknikker. Desuden efterligner en to-hit model nøje den realistiske kliniske situation.Den lave rekruttering af denne model understøtter den eksperimentelle undersøgelse af nye ventilationsstrategier, hvilket baner vejen for oversættelse af eksperimentel lungeforskning til klinisk praksis. Til at begynde med skal du indstille de mekaniske ventilationsparametre som beskrevet i tekstmanuskriptet og målrette et endeudåndende delvist tryk af kuldioxid på 35 til 40 millimeter kviksølv og en iltmætning over 95%Brug en kontinuerlig intravenøs infusion af thiopentone og fentanyl for at opretholde anæstesi og administrere et muskelafslappende middel, hvis det kræves. Kanyller den udvendige halspulsåre med et centralt venekateter, og indsæt indføringsskeden af lungekateteret i samme vene.Derefter kan du modulere lårpulsåren for invasiv blodtryksovervågning. Kalibrere transducere mod atmosfæren, som er nul millimeter kviksølv og 200 millimeter kviksølv til arteriel linje, og 50 millimeter kviksølv til den centrale venøse linje, og begynde at overvåge ved at forbinde dem til arteriel kateter og den centrale venøse linje. Tilslut lungefærdselsårekateteret til tryktransducersystemet, og kalibrer transduceren mod atmosfæren og 100 millimeter kviksølv.Derefter introduceres lungearteriekateteret gennem introducerskeden med en deflateret ballon i 10 til 15 centimeter afhængigt af kappelængden. Når ballonen har forladt skeden, puste det og fremme lungearterie kateter yderligere, mens overvågning af trykket. Skub lungepulsåren kateter frem, når højre atrium, højre ventrikel, og lungepulsåren trykbølger vises på skærmen, og stop, når lungekapillær kile trykbølge ses.Optag derefter lungekapillærkiletrykket ved udgangen udløb og deflater ballonen. Beregn de trykparametre, der er beskrevet i tekstmanuskriptet, og registrer de nødvendige åndedrætsindstillinger og målinger for at fuldføre datasættet. Ventiler dyret med en brøkdel af inspireret ilt af en, og afbryd derefter dyret fra ventilatoren.Fyld lungerne med forvarmet saltvand ved hjælp af en tragt forbundet til endotrachealrøret. Stop, hvis det gennemsnitlige arterielt tryk falder til under 50 millimeter kviksølv. Dræn lavagevæsken ved at sænke tragten til jordoverfladen, og overvåg bølgen.Gentilslut til dyret til ventilatoren for iltning og vent, indtil dyret kommer sig, gentag derefter lavages, indtil Horowitz-indekset falder under 100 millimeter kviksølv i mindst fem minutter ved en brøkdel af inspireret ilt på en og et positivt endeforstævlningstryk over fem millibar. Tag en arteriel blodgasprøve efter fem minutter efter hvert toilet. Hold den del af den inspirerede ilt på én, og sæt ventilatoren på den volumen-garanterede, trykstyrede ventilationstilstand.Alarmtærsklen for maksimalt indspiratortryk øges til 60 millibar. Sænk åndedrætsfrekvensen, og sæt forholdet mellem inspiration og udløb, og øg derefter tidevandsvolumenet langsomt op til 17 milliliter pr. Kg kropsvægt over mindst to minutter. Øg ikke tidevandsvolumenet yderligere, hvis der opnås et inspiratorisk tryk på 60 millibar.Reducer det positive endeeksponeringstryk til to millibar og ventiler dyret i op til to timer. Horowitz-indekset faldt under udvaskningen af overfladeaktive stoffer hos alle dyr, men rekrutteringsmanøvren resulterede i en bemærkelsesværdig stigning i iltningen efter udvaskningen af overfladeaktive stoffer. Den skadelige ventilation af to timer mindsket lunge recruitability med hensyn til gas udveksling og den gennemsnitlige lungearteriel tryk.Gasudvekslingsparametrene blev forbedret med høje tidevandsmængder på grund af den cykliske rekruttering, mens det gennemsnitlige lungepulsåretryk blev forhøjet på grund af højt intrathoracictryk og hypercapnia. Computertomografisk billeddannelse af lungerne viste omfattende atelectasis af de afhængige områder af lungerne under ventilationen, med et positivt endeforlængelsestryk på seks millibar, som i vid udstrækning forsvandt, da ventilationen blev eskaleret til et positivt endeforsløringstryk på 15 millibar. De betydelige allestedsnærværende opaciteter i jorden af glas blev imidlertid ikke løst.De alveolaropaciteter, der blev observeret med et positivt endeforlængende tryk på 15 millibar, indikerede strukturelle skader på lungerne. De blev også observeret i obduktionen af lungerne. Når du forsøger denne protokol, er det vigtigt at justere varigheden af skadelig ventilation, fordi strukturelle lungeskader ikke kan rekrutteres, og et dyr kan dø for tidligt, hvis skaden er for omfattende.Kombinationen af udtømning af overfladeaktive stoffer og skadelig ventilation understøtter undersøgelsen af behandlinger, der resulterer i hurtig rekruttering af ateektive lungeområder, såsom ventilationstilstande med højt ventilatortryk.

Research

JoVE Journal

Medicine

Surfactant Depletion Combined with Injurious Ventilation Results in a Reproducible Model of the Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS)

Pressure Controlled Ventilation to Induce Acute Lung Injury in Mice

Murine models are extensively used to investigate acute injuries of different organs systems (1-34). Acute lung injury (ALI), which occurs with prolonged ...

A Research Method For Detecting Transient Myocardial Ischemia In Patients With Suspected Acute Coronary Syndrome Using Continuous ST-segment Analysis

Each year, an estimated 785,000 Americans will have a new coronary attack, or acute coronary syndrome (ACS). The pathophysiology of ACS involves rupture ...

Lavage-induced Surfactant Depletion in Pigs As a Model of the Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS)

Lavage-induced Surfactant Depletion in Pigs As a Model of the Acute Respiratory Distress Syndrome ARDS

Lavage-induceret Surfactant Udtømmelse i Svin som en model af den Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS)

Various animal models of lung injury exist to study the complex pathomechanisms of human acute respiratory distress syndrome (ARDS) and evaluate future ...

Primary Outcome Assessment in a Pig Model of Acute Myocardial Infarction

Primære resultatvurdering i en Pig Model af akut myokardieinfarkt

Mortality after acute myocardial infarction remains substantial and is associated with significant morbidity, like heart failure. Novel therapeutics are ...

Open Tracheostomy Gastric Acid Aspiration Murine Model of Acute Lung Injury Results in Maximal Acute Nonlethal Lung Injury

Åbent Tracheostomituber Gastric Acid Aspiration murin model af akut lungeskade Resultater i Maximal Akut ikke-letale Lung Injury

Acid pneumonitis is a major cause of sterile acute lung injury (ALI) in humans. Acid pneumonitis spans the clinical spectrum from asymptomatic to acute ...

Repeated Measurement of Respiratory Muscle Activity and Ventilation in Mouse Models of Neuromuscular Disease

Gentagen Måling af åndedrætsorganer muskel aktivitet og ventilation i musemodeller af Neuromuskulær sygdom

Accessory respiratory muscles help to maintain ventilation when diaphragm function is impaired. The following protocol describes a method for repeated ...

A Component-resolved Diagnostic Approach for a Study on Grass Pollen Allergens in Chinese Southerners with Allergic Rhinitis and/or Asthma

En komponentopløst diagnoseprocedure til en undersøgelse af græspollen-allergener hos kinesiske sydfolk med allergisk rhinitis og / eller astma

Sensitization to grass pollen imposes a global risk for allergic airway diseases. Although prevention relies on local investigation of the pollen ...

Invasive Hemodynamic Monitoring of Aortic and Pulmonary Artery Hemodynamics in a Large Animal Model of ARDS

Invasiv hæmodynamiske overvågning af aorta og pulmonal arterie Hæmodynamik i en stor animalsk Model af ARDS

One of the leading causes of morbidity and mortality in patients with heart failure is right ventricular (RV) dysfunction, especially if it is due to ...

Oleic Acid-Injection in Pigs As a Model for Acute Respiratory Distress Syndrome

Oliesyre-injektion i svin som en Model for akut respiratorisk Distress syndrom

The acute respiratory distress syndrome is a relevant intensive care disease with an incidence ranging between 2.2% and 19% of intensive care unit ...

The Left Pneumonectomy Combined with Monocrotaline or Sugen as a Model of Pulmonary Hypertension in Rats

Den venstre Pneumonectomy kombineret med Monocrotaline eller Sugen som en Model af Pulmonal Hypertension hos rotter

In this protocol, we detail the correct procedural steps and necessary precautions to successfully perform a left pneumonectomy and induce PAH in rats ...