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

Nous remercions Birgit Brandt pour son excellente assistance technique. Cette étude a été soutenue par une subvention du ministère fédéral allemand de l’Éducation et de la Recherche (FKZ 13GW0240A-D).

Les expériences ont été menées au Département de médecine expérimentale, Charité - Médecine universitaire, Berlin, Allemagne (certifiée selon la norme EN DIN ISO 9001:2000) et ont été approuvées par les autorités fédérales pour la recherche animale à Berlin, en Allemagne, avant les expériences (G0229/18). Les principes de soins aux animaux de laboratoire ont été utilisés dans toutes les expériences et sont conformes aux directives de la Société européenne et allemande des sciences des animaux de ...

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	<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. 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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>

Cet article décrit l’induction du SDRA expérimental chez les porcs combinant l’épuisement des tensioactifs par lavages et ventilations répétés des poumons avec des volumes de marée élevés, un faible PEEP et un gonflage / déflation complet des poumons. Cette combinaison provoque une détérioration reproductible et comparable des échanges gazeux et le compromis hémodynamique qui en résulte, mais limite la capacité de recrutement des poumons. Ainsi, ce modèle imite le SDRA clinique avec une faible capaci...

La mortalité du syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) reste élevée avec des valeurs supérieures à 40%1 malgré des recherches intensives depuis sa première description par Ashbough et Petty en 19672. Naturellement, l’étude de nouvelles approches thérapeutiques est limitée en clinique en raison de préoccupations éthiques et du manque de normalisation des pathologies sous-jacentes, des conditions ambiantes et des comédications, alors que les modèles animaux permettent une recherche systématique dans des conditions standardisées.
Ainsi, le SDRA expérimental a été induit chez de gros animaux (p. ex., porcs) ou de petits animaux (p. ex., rongeurs) à l’aide de diverses méthodes telles que la perfusion pulmonaire-artérielle d’acide oléique, la perfusion intraveineuse (c.-à-d.) de bactéries et d’endotoxines, ou des modèles de ligature et de ponction cæcale (CLP) provoquant un SDRA induit par la septicémie. De plus, des lésions pulmonaires directes causées par des brûlures et l’inhalation de fumée ou une ischémie pulmonaire/reperfusion (I/R) sont utilisées3. Un modèle fréquemment utilisé de lésion pulmonaire directe est l’épuisement des tensioactifs avec des lavages pulmonaires tels que décrits pour la première fois par Lachmann et al. chez les cobayes4.
L’épuisement des tensioactifs est une méthode hautement reproductible qui aboutit rapidement à des compromis dans les échanges gazeux et l’hémodynamique5. Un avantage majeur est la possibilité d’appliquer l’épuisement des tensioactifs chez de grandes espèces, ce qui permet de soutenir la recherche avec des ventilateurs mécaniques, des cathéters et des moniteurs utilisés cliniquement. Cependant, un inconvénient majeur du modèle d’épuisement des tensioactifs est le recrutement instantané des zones pulmonaires atélectatiques chaque fois que des pressions élevées des voies respiratoires ou des manœuvres de recrutement, telles que le positionnement couché, sont appliquées. Ainsi, le modèle n’est pas adapté pour étudier, par exemple, la ventilation automatisée avec des niveaux élevés de PEEP pendant des périodes prolongées6. Yoshida et al. ont décrit une combinaison d’épuisement des tensioactifs et de ventilation avec des pressions inspiratoires élevées pour induire un SDRAexpérimental 7,mais leur modèle nécessite un maintien élaboré de la pression partielle d’oxygène (P a O2)dans un couloir prédéfini viaunéchantillonnage répété des gaz du sang et un ajustement de la pression motrice en fonction d’un tableau coulissant de pression inspiratoire et de PEEP.
Dans l’ensemble, un modèle avec une ventilation préjudiciable trop agressive ou un ajustement laborieux et répété du régime de ventilation peut entraîner des dommages structurels aux poumons, ce qui est trop grave et entraîne une défaillance ultérieure de plusieurs organes. Ainsi, cet article fournit une description détaillée d’un modèle facilement réalisable d’épuisement des tensioactifs et de ventilation nocive avec une TV élevée / PEEP faible pour l’induction du SDRA expérimental, qui soutient la recherche avec des paramètres de ventilation utilisés cliniquement pendant des périodes prolongées.

<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)

Divers modèles animaux existent pour étudier les mécanismes pathologiques complexes du syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA). Ces modèles comprennent la perfusion pulmonaire-artérielle d’acide oléique, l’infusion d’endotoxines ou de bactéries, la ligature et la ponction cæcales, divers modèles de pneumonie, des modèles d’ischémie pulmonaire / reperfusion et, bien sûr, des modèles d’épuisement des tensioactifs, entre autres. L’épuisement des tensioactifs produit une détérioration rapide et reproductible des échanges gazeux pulmonaires et de l’hémodynamique et peut être induit chez les porcs anesthésiques à l’aide de lavages pulmonaires répétés avec une solution saline à 0,9 % (35 mL/kg de poids corporel, 37 °C). Le modèle d’épuisement des tensioactifs prend en charge les investigations avec une surveillance respiratoire et hémodynamique standard avec des dispositifs appliqués cliniquement. Mais le modèle souffre d’une capacité de recrutement relativement élevée et la ventilation avec des pressions élevées des voies respiratoires peut immédiatement réduire la gravité de la blessure en rouvrant les zones pulmonaires atélectatiques. Ainsi, ce modèle ne convient pas aux études des régimes de ventilateurs qui utilisent des pressions élevées des voies respiratoires. Une combinaison d’épuisement des tensioactifs et de ventilation nocive avec un volume courant élevé / une faible pression expiratoire positive (TV élevée / PEEP faible) pour causer une lésion pulmonaire induite par le ventilateur (VILI) réduira la capacité de recrutement de la lésion pulmonaire qui en résulte. Les avantages d’une initiation en temps opportun et la possibilité d’effectuer des recherches expérimentales dans un cadre comparable à une unité de soins intensifs sont préservés.

Le rapport PaO2/FIO2a diminué lors du lavage du tensioactif chez tous les animaux (Figure 3). L’hypoxémie, l’hypercapnie et l’atélectasie qui en ont résulté ont provoqué une augmentation de la pression artérielle pulmonaire. Les détails des lavages pulmonaires sont déjà décrits ailleurs6.
L’épuisement du tensioactif a été répété jusqu’à ce que le rapport PaO<...

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

Une combinaison de lavage de tensioactif utilisant une solution saline à 0,9 % (35 mL/kg de poids corporel, 37 °C) et une ventilation à volume courant élevé avec une faible PEEP pour causer des lésions pulmonaires modérées induites par le ventilateur (VILI) entraîne un syndrome expérimental de détresse respiratoire aiguë (SDRA). Cette méthode fournit un modèle de lésion pulmonaire avec une capacité de recrutement faible ou limitée pour étudier l’effet de diverses stratégies de ventilation pendant de longues périodes.

L’épuisement des tensioactifs combiné à une ventilation préjudiciable donne un modèle reproductible du syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA)

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

La combinaison d’un lavage de tensioactif et d’une ventilation nocive réduit la capacité de recrutement de la lésion pulmonaire par rapport aux modèles avec lavage exclusif des tensioactifs. Le modèle est reproductible et ne nécessite pas de techniques supplémentaires. De plus, un modèle à deux coups imite étroitement la situation clinique réaliste.La faible capacité de recrutement de ce modèle soutient l’étude expérimentale de nouvelles stratégies de ventilation, ouvrant la voie à la traduction de la recherche pulmonaire expérimentale en pratique clinique. Pour commencer, définissez les paramètres de ventilation mécanique décrits dans le manuscrit du texte, et ciblez une pression partielle expiratoire finale de dioxyde de carbone de 35 à 40 millimètres de mercure et une saturation en oxygène supérieure à 95% Utilisez une perfusion intraveineuse continue de thiopentone et de fentanyl pour maintenir l’anesthésie, et administrez un relaxant musculaire si nécessaire. Canulez la veine jugulaire externe avec un cathéter veineux central et insérez la gaine introducteure du cathéter artériel pulmonaire dans la même veine.Ensuite, canulez l’artère fémorale pour la surveillance invasive de la pression artérielle. Calibrer les transducteurs par rapport à l’atmosphère, qui est de zéro millimètre de mercure et 200 millimètres de mercure pour la ligne artérielle, et 50 millimètres de mercure pour la ligne veineuse centrale, et commencer la surveillance en les connectant au cathéter artériel et à la ligne veineuse centrale. Connectez le cathéter artérculéo-vasculaire pulmonaire au système de transducteur de pression et étalonnez le transducteur par rapport à l’atmosphère et à 100 millimètres de mercure.Ensuite, introduisez le cathéter artérique pulmonaire à travers la gaine introducteur avec un ballongon dégonflé de 10 à 15 centimètres, selon la longueur de la gaine. Une fois que le ballon a quitté la gaine, gonflez-la et avancez davantage le cathéter artérique pulmonaire tout en surveillant la pression. Poussez le cathéter artéroïdien pulmonaire vers l’avant lorsque l’oreillette droite, le ventricule droit et les ondes de pression artérielle pulmonaire apparaissent sur le moniteur, et arrêtez-vous lorsque l’onde de pression du coin capillaire pulmonaire est visible.Ensuite, enregistrez la pression du coin capillaire pulmonaire à la fin de l’expiration et dégonflez le ballon. Calculez les paramètres de pression décrits dans le manuscrit textuel et enregistrez les paramètres respiratoires et les mesures requis pour compléter l’ensemble de données. Aérez l’animal avec une fraction d’oxygène inspiré d’un, puis déconnectez l’animal du ventilateur.Remplissez les poumons avec une solution saline préchauffée à l’aide d’un entonnoir relié au tube endotrachéal. Arrêtez si la pression artérielle moyenne diminue en dessous de 50 millimètres de mercure. Égouttez le liquide de lavage en abaissant l’entonnoir au niveau du sol et surveillez la vague.Reconnectez-vous à l’animal au ventilateur pour l’oxygénation et attendez que l’animal récupère, puis répétez les lavages jusqu’à ce que l’indice de Horowitz diminue en dessous de 100 millimètres de mercure pendant au moins cinq minutes à une fraction d’oxygène inspiré d’un, et une pression expiratoire finale positive supérieure à cinq millibars. Prenez un échantillon de gaz sanguin artériel après cinq minutes après chaque lavage. Gardez la fraction d’oxygène inspiré à un et réglez le ventilateur sur le mode de ventilation à volume garanti et à pression contrôlée.Augmentez le seuil d’alarme pour la pression inspiratoire de crête à 60 millibars. Abaissez la fréquence respiratoire et définissez le rapport inspiration-expiration, puis augmentez lentement le volume courant jusqu’à 17 millilitres par kilogramme de poids corporel pendant au moins deux minutes. N’augmentez pas davantage le volume courant si une pression inspiratoire de 60 millibars est atteinte.Réduisez la pression d’exposition à l’extrémité positive à deux millibars et aérez l’animal jusqu’à deux heures. L’indice de Horowitz a diminué pendant le lavage du tensioactif chez tous les animaux, mais la manœuvre de recrutement a entraîné une augmentation notable de l’oxygénation après le lavage du tensioactif. La ventilation nocive de deux heures a diminué la capacité de recrutement pulmonaire en ce qui concerne les échanges gazeux et la pression artérielle pulmonaire moyenne.Les paramètres d’échange gazeux ont été améliorés avec des volumes marémotrices élevés en raison du recrutement cyclique, tandis que la pression artérielle pulmonaire moyenne a été élevée en raison de pressions intrathoraciques élevées et d’hypercapnie. L’imagerie tomographique par ordinateur des poumons a montré une atélectasie étendue des zones dépendantes du poumon pendant la ventilation, avec une pression expiratoire finale positive de six millibars, qui s’est résolue en grande partie lorsque la ventilation a été remontée à une pression expiratoire finale positive de 15 millibars. Cependant, les importantes opacités omniprésentes du verre moulu n’ont pas résolu.Les opacités alvéolaires observées avec une pression expiratoire finale positive de 15 millibars indiquaient des lésions structurelles des poumons. Ils ont également été observés lors de l’examen post-mortem des poumons. Lorsque vous essayez ce protocole, il est important d’ajuster la durée de la ventilation préjudiciable, car les lésions pulmonaires structurelles ne peuvent pas être recrutées et un animal peut mourir prématurément si la blessure est trop étendue.La combinaison de l’épuisement des tensioactifs et de la ventilation nocive soutient l’étude des thérapies entraînant un recrutement rapide des régions pulmonaires atélectatiques, telles que les modes de ventilation à haute pression ventilatoire.

Research

JoVE Journal

Medicine

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

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Recherche

Médecine

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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

induite Lavage-Surfactant Épuisement dans Pigs comme un modèle de syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA)

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

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