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
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Riconosciamo con gratitudine l'eccellente assistenza tecnica di Birgit Brandt. Questo studio è stato supportato da una sovvenzione del Ministero federale tedesco dell'istruzione e della ricerca (FKZ 13GW0240A-D).

Gli esperimenti sono stati condotti presso il Dipartimento di Medicina Sperimentale, Charité - University Medicine, Berlino, Germania (certificato secondo la norma EN DIN ISO 9001:2000) e sono stati approvati dalle autorità federali per la ricerca sugli animali a Berlino, Germania, prima degli esperimenti (G0229/18). I principi della cura degli animali da laboratorio sono stati utilizzati in tutti gli esperimenti e sono conformi alle linee guida della Società europea e tedesca delle scienze degli animali da laboratori...

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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. 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(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>

Questo articolo descrive l'induzione di ARDS sperimentale nei suini che combinano l'esaurimento dei tensioattivi mediante lavaggi polmonari ripetuti e ventilazione con elevati volumi di marea, basso PEEP e completo gonfiaggio / deflazione dei polmoni. Questa combinazione provoca un deterioramento riproducibile e comparabile dello scambio gassoso e il conseguente compromesso emodinamico, ma limita la reclutabilità dei polmoni. Pertanto, questo modello imita l'ARDS clinico con bassa reclutabilità e consente lo studio di ...

La mortalità della sindrome da distress respiratorio acuto (ARDS) rimane elevata con valori superiori al 40%1 nonostante un'intensa ricerca sin dalla sua prima descrizione da parte di Ashbough e Petty nel 19672. Naturalmente, l'indagine di nuovi approcci terapeutici è limitata nella clinica a causa di preoccupazioni etiche e della mancanza di standardizzazione delle patologie sottostanti, delle condizioni ambientali e dei co-farmaci, mentre i modelli animali consentono la ricerca sistematica in condizioni standardizzate.
Pertanto, l'ARDS sperimentale è stata indotta in animali di grandi dimensioni (ad esempio, suini) o piccoli animali (ad esempio, roditori) utilizzando vari metodi come l'infusione polmonare di acido oleico, l'infusione endovenosa (i.v.) di batteri ed endotossine o modelli di legatura e puntura cecale (CLP) che causano ARDS indotta da sepsi. Inoltre, vengono utilizzate lesioni polmonari dirette causate da ustioni e inalazione di fumo o ischemia/riperfusione polmonare (I/R)3. Un modello frequentemente usato di danno polmonare diretto è la deplezione di tensioattivi con lavaggi polmonari come descritto per la prima volta da Lachmann et al. in porcellini d'India4.
L'esaurimento dei tensioattivi è un metodo altamente riproducibile che si traduce rapidamente in compromessi nello scambio di gas e nell'emodinamica5. Un grande vantaggio è la possibilità di applicare l'esaurimento dei tensioattivi in specie di grandi dimensioni che consentono di supportare la ricerca con ventilatori meccanici, cateteri e monitor clinicamente utilizzati. Tuttavia, uno dei principali svantaggi del modello di esaurimento dei tensioattivi è il reclutamento istantaneo delle aree polmonari atelettatiche ogni volta che vengono applicate alte pressioni delle vie aeree o manovre di reclutamento, come il posizionamento prono. Pertanto, il modello non è adatto per indagare, ad esempio, ventilazione automatizzata con alti livelli di PEEP per tempi prolungati6. Yoshida et al. hanno descritto una combinazione di esaurimento dei tensioattivi e ventilazione con elevate pressioni inspiratorie delle vie aeree per indurre ARDS7sperimentale, ma il loro modello richiede un elaborato mantenimento della pressione parziale di ossigeno (PaO2)in un corridoio predefinito tramite ripetuto campionamento di gas nel sangue e regolazione della pressione motrice secondo una tabella scorrevole di pressione inspiratoria e PEEP.
Nel complesso, un modello con una ventilazione dannosa eccessivamente aggressiva o un aggiustamento laborioso e ripetuto del regime di ventilazione può causare danni strutturali ai polmoni, che è troppo grave e provoca una successiva insufficienza multiorgano. Pertanto, questo articolo fornisce una descrizione dettagliata di un modello facilmente fattibile di esaurimento dei tensioattivi più ventilazione dannosa con alta TV / basso PEEP per l'induzione di ARDS sperimentale, che supporta la ricerca con parametri di ventilazione clinicamente utilizzati per periodi prolungati.

<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)

Esistono vari modelli animali per studiare i complessi meccanismi patologici della sindrome da distress respiratorio acuto (ARDS). Questi modelli includono infusione polmonare di acido oleico, infusione di endotossine o batteri, legatura cecale e puntura, vari modelli di polmonite, modelli di ischemia polmonare / riperfusione e, naturalmente, modelli di esaurimento dei tensioattivi, tra gli altri. L'esaurimento dei tensioattivi produce un deterioramento rapido e riproducibile dello scambio gassoso polmonare e dell'emodinamica e può essere indotto in suini anestetizzati utilizzando lavaggi polmonari ripetuti con soluzione salina allo 0,9% (35 ml/kg di peso corporeo, 37 °C). Il modello di deplezione dei tensioattivi supporta le indagini con monitoraggio respiratorio ed emodinamico standard con dispositivi clinicamente applicati. Ma il modello soffre di una reclutabilità relativamente elevata e la ventilazione con alte pressioni delle vie aeree può ridurre immediatamente la gravità della lesione riaprendo le aree polmonari atelettatiche. Pertanto, questo modello non è adatto per le indagini sui regimi di ventilazione che utilizzano alte pressioni delle vie aeree. Una combinazione di deplezione di tensioattivi e ventilazione dannosa con alto volume di marea / bassa pressione espiratoria positiva (alta Tv / bassa PEEP) per causare lesioni polmonari indotte dal ventilatore (VILI) ridurrà la reclutabilità della lesione polmonare risultante. I vantaggi di un'induzione tempestiva e la possibilità di eseguire ricerche sperimentali in un ambiente paragonabile a un'unità di terapia intensiva sono preservati.

Il rapporto PaO2/FIO2è diminuito durante il dilavamento dei tensioattivi in tutti gli animali (Figura 3). L'ipossiemia, l'ipercapnia e l'atelettasia risultanti hanno causato un aumento della pressione dell'arteria polmonare. I dettagli dei lavaggi polmonari sono già descritti altrove6.
L'esaurimento del tensioattivo è stato ripetuto fino a quando il rapporto PaO2/ FI<...

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

Una combinazione di washout del tensioattivo con soluzione salina allo 0,9% (35 ml/kg di peso corporeo, 37 °C) e ventilazione ad alto volume di marea con basso PEEP per causare lesioni polmonari indotte da un ventilatore moderato (VILI) provoca la sindrome sperimentale da distress respiratorio acuto (ARDS). Questo metodo fornisce un modello di danno polmonare con reclutabilità bassa / limitata per studiare l'effetto di varie strategie di ventilazione per periodi prolungati.

L'esaurimento dei tensioattivi combinato con la ventilazione dannosa si traduce in un modello riproducibile della sindrome da distress respiratorio acuto (ARDS)

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

La combinazione di lavaggio del tensioattivo con ventilazione dannosa riduce la reclutabilità della lesione polmonare rispetto ai modelli con esclusivo wash-out del tensioattivo. Il modello è riproducibile e non richiede tecniche aggiuntive. Inoltre, un modello a due colpi imita da vicino la situazione clinica realistica.La bassa reclutabilità di questo modello supporta l'indagine sperimentale di nuove strategie di ventilazione, aprendo la strada alla traduzione della ricerca polmonare sperimentale nella pratica clinica. Per iniziare, impostare i parametri di ventilazione meccanica come descritto nel manoscritto di testo e mirare a una pressione parziale espiratoria finale di anidride carbonica da 35 a 40 millimetri di mercurio e una saturazione di ossigeno superiore al 95% Utilizzare un'infusione endovenosa continua di tiopentone e fentanil per mantenere l'anestesia e somministrare un rilassante muscolare se necessario. Cannulare la vena giugulare esterna con un catetere venoso centrale e inserire la guaina introduttore del catetere arterioso polmonare nella stessa vena.Quindi, cannulare l'arteria femorale per il monitoraggio invasivo della pressione sanguigna. Calibrare i trasduttori contro l'atmosfera, che è zero millimetri di mercurio e 200 millimetri di mercurio per la linea arteriosa, e 50 millimetri di mercurio per la linea venosa centrale, e iniziare il monitoraggio collegandoli al catetere arterioso e alla linea venosa centrale. Collegare il catetere dell'arteria polmonare al sistema di trasduttori di pressione e calibrare il trasduttore contro l'atmosfera e 100 millimetri di mercurio.Quindi, introdurre il catetere dell'arteria polmonare attraverso la guaiella introditrice con un palloncino sgonfiato per 10-15 centimetri, a seconda della lunghezza della guaine. Una volta che il palloncino ha lasciato la guaine, gonfiarlo e far avanzare ulteriormente il catetere dell'arteria polmonare mentre si monitora la pressione. Spingere il catetere dell'arteria polmonare in avanti quando l'atrio destro, il ventricolo destro e le onde di pressione dell'arteria polmonare appaiono sul monitor e fermarsi quando si vede l'onda di pressione del cuneo capillare polmonare.Quindi, registrare la pressione del cuneo capillare polmonare alla fine dell'espirazione e sgonfiare il palloncino. Calcola i parametri di pressione descritti nel manoscritto di testo e registra le impostazioni respiratorie e le misurazioni richieste per completare il set di dati. Ventilare l'animale con una frazione di ossigeno inspirato di uno, quindi scollegare l'animale dal ventilatore.Riempire i polmoni con soluzione salina preriscaldata utilizzando un imbuto collegato al tubo endotracheale. Fermarsi se la pressione arteriosa media diminuisce al di sotto dei 50 millimetri di mercurio. Scaricare il fluido di lavaggio abbassando l'imbuto a livello del suolo e monitorare l'onda.Ricollegare l'animale al ventilatore per l'ossigenazione e attendere che l'animale si riprenda, quindi ripetere i lavaggi fino a quando l'indice di Horowitz diminuisce al di sotto di 100 millimetri di mercurio per almeno cinque minuti a una frazione di ossigeno inspirato di uno e una pressione espiratoria finale positiva superiore a cinque millibar. Prendere un campione di gas di sangue arterioso dopo cinque minuti dopo ogni lavaggio. Mantenere la frazione di ossigeno inspirato a uno e impostare il ventilatore sulla modalità di ventilazione a pressione controllata dal volume garantito.Aumentare la soglia di allarme per la pressione inspiratoria di picco a 60 millibar. Abbassare la frequenza respiratoria e impostare il rapporto ispirazione-espirazione, quindi aumentare lentamente il volume delle maree fino a 17 millilitri per chilogrammo di peso corporeo per almeno due minuti. Non aumentare ulteriormente il volume di marea se viene raggiunta una pressione inspiratoria di 60 millibar.Ridurre la pressione espositiva positiva a due millibar e ventilare l'animale per un massimo di due ore. L'indice di Horowitz è diminuito durante il dilavamento del tensioattivo in tutti gli animali, ma la manovra di reclutamento ha comportato un notevole aumento dell'ossigenazione dopo il lavaggio del tensioattivo. La ventilazione dannosa di due ore ha diminuito la reclutabilità polmonare rispetto allo scambio di gas e alla pressione arteriosa polmonare media.I parametri di scambio gassoso sono stati migliorati con elevati volumi di marea a causa del reclutamento ciclico, mentre la pressione arteriosa polmonare media è stata elevata a causa delle elevate pressioni intratoraciche e dell'ipercapnia. L'imaging tomografico computerizzati dei polmoni ha mostrato un'ampia atelettasia delle aree dipendenti del polmone durante la ventilazione, con una pressione espiratoria finale positiva di sei millibar, che si è risolta in gran parte quando la ventilazione è stata intensificata a una pressione espiratoria finale positiva di 15 millibar. Tuttavia, le sostanziali opacità onnipresenti del vetro squieto non si sono risolte.Le opacità alveolari osservate con una pressione espiratoria finale positiva di 15 millibar indicavano danni strutturali ai polmoni. Sono stati osservati anche nell'esame post-mortem dei polmoni. Quando si tenta questo protocollo, è importante regolare la durata della ventilazione dannosa perché il danno polmonare strutturale non può essere reclutato e un animale potrebbe morire prematuramente se la lesione è troppo estesa.La combinazione di esaurimento dei tensioattivi e ventilazione dannosa supporta lo studio di terapie con conseguente rapido reclutamento di regioni polmonari atelettiche, come le modalità di ventilazione con alte pressioni ventilatorie.

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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Pressione di ventilazione controllata per indurre lesioni polmonari acute nei topi

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Ricerca

Medicina

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Un metodo di ricerca per il rilevamento transitoria ischemia miocardica in pazienti con sospetta sindrome coronarica acuta Uso continuo del tratto ST Analisi

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 indotta surfattante esaurimento nei suini come un modello della sindrome da distress respiratorio acuto (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

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La pneumonectomia sinistra combinato con Monocrotaline o Sugen come un modello di ipertensione polmonare in ratti

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