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 anerkjenner takknemlig den utmerkede tekniske hjelpen til Birgit Brandt. Denne studien ble støttet av et stipend fra det tyske føderale utdannings- og forskningsdepartementet (FKZ 13GW0240A-D).

Eksperimentene ble utført ved Institutt for eksperimentell medisin, Charité - University Medicine, Berlin, Tyskland (sertifisert i henhold til EN DIN ISO 9001:2000) og ble godkjent av føderale myndigheter for dyreforskning i Berlin, Tyskland, før forsøkene (G0229/18). Prinsippene for laboratorie dyrepleie ble brukt i alle eksperimenter og er i samsvar med retningslinjene fra European and German Society of Laboratory Animal Sciences.
1. Forsøksdyr og dyrevelferd
<ol><li>Utfør alle fors...

<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 artikkelen beskriver induksjonen av eksperimentell ARDS hos griser som kombinerer overflateaktiv uttømming ved gjentatte lungeskylling og ventilasjon med høye tidevannsvolumer, lav PEEP og fullstendig inflasjon / deflasjon av lungene. Denne kombinasjonen forårsaker en reproduserbar og sammenlignbar forverring i gassutveksling og det resulterende hemodynamiske kompromisset, men begrenser lungenes rekrutteringsevne. Dermed etterligner denne modellen klinisk ARDS med lav rekrutterbarhet og tillater undersøkelse av...

Dødeligheten av det akutte respiratoriske nødsyndromet (ARDS) forblir høy med verdier over 40% 1 til tross forintensiv forskning siden den første beskrivelsen av Ashbough og Petty i 19672. Naturligvis er undersøkelsen av nye terapeutiske tilnærminger begrenset i klinikken på grunn av etiske bekymringer og mangel på standardisering av underliggende patologier, omgivelsesforhold og co-medisiner, mens dyremodeller muliggjør systematisk forskning under standardiserte forhold.
Dermed har eksperimentelle ARDS blitt indusert i enten store dyr (f.eks. griser) eller små dyr (f.eks. gnagere) ved hjelp av ulike metoder som pulmoarteriell infusjon av oljesyre, intravenøs (dvs. infusjon av bakterier og endotoksiner, eller cecal ligation og punktering (CLP) modeller som forårsaker sepsis-indusert ARDS. I tillegg brukes direkte lungeskader forårsaket av brannskader og røykinnånding eller lungeiskemi/reperfusjon (I/R)3. En ofte brukt modell av direkte lungeskade er overflateaktiv uttømming med lungeskylling som først beskrevet av Lachmann et al. hos marsvin4.
Overflateaktiv uttømming er en svært reproduserbar metode som resulterer raskt i kompromisser i gassutveksling og hemodynamikk5. En stor fordel er muligheten til å bruke overflateaktiv uttømming i store arter som muliggjør støtteforskning med klinisk brukte mekaniske respiratorer, katetre og skjermer. En stor ulempe med den overflateaktive uttømmingsmodellen er imidlertid den umiddelbare rekrutteringen av atelektatiske lungeområder når høyt luftveistrykk eller rekrutteringsmanøvrer, for eksempel utsatt posisjonering, brukes. Modellen er derfor ikke egnet til å undersøke for eksempel automatisert ventilasjon med høye PEEP-nivåer i lengre tid6. Yoshida et al. beskrev en kombinasjon av overflateaktiv uttømming og ventilasjon med høyt inspiratorisk luftveistrykk for å indusere eksperimentell ARDS7, men modellen deres krever et forseggjort vedlikehold av delvis oksygentrykk (PaO 2 ) i en forhåndsdefinertkorridorvia gjentatt blodgassprøvetaking og justering av kjøretrykket i henhold til et glidende bord med inspiratorisk trykk og PEEP.
Totalt sett kan en modell med en altfor aggressiv skadelig ventilasjon eller en arbeidskrevende, gjentatt justering av ventilasjonsregimet føre til strukturell skade på lungene, noe som er for alvorlig og resulterer i etterfølgende multippel organsvikt. Dermed gir denne artikkelen en detaljert beskrivelse av en lett mulig modell av overflateaktiv uttømming pluss skadelig ventilasjon med høy TV / lav PEEP for induksjon av eksperimentell ARDS, som støtter forskning med klinisk brukte ventilasjonsparametere i lengre 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)

Ulike dyremodeller eksisterer for å studere de komplekse patomekanismer av akutt respiratorisk nødsyndrom (ARDS). Disse modellene inkluderer pulmo-arteriell infusjon av oljesyre, infusjon av endotoksiner eller bakterier, cecal ligation og punktering, ulike lungebetennelsesmodeller, lunge iskemi / reperfusjonsmodeller og selvfølgelig overflateaktive uttømmingsmodeller, blant andre. Surfaktant uttømming gir en rask, reproduserbar forverring av lungegassutveksling og hemodynamikk og kan induseres hos bedøvede griser ved hjelp av gjentatte lungeskylling med 0,9% saltvann (35 ml / kg kroppsvekt, 37 ° C). Den overflateaktive uttømmingsmodellen støtter undersøkelser med standard respiratorisk og hemodynamisk overvåking med klinisk anvendte enheter. Men modellen lider av en relativt høy rekrutterbarhet og ventilasjon med høyt luftveistrykk kan umiddelbart redusere alvorlighetsgraden av skaden ved å gjenåpne atelektatiske lungeområder. Dermed er denne modellen ikke egnet for undersøkelser av respiratorregimer som bruker høyt luftveistrykk. En kombinasjon av overflateaktiv uttømming og skadelig ventilasjon med høyt tidevannsvolum/lavt positivt sluttutløpstrykk (høy TV/lav PEEP) for å forårsake respiratorindusert lungeskade (VILI) vil redusere rekrutteringen av den resulterende lungeskaden. Fordelene ved en rettidig induksjon og muligheten til å utføre eksperimentell forskning i en setting som kan sammenlignes med en intensivavdeling, bevares.

Forholdet PaO2/FIO2-ratio ble redusert under overflateaktiv utvasking hos alle dyr (figur 3). Den resulterende hypoksemi, hypercapnia og atelektase forårsaket en økning i lungearterietrykket. Detaljene i lungeskyllingene er allerede beskrevet andre steder6.
Den overflateaktive uttømmingen ble gjentatt til forholdet PaO2/FIO2 forble under 100 mmHg til ...

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 kombinasjon av overflateaktiv utvasking med 0,9% saltvann (35 ml/kg kroppsvekt, 37 °C) og høy tidevannsvolumventilasjon med lav PEEP for å forårsake moderat respiratorindusert lungeskade (VILI) resulterer i eksperimentelt akutt respiratorisk nødsyndrom (ARDS). Denne metoden gir en modell for lungeskade med lav/begrenset rekrutterbarhet for å studere effekten av ulike ventilasjonsstrategier i lengre perioder.

Overflateaktiv uttømming kombinert med skadelig ventilasjon resulterer i en reproduserbar modell av akutt respiratorisk nødsyndrom (ARDS)

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

Kombinasjonen av overflateaktiv utvasking med skadelig ventilasjon reduserer rekruttbarheten av lungeskaden sammenlignet med modeller med eksklusiv overflateaktiv utvasking. Modellen er reproduserbar og krever ikke flere teknikker. Videre etterligner en to-hit modell den realistiske kliniske situasjonen.Den lave rekrutteringsevnen til denne modellen støtter den eksperimentelle undersøkelsen av nye ventilasjonsstrategier, og baner vei for oversettelse av eksperimentell lungeforskning til klinisk praksis. For å begynne med, sett de mekaniske ventilasjonsparametrene som beskrevet i tekstmanuskriptet, og målrett mot et sluttutløp av karbondioksid på 35 til 40 millimeter kvikksølv og oksygenmetning over 95%Bruk en kontinuerlig intravenøs infusjon av tiopenton og fentanyl for å opprettholde anestesi, og administrer en muskelavslappende hvis nødvendig. Kanylere den ytre jugulære venen med et sentralt venøst kateter, og sett innføringshylsen til lungearteriekateteret inn i samme vene.Deretter kanylerer du lårarterien for invasiv blodtrykksovervåking. Kalibrer transduserne mot atmosfæren, som er null millimeter kvikksølv og 200 millimeter kvikksølv for arteriell linje, og 50 millimeter kvikksølv for den sentrale venøse linjen, og begynn å overvåke ved å koble dem til arterielt kateter og den sentrale venøse linjen. Koble lungearteriekateteret til trykktransdusersystemet og kalibrer transduseren mot atmosfæren og 100 millimeter kvikksølv.Deretter introduserer du lungearteriekateteret gjennom innføringshylsen med en deflatert ballong i 10 til 15 centimeter, avhengig av kappelengden. Når ballongen har forlatt hylsen, blås den opp og før lungearteriekateteret videre mens du overvåker trykket. Skyv lungearteriekateteret fremover når høyre atrium, høyre ventrikel og lungearterietrykkbølgene vises på skjermen, og stopp når lungekapillær kiletrykkbølgen ses.Deretter registrerer du lungekapillær kiletrykk ved slutten utløp og deflater ballongen. Beregn trykkparametrene som er beskrevet i tekstmanuskriptet, og registrer de nødvendige åndedrettsinnstillingene og målingene for å fullføre datasettet. Ventiler dyret med en brøkdel av inspirert oksygen av en, og koble deretter dyret fra respiratoren.Fyll lungene med forvarmet saltvann ved hjelp av en trakt koblet til endotrakealrøret. Stopp hvis gjennomsnittlig arterielt trykk reduseres under 50 millimeter kvikksølv. Tøm lavagevæsken ved å senke trakten til bakkenivå, og overvåk bølgen.Koble til dyret igjen til respiratoren for oksygenering og vent til dyret kommer seg, gjenta deretter toaletter til Horowitz-indeksen minker under 100 millimeter kvikksølv i minst fem minutter med en brøkdel av inspirert oksygen av en, og et positivt sluttutløpstrykk over fem millibar. Ta en arteriell blodgassprøve etter fem minutter etter hver lavage. Hold brøkdelen av inspirert oksygen på ett, og sett ventilatoren på den volumgarantide, trykkstyrte ventilasjonsmodusen.Øk alarmterskelen for toppinspiratorisk trykk til 60 millibar. Senk luftveiene, og angi inspirasjon-til-utløp-forholdet, og øk deretter tidevannsvolumet sakte opp til 17 milliliter per kilo kroppsvekt over minst to minutter. Ikke øk tidevannsvolumet ytterligere hvis et inspiratorisk trykk på 60 millibar nås.Reduser det positive endetrykket til to millibar og ventiler dyret i opptil to timer. Horowitz-indeksen gikk ned under overflateaktivt utvasking hos alle dyr, men rekrutteringsmanøveren resulterte i en merkbar økning i oksygenering etter utvasking av overflateaktivt middel. Den skadelige ventilasjonen av to timer reduserte lungerekrutterbarheten med hensyn til gassutveksling og gjennomsnittlig lungearterisk trykk.Gassutvekslingsparametrene ble forbedret med høye tidevannsvolumer på grunn av syklisk rekruttering, mens gjennomsnittlig lungearterisk trykk ble forhøyet på grunn av høyt intrathoracic trykk og hypercapnia. Datatomografisk avbildning av lungene viste omfattende atelektase av de avhengige områdene av lungen under ventilasjonen, med et positivt sluttutløpstrykk på seks millibar, som i stor grad løste seg da ventilasjonen ble eskalert til et positivt sluttutløpstrykk på 15 millibar. Imidlertid løste de betydelige allestedsnærværende glasstetthetene ikke.Alveolar opasiteter observert med en positiv slutt utløpstrykk på 15 millibar indikerte strukturell skade på lungene. De ble også observert i post-mortem undersøkelse av lungene. Ved forsøk på denne protokollen er det viktig å justere varigheten av skadelig ventilasjon fordi strukturell lungeskade ikke kan rekrutteres, og et dyr kan dø for tidlig hvis skaden er for omfattende.Kombinasjonen av overflateaktiv uttømming og skadelig ventilasjon støtter undersøkelse av terapier som resulterer i rask rekruttering av atelektatiske lungeregioner, for eksempel ventilasjonsmoduser med høyt respiratorisk trykk.

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

Kylling-indusert Surfaktantfritt Nedbryting i Pigs som en modell av 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

Primær Outcome Vurdering i en gris modell av akutt hjerteinfarkt

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

Åpne trakeostomi magesyre aspire Murine modell av akutt lungeskade Resultater i Maximal Akutt-dødelige lungeskade

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

Gjentatt måling av respiratorisk muskelaktivitet og ventilasjon i musemodeller av neuromuskulær Disease

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 komponent-løst diagnostisk tilnærming til en studie om gresspollenallergener hos kinesiske sørfolk med allergisk rhinitt 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 Hemodynamic overvåking av aorta og pulmonal arterien Hemodynamics i en stor dyr modell av 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

Oljesyre-injeksjon i griser som en modell for akutt Respiratory 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 år kombinert med Monocrotaline eller Sugen som en modell for pulmonal hypertensjon i rotter

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