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

Agradecemos a excelente assistência técnica da Birgit Brandt. Este estudo foi apoiado por uma bolsa do Ministério Federal alemão de Educação e Pesquisa (FKZ 13GW0240A-D).

Os experimentos foram realizados no Departamento de Medicina Experimental, Charité - Medicina Universitária, Berlim, Alemanha (certificado de acordo com o EN DIN ISO 9001:2000) e foram aprovados pelas autoridades federais para pesquisa animal em Berlim, Alemanha, antes dos experimentos (G0229/18). Os princípios do cuidado laboratorial aos animais foram utilizados em todos os experimentos e estão de acordo com as diretrizes da Sociedade Europeia e Alemã de Ciências Animais Laboratoriais.
1....

<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>

Este artigo descreve a indução de ARDS experimental em suínos combinando esgotamento surfactante por lavages pulmonares repetidas e ventilação com grandes volumes de maré, peep baixo e inflação/deflação completa dos pulmões. Essa combinação causa uma deterioração reprodutível e comparável na troca de gás e o compromisso hemodinâmico resultante, mas limita a recrutamento dos pulmões. Assim, esse modelo imita a ARDS clínica com baixa capacidade de recrutamento e permite a investigação de novos regime...

A mortalidade da síndrome do desconforto respiratório agudo (ARDS) permanece elevada com valores acima de 40%1, apesar da pesquisa intensiva desde sua primeira descrição por Ashbough e Petty em 19672. Naturalmente, a investigação de novas abordagens terapêuticas é limitada na clínica devido a preocupações éticas e à falta de padronização das patologias subjacentes, condições ambientais e comeias, enquanto os modelos animais permitem a pesquisa sistemática em condições padronizadas.
Assim, a ARDS experimental foi induzida em animais de grande porte (por exemplo, suínos) ou pequenos animais (por exemplo, roedores) usando vários métodos como infusão pulmo-arterial de ácido oleico, infusão intravenosa (i.v.) de bactérias e endotoxinas, ou modelos de ligadura e punção cecal (CLP) causando ards induzido pela sepse. Além disso, são utilizadas lesões pulmonares diretas causadas por queimaduras e inalação de fumaça ou isquemia pulmonar/reperfusão pulmonar (I/R)3. Um modelo frequentemente usado de lesão pulmonar direta é o esgotamento surfactante com lavages pulmonares como descrito pela primeira vez por Lachmann et al. em cobaias4.
O esgotamento do surfactante é um método altamente reprodutível que resulta rapidamente em compromissos na troca de gás e hemodinâmica5. Uma grande vantagem é a possibilidade de aplicar o esgotamento do surfactante em grandes espécies que permitem pesquisa de suporte com ventiladores mecânicos, cateteres e monitores mecânicos clinicamente utilizados. No entanto, uma grande desvantagem do modelo de esgotamento surfactante é o recrutamento instantâneo de áreas pulmonares ateleáticas sempre que altas pressões das vias aéreas ou manobras de recrutamento, como posicionamento propenso, são aplicadas. Assim, o modelo não é adequado para investigar, por exemplo, ventilação automatizada com altos níveis de PEEP porvezes prolongadas 6. Yoshida et al. descreveram uma combinação de esgotamento surfactante e ventilação com altas pressões inspiratórias das vias aéreas para induzir a ARDS7experimental, mas seu modelo requer uma manutenção elaborada da pressão parcial de oxigênio(Pa O2) em um corredor predefinido através de repetida amostragem de gás sanguíneo e ajuste da pressão de condução de acordo com uma tabela deslizante de pressão inspiratória e PEEP.
No geral, um modelo com uma ventilação prejudicial excessivamente agressiva ou um ajuste trabalhoso e repetido do regime de ventilação pode resultar em danos estruturais dos pulmões, o que é muito grave e resulta em falência múltipla subsequente de órgãos. Assim, este artigo fornece uma descrição detalhada de um modelo facilmente viável de esgotamento surfactante mais ventilação prejudicial com alta Tv/PEEP baixo para indução de ARDS experimental, que suporta pesquisas com parâmetros de ventilação clinicamente utilizados para períodos prolongados.

<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)

Existem vários modelos animais para estudar os complexos mecanismos da síndrome do desconforto respiratório agudo (ARDS). Esses modelos incluem infusão pulmo-arterial de ácido oleico, infusão de endotoxinas ou bactérias, ligadura cecal e punção, vários modelos de pneumonia, modelos de isquemia/reperfusão pulmonar e, claro, modelos de esgotamento surfactante, entre outros. O esgotamento surfactante produz uma rápida e reprodutível deterioração da troca de gás pulmonar e hemodinâmica e pode ser induzido em suínos anestesiados usando lavages pulmonares repetidas com 0,9% de soro fisiológico (35 mL/kg de peso corporal, 37 °C). O modelo de esgotamento surfactante suporta investigações com monitoramento respiratório e hemodinâmico padrão com dispositivos clinicamente aplicados. Mas o modelo sofre de uma recrutamento relativamente alta e ventilação com altas pressões das vias aéreas pode reduzir imediatamente a gravidade da lesão reabrindo áreas pulmonares ateleáticas. Assim, este modelo não é adequado para investigações de regimes de ventilação que utilizam altas pressões das vias aéreas. Uma combinação de esgotamento surfactante e ventilação prejudicial com alto volume de maré/baixa pressão final positiva (alta TV/peep baixo) para causar lesão pulmonar induzida pelo ventilador (VILI) reduzirá a capacidade de recrutamento da lesão pulmonar resultante. As vantagens de uma indução oportuna e a possibilidade de realizar pesquisas experimentais em um ambiente comparável a uma unidade de terapia intensiva são preservadas.

ArelaçãoP a O2/FIO2diminuiu durante a lavagem do surfactante em todos os animais(Figura 3). A hipoxemia resultante, hipercapnia e atelectasia causaram um aumento na pressão arterial pulmonar. Os detalhes das lavages pulmonares já estão descritos em outros lugares6.
O esgotamento do surfactante foi repetido até que a relaçãoPa O2/FIO2 permaneceu a...

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

Uma combinação de lavagem surfactante usando soro fisiológico de 0,9% (35 mL/kg de peso corporal, 37 °C) e ventilação de alto volume de maré com peep baixo para causar lesão pulmonar induzida por ventilador moderado (VILI) resulta em síndrome experimental de angústia respiratória aguda (ARDS). Este método fornece um modelo de lesão pulmonar com baixa/limitada capacidade de recrutamento para estudar o efeito de várias estratégias de ventilação por longos períodos.

Esgotamento do surfactante combinado com ventilação prejudicial resulta em um modelo reprodutível da Síndrome do Sofrimento Respiratório Agudo (ARDS)

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

A combinação de lavagem surfactante com ventilação prejudicial reduz a capacidade de recrutamento da lesão pulmonar em comparação com modelos com lavagem exclusiva de surfactante. O modelo é reproduzível e não requer técnicas adicionais. Além disso, um modelo de dois hits imita de perto a situação clínica realista.A baixa capacidade de recrutamento desse modelo apoia a investigação experimental de novas estratégias de ventilação, abrindo caminho para a tradução da pesquisa pulmonar experimental sobre a prática clínica. Para começar, defina os parâmetros de ventilação mecânica conforme descrito no manuscrito do texto, e direja uma pressão parcial expiratória final de dióxido de carbono de 35 a 40 milímetros de mercúrio e uma saturação de oxigênio acima de 95%, Use uma infusão intravenosa contínua de tiopentona e fentanil para manter a anestesia, e administrar um relaxante muscular, se necessário. Cannula a veia jugular externa com um cateter venoso central, e insira a bainha introdutor do cateter arterial pulmonar na mesma veia.Em seguida, cannulate a artéria femoral para monitoramento invasivo da pressão arterial. Calibrar os transdutores contra a atmosfera, que é zero milímetros de mercúrio e 200 milímetros de mercúrio para a linha arterial, e 50 milímetros de mercúrio para a linha venosa central, e começar a monitorar conectando-os ao cateter arterial e à linha venosa central. Conecte o cateter da artéria pulmonar ao sistema transdutor de pressão e calibra o transdutor contra a atmosfera e 100 milímetros de mercúrio.Em seguida, introduza o cateter da artéria pulmonar através da baia introdutor com um balão deflacionado por 10 a 15 centímetros, dependendo do comprimento da baia. Uma vez que o balão tenha deixado a baanha, infle-a e avance ainda mais o cateter da artéria pulmonar enquanto monitora a pressão. Empurre o cateter da artéria pulmonar para a frente quando o átrio direito, o ventrículo direito e as ondas de pressão da artéria pulmonar aparecerem no monitor, e parem quando a onda de pressão da cunha capilar pulmonar for vista.Em seguida, registe a pressão da cunha capilar pulmonar no final da expiração e esvazie o balão. Calcule os parâmetros de pressão descritos no manuscrito do texto e registe as configurações e medidas respiratórias necessárias para completar o conjunto de dados. Ventile o animal com uma fração de oxigênio inspirado de um, em seguida, desconecte o animal do ventilador.Encha os pulmões com soro fisiológico pré-aquecido usando um funil conectado ao tubo endotraqueal. Pare se a pressão arterial média diminuir abaixo de 50 milímetros de mercúrio. Escorra o fluido de lavagem baixando o funil para o nível do solo, e monitore a onda.Reconecte-se ao animal ao ventilador para oxigenação e espere até que o animal se recupere, em seguida, repita lavages até que o índice horowitz diminua abaixo de 100 milímetros de mercúrio por pelo menos cinco minutos em uma fração de oxigênio inspirado de um, e uma pressão final positiva expiratória acima de cinco milibar. Pegue uma amostra de gás arterial após cinco minutos após cada lavagem. Mantenha a fração de oxigênio inspirado em um, e coloque o ventilador no modo de ventilação controlado por pressão e garantia de volume.Aumente o limiar de alarme para pressão inspiratória de pico para 60 milibar. Reduza a taxa respiratória e defina a razão de inspiração para expiração, em seguida, aumente o volume da maré lentamente até 17 mililitros por quilograma de peso corporal ao longo de pelo menos dois minutos. Não aumente ainda mais o volume da maré se uma pressão inspiratória de 60 milibarbares for atingida.Reduza a pressão de expositora final positiva para dois milibar e ventile o animal por até duas horas. O índice Horowitz diminuiu durante a lavagem de surfactante em todos os animais, mas a manobra de recrutamento resultou em um notável aumento na oxigenação após a lavagem do surfactante. A ventilação prejudicial de duas horas diminuiu a capacidade de recrutamento pulmonar em relação à troca de gás e à pressão arterial pulmonar média.Os parâmetros de troca de gás foram melhorados com grandes volumes de maré devido ao recrutamento cíclico, enquanto a pressão arterial pulmonar média foi elevada devido às altas pressões intratorácicas e hipercapnia. Imagens tomográficas computadorizadas dos pulmões mostraram atelectasia extensiva das áreas dependentes do pulmão durante a ventilação, com uma pressão expiratória final positiva de seis milibarários, que se resolveu em grande parte quando a ventilação foi escalada para uma pressão expiratória final positiva de 15 milibarbar. No entanto, as opacities de vidro terrestre substancialmente onipresente não se resolveram.As opacities alveolares observadas com uma pressão expiratória final positiva de 15 milibares indicaram danos estruturais dos pulmões. Também foram observados no exame post mortem dos pulmões. Ao tentar este protocolo, é importante ajustar a duração da ventilação prejudicial porque danos estruturais pulmonares não podem ser recrutados, e um animal pode morrer prematuramente se a lesão for muito extensa.A combinação de esgotamento surfactante e ventilação prejudicial apoia a investigação de terapias que resultam em recrutamento rápido de regiões pulmonares ateleáticas, como modos de ventilação com altas pressões ventilatórias.

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

Ventilação a pressão controlada para induzir lesão pulmonar aguda em ratos

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

Medicina

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

Um método de pesquisa para detecção de isquemia miocárdica transitória em pacientes com síndrome coronariana aguda Utilizando Análise do segmento ST contínua

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

induzida por lavagem de surfactante Esgotamento em porcos como modelo da Síndrome da Angústia Respiratória Aguda (SARA)

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

Avaliação do resultado principal em um modelo suíno de Infarto Agudo do Miocárdio

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

Abrir traqueostomia ácido gástrico aspiração Modelo murino de lesão pulmonar aguda Resultados em Maximal aguda não-letal 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

Medida repetida de actividade muscular respiratória e Ventilação no rato modelos de doença neuromuscular

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

Uma abordagem de diagnóstico resolvida por componente para um estudo sobre alergênios de pólen de grama em sulistas chineses com rinite alérgica e / ou asma

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

Monitorização hemodinâmica invasiva da hemodinâmica da artéria aórtica e pulmonar em um grande modelo Animal de SDRA

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

Ácido oleico-injeção nos suínos como um modelo para a síndrome respiratória aguda

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

A pneumonectomia esquerda combinado com Monocrotaline ou Sugen como modelo de hipertensão pulmonar em ratos

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