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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Agradecemos la excelente asistencia técnica de Birgit Brandt. Este estudio fue apoyado por una subvención del Ministerio Federal Alemán de Educación e Investigación (FKZ 13GW0240A-D).

Los experimentos se llevaron a cabo en el Departamento de Medicina Experimental, Charité - University Medicine, Berlín, Alemania (certificado según la norma EN DIN ISO 9001:2000) y fueron aprobados por las autoridades federales para la investigación con animales en Berlín, Alemania, antes de los experimentos (G0229/18). Los principios del cuidado de los animales de laboratorio se utilizaron en todos los experimentos y están de acuerdo con las directrices de la Sociedad Europea y Alemana de Ciencias de Animales de L...

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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>

Este artículo describe la inducción del SDRA experimental en cerdos que combina el agotamiento del surfactante por lavados pulmonares repetidos y la ventilación con altos volúmenes corrientes, peep bajo e inflación / deflación completa de los pulmones. Esta combinación provoca un deterioro reproducible y comparable en el intercambio gaseoso y el compromiso hemodinámico resultante, pero limita la capacidad de reclutamiento de los pulmones. Por lo tanto, este modelo imita el SDRA clínico con baja capacidad de recl...

La mortalidad del síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA) sigue siendo alta con valores superiores al 40%1 a pesar de la intensa investigación desde su primera descripción por Ashbough y Petty en 19672. Naturalmente, la investigación de nuevos enfoques terapéuticos es limitada en la clínica debido a preocupaciones éticas y la falta de estandarización de las patologías subyacentes, las condiciones ambientales y los comedicadores, mientras que los modelos animales permiten la investigación sistemática en condiciones estandarizadas.
Por lo tanto, el SDRA experimental se ha inducido en animales grandes (por ejemplo, cerdos) o animales pequeños (por ejemplo, roedores) utilizando varios métodos como la infusión pulmoarterial de ácido oleico, la infusión intravenosa (i.v.) de bacterias y endotoxinas, o los modelos de ligadura cecal y punción (CLP) que causan SDRA inducido por sepsis. Además, se utilizan lesiones pulmonares directas causadas por quemaduras e inhalación de humo o isquemia/reperfusión pulmonar (I/R)3. Un modelo de lesión pulmonar directa utilizado con frecuencia es el agotamiento del surfactante con lavados pulmonares como lo describieron por primera vez Lachmann et al. en conejillos de indias4.
El agotamiento del surfactante es un método altamente reproducible que resulta rápidamente en compromisos en el intercambio gaseoso y la hemodinámica5. Una ventaja importante es la posibilidad de aplicar el agotamiento del surfactante en especies grandes que permiten apoyar la investigación con ventiladores mecánicos, catéteres y monitores utilizados clínicamente. Sin embargo, una desventaja importante del modelo de agotamiento del surfactante es el reclutamiento instantáneo de áreas pulmonares atelectáticas cada vez que se aplican altas presiones en las vías respiratorias o maniobras de reclutamiento, como el posicionamiento prono. Por lo tanto, el modelo no es adecuado para investigar, por ejemplo, ventilación automatizada con altos niveles de PEEP para tiempos prolongados6. Yoshida et al. describieron una combinación de agotamiento y ventilación de surfactantes con altas presiones inspiratorias en las vías respiratorias para inducir el SDRA7experimental, pero su modelo requiere un mantenimiento elaborado de la presión parcial de oxígeno(Pa O2)en un corredor predefinido a través de muestreo repetido de gases en sangre y ajuste de la presión de conducción de acuerdo con una tabla deslizante de presión inspiratoria y PEEP.
En general, un modelo con una ventilación perjudicial demasiado agresiva o un ajuste laborioso y repetido del régimen de ventilación puede provocar daños estructurales en los pulmones, que son demasiado graves y dan lugar a una posterior insuficiencia orgánica múltiple. Por lo tanto, este artículo proporciona una descripción detallada de un modelo fácilmente factible de agotamiento de surfactante más ventilación perjudicial con TV alta / PEEP baja para la inducción de SDRA experimental, que apoya la investigación con parámetros de ventilación clínicamente utilizados durante 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)

Existen varios modelos animales para estudiar los complejos mecanismos pathomenísmos del síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA). Estos modelos incluyen infusión pulmo-arterial de ácido oleico, infusión de endotoxinas o bacterias, ligadura y punción cecal, varios modelos de neumonía, modelos de isquemia/reperfusión pulmonar y, por supuesto, modelos de agotamiento de surfactantes, entre otros. El agotamiento del surfactante produce un deterioro rápido y reproducible del intercambio gaseoso pulmonar y la hemodinámica y puede inducirse en cerdos anestesiados mediante lavados pulmonares repetidos con solución salina al 0,9% (35 ml/kg de peso corporal, 37 °C). El modelo de agotamiento de surfactantes apoya las investigaciones con monitoreo respiratorio y hemodinámico estándar con dispositivos aplicados clínicamente. Pero el modelo sufre de una capacidad de reclutamiento relativamente alta y la ventilación con altas presiones en las vías respiratorias puede reducir inmediatamente la gravedad de la lesión al reabrir las áreas pulmonares atelectáticas. Por lo tanto, este modelo no es adecuado para investigaciones de regímenes de ventiladores que utilizan altas presiones en las vías respiratorias. Una combinación de agotamiento del surfactante y ventilación perjudicial con alto volumen corriente / baja presión positiva al final de la espiración (TV alta / PEEP baja) para causar lesión pulmonar inducida por el ventilador (VILI) reducirá la capacidad de reclutamiento de la lesión pulmonar resultante. Se preservan las ventajas de una inducción oportuna y la posibilidad de realizar investigaciones experimentales en un entorno comparable a una unidad de cuidados intensivos.

Larelación Pa O2/ FIO2disminuyó durante el lavado del surfactante en todos los animales (Figura 3). La hipoxemia, hipercapnia y atelectasia resultantes causaron un aumento en la presión de la arteria pulmonar. Los detalles de los lavados pulmonares ya están descritos en otra parte6.
El agotamiento del surfactante se repitió hasta que la relación PaO2/ FIO<sub...

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

Una combinación de lavado con surfactante con solución salina al 0,9% (35 ml/kg de peso corporal, 37 °C) y ventilación de alto volumen corriente con PEEP baja para causar lesión pulmonar inducida por ventilador moderado (VILI) da como resultado un síndrome experimental de dificultad respiratoria aguda (SDRA). Este método proporciona un modelo de lesión pulmonar con capacidad de reclutamiento baja / limitada para estudiar el efecto de varias estrategias de ventilación durante períodos prolongados.

El agotamiento del surfactante combinado con ventilación perjudicial da como resultado un modelo reproducible del síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA)

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

La combinación del lavado con surfactante con ventilación perjudicial reduce la capacidad de reclutamiento de la lesión pulmonar en comparación con los modelos con lavado exclusivo con surfactante. El modelo es reproducible y no requiere técnicas adicionales. Además, un modelo de dos golpes imita de cerca la situación clínica realista.La baja capacidad de reclutamiento de este modelo apoya la investigación experimental de nuevas estrategias de ventilación, allanando el camino para la traducción de la investigación pulmonar experimental a la práctica clínica. Para comenzar, establezca los parámetros de ventilación mecánica como se describe en el manuscrito de texto, y apunte a una presión parcial espiratoria final de dióxido de carbono de 35 a 40 milímetros de mercurio y una saturación de oxígeno superior al 95% Use una infusión intravenosa continua de tiopentona y fentanilo para mantener la anestesia, y administre un relajante muscular si es necesario. Cannulate la vena yugular externa con un catéter venoso central e inserta la vaia introductora del catéter arterial pulmonar en la misma vena.Luego, canule la arteria femoral para un monitoreo invasivo de la presión arterial. Calibrar los transductores contra la atmósfera, que es cero milímetros de mercurio y 200 milímetros de mercurio para la línea arterial, y 50 milímetros de mercurio para la línea venosa central, y comenzar a monitorear conectándolos al catéter arterial y la línea venosa central. Conecte el catéter de la arteria pulmonar al sistema de transductor de presión y calibre el transductor contra la atmósfera y 100 milímetros de mercurio.Luego, introduzca el catéter de la arteria pulmonar a través de la hela introductora con un balón desinflado durante 10 a 15 centímetros, dependiendo de la longitud de la hela. Una vez que el balón haya salido de la vasea, infle y avance aún más el catéter de la arteria pulmonar mientras monitorea la presión. Empuje el catéter de la arteria pulmonar hacia adelante cuando aparezcan la aurícula derecha, el ventrículo derecho y las ondas de presión de la arteria pulmonar en el monitor, y deténgase cuando se vea la onda de presión de cuña capilar pulmonar.Luego, registre la presión de la cuña capilar pulmonar al final de la espiración y desinfle el balón. Calcule los parámetros de presión descritos en el manuscrito de texto y registre los ajustes respiratorios y las mediciones requeridas para completar el conjunto de datos. Ventile al animal con una fracción de oxígeno inspirado de uno, luego desconecte al animal del ventilador.Llene los pulmones con solución salina precalentada usando un embudo conectado al tubo endotraqueal. Deténgase si la presión arterial media disminuye por debajo de 50 milímetros de mercurio. Drene el líquido de lavado bajando el embudo al nivel del suelo y monitoree la ola.Vuelva a conectar al animal al ventilador para la oxigenación y espere hasta que el animal se recupere, luego repita los lavados hasta que el índice de Horowitz disminuya por debajo de 100 milímetros de mercurio durante al menos cinco minutos a una fracción de oxígeno inspirado de uno, y una presión espiratoria final positiva por encima de cinco milibares. Tome una muestra de gasote arterial después de cinco minutos después de cada lavado. Mantenga la fracción de oxígeno inspirado en uno y configure el ventilador en el modo de ventilación con control de presión y volumen garantizado.Aumente el umbral de alarma para la presión inspiratoria máxima a 60 milibares. Reduzca la frecuencia respiratoria y establezca la relación inspiración-espiración, luego aumente el volumen corriente lentamente hasta 17 mililitros por kilogramo de peso corporal durante al menos dos minutos. No aumente más el volumen corriente si se alcanza una presión inspiratoria de 60 milibares.Reduzca la presión expositiva final positiva a dos milibares y ventile al animal hasta por dos horas. El índice de Horowitz disminuyó durante el lavado del surfactante en todos los animales, pero la maniobra de reclutamiento resultó en un aumento notable en la oxigenación después del lavado del surfactante. La ventilación perjudicial de dos horas disminuyó la capacidad de reclutamiento pulmonar con respecto al intercambio gaseoso y la presión arterial pulmonar media.Los parámetros de intercambio gaseoso mejoraron con altos volúmenes corrientes debido al reclutamiento cíclico, mientras que la presión arterial pulmonar media se elevó debido a las altas presiones intratorácicas y la hipercapnia. Las imágenes tomográficas computarizadas de los pulmones mostraron una atelectasia extensa de las áreas dependientes del pulmón durante la ventilación, con una presión espiratoria final positiva de seis milibares, que se resolvió en gran medida cuando la ventilación se escaló a una presión espiratoria final positiva de 15 milibares. Sin embargo, las opacidades ubicuas sustanciales del vidrio esmerado no se resolvieron.Las opacidades alveolares observadas con una presión espiratoria final positiva de 15 milibares indicaron daño estructural de los pulmones. También se observaron en el examen post mortem de los pulmones. Al intentar este protocolo, es importante ajustar la duración de la ventilación perjudicial porque no se puede reclutar daño pulmonar estructural y un animal podría morir prematuramente si la lesión es demasiado extensa.La combinación de agotamiento del surfactante y ventilación perjudicial apoya la investigación de terapias que resultan en un reclutamiento rápido de regiones pulmonares atelectáticas, como los modos de ventilación con altas presiones ventilatorias.

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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Investigación

Medicina

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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

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