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 erkänner tacksamt birgit Brandts utmärkta tekniska hjälp. Denna studie stöddes av ett bidrag från det tyska federala utbildnings- och forskningsministeriet (FKZ 13GW0240A-D).

Experimenten utfördes vid Institutionen för experimentell medicin, Charité - Universitetsmedicin, Berlin, Tyskland (certifierad enligt EN DIN ISO 9001:2000) och godkändes av de federala myndigheterna för djurforskning i Berlin, Tyskland, före experimenten (G0229/18). Principerna för djurvård i laboratorier användes i alla experiment och är förenliga med riktlinjerna från European and German Society of Laboratory Animal Sciences.
1. Laboratoriedjur och djurskydd
<ol><li>Utför all...

<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>

Denna artikel beskriver induktion av experimentella ARDS hos grisar som kombinerar tensid utarmning av upprepade lung lavages och ventilation med hög tidvatten volymer, låg PEEP och fullständig inflation/deflation av lungorna. Denna kombination orsakar en reproducerbar och jämförbar försämring av gasutbytet och den resulterande hemodynamiska kompromissen men begränsar rekrytbarheten hos lungorna. Således efterliknar denna modell kliniska ARDS med låg rekrytbarhet och möjliggör undersökning av nya ventilation...

Dödligheten i akut respiratoriskt nödsyndrom (ARDS) är fortfarande hög med värden över 40%1 trots intensiv forskning sedan dess första beskrivning av Ashbough och Petty 19672. Naturligtvis är undersökningen av nya terapeutiska metoder begränsad i kliniken på grund av etiska problem och bristen på standardisering av underliggande patologier, omgivande tillstånd och sammediciner, medan djurmodeller möjliggör systematisk forskning under standardiserade förhållanden.
Experimentella ARDS har således inducerats hos antingen stora djur (t.ex. grisar) eller små djur (t.ex. gnagare) med olika metoder som pulmo-arteriell infusion av oljesyra, intravenös (dvs. infusion av bakterier och endotoxiner) eller cekal ligatur och punktering (CLP) modeller som orsakar sepsisinducerad ARDS. Dessutom används direkta lungskador orsakade av brännskador och rökinandning eller lungaschemi/reperfusion (I/R). En ofta använd modell av direkt lungskada är tensidutarmning med lungsköljor som först beskrivs av Lachmann et al. hos marsvin4.
Utarmning av tensider är en mycket reproducerbar metod som snabbt resulterar i kompromisser i gasutbyte och hemodynamik5. En stor fördel är möjligheten att tillämpa utarmning av tensider i stora arter som möjliggör stödforskning med kliniskt använda mekaniska ventiler, katetrar och bildskärmar. En stor nackdel med den ytaktiva utarmningsmodellen är dock den omedelbara rekryteringen av atelektatiska lungområden när högt luftvägstryck eller rekryteringsmanövrer, såsom benägen positionering, tillämpas. Således är modellen inte lämplig för att undersöka, t.ex. automatiserad ventilation med höga PEEP-nivåer under längre tid6. Yoshida et al. beskrev en kombination av ytaktiv utarmning och ventilation med högt inandningsluftvägstryck för att inducera experimentell ARDS7, men deras modell kräver ett noggrant upprätthållande av partiellt syretryck (PaO 2 ) i en fördefinieradkorridorvia upprepad provtagning av blodgas och justering av körtrycket enligt en glidande tabell med inandningstryck och PEEP.
Sammantaget kan en modell med en alltför aggressiv skadlig ventilation eller en mödosam, upprepad justering av ventilationsregimen resultera i strukturella skador på lungorna, vilket är för allvarligt och resulterar i efterföljande multipel organsvikt. Således ger denna artikel en detaljerad beskrivning av en lätt genomförbar modell av tensidutarmning plus skadlig ventilation med hög TV / låg PEEP för induktion av experimentell ARDS, som stöder forskning med kliniskt använda ventilationsparametrar under längre 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)

Olika djurmodeller finns för att studera de komplexa pathomechanismsna av akut respiratoriskt nödsyndrom (ARDS). Dessa modeller inkluderar pulmo-arteriell infusion av oljesyra, infusion av endotoxiner eller bakterier, cekal ligatur och punktering, olika lunginflammationsmodeller, lungischemi / reperfusionsmodeller och naturligtvis tensidutarmningsmodeller, bland andra. Utarmning av tensid ger en snabb, reproducerbar försämring av utbytet av lunggas och hemodynamik och kan induceras hos bedövade grisar med upprepade lungsköljningar med 0,9% saltlösning (35 ml/kg kroppsvikt, 37 °C). Den tensid utarmning modellen stöder undersökningar med standard luftvägarna och hemodynamic övervakning med kliniskt tillämpade enheter. Men modellen lider av en relativt hög rekrytbarhet och ventilation med högt luftvägstryck kan omedelbart minska skadans svårighetsgrad genom att öppna vid eltaktiska lungområden igen. Således är denna modell inte lämplig för undersökningar av ventilatorregimer som använder högt luftvägstryck. En kombination av tensid utarmning och skadevållande ventilation med hög tidvatten volym/låg positiva slutet-expiratory tryck (hög Tv/låg PEEP) att orsaka ventilator inducerad lung skada (VILI) kommer att minska rekrytbarheten av den resulterande lungskadan. Fördelarna med en induktion i rätt tid och möjligheten att bedriva experimentell forskning i en miljö jämförbar med en intensivvårdsavdelning bevaras.

PaO2/FIO2-förhållandetminskade under ytbeläggningstvätt i alla djur (figur 3). Den resulterande hypoxemia, hypercapnia och atelectasis orsakade en ökning av pulmonell gatan tryck. Detaljerna i lung lavages beskrivs redan någon annanstans6.
Den tensid utarmningen upprepades tills PaO2/FIO2 förhållandet förblev under 100 mmHg trots mekanisk ventil...

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 kombination av tensid washout med 0,9% saltlösning (35 ml/kg kroppsvikt, 37 °C) och hög tidvattenvolym ventilation med låg PEEP för att orsaka måttlig ventilator inducerad lungskada (VILI) resulterar i experimentell akut respiratorisk nöd syndrom (ARDS). Denna metod ger en modell av lungskada med låg/begränsad rekrytbarhet för att studera effekten av olika ventilationsstrategier under längre perioder.

Utarmning av tensid i kombination med skadlig ventilation resulterar i en reproducerbar modell av akut respiratoriskt nödsyndrom (ARDS)

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

Kombinationen av surfactant wash-out med skadevållande ventilation minskar rekrytbarheten av lungskada jämfört med modeller med exklusiva tensid wash-out. Modellen är reproducerbar och kräver inga ytterligare tekniker. Dessutom efterliknar en två-hit modell nära den realistiska kliniska situationen.Den låga rekrytbarheten av denna modell stöder den experimentella undersökningen av nya ventilationsstrategier, vilket banar väg för översättning av experimentell lungforskning till klinisk praxis. För att börja, ställ in de mekaniska ventilationsparametrarna som beskrivs i textmanuskriptet och rikta in dig på ett slututplösningsdeltryck av koldioxid på 35 till 40 millimeter kvicksilver och en syremättnad över 95%Använd en kontinuerlig intravenös infusion av tiopenton och fentanyl för att bibehålla anestesin och administrera ett muskelavslappnande medel vid behov. Kanylera den yttre halsvenen med en central venkateter och för in införarhydren av lungartärkatetern i samma ven.Sedan kannulera lårbensartären för invasiv blodtrycksövervakning. Kalibrera givaren mot atmosfären, som är noll millimeter kvicksilver och 200 millimeter kvicksilver för artärlinjen, och 50 millimeter kvicksilver för den centrala venösa linjen, och börja övervaka genom att ansluta dem till artärkatetern och den centrala venösa linjen. Anslut lungartärkatetern till tryckomvandlarsystemet och kalibrera givaren mot atmosfären och 100 millimeter kvicksilver.Introducera sedan lungartärkatetern genom införarhydren med en deflaterad ballong i 10 till 15 centimeter, beroende på mantlängden. När ballongen har lämnat mantlan, blås upp den och för lungartärkatetern ytterligare medan du övervakar trycket. Tryck lungartärkatetern framåt när rätt atrium, rätt ventrikel och lungartärens tryckvågor visas på monitorn och sluta när lungkapillärkilens tryckvåg ses.Registrera sedan lungkeillärens kiltryck vid slutet av utgångsdatumet och töm ballongen. Beräkna tryckparametrarna som beskrivs i textmanuskriptet och registrera nödvändiga andningsinställningar och mätningar för att slutföra datauppsättningen. Ventilera djuret med en bråkdel av inspirerat syre av en och koppla sedan bort djuret från fläkten.Fyll lungorna med förvärmd saltlösning med en tratt ansluten till endotrakealröret. Stanna om det genomsnittliga arteriella trycket sjunker under 50 millimeter kvicksilver. Töm lavagevätskan genom att sänka tratten till marknivån och övervaka vågen.Återanslut till djuret till ventilatorn för syresättning och vänta tills djuret återhämtar sig, upprepa sedan lavar tills Horowitz-indexet minskar under 100 millimeter kvicksilver i minst fem minuter på en bråkdel av inspirerat syre på en och ett positivt utgångstryck över fem millibar. Ta ett kranskärlsblodgasprov efter fem minuter efter varje lavage. Håll fraktionen av inspirerat syre på ett och ställ in fläkten på det volymbekreade, tryckstyrda ventilationsläget.Höjning av larmtröskeln för topp inandningstryck till 60 millibar. Sänk andningshastigheten och ställ in förhållandet mellan inspiration och utgång och öka sedan tidvattenvolymen långsamt upp till 17 milliliter per kilo kroppsvikt under minst två minuter. Öka inte tidvattenvolymen ytterligare om ett inandningstryck på 60 millibar uppnås.Minska det positiva änd expositorytrycket till två millibar och ventilera djuret i upp till två timmar. Horowitz-indexet minskade under den tensidtvätten hos alla djur, men rekryteringsmanövern resulterade i en märkbar ökning av syresättningen efter den tensidtvätten. Den skadliga ventilationen av två timmar minskade lungrekryterbarhet med avseende på gasutbyte och det genomsnittliga pulmonell arteriella trycket.Gas utbyte parametrar förbättrades med hög tidvatten volymer på grund av att cykliska rekrytering, medan genomsnittliga pulmonell kranskärlens tryck höjdes på grund av höga intrathoracic tryck och hypercapnia. Datortomografisk avbildning av lungorna visade omfattande atelectasis av de beroende områdena i lungan under ventilationen, med en positiv slutet expiratory tryck på sex millibar, som löst till stor del när ventilationen eskalerades till en positiv slutet expiratory tryck på 15 millibar. De betydande allestädes närvarande malda glasopaciteterna löstes dock inte.De alveolar opaciteter som observerats med ett positivt slut expiratory tryck på 15 millibar anges strukturella skador på lungorna. De observerades också i obduktionen av lungorna. När du försöker detta protokoll är det viktigt att justera varaktigheten av skadlig ventilation eftersom strukturella lungskador inte kan rekryteras, och ett djur kan dö i förtid om skadan är för omfattande.Kombinationen av tensider utarmning och skadevållande ventilation stöder undersökningen av terapier som resulterar i snabb rekrytering av atelektatiska lungregioner, såsom ventilationslägen med högt ventilerande tryck.

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

Tryckstyrd ventilation för att framkalla akut lungskada hos möss

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

En forskningsmetod för att upptäcka Övergående myokardischemi hos patienter med misstänkt akut koronart syndrom Användning av kontinuerlig ST-segmentet analys

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-inducerad tensid Depletion i Pigs som en modell för den akut andnödssyndrom (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

Primära effektvariabeln i en grismodell av akut hjärtinfarkt

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

Öppna Trakeostomituber Gastric Acid aspiration Murina Modell av akut lungskada Resultat i Maximal Akut nonlethal 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

Upprepade mätningar av andningsmuskelaktivitet och Ventilation i musmodeller av neuromuskulära sjukdomar

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 komponentupplöst diagnosmetod för en studie om gräspollenallergener hos kinesiska sydliga med allergisk rhinit och / 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

Invasiva hemodynamiska övervakning av aorta och Pulmonell artär hemodynamiken i en stor djurmodell 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

Oljesyra-injektion hos svin som modell för akut respiratoriskt distressyndrom

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 vänstra Pneumonectomy kombinerat med Monocrotaline eller Sugen som en modell av Pulmonell Hypertension hos råttor

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