Hemorragische shock doodt elk jaar wereldwijd 1,9 miljoen mensen. Kleine dieren worden vaak gebruikt als hemorragische shockmodellen, maar worden geassocieerd met problemen op het gebied van standaardisatie, reproduceerbaarheid en klinische significantie, waardoor hun relevantie wordt beperkt. Dit artikel beschrijft de ontwikkeling van een nieuw klinisch relevant hemorragisch shockmodel bij ratten.
In de afgelopen decennia heeft de ontwikkeling van diermodellen ons in staat gesteld om verschillende pathologieën beter te begrijpen en nieuwe behandelingen te identificeren. Hemorragische shock, d.w.z. orgaanfalen als gevolg van snel verlies van een grote hoeveelheid bloed, wordt geassocieerd met een zeer complexe pathofysiologie waarbij verschillende routes betrokken zijn. Talrijke bestaande diermodellen van hemorragische shock streven ernaar om te repliceren wat er bij mensen gebeurt, maar deze modellen hebben grenzen in termen van klinische relevantie, reproduceerbaarheid of standaardisatie. Het doel van deze studie was om deze modellen te verfijnen om een nieuw model van hemorragische shock te ontwikkelen. Kort gezegd werd hemorragische shock geïnduceerd bij mannelijke Wistar Han-ratten (11-13 weken oud) door een gecontroleerde verbloeding die verantwoordelijk was voor een daling van de gemiddelde arteriële druk. De volgende fase van 75 minuten was het handhaven van een lage gemiddelde arteriële bloeddruk, tussen 32 mmHg en 38 mmHg, om de pathofysiologische routes van hemorragische shock op gang te brengen. De laatste fase van het protocol bootste de patiëntenzorg na met een toediening van intraveneuze vloeistoffen, Ringer Lactaat-oplossing, om de bloeddruk te verhogen. Lactaat- en gedragsscores werden 16 uur na het starten van het protocol beoordeeld, terwijl hemodynamische parameters en plasmatische markers 24 uur na het letsel werden geëvalueerd. Vierentwintig uur na inductie van hemorragische shock was de gemiddelde arteriële en diastolische bloeddruk verlaagd in de hemorragische shockgroep (p < 0,05). Hartslag en systolische bloeddruk bleven onveranderd. Alle markers voor orgaanschade waren verhoogd met de hemorragische shock (p < 0,05). De lactatemie- en gedragsscores waren verhoogd in vergelijking met de schijngroep (p < 0,05). Concluderend hebben we aangetoond dat het hier beschreven protocol een relevant model van hemorragische shock is dat in latere studies kan worden gebruikt, met name om het therapeutisch potentieel van nieuwe moleculen te evalueren.
Hemorragische shock (HS) is een shocktoestand die wordt gekenmerkt door aanzienlijk verlies van bloedvolume, resulterend in weefseldysoxie. HS is een complexe pathologie die hemodynamische en metabolische veranderingen associeert, samen met pro- en anti-inflammatoire reacties. Elk jaar worden wereldwijd ongeveer 1,9 miljoen sterfgevallen toegeschreven aan de bloeding en de gevolgenervan1. De huidige richtlijnen voor de zorg hebben voornamelijk betrekking op intraveneuze vloeistoftoediening (al dan niet aangevuld met vasoactieve moleculen) en zuurstoftherapie. Deze behandelingen zijn echter symptomatisch en kunnen ineffectief zijn, wat verklaart waarom de HS-geassocieerde mortaliteit hoog blijft2. Dit rechtvaardigt het belang van het identificeren van nieuwe moleculaire en cellulaire mechanismen en dus behandelingen om de mortaliteit te verminderen.
Diermodellen maken het mogelijk om de pathofysiologische mechanismen die betrokken zijn bij ziekten te ontcijferen en nieuwe therapeutische strategieën te testen. Er bestaan talloze diermodellen van hemorragische shock in de literatuur. Deze modellen verschillen niet alleen in de gebruikte soorten, maar ook in de middelen om HS te induceren (bijv. vaste druk versus vast volume) (Tabel 1, Tabel 2)3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13 . Ook variëren protocollen binnen hetzelfde type model (bijv. tijdstip van bloeding, gerichte gemiddelde arteriële druk) (tabel 3)14,15,16,17,18,19,20. Gezien de grote verscheidenheid aan bestaande hemorragische shockmodellen en de complexiteit van het repliceren van de klinische situatie, blijft de preklinische studie van deze pathologie beperkt. De ontwikkeling van een reproduceerbaar, standaardiseerbaar en eenvoudig te implementeren hemorragisch schokmodel is in ieders belang. Dit zou de vergelijking tussen de verschillende studies vergemakkelijken en zo de complexe pathofysiologie van de hemorragische shock ontrafelen. Het doel van dit protocol was om een nieuw klinisch relevant model van hemorragische shock bij ratten te ontwikkelen met behulp van twee opeenvolgende fasen van bloeding met een vast volume, gevolgd door een vaste fase van lage bloeddruk.
Tabel 1: Soorten gebruikt als model voor hemorragische shock 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Tabel 2: De verschillende soorten hemorragische shock13. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Tabel 3: Voorbeeld van de diversiteit van experimentele modellen van hemorragische shock bij ratten geïnduceerd door een vast drukprotocol. Samenvatting van parameters voor verschillende experimentele modellen van hemorragische shock. Bloedvaten die in het rood worden weergegeven, zijn slagaders en die in het blauw zijn aders. Voor reanimatie wordt het volume bloed dat wordt bemonsterd als referentie gebruikt (bloed: reanimatie met een volume dat identiek is aan dat van bloed dat tijdens shock wordt bemonsterd; x2: reanimatie met een volume dat tweemaal zo groot is als bloed dat tijdens shock wordt bemonsterd; x4: reanimatie met een volume dat vier keer zo groot is als bloed dat tijdens shock wordt bemonsterd). MAP: gemiddelde arteriële druk; RL: Ringer lactaat 14,15,16,17,18,19,20. Klik hier om deze tabel te downloaden.
In dit artikel hebben we voor het eerst een representatief rattenmodel van hemorragische shock beschreven op basis van een mix tussen de modellen met vaste druk en een vast volume. We hebben aangetoond dat ons model 24 uur na de schokinductie geassocieerd is met een verandering van hemodynamische parameters en metabolisme.
Vanwege de complexe pathofysiologie vereist de studie van hemorragische shock het gebruik van geïntegreerde diermodellen. In vitro benaderingen kunnen inderdaad niet alle routes nabootsen die betrokken zijn bij deze ziekte. Het ontwaken van de dieren na het hemorragische shockprotocol is een stap die zorgt voor een betere replicatie van de klinische situatie. Vanwege de moeilijkheid om de dieren wakker te maken, zijn er maar heel weinig studies die deze fase hebben opgenomen. De zeldzame onderzoeken waarbij dieren wakker worden, offeren ze op korte tijdstippen (2 uur of 6 uur), wat niet volledig weerspiegelt wat er gebeurt voor patiënten 16,18,23,24. Ondanks de ontwikkeling van hemorragische shockmodellen, hebben slechts enkele studies parameters (ontsteking, apoptose, orgaandisfunctie) 24 uur na de schokinductie geëvalueerd, waardoor de moeilijkheid van dit soort protocol wordt benadrukt 25,26,27. De ontwikkeling van computer- en wiskundige modellen heeft een revolutie teweeggebracht in het onderzoek. Er zijn talloze wiskundige modellen van hemorragische shock ontwikkeld, maar de meeste van deze modellen houden geen rekening met het volledige scala aan lichaamsvloeistofuitwisselingen tijdens hemorragische shock en moeten worden verbeterd voordat ze mogelijk klinisch toepasbaar zijn28. Tot op heden is een van de belangrijkste uitdagingen de ontwikkeling van een diermodel dat de pathologie bij de mens zo goed mogelijk nabootst.
In de literatuur wordt een groot aantal hemorragische shockmodellen beschreven die verschillen via vasculaire benaderingen, afgenomen bloedvolumes of de gerichte druk13. Meer in het algemeen kunnen de hemorragische shockmodellen worden ingedeeld in 3 groepen: bloeding met een vast volume, bloeding met een vaste druk en ongecontroleerde bloeding. De standaardisatie en reproduceerbaarheid met de bloeding met een vast volume zijn moeilijk en worden verklaard door de verhouding bloedvolume/lichaamsgewicht, die lineair afneemt met het gewicht van de rat. De bloeding met vaste druk wordt veel gebruikt, wat verklaart dat de instellingen (gerichte druk, duur van de schok) zeer variabel zijn van het ene onderzoek naar het andere, waardoor het moeilijk is om de resultaten van het ene model naar het andere te transponeren. Het is ook belangrijk erop te wijzen dat hemodynamische stoornissen, die een cruciale rol spelen in de pathofysiologie van hemorragische shock, niet systematisch worden beoordeeld, wat de discrepantie in resultaten tussen onderzoeken zou kunnen vergroten. Ten slotte roept het model voor ongecontroleerde bloedingen, hoewel klinisch relevant, vragen op over reproduceerbaarheid en ethiek. Om klinische relevantie, standaardisatie en reproduceerbaarheid zoveel mogelijk met elkaar te verzoenen, hebben we een gemengd model ontwikkeld met zowel fasen met een vast volume als met een vaste druk.
In het hier beschreven model worden de temperatuur en de ademhalingsfrequentie 24 uur na de operatie niet gewijzigd. Dit kan worden verklaard door het feit dat de operatie onder steriele omstandigheden wordt uitgevoerd, waardoor de pro-inflammatoire reactie wordt beperkt. Hemorragische shock wordt gedefinieerd als een acuut falen van de bloedsomloop als gevolg van bloedverlies dat gepaard gaat met een daling van de bloeddruk. Net als bij mensen veroorzaakt dit model van hemorragische shock een afname van de gemiddelde arteriële druk, met name als gevolg van een verlaging van de diastolische bloeddruk. Interessant is, en zoals eerder beschreven, dat de hartslag ongewijzigd is na de reanimatiefase in dit model van hemorragische shock 29,30,31. De daling van de gemiddelde arteriële druk wordt waarschijnlijk geassocieerd met een verminderde orgaanperfusie, wat leidt tot multiviscerale disfunctie, wat kan worden geïllustreerd door de toename van verschillende plasmatische markers in ons model (creatininemie, cardiaal troponine T, ASAT en ALAT). De verstoring van de zuurstoftoevoer leidt tot een anaëroob metabolisme, wat een toename van lactatemie veroorzaakt32. Zoals eerder beschreven, leidt dit model van hemorragische shock tot een verhoging van de bloedlactaatspiegels30. Deze toename kan in verband worden gebracht met de ischemie die wordt veroorzaakt ter hoogte van de dijbeenslagader. Gezien het feit dat de dieren in de schijngroep fysiologische lactatemie hebben en dezelfde chirurgische ingreep hebben ondergaan als de hemorragische shockgroep, lijkt het erop dat deze toename verband houdt met het hemorragische shockprotocol. Al deze gegevens samen bevestigen dat het in deze studie beschreven protocol de ontwikkeling van een nieuw relevant model van hemorragische shock bij de rat mogelijk maakt.
De beperking van dit model is het gebruik van heparine, dat essentieel is om de natuurlijke stolling van bloed te verminderen wanneer het in contact komt met plastic materialen zoals canules. Het gebruik van heparine kan echter invloed hebben op de coagulopathie die gepaard gaat met traumatische hemorragische shock33. Bij dit onderzoek zijn gezonde mannelijke dieren van 11-13 weken oud betrokken. Aangezien geslacht, leeftijd en comorbiditeiten (hypertensie, diabetes, enz.) de resultaten kunnen beïnvloeden, zou het relevant zijn om hun impact in ons model te evalueren. In het protocol wordt de reanimatiestap uitgevoerd via een injectie met Ringer Lactaat, een kristalloïde die coagulopathie en weefseloedeem kan bevorderen34. Hoewel het gebruik van bloedproducten optimaal is, zijn deze schaars en bederfelijk en kan het moeilijk zijn om voldoende rattenbloed te hebben voor het hele protocol. Bloedproduct en op kristalloïden/colloïden gebaseerde reanimatie hemorragische shockmodellen zijn twee complementaire benaderingen.
De sterke punten van dit model zijn 1) de hoge reproduceerbaarheid (geïllustreerd door de lage variabiliteit in de resultaten), 2) het gebruiksgemak (de meeste instrumenten zijn klassiek en vasculaire benaderingen zijn bekend) en 3) de klinische relevantie, met name vanwege het ontwaken van dieren en multi-viscerale disfunctie. Op basis van de gedragsscore beschreven in Aanvullend Dossier 1 zijn limietpunten vastgesteld. Het offer wordt besproken als een score boven de 9 wordt bereikt, volgens de bijgevoegde tabel. Als een score van 11 wordt bereikt, wordt het dier systematisch geëuthanaseerd. In deze studie bereikte geen van de dieren een score hoger dan 8, en daarom werd geen van de dieren uitgesloten van de studie. Dit kan verklaren waarom het hier beschreven model geassocieerd is met een sterftecijfer dat 3 keer lager is dan dat van de andere 24-uurs studie (16% vs. 47%)25.
De kritieke stap van het model is de hemorragische shockfase. Het is belangrijk om het drukbereik van 32-38 mmHg te respecteren. We hebben zelfs waargenomen dat het handhaven van de gemiddelde arteriële druk onder 32 mmHg resulteerde in een snelle en abrupte drukdaling. Omgekeerd levert het handhaven van een druk boven 38 mmHg geen model op dat voldoende dicht bij de klinische realiteit staat. Deze waarnemingen zijn in overeenstemming met het interval van de gemiddelde arteriële druk dat in andere modellen wordt beoogd13.
Concluderend hebben we aangetoond dat het hemorragische shockmodel bij ratten dat in deze studie is beschreven, klinisch relevant is en nuttig kan zijn voor zowel het begrijpen van pathofysiologische mechanismen door het identificeren van nieuwe biologische actoren/routes als voor het identificeren van nieuwe therapeutische strategieën door het testen van verschillende kandidaat-moleculen.
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd ondersteund door “Société Française d’Anesthésie et de Réanimation” (Parijs, Frankrijk), “Fondation d’entreprises Genavie” (Nantes, Frankrijk), “Fédération française de cardiologie” (Frankrijk), “Agence nationale de la recherche” (20-ASTC-0032-01-hErOiSmE) (Parijs, Frankrijk) en “Direction Générale de l’Armement” (Parijs, Frankrijk). Thomas Dupas werd tijdens zijn doctoraat ondersteund door subsidies van de Direction Générale de l’Armement (DGA), Frankrijk en Région des Pays de la Loire. Antoine Persello werd tijdens zijn doctoraat ondersteund door subsidies van InFlectis BioScience, Frankrijk. Wij danken het “Agence Nationale de la Recherche” (Parijs, Frankrijk), “Direction Générale de l’Armement” (Parijs, Frankrijk) en de vereniging “Sauve ton coeur” (Frankrijk) om dit werk te ondersteunen. Wij danken de UTE IRS-UN kernfaciliteit (SFR Bonamy, Nantes Université, Nantes, Frankrijk) en de IBISA-kernfaciliteit Therassay (Nantes, Frankrijk) voor hun hulp en technische ondersteuning.
1 mL syringe | TERUMO | MDSS01SE | |
2.5 mL syringe | TERUMO | SS*02SE1 | |
20 mL syringe | TERUMO | MDSS20ESE | |
Anesthesia induction chamber | TEMSEGA | HUBBIV4 | |
BD Microlance 3 23 G needle | Becton Dickinson | 300800 | |
BD Microlance 3 26 G needle | Becton Dickinson | 304300 | |
Blood pressure transducer | emka TECHNOLOGIES | BP_T | |
Buprecare | Axience | N/A | 1 mL vial, buprenorphine 0.3 mg/mL |
DE BAKEY, Atraumatic Vascular Forceps | ALLGAIER instrumente medical | 09-543-150 | |
Dermal Betadine 10% | Mylan | N/A | 125 mL bottle |
Fine Forceps – Curved / Serrated | Fine Science Tools | 11065-07 | |
GraphPad Prism 8 | GraphPad by Dotmatics | – | |
Heating mats | TEMSEGA | OPT/THERM_MATELASSTEREORATS | |
Heparin sodium | PANPHARMA | N/A | 5 mL bottle, 5,000 UI/mL |
IOX2 software | emka TECHNOLOGIES | IOX_BASE_4c + IOX_FULLCARDIO_4a | |
Iris Scissors – ToughCut | Fine Science Tools | 14058-11 | |
Lidocaine | Fresenius | N/A | 10 mL bootle, 8.11 mg, lidocaine hydrochloride |
MiniHub-V3.2 | TEMSEGA | PF006 | |
Moria 201/A Vessel Clamp – Straight | Fine Science Tools | 18320-11 | |
Non sterile compresses | Raffin | 70189 | |
Non sterile drape | Dutscher | 30786 | |
Olsen-Hegar Needle Holder with Scissors | Fine Science Tools | 12002-12 | |
Polyethylene tubing PE10 | PHYMEP | BTPE-10 | |
Polyethylene tubing PE50 | PHYMEP | BTPE-50 | |
Rats | Charles Rivers | – | Male WISTAR HAN (10 weeks) |
Rectal probe | TEMSEGA | SONDE_TEMP_RATS | |
Ringer Lactates | Fresenius Kabi | 964175 | |
Scrub Betadine 4% | Mylan | N/A | 125 mL bottle |
Sevoflurane | Abbott | N/A | 250 mL bottle, gas 100% |
Sevoflurane Vaporizer | TEMSEGA | SEVOTEC3NSELEC | |
StatStrip lactate test strips | Nova Biomedical | 47486 | |
StatStrip Xpress lactate Meter | Nova Biomedical | 47486 | |
Sterile compresses | Laboratoire SYLAMED | 211S05-50 | |
Sterile drape | Mölnlycke | 800330 | |
Steriles gloves | MEDLINE | MSG7275 | |
Suture | Optilene | 3097141 | |
Suture for vessels | SMI | 8150046 | |
Syringe pump | Vial médical | 16010 | |
usbAMP | emka TECHNOLOGIES | – | |
Vannas Spring Scissors | Fine Science Tools | 15000-00 | |
Vaseline | Cooper | N/A | 10 mL vial |
Vitamin A Dulcis (ALLERGAN) | Allergan | N/A | 10 g tube, Retinol |