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La lesión renal aguda (IRA) es una complicación grave en el paciente crítico y se relaciona con un aumento de la mortalidad. Aquí, presentamos un modelo in vivo confiable y reproducible para imitar la LRA en condiciones inflamatorias que podría contribuir a la comprensión de la patogénesis de la LRA séptica.
La LRA en pacientes sépticos se asocia con un aumento de la mortalidad y un mal pronóstico, a pesar de los grandes esfuerzos para refinar la comprensión de su fisiopatología. Aquí, se presenta un modelo in vivo que combina un foco séptico estandarizado para inducir LRA y una configuración de cuidados intensivos (UCI) para proporcionar un monitoreo hemodinámico avanzado y una terapia comparable en la sepsis humana. La sepsis es inducida por la peritonitis estandarizada del stent del colon ascendente (sCASP). La LRA se investiga funcionalmente mediante la medición de muestras de sangre y orina, así como histológicamente mediante la evaluación de las puntuaciones histopatológicas. Además, la monitorización hemodinámica avanzada y la posibilidad de tomar muestras repetitivas de gases en sangre permiten un análisis diferenciado de la gravedad de la sepsis inducida.
El método sCASP es un método estandarizado, fiable y reproducible para inducir LRA séptica. La configuración de cuidados intensivos, la monitorización hemodinámica y de intercambio gaseoso continua, la baja tasa de mortalidad, así como la posibilidad de realizar análisis detallados de la función renal y las deficiencias son ventajas de esta configuración. Por lo tanto, el método descrito puede servir como un nuevo estándar para las investigaciones experimentales de la LRA séptica.
La sepsis sigue siendo la principal causa de muerte en las unidades de cuidados intensivos (UCI) no cardíacas, con tasas de mortalidad del 30 al 50% ≈1,2,3. Una característica distintiva de la sepsis grave y el shock séptico es la lesión renal aguda que provoca un aumento adicional de la tasa de mortalidad cuando se asocia a disfunción orgánica a distancia, como insuficiencia cardíaca y respiratoria 4,5,6. La incidencia global de LRA en pacientes de UCI varía del 20 al 50%7. A pesar del papel fundamental de la LRA en relación con el resultado y la mortalidad en la sepsis, el mecanismo patológico subyacente aún no se conoce bien.
En general, existen los 3 componentes principales: inflamación, lesión tóxica y cambios hemodinámicos que contribuyen al desarrollo de LRA7. Los cambios hemodinámicos incluyen reducción del flujo sanguíneo renal (FSR) e isquemia renal global o regional. En este caso, hay que tener en cuenta que la sepsis también puede causar un deterioro de la microcirculación renal debido a la hipotensión sistémica y/o a la ruptura de la barrera endotelial8. Por lo tanto, el estudio de la LRA séptica debe incluir siempre la monitorización hemodinámica. Los estudios in vivo recientes sobre LRA utilizaron mayoritariamente modelos animales, como la lesión por isquemia-reperfusión renal o la nefrectomía bilateral. Estos estudios generalmente mostraron una falta de monitoreo hemodinámico y cuidados intensivos.
La investigación de posibles nuevos mecanismos patológicos y terapias de la LRA séptica requiere un modelo in vivo con un foco séptico definido, una configuración de cuidados intensivos, un resultado predecible y una lesión orgánica 9,10,11,12. Aquí, describimos un modelo innovador de roedores para LRA séptica que cumple con los requisitos mencionados anteriormente. La LRA séptica es inducida por la peritonitis estandarizada del stent del colon ascendente (sCASP). El modelo sCASP utilizado provoca una sepsis abdominal por una fuga fecal intestinal que conduce a la invasión bacteriana y al fallo multiorgánico13. Se ha demostrado que los cambios fisiopatológicos después de la CASP son similares a los de la sepsis humana y, por lo tanto, la CASP representa un modelo clínicamente relevante en la investigación de la sepsis11,14.
Además, en el protocolo experimental se establece una configuración de cuidados intensivos (UCI) que comprende una monitorización hemodinámica avanzada y terapia de UCI. La configuración de la UCI permite la reanimación con líquidos, la aplicación de analgesia por vía intravenosa y el análisis repetitivo de gases en sangre. La función renal se evalúa mediante la medición de valores estándar como la creatinina y el aclaramiento de inulina y ácido p-aminohipúrico (HAP). Al final del experimento, las puntuaciones patológicas de los tejidos y órganos extraídos proporcionan información adicional. El modelo sCASP para inducir LRA séptica ya está evaluado y reveló nuevos conocimientos en patología renal15. La aplicación adicional de este protocolo que se presenta a continuación podría ayudar a refinar la comprensión de la LRA séptica.
Todos los procedimientos con animales fueron aprobados por el Comité de Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio del Distrito de Unterfranken, Alemania, y se llevaron a cabo de acuerdo con la Declaración de Helsinki.
1. Preparación quirúrgica e instalación de monitorización invasiva y medicación continuada
2. Procedimiento sCASP
3. Procedimiento postoperatorio
4. Preparación de las mediciones el segundo día
5. Evaluación de la función renal
6. Fin de los experimentos
Como ya se publicó previamente por Schick et al.8, demostramos los siguientes resultados.
Inducción de sepsis sin mortalidad
En el modelo CASP, la sepsis es inducida por una fuga continua de bacterias intraluminales localizadas en el colon que ascienden a la cavidad abdominal, lo que resulta en peritonitis fecal y bacteriemia. De este modo, el tamaño del catéter implantado regula la salida de heces y, por tanto, la gravedad de la peritonitis y la sepsis. En el protocolo experimental presentado anteriormente, se utilizó una aguja de 14G combinada con la punta del catéter de succión de 10 FR especialmente preparado para tener una peritonitis suficiente. Los catéteres más pequeños solo causaron abscesos con inflamación local, ya que la vesícula seminal ocluyó en su mayoría los stents más pequeños e impidió una producción fecal continua.
Los animales de control y sCASP sobrevivieron al experimento, pero en el grupo sCASP fue necesaria una reanimación con líquidos para mantener la presión arterial media (PAM) ≥ 70 mmHg. Los animales tratados con sCASP mostraron peritonitis fecal ubicua sin formación de abscesos y mostraron signos clínicos de sepsis grave revelados por disminución de la actividad, disminución del estado de alerta, pelaje erizado y postura encorvada. Este estado clínico se deterioró continuamente a lo largo del tiempo.
Las ratas sCASP resucitadas con líquido mostraron diferencias significativas en la PAM y la frecuencia cardíaca, pero no diferencias en el gasto cardíaco en comparación con los animales de control (Figura 1). Los análisis de sangre después de 24 horas revelaron signos de sepsis en los animales tratados con sCASP con aumento de lactato, aumento de IL-6 y una leucopenia típica para estos animales en comparación con el control (Figura 1).
Determinación de LRA inducida por sepsis
El aclaramiento de inulina, descrito como el estándar de oro para evaluar la función renal, disminuyó significativamente en los animales sCASP en comparación con el control después de 24 horas (Figura 2 A). Además, la diuresis (Figura 1) y el aclaramiento de HAP se redujeron significativamente en los animales con sCASP (Figura 2 B). El NGAL (Figura 2 C) y la cistatina C (Figura 2 D) aumentaron en la sepsis en comparación con el grupo control. Los parámetros estándar para LRA, como la urea y la creatinina, confirmaron el deterioro de la función renal en el grupo sCASP por los niveles elevados de ambos parámetros medidos en el suero sanguíneo (Figura 2, E y F).
La lesión renal aguda en el grupo sCASP no solo se determinó por parámetros funcionales, sino también por un aumento de la puntuación histopatológica de la lesión (Figura 3). Esta puntuación se basa en alteraciones morfológicas que incluyen formación de edema, edema celular, desprendimiento del epitelio tubular de la membrana basal, pérdida del borde en cepillo de las células tubulares proximales, muerte celular y vacuolización. El grupo sCASP mostró un aumento de la puntuación histopatológica de los riñones 24 horas después de la inducción de la sepsis, donde el edema intersticial y la alteración del borde en cepillo de los túbulos fueron los factores principales para la puntuación más alta en comparación con los animales control (Figura 3). Además, la tasa de células muertas y los eventos de desprendimiento de la membrana basal aumentaron significativamente en los animales sCASP (Figura 3).
Figura 1: Parámetros de macrohemodinámica y sepsis. Los siguientes valores confirman la presencia de sepsis en animales operados con sCASP: frecuencia cardíaca (FC), presión arterial media (PAM), índice cardíaco (IC), lactato, leucocitos, interleucina 6 (IL 6) y diuresis. * p<0,05 vs. control, § p<0,05 vs. simulación. Los datos ya están publicados en ICMex por Schick et al.15 Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Parámetros de la función renal. Los parámetros aclaramiento de inulina (A) y HAP- (B) [mL/min], descritos como el estándar de oro para medir la función renal, disminuyeron significativamente en el grupo sCASP. Por el contrario, el NGAL (C) y la cistatina C (D) [pg/mL] aumentaron como un signo adicional de LRA séptica. Los parámetros clínicos estándar como creatinina (E) y urea (F) [mg/dL] también mostraron niveles elevados en animales sépticos. * p< 0,05 vs. control, § p<0,05 vs. simulación. Los datos ya están publicados en ICMex por Schick et al.15 Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Puntuaciones histológicas de las lesiones. Mostrando las diferencias entre control, simulado y sCASP en cuanto al edema intersticial, la pérdida del borde en cepillo de las células tubulares proximales, la muerte celular y la puntuación total de la lesión. Las barras muestran la media ± la desviación estándar. * p< 0,05 vs. control, § p<0,05 vs. simulación. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
La fisiopatología de la LRA séptica sigue siendo desconocida en su complejidad. La investigación clínica y los ensayos en pacientes no permitirán obtener nuevos conocimientos con respecto a los cambios histopatológicos, las alteraciones de la microcirculación o las interacciones farmacológicas a nivel celular15. Se ha postulado previamente que existe la necesidad de modelos animales nuevos y mejorados para investigar la lesión renal aguda asociada a la sepsis19. Por lo tanto, establecimos un nuevo modelo animal para la LRA séptica inducida por la peritonitis del stent del colon ascendente.
El modelo CASP presenta un modelo clínico relevante para imitar la sepsis en humanos iniciada con peritonitis fecal observada en pacientes quirúrgicos. La gran ventaja del CASP es que no comienza con un golpe isquémico como en el modelo CLP ampliamente utilizado, donde se realiza una ligadura del ciego14. Además, Maier et al. muestran que el modelo CLP representa una situación de absceso intraabdominal más que una peritonitis ubicua con bacteriemia sistémica14. Mediante el uso de diferentes tamaños de stent implantado en el colon ascendente, la gravedad de la sepsis y la tasa de supervivencia pueden verse afectadas, como se ha demostrado en publicaciones previas 13,14,20. Para evitar la oclusión del stent por epiplón o vesículas seminales, se insertó un stent modificado con un diámetro de 10 FR15. En el modelo animal descrito anteriormente, solo se utilizaron ratas macho para excluir la variación hormonal en lugar de animales hembras como en el modelo CASP original de Zantl et al. y Traeger et al.13,21.
Hay que tener en cuenta que incluso después de realizar la configuración experimental presentada anteriormente de forma estandarizada, puede producirse variabilidad en función de las diferentes cepas de ratones, la instalación de animales, el sexo y el operador. Por lo tanto, puede ser necesario ajustar el tamaño del stent y, por lo tanto, la gravedad de la peritonitis y la sepsis. Además, se recomienda que el mismo operador realice tanto el sCASP como el control el mismo día para reducir la variabilidad.
Puede producirse una lesión renal aguda por hipoxia e isquemia causada por hipotensión o insuficiencia respiratoria con disminución de laPaO2 en la sepsis22. Los cambios en las condiciones hemodinámicas y metabólicas condujeron a una hipoxia tisular que influye en la integridad renal y puede afectar la morbimortalidad23. Por lo tanto, se debe disponer de una evaluación continua de los valores hemodinámicos y respiratorios en un modelo in vivo que se utilice para investigar la LRA séptica. En este trabajo presentamos un modelo in vivo que se caracteriza por una configuración de UCI comparable a la de los pacientes 24,25,26. Permite una medición continua de los valores hemodinámicos, como la frecuencia cardíaca y la presión arterial, y la evaluación del estado respiratorio mediante la extracción de sangre para análisis de gases en sangre. Además, estos datos obtenidos por la monitorización continua son necesarios y útiles para la reanimación con líquidos y la adaptación del protocolo de anestesia.
La evaluación de la función renal mediante la medición de la inulina y el aclaramiento de HAP solo es posible al final del experimento, ya que es necesaria una relaparotomía y una incisión de la vejiga urinaria. Si se requiere una investigación de la función renal durante el experimento, se pueden tomar muestras de sangre para medir parámetros estándar como la creatinina y la urea. Por lo tanto, se debe considerar que se debe realizar una reposición de líquidos para evitar una insuficiencia prerrenal debido a la hipovolemia.
El propósito de este modelo fue establecer una configuración estable de LRA séptica en roedores con relevancia clínica que permita realizar estudios adicionales en fisiopatología y tratamiento de la insuficiencia renal. Este modelo también se puede utilizar para investigar diferentes estrategias terapéuticas de la sepsis abdominal y la LRA séptica. Por lo tanto, este modelo puede servir como una configuración estable de roedores de LRA séptica al estar cerca del entorno clínico de una unidad de cuidados intensivos. Además, el modelo descrito puede modificarse y utilizarse con éxito para un amplio espectro de investigaciones in vivo sobre la sepsis, por ejemplo, la desregulación inmunitaria, la degradación endotelial, la coagulopatía, la alteración de la microcirculación, la farmacoterapia y la reanimación25.
Los autores no tienen nada que revelar.
M.A. Schick y N. Schlegel recibieron financiación de la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) SCHL 1962/2-1 y SCHL 1962/4-1.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Sprague-Dawley rats | Janvier Labs, France | ||
Isoflurane CP | cp-pharma, Burgdorf, Germany | ||
polyethylen catheter PE 10; 30m | A. Hartenstein, Wuerzburg, Germany | 0.58x0.96 mm | |
Swivel (375/D/20) | Instech, Plymouth Meeting, PA, USA | (375/D/20) | |
plastic button tethers | Instech, Plymouth Meeting, PA, USA | LW105S | |
Perfusor | B. Braun; Melsungen, Germany | Perfusor fm | |
suction catheter ch. 10 | B.Braun Melsungen AG, Germany | suction catheter typy „Ideal“; ch. 10 | |
suture | Syneture; USA | Surgipro; Monofilament Polypropylen 4-0 | |
suture | Ethicon; Scotland | Prolene; Polypropylen 5-0 | |
14G-i.v. catheter | BD Insynte; BD Vialon; Madrid; Spain | 14GA i.v. catheter | |
cotton buds | NOBA Verbandmittel Danz GmbH u Co KG; Wetter; Germany | ||
rodent respirator | Hugo Sachs Elektronik KG, Germany | rodent respirator, Type:7025 | |
Midazolam | Ratiopharm, Germany | Midazolam | |
Thermodilutioncatheter | ADInstruments, Spechbach, Germany | ||
p-Aminohippuric acid | Sigma-Aldrich; St. Louis; USA | p-Aminohippuric acid sodium salt; A3759-25G | |
Inulin | Sigma-Aldrich; St. Louis; USA | Inulin-FITC; F3272-1G | |
Formaldehyde | Otto Fischar GmbH & CoKG; Saarbrücken, Germany | Formaldehyde 3.5% | |
Cyclopentan | Merck; Darmstadt; Germany | Uvasol: 2-Methylbutan | |
alcohol based scrub | Schülke & Mayr GmbH, Norderstedt; Germany | kodan Tinktur forte; 45g 2-Propanol, 10g 1-Propanol per 100g | |
povidone iodine solution | B.Braun Melsungen AG, Germany | Braunol, 7.5g Povidone Iodine per 100g |
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