Somministrazione di agenti alogenati in modelli suini di sindrome da distress respiratorio acuto tramite un dispositivo di tipo unità di terapia intensiva

Summary

Descriviamo un modello di sindrome da distress respiratorio acuto indotto da acido cloridrico (ARDS) in suinetti sottoposti a sedazione con agenti alogenati, isoflurano e sevoflurano, attraverso un dispositivo utilizzato per la sedazione in terapia intensiva inalatoria. Questo modello può essere utilizzato per studiare i meccanismi biologici degli agenti alogenati sulle lesioni polmonari e sulla riparazione.

Abstract

La sindrome da distress respiratorio acuto (ARDS) è una causa comune di insufficienza respiratoria ipossiemica e morte nei pazienti critici e vi è un urgente bisogno di trovare terapie efficaci. Studi preclinici hanno dimostrato che gli agenti alogenati per via inalatoria possono avere effetti benefici in modelli animali di ARDS. Lo sviluppo di nuovi dispositivi per somministrare agenti alogenati utilizzando moderni ventilatori per unità di terapia intensiva (ICU) ha notevolmente semplificato l’erogazione di agenti alogenati ai pazienti in terapia intensiva. Poiché precedenti ricerche sperimentali e cliniche suggerivano potenziali benefici di sostanze volatili alogenate, come il sevoflurano o l’isoflurano, per lesioni epiteliali alveolari polmonari e infiammazione, due punti di riferimento fisiopatologico del danno alveolare diffuso durante l’ARDS, abbiamo progettato un modello animale per comprendere i meccanismi degli effetti degli agenti alogenati sulla lesione polmonare e sulla riparazione. Dopo l’anestesia generale, l’intubazione tracheale e l’inizio della ventilazione meccanica, l’ARDS è stata indotta nei suinetti attraverso l’instillazione intratracheale di acido cloridrico. Quindi, i suinetti sono stati sedati con sevoflurano o isoflurano inalatori utilizzando un dispositivo di tipo ICU e gli animali sono stati ventilati con ventilazione meccanica protettiva polmonare durante un periodo di 4 ore. Durante il periodo di studio, sono stati raccolti campioni di sangue e alveolari per valutare l’ossigenazione arteriosa, la permeabilità della membrana alveolare-capillare, la clearance del liquido alveolare e l’infiammazione polmonare. Durante l’esperimento sono stati raccolti anche i parametri di ventilazione meccanica. Sebbene questo modello abbia indotto una marcata diminuzione dell’ossigenazione arteriosa con alterata permeabilità alveolare-capillare, è riproducibile ed è caratterizzato da una rapida insorgenza, una buona stabilità nel tempo e nessuna complicanza fatale.

Abbiamo sviluppato un modello di suinetto di aspirazione acida che riproduce la maggior parte delle caratteristiche fisiologiche, biologiche e patologiche dell’ARDS clinico e sarà utile approfondire la nostra comprensione dei potenziali effetti protettivi polmonari degli agenti alogenati somministrati attraverso dispositivi utilizzati per la sedazione in terapia intensiva per via inalatoria.

Introduction

La sindrome da distress respiratorio acuto (ARDS) è una causa comune di insufficienza respiratoria ipossiemica e morte nei pazienti critici¹. È caratterizzato da lesioni epiteliali ed endoteliali alveolari diffuse, che portano ad un aumento della permeabilità e dell’edema polmonare, alterata clearance del liquido alveolare (AFC) e peggioramento del distress respiratorio². Il riassorbimento dell’edema alveolare e il recupero dall’ARDS richiedono il trasporto del liquido epiteliale attraverso gli alveoli per rimanere intatti, il che suggerisce che una terapia che migliora l’AFC potrebbe essere utile^3,4. Sebbene la ventilazione protettiva polmonare e una strategia restrittiva per la fluidoterapia endovenosa si siano dimostrate utili nel migliorare i risultati^2,5, sono ancora associati ad alta mortalità e morbilità⁶. Pertanto, vi è un urgente bisogno di sviluppare terapie efficaci per la sindrome e di comprendere meglio i meccanismi precisi attraverso i quali tali terapie potrebbero funzionare.

Gli anestetici alogenati, come l’isoflurano o il sevoflurano, sono stati ampiamente utilizzati per l’anestesia generale in sala operatoria. Il sevoflurano è associato a una diminuzione dell’infiammazione nei polmoni dei pazienti sottoposti a chirurgia toracica e ad una diminuzione delle complicanze polmonari postoperatorie, come l’ARDS⁷. Risultati simili sono stati trovati in una meta-analisi di pazienti dopo cardiochirurgia⁸. I volatili alogenati hanno anche un effetto broncodilatatore^9,10 e forse alcune proprietà che proteggono diversi organi, come il cuore^8,11 e i reni^12,13,14. Recentemente, c’è stato un crescente interesse per l’uso clinico di anestetici per via inalatoria come sedativi nell’unità di terapia intensiva (ICU). Sia gli studi sugli animali che sull’uomo supportano gli effetti protettivi del pretrattamento con agenti alogenati prima dell’ischemia prolungata del fegato^15,del cervello¹⁶o del cuore^11. Gli agenti alogenati presentano anche potenziali vantaggi farmacocinetici e farmacodinamici rispetto ad altri agenti per via endovenosa per la sedazione di pazienti critici, tra cui una rapida insorgenza d’azione e un rapido offset dovuto al piccolo accumulo nei tessuti. Gli agenti alogenati per via inalatoria riducono i tempi di intubazione rispetto alla sedazione endovenosa nei pazienti sottoposti a cardiochirurgia¹⁷. Diversi studi supportano la sicurezza e l’efficacia degli agenti alogenati nella sedazione dei pazienti in terapia intensiva^18,19,20. Nei modelli sperimentali di ARDS, il sevoflurano per via inalatoria migliora lo scambio gassoso^21,22,riduce l’edema alveolare^21,22,e attenua l’infiammazione sia polmonare che sistemica^23. L’isoflurano migliora anche la riparazione polmonare dopo l’infortunio mantenendo l’integrità della barriera alveolare-capillare, possibilmente modulando l’espressione di una proteina chiave a giunzione stretta^24,25,26. Inoltre, i macrofagi di topo che sono stati coltivati e trattati con isoflurano hanno avuto effetti fagocitici migliori sui neutrofili rispetto ai macrofagi che non sono stati trattati con isoflurano²⁷.

Tuttavia, le precise vie e meccanismi biologici che rappresentano le proprietà protettive polmonari degli anestetici volatili rimangono in gran parte sconosciuti fino ad oggi, richiedendo ulteriori indagini¹⁸. Ulteriori studi sono inoltre giustificati per indagare gli effetti precisi del sevoflurano sulla lesione polmonare e per verificare se le prove sperimentali possono essere tradotte nei pazienti. Il primo studio di controllo randomizzato del nostro team ha rilevato che la somministrazione di sevoflurano per via inalatoria in pazienti con ARDS era associata a un miglioramento dell’ossigenazione e a una diminuzione dei livelli sia di citochine pro-infiammatorie che di marcatori di danno epiteliale polmonare, come valutato dai recettori solubili plasmatici e alveolari per i prodotti finali di glicazione avanzata (sRAGE)²⁸ . Poiché sRAGE è ora considerato un marker di danno cellulare alveolare di tipo 1 e un mediatore chiave dell’infiammazione alveolare, questi risultati potrebbero suggerire alcuni effetti benefici del sevoflurano sulla lesione epiteliale alveolare polmonare^21,29,30.

L’uso di agenti alogenati per la sedazione in terapia intensiva per via inalatoria ha richiesto a lungo l’impiego di ventilatori per anestesia in sala operatoria e vaporizzatori a gas in terapia intensiva. Da allora, i riflettori anestetici adatti all’uso con i moderni ventilatori per terapia intensiva sono stati sviluppati per un uso specifico nella terapia intensiva³¹. Questi dispositivi sono dotati di filtri modificati per lo scambio di calore e umidità inseriti tra il pezzo Y del circuito respiratorio e il tubo endotracheale. Consentono la somministrazione di agenti alogenati, con isoflurano e sevoflurano che sono i più frequentemente utilizzati, e sono costituiti da un’asta di evaporazione porosa in polipropilene, in cui viene rilasciato un agente liquido, erogato da una specifica pompa a siringa. L’agente alogenato viene assorbito durante la scadenza da un mezzo riflettente contenuto nel dispositivo e viene rilasciato durante l’ispirazione successiva, consentendo il ricircolo di circa il 90% dell’agente alogenato scaduto^31,32. Recentemente, è stata sviluppata una versione miniaturizzata del dispositivo con uno spazio morto strumentale di 50 ml, rendendolo ancora più adatto per l’uso durante la ventilazione ultraprotettiva nei pazienti con ARDS, con volumi di marea che potrebbero essere fino a 200 mL³¹. Un tale dispositivo miniaturizzato non è mai stato studiato in un modello sperimentale di maialino di ARDS.

Poiché ricerche precedenti supportano i ruoli promettenti dei volatili alogenati nell’infiammazione alveolare polmonare e nelle lesioni durante l’ARDS, abbiamo progettato un modello animale sperimentale per ottenere una comprensione traslazionale dei meccanismi degli effetti degli agenti alogenati sulla lesione polmonare e sulla riparazione^33,34,35. In questo studio, abbiamo sviluppato un modello di ARDS indotto da acido cloridrico (HCl) in suinetti in cui la sedazione inalatoria può essere somministrata utilizzando la versione miniaturizzata del dispositivo di conservazione degli anestetici, un dispositivo di tipo ICU. Questo grande modello animale di ARDS potrebbe essere utilizzato per approfondire la nostra comprensione dei potenziali effetti protettivi polmonari degli agenti alogenati inalati.

Protocol

Il protocollo di studio è stato approvato dal Comitato etico animale del Ministère de l’Education Nationale francese, de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche (numero di approvazione 01505.03) prima di essere registrato presso preclinicaltrials.eu (Identificatore del registro pre-clinico PCTE0000129). Tutte le procedure sono state eseguite presso il Centre International de Chirurgie Endoscopique, Université Clermont Auvergne, Clermont-Ferrand, Francia, in conformità con le linee guid…

Representative Results

Per questo esperimento, 25 suinetti sono stati anestetizzati e divisi in due gruppi: 12 suinetti nel gruppo non trattato (gruppo SHAM) e 13 suinetti nel gruppo acido-leso (gruppo HCl). Nessun maialino è morto prima della fine dell’esperimento. Un’analisi bidirezionale a misure ripetute di varianza (RM-ANOVA) ha indicato un tempo significativo per interazione di gruppo (P < 10−4) con un effetto dannoso dell’ARDS indotta da HCl su PaO2/ FiO2, rispetto agli animali finti senza ARDS (<stro…

Discussion

Questo articolo descrive un modello sperimentale riproducibile di ARDS indotto dall’instillazione intratracheale di HCl nei suinetti per studiare gli effetti protettivi polmonari di sostanze volatili alogenate, come il sevoflurano o l’isoflurano, somministrate utilizzando un dispositivo di conservazione anestetica.

L’obiettivo principale di questo studio era quello di sviluppare un modello sperimentale di ARDS in cui gli agenti volatili potessero essere somministrati da un dispositivo di conse…

Materials

Tracheal intubation
Endotracheal tube 6-mm	Covidien	18860
Animal preparation
Central venous catheter 3-lumens catheter (7 French – 16 cm)	Arrow	CV-12703
Pulse contour cardiac output monitor PiCCO catheter (3-5 French – 20 cm)	Getinge Pulsion Medical System	catheter
Warm blankets WarmTouch5300	MedTronic	5300
Monitoring
External monitor IntelliVue MP40	Phillips	MNT 142
Point-of-care blood gas analyzer Epoc® Blood Analysis System	Siemens	20093
Pulse contour cardiac output monitor PiCCO Device PulsioFlex Monitor	Getinge Pulsion Medical System	PulsioFlex
Mechanical ventilation
Ventilator Engström Carestation	General Electrics	Engström
Halogenated anesthetics
Anaconda Syringe	SedanaMedical	26022
Anesthetic conserving device AnaConDa-S	SedanaMedical	26050
Charcoal filter FlurAbsorb	SedanaMedical	26096
Filling Adaptaters	SedanaMedical	26042
Ionomer membrane dryer line Nafion	SedanaMedical	26053
Products
Propofol	Mylan	66617123
Isoflurane	Virbac	QN01AB06
Pentobarbital	PanPharma	68942457
Sevoflurane	Abbvie	N01AB08
Sufentanil	Mylan	62404996