Entrega de agente halogenado em modelo suíno de síndrome de angústia respiratória aguda através de um dispositivo tipo unidade de terapia intensiva

Summary

Descrevemos um modelo de síndrome de angústia respiratória aguda induzida por ácido clorídrico (ARDS) em leitões que recebem sedação com agentes halogenados, isoflurano e sevoflurano, através de um dispositivo usado para sedação intensiva inalada. Este modelo pode ser usado para investigar os mecanismos biológicos de agentes halogenados em lesões pulmonares e reparos.

Abstract

A síndrome do desconforto respiratório agudo (ARDS) é uma causa comum de insuficiência respiratória hipoxêmica e morte em pacientes gravemente doentes, e há uma necessidade urgente de encontrar terapias eficazes. Estudos pré-clínicos mostraram que agentes halogenados inalados podem ter efeitos benéficos em modelos animais de ARDS. O desenvolvimento de novos dispositivos para administrar agentes halogenados utilizando modernos ventiladores de unidade de terapia intensiva (UTI) simplificou significativamente a dispensação de agentes halogados para pacientes de UTI. Como pesquisas experimentais e clínicas anteriores sugeriram potenciais benefícios de voláteis halogenados, como sevoflurano ou isoflurano, para lesão epitelial alveolar pulmonar e inflamação, dois marcos fisiofiológicos de danos alveolares difusos durante a ARDS, projetamos um modelo animal para entender os mecanismos dos efeitos dos agentes halógenados na lesão pulmonar e reparação. Após anestesia geral, intubação traqueal e início da ventilação mecânica, a ARDS foi induzida em leitões através da instilação intratraqueal de ácido clorídrico. Em seguida, os leitões foram sedados com sevoflurano inalado ou isoflurano usando um dispositivo do tipo UTI, e os animais foram ventilados com ventilação mecânica protetora do pulmão durante um período de 4h. Durante o período de estudo, foram coletadas amostras de sangue e alveolar para avaliar a oxigenação arterial, a permeabilidade da membrana alveolar-capilar, o despejo de fluidos alveolares e a inflamação pulmonar. Parâmetros de ventilação mecânica também foram coletados durante todo o experimento. Embora este modelo tenha induzido uma diminuição acentuada da oxigenação arterial com permeabilidade alveolar-capilar alterada, é reprodutível e é caracterizado por um início rápido, boa estabilidade ao longo do tempo e sem complicações fatais.

Desenvolvemos um modelo de aspiração ácida que reproduz a maioria das características fisiológicas, biológicas e patológicas da ARDS clínica, e será útil para aprofundar nossa compreensão dos potenciais efeitos protetores pulmonares de agentes halogenados entregues através de dispositivos usados para sedação inalada da UTI.

Introduction

Síndrome de angústia respiratória aguda (ARDS) é uma causa comum de insuficiência respiratória hipoxêmica e morte em pacientes gravemente doentes¹. Caracteriza-se por lesões epiteliais e endoteliais difusas, levando ao aumento da permeabilidade e edema pulmonar, liberação alterada do fluido alveolar (AFC) e piora do desconforto respiratório². A resorção do edema alveolar e a recuperação da ARDS requerem o transporte de fluido epitelial através dos alvéolos para permanecer intacto, o que sugere que uma terapia que melhore a AFC poderia ser útil^3,4. Embora a ventilação protetora pulmonar e uma estratégia restritiva para a terapia de fluidos intravenosos tenham se mostrado benéficas para melhorar os desfechos^2,5, eles ainda estão associados à alta mortalidade e morbidade⁶. Portanto, é urgente desenvolver terapias eficazes para a síndrome e entender melhor os mecanismos precisos através dos quais tais terapias podem funcionar.

Anestésicos halogenados, como isoflurano ou sevoflurano, têm sido amplamente utilizados para anestesia geral na sala de cirurgia. Sevoflurano está associado à diminuição da inflamação nos pulmões de pacientes submetidos à cirurgia torácica e à diminuição de complicações pulmonares pós-operatórias, como a ARDS⁷. Resultados semelhantes foram encontrados em uma meta-análise de pacientes após cirurgia cardíaca⁸. Os voláteis halógenos também têm um efeito broncodilatário^9,10 e talvez algumas propriedades que protegem vários órgãos, como o coração^8,11 e os rins^12,13,14. Recentemente, tem crescido o interesse pelo uso clínico de anestésicos inalados como sedativos na Unidade de Terapia Intensiva (UTI). Tanto estudos em animais quanto humanos apoiam os efeitos protetores do pré-tratamento com agentes halogenados antes da isquemia prolongada do fígado¹⁵, do cérebro¹⁶ou do coração¹¹. Os agentes halogenados também têm potenciais vantagens farmacocinéticas e farmacodinâmicas em relação a outros agentes intravenosos para a sedação de pacientes gravemente doentes, incluindo um rápido início de ação e deslocamento rápido devido ao pouco acúmulo de tecidos. Agentes halogenados inalados diminuem os tempos de intubação em comparação com a sedação intravenosa em pacientes submetidos à cirurgia cardíaca¹⁷. Diversos estudos apoiam a segurança e a eficácia dos agentes halogados na sedação de pacientes da UTI^18,19,20. Em modelos experimentais de ARDS, a sevoflurano inalada melhora a troca de gás^21,22, reduz o edema alveolar^21,22, e atenua tanto a inflamação pulmonar quanto sistêmica²³. Isoflurano também ameniza o reparo pulmonar após lesão mantendo a integridade da barreira alveolar-capilar, possivelmente modulando a expressão de uma proteína de junção apertada^{chave 24,25,26}. Além disso, macrófagos de camundongos que foram cultivados e tratados com isoflurane tiveram melhores efeitos fagocíticos em neutrófilos do que macrófagos que não foram tratados com isoflurane²⁷.

No entanto, as vias biológicas precisas e os mecanismos que contabilizam as propriedades de proteção pulmonar de anestésicos voláteis permanecem amplamente desconhecidos até o momento, exigindo uma investigação mais aprofundada¹⁸. Estudos adicionais também são justificados para investigar os efeitos precisos do sevoflurano na lesão pulmonar e verificar se evidências experimentais podem ser traduzidas para pacientes. O primeiro teste de controle randomizado de nossa equipe descobriu que a administração de sevoflurano inalado em pacientes com ARDS estava associada à melhora da oxigenação e diminuição dos níveis de citocinas pró-inflamatórias e marcadores de lesão epitelial pulmonar, avaliados por receptores solúveis de plasma e alveolar para produtos finais de glicação avançada (sRAGE)²⁸ . Como o sRAGE é agora considerado como um marcador de lesão celular tipo 1 alveolar e um mediador chave da inflamação alveolar, esses resultados podem sugerir alguns efeitos benéficos do sevoflurano na lesão epitelial^21,29,30.

O uso de agentes halogêgenos para sedação inalada da UTI há muito tempo requer ventiladores de anestesia da sala de cirurgia e vaporizadores de gás para serem implantados na UTI. Desde então, refletores anestésicos adequados para uso com modernos ventiladores de cuidados críticos foram desenvolvidos para uso específico na UTI³¹. Estes dispositivos apresentam filtros modificados de troca de calor e umidade inseridos entre a peça Y do circuito respiratório e o tubo endotraqueal. Eles permitem a administração de agentes halogenados, com isoflurano e sevoflurano sendo o mais usado, e consistem em uma haste evaporador de polipropileno poroso, na qual um agente líquido, entregue por uma bomba de seringa específica, é liberado. O agente halogenado é absorvido durante a expiração por um meio refletivo contido no dispositivo e é liberado durante a próxima inspiração, permitindo a recirculação de aproximadamente 90% do agente halogenado expirado^31,32. Recentemente, uma versão miniaturizada do dispositivo foi desenvolvida com um espaço instrumental morto de 50 mL, tornando-o ainda mais adequado para uso durante a ventilação ultraprote protetora em pacientes ARDS, com volumes de marés que poderiam ser tão baixos quanto 200 mL³¹. Tal dispositivo miniaturizado nunca foi estudado em um modelo experimental de leitão da ARDS.

Como pesquisas anteriores apoiam os papéis promissores de voláteis halogenados na inflamação e lesão do alveolar pulmonar durante a ARDS, projetamos um modelo animal experimental para alcançar uma compreensão translacional dos mecanismos dos efeitos dos agentes halogenados na lesão pulmonar e reparar^33,34,35. Neste estudo, desenvolvemos um modelo de ARDS induzido por ácido clorídrico (HCl) em leitões nos quais a sedação inalada pode ser entregue usando a versão miniaturizada do dispositivo de conservação anestésica, um dispositivo do tipo UTI. Este grande modelo animal de ARDS poderia ser usado para aprofundar nossa compreensão dos potenciais efeitos protetores pulmonares de agentes halogenados inalados.

Protocol

O protocolo de estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética Animal da Ministère de l’Education Nationale francesa, de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche (número de aprovação 01505.03) antes de ser registrado no preclinicaltrials.eu (identificador de registro pré-clínico PCTE0000129). Todos os procedimentos foram realizados no Centro Internacional de Chirurgie Endoscopique, Université Clermont Auvergne, Clermont-Ferrand, França, de acordo com as diretrizes36</su…

Representative Results

Para este experimento, 25 leitões foram anestesiados e divididos em dois grupos: 12 leitões no grupo não tratado (grupo SHAM) e 13 leitões no grupo acidutico (grupo HCl). Nenhum leitão morreu antes do fim do experimento. Uma análise de duas medidas repetidas de variância (RM-ANOVA) indicou um tempo significativo de interação em grupo (P < 10−4) com um efeito prejudicial do ARDS induzido por HCl no PaO2/FiO2, em comparação com animais falsos sem ARDS(Figur…

Discussion

Este artigo descreve um modelo experimental reprodutível de ARDS induzido pela instilação intratraqueal de HCl em leitões para investigar os efeitos protetores pulmonares de voláteis halogenados, como sevoflurano ou isoflurano, entregue usando um dispositivo de conservação anestésico.

O objetivo principal deste estudo foi desenvolver um modelo experimental de ARDS no qual agentes voláteis pudessem ser entregues por um dispositivo de conservação anestésico, como os utilizados em pac…

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