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Medicine

Entrega de agente halogenado en modelo porcino de síndrome de dificultad respiratoria aguda a través de un dispositivo tipo unidad de cuidados intensivos

Published: September 24, 2020
doi:
10.3791/61644
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1Department of Perioperative Medicine,CHU Clermont-Ferrand, 2GReD, CNRS, INSERM,Université Clermont Auvergne, 3GRC 29, AP-HP, DMU DREAM, Department of Anesthesiology and Critical Care, Pitié-Salpêtrière Hospital,Sorbonne University, 4Department of Biochemistry and Molecular Genetics,CHU Clermont-Ferrand, 5Division of Allergy, Pulmonary, and Critical Care Medicine,Vanderbilt University Medical Center

Summary

Describimos un modelo de síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA) inducido por ácido clorhídrico en lechones que reciben sedación con agentes halogenados, isoflurano y sevoflurano, a través de un dispositivo utilizado para la sedación de cuidados intensivos inhalados. Este modelo se puede utilizar para investigar los mecanismos biológicos de los agentes halogenados en la lesión y reparación pulmonar.

Abstract

El síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA) es una causa común de insuficiencia respiratoria hipoxémica y muerte en pacientes en estado crítico, y existe una necesidad urgente de encontrar terapias efectivas. Los estudios preclínicos han demostrado que los agentes halogenados inhalados pueden tener efectos beneficiosos en modelos animales de SDRA. El desarrollo de nuevos dispositivos para administrar agentes halogenados utilizando ventiladores modernos de la unidad de cuidados intensivos (UCI) ha simplificado significativamente la dispensación de agentes halogenados a los pacientes de la UCI. Debido a que investigaciones experimentales y clínicas anteriores sugirieron beneficios potenciales de los volátiles halogenados, como el sevoflurano o el isoflurano, para la lesión epitelial alveolar pulmonar y la inflamación, dos hitos fisiopatológicos del daño alveolar difuso durante el SDRA, diseñamos un modelo animal para comprender los mecanismos de los efectos de los agentes halogenados sobre la lesión y reparación pulmonar. Después de la anestesia general, la intubación traqueal y el inicio de la ventilación mecánica, el SDRA se indujo en lechones a través de la instilación intratraqueal de ácido clorhídrico. Luego, los lechones fueron sedados con sevoflurano o isoflurano inhalado utilizando un dispositivo tipo UCI, y los animales fueron ventilados con ventilación mecánica de protección pulmonar durante un período de 4 h. Durante el período de estudio, se recolectaron muestras de sangre y alveolares para evaluar la oxigenación arterial, la permeabilidad de la membrana alveolar-capilar, el aclaramiento del líquido alveolar y la inflamación pulmonar. Los parámetros de ventilación mecánica también se recopilaron a lo largo del experimento. Aunque este modelo indujo una marcada disminución de la oxigenación arterial con alteración de la permeabilidad alveolar-capilar, es reproducible y se caracteriza por un inicio rápido, buena estabilidad en el tiempo y sin complicaciones fatales.

Hemos desarrollado un modelo de lechón de aspiración ácida que reproduce la mayoría de las características fisiológicas, biológicas y patológicas del SDRA clínico, y será útil para mejorar nuestra comprensión de los posibles efectos protectores pulmonares de los agentes halogenados administrados a través de dispositivos utilizados para la sedación inhalada de la UCI.

Introduction

El síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA) es una causa común de insuficiencia respiratoria hipoxémica y muerte en pacientes en estado crítico1. Se caracteriza por lesiones epiteliales y endoteliales alveolares difusas, lo que lleva a un aumento de la permeabilidad y edema pulmonar, alteración del aclaramiento del líquido alveolar (AFC) y empeoramiento de la dificultad respiratoria2. La reabsorción del edema alveolar y la recuperación del SDRA requieren el transporte de líquido epitelial a través de los alvéolos para permanecer intacto, lo que sugiere que una terapia que mejore la AFC podría ser útil3,4. Aunque la ventilación protectora pulmonar y una estrategia restrictiva para la fluidoterapia intravenosa han demostrado ser beneficiosas para mejorar los resultados2,5, todavía se asocian con una alta mortalidad y morbilidad6. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de desarrollar terapias efectivas para el síndrome y comprender mejor los mecanismos precisos a través de los cuales tales terapias podrían funcionar.

Los anestésicos halogenados, como el isoflurano o el sevoflurano, se han utilizado ampliamente para la anestesia general en el quirófano. El sevoflurano se asocia con una disminución de la inflamación en los pulmones de los pacientes sometidos a cirugía torácica y con una disminución de las complicaciones pulmonares postoperatorias, como el SDRA7. Resultados similares se han encontrado en un metanálisis de pacientes después de cirugía cardíaca8. Los volátiles halogenados también tienen un efecto broncodilatador9,10 y quizás algunas propiedades que protegen varios órganos, como el corazón8,11 y los riñones12,13,14. Recientemente, ha habido un creciente interés en el uso clínico de anestésicos inhalados como sedantes en la unidad de cuidados intensivos (UCI). Tanto los estudios en animales como en humanos a respaldan los efectos protectores del pretratamiento con agentes halogenados ante la isquemia prolongada del hígado15,el cerebro16,o el corazón11. Los agentes halogenados también tienen ventajas farmacocinéticas y farmacodinámicas potenciales sobre otros agentes intravenosos para la sedación de pacientes críticamente enfermos, incluido un inicio rápido de la acción y una compensación rápida debido a la poca acumulación en los tejidos. Los agentes halogenados inhalados disminuyen los tiempos de intubación en comparación con la sedación intravenosa en pacientes sometidos a cirugía cardíaca17. Diversos estudios a respaldan la seguridad y eficacia de los agentes halogenados en la sedación de pacientes deUCI 18,19,20. En modelos experimentales de SDRA, el sevoflurano inhalado mejora el intercambio gaseoso21,22,reduce el edema alveolar21,22y atenúa tanto la inflamación pulmonar como la sistémica23. El isoflurano también mejora la reparación pulmonar después de una lesión al mantener la integridad de la barrera alveolar-capilar, posiblemente modulando la expresión de una proteína clave de unión estrecha24,25,26. Además, los macrófagos de ratón que fueron cultivados y tratados con isoflurano tuvieron mejores efectos fagocíticos sobre los neutrófilos que los macrófagos que no fueron tratados con isoflurano27.

Sin embargo, las vías y mecanismos biológicos precisos que explican las propiedades protectoras pulmonares de los anestésicos volátiles siguen siendo en gran parte desconocidos hasta la fecha, lo que requiere una mayor investigación18. También se justifican estudios adicionales para investigar los efectos precisos del sevoflurano sobre la lesión pulmonar y para verificar si la evidencia experimental se puede traducir a los pacientes. El primer ensayo de control aleatorizado de nuestro equipo encontró que la administración de sevoflurano inhalado en pacientes con SDRA se asoció con una mejoría de la oxigenación y una disminución de los niveles de citoquinas proinflamatorias y marcadores de lesión epitelial pulmonar, según lo evaluado por los receptores solubles plasmáticos y alveolares para productos finales de glicación avanzada (sRAGE)28 . Como sRAGE ahora se considera como un marcador de lesión celular alveolar tipo 1 y un mediador clave de la inflamación alveolar, estos resultados podrían sugerir algunos efectos beneficiosos del sevoflurano en la lesión epitelial alveolar pulmonar21,29,30.

El uso de agentes halogenados para la sedación inhalada de la UCI ha requerido durante mucho tiempo que se implementen ventiladores de anestesia en quirófanos y vaporizadores de gas en la UCI. Desde entonces, se han desarrollado reflectores anestésicos adecuados para el uso con ventiladores de cuidados críticos modernos para uso específico en laUCI 31. Estos dispositivos cuentan con filtros modificados de intercambio de calor y humedad insertados entre la pieza en Y del circuito respiratorio y el tubo endotraqueal. Permiten la administración de agentes halogenados, siendo el isoflurano y el sevoflurano los más utilizados, y consisten en una varilla evaporadora de polipropileno poroso, en la que se libera un agente líquido, suministrado por una bomba de jeringa específica. El agente halogenado es absorbido durante la espiración por un medio reflectante contenido en el dispositivo y se libera durante la siguiente inspiración, permitiendo la recirculación de aproximadamente el 90% del agente halogenado caducado31,32. Recientemente, se desarrolló una versión miniaturizada del dispositivo con un espacio muerto instrumental de 50 ml, lo que lo hace aún más adecuado para su uso durante la ventilación ultraprotectora en pacientes con SDRA, con volúmenes corrientes que podrían ser tan bajos como 200 ml31. Tal dispositivo miniaturizado nunca ha sido estudiado en un modelo experimental de lechón de SDRA.

Debido a que investigaciones anteriores respaldan los roles prometedores de los volátiles halogenados en la inflamación y lesión alveolar pulmonar durante el SDRA, diseñamos un modelo animal experimental para lograr una comprensión traslacional de los mecanismos de los efectos de los agentes halogenados en la lesión pulmonar y la reparación33,34,35. En este estudio, desarrollamos un modelo de SDRA inducido por ácido clorhídrico (HCl) en lechones en los que se puede administrar sedación inhalada utilizando la versión miniaturizada del dispositivo conservante anestésico, un dispositivo tipo UCI. Este modelo animal grande de SDRA podría usarse para mejorar nuestra comprensión de los posibles efectos protectores pulmonares de los agentes halogenados inhalados.

Protocol

El protocolo del estudio fue aprobado por el Comité de Ética Animal del Ministère de l’Education Nationale, de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche francés (número de aprobación 01505.03) antes de ser registrado en preclinicaltrials.eu(identificador de registro preclínico PCTE0000129). Todos los procedimientos se realizaron en el Centre International de Chirurgie Endoscopique, Université Clermont Auvergne,Clermont-Ferrand, Francia, de acuerdo con las directrices De Investigació…

Representative Results

Para este experimento, 25 lechones fueron anestesiados y divididos en dos grupos: 12 lechones en el grupo no tratado (grupo SHAM) y 13 lechones en el grupo lesionado por ácido (grupo HCl). Ningún lechón murió antes del final del experimento. Un análisis bidireccional de medidas repetidas de varianza (RM-ANOVA) indicó un tiempo significativo por interacción grupal (P < 10−4) con un efecto perjudicial del SDRA inducido por HCl sobre PaO2/ FiO2, en comparación con animales simulado…

Discussion

Este artículo describe un modelo experimental reproducible de SDRA inducido por la instilación intratraqueal de HCl en lechones para investigar los efectos protectores pulmonares de volátiles halogenados, como el sevoflurano o el isoflurano, administrados utilizando un dispositivo conservante anestésico.

El objetivo principal de este estudio fue desarrollar un modelo experimental de SDRA en el que los agentes volátiles pudieran ser administrados por un dispositivo conservante anestésico,…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Los autores desean agradecer al personal del GreD, la Université Clermont Auvergne y el Centre International de Chirurgie Endoscopique (todos en Clermont-Ferrand, Francia).

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
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