Disfunción vascular asociada al daño pulmonar inducido por la ventilación mecánicaDemostración mediante un bioensayo

Resumen

La ventilación mecánica (VM) con VT elevado se asocia con lesión pulmonar (ventilator-induced lung injury, VILI) y daño de órganos a distancia. La relevancia clínica de la relación del pulmón con otros órganos viene documentada, por ejemplo, por la observación de que la principal causa de mortalidad en el síndrome de distrés respiratorio agudo (SDRA) es el shock y el fallo multiorgánico. En modelos animales de VILI in vivo se ha demostrado disfunción vascular, que puede ser causada bien por mediadores producidos por el pulmón lesionado (daño no pulmonar a distancia), o bien por cambios hemodinámicos asociados al VILI (en el contexto de grandes variaciones de la presión intratorácica). Por eso, para documentar que existe un efecto del pulmón lesionado en la circulación, es importante demostrar disfunción vascular en ausencia de efectos hemodinámicos. Un bioensayo, en el cual el efluente del pulmón ventilado ex vivo es incubado con vasos in vitro, permitirá demostrar el efecto del pulmón lesionado sobre los vasos sistémicos. OBJETIVOS De forma general, demostrar que el VILI se asocia con una alteración en la función vascular. Los objetivos secundarios fueron: (i) demostrar que la VM utilizando VT elevado ex vivo se asocia con daño pulmonar (VILI); (ii) demostrar que el VILI se asocia con disfunción vascular in vitro; (iii) demostrar que existen dos fenotipos de respuesta a la VM, dependiendo de la presencia de daño alveolar difuso; (iv) demostrar que la disfunción vascular es más marcada en los casos que desarrollan daño alveolar difuso; (v) demostrar que el aumento del estrés nitro-oxidativo juega un papel en la disfunción vascular asociada al VILI. MATERIAL Y MÉTODOS Estudio prospectivo experimental con 2 modelos. (i) Modelo de pulmón aislado ventilado y perfundido ex vivo, procedente de ratas macho Sprague-Dawley (peso 350 ± 25 g). Se extrajo en bloc el corazón-pulmón y se montó en una cámara para ventilación ex vivo, perfundido con solución Krebs-Henseleit y albúmina 4% (4 mL/min). Tras 30 minutos de estabilización con VT bajo (VT=6 mL/kg + PEEP 5 cm H2O), los pulmones fueron ventilados durante 150 minutos con VT bajo (VT=6 mL/kg + PEEP 5 cm H2O) o elevado (VT=25 mL/kg, PEEP=0 cm H2O). (ii) Modelo ex vivo de función vascular. Anillos vasculares de aorta de animales sanos se incubaron 60 minutos con el líquido de perfusión procedente de los pulmones ventilados en diferentes condiciones, y se estudió la relajación (anillos precontraídos con norepinefrina [NE]) y la contracción isométrica (anillos en reposo) mediante la administración de dosis crecientes de acetilcolina (Ach) y NE, respectivamente. Se estudiaron los efectos del tempol (10-4 M), neutralizador de especies reactivas del oxígeno (ERO) intracelulares, superóxido dismutasa (SOD 100 U/mL), neutralizador del radical superóxido, y metaloporfirina (10-5 M), neutralizador de especies reactivas del nitrógeno (ERN), sobre las respuestas a Ach y NE. Mediciones: presión pico inspiratoria (PIP), presión en arteria pulmonar (PAP), parámetros gasométricos, bioquímicos y hematológicos en el líquido de perfusión, análisis histológico (hematoxilina-eosina) y curvas dosis-respuesta a Ach y NE. Análisis estadístico: se realizó una curva ROC para determinar el valor de PIP al final del experimento que mejor predice la presencia en el estudio histológico de daño alveolar difuso (ausencia o presencia de membranas hialinas). Las variables cuantitativas se compararon mediante una prueba de la t de Student o mediante un ANOVA, y las curvas dosis-respuesta mediante un ANOVA para medidas repetidas. Las variables cualitativas se analizaron mediante la prueba de Chi cuadrado. Se consideró estadísticamente significativo un valor de p<0,05. Los procedimientos siguieron los principios del animal de laboratorio (Directiva 2010/63/UE, RD 53/2013 BOE-A-2013-1337, Ley 32/2007 BOE 7-11). El estudio fue aprobado por el Comité de Investigación de nuestra institución. RESULTADOS El valor de PIP que predijo con mejor sensibilidad y especificidad la presencia de daño alveolar difuso en el examen histológico correspondió a una PIP de15 cm H2O, por lo que se distinguieron 2 patrones que denominamos (i) VT elevado sin daño pulmonar (PIP <15 cm H2O); y (ii) VT elevado con daño pulmonar (PIP≥ 15 cm H2O). Los pulmones ventilados con VT elevado experimentaron un aumento progresivo de la PIP y un descenso de la distensibilidad dinámica a lo largo del experimento, significativamente mayor que en los pulmones ventilados con VT bajo. Estos cambios fueron más marcados en los pulmones ventilados con VT elevado con daño pulmonar que en los pulmones ventilados con VT elevado sin daño pulmonar. El índice de daño pulmonar histológico fue significativamente mayor en los pulmones ventilados con VT elevado, en comparación con los pulmones ventilados con VT bajo, y mayor en los pulmones ventilados con VT elevado con daño pulmonar, que en los pulmones ventilados con VT elevado sin daño pulmonar. Asimismo, los pulmones ventilados con VT elevado, en comparación con los ventilados con VT bajo, presentaron elevación de enzimas de citolisis (ALT, AST, LDH), disminución de la concentración de glucosa y elevación de la concentración de lactato en el efluente pulmonar. Estos cambios fueron siempre más marcados en los pulmones ventilados con VT elevado con daño pulmonar que en los pulmones ventilados con VT elevado sin daño pulmonar. Los anillos aórticos incubados con el líquido de perfusión procedente de los pulmones ventilados con VT elevado, mostraron una disminución significativa de la relajación a dosis crecientes de Ach, en comparación con el grupo control. Esta alteración en la función endotelial fue significativamente más marcada en el grupo ventilado con VT elevado con daño pulmonar, en comparación con el grupo ventilado con VT elevado sin daño pulmonar, y mejoró mediante el tratamiento con tempol y con SOD in vitro. Los anillos aórticos incubados con el líquido de perfusión procedente de los pulmones ventilados tanto con VT bajo como con VT elevado, mostraron una disminución no significativa de la contracción en respuesta a dosis crecientes de NE, en comparación con el control, que tendió a mejorar (no significativamente) mediante el tratamiento con metaloporfirina, mientras que el tratamiento con tempol y SOD empeoraron la función contráctil. CONCLUSIONES (i) La VM utilizando un VT elevado ex vivo induce daño pulmonar (VILI). (ii) El VILI se asocia con disfunción vascular. (iii) Existen dos fenotipos de respuesta a la ventilación mecánica, caracterizados por distinto grado de deterioro de la mecánica respiratoria, daño celular pulmonar y cambios histológicos del pulmón (daño alveolar difuso). (iv) La disfunción vascular asociada al VILI se desarrolla de forma más marcada en el grupo que presenta daño alveolar difuso. (iv) La disfunción vascular asociada al VILI se debe a un aumento del estrés nitro-oxidativo. Nuestros resultados apoyan la hipótesis de que el pulmón lesionado libera mediadores que inducen daño no pulmonar a distancia que explican la disfunción de otros órganos en el contexto del daño pulmonar.