Εκπνευστικές αντιστάσεις και πνευμονική βλάβη

Abstract

Rationale Combined inspiratory and expiratory resistive breathing (CRB) is the hallmark ofobstructive airway diseases pathophysiology. We have previously shown that severeinspiratory resistive breathing induces acute lung injury in healthy rats. However, therole of expiratory resistance is unknown and the possibility of a load dependent typeof resistive breathing induced lung injury still remains elusive.ObjectivesOur aim was to investigate the differential effects of inspiratory, expiratory andcombined resistive breathing on healthy rat lung and establish the lowest loadsrequired to induce injury. Methods Anesthetized tracheostomized rats breathed through a two-way valve. Varyingresistances were connected to the inspiratory, expiratory or both ports, so that peakinspiratory pressure (IRB) was 20-40% or peak expiratory (ERB) 40-70% ofmaximum. CRB was studied in inspiratory/expiratory pressures of 30%/50%,40%/50% and 40%/60% of maximum. Quietly breathing animals served as controls. At six hours, respiratory system mechanics were measured and bronchoalveolarlavage (BAL) was performed for cell and protein concentration counting. Lung tissueIL-6 and IL-1β levels were determined and a lung injury histological score wascalculated.ResultsCRB was found to derange respiratory system mechanics, by increasing lungelasticity. BAL analysis after CRB revealed a significant increase of total cellularity,mainly as a result of considerable neutrophilia, which was further supported byincreased MPO activity measurement. Lung tissue cytokine levels were upregulatedin animals subjected to CRB compared to controls. Total protein concentration inBAL fluid was also elevated following CRB, indicating increased lung permeability. Histological analysis confirmed the occurrence of lung injury as a result of CRB. The effects of both CRB and IRB on the healthy lung were load dependent and IRB 30%was the lowest inspiratory load that provoked lung injury. ERB produced significant, load-independent neutrophilia, without mechanical or permeability derangements. Conclusions CRB load–dependently deranges mechanics, increases permeability and inducesinflammation in healthy rats. ERB is a putative inflammatory stimulus for the lung.

Εισαγωγή Η αναπνοή μέσα από συνδυασμό εισπνευστικής και εκπνευστικής αντίστασης(combined resistive breathing, CRB) αποτελεί σήμα κατατεθέν της παθοφυσιολογίαςτων αποφρακτικών νοσημάτων των αεραγωγών. Πρόσφατα εδείχθη ότι η αναπνοήμέσα από υψηλή αμιγώς εισπνευστική αντίσταση προκαλεί οξεία πνευμονική βλάβη(acute lung injury, ALI) σε υγιή πειραματόζωα. Ο ρόλος της εκπνευστικήςαντίστασης παραμένει άγνωστος. Το ίδιο και το ενδεχόμενο η πνευμονική βλάβη πουπροκαλείται από εργώδη αναπνοή να είναι δοσοεξαρτώμενη. Σκοπός της μελέτης Να καθοριστούν (i) η επίδραση της αναπνοής μέσα από εισπνευστική ή εκπνευστικήαντίσταση ή το συνδυασμό τους στον υγιή πνεύμονα και (ii) οι ελάχιστες αντιστάσειςπου είναι ικανές να προκαλέσουν βλάβη. Μεθοδολογία Αναισθητοποιημένοι τραχειοστομημένοι επίμυες ανέπνεαν για έξι ώρες μέσω βαλβίδας μη επανεισπνοής διπλής οδού. Αντιστάσεις (μικρότεροι σωλήνες μεμεταβλητή διάμετρο και μήκος) συνδέθηκαν στην εισπνευστική ή/και εκπνευστικήοδό, ώστε η ενδοτραχειακή πίεση κατά την εισπνοή να διαμορφωθεί στο (IRB) 20-40% και κατά την εκπνοή στο (ERB) 40-70% της μέγιστης. Ο συνδυασμόςμελετήθηκε σε φορτία εισπνευστικής/εκπνευστικής αντίστασης (CRB) 30%/50%,40%/50% και 40%/60%. Η εισπνευστική οδός ήταν συνδεδεμένη με παροχήοξυγόνου 100%, ώστε να αποφεύγεται η ανάπτυξη υποξαιμίας. Πειραματόζωα πουανέπνεαν ελεύθερα χρησιμοποιήθηκαν ως μάρτυρες. Εκτιμήθηκαν οι μηχανικές ιδιότητες του αναπνευστικού συστήματος με την τεχνική εξαναγκασμένης ταλάντωσης και τις στατικές καμπύλες πίεσης – όγκου του αναπνευστικούσυστήματος και ελήφθη βρογχοκυψελιδικό έκπλυμα (BAL) για μέτρηση του ολικούαριθμού κυττάρων, των υποπληθυσμών λευκοκυττάρων και της συγκέντρωσης ολικής πρωτεΐνης. Σε πνευμονικό ιστό προσδιορίστηκε η δραστικότητα μυελοϋπεροξειδάσης και τα πρωτεϊνικά επίπεδα των κυτταροκινών IL-1β και IL-6 (μεELISA) και έγινε ιστολογική ανάλυση. ΑποτελέσματαΗ CRB, όπως και η IRB, ανευρέθη ότι διαταρράσει τις μηχανικές ιδιότητες του αναπνευστικού συστήματος, αυξάνοντας την ελαστικότητα του πνευμονικού ιστού. Κατά την ανάλυση του BAL διαπιστώθηκε αύξηση της ολικής κυτταροβρίθειας και εμφάνιση σημαντικής ουδετεροφιλίας, η οποία επιβεβαιώθηκε από τη μέτρηση τηςδραστικότητας MPO στον πνευμονικό ιστό. Τα επίπεδα των φλεγμονωδών κυτταροκινών στον πνεύμονα ήταν αυξημένα σε σύγκριση με τους μάρτυρες, όπως και η συγκέντρωση πρωτεΐνης στο υγρό του BAL, ενδεικτική της αύξησης τηςπνευμονικής διαπερατότητας. Η ιστολογική ανάλυση επιβεβαίωσε την παρουσίαπνευμονικής βλάβης. Οι επιδράσεις της CRB στον υγιή πνεύμονα ήτανδοσοεξαρτώμενες, ενώ το ίδιο συνέβη και με αυτές της IRB, με το IRB 30% να διαπιστώνεται ότι αποτελεί το χαμηλότερο εισπνευστικό φορτίο που οδηγεί σε σημαντική βλάβη. Η ERB προκάλεσε μη δοσοεξαρτώμενη πνευμονική ουδετεροφιλία, με συνοδό αύξηση των κυτταροκινών, χωρίς διαταραχή τωνμηχανικών ιδιοτήτων και της πνευμονικής διαπερατότητας. Συμπεράσματα Όπως και η IRB, η CRB διαταράσσει τη μηχανική, αυξάνει την πνευμονικήδιαπερατότητα και προκαλεί πνευμονική φλεγμονή και βλάβη με δοσοεξαρτώμενοτρόπο σε υγιείς επίμυς. Το ERB αποτελεί δυνητικά per se φλεγμονώδες ερέθισμα για τον προηγουμένως υγιή πνεύμονα.