Daño pulmonar inducido por esfuerzo respiratorio excesivo. Caracterizando una "nueva" entidad

August 24, 2020

 

 

A través de varios estudios en serie, pretendemos generar evidencia directa de la existencia y potenciales mecanismos de daño pulmonar generado por un esfuerzo respiratorio vigoroso sostenido en el tiempo, en un modelo experimental.

 

En el primero de ellos, publicado en 2019,  (https://bmjopenrespres.bmj.com/content/6/1/e000423) vimos que es posible identificar deformación regional, su progresión en el tiempo y su heterogeneidad, usando una técnica avanzada de imágenes biomédicas, cuyo método se resume en la figura 1.

 

Figura 1. Proceso de adquisición de imágenes y análisis biomecánico basado en imágenes empleado para construir mapas 3D de deformación regional. En sujetos anestesiados se realiza micro-CT, sincrónico con ciclo respiratorio, separando imágenes de fin de inspiración y espiración, las que permiten segmentación y posterior análisis biomecánico.

 

 

Encontramos que el parénquima pulmonar, incluso en condiciones de normalidad, es altamente heterogéneo, no siendo detectado por mediciones globales, tales como mecánica pulmonar, oxigenación, capacidad residual funcional ni deformación global. Propusimos índices de heterogeneidad y progresión de deformación (strain) para sistematizar su reporte.

 

Posteriormente usamos esta misma técnica para cuantificar estos fenómenos biomecánicos en sujetos con SDRA por depleción de surfactante, siendo observados durante solo 3 horas de ventilación: un grupo en ventilación espontánea no asistida, y el otro en VM protectora.  El primer grupo tuvo una mayor progresión de la deformación regional (Figura 2), de la heterogeneidad (Figura 3), y del colapso pulmonar (Figura 4). (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7407426/pdf/13613_2020_Article_725.pdf)

 

 

 

 

 

Figura 2. Mapas de matriz de regiones de interés (ROI) del índice de progresión de la deformación (SPI). (a) grupo SB (ventilación espontánea), (b) grupo MV (ventilación mecánica). Las diferencias significativas se indican con * (p <0,05).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 3. Mapas de matriz de regiones de interés (ROI) del índice de heterogeneidad de la deformación (SPI). (a) grupo SB en T1, (b) grupo MV en T1, (c) grupo SB en T3, (d) grupo MV en T3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 4. Distribución de pulmón no aireado, pobremente aireado, normalmente aireado e hiperaireado para el grupo SB y el grupo MV (ventilación mecánica) en los momentos T1 y T3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Finalmente, planteamos estudiar la correlación espacial entre los mapas tomográficos de deformación pulmonar regional 3D y expresión de biomarcadores inflamatorios y de mecanotransducción patológica. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7416996/pdf/13054_2020_Article_3197.pdf)

 

Para ello realizamos calce in-vivo/ex-vivo entre mapas tomográficos de deformación regional y pulmones congelados digitalizados en 3D. Determinamos las regiones de interés con alta y baja deformación regional de los mapas tomográficos y tomamos muestras correspondientes a estas zonas para analizar la expresión de genes de inflamación/mecanotransducción patológica. Los que más aumentaron su expresión en regiones de alta deformación están involucrados con apoptosis, coagulación e inflamación.

 

Adicionalmente, identificamos cambios histológicos propios de daño pulmonar generado por un esfuerzo respiratorio vigoroso, siendo los principales la ruptura de la pared alveolar, hemorragia, edema y acumulación perivascular de células inflamatorias. Interesantemente, a pesar de fenómenos biomecánicos son regionales, el daño generado es difuso. Estos últimos resultados aún son preliminares.

 

Figura 6. Imagen representativa de calce in-vivo/ex-vivo entre mapas tomográficos de deformación regional y pulmones congelados digitalizados en 3D (publicada en Critical Care)

 

 

 

 

 

Figura 7. Variación de la expresión génica entre regiones de alta y baja deformación regional. (publicada en Critical Care)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 8. Imágenes representativas de la histología pulmonar de un estudio experimental murino de 3 h en el que los sujetos se asignaron al azar a tres grupos: Grupo I: sujetos con pulmones sanos en respiración espontánea (a, b). Grupo II: sujetos con SDRA y ventilación mecánica protectora (c, d). Grupo III: sujetos con lesión pulmonar inducida por respiración espontánea (sin ventilación mecánica) (f – j). En el primer conjunto de imágenes, no se aprecian lesiones. En el segundo conjunto de imágenes, ocasionalmente se observa una cantidad mínima de líquido perivascular. En el tercer conjunto de imágenes, observamos ruptura de la pared alveolar, hemorragia, edema y acumulación perivascular de células polimorfonucleares y linfocitos.

 

 

Futuros estudios de nuestro grupo pretenderán profundizar en mecanismos biomecánicos regionales de daño, y determinar si la ventilación no invasiva o el uso de cánula nasal del alto flujo pueden atenuar estos fenómenos.

 

 

Pablo Cruces, MD.

Unidad de Paciente Crítico Pediátrico, Hospital El Carmen de Maipú, Santiago, Chile.

Escuela de Medicina Veterinaria, Facultad de Ciencias de la Vida. Universidad Andrés Bello, Santiago, Chile

 

 

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