A long-lasting porcine model of ARDS caused by Pseudomonas aeruginosa and Ventilator-Induced Lung Injury

Abstract

[eng] INTRODUCTION: Existing animal models of acute respiratory distress syndrome (ARDS) are varied and often differ compared to human ARDS in their main features of lung damage, etiology, pathophysiology, or maintenance over time. In this thesis, we characterize a new model of this disease induced by pulmonary sepsis due to Pseudomonas aeruginosa and mechanical ventilation-induced lung injury (VILI) that precisely resembles human ARDS. HYPOTHESIS: The porcine model of ARDS developed in this thesis by means of P. aeruginosa and lung damage induced by mechanical ventilation, is capable of accurately reproducing the human disease. These characteristics include the Berlin criteria, as well as being a reliable model, being maintained in the long term and being irreversible for the duration of the experiments. In addition, as a result of the expected severe alteration, the penetration of the antibiotic into the tissue will be modified. OBJECTIVES: The objectives are mainly to be able to induce ARDS with the combination of a P. aeruginosa inoculum and harmful mechanical ventilation, studying the variables of the process; and to analyze the pharmacokinetics of intravenous meropenem as a treatment of pneumonia.

[cat] Introducció: Els models animals existents de síndrome de distret respiratori agut (SDRA) són variats i solen diferir en comparació amb el SDRA humà a els seus trets principals de dany pulmonar, etiologia, patofisiologia oa la seva manteniment al llarg del temps. En aquesta tesi es caracteritza un nou model de aquesta malaltia induïda per sepsi pulmonar a causa de Pseudomones aeruginosa i dany pulmonar induït per ventilació mecànica (VILI) que s'assembla de forma necessita el SDRA humà. Hipòtesi: El model porcí de SDRA que es desenvolupa en aquesta tesi mitjançant P. aeruginosa i dany pulmonar induït per ventilació mecànica, és capaç de reproduir de manera precisa la malaltia humana. Aquestes característiques inclouen els criteris de Berlín, a més de ser un model fiable, mantenir-se a llarg termini i ser irreversible durant la durada dels experiments. Objectius: Els objectius consisteixen principalment a ser capaços d'induir el SDRA amb la combinació d'un inòcul de P. aeruginosa i ventilació mecànica perjudicial, estudiant les variables del procés; i analitzar la farmacocinètica del meropenem intravenós com a tractament de la pneumònia. Materials i Mètodes: Deu porcs de la raça Landrace x Largewhite sans van ser anestesiats i inoculats amb P. aeruginosa multiresistent a cada lòbul pulmonar. En sis animals, s'hi va afegir un dany pulmonar causat per ventilació mecànica perjudicial, mentre que als quatre restants animals se'ls va proporcionar una ventilació protectora, com a grup a comparar. El diagnòstic de pneumònia es va basar en presència de febre, leucocitosi, secrecions purulentes i descens a l'oxigenació. Després d'això, es va començar una doble teràpia antibiòtica amb ceftriaxona i meropenem. El SDRA moderat-sever es va diagnosticar si la ràtio de pressió arterial d'oxigen i fracció inspirada d'oxigen, o PaO2/FiO2 <150, d'acord amb els criteris de Berlín. Durant les 96 hores que van durar els experiments, es van prendre mostres de aspirat traqueal i rentats broncoalveolars per a cultiu microbiològic. També es van registrar i van analitzar la mecànica respiratòria, hemodinàmia, i marcadors inflamatoris. A més, es van quantificar les concentracions de l'antibiòtic meropenem en sang i rentats broncoalveolars cada 1h, 2h, 4h, 6h and 8h després de la primera dosi. A la necròpsia, es van prendre mostres els lòbuls pulmonars per al posterior cultiu microbiològic i histològic. Resultats principals: Els sis animals del grup amb pneumònia i VILI van aconseguir registrar tots els criteris de Berlín per poder diagnosticar-se com a SDRA. La durada mitjana dels animals en condicions de SDRA va ser de 46.8±7.7 h amb una PaO2/FiO2 mitjana de 187.80±28.46 mmHg, arribant a mínims de fins a 83.00±5.45 mmHg. D'altra banda, els quatre animals del grup sense VILI no van poder assolir els criteris per al diagnòstic. Els animals que van desenvolupar SDRA van presentar hipercàpnia severa i inestabilitat hemodinàmica amb la necessitat de rebre fàrmacs vasopressors. Es van trobar diferències significatives en paràmetres respiratoris com la distensió pulmonar (p=0.011) i la driving pressure (p=0.011). A més, es va demostrar al grup amb VILI, una severa alteració de la permeabilitat de la membrana barrera capil·lar-alveolar amb una elevada quantitat d'aigua pulmonar extravascular (p=0.013). La càrrega més gran de P. aeruginosa es va registrar en tots dos grups en el moment del diagnòstic de pneumònia, i la resposta inflamatòria es va mostrar amb l'augment de les interleuquines Il-6 i Il-8. Als estudis de farmacocinètica es va observar que ambdós grups d'animals aconseguien similars concentracions d'antibiòtic en plasma i al fluid pulmonar extravascular (ELF), però a nivells molt menors en aquest darrer compartiment. Addicionalment, el meropenem triga més a eliminar-se a l'ELF dels animals amb VILI. Després dels exàmens postmortem, tot i que en tots dos grups s'observés pneumònia bilateral a la necròpsia, a l'examen histològic, només el grup amb VILI va presentar signes compatibles amb dany alveolar difús incloent les característiques membranes hialines. Conclusions: S'ha aconseguit establir un model animal precís de SDRA amb el desenvolupament de la malaltia i semblances clíniques en la disfunció fisiològica, resposta inflamatòria, alteració de la membrana barrera capil·lar-alveolar i dany histològic.