diumenge, 16 de maig de 2021

L’aplicació de ventilació entèrica en la fallida respiratòria

Medicina experimental: La respiració externa és allò que permet l’entrada d’oxigen (O2 al medi intern, i alhora l’expulsió de diòxid de carboni (CO2). En els amfibis trobem quatre àrees potencialment importants d’intercanvi gasós: els pulmons, les brànquies, la cavitat oral i la pell. En els mamífers no hi ha brànquies en el decurs del desenvolupament independent (i en els amfibis, habitualment, tan sols en l’estadi larvari), i la pell és virtualment impermeable als gasos. Així doncs, en els mamífers és evident que són els pulmons els òrgans de respiració, els òrgans de l’oxigenació i els òrgans de l’excreció de CO2. Però i el tub digestiu? En amfibis, si la respiració digestiva es limita fonamentalment a la cavitat oral és perquè és la més accessible a l’aire exterior, i val a dir que, en termes generals, la contribució que fa a l’oxigenació és minoritària. En alguns peixos que viuen en aigües someres, “la ingesta d’aire” pot contribuir ocasionalment a l’oxigenació, com és el cas de l’anguila americana (Anguilla rostrata) o del peix gat cuirassat (Plecostomus), que pot absorbir oxigen a través de l’estómac i de l’intestí. Un grup d’investigadors coordinat per Takanori Takebe, inspirat per l’exemple dels peixos cobitoïdeus, ha investigat sobre un procediment de ventilació entèrica a través de perfluorocarboni en ratolins i porcs, aplicable en situacions de fallida respiratòria. En un article a la revista Med, publicat aquesta setmana, expliquen com la ventilació entèrica permet una oxigenació sistèmica en mamífers, millorant la supervivència i comportaments en models animals de fallida respiratòria. Els autors de l’article, encapçalat per Ryo Okabe consideren que la ventilació entèrica podria constituir una estratègia transformadora en el tractament de pacients amb fallida respiratòria. En l’actual context de pandèmia per covid-19, la investigació ha rebut l’interès de la premsa general (The Economist, entre d’altres). La ventilació entèrica de Okabe et al. consisteix en l’administració intra-rectal d’una forma líquida d’O2: el perfluorocarboni conjugat. El perfluorocarboni conjugat, de fet, s’utilitza en la ventilació líquida per via pulmonar. Okabe et al. comparen en un model experimental de fallida respiratòria (en ratolí, rata i porc) la ventilació intra-rectal gasosa amb O2 i la ventilació intra-rectal líquida amb perfluorocarboni oxigenat. Totes dues ventilacions intra-rectals milloren la supervivència, comportament i oxigenació, però la forma líquida és més tolerable. La recerca ha estat finançada pels fons que l’agència japonesa AMED ha destinat a la investigació sobre covid-19.

L’abstract de l’article és obra d’Asuka Kodaka.

La ventilació entèrica

Els experiments foren dissenyats per Ryo Okabe i Tanakori Takebe, i conduïts per Okabe, Yosuke Yoneyama, Yuhei Yokoyama, Eiji Kobayashi i Takebe. Toyofumi F. Chen-Yoshikawa i Hiroshi Date els assesoraren des d’un punt de mira clínic. Okabe, Yoneyama, Chen-Yoshikawa, Yokoyama, Satona Tanaka, Wendy L. Thompson, Gokul Kannan, Kobayashi, Date i Takebe redactaren l’article, que fou tramès a la revista Med el 22 d’octubre del 2020. Seguí un procés de revisió, completat el 10 de febrer del 2021. L’article fou acceptat el 30 de març, i publicat el 14 de maig. Els autors tenen paraules d’agraïment per Hirofumi Nagai, Taiichi Mune, Ryo Miyata, Naoko Sekinami, Mitsuru Mizuno, Akiko Kinebuchi, i Vivian Hwa.

La respiració entèrica que observem en peixos (Misgumus anguillicandatus, Corydoras), equinoderms (cogombres de mar) o aranyes (Tetragnatha praedonia) és una adaptació a condicions hipòxia: la mucosa de l’intestí posterior participa en l’intercanvi de gasos. Ja en els anys 1950 i 1960, hom estudià la participació del tub digestiu en la respiració externa d’humans, per bé que centrant-se més aviat en la cavitat oral i parts superiors del tracte gastrointestinal.

Una superfície respiratòria, per al bescanvi de gasos, ha d’ésser prou prima i ben irrigada. En mamífers el recte compleix aquestes condicions: és una cavitat corporal recoberta d’una capa mucosa relativament prima i, particularment en el canal anal, hi ha un drenatge vascular abundant, amb plexus hemorroidals que connecten amb la circulació portal (destinada al fetge) i amb la circulació sistèmica. Aquestes característiques són les que justifiquen l’administració intra-anal de medicaments, que són ràpidament absorbits.

El model experimental

Els ratolins C57BL/6J procedien de SLC, de Shizuoka. Els estudis en ratolins foren aprovats pel comitès corresponents de la Universitat de Kyoto i de la Universitat Mèdica i Dental de Tokyo.

Els “micro mini porcs” procedien de Fuji Micha Inc., de Shizuoka. Els estudis en porcs es feren al laboratori de Hamri Co, a Ibaraki.

El sistema de ventilació entèrica gasosa consistia en l’administració d’oxigen pur a l’intestí gros de ratolins.

El sistema de ventilació entèrica líquida consistia en l’administració de perfluorats líquids, concretament en octadecafluorodecahidronaftalè bombollejat prèviament durant 45 minuts amb oxigen pur.

El model de fallida respiratòria en porcs consistia en una hipoventilació (amb una pressió de saturació d’oxigen del 90%). Es feia un seguiment de la taxa respiratòria, de la mortalitat intra-operatòria, de la pal·lidesa de la pell, de la fredor perifèrica i de l’edema intestinal. Ulteriorment, es feia una investigació patofisiològica de colon descendent, del recte, del fetge i de la melsa. Abans i després de la ventilació es feren valoracions de les transaminases (AST i ALT).

El model de ratolins hipòxics tractats amb ventilació entèrica líquida fou utilitzat per fer una anàlisi de comportament basat en la mobilitat i en el comportament mentre caminen.

Es realitzà un estudi patohistològic de l’intestí posterior de lotxes (Misgurnus anguillicaudatus), procedents de Meito Suien Co., paral·lelament al fet en els ratolins. Talls histològics de teixit fixat amb formal i inclòs en parafina foren tenyits amb hematoxilina i eosina.

En altres ratolins es realitzà una tinció immunoquímica amb Hypoxyprobe-1. Aquest producte era administrat per injecció intraperitonial (60 mg/kg).

Teixits intestinals de ratolins sacrificats foren destinats a una anàlisi RT-qPCR per determinar-hi canvis d’expressió gènica.

En rates Crl·CD (SD) es realizaren mesures de perfluorodecalina amb cromatografia de gasos acoblada a espectrometria de masses.

En ratolins i porcs es feren anàlisis de nivell d’endotoxina en sèrum.

L’abrasió de la barrera mucosa

En les lotxes l’intestí posterior consisteix en una capa epitelial molt prima, amb abundància de vasos capil·lars i d’eritròcits. Així doncs, Okabe et al. assajaren en ratolins i porcs l’abrasió de la barrera mucosa, emprant mètodes químics i mecànics. El protocol més eficient era una abrasió mecànica moderada, que permetia un augment de 13.6 ± 5.66 mm Hg d’O2 dissolt a nivell de la vena cava inferior.

L’abrasió moderada o severa provoca un augment de l’expressió dels gens Vegfa i Anxa1. El gen Vegfa codifica per un factor de creixement actiu en l’angiogènesi, la vasculogènesi i el creixement de cèl·lules endotelials. El gen Anxa1 juga un paper important en la resposta immune innata i en la inflamació de mucoses en particular. Curiosament, aquests dos gens són sobreexpressats en l’intestí de lotxa.

D’aquesta manera, l’abrasió de la mucosa rectal jugaria un paper de precondicionament que facilitaria la ventilació entèrica gasosa.

La mucosa epitelial intestinal és un ambient anaeròbic (amb una pressió parcial d’O2 inferior a 10 mm Hg) i respon a l’estimulació hipòxica. En ratolins normòxics, l’epiteli intestinal es tenyeix amb el marcador Hypoxyprobe-1, però no ho fa ni la submucosa ni els teixits connectius. En ratolins hipòxics, el marcatge amb Hypoxyprobe-1 s’estén a la submucosa i al teixit connectiu, però aquest marcatge es redueix en ratolins hipòxics tractats amb ventilació entèrica gasosa.

En el model d’hipòxia letal, la supervivència és del 0%, amb una supervivència mediana d’11 minuts. La ventilació entèrica gasosa en animals amb l’intestí intacte augmenta la supervivència a 18 minuts, mentre que la ventilació entèrica gasosa en animals amb abrasió intestinal prèvia fa que la supervivència pugi al 75%. En aquest darrer cas, la ventilació entèrica gasosa era capaç de mantenir l’oxigenació sistèmica i de mitigar la letalitat de la hipòxia.

La ventilació entèrica líquida es fonamenta en l’administració intrarectal de perfluorodecalina oxigenada (O2-PFD). En ratolins s’hi administra 1 mL de O2-PFD. En el model d’hipòxia no-letal (en el que els ratolins són mantinguts en una cambra a un 10% d’O2), la ventilació entèrica líquida produeix una millora clara dels símptomes: els ratolins poden caminar més distància. La ventilació entèrica líquida, sense necessitat d’un precondicionament abrasiu, és capaç de recuperar els nivells d’oxigen en ratolins sotmesos a condicions d’hipòxia.

En ratolins mantinguts en condicions d’hipòxia, l’administració intra-rectal de perfluorocarboni oxigenat permet mantindre l’oxigenació sistèmica durant més d’una hora

En el model d’hipòxia en porcs, la ventilació entèrica líquida també és capaç d’aportar oxigenació i d’alleugerir els símptomes de fallida respiratòria.

En rates, la ventilació entèrica líquida no comporta un augment dels nivells sèrics de PFD. Tampoc no s’hi registra ni diarrea ni deshidratació, fins i tot quan es realitzen 6 infusions al llarg de 2 dies. No s’observen alteracions en hematòcrit, albúmina o electròlits.

L’anàlisi patològica de porcs i de rates sotmesos a ventilació entèrica líquida no indica alteracions en el budell, en el conducte biliar o en la melsa. Ni tan sols s’observa una vacuolació citoplasmàtica de les cèl·lules reticuloendotelials de la melsa, que és un dels signes d’intoxidació per PFD. Tampoc no hi ha un augment de l’endotoxina, la qual cosa esvaeix les pors a una translocació bacteriana com a conseqüència de la ventilació entèrica.

L’aplicació de la ventilació entèrica en humans

Okabe et al. pensen que els seus resultats indiquen que tan el protocol gasós com líquid de ventilació entèrica permeten un intercanvi de gasos eficient a nivell terapèutic.

La ventilació entèrica líquida amb perfluorats, però, semblaria més ben situada cap a una translació clínica. Al capdavall, hi ha dades clíniques sobre la seguretat i eficàcia de l’administració de perfluorats oxigenats a través del sistema respiratori o per via vascular.

L’administració de 200 a 400 mL de PFD oxigenat a porcs que pesaven 10-20 kg millorava la pressió parcial d’oxigen en 13 mm de Hg i l’índex de saturació en un 7% (de 84% a 91%). Això equival a una absorció d’oxigen per ventilació enteral de 13,1 mL. Si aquests valors es traslladen a una persona de 60 kg, l’absorció d’oxigen seria de 38,6 mL, i la millora en l’índex de saturació seria del 5%. Una administració intra-rectal de 600-1200 mL de PFD oxigenat podria salvar vides en contextos de fallida respiratòria: en protocols d’administració pulmonar de PFD oxigenat s’utilitzen 1800 mL.

Okabe et al. consideren que la ventilació entèrica líquida aportaria oxigenació immediata en casos d’atacs d’asma bronquial, d’estenosi de vies respiratòria, d’asfíxia neonatal i de fallida respiratòria aguda.

La ventilació entèrica líquida no tan sols aporta oxigen, sinó que en els models experimentals d’Okabe et al. també redueix la pressió arterial de CO2. Així doncs la ventilació entèrica líquida també ajudaria a l’excreció de CO2.

En l’actual pandèmia de covid-19, els casos més severs han requerit ventilació mecànica. Alternativament, s’ha utilitzat l’oxigenació per membrana extracorpòria (“pulmó artificial”). Tan en un cas com en l’altre calen aparells sofisticats, i personal ben format en el seu maneig. La ventilació entèrica líquida podria constituir una alternativa de suport respiratori per a breus períodes.

Okabe et al. consideren necessaris estudis més detallats sobre els mecanismes de bescanvi de gasos implicats en la ventilació rectal. D’altra banda, caldria fer estudis preclínics sobre l’eficàcia de la ventilació entèrica en models de pneumònia severa. Finalment, caldria estudiar la seguretat de la ventilació entèrica en models de més llarg termini, així com en un context clínic de fase I. De moment no hi ha cap proposta en aquest darrer sentit.

Lligams:

- Mammalian enteral ventilation ameliorates respiratory failure. Ryo Okabe, Toyofumi F. Chen-Yoshikawa, Yosuke Yoneyama, Yuhei Yokoyama, Satona Tanaka, Akihiko Yoshizawa, Wendy L. Thompson, Gokul Kannan, Eiji Kobayashi, Hiroshi Date, Takanori Takebe. Med (2021).