Studio dei meccanismi coinvolti nel "ventilator-induced lung injury"

Introduction. Mechanical ventilation (MV) represented a fundamental step forward in the care of patients in both intensive care and anesthesia. Unfortunately, it can exacerbate, or even initiate, acute lung injury. Many mechanically ventilated patients with Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS) go on to develop pulmonary fibrosis. We hypothesized that the MV may contribute to the development of this fibrosis through different mechanisms. Materials and methods. In vitro. Human alveolar epithelial cells BEAS-2B were subjected to cyclic mechanical stretch for 24 or 48 hours, and then the expression of epithelial and mesenchymal markers was analyzed. In vivo. Mice C57 BL/6 were randomized to 4 treatments: healthy controls; inhalation of hydrochloric acid (HCl) inhalation of control solution followed 24 hours later by MV; inhalation of HCl followed 24 hours later by MV. Treated animals were then followed for periods of 3, 8 and 15 days after inhalation. We analyzed lung mechanics, lung histology, circulating fibrocytes, the quantities of hydroxyproline as well as the expression of epithelial and mesenchymal markers in the lungs. Results. In vitro. The cyclic mechanical stretch in BEAS-2B cells resulted a in reduction in the expression of epithelial markers cytokeratin 8, E-cadherin and pro-surfactant protein B (proSPB), and increased expression of TGF-β1 and β-catenin and of the mesenchymal markers α-SMA and vimentin A. In vivo. MV, alone or in combination with the inhalation of HCl, resulted in altered lung mechanics, an increase of hydroxyproline content and expression of TGF-β1, β-catenin and the mesenchymal markers α-SMA and vimentin A, and a decrease in the expression of the epithelial markers cytokeratin 8, E-cadherin and proSPB. The circulating fibrocytes count was not affected by MV. Histological examination showed increased pulmonary fibrosis in treated animals and potential epithelial-mesenchymal transition after inhalation of HCl followed by MV. Conclusions. Mechanical stress causes pulmonary fibrosis, and the phenomenon of epithelial-mesenchymal transition may play a role in this process. If the results of our work are confirmed, the modulation of the fibrotic response in patients who require MV may represent an important new therapeutic target to investigate.

Introduzione. La ventilazione meccanica (MV) ha rappresentato un fondamentale passo avanti nell’assistenza dei pazienti sia in terapia intensiva sia in anestesia. Purtroppo però essa può esacerbare, o addirittura iniziare, un danno polmonare acuto. Molti pazienti con Acute Respiratory Distress Sindrome (ARDS) ventilati meccanicamente sviluppano fibrosi polmonare. Abbiamo ipotizzato che la MV possa contribuire mediante diversi meccanismi allo sviluppo di tale fibrosi. Materiali e metodi. In vitro. Cellule epiteliali alveolari umane BEAS-2B sono state sottoposte ad allungamento meccanico ciclico per 24 o 48 ore, e quindi si è analizzata l’espressione di marcatori epiteliali e mesenchimali in esse. In vivo. Topi C57 Bl/6 sono stati randomizzati verso 4 trattamenti: controlli sani; inalazione di acido cloridrico (HCl); inalazione di soluzione di controllo seguita dopo 24 ore da MV; inalazione di HCl seguita dopo 24 ore da MV. Gli animali trattati sono stati quindi seguiti per periodi di 3, 8 e 15 giorni dopo l’inalazione. Si sono analizzate le meccaniche polmonari, l’istologia polmonare, i fibrociti circolanti, i quantitativi di idrossiprolina così come l’espressione di marcatori epiteliali e mesenchimali nei polmoni. Risultati. In vitro. L’allungamento meccanico ciclico ha determinato nelle cellule BEAS-2B una riduzione nell’espressione dei marcatori epiteliali citocheratina 8, E-caderina e pro-proteina del surfattante B (proSPB), ed un aumento dell’espressione di TGF-β1 e β-catenina e dei marcatori mesenchimali α-SMA e vimentina A. In vivo. La MV, da sola o in associazione all’inalazione di HCl, ha determinato alterate meccaniche polmonari, un aumento del contenuto di idrossiprolina e dell’espressione di TGF-β1 e β-catenina e dei marcatori mesenchimali α-SMA e vimentina A, ed una diminuita espressione dei marcatori epiteliali citocheratina 8, E-caderina e proSPB. I fibrociti circolanti non sono stati influenzati dalla MV. L’istologia polmonare ha mostrato aumentata fibrosi negli animali trattati e potenziale transizione epitelio-mesenchimale dopo inalazione di HCl seguita da MV. Conclusioni. Lo stress meccanico determina fibrosi polmonare, e il fenomeno della transizione epitelio-mesenchimale potrebbe giocare un ruolo in questo processo. Se i risultati del nostro lavoro saranno confermati, la modulazione della risposta fibrotica nei pazienti che necessitano di MV potrebbe rappresentare un nuovo, importante bersaglio terapeutico da investigare.