La estrategia respiratoria al nacer inicia distintos fenotipos de lesión pulmonar en el pulmón de cordero prematuro

Fondo

La falta de pruebas claras de los ensayos a menudo dificulta la toma de decisiones clínicas durante el apoyo del pulmón prematuro al nacer. Los biomarcadores de proteínas se han utilizado para definir los fenotipos de lesión pulmonar aguda y mejorar la selección de pacientes para intervenciones específicas en el síndrome de dificultad respiratoria del adulto. El objetivo del estudio fue utilizar la proteómica para proporcionar una comprensión biológica más profunda de los fenotipos de lesión pulmonar aguda resultantes de diferentes estrategias de aireación al nacer en el pulmón prematuro.

Métodos

Los cambios en la abundancia de proteínas frente a un grupo no ventilado (n = 7) se identificaron mediante espectrometría de masas en un biobanco de tejido pulmonar dependiente y no dependiente de la gravedad de corderos prematuros tratados con Inflación Sostenida (SI, n = 20), PEEP dinámica ( DynPEEP, n = 19) o PEEP estática (StatPEEP, n = 11). Se identificaron vías y funciones específicas de la estrategia de ventilación (PANTHER y WebGestalt Tool) y se definieron fenotipos mediante el análisis integrado de conjuntos de datos clínicos, fisiológicos y de proteoma (paquete MixOmics).

Resultados

Se identificaron 2372 proteínas. Se identificaron más proteínas alteradas en el pulmón no dependiente y en el grupo SI que StatPEEP y DynPEEP. Se identificaron diferentes procesos de inflamación, sistema inmunitario, apoptosis y enriquecimiento de la vía de las citocinas para cada estrategia y región pulmonar. Se podrían generar mapas de integración específicos de resultados clínicos y fisiológicos para proteínas específicas para cada estrategia.

Conclusiones

La proteómica mapeó los eventos moleculares que inician la lesión pulmonar aguda e identificó fenotipos específicos de estrategias detalladas. Este estudio demuestra el potencial para caracterizar la lesión pulmonar prematura por la etiología directa y la respuesta a la lesión pulmonar; el primer paso hacia la verdadera medicina de precisión en neonatología.

La displasia broncopulmonar (DBP) sigue siendo una complicación crónica grave del parto prematuro, con consecuencias potencialmente de por vida. La BPD surge de eventos dañinos agudos que ocurren en el pulmón prematuro subdesarrollado, a menudo después de que comienza la ventilación al nacer. [1, 2]. Esto incluye elecciones ventilatorias inapropiadas destinadas a apoyar el síndrome de dificultad respiratoria (SDR) característico del parto prematuro. [3]. Es poco probable que la compleja y dinámica cascada de lesiones se explique por una única causa biológica o mecánica. Sin embargo, los ensayos de terapias respiratorias para prematuros generalmente se basan en un modelo de tratamiento singular y unificado y, en general, no han logrado mostrar ningún impacto en las tasas de DBP. [4, 5]. La caracterización de la lesión pulmonar aguda y la DBP también suele depender de criterios clínicos y diagnósticos imprecisos, como la dependencia del oxígeno. [6]. Este enfoque no logra apreciar la compleja interacción entre los factores intrínsecos y de desarrollo y las intervenciones clínicas que dan forma al desarrollo y la progresión de la lesión pulmonar aguda a la displasia broncopulmonar, ni permite una comprensión biológica de la respuesta individual de los pacientes al tratamiento.

Se ha explorado una posible solución en adultos con síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA); utilizando fisiología, datos clínicos, biomarcadores para estratificar a los pacientes en subgrupos distintos y homogéneos [7]. Este enfoque ha identificado fenotipos de ARDS asociados con respuestas inflamatorias divergentes [8,9,10] que indican una respuesta beneficiosa diferente a terapias específicas, como el reclutamiento pulmonar [11]. Considerar los fenotipos de ARDS de esta manera proporciona información sobre los resultados variables de los ensayos de ARDS y permite el potencial para intervenciones específicas. [8]. Al igual que el SDRA, la población con SDR prematuro exhibe un alto grado de heterogeneidad clínica y biológica, lo que sugiere que esta población puede beneficiarse de manera similar de la identificación de fenotipos basados ​​en biomarcadores.

Lograr efectivamente la aireación pulmonar al nacer es fundamental para establecer una capacidad residual funcional, y no hacerlo se correlaciona con el punto más temprano en el que el manejo respiratorio puede iniciar una lesión pulmonar [12, 13]. Se han sugerido varios enfoques que respaldan la aireación en bebés prematuros dirigidos a diferentes fundamentos fisiológicos, como estrategias de presión positiva al final de la espiración (PEEP) o el uso de una inflación pulmonar sostenida inicial (SI) [12, 14,15,16]. Se ha propuesto que las diferentes respuestas clínicas y de lesiones observadas con estos enfoques reflejan diferentes vías de mecanismos de lesión dentro del pulmón y, por lo tanto, diferentes fenotipos que aún no están definidos.

Hemos establecido un gran biobanco de tejido pulmonar, imágenes clínicas y pulmonares y datos mecánicos en corderos prematuros. También hemos identificado previamente fenotipos basados ​​en proteínas asociados con la edad gestacional [17] y duración de la ventilación [18] en este biobanco. Por lo tanto, el objetivo principal de este estudio fue utilizar la proteómica para proporcionar una comprensión biológica más profunda de los fenotipos de lesión pulmonar aguda resultantes de diferentes estrategias de aireación al nacer en el pulmón prematuro con SDR. Este objetivo se logrará comparando la respuesta fenotípica a diferentes estrategias de PEEP al nacer en el cordero prematuro. En estudios secundarios, nuestro objetivo fue utilizar modelos de mínimos cuadrados parciales para identificar asociaciones de función de proteína específicas de fenotipo dentro de regiones pulmonares no dependientes y dependientes. Al hacerlo, nuestro objetivo es diseñar el primer enfoque fenotípico para definir el inicio de la enfermedad pulmonar prematura. Esto proporcionaría la base mecanicista para refinar las decisiones de protección pulmonar después del parto prematuro al grupo de pacientes o de intervención más adecuado y, potencialmente, proporcionaría la precisión necesaria para reducir significativamente la incidencia de DBP. [3].

Este estudio utilizó muestras históricas y datos de nuestro biobanco. Las mediciones, la adquisición y el análisis de datos fisiológicos y la metodología de análisis de lesiones pulmonares de estos estudios se han descrito anteriormente. [12, 19, 20]. Figura 1 proporciona un resumen del flujo de trabajo experimental y la configuración relevante para los objetivos del estudio. Todos los datos utilizados en este estudio están disponibles en Figshare (https://doi.org/10.26188/19252103.v1).

Instrumentación experimental

Corderos prematuros (124–127 días; término ~ 145 días) nacidos por cesárea hasta la fecha de apareamiento, ovejas tratadas con betametasona fueron instrumentadas antes del parto [12, 19, 20].

Estrategias de reclutamiento

Antes del parto, los corderos se asignaron al azar para recibir una de las siguientes estrategias de reclutamiento pulmonar desde el nacimiento.

PEEP estática (StatPEEP)

Ventilación con presión positiva (PPV; SLE5000, SLE Ltd, South Croydon, Reino Unido) en modo de ventilación con volumen objetivo (VTV) (PEEP 8 cmH₂O [21]tiempo inspiratorio 0,4 s, velocidad 60 inflaciones/min, set V_T 7 ml/kg y presión inspiratoria pico máxima (PIP) 35 cmH₂O).

Inflación sostenida (SI)

SI se mantuvo en 35-40 cmH₂O hasta 10 s después de alcanzar una meseta de volumen en la pantalla EIT (máximo 180 s) [12, 19, 20, 22].

PEEP dinámica (DynPEEP)

A partir de 6 cmH₂O durante PPV + VTV (V_T, 7ml/kg; máximo PIP 35 cmH₂O), la PEEP aumentó en 2 cmH₂O cada 10–15 insuflaciones durante la VPP hasta una PEEP máxima (14–20 cmH₂O) basado en el cumplimiento dinámico (C_dinámico), y luego disminuyó de manera similar a una PEEP final de 8 cmH₂O (170–180 s de duración total) [12, 19].

Al finalizar el SI o DynPEEP, se continuó PPV + VTV según el grupo StatPEEP durante 90 min. [12, 19, 20]. Todos los corderos comenzaron la VPP utilizando una fracción de oxígeno inspirada (FiO₂) de 0,3. FiO₂ y entregado V_T se ajustaron para mantener la saturación de oxígeno periférico entre 88 y 94 % y una presión parcial de dióxido de carbono (PaCO₂) de 40 a 60 mmHg utilizando una estrategia estandarizada [12, 19, 23]. Poractant alfa 200 mg/kg (Chiesi Farmaceutici SpA) fue…