Expresión de aquaporinas 1 y 5 en el pulmón de ratas sometidas a ventilación mecánica: efectos del volumen corriente y el tiempo de ventilación

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Publication date
2015
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08-02-2016
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El daño pulmonar inducido por la ventilación mecánica (VM) desempeña un papel clave en el desarrollo y evolución del síndrome de distrés respiratorio agudo. Las aquaporinas (AQPs), una familia de proteínas de canal transmembrana, permiten el movimiento bidireccional de agua de forma rápida y selectiva. De estas, se conocen por lo menos 13 tipos diferentes que se expresan en mamíferos de los cuales el pulmón expresa cuatro. Su papel en el desarrollo y la resolución del edema pulmonar es controvertido, aunque parece que pueden tener un papel en el edema inducido por la ventilación mecánica. Con estos antecedentes y sobre las hipótesis de que la ventilación mecánica aplicada con volúmenes corrientes elevados o mantenida en el tiempo con volúmenes corrientes no lesivos provoca lesión pulmonar y edema en el pulmón de ratas y que esta es capaz de modificar la expresión de AQPs en el pulmón, se plantearon los siguientes objetivos: a. reproducir un modelo de lesión pulmonar aguda con edema causado por ventilación mecánica a volúmenes corriente elevados (20 ml/Kg), objetivándolo mediante el cociente peso húmedo / peso seco pulmonar; b. determinar el impacto sobre el edema pulmonar que tiene el bloquear de manera competitiva los canales de agua con cloruro de mercurio (HgCl2), poniendo de manifiesto de manera indirecta la implicación de las AQPs 1 y 5 en la formación del edema pulmonar; c. objetivar que ocurre con la expresión de AQPs 1 y 5 en el pulmón como consecuencia de la agresión que supone la distensión pasiva alveolar durante la ventilación con presión positiva en condiciones lesivas para el pulmón. d. poner de manifiesto si la ventilación mecánica en condiciones teóricamente “poco” lesivas para el pulmón (volumen corriente de 10 ml/Kg) pero mantenidas en el tiempo (4 horas) condiciona la aparición de lesión pulmonar y consecuencia de ello la alteración del cociente peso húmedo / peso seco y del porcentaje de agua pulmonar; e. determinar que ocurre con la expresión de las AQPs 1 y 5 en estas mismas condiciones de ventilación mantenidas en el tiempo. 2. MATERIAL Y MÉTODOS Tras la aprobación por parte del Comité de Ética de Animales de Experimentación y Bienestar Animal de la Facultad de Medicina de Valencia, se utilizaron 7 ratas adultas Wistar, todas ellas machos. Esta se asignaron a dos modelos diferentes. Uno de lesión pulmonar inducida por volúmenes corrientes elevados y otro de ventilación mecánica prolongada a volúmenes corrientes no lesivos. 2.a. Modelo de lesión pulmonar inducido por volúmenes corrientes elevados Se emplearon un total de 44 ratas. Seis (n=6) animales no ventiladas se sacrificaron y se utilizaron como controles (Grupo 1). Los 38 animales restantes fueron ventilados mecánicamente durante 2 horas con diferentes volúmenes corrientes y una frecuencia respiratoria de 90 respiraciones por minuto. Los animales del Grupo 2 (n = 12) fueron ventilados con un volumen corriente de 7 ml/kg. Los animales del Grupo 3 (n = 14), fueron ventilados con un volumen corriente de 20 ml / kg. Los animales de los Grupos 4 y 5 (6 ratas en cada grupo) fueron ventilados de una manera similar a los del Grupo 3 pero se les administró cloruro de mercurio (Grupo 4) y cloruro de mercurio más cisteína (Grupo 5) antes del inicio de la ventilación mecánica. El grado de edema pulmonar se comparó entre los grupos así como la permeabilidad de la membrana alveolo-capilar medida por espectrofotometría con la ayuda del colorante Azul de Evans. La expresión de AQP1 y AQP5 se determinó por Western Blot y mediante la medición de los niveles de ARNm (previamente amplificadas por RT- PCR) en muestras de pulmón de los grupos 1 , 2 y 3. 2.b. Modelo de ventilación mecánica prolongada a volúmenes corrientes no lesivos. Se emplearon un total de 30 ratas que fueron sometidos a ventilación mecánica; 12 especímenes durante 2 horas (Grupo 2H) y 13 especímenes durante 4 horas (Grupo 4H). En ambos grupos de animales ventilados, se utilizó un volumen corriente de 10 ml / kg. Se registraron parámetros hemodinámicos, gasométricos y de mecánica ventilatoria. Se midió el grado de edema por gravimetría y se comparó con grupo de 5 animales no ventilados (Grupo Control). También se comparó la permeabilidad de la membrana aveolo-capilar medida con Azul de Evans. La expresión de AQPs 1 y 5 se midió, de manera similar a los animales del modelo anterior, mediante la realización de técnicas de Western Blot y midiendo la cantidad de ARNm. También se llevó a cabo la tinción inmunohistoquímica de AQPs 1 y 5 en muestras de tejido pulmonar de todos los grupos. 3. RESULTADOS 3.a. Modelo de lesión pulmonar inducido por volúmenes corrientes elevados El edema pulmonar y la permeabilidad de la membrana alveolo-capilar se incrementaron significativamente en los animales sometidos a ventilación mecánica con altos volúmenes corrientes (20 ml/kg), en comparación con el grupo de control (Grupo 1). La cantidad de AQP1 se redujo (p < 0,01) en todos los animales con ventilación mecánica, en comparación con el grupo no ventilado (Grupo 1). Sin embargo, no se encontraron estas diferencias en la expresión de AQP5. Paradójicamente, los niveles de ARNm para la AQP1 y la AQP5 aumentaron en todos los animales sometidos a ventilación mecánica. 3.b. Modelo de ventilación mecánica prolongada a volúmenes corrientes no lesivos No hubo diferencias significativas en el grado de edema entre los grupos se encontraron. Tampoco se encontraron diferencias en la permeabilidad de la membrana alveolo-capilar. La AQP1 no sufrió ninguna diferencia significativa en su expresión en relación con la duración de la VM. La AQP5 (citosólicas y de membrana) aumentó su expresión de manera estadísticamente significativa (p <0,01) medida por densitometría y por RNAm. Estos resultados también fueron corroborados en las muestras de inmunohistoquímia. 4. CONCLUSIONES a. La ventilación mecánica a volúmenes corriente elevados (20 ml/Kg) produce edema pulmonar y este edema se debe principalmente a un aumento de la permeabilidad pulmonar. b. El uso de cloruro de mercurio, una sustancia que es bloqueante específico de la función de las aquaporinas 1 y 5, produjo un empeoramiento del edema pulmonar. c. En los animales con ventilación mecánica a volúmenes corriente elevados (20 ml/Kg) se objetivó un gran descenso en la expresión de aquaporina 1. Este se acompañó de un aumento en la cantidad de ARNm de las aquaporinas 1 y 5, siendo menos relevantes los cambios observados en la ventilación a volúmenes corrientes bajos (7 ml/Kg). d. Nuestro modelo de ventilación mecánica prolongada (10 ml/Kg durante 4 horas) no aumentó el contenido de agua pulmonar por una alteración de la permeabilidad microvascular. e. En estos animales hemos objetivado un aumento en la expresión de la aquaporina 5 y de su ARNm, tanto mayor cuanto mayor es el tiempo de exposición a la ventilación mecánica.
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