乳児ラットにおける高換気の界面活性剤代謝および肺損傷への影響

Impact of high tidal volume ventilation on surfactant metabolism and lung injury in infant rats.

• Susanne Wiegert
• Francesco Greco
• Philipp Baumann
• Sven Wellmann
• Paula Grest
• Udo Hetzel
• Vincenzo Cannizzaro

抄録

重症児や年齢に相当する動物モデルで観察された高換気に対する耐性が十分に理解されていないことは、界面活性剤のホメオスタシスによって説明できる可能性がある。我々の前向きな動物研究の目的は、適切な正の終息呼吸圧（PEEP）での高潮容積換気が、肺機能の改善につながる界面活性剤のde novo合成と分泌と関連しているかどうか、また、極端な機械的換気が細胞内ラメラ体の形成とエキソサイトーシスに影響を与えるかどうかを検証することであった。14 日齢のラットを 5 つのグループに割り当てました：非換気コントロール、PEEP 5 cmHO 8、16、および 24 mL/kg、それぞれの V と PEEP 5 cmHO、および V 24 mL/kg と PEEP 1 cmHO。6時間換気後、肺機能、界面活性タンパク質とリン脂質、ラメラ体をそれぞれ強制振動法、定量的リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応、質量分析、免疫組織化学、透過型電子顕微鏡で評価した。高V(24 mL/kg)とPEEPを5 cmHOに設定した場合、呼吸器系の力学的な改善が見られ、肺損傷、界面活性剤タンパク質発現の上昇、界面活性剤リン脂質含量の上昇とは無関係であった。V 24 mL/kgとPEEP 1 cmHOの極端な換気は、軽度の炎症反応を生成し、ラメラ体数と形態に影響を与えることなく、気管支肺胞ラベージ液中のより高い界面活性剤リン脂質濃度と相関していた。最も有害である可能性のある方法（V 24 mL/kg, PEEP 1 cmHO）でのリン脂質濃度の上昇は、さらなる評価が必要であり、生物物理的に不活性な小凝集体の蓄積を反映している可能性がある。結論として、我々のデータは、高V誘導肺損傷に対する乳児ラットの回復力を確認し、保護因子としての界面活性剤の合成、貯蔵、および分泌の関連性に挑戦している。

The poorly understood tolerance towards high tidal volume (V) ventilation observed in critically ill children and age-equivalent animal models may be explained by surfactant homeostasis. The aim of our prospective animal study was to test whether high V with adequate positive end-expiratory pressure (PEEP) is associated with surfactant de novo synthesis and secretion leading to improved lung function and whether extreme mechanical ventilation affects intracellular lamellar body formation and exocytosis. Fourteen days old rats were allocated to five groups: non-ventilated controls, PEEP 5 cmHO with V of 8, 16, and 24 mL/kg, respectively, and PEEP 1 cmHO with V 24 mL/kg. Following 6 hours of ventilation, lung function, surfactant proteins and phospholipids, and lamellar bodies were assessed by forced oscillation technique, quantitative real-time polymerase chain reaction, mass spectrometry, immunohistochemistry, and transmission electron microscopy, respectively. High V (24 mL/kg) with PEEP of 5 cmHO improved respiratory system mechanics and was not associated with lung injury, elevated surfactant protein expression, or surfactant phospholipid content. Extreme ventilation with V 24 mL/kg and PEEP 1 cmHO produced a mild inflammatory response and correlated with higher surfactant phospholipid concentrations in bronchoalveolar lavage fluid without affecting lamellar body count and morphology. Elevated phospholipid concentrations in the potentially most injurious strategy (V 24 mL/kg, PEEP 1 cmHO) need further evaluation and might reflect accumulation of biophysically inactive small aggregates. In conclusion, our data confirm the resilience of infant rats towards high V-induced lung injury and challenge the relevance of surfactant synthesis, storage, and secretion as protective factors.