Rapporteurs : Professeur Bruno levy (Nancy)








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Figure 5: effets de l’inhibition du tonus β-adrénergique sur les gaz du sang artériels au cours de la pneumonie aiguë à E. coli. Ph (A), PaO2 (B) et PaCO2 (C). * p < 0,05 versus le groupe SSI et E. coli.
2.6) Effets de l’inhibition du tonus β-adrénergique endogène sur les cultures bactériennes pulmonaires d’E. coli

Les cultures bactériennes pulmonaires n’étaient pas significativement différentes entre le groupe ayant reçu le propranolol versus le groupe ayant reçu le SSI (figure 6).



Figure 6: effets de l’inhibition du tonus β-adrénergique endogène sur la croissance bactérienne d’E. coli dans le poumon entre les groupes SSI + E. coli et propranolol + E. coli. Aucune différence significative n’était mise en évidence.

2.7) Effets de l’inhibition du tonus β-adrénergique endogène sur l’eau extravasculaire pulmonaire, la perméabilité vasculaire pulmonaire et la réponse inflammatoire au cours de la pneumonie aiguë à E. coli

L’eau extravasculaire pulmonaire était significativement augmentée dans le groupe d’animaux pneumoniques en comparaison avec le groupe contrôle (4,8 ± 0,16 versus 3,82 ± 0,17, p < 0,05). L’inhibition du tonus β-adrénergique endogène par le propranolol augmentait significativement l’eau extravasculaire pulmonaire après instillation intratrachéale d’E. coli (5,96 ± 0,88 versus 4,8 ± 0,16, p < 0,05) (figure 7 A). La perméabilité vasculaire pulmonaire évaluée par les équivalents plasmatiques extravasculaires (EPEV) était augmentée dans le groupe pneumonique par rapport au groupe contrôle (60,3 ± 10 µL versus 20 ± 6 µL, p < 0,05). L’administration de propranolol dans le groupe d’animaux pneumoniques augmentait de manière significative le trouble de perméabilité vasculaire en comparaison du groupe pneumonique avec l’administration de SSI (111 ± 45 µL versus 60,3 ± 10 µL, p < 0,05) (figure 7 B). Nous avons évalué si l’inhibition du tonus β-adrénergique modifiait la réponse inflammatoire. L’administration de propranolol au cours de la pneumonie à E. coli augmentait la concentration plasmatique en macrophage inflammatory protein-2 (MIP-2) en comparaison du groupe pneumonique seul (figure 7 C).


Figure 7: effets de l’inhibition β-adrénergique endogène sur l’eau extravasculaire pulmonaire (A), la perméabilité vasculaire pulmonaire (équivalents plasmatiques extravasculaire, EPEV) (B), concentrations plasmatiques en MIP-2 au cours de la pneumonie aiguë à E. coli (C). * : p < 0,05 ; ** : p < 0,01 versus SSI + SSI et propranolol + E. coli.

2.8) Effets de l’inhibition du tonus β-adrénergique endogène sur la clairance liquidienne alvéolaire

Dans le groupe d’animaux avec une pneumonie à E. coli, la clairance liquidienne alvéolaire présentait une augmentation modérée mais significative par rapport au groupe contrôle (16,9 ± 2,8% versus 12,1 ± 2,6%, p < 0,05). L’administration de propranolol au cours de la pneumonie inhibait cette augmentation de la clairance liquidienne alvéolaire (10,5 ± 4,8% versus 16,9 ± 2,8%, p < 0,05) (figure 8). Aucune différence significative n’était retrouvée entre le groupe propranolol + SSI versus le groupe contrôle (SSI + SSI).


Figure 8: l’inhibition du tonus β-adrénergique endogène diminuait la clairance liquidienne alvéolaire au cours de la pneumonie aiguë à E. coli. * : p < 0,05 versus SSI + SSI et SSI + propranolol. ** : p < 0,05 versus SSI + E. coli.
2.9) Effets de l’inhibition du transport apical de sodium sur l’équilibre hydrique pulmonaire, la perméabilité vasculaire pulmonaire et la clairance liquidienne alvéolaire au cours de la pneumonie aiguë à E. coli

L’eau extravasculaire pulmonaire dans le groupe d’animaux ayant reçu E. coli et l’amiloride était significativement augmentée par rapport au groupe ayant reçu E. coli et le SSI (5,2 ± 0,38 versus 4,8 ± 0,16, p < 0,05) (figure 9 A). Aucune différence significative n’était retrouvée sur la perméabilité vasculaire pulmonaire entre les deux groupes (figure 9 B). L’augmentation de la clairance liquidienne alvéolaire au cours de la pneumonie à E. coli était inhibée par l’amiloride (figure 10).


Figure 9: effets de l’inhibition du transport apical de sodium sur l’eau extravasculaire pulmonaire (A) et la perméabilité vasculaire pulmonaire (EPEV) (B). * : p < 0,05 versus SSI + SSI. ** : p < 0,05 versus SSI + E. coli.




Figure 10: effets de l’inhibition du transport apical de sodium sur la clairance liquidienne alvéolaire au cours de la pneumonie aiguë à E. coli. * : p < 0,05 versus SSI + SSI. ** : p < 0,05 versus SSI + E. coli.

3) Effets de la stimulation exogène β2-adrénergique au cours de la pneumopathie aiguë à P. aeruginosa
3.1) Effets de la stimulation β2-adrénergique sur la sécrétion plasmatique de catécholamines au cours de la pneumonie aiguë à Pa

Aucune différence significative n’était retrouvée pour les concentrations plasmatiques en épinéphrine et norépinéphrine, 4,5 heures après l’instillation intratrachéale de Pa dans le groupe ayant reçu la terbutaline et le groupe ayant reçu le SSI (tableau I).
Tableau I: concentrations en catécholamines plasmatiques (épinéphrine et norépinéphrine) mesurées sur des animaux pneumoniques 4 heures après l’instillation intratrachéale de SSI (n=5) ou de terbutaline (n=5). Aucune différence significative n’était mise en évidence.




Groupe Pa + SSI

Groupe Pa + terbutaline

Epinéphrine (g/L)

0,31  0,24

0,39  0,39

Norépinéphrine (g/L)

0,34  0,2

0,32  0,09

Données représentées sous forme de la moyenne  l’écart type.

3.2) Effets de la stimulation β2-adrénergique exogène sur les paramètres hémodynamiques, les pressions des voies aériennes et l’oxygénation

Aucune différence significative n’était observée pour les pressions artérielles sanguines, les pressions des voies aériennes et les rapports PaO2/FiO2 entre les différents groupes. Le rapport PaO2/FiO2 4,5 heures après l’instillation de Pa tendait à augmenter dans le groupe terbutaline versus le groupe SSI mais sans significativité statistique, (respectivement 526  45 mm Hg versus 417  95 mm Hg, p=0.11). Les données sont représentées sur le tableau II et la figure 1.

Tableau II: pression artérielle systolique (PAS), pression des voies aériennes (PVA) et rapport PaO2/FiO2 en condition basale après une période de stabilisation de 30 minutes. Aucune différence significative n’était observée.

Groupes

PAS (mm Hg)

PVA (cm H2O)

PaO2/FiO2

SSI + SSI

101 ± 24

3,7 ± 0,5

533 ± 62

Pa + SSI

98 ± 13

3,8 ± 0,6

551 ± 38

Pa + terbutaline

99 ± 20

4,2 ± 0,6

562 ± 79

Pa + terbutaline + propranolol

104 ± 18

3,6 ± 0,3

551 ± 24

Pa + propranolol

100 ± 10

4 ± 0,3

542 ± 62

Données représentées sous forme de la moyenne ± l’écart type.



Figure 1: évolution de la PaO2 au cours du temps dans le groupe Pa + terbutaline et Pa + SSI. A 4,5 heures, PaO2 = 526 ± 45 mm Hg dans le groupe Pa + terbutaline versus 417 ± 95 mm Hg dans le groupe Pa + SSI, p = 0,11. Résultats représentés sous forme de la moyenne ± l’écart type.

2.3) Effets de la stimulation β2-adrénergique exogène sur la croissance bactérienne pulmonaire au cours de l’agression pulmonaire induite par Pa

Aucune différence significative n’était mise en évidence sur les cultures bactériennes de l’homogénat pulmonaire entre le groupe Pa et terbutaline versus Pa et SSI (figure 2).



Figure 2: cultures bactériennes de l’homogénat pulmonaire dans le groupe Pa + terbutaline et Pa + SSI (n = 6 dans chaque groupe). Aucune différence significative n’était mise en évidence.

2.4) Effets de la stimulation β2-adrénergique exogène sur l’eau extravasculaire pulmonaire, la perméabilité vasculaire et épithéliale pulmonaire

La stimulation β2-adrénergique induite par la terbutaline au cours de la pneumonie à Pa diminuait significativement l’eau extravasculaire en comparaison avec le groupe ayant reçu Pa et SSI (respectivement, 4,31  0,36 versus 5,99  0,39, p < 0,001) (figure 3). La perméabilité vasculaire, évaluée par les EPEV diminuait à 148  57 L dans le groupe terbutaline versus 349  70 L dans le groupe SSI 4,5 heures après l’agression pulmonaire aiguë induite par Pa. L’administration de propranolol inhibait les effets de la terbutaline sur l’eau extravasculaire pulmonaire et la perméabilité vasculaire pulmonaire (figure 4). Aucune différence significative n’était mise en évidence pour la perméabilité épithéliale pulmonaire, évaluée par la mesure de la radioactivité sur le LBA.



Figure 3: effets de la terbutaline sur l’eau extravasculaire pulmonaire au cours de l’agression pulmonaire aiguë induite par Pa. Le ratio M/S était significativement diminué dans le groupe Pa + terbutaline en comparaison avec les autres groupes. * p < 0,05 par rapport aux autres groupes.



Figure 4: effets de la terbutaline sur la perméabilité vasculaire pulmonaire par la mesure des équivalents plasmatiques extravasculaires (EPEV) au cours de l’agression pulmonaire aiguë induite par Pa. Les EPEV (µL) étaient significativement diminués dans le groupe Pa + terbutaline en comparaison des autres groupes. * p < 0,05 par rapport aux autres groupes.

2.5) Effets de la stimulation β2-adrénergique exogène sur la clairance liquidienne alvéolaire in situ

La clairance liquidienne alvéolaire, in situ, de base dans le groupe contrôle était de 8,3 ± 0,9%. La stimulation β2-adrénergique exogène induite par la terbutaline au cours de la pneumonie à Pa augmentait significativement la clairance liquidienne alvéolaire de base en comparaison avec le groupe ayant reçu Pa et SSI, respectivement 22,3  2,8% versus 12,5  3,7%, p < 0,001. L’administration de propranolol inhibait les effets de la terbutaline sur la clairance liquidienne alvéolaire de base (figure 5).



Figure 5: clairance liquidienne alvéolaire de base mesurée in situ au cours de l’agression pulmonaire aiguë induite par Pa. La clairance liquidienne alvéolaire (%/heure) était significativement augmentée dans le groupe Pa + terbutaline en comparaison des autres groupes. * p < 0,05 par rapport aux autres groupes.

DISCUSSION

A) Effets de la rhPCa au cours de l’agression pulmonaire aiguë induite par Pa

1) Rôle de la PCa au cours du sepsis et de l’agression pulmonaire aiguë

Le premier objectif de notre travail était d’évaluer l’administration de la rhPCa sur l’équilibre hydrique pulmonaire au cours de la phase précoce de l’agression pulmonaire induite par Pa. La rhPCa est un anticoagulant naturel qui possède des propriétés anti-inflammatoires notamment au cours de l’agression pulmonaire aiguë. La rhPCA a montré des effets bénéfiques sur différents modèles expérimentaux. Au cours de l’agression endothéliale induite par le LPS chez le rat, l’administration en prétraitement de la rhPCA prévenait le trouble de la perméabilité vasculaire pulmonaire indépendamment de son action anticoagulante et inhibait l’infiltration pulmonaire leucocytaire (107). La PCa prévenait également l’agression pulmonaire sur des modèles animaux de bactériémie (244). Sur un modèle ovin d’agression pulmonaire induite par l’inhalation de fumée et l’instillation intratrachéale de P. aeruginosa, l’administration intraveineuse de la rhPCA une heure après l’agression améliorait l’oxygénation (rapport PaO2/FiO2 à 118 ± 20 mm Hg dans le groupe rhPCA versus 74 ± 7 mm Hg dans le groupe contrôle à la 24ème heure) et le shunt intrapulmonaire (QS/QT à 0,65 ± 0,08 dans le groupe contrôle versus 0,45 ± 0,02 dans le groupe rhPCA à la 24ème heure) (245).

La PCa est aussi le premier agent biologique ayant montré un bénéfice significatif sur la survie des patients présentant un sepsis. En effet, en 2001, une étude multicentrique évaluant l’administration de la rhPCa au cours du sepsis a été publiée (étude PROWESS) (152). Dans cette étude, 1690 patients ont été randomisés pour recevoir pendant quatre jours une perfusion de PCa ou de placebo. La réduction de la mortalité absolue au 28e jour était de 6,1% avec une réduction du risque relatif de décès de 19,4% dans la population traitée par rapport au groupe placebo. Bien que le protocole de l’étude ne fût pas conçu pour évaluer le rôle de la PCa au cours de l’agression pulmonaire aiguë, une analyse ultérieure a montré que dans le groupe de patients ayant une dysfonction respiratoire (77,6% des patients dans le groupe placebo, 73,3% des patients traités), beaucoup d’entre eux avaient une agression pulmonaire aiguë ou un SDRA (246). La durée de l’agression pulmonaire aiguë était plus courte dans le groupe de patients traités par PCa en comparaison avec le groupe placebo.

Une étude en double aveugle contre placebo a évalué la rhPCa sur un modèle humain d’inflammation pulmonaire induite par le LPS chez des volontaires sains. L’administration de rhPCa diminuait significativement l’infiltration pulmonaire des PNN et le chémotactisme des PNN (247). Les effets de la rhPCa sur la fonction des PNN représentent le mécanisme potentiel par lequel la rhPCa améliore les patients au cours du sepsis. Cependant, les effets favorables de la PCa n’ont pas été retrouvés dans une étude récente évaluant l’administration de la PCa au cours d’une agression pulmonaire isolée. En effet, Matthay et al ont rapporté une étude contrôlée contre placebo pour évaluer l’administration de la PCa chez 75 patients après exclusion de ceux présentant un sepsis et un score de gravité (APACHE II) supérieur à 25. L’administration de PCa augmentait les concentrations plasmatiques de PC, diminuait l’espace mort pulmonaire mais ne modifiait pas le pronostic des patients (248).

Dans notre travail, nous avons montré que l’administration de la rhPCa aggravait l’oxygénation au cours la pneumonie aiguë à Pa. Sur un modèle porcin d’agression pulmonaire induite par l’injection intraveineuse d’acide oléique, Richard et al ont montré que le prétraitement par la rhPCa pouvait également aggraver l’oxygénation (249). Dans cette étude, les rapports ventilation-perfusion étaient mesurés par tomographie par émission de positrons. Leurs résultats étaient similaires aux nôtres avec une aggravation de l’oxygénation (le rapport PaO2/FiO2 était à 303 ± 171 mm Hg à la fin de l’expérimentation dans le groupe rhPCA versus 547 ± 54 mm Hg dans le groupe placebo) avec une augmentation de la sécrétion plasmatique d’IL-6 et 8 dans le groupe rhPCA. L’aggravation des échanges gazeux était associée à une modification des rapports ventilation-perfusion avec une augmentation de la perfusion dans les zones pulmonaires œdémateuses et hémorragiques. L’administration de la PCa ne semble pas modifier l’œdème pulmonaire au cours de l’agression pulmonaire aiguë (245). Maybaeuer et al sur leur modèle d’inhalation de fumée et de sepsis n’ont pas mis en évidence de diminution de l’œdème pulmonaire après l’administration de rhPCa malgré l’amélioration observée sur les échanges gazeux. Leur travail a montré que l’amélioration de l’oxygénation était liée au modèle expérimental, en rapport avec une réduction sur le plan histologique de l’obstruction des voies aériennes par les moules bronchiques et une amélioration des rapports ventilation-perfusion plus que par des modifications de la coagulation ou de l’inflammation intraalvéolaire induite par la rhPCa.

Dans notre travail, l’administration de la rhPCa tendait à augmenter l’eau extravasculaire pulmonaire au cours de la pneumonie aiguë à Pa. Murakami et al avaient montré que le prétraitement par la PCa pouvait réduire la perméabilité vasculaire et améliorer les lésions histologiques sur un modèle d’agression pulmonaire induite par l’injection intraveineuse de LPS (112). Ces effets étaient liés à l’inhibition de l’infiltration pulmonaire par les PNN. Dans notre travail, l’agression pulmonaire aiguë était très différente de celle de l’étude de Murakami. Dans notre modèle, l’agression pulmonaire était induite par des bactéries vivantes et pas seulement par un composant des bactéries ; de nombreux facteurs de virulence (comme les exotoxines) sont sécrétés par Pa et peuvent expliquer la sévérité de l’agression pulmonaire observée dans notre étude. Par ailleurs, dans l’étude de Murakami, l’agression pulmonaire impliquait le versant endothélial de la barrière alvéolo-capillaire alors que notre modèle implique les deux versants. Ensuite, nous avons utilisé la PCa non pas en prétraitement mais de façon concomitante à l’infection bactérienne. Notre travail soulève l’hypothèse suivante : la PCa administrée au stade très précoce de l’agression pulmonaire aiguë peut modifier l’équilibre complexe de la coagulation-fibrinolyse intraalvéolaire et perturber l’effet bénéfique initial qui vise à limiter le trouble de perméabilité de la barrière alvéolo-capillaire. La déposition locale de fibrine constitue en effet un mécanisme fondamental pour le poumon de limiter le risque de dissémination de l’agression ou de l’infection dans la circulation sanguine. Les effets de la PCa peuvent ainsi dépendre du moment de son administration par rapport à l’agression pulmonaire aiguë. Cependant, la stratégie de l’administration précoce de la rhPCA était indiquée dans notre étude afin de renforcer le paradigme clinique visant à administrer un traitement efficace dès que possible. Cette hypothèse peut être supportée par les résultats d’une autre étude issue de notre laboratoire. En effet, en utilisant le même modèle de pneumonie aiguë à Pa chez le rat, l’inhibition précoce de la formation de thrombine par l’antithrombine recombinante aggravait la perméabilité de la barrière alvéolo-capillaire et les lésions morphologiques pulmonaires (102). Ainsi, la modulation thérapeutique de la coagulation ou de la fibrinolyse intraalvéolaire au cours de la phase précoce de l’agression pulmonaire peut être considérée à risque d’aggravation. Au stade tardif de l’agression pulmonaire aiguë, l’administration de la rhPCA pourrait rétablir la fibrinolyse et atténuer l’intensité de la réponse inflammatoire.

2) Influence de la PCa sur l’équilibre hydrique pulmonaire

Dans notre travail, la rhPCa réduisait la clairance liquidienne pulmonaire au cours de l’agression pulmonaire aiguë induite par Pa. La résorption de l’œdème pulmonaire fait intervenir deux voies principales : vasculaire et lymphatique. La perméabilité de la barrière alvéolo-capillaire était altérée à la fois dans le groupe PNP et le groupe A-PNP. Le rapport du poids du poumon mouillé sur sec est le résultat de la combinaison de la clairance liquidienne alvéolaire et liquidienne. Dans le groupe pneumonique, la balance hydrique pouvait limiter l’augmentation de l’œdème pulmonaire et ainsi préserver l’oxygénation. Dans le groupe A-PNP, l’altération de la barrière alvéolo-capillaire est probablement responsable de l’augmentation de la clairance liquidienne pulmonaire, avec pour conséquence l’augmentation de l’œdème pulmonaire et l’altération des échanges gazeux. Nos résultats sont en concordance avec d’autres études qui ont montré que l’épithélium alvéolaire est bien plus résistant que l’endothélium vasculaire pulmonaire à l’agression pulmonaire aiguë (19, 250). Nous avons préalablement montré dans un autre modèle expérimental que ces discordances entre la clairance liquidienne alvéolaire et pulmonaire pouvaient être en relation avec la perméabilité de la barrière endothéliale (251). Dans notre travail, l’augmentation de la perméabilité de la barrière alvéolo-capillaire dans le groupe A-PNP peut dépasser les capacités de transport alvéolaire à l’origine d’une inondation alvéolaire.

La clairance liquidienne alvéolaire est préservée dans notre travail. Quatre heures après l’instillation intratrachéale de bactéries, la clairance liquidienne alvéolaire était significativement augmentée comparativement au groupe contrôle. Nous avons observé une augmentation de 27% à 48%. Dans un modèle murin comparable, Rezaiguia et al ont mis en évidence une augmentation de la clairance liquidienne alvéolaire de 30% à 45% (215). Dans cette étude, l’augmentation de la clairance liquidienne alvéolaire était en rapport avec un mécanisme dépendant du TNF-α. Elle était inhibée par l’amiloride et non influencée par le propranolol. L’administration d’un anticorps anti-TNF-α prévenait l’augmentation de la résorption et celle-ci était reproduite par l’instillation intratrachéale seule du TNF-α. Dans notre étude, nous avons mis en évidence une augmentation du TNF-α dans le liquide du LBA au cours de l’agression pulmonaire induite par Pa pouvant expliquer l’augmentation de la clairance liquidienne alvéolaire.

3) Interactions entre l’inflammation et la coagulation

Nous avons observé dans notre travail une augmentation des cytokines pro-inflammatoires dans le liquide de LBA dans le groupe PNP comparé au groupe d’animaux contrôles alors que ces cytokines n’étaient quasiment pas détectables dans le sang. Dans le groupe PNP, la sécrétion des cytokines TNF-α et d’IL-6 est essentiellement locale dans l’espace alvéolaire car les concentrations plasmatiques sont inférieures aux concentrations dans le compartiment alvéolaire. Dans le groupe A-PNP, nous avons observé une augmentation significative de la libération des cytokines dans le compartiment sanguin en comparaison du groupe contrôle et PNP suggérant une décompartimentalisation de la réponse inflammatoire avec libération de médiateurs inflammatoires dans le compartiment systémique. Richard et al ont trouvé des résultats similaires avec une augmentation plasmatique du TNF-α et de l’IL-6 après l’administration de la PCa (249).

L’administration de la rhPCa au cours de l’agression pulmonaire aiguë conduit à une augmentation des complexes TAT dans le liquide du LBA, alors que les concentrations plasmatiques n’étaient pas significativement différentes. La PCa est un inhibiteur du facteur Va et VIIIa et régule la formation de thrombine. Dans notre modèle, l’augmentation des TAT dans le LBA peut être le témoin indirect d’une augmentation de la perméabilité alvéolo-capillaire induite par la PCa, conduisant à l’accumulation de complexes TAT dans le compartiment alvéolaire. Cependant, ce mécanisme est peu probable du fait de l’absence d’augmentation des complexes TAT dans le compartiment vasculaire. L’épithélium alvéolaire a la capacité de générer de la thrombine indépendamment d’une activation de la coagulation. Les macrophages alvéolaires sont capables d’exprimer le FT et de synthétiser le facteur V qui peut favoriser la formation de thrombine via le complexe prothrombinase (252). Ainsi l’épithélium alvéolaire a ses propriétés procoagulantes propres. Les cellules épithéliales expriment des glycosaminoglycanes à leurs surfaces cellulaires capables de lier l’AT plasmatique et conduire à la génération de TAT dans le liquide alvéolaire (253). Cependant, nous pouvons émettre l’hypothèse que l’augmentation des complexes TAT dans le compartiment alvéolaire observée dans notre étude après l’administration de rhPCa soit secondaire à la perturbation de l’équilibre pro et anticoagulant au niveau alvéolaire.

Durant les premières 72 heures du SDRA, l’activité procoagulante est maximale et l’activité antifibrinolytique est diminuée ; ensuite entre le 4e et le 15e jour l’inhibition de la fibrinolyse persiste alors que l’activité procoagulante est modérément augmentée. Dans ces conditions, l’inhibition de la déposition de fibrine apparait comme une approche thérapeutique intéressante. Cependant, notre travail suggère la possibilité d’induire des effets néfastes lors de l’augmentation de la fibrinolyse et l’inhibition de la coagulation intraalvéolaire au stade précoce du SDRA. L’inhibition précoce de la formation de thrombine par la PCa pourrait ainsi empêcher le « collematage » naturel de la fuite capillaire alvéolaire induite par l’agression bactérienne.

Ce travail a plusieurs limitations. Tout d’abord, des limitations liées au modèle, nous avons utilisé une agression pulmonaire aiguë très précoce alors que les patients en pratique clinique sont vus plus tardivement. Par ailleurs, nous avons utilisé de la PCa recombinante humaine sur un modèle murin, avec des différences d’espèces et de doses possibles. Ensuite, nous avons utilisé la PCa de façon concomitante à l’infection, ce qui est toujours préférable à l’administration en prétraitement mais qui reste très éloigné de la pratique clinique.

B) Implication du tonus adrénergique sur l’équilibre hydrique pulmonaire au cours de l’agression pulmonaire aiguë infectieuse

Dans la deuxième partie de notre travail, nous avons évalué une autre stratégie pharmacologique visant à évaluer le tonus β-adrénergique sur l’équilibre hydrique pulmonaire sur un modèle de pneumonie aiguë. Différentes études expérimentales ont montré que les catécholamines pouvaient augmenter les capacités de résorption de l’œdème pulmonaire par l’épithélium alvéolaire au cours du choc septique, du choc hémorragique et au cours de l’agression pulmonaire aiguë d’origine neurogénique (183, 208, 254). Cependant les effets des catécholamines endogènes au cours d’une pneumonie aiguë bactérienne n’avaient pas été caractérisés. Une étude récente avait montré que la pneumopathie à virus influenza pouvait inhiber le transport actif de sodium dépendant du canal ENaC in vitro sur des cultures cellulaires épithéliales de type II et aussi in vivo avec une diminution de la clairance liquidienne alvéolaire (255).

Les catécholamines endogènes peuvent également avoir un effet favorable sur la perméabilité de la barrière alvéolo-capillaire, notamment au cours de l’état de choc hémorragique (207).

Ainsi dans la première partie de ce travail, nous avons validé un modèle de pneumopathie aiguë à E. coli afin d’évaluer le rôle du tonus β-adrénergique endogène sur l’équilibre hydrique pulmonaire. L’instillation intratrachéale d’E. coli induisait à 4 heures une pneumonie sévère qui était confirmée sur le plan histologique par un œdème alvéolaire et interstitiel associé à une infiltration pulmonaire par les cellules inflammatoires. Cet aspect histologique était associé à une augmentation de l’eau extravasculaire pulmonaire et à une augmentation de la perméabilité vasculaire pulmonaire. Les gaz du sang objectivaient une insuffisance respiratoire aiguë avec une acidose, une hypoxémie et une hypercapnie. L’ensemble de ces données permettait de valider notre modèle de pneumopathie infectieuse aiguë à E. coli.

L’inhibition du tonus β-adrénergique endogène par le propranolol aggravait les échanges gazeux et augmentait l’eau extravasculaire pulmonaire des animaux présentant une pneumonie aiguë à E. coli. La fréquence cardiaque et la pression artérielle étaient diminuées après l’administration de propranolol confirmant ainsi son activité pharmacologique. Après l’administration de propranolol, le trouble de la perméabilité vasculaire pulmonaire était augmenté au cours de la pneumonie aiguë à E. coli. Une augmentation de la perméabilité vasculaire pulmonaire avait déjà été rapportée au cours du choc hémorragique du fait d’une augmentation de la réponse inflammatoire faisant intervenir l’activation de NFkB et la sécrétion de cytokines (256). Le fait que la stimulation β-adrénergique puisse améliorer la perméabilité endothéliale pulmonaire a été évaluée sur différents modèles expérimentaux et une étude a été réalisée chez l’homme. Sur un modèle expérimental d’ischémie reperfusion de poumons isolés de lapin, l’administration d’isoprotérénol (10-5 M), d’adenyl cyclase et d’AMPc atténuaient l’augmentation de la perméabilité endothéliale (257). L’isoproténérol (10-3 M) réduisait la perméabilité basale à l’albumine et prévenait l’augmentation de perméabilité induite par la thrombine in vitro sur des cultures de cellules endothéliales d’artères pulmonaires (258). La stimulation β-adrénergique peut améliorer la perméabilité endothéliale pulmonaire en modifiant les phénomènes de contractions cellulaires endothéliales et en réduisant les espaces intercellulaires (259, 260).

Liu et al ont en effet démontré que la protéine kinase A (PKA), impliquée dans la transmission de l’activité des récepteurs dépendants du système adényl cyclase-AMPc intervenait dans la régulation de la barrière endothéliale. In vitro, sur des cultures de cellules endothéliales, l’inhibition de la PKA induisait un réarrangement du cytosquelette avec la formation de fibres de stress d’actine impliquées dans la motilité cellulaire et l’augmentation des espaces intercellulaires au niveau de l’endothélium. Les auteurs ont montré que cette inhibition de la PKA induisant la formation de fibres de stress et la contraction cellulaire passait par l’activation de la voie de signalisation des protéines kinases activées par des signaux extracellulaires (ERK : extracellular signal related kinase) et par son activateur en amont, raf 1. Ainsi, des interactions existent donc entre l’AMPc et la voie de signalisation ERK pour l’organisation du cytosquelette des cellules endothéliales et la régulation de la barrière. Une étude évaluant la perméabilité vasculaire pulmonaire a été réalisée chez l’homme en mesurant l’extravasation pulmonaire d’un traceur radioactif plasmatique (protéines marquées à la transferrine radioactive). Chez 10 patients présentant un SDRA, l’administration de terbutaline sur 30 minutes par voie intraveineuse réduisait la perméabilité vasculaire pulmonaire chez 6 patients (261). Dans notre travail, l’inhibition du tonus β-adrénergique endogène augmentait le trouble de perméabilité endothéliale pulmonaire et aggravait l’œdème pulmonaire. Par ailleurs, les catécholamines peuvent moduler l’expression de cytokines pro-inflammatoires. La production de TNF-α induite par la stimulation des macrophages par le LPS bactérien était augmentée par les agonistes α-adrénergiques (262). La stimulation des récepteurs β-adrénergiques diminuait la sécrétion de TNF-α et d’IL-6 in vitro, sur des cultures de macrophages humains (263) et diminuait l’inflammation pulmonaire induite par le LPS (264). Chez des volontaires sains, le prétraitement par l’adrénaline réduisait l’augmentation de la sécrétion sérique de TNF-α induite par le LPS (265). A l’inverse, le prétraitement par adrénaline augmentait les taux circulants de la cytokine anti-inflammatoire IL-10 chez des volontaires sains ayant reçu une perfusion d’endotoxine. Enfin, toujours chez des volontaires sains, l’inhalation de salmétérol suivie d’une inhalation de LPS bactérien exerçait des effets anti-inflammatoires locaux avec inhibition de l’infiltration pulmonaire par les PNN, et de leurs dégranulations, diminution de la sécrétion intraalvéolaire de TNF-α et de l’expression HLA-DR sur les macrophages alvéolaires (264).

La modulation de la réponse inflammatoire par les catécholamines fait intervenir la voie d’activation du NFkB et d’un facteur régulateur de la transcription, l’élément protéique de liaison à l’AMPc, le CREB (cAMP response element binding protein). Les récepteurs β-adrénergiques sont couplés par l’intermédiaire de la protéine G, à l’adényl cyclase, qui stimule la production d’AMPc et l’activation de la PKA qui conduit à la phosphorylation de CREB et l’activation du NFkB (266). Dans notre travail, nous avons mis en évidence une augmentation des concentrations plasmatiques de MIP-2 dans le groupe traité par le propranolol suggérant une augmentation de la réponse inflammatoire lors de l’inhibition du tonus β-adrénergique endogène.

Dans notre étude, l’inhibition du tonus β-adrénergique endogène diminuait la clairance liquidienne alvéolaire. Ces résultats montrent que les catécholamines endogènes à la phase initiale de la pneumonie à E. coli peuvent induire un effet protecteur visant à réduire la formation de l’œdème pulmonaire. Dans notre travail, nous avons observé une augmentation plasmatique des catécholamines endogènes au cours de la pneumonie aiguë en comparaison des animaux contrôles. La norépinéphrine est une catécholamine non sélective ayant des effets α-adrénergiques prédominants mais aussi β-adrénergiques (267). L’administration de norépinéphrine sur des poumons de fœtus de moutons et de nouveaux nés de cobayes diminuaient la production de liquide pulmonaire via l’activation des récepteurs α-adrénergiques (268, 269). Ces données ont été confirmées sur un modèle animal murin. La norépinéphrine augmentait la résorption de liquide alvéolaire via l’activation des récepteurs α1 et β-adrénergiques et non par les récepteurs α2-adrénergiques. In vitro, sur des cultures de cellules alvéolaires de type II, ces effets étaient secondaires à une stimulation de la pompe Na+/K+-ATPase au pôle basolatéral des cellules (270). La stimulation β1-adrénergique pouvait également augmenter la clairance liquidienne alvéolaire sur des cobayes anesthésiés et ventilés (271). La dénopamine, un agoniste sélectif des récepteurs β1-adrénergiques pouvait augmenter la clairance liquidienne alvéolaire de façon dose dépendante ex vivo sur des poumons de rats et de cobayes. Cette stimulation de clairance survenait sans augmentation de l’AMPc suggérant un effet indépendant de l’AMPc (272) mais faisant intervenir le canal CFTR (273). La stimulation β1-adrénergique inhibait également la réponse de l’épithélium alvéolaire pour la clairance liquidienne à des concentrations élevées de terbutaline (10-3 M) sur un modèle ex vivo de poumons chez le rat (274).

Quant aux β2-agonistes, ils stimulent la clairance liquidienne alvéolaire en augmentant le transport transépithélial de sodium et le transport de chlore. L’augmentation d’AMPc intracellulaire conduit à une augmentation du transport de sodium par une stimulation de l’expression (186) et de l’activité du canal ENaC sur les cellules épithéliales de type II (275). La phosphorylation de la sous unité α de la pompe Na+/K+-ATP est augmentée ainsi que la probabilité d’ouverture du canal ENaC. De plus, une augmentation du transport du canal à la membrane apicale et de la pompe Na+/K+-ATPase au pôle basolatéral a été mise en évidence. Les β2-agonistes augmentent l’activité du CFTR (276), son expression sur les cellules épithéliales des voies aériennes (277) et le courant de chlore par le CFTR par un mécanisme dépendant de l’AMPc (192). La stimulation β-adrénergique de la clairance liquidienne alvéolaire peut être inhibée par un antagoniste spécifique β2-adrénergique suggérant que la stimulation β2-adrénergique est le mécanisme prédominant régulant cette activité (278).

Sur des modèles expérimentaux de choc septique et d’état de choc hémorragique de courte durée, la clairance liquidienne alvéolaire pouvait être stimulée par les catécholamines. Cet effet était associé à une augmentation marquée de la concentration plasmatique en épinephrine endogène (10-8 M) et la stimulation de clairance pouvait être inhibée par un antagoniste β-adrénergique (183, 207). A l’inverse, au cours de l’état de choc hémorragique expérimental prolongé la clairance alvéolaire dépendante de l’AMPc était inhibée (279). Cet effet impliquait les PNN et faisait intervenir des radicaux libres de l’oxygène et de l’azote. Les β2-agonistes peuvent stimuler la clairance liquidienne alvéolaire dans d’autres modèles expérimentaux : l’œdème pulmonaire hydrostatique (228), l’agression pulmonaire induite par l’hyperoxie (280) et l’agression pulmonaire induite par la ventilation mécanique (281). Par ailleurs, les β2-agonistes peuvent restaurer la diminution de clairance liquidienne alvéolaire induite par l’hypoxie (221). Dans notre travail, l’augmentation de la clairance liquidienne alvéolaire au décours de l’instillation d’E. coli était atténuée par l’amiloride, indiquant que cette stimulation était dépendante de la fixation de sodium sur la cellule épithéliale alvéolaire. Cette augmentation de clairance était inhibée par le propranolol, suggérant un mécanisme dépendant des récepteurs β-adrénergiques. Ainsi, nos résultats indiquent que la sécrétion de catécholamines endogènes au cours de la pneumonie aiguë à E. coli peut induire une stimulation du transport de sodium à travers l’épithélium alvéolaire, dépendante des récepteurs β-adrénergiques.

C) Stimulation β2-adrénergique exogène au cours de la pneumopathie aiguë à Pa

Dans la dernière partie de notre travail, nous avons évalué l’équilibre hydrique pulmonaire après l’administration intraalvéolaire de β2-agonistes au cours de la pneumonie aiguë à P. aeruginosa. Dans ce modèle expérimental, les animaux étaient anesthésiés et bénéficiaient d’une ventilation mécanique pour une agression pulmonaire aiguë induite par Pa. La stimulation exogène β2-adrénergique administrée au décours de la pneumonie aiguë réduisait la formation de l’œdème pulmonaire en diminuant le trouble de perméabilité vasculaire pulmonaire et en augmentant la clairance liquidienne alvéolaire. Ces effets étaient inhibés par le propranolol, un β-antagoniste non sélectif. Sur un modèle d’agression pulmonaire aiguë induite par l’instillation intratrachéale d’acide chlorhydrique, McAuley et al avaient trouvé des résultats similaires aux nôtres avec un effet bénéfique de l’administration intratrachéale de salmétérol sur la perméabilité vasculaire et la résorption de l’œdème pulmonaire (282). Une concentration plasmatique de 10-8 M d’épinéphrine était requise pour augmenter la clairance liquidienne alvéolaire sur des poumons normaux de chiens (283) et pour la norépinéphrine, la clairance liquidienne alvéolaire maximale était obtenue pour des concentrations de 10-4 M chez le rat (270). Les études expérimentales ont démontré que la terbutaline et le salmétérol pouvaient stimuler la clairance liquidienne alvéolaire sur des modèles animaux et ex vivo sur des poumons humains lorsque des concentrations de 10-5 à 10-6 M étaient obtenues dans le liquidienne alvéolaire (179, 180). Chez des patients présentant une agression pulmonaire aiguë, les dosages d’épinéphrine et de norépinéphrine dans le plasma et le liquide de LBA étaient en moyenne de 10-9 M. Sakuma et al ont montré sur un modèle de poumons humains isolés que l’utilisation de ces concentrations d’épinephrine et de norépinéphrine ne stimulait pas la clairance liquidienne alvéolaire (284). Des concentrations plus élevées d’épinéphrine (10-7 M) augmentait la clairance liquidienne alvéolaire de 84% par rapport au contrôle. Cette étude suggère donc que les concentrations en catécholamines endogènes ne sont probablement pas suffisantes pour stimuler la clairance liquidienne alvéolaire chez l’homme au cours de l’agression pulmonaire aiguë. Ainsi, l’administration exogène d’une stimulation dépendante de l’AMPc pourrait probablement accélérer la résorption de l’œdème alvéolaire au cours de l’agression pulmonaire aiguë.

Chez des patients intubés et ventilés pour un SDRA, après l’administration d’un aérosol de 5 mg d’albutérol, la concentration moyenne d’albutérol dans le liquide LBA était de 10-5 à 10-6 M, une concentration potentiellement efficace pour favoriser la résorption de l’œdème alvéolaire (285). Dans notre travail, l’administration par voie locale de 10-4 M de terbutaline au décours de l’instillation intratrachéale de Pa réduisait l’œdème pulmonaire en stimulant la clairance liquidienne alvéolaire et en conservant les effets sur la perméabilité endothéliale.
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