The dose-dependent intensity of hypoxic ventilatory response in the early phase of LPS-induced endotoxemia

Abstract

Введение. Системная воспалительная реакция, обусловленная массивным поступлением в организм грамотрицательных бактерий, выделяющих эндотоксин (липополисахарид, ЛПС) при тяжелом течении нередко осложняется острым респираторным дистресс синдромом (ОРДС) с сопутствующей гипоксемией, что является причиной высокой летальности пациентов в критических состояниях. Известно, что ЛПС вызывает комплекс реакций, характерных для острой фазы воспаления. Однако вопрос о временной точке начальных проявлений дыхательной недостаточности, направленности острофазовых реакций отдельных компонентов паттерна дыхания и оксигенации в зависимости от дозы ЛПС остается открытым. Цель исследования – изучение влияния низких (0,7 мг/кг) и высоких (7,0 мг/кг) доз ЛПС на интенсивность гипоксической вентиляционной реакции в раннем периоде инфекционного процесса. Методика. Опыты проведены на 24 наркотизированных уретаном (ООО Вектон, Россия,1000 мг/кг) крысах, гипоксическое воздействие создавали методом возвратного дыхания (от нормоксии до апноэ), с последующим анализом на уровне тяжелой гипоксии (FiO2 8%). С использованием пневмотахографического метода регистрировали основные показатели внешнего дыхания: частоту дыхания, дыхательный объем, минутную вентиляцию легких, сатурацию. Фиксировали выживаемость крыс после гипоксического апноэ. Результаты. В условиях нормоксии на ранней стадии инфекционного процесса установлены разнонаправленные изменения параметров, формирующих паттерн дыхания. При тяжелой гипоксии низкая доза ЛПС вызывала угнетение легочной вентиляции, при высокой дозе, напротив, интенсивность компенсаторной вентиляционной реакции соответствовала контрольному уровню. Выживаемость животных после гипоксического апноэ имела прямую зависимость от высокой дозы ЛПС, несмотря на отсутствие дыхательной недостаточности. Заключение. Предполагается, что при эндотоксемии экспрессия медиаторов острой фазы в сочетании с гипоксией приводит к инверсии физиологических реакций в результате диспропорциональной активации структур нейроиммунных взаимодействий, вовлеченных в периферические и центральные механизмы регуляции дыхания. Introduction. Systemic inflammation induced by massive administration of gram-negative bacterial endotoxin (lipopolysaccharide, LPS) is often complicated by acute respiratory distress syndrome (ARDS) with concomitant hypoxemia, which causes high mortality of critically ill patients. LPS is known to induce a reaction complex characteristic of the acute phase of inflammation, depending on the dose and time of exposure. However, the dependence of timing of initial manifestations of respiratory insufficiency, direction of acute-phase reactions of individual components in the breathing pattern, and oxygenation on the LPS dose remains unstudied. The aim of this work was to study the effects of low (0.7 mg/kg) and high (7.0 mg/kg) LPS doses on the intensity of hypoxic ventilatory response in the early period of infectious process. Methods. Experiments were conducted on 24 rats anesthetized with urethan (OOO Vekton, Russia, 1000 mg/kg). Hypoxia was produced by the rebreathing method (from normoxia to apnea) with a subsequent analysis performed for severe hypoxia (FiO2  8%). Major respiratory parameters, including breathing rate, tidal volume, minute ventilation, and saturation were recorded with a pneumotachograph. Survival rate was studied after hypoxic apnea. Results. During normoxia at the early stage of infectious process, multidirectional changes in breathing pattern parameters were observed. In severe hypoxia, a low LPS dose induced inhibition of the ventilatory response while with a high dose, on the contrary, the intensity of the compensatory ventilatory response was similar to the control value. Mortality after hypoxic apnea was directly related with the high dose of LPS despite the absence of respiratory failure. Conclusion. The results suggest that in endotoxemia, the expression of acute phase mediators in combination with hypoxia results in the inversion of physiological reactions due to disproportional activation of the neuroimmune interaction components involved in peripheral and central mechanisms of respiratory control.