Intravenous administration of endotoxin reliably elicits dose-dependent physiological and immunological alterations consistent with several pathological states. This reductionist approach permits the investigation, modeling and experimental modification of systemic inflammation and its downstream effects in man.
La activación de las vías inflamatorias representa un mecanismo central en múltiples estados de enfermedad agudos y crónicos. Se activa a través de uno de estos patógenos o motivos moleculares asociados a daños en los tejidos, las vías bioquímicas comunes conducen a alteraciones fisiológicas e inmunológicas todavía variables conservadas. Se espera que la disección y la delimitación de los factores determinantes y los mecanismos que subyacen a la variación fenotípica en respuesta a producir nuevos avances terapéuticos.
Por vía intravenosa (IV) la administración de endotoxina (lipopolisacárido bacteriano gram-negativa), un Toll-like receptor 4 agonista específico, representa un modelo in vivo de la inflamación sistémica en el hombre. Institutos Nacionales de Salud Centro Clínico La endotoxina de referencia (CCRE, Escherichia coli O: 113: H10: K negativo) se emplea para generar de forma fiable y reproducible vasculares, hematológicas, endocrino, efectos inmunológicos y funcionales de órganos específicos de ese paralelo, en diversos grados,los que se observan en las primeras etapas de los estados patológicos. La alteración de la dosis (0,06 a 4 ng / kg) y de escala de tiempo de la exposición (en bolo frente a la infusión) permite la replicación de cualquiera de inflamación aguda o crónica y una gama de gravedad a ser obtenido, con dosis más altas (2 a 4 ng / kg ) con frecuencia se utiliza para crear un estado 'similar a la sepsis ". Establecidos y nuevos compuestos medicinales, además, puede administrarse antes de o después de la exposición de endotoxina para apreciar su efecto en la cascada inflamatoria. A pesar de las limitaciones en el alcance y la generalización, el desafío IV endotoxina humana ofrece una plataforma única para obtener conocimientos sobre mecánica en las respuestas fisiológicas y las vías inflamatorias inducibles. Racionalmente empleado puede ayudar traducción de este conocimiento en innovaciones terapéuticas.
La inflamación de diferentes etiología, gravedad y duración forma un componente central en la patología de varias enfermedades. Que van desde los estados de enfermedad crítica como la sepsis o trauma, donde severa inflamación, relativamente corta vida predomina, a las enfermedades crónicas, como la diabetes mellitus tipo 2, la aterosclerosis y la enfermedad de Alzheimer, donde el tono inflamatorio persistente de bajo nivel se considera un factor patológico, las vías inflamatorias desregulados son un motor clave de la morbilidad global y la mortalidad 1,2.
La inflamación se inicia por la presencia de patrones asociados a patógenos moleculares (PAMPs) o patrones asociado peligro-moleculares (amortigua) – componentes comúnmente intracelulares liberados a través de daño tisular 3-5. Estos receptores se unen motivos conservados molecular de reconocimiento de patrones (PRRS), tales como los receptores tipo Toll (TLRs) que se encuentran en las células epiteliales, células endoteliales y las de los sys inmune innatatem, para activar la señalización intracelular común aguas abajo vías 6. La activación del factor de transcripción nuclear factor nuclear kappa B, entre otros, conduce a la transcripción de genes que codifican las citoquinas pro-inflamatorias que establecen la cascada inflamatoria 7.
La inflamación induce efectos locales y sistémicos diseñados para aislar y eliminar el insulto primario. alteraciones locales incluyen la regulación de los marcadores de adhesión, la liberación de quimiocinas, la vasodilatación y el aumento de la permeabilidad vascular para facilitar la transmigración de células inmune innato. También se activan los sistemas de complemento y de coagulación. Sistémicamente, se observan múltiples cambios fisiológicos específicos de órganos, orquestada a través de la red neuroendocrina. Los aumentos significativos en los mediadores humorales se producen y el perfil de células circulantes altera radicalmente. El fracaso de la inflamación para que cese y homeostasis ser restablecido puede ser debido a la persistencia de los estímulos que inician oun fallo de la resolución dedicada vías 8. Estos potentes mecanismos, a menudo coordinadas por mediadores lipídicos pueden a su vez ser patógenas 9,10.
Investigación de la respuesta inflamatoria y estos pasos clave de la reglamentación en la población clínica es un reto. Demográfica (edad, sexo, origen étnico), temporal (hora de inicio, la duración de la exposición) y la varianza clínica (tipo de estímulos que inician, la gravedad de la ofensa, la carga de co-morbilidad, la intervención terapéutica) impedir el acceso a las vías biológicas clave. La solución tradicional ha sido la utilización de modelos animales. Pesar de que otorga múltiples ventajas, su similitud fundamental a la fisiopatología humana 11,12 y la relevancia de su producción, ha sido objeto de creciente escrutinio 13-15. Una alternativa es el empleo de modelos humanos reduccionista.
Desarrollado en la década de 1960, por vía intravenosa (IV) para la administración de endotoxina hombre ofrece una plataforma vital a través del cualpara descubrir, delinear y las vías inflamatorias potencialmente drogas 16-19. La endotoxina (lipopolisacárido utiliza como sinónimo de [LPS] en este artículo) es un agonista de TLR4 potente que desencadena la cascada inflamatoria de una manera dependiente de la dosis. Inyectado ya sea como un bolo o infusión que por lo tanto se puede usar para modelar tanto de bajo nivel y la inflamación sistémica moderada de duración variable. La respuesta inflamatoria de corta duración resultante permite la evaluación de un solo componente de la interacción huésped-patógeno altamente complejo que se desarrolla durante la infección bacteriana. Aunque no es un modelo de shock, IV retos de endotoxina provoca respuestas que parecen replicar las primeras etapas de la infección. La eliminación de las barreras de traslación entre especies e imitando con precisión el fenotipo clínico cualitativamente, si no cuantitativamente, que permite la interpretación en tiempo real de las influencias inflamatorias, las consecuencias y la oportunidad de probar las intervenciones. La endotoxina también puede administrarse endobronchially 20, por vía intradérmica 21 o en combinación con LPS IV 22 para explorar las respuestas inflamatorias locales en diferentes compartimentos. Metodologías alternativas menos ampliamente empleadas incluyen la infusión de citocinas pro-inflamatorias tales como proximales α factor de necrosis tumoral (TNF) y la interleucina (IL) 6 19. Estos no se discutirán más aquí.
Como se ha demostrado aquí y se describe completamente en los últimos artículos de revisión, el desafío IV endotoxina humana es una plataforma experimental único que proporciona una visión de las vías inflamatorias que son la base de una amplia gama de enfermedades humanas. Permitir que el controlado de inducción, reproducible de la inflamación sistémica, el modelo permite el acceso a las fases iniciales de la cascada inflamatoria, la eliminación de posibles factores de confusión.
las respuestas de los participantes pueden ser moduladas con respecto a la gravedad y duración, así como la influencia genómico en su presentación fenotípica evaluado. Por otra parte, el modelo puede actuar como un banco de pruebas para la terapéutica, no sólo aquellos en contra de la propia ligando LPS, pero LPS inducido por las vías y mediadores de las fases aguda y la resolución de la inflamación de señalización. Esto puede incluir agentes dirigidos a la restauración de la tolerancia a la endotoxina, un estado hiporreactivo del sistema inmunológico que tiene similitudes a la enfermedad-i críticonduced inmunoparálisis 33,34 capaz de replicar las características clave de agudos 16 y 27 de la inflamación crónica no sólo en un nivel fisiológico / funcional sino también un transcriptómica un 35, IV endotoxina desafío aparentemente tiene un papel clave que desempeñar en la traducción de los descubrimientos científicos básicos a la práctica clínica. Cuando se combina con la investigación dirigida en modelos animales adecuados capaces de reproducir más de cerca las respuestas fisiopatológicas de estados de enfermedad específicos (por ejemplo, la ligadura cecal y punción murino y sepsis) este paradigma de investigación puede ser especialmente potente.
Seguridad de los participantes en cualquier modelo voluntario humano sano es de suma importancia. Desafío IV endotoxina se ha administrado en el rango de dosis más alta de 2 – 4 ng / kg a miles de personas con, a nuestro conocimiento y otros autores, sin acontecimientos adversos graves o permanentes (comunicación personal, el Dr. Anthony Suffredini) 19. de noSin embargo aisladas e cuentas de reacciones vagales graves han sido reportados 36,37. La etiología presumiblemente representa en reposo alta del tono vagal, la depleción de volumen después de un ayuno durante la noche, y la liberación de catecolaminas con la aparición de fiebre, escalofríos y síntomas, que culmina en una exagerada del reflejo de Bezold-Jarisch. Este riesgo puede ser mejorada mediante la exclusión de las personas con Syncopy anterior vasovagal o una inclinación positivo de la prueba, y el volumen de carga con líquidos intravenosos antes y durante el reto endotoxina 37. Los investigadores que emplean altas dosis de endotoxina desafío (especialmente 4 ng / kg) debe ser contundente del riesgo de bradicardia y / o pausas cardíacos, advertir a los participantes de su rara pero posible aparición, realizar un seguimiento apropiado, y tenga un equipo de reanimación fácilmente disponible. Otros criterios de exclusión, además de las descritas en el protocolo, pueden ser necesarios depende de la pregunta experimental. Por ejemplo, si bien es prudente excluir aquellos que tienen participated en otros ensayos clínicos o experimentado cirugía / trauma en los últimos tres meses, la restricción de la entrada (o el uso de un paralelismo grupos no es un diseño cruzado en los estudios de intervención) para los que han participado anteriormente en ensayos de desafío IV endotoxina puede también se requeriría si la respuesta inmunológica se ha de evaluar: la tolerancia a la endotoxina que persiste durante un período de tiempo incierto in vivo 38,39.
Varias limitaciones son evidentes con el modelo. Se lleva a cabo tradicionalmente en sanos, jóvenes voluntarios varones no-representativa de la población clínica. No se requieren intervenciones de las consecuencias fenotípicas de la administración de endotoxina por resolver. la inyección de LPS purificada proporciona una exposición a un solo ligando de TLR, en contraposición a varios restos inmunogénicos en un patógeno vivo. Por necesidad ética solamente una respuesta inflamatoria relativamente modesto puede ser obtenido. La mímica de cada característica fisiopatológica de disease no se logra 40. Así, "ninguna expectativa de que el modelo se replica completamente el estado clínico de la infección severa, localizada o sistémica gramnegativos es un-garantizada" 18.
Podríamos argumentar sin embargo, que la fortaleza del modelo no se encuentra en la extrapolación inadecuada al entorno clínico, pero en el interrogatorio de los aspectos fisiológicos, hematológicos, inmunológicos, neuroendocrino y la respuesta metabólica de las células competentes y sistemas de órganos a un estímulo inflamatorio clave. reflexivo interpretación de las alteraciones transitorias provocadas por la administración de endotoxina y su modulación por provocación farmacológica ha sido, y seguirá siendo, informativo en el diseño de nuevas terapias y predecir su eficacia.
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to thank Dr. Anthony Suffredini (Critical Care Medicine Department, National Institutes for Health Clinical Center, Bethesda, USA) for his careful review of the manuscript and many thoughtful suggestions. We would also like to thank the National Institutes of Health for making freely available the Clinical Center Reference Endotoxin employed within this study.
JNF and DWG are funded by the Wellcome Trust, which supported the generation of the described data and the publication of this article.
Clinical Center Reference Endotoxin (CCRE, Escherichia coli O:113:H10:K negative) | National Institutes for Health | n/a | GMP Manufactured Endotoxin |
Syringes (1ml, 5ml) | |||
Water for injection | |||
0.9% sodium chloide (sterile, clinical grade) | |||
Intravenous cannulae | Miminum 20G French | ||
Sphygmomanometer | If intraarterial line placed, transduction equipment for invasive blood pressure monitoring | ||
Pulse oximeter | |||
Thermometer | Typmanic, oral or core (rectal, oropharyngeal) | ||
Electrocardiograph machine | |||
Sample collection tubes | As utilized by local clinical laboratory |