Résumé non technique d'un projet d'expérimentation animale publié sur ALURES le 2024-09-10 00:00:00
("EC NTS/RA identifier" : NTS-FR-650183)
Vingt-quatre heures d’anesthésie profonde et de paralysie musculaire, deux séances d’imagerie TEP d’une heure et quatre scanners thoraciques : 14 porcs vont être utilisés dans des procédures menées sans réveil, tués au terme du protocole. Une détresse respiratoire aiguë leur est provoquée par lésion chimique des poumons, puis chacun est réparti au hasard entre deux réglages de ventilation sous circulation extracorporelle, pour trancher un débat clinique que les études chez l’humain n’ont pas réglé. Le porteur a porté l’effectif de cinq à sept animaux par groupe en anticipant une mortalité précoce proche de 30 %. Il retient le porc pour la proximité respiratoire avec l’humain autant que pour un poids de 30 à 40 kg compatible avec le champ de vue de la caméra.
Objectifs et bénéfices escomptés du projet
Décrire les objectifs du projet.
La ventilation artificielle, utilisée quotidiennement au bloc opératoire, est également la pierre angulaire dans le traitement des troubles respiratoires les plus sévères en réanimation. Cependant cet outil peut induire des lésions pulmonaires qui peuvent être d’origine biomécanique et conduire à une réponse inflammatoire locale (aggravant encore les lésions pulmonaires). Dans les formes les plus extrêmes de ces troubles ventilatoires aigues (comme les formes sévères de COVID-19), l’adaptation la plus experte des réglages du ventilateur peut ne pas suffire à protéger les poumons. Il est alors nécessaire de recourir à une technique d’oxygénation extracorporelle, appelée ECMO-VV (veno-venous extracorporeal membrane oxygenation). Cette technique permet d’assurer l’oxygénation du sang tout en maintenant une ventilation minimale proche de l’apnée. Le réglage du ventilateur lorsque les patients sont placés sous ECMO-VV reste sujet à débat. La littérature scientifique actuel tend à démontrer que des réglages s’approchant de l’apnée sont associés à une moindre inflammation pulmonaire. Cependant, l’impact sur l’inflammation pulmonaire d’une stratégie de ventilation en apnée sous ECMO-VV reste inconnu. Sur le plan méthodologique, notre équipe a développé des outils innovants permettant une exploration non invasive (alors que l’animal est toujours vivant) de l’inflammation pulmonaire, à l’aide de la tomographie par émission de positrons couplée au scanner pulmonaire. L’objectif principal de ce projet est de démontrer que l’inflammation pulmonaire diminue lors de l’application d’une apnée continue avec une oxygénation du sang assurée par l’ECMO-VV comparée à une stratégie de ventilation minimale également sous ECMO-VV.
Quels sont les bénéfices susceptibles de découler de ce projet?
Les bénéfices attendus en lien avec les retombées sont de pouvoir proposé une stratégie de ventilation innovante et pertinente aux patients atteints de troubles ventilatoires les plus sévères. Si la démonstration est faite, un protocole évaluant l’application de cette stratégie chez l’homme pourrait voir rapidement le jour. En effet, à ce jour aucune étude n’a pu trancher sur la stratégie de ventilation la plus adaptée sous ECMO-VV alors même que ce sont les patients chez qui l’adaptation des paramètres du ventilateur a potentiellement le plus d’impact. Nous espérons également une amélioration de la compréhension des mécanismes physiopathologiques reliant l’agression physique/mécanique induit par la ventilation mécanique, et la réponse inflammatoire pulmonaire observée lorsque la ventilation est estimée protectrice. Cela permettrait d’envisager le monitorage de certains paramètres (notamment grâce au scanner thoracique) afin de prédire la survenue de lésions pulmonaires. Notre équipe a développé un logiciel permettant déjà de quantifier le mécanotrauma en pratique courante. Nous avons pour projet d’étudier l’association entre le contrôle des paramètres associés au biotrauma avec le pronostic des patients en SDRA afin de proposer à terme des stratégies de ventilation personnalisées.
Nuisances prévues
À quelles procédures les animaux seront-ils soumis en règle générale?
Le protocole débute par une prémédication réalisée en intra-musculaire. Cette anesthésie légère permet la mise en place d’une voie veineuse périphérique afin de démarrer l’anesthésie générale profonde et continue, la mise en place de la ventilation mécanique invasive, l’ECMO VV et ainsi que la mise en place des outils de monitorage. La procédure étant de type sans réveil, les sédations seront maintenues jusqu’à la mise à mort de l’animal. Voici les principales étapes de la procédure : Induction du Syndrome de Détresse Respiratoire Aigüe (SDRA) expérimental : Afin de reproduire des lésions pulmonaires similaires à celles retrouvées chez les patients ayant des troubles respiratoires sévères, un SDRA expérimental est induit par lésions chimiques. L’objectif est d’obtenir une importante chute du taux d’oxygène sanguin. Stratégies expérimentales déterminées par le groupe de randomisation (pendant 24h): Les animaux sont randomisés pour recevoir une des deux stratégies : apnée ou ventilation minimaliste sous ECMO-VV. Imageries pulmonaires : Plusieurs séries d’imageries pulmonaires seront réalisés au cours de la procédure toujours sous anesthésie générale : Imageries TEP dans l’objectif de quantifier l’inflammation pulmonaire (durée 1h) juste avant l’application de la stratégie ventilatoire (H0) et à 24h de son application (H24) Scanners pulmonaires dans l’objectif de quantifier le mécanotrauma (durée 20min) juste avant l’application de la stratégie ventilatoire (H0) et à 4h (H4), 16h (H16) et 24h de son application (H24)
Quels sont les effets/effets indésirables prévus sur les animaux et la durée de ces effets?
La première étape du protocole consiste à placer l’animal dans un état de sommeil profond (inconscience de l’animal et maintien de sa respiration sans assistance) à l’aide d’une prémédication. La procédure de prémédication par injection intramusculaire génère un niveau de stress minime à moyen, inférieur à celui d’une injection sous contention physique. L’injection est réalisée par un personnel formé et connu de l’animal, dont il a pu s’habituer à la présence depuis son arrivée au laboratoire. C’est la seule procédure réalisée alors que l’animal est éveillé. La prémédication permet ensuite l’administration d’une anesthésie générale profonde et continue (inconscience complète de l’animal), durant laquelle l’animal reçoit une série d’interventions chirurgicales modérées et est placé sous ventilation artificielle. Les stratégies expérimentales sont testées sous anesthésie générale continue et peuvent se compliquer d’effets indésirables connus en lien avec la ventilation mécanique. Ces complications peuvent mener au décès de l’animal avant la fin du protocole. A aucun moment, l’animal n’est réveillé après l’induction de l’anesthésie générale, et ceci jusqu’à sa mise à mort à la fin du protocole.
Justifier le sort prévu des animaux à l’issue de la procédure.
La mise à mort des animaux en fin de protocole est rendue obligatoire par la nécessité d’évaluer l’atteinte pulmonaire au laboratoire au microscope. En effet, l’objectif de notre étude est de démontrer les mécanismes responsables des lésions pulmonaires lors de stratégies de ventilation artificielle proche de l’apnée, mais aussi d’évaluer comment ceuxci peuvent être identifiés de façon non-invasive ou in vivo. La preuve de performance de ces techniques d’imagerie ne peut être fait que par leur confrontation à l’atteinte constatées sur l’organe directement visualisé au microscope. De plus, les différentes interventions réalisées durant la procédure sont responsable de lésions pulmonaires irréversibles et très probablement incompatible avec une respiration sans assistance artificielle.
Application de la règle des "3R"
1. Remplacement
Les stratégies de ventilation étudiées dans ce protocole nécessitent leur exploration in vivo au vu de la complexité des interactions entre les réglages du ventilateur, de la circulation extra-corporelle et leurs conséquences en termes de mécanique respiratoire, hémodynamique et inflammation pulmonaire. Cependant, ces stratégies ont été insuffisamment étudiées pour être proposées au sein d’un protocole chez l’homme. De plus, l’étude animal permettra une meilleure compréhension des déterminants de l’inflammation pulmonaire lorsqu’une stratégie de ventilation attendu comme protectrice est appliquée. Notre étude nécessite des animaux de taille suffisamment importante afin d’étudier l’hétérogénéité pulmonaire du SDRA et de permettre la mise en place de la circulation extra-corporelle. Le porc est un modèle proche anatomiquement et physiologiquement sur le plan respiratoire de l’homme.
2. Réduction
Nous avons évalué le nombre d’animaux nécessaire en nous basant sur la différence d’inflammation mesurée dans les précédentes études conduites par notre équipe sur le même modèle animal. Du fait que nous évaluons régionalement l’inflammation pulmonaire, 34 régions pulmonaires par groupe seront nécessaires, soit 5 animaux par groupe. Au vu du taux de mortalité attendue, 7 animaux seront inclus par groupe (total = 14). En effet, tout comme en médecine humaine, les lésions pulmonaires induite par le modèle expérimental est associé à un taux de décès précoce proche 30%. Les inclusions seront arrêtées dès l’obtention du nombre d’animaux nécessaire par groupe.
3. Raffinement
Les porcs seront d’abord prémédiqués après injection intra-musculaire de d’anesthésiques. L’objectif est d’obtenir une sédation légère avec persistance de la ventilation spontanée, afin de mettre en place une voie veineuse périphérique (sans contrainte). Une sédation profonde est alors débutée. Son efficacité est évaluée par l’absence de mouvements spontanés, l’absence de réaction à un stimulus douloureux , une absence de signe de lutte sous respirateur. L’anesthésie générale est maintenue pendant toute la procédure expérimentale. La paralysie artificielle (i.e. curarisation) est débutée 30 min après le début de la sédation et une fois seulement que l’efficacité de la sédation est confirmée. La curarisation est justifiée dans cette situation car elle fait partie de la prise en charge classique des patients en SDRA.
Expliquer le choix des espèces et les stades de développement y afférents.
Le porc est un modèle à la fois anatomiquement et physiologiquement proche sur le plan respiratoire des primates et de l’homme. De plus, la morphométrie de l’animal permet l’utilisation de la même technique de ventilation (respirateur artificiel et ECMO-VV) et les mêmes techniques d’imagerie (TEP-CT) que chez l’homme. Porc mâle ou femelle (proportion 50/50) : le modèle expérimental de ventilation mécanique et de SDRA vise à reproduire l’épidémiologie habituelle observée chez l’humain en réanimation (soit une proportion de femmes de 40%). Stade de développement : 12-16 semaines (30-40 kg). Le stade de développement des animaux correspond à une maturation pulmonaire proche de celle du proc adulte. La taille et le poids des animaux sont compatibles avec une manutention aisée lors des expériences, et est adapté au champ de vue de la caméra TEP-CT utilisée.