Carbon monoxide as a biomarker for ischemia reperfusion injury in an ex vivo lung model

Abstract

Rationnel : Le développement des techniques de reperfusion pulmonaire ex vivo (Ex vivo lung perfusion : EVLP) vise à réduire la pénurie d'organes disponibles pour la transplantation. Le monoxyde de carbone (CO) pourrait aider à la sélection des greffons en cours d'EVLP puisque sa production endogène est augmentée en situation d'ischémie reperfusion. Objectifs : Mettre au point une technique de mesure du CO exhalé (eCO) lors de l'EVLP et étudier ses variations en fonction des lésions d'ischémie reperfusion. Méthodes : À partir d'un modèle porcin d'EVLP et à l'aide d'un appareil de spectrométrie laser basé sur le principe d'une cavité résonnante (optical-feedback cavity-enhanced absorption spectroscopy : OF-CEAS), eCO était mesuré selon différents paramètres ventilatoires, en ambiances polluées par des gaz pauvres (< 0,015ppmv) ou riches (9ppmv) en CO et après perfusion d'un inhibiteur de l'hème oxygénase (SnPP). eCO était ensuite comparé après 30 min (J0) ou 24 h (J1) d'ischémie froide et sa valeur prédictive pour sélectionner des greffons était calculée.Résultats : La concentration d'eCO de poumons isolés était de 0,45 ± 0.19 ppmv. Les pics d'eCO se produisaient pendant la phase expiratoire. Ni les variations de fraction inspirée en oxygène, ni la pollution de l'air ambiant ne modifiaient eCO. Les concentrations d'eCO n'étaient pas différentes après perfusion de SnPP. eCO était plus élevé à J1 par rapport à J0 (1,35 ± 0,259 ppmv vs. 0,951 ± 0,313, p = 0,01) et était corrélé à un indice de perméabilité de la membrane alvéolo capillaire. La meilleure valeur seuil d'eCO déterminée à partir de la courbe ROC était 0,860 ppmv (sensibilité de 1 (0,31 – 1), spécificité de 0,44 (0,15 – 0,77), valeur prédictive positive de 0,37 (0,10 – 0,74), valeur prédictive négative de 1 (0,39 – 1)). Conclusions : La mesure d'eCO en condition d'EVLP est faisable. eCO est significativement augmenté lorsque les lésions d'ischémie reperfusion sont accrues mais eCO ne peut pas être utilisé de façon isolée pour sélectionner les greffons pulmonaires.Rationale: Ex vivo lung perfusion (EVLP) is a promising technique to reduce the shortage of organs available for transplantation. Carbon monoxide (CO) might help in the selection of grafts during EVLP as its endogenous production is increased by ischemia reperfusion.Objectives: To develop a measurement technique of exhaled CO (eCO) during EVLP and to study its variations depending on ischemia reperfusion injuries.Methods: Using a pig model of EVLP and using a laser spectrometer technique based on the principle of a resonant cavity (optical feedback cavity-enhanced absorption spectroscopy-OF-CEAS), we measured eCO under different ventilatory parameters, various polluted environments with poor (<0,015ppmv) or rich (9ppmv) CO gas, and after infusion of an inhibitor of heme oxygenase (SnPP). We then compared eCO after 30 min (D0) or 24 h (D1) of cold ischemia and determined the predictive value of eCO to select lung grafts.Results: In isolated lungs, the concentration of eCO reached 0.45 ± 0.19 ppmv. eCO peaks during the expiratory phase. Neither variations of the fraction of inspired oxygen, nor the pollution of the ambient air altered eCO. eCO concentrations were not different after SnPP infusion. eCO was higher on day 1 compared to day 0 (1.35 ± 0.259 vs. 0.951 ± 0.313 ppmv, p = 0.01) and correlated with an index of the permeability of the alveolar capillary membrane. The best treshold value of eCO determined from the ROC curve was 0.860 ppmv (sensitivity 1 (0.31 to 1), specificity of 0.44 (0.15 to 0.77), positive predictive value of 0, 37 (0.10 to 0.74), negative predictive value of 1 (0.39 to 1)).Conclusions: Measurements of eCO during EVLP is feasible. eCO is significantly higher when ischemia-reperfusion injuries are increased. However, eCO can not be used in isolation to select lung grafts