An infrared reflection-absorption spectroscopic (IRRAS) study of the interaction of lipid A and lipopolysaccharide Re with endotoxin-binding proteins.

Lipopolysaccharides (LPS, endotoxins) are main constituents of the outer membranes of Gram-negative bacteria, with the 'endotoxic principle' lipid A anchoring LPS into the membrane. When LPS is removed from the bacteria by the action of the immune system or simply by cell dividing, it may interact strongly with immunocompetent cells such as mononuclear cells. This interaction may lead, depending on the LPS concentration, to beneficial (at low) or pathophysiological (at high concentrations) reactions, the latter frequently causing the septic shock syndrome. There is a variety of endogenous LPS-binding proteins. To this class belong lactoferrin (LF) and hemoglobin (Hb), which have been shown to suppress and enhance the LPS-induced cytokine secretion in mononuclear cells, respectively. To elucidate the interaction mechanisms of endotoxins with these proteins, we have investigated in an infrared reflection-absorption spectroscopy (IRRAS) study the interaction of LPS or lipid A monolayers at the air/water interface with LF and Hb proteins, injected into the aqueous subphase. The data are clearly indicative of completely different interaction mechanisms of the endotoxins with the proteins, with the LF acting only at the LPS backbone, whereas Hb incorporates into the lipid monolayer. These data allow an understanding of the different reactivities in the biomedicinal systems.

Blunting the response to endotoxin in healthy subjects: effects of various doses of intravenous fish oil.

To test the dose response effect of infused fish oil (FO) rich in n-3 PUFAs on the inflammatory response to endotoxin (LPS) and on membrane incorporation of fatty acids in healthy subjects. Prospective, sequential investigation comparing three different FO doses. Three groups of male subjects aged 26.8 +/- 3.2 years (BMI 22.5 +/- 2.1). One of three FO doses (Omegaven10%) as a slow infusion before LPS: 0.5 g/kg 1 day before LPS, 0.2 g/kg 1 day before, or 0.2 g/kg 2 h before. Temperature, hemodynamic variables, indirect calorimetry and blood samples (TNF-alpha, stress hormones) were collected. After LPS temperature, ACTH and TNF-alpha concentrations increased in the three groups: the responses were significantly blunted (p < 0.0001) compared with the control group of the Pluess et al. trial. Cortisol was unchanged. Lowest plasma ACTH, TNF-alpha and temperature AUC values were observed after a single 0.2 g/kg dose of FO. EPA incorporation into platelet membranes was dose-dependent. Having previously shown that the response to LPS was reproducible, this study shows that three FO doses blunted it to various degrees. The 0.2 g/kg perfusion immediately before LPS was the most efficient in blunting the responses, suggesting LPS capture in addition to the systemic and membrane effects.

Effect of endotoxin on the angiotensin II receptor in cultured vascular smooth muscle cells.

1. In some tissues, a decrease in the number of cell surface receptors and alterations of the receptor coupling have been proposed as possible mechanisms mediating the deleterious effects of bacterial endotoxin in septic shock. 2. The effects of bacterial lipopolysaccharide (Escherichia coli 0111-B4; LPS) on vascular angiotensin II and vasopressin receptors have been examined in cultured aortic smooth muscle cells (SMC) of the rat by use of radioligand binding techniques. 3. In vascular SMC exposed to 1 micrograms ml-1 endotoxin for 24 h, a significant increase in angiotensin II binding was found. The change in [125I]-angiotensin II binding corresponded to an increase in the number of receptors whereas the affinity of the receptors was not affected by LPS. In contrast, no change in [3H]-vasopressin binding was observed. 4. The pharmacological characterization of angiotensin II binding sites in control and LPS-exposed cells demonstrated that LPS induced an increase in the AT1 subtype of the angiotensin II receptors. Receptor coupling as evaluated by measuring total inositol phosphates was not impaired by LPS. 5. The effect of LPS on the angiotensin II receptor was dose-, time- and protein-synthesis dependent and was associated with an increased expression of the receptor gene. 6. The ability of LPS to increase angiotensin II binding in cultured vascular SMC was independent of the endotoxin induction of NO-synthase. 7. These results suggest that, besides inducing factors such as cytokines and NO-synthase, endotoxin may enhance the expression of cell surface receptors. The surprising increase in angiotensin II binding in LPS exposed VSM cells may represent an attempt by the cells to compensate for the decreased vascular responsiveness. It may also result from a non-specific LPS-related induction of genes.

Metabolic and physiologic effects of an endotoxin challenge in healthy obese subjects

Rapport de synthèseEnjeux et contexteL'épidémie d'obésité est un enjeu majeur de santé publique, et l'augmentation parallèle du nombre de patients obèses admis aux soins intensifs appelle à une meilleure connaissance des spécificités de la physiopathologie de cette population. De nombreuses anomalies physiologiques associées à l'obésité sont connues, notamment une inflammation sub-clinique chronique. Cependant, les connaissances concernant la réponse inflammatoire lors d'une agression des sujets obèses sont pour l'heure assez limitées. Bien que les réponses inflammatoires in vitro du tissu adipeux soient augmentées, les données in vivo sont pour l'instant non-conclusives.L'injection intraveineuse d'endotoxine est un test hautement reproductible provoquant une inflammation de durée limitée. Il s'agit d'un test validé pour l'étude in vivo lors des réponses inflammatoires. L'endotoxine est un lipopolysaccharide contenu dans les membranes externes des bactéries gram- négatives, notamment de E.Coli. Notre équipe possède une expérience de ces tests avec endotoxine acquise lors d'une série de recherches sur les propriétés modulatrices de l'inflammation des acides gras polyinsaturés oméga-3.Lors de l'élaboration de ce projet, la réponse du sujet obèse à l'endotoxine restait méconnue. L'objectif de l'essai est d'étudier les spécificités des réponses à l'endotoxine, notre hypothèse étant que les réponses physiologiques, métaboliques et endocrines sont amplifiées chez cette catégorie de sujets.Présentation de l'étudeAfin de tester notre hypothèse, nous avons conçu une étude prospective randomisée, avec 2 procédures (injection d'endotoxine vs de placebo) en cross-over: le protocole d'investigation durait chaque fois 8h. Huit volontaires obèses grade I (BMI médian de 33.8 kg/m2) sans morbidité ont été enrôlés. Les variables étudiées étaient: les fréquences cardiaque et respiratoire, la température, la tension artérielle, le débit cardiaque et la saturation veineuse en oxygène, ainsi qu'une calorimétrie indirecte en continu. Les symptômes tels que myalgie, céphalée et nausée ont également été consignés. Des marqueurs hormonaux et inflammatoires (Cortisol, ACTH, catécholamines, insuline, glucose, glucagon, leptine, TNF-alpha, IL-6 et CRP) ont été dosés de manière répétée.Statistiques : Pour limiter les effets de la variabilité inter-individuelle et permettre une comparaison des réponses, le calcul des aires sous la courbe (AUC) selon la méthode trapézoïdale a été utilisé. Le groupe étudié étant de « petite taille », bien ceci soit habituel pour les études de physiologie, et les réponses n'étant pas normalement distribuées, des tests non-paramétriques ont été appliqués : nous savons que la puissance statistique de notre étude est limitée. Considérant les désagréments majeurs (bien que rapidement réversibles) vécus par les volontaires soumis à des infections d'endotoxine, leurs réponses ont été comparées de manières qualitative à celles des non-obèse mesurés lors de précédentes études pour éviter de répliquer ces expériences désagréables et parfaitement prévisibles.Les résultats de cette étude sont parfaitement superposables à celles trouvées chez les sujets de BMI normal, invalidant notre hypothèse de départ d'une éventuelle réponse exacerbée.Conclusions et perspectivesCette étude est la première publication concernant la réponse du patient obèse à un test d'endotoxine. La similitude des résultats chez les patients obèses et non-obèses montre que l'obésité n'est pas en soi un facteur augmentant les réponses inflammatoires.Ces résultats concernent des sujets obèses sains et ne peuvent pas être extrapolés aux sujets obèses avec comorbidités, appelant à de futures investigations chez cette catégorie de patients.

A peptide inhibitor of c-Jun N-terminal kinase for the treatment of endotoxin-induced uveitis.

PURPOSE: To evaluate the effect of XG-102 (formerly D-JNKI1), a TAT-coupled dextrogyre peptide that selectively inhibits the c-Jun N-terminal kinase, in the treatment of endotoxin-induced uveitis (EIU). METHODS: EIU was induced in Lewis rats by LPS injection. XG-102 was administered at the time of LPS challenge. The ocular biodistribution of XG-102 was evaluated using immunodetection at 24 hours after either 20 microg/kg IV (IV) or 0.2 microg/injection intravitreous (IVT) administrations in healthy or uveitic eyes. The effect of XG-102 on EIU was evaluated using clinical scoring, infiltration cell quantification, inducible nitric oxide synthase (iNOS) expression and immunohistochemistry, and cytokines and chemokines kinetics at 6, 24, and 48 hours using multiplex analysis on ocular media. Control EIU eyes received vehicle injection IV or IVT. The effect of XG-102 on c-Jun phosphorylation in EIU was evaluated by Western blot in eye tissues. RESULTS: After IVT injection, XG-102 was internalized in epithelial cells from iris/ciliary body and retina and in glial and microglial cells in both healthy and uveitic eyes. After IV injection, XG-102 was concentrated primarily in inflammatory cells of uveitic eyes. Using both routes of administration, XG-102 significantly inhibited clinical signs of EIU, intraocular cell infiltration, and iNOS expression together with reduced phosphorylation of c-Jun. The anti-inflammatory effect of XG-102 was mediated by iNOS, IFN-gamma, IL-2, and IL-13. CONCLUSIONS: This is the first evidence that interfering with the JNK pathway can reduce intraocular inflammation. Local administration of XG-102, a clinically evaluated peptide, may have potential for treating uveitis.

The aldosterone-mineralocorticoid receptor pathway exerts anti-inflammatory effects in endotoxin-induced uveitis.

We have previously shown that the eye is a mineralocorticoid-sensitive organ and we now question the role of mineralocorticoid receptor (MR) in ocular inflammation. The endotoxin-induced uveitis (EIU), a rat model of human intraocular inflammation, was induced by systemic administration of lipopolysaccharide (LPS). Evaluations were made 6 and 24 hours after intraocular injection of aldosterone (simultaneous to LPS injection). Three hours after onset of EIU, the MR and the glucocorticoid metabolizing enzyme 11-beta hydroxysteroid dehydrogenase type 2 (11β-HSD2) expression were down-regulated in iris/ciliary body and the corticosterone concentration was increased in aqueous humor, altering the normal MR/glucocorticoid receptor (GR) balance. At 24 hours, the GR expression was also decreased. In EIU, aldosterone reduced the intensity of clinical inflammation in a dose-dependent manner. The clinical benefit of aldosterone was abrogated in the presence of the MR antagonist (RU26752) and only partially with the GR antagonist (RU38486). Aldosterone reduced the release of inflammatory mediators (6 and 24 hours: TNF-α, IFN-γ, MIP-1α) in aqueous humor and the number of activated microglia/macrophages. Aldosterone partly prevented the uveitis-induced MR down-regulation. These results suggest that MR expression and activation in iris/ciliary body could protect the ocular structures against damages induced by EIU.

Endotoxin impairs cardiac hemodynamics by affecting loading conditions but not by reducing cardiac inotropism.

Acute myocardial dysfunction is a typical manifestation of septic shock. Experimentally, the administration of endotoxin [lipopolysacharride (LPS)] to laboratory animals is frequently used to study such dysfunction. However, a majority of studies used load-dependent indexes of cardiac function [including ejection fraction (EF) and maximal systolic pressure increment (dP/dt(max))], which do not directly explore cardiac inotropism. Therefore, we evaluated the direct effects of LPS on myocardial contractility, using left ventricular (LV) pressure-volume catheters in mice. Male BALB/c mice received an intraperitoneal injection of E. coli LPS (1, 5, 10, or 20 mg/kg). After 2, 6, or 20 h, cardiac function was analyzed in anesthetized, mechanically ventilated mice. All doses of LPS induced a significant drop in LV stroke volume and a trend toward reduced cardiac output after 6 h. Concomitantly, there was a significant decrease of LV preload (LV end-diastolic volume), with no apparent change in LV afterload (evaluated by effective arterial elastance and systemic vascular resistance). Load-dependent indexes of LV function were markedly reduced at 6 h, including EF, stroke work, and dP/dt(max). In contrast, there was no reduction of load-independent indexes of LV contractility, including end-systolic elastance (ejection phase measure of contractility) and the ratio dP/dt(max)/end-diastolic volume (isovolumic phase measure of contractility), the latter showing instead a significant increase after 6 h. All changes were transient, returning to baseline values after 20 h. Therefore, the alterations of cardiac function induced by LPS are entirely due to altered loading conditions, but not to reduced contractility, which may instead be slightly increased.

Subconjunctival Injection of XG-102, a c-Jun N-Terminal Kinase Inhibitor Peptide, in the Treatment of Endotoxin-Induced Uveitis in Rats.

Abstract Purpose: XG-102, a TAT-coupled dextrogyre peptide inhibiting the c-Jun N-terminal kinase, was shown efficient in the treatment of experimental uveitis. Preclinical studies are now performed to determine optimal XG-102 dose and route of administration in endotoxin-induced uveitis (EIU) in rats with the purpose of clinical study design. METHODS: EIU was induced in Lewis rats by lipopolysaccharides (LPS) injection. XG-102 was administered at the time of LPS challenge by intravenous (IV; 3.2, 35 or 355 μg/injection), intravitreal (IVT; 0.08, 0.2 or 2.2 μg/eye), or subconjunctival (SCJ; 0.2, 1.8 or 22 μg/eye) routes. Controls received either the vehicle (saline) or dexamethasone phosphate injections. Efficacy was assessed by clinical scoring, infiltrating cells count, and expression of inflammatory mediators [inducible nitric oxide synthase (iNOS), cytokine-induced neutrophil chemoattractant-1 (CINC-1)]. The effect of XG-102 on phosphorylation of c-Jun was evaluated by Western blot. RESULTS: XG-102 demonstrated a dose-dependent anti-inflammatory effect in EIU after IV and SCJ administrations. Respective doses of 35 and 1.8 μg were efficient as compared with the vehicle-injected controls, but only the highest doses, respectively 355 and 22 μg, were as efficient as dexamethasone phosphate. After IVT injections, the anti-inflammatory effect of XG-102 was clinically evaluated similar to the corticoid's effect with all the tested doses. Regardless of the administration route, the lowest efficient doses of XG-102 significantly decreased the ration of phospho c-Jun/total c-Jun, reduced cells infiltration in the treated eyes, and significantly downregulated iNOS and CINC-1 expression in the retina. CONCLUSION: These results confirm that XG-102 peptide has potential for treating intraocular inflammation. SCJ injection appears as a good compromise to provide a therapeutic effect while limiting side effects.

Endotoxin-induced hypotension in rats is not mediated by prekallikrein activation.

To test whether endotoxin decreases blood pressure acutely in rats by activating the plasma kinin-forming system, plasma kallikrein activity was determined in different experimental settings of endotoxemia. Conscious normotensive rats were infused for 45 min with endotoxin (LPS E. coli 0111:B4) at a dose (0.01 mg/min) which had no effect on blood pressure. Additional rats were infused with the vehicle of endotoxin. Plasma prekallikrein activity was measured at the end of the 45 min infusions. In other rats, a bolus intravenous injection of endotoxin (2 mg) was administered following the 45 min infusion of endotoxin or its vehicle. In these two latter groups of rats, plasma prekallikrein activity was determined 15 min after administration of the bolus dose of endotoxin. In rats pretreated with the endotoxin infusion, the bolus dose of endotoxin had no significant effect on blood pressure, whereas rats infused with the vehicle became and remained hypotensive up to the end of the experiment. There was however no significant difference in plasma prekallikrein activity within the different groups of rats. In another group of rats, dextran sulfate (0.25 mg i.v.), which activates factor XII and thereby the conversion of prekallikrein to kallikrein, induced a short-lasting fall in blood pressure. 15 min after administration of dextran sulfate, plasma prekallikrein activity was almost completely suppressed. These results obtained in unanesthetized rats strongly suggest that the blood pressure fall induced by E. coli endotoxin is not due to activation of prekallikrein and consequently of the kinin-forming system.

Reduction of corneal edema in endotoxin-induced uveitis after application of L-NAME as nitric oxide synthase inhibitor in rats by iontophoresis.

PURPOSE: To investigate the involvement of the cornea during endotoxin-induced uveitis (EIU) in the rat and the effect of Ngamma-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) as nitric oxide synthase (NOS) inhibitor, administered by iontophoresis. METHODS: EIU was induced in Lewis rats that were killed at 8 and 16 hours after lipopolysaccharide (LPS) injection. The severity of uveitis was evaluated clinically at 16 hours, and nitrite levels were evaluated in the aqueous humor at 8 hours. Corneal thickness was measured, 16 hours after LPS injection, on histologic sections using an image analyzer. Transmission electron microscopy (TEM) was used for fine analysis of the cornea. Transcorneoscleral iontophoresis of L-NAME (100 mM) was performed either at LPS injection or at 1 and 2 hours after LPS injection. RESULTS: At 16 hours after LPS injection, mean corneal thickness was 153.7+/-5.58 microm in the group of rats injected with LPS (n=8) compared with 126.89+/-11.11 microm in the saline-injected rats (n=8) (P < 0.01). TEM showed stromal edema and signs of damage in the endothelial and epithelial layers. In the group of rats treated by three successive iontophoreses of L-NAME (n=8), corneal thickness was 125.24+/-10.36 microm compared with 146.76+/-7.52 microm in the group of rats treated with iontophoresis of saline (n=8), (P=0.015). TEM observation showed a reduction of stromal edema and a normal endothelium. Nitrite levels in the aqueous humor were significantly reduced at 8 hours by L-NAME treatment (P=0.03). No effect on corneal edema was observed after a single iontophoresis of L-NAME at LPS injection (P=0.19). Iontophoresis of saline by itself induced no change in corneal thickness nor in TEM structure analysis compared with normal rats. CONCLUSIONS: Corneal edema is observed during EIU. This edema is significantly reduced by three successive iontophoreses of L-NAME, which partially inhibited the inflammation. A role of nitric oxide in the corneal endothelium functions may explain the antiedematous effect of L-NAME.

Effects of fish oil on the neuro-endocrine responses to an endotoxin challenge in healthy volunteers

Résumé Introduction et hypothèse : Certains acides gras polyinsaturés de type n-3 PUFA, qui sont contenus dans l'huile de poisson, exercent des effets non-énergétiques (fluidité des membranes cellulaires, métabolisme énergétique et prostanoïdes, régulation génique de la réponse inflammatoire). Les mécanismes de la modulation de cette dernière sont encore mal connus. L'administration d'endotoxine (LPS) induit chez les volontaires sains une affection inflammatoire aiguë, comparable à un état grippal, associé à des modifications métaboliques et inflammatoires transitoires, similaires au sepsis. Ce modèle est utilisé de longue date pour l'investigation clinique expérimentale. Cette étude examine les effets d'une supplémentation orale d'huile de poisson sur la réponse inflammatoire (systémique et endocrinienne) de sujets sains soumis à une injection d'endotoxine. L'hypothèse était que la supplémentation d'huile de poisson réduirait les réponses physiologiques à l'endotoxine. Méthodes : Quinze volontaires masculins (âge 26.0±3.1 ans) ont participé à une étude randomisée, contrôlée. Les sujets sont désignés au hasard à recevoir ou non une supplémentation orale : 7.2 g d'huile de poisson par jour correspondant à un apport de 1.1 g/jour d'acides gras 20:5 (n-3, acide écosapentaénoïque) et 0.7 g/jour de 22:6 (n-3, acide docosahexaénoïque). Chaque sujet est investigué deux fois dans des conditions identiques : une fois il reçoit une injection de 2 ng par kg poids corporel de LPS intraveineuse, l'autre fois une injection de placebo. Les variables suivantes sont relevées avant l'intervention et durant les 360 min qui suivent l'injection :signes vitaux, dépense énergétique (EE) et utilisation nette des substrats (calorimétrie indirecte, cinétique du glucose (isotopes stables), taux plasmatique des triglycérides et FFA, du glucose, ainsi que des cytokines et hormones de stress (ACTH, cortisol, Adré, Nor-Adré). Analyses et statistiques :moyennes, déviations standards, analyse de variance (one way, test de Scheffé), différences significatives entre les groupes pour une valeur de p < 0.05. Résultats :L'injection de LPS provoque une augmentation de la température, de la fréquence cardiaque, de la dépense d'énergie et de l'oxydation nette des lipides. On observe une élévation des taux plasmatiques de TNF-a et IL-6, de la glycémie, ainsi qu'une élévation transitoire des concentrations plasmatiques des hormones de stress ACTH, cortisol, adrénaline et noradrénaline. L'huile de poisson atténue significativement la fièvre, la réponse neuro-endocrinienne (ACTH et cortisol) et sympathique (baisse de la noradrénaline plasmatique). Par contre, les taux des cytokines ne sont pas influencés par la supplémentation d'huile de poisson. Conclusion : La supplémentation d'huile de poisson atténue la réponse physiologique à l'endotoxine chez le sujet sain, en particulier la fièvre et la réponse endocrinienne, sans influencer la production des cytokines. Ces résultats soutiennent l'hypothèse que les effets bénéfiques de l'huile de poisson sont principalement caractérisés au niveau du système nerveux central, par des mécanismes non-inflammatoires qui restent encore à élucider.

Surfactant protein A, exposure to endotoxin, and asthma in garbage collectors and in wastewater workers.

Endotoxin causes an inflammation at the bronchial and alveolar level. The inflammation-induced increase in permeability of the bronchoalveolar epithelial barrier is supposed to cause a leakage of pneumoproteins. Therefore, their concentrations are expected to increase in the bloodstream.This study aimed at examining the association between occupational exposure to endotoxin and a serum pneumoprotein, surfactant protein A, to look for nonoccupational factors capable of confounding this association, and examine the relation between surfactant protein A and spirometry. There were 369 control subjects, 325 wastewater workers, and 84 garbage collectors in the study. Exposure to endotoxin was assessed through personal sampling and the Limulus amebocytes lysate assay. Surfactant protein A was determined by an in house sandwich enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) in 697 subjects. Clinical and smoking history were ascertained and spirometry carried out according to American Thoracic Society criteria. Multiple linear regression was used for statistical analysis. Exposure was fairly high during some tasks in wastewater workers but did not influence surfactant protein A. Surfactant protein A was lower in asthmatics. Interindividual variability was large. No correlation with spirometry was found. Endotoxin has no effect on surfactant protein A at these endotoxin levels and serum surfactant protein A does not correlate with spirometry. The decreased surfactant protein A secretion in asthmatics requires further study.

Effects of endotoxin on lactate metabolism in humans.

ABSTRACT: INTRODUCTION: Hyperlactatemia represents one prominent component of the metabolic response to sepsis. In critically ill patients, hyperlactatemia is related to the severity of the underlying condition. Both an increased production and a decreased utilization and clearance might be involved in this process, but their relative contribution remains unknown. The present study aimed at assessing systemic and muscle lactate production and systemic lactate clearance in healthy human volunteers, using intravenous endotoxin (LPS) challenge. METHODS: Fourteen healthy male volunteers were enrolled in 2 consecutive studies (n = 6 in trial 1 and n = 8 in trial 2). Each subject took part in one of two investigation days (LPS-day with endotoxin injection and placebo-day with saline injection) separated by one week at least and in a random order. In trial 1, their muscle lactate metabolism was monitored using microdialysis. In trial 2, their systemic lactate metabolism was monitored by means of a constant infusion of exogenous lactate. Energy metabolism was monitored by indirect calorimetry and glucose kinetics was measured with 6,6-H2 glucose. RESULTS: In both trials, LPS increased energy expenditure (p = 0.011), lipid oxidation (p<0.0001), and plasma lactate concentration (p = 0.016). In trial 1, lactate concentration in the muscle microdialysate was higher than in blood, indicating lactate production by muscles. This was, however, similar with and without LPS. In trial 2, calculated systemic lactate production increased after LPS (p = 0.031), while lactate clearance remained unchanged. CONCLUSIONS: LPS administration increases lactatemia by increasing lactate production rather than by decreasing lactate clearance. Muscle is, however, unlikely to be a major contributor to this increase in lactate production. TRIAL REGISTRATION: ClinicalTrials.gov NCT01647997.

Intravenous fish oil blunts the physiological response to endotoxin in healthy subjects

Résumé L'administration par voie orale d'acides gras polyinsaturés de type ω-3 contenus dans l'huile de poisson exerce des effets bénéfiques sur la réponse métabolique et inflammatoire chez des sujets sains soumis à une injection d'endotoxine. Ce modèle expérimental a été validé pour l'investigation clinique. Il simule un sepsis et induit une réponse comparable à un état grippal, accompagné de modifications métaboliques et inflammatoires. L'objectif de cette étude est de déterminer les effets de l'huile de poisson administré par voie intraveineuse sur la réponse à l'endotoxine chez le sujet sain. L'hypothèse est qu'il sera possible de réduire le temps de latence en comparaison avec la voie orale. Pour ce faire, nous avons inclut dans une étude prospective randomisée 16 volontaires sains âgés de 16 à 35 ans et les avons répartis en 2 groupes : l'un recevant une émulsion lipidique contenant les acides gras polyinsaturés EPA et DHA et l'autre, sans traitement, constituant le groupe contrôle. Huit sujets reçoivent une perfusion continue de 0.5g/kg d'huile de poisson durant 6h, 48h et 24h avant la journée test. Lors de cette journée test, tous les volontaires ont reçu une dose d'endotoxine (2mg/kg) au temps t0. Les paramètres vitaux sont monitorés et enregistrés : fréquence cardiaque, respiratoire, pression artérielle, saturation artérielle en oxygène, ainsi que température. Des prises de sang sont effectuées à intervalles réguliers pour déterminer 1) l'incorporation membranaire des thrombocytes en EPA et DHA ; 2) le taux plasmatique d'hormones (insulin, glucagon, cortisol, ACTH et catécholamines), de marqueurs inflammatoires (TNF-α, IL-6, hsCRP), ainsi que de substrats énergétiques (glucose, lactate, acides gras libres et triglycérides). La dépense énergétique est déterminée par calorimétrie indirecte. L'analyse statistique est effectuée par analyse de variance (ANOVA). Les résultats montrent une incorporation significative de EPA et DHA au niveau membranaire des thrombocytes. L'huile de poisson induit une atténuation significative de la réponse neuro-endocrinienne et inflammatoire en réponse à l'injection d'endotoxine avec diminution de la fièvre (-0.7°C), ainsi que du taux plasmatique ,d'ACTH (-68%), TNF-α (-63%) et de noradrénaline (-%) dans le groupe huile de poisson. En conclusion, cette étude montre que la supplémentation de 2 doses d'huile de poisson par voie intraveineuse modifie la composition phospholipidique des membranes des thrombocytes et diminue la réaction inflammatoire et neuroendocrinienne en réponse à l'endotoxine. Ces résultats positifs ouvrent la perspective d'une supplémentation parentérale préopératoire en acides gras polyinsaturés ω-3 pour diminuer le stress lié à la chirurgie majeure.

Blunting the response to endotoxin in healthy sujects : effects of various dose of intravenous fish oil

Enjeux et contexte La recherche de cette dernière décennie sur les acides gras n-3 PUFA contenus dans l'huile de poisson a montré que ceux-ci, et particulièrement l'ΕΡΑ et le DHA, avaient des propriétés anti¬inflammatoires et anti arythmiques puissantes, potentiellement utiles chez les septiques et « cardiaques ». Les mécanismes sous-jacents sont nombreux, incluant l'incorporation des acides gras dans les membranes de phopholipides, la réduction de la production de médiateurs pro-inflammatoires (prostaglandines, leukotrienes, thromboxane), l'augmentation de la production de résolvines et protectines dérivées du DHA, et la régulation de voies de signalisation cellulaire. Cependant, les doses de n-3 PUFA utilisées dans les études cliniques et chez le sujet sain avant le travail de Yann-Karim Pittet étaient nettement supérieures aux doses nutritionnelles de l'ordre de 5-8 g/j par voie orale ou 1 g/kg par voie intraveineuse. De plus, la voie entérale avait la réputation de nécessiter plusieurs jours à semaines de traitement avant d'aboutir à une incorporation d'acides gras membranaire suffisante pour avoir un impact clinique; quant au temps minimal requis pour obtenir cet effet par voie IV, il était inconnu. Depuis, le développement d'émulsions lipidiques intraveineuses destinées à la nutrition parentérale a permis d'imaginer l'administration de prétraitements IV rapides. Pour les étudier, notre laboratoire a développé un modèle d'endotoxine (LPS d'E.Coli) qui mime les réponses physiologique, endocrinienne et biologique du sepsis chez le sujet sain, utilisant des doses de 2 ng/kg IV. Les réponses sont totalement réversibles en 8 heures. Dans le but de réduire à la fois la dose de lipides et le temps de perfusion, ce travail a étudié l'influence de 3 doses dégressives de n-3 PUFA sur les réponses à l'endotoxine, et sur l'incorporation membranaire de ces acides gras. Méthodes Etude prospective chez 3 groupes consécutifs de sujets sains soumis à un challenge d'endotoxine. Intervention : perfusions d'huile de poisson (0.5 et 0.2 g/kg de n-3 PUFA, Omegaven® 10%) ou placebo, administrées en 3 heures ou en 1 heure, soit le jour avant ou le jour-même du test d'endotoxine. Mesures : variables physiologiques (T°, fc, tension artérielle, calorimétrie indirecte) Laboratoire - prises de sang à T0, 60, 120 et 360 min après l'injection de LPS: TNF-α, hs-CRP, hormones de stress, composition en acides gras des membranes plaquettaires. Statistiques Les résultats ont été rapportés en moyennes et écarts types. Des aires sous la courbe (AUC) ont été calculées avec la méthode des parallélépipèdes pour toutes les variables déterminées de manière répétée. L'effet du temps a été exploré par des two-way ANOVA pour mesures répétées. Les comparaisons post-hoc ont été réalisées avec des tests de Dunnett's ou de Scheffe. Les modifications de composition membranaires ainsi que les AUC ont été analysées par des tests non-paramétriques (Kruskal-Wallis). Résultats Après LPS, la température, les concentrations d'ACTH et TNF-α ont augmenté dans les 3 groupes. Ces réponse ont été significativement atténuées (p<0.0001) par l'huile de poisson comparé à ce que nous avions observé dans le groupe contrôle de Pluess et al (ICM 2007). Les concentrations les plus faibles d'ACTH, de TNF-α, et les AUC les plus basses des températures, ont été observées après une dose unique de 0.2 g/kg de n-3 PUFA administrée 1 heure avant le LPS. Par contre, l'incorporation membranaire d'EPA est dose-dépendante. Conclusions Sachant que la réponse à l'endotoxine est reproductible, cette étude montre que 3 doses différentes d'huile de poisson atténuent de manière différente cette réponse. La perfusion de 0.2 g/kg administrée juste avant l'endotoxine s'est avérée la plus efficace à atténuer la réponse fébrile, les cytokines et les hormones de stress, suggérant une capture de l'endotoxine par l'émulsion lipidique qui se surajoute aux effets systémiques et membranaires.