UNITesi

INTRODUCTION: In critically ill patients, admitted to the intensive care unit (ICU) and undergoing invasive mechanical ventilation (IMV), factors such as long bed staying, infections, and steroids are linked with muscle atrophy. This leads to a prolonged respiratory weaning time, and prolonged bed stay in ICU, increasing the risk of mortality. Bedside ultrasound aim to measure the area of the quadriceps femoris muscle (Qcsa), related with atrophy, and diaphragmatic thickness (Tdi), which is linked to prolonged IMV dependence. Plasma mediators such as TNFα, IGF-1, and FGF-15 are involved in sarcopenia, activating proteasome, autophagy, and mitochondrial dysfunction. In vitro experiments on myotubes assess the response of human skeletal muscle cells to biohumoral stimuli, but their modification according with the inflammatory status of patients with ARDS, septic shock, or pneumonia is not yet known. OBJECTIVES: 1. Assess the progression of diaphragmatic dysfunction and quadriceps femoris muscle atrophy through time. 2. Investigate the influence of blood humoral mediators from critically ill patients undergoing IMV on myotube diameter. HYPOTHESIS: Plasma mediators of patients in the ICU undergoing IMV,induce muscle atrophy. METHODS: Two patient cohorts were recruited, one consisting of cases diagnosed with ARDS, septic shock, and pneumonia, and the other serving as a control group. Ultrasound measurements of Tdi and Qcsa were performed on days 1, 3, 7, and 14. Muscle atrophy was defined as a reduction >12% in Qcsa or >10% in Tdi compared to baseline (T1), with a diagnosis of severe atrophy for values >20% below baseline Tdi. Additionally, blood samples were collected and plasma stored at -80°C. Myotubes were stimulated for 48 hours with plasma obtained from patients at the same time as the ultrasound measurements. Myotube diameter was assessed using bright-field microscopy. Differences at timepoints ∆T1 (T7-Tbaseline) and ∆T2 (T14-Tbaseline) were measured for each parameter. RESULTS: A total of 53 patients were enrolled, with 42 (79.3%) classified as cases and 11 (20.7%) as controls. Among the cases, 52.4% (n=22) were diagnosed with Sepsis/Septic Shock, 19% (n=8) with ARDS, and 28.6% (n=12) with pneumonia. In the cases, the median Tdi change at ∆T1 was -2.96%, with an interquartile range (IQR) of -17.22/-77.13, p=0.465. At ∆T2, it was -19.62%, IQR -24.53/-4.35, p= 0.022. For the controls, the median Tdi change at ∆T1 was 4.45%, IQR -6.00/10.21, p = 0.688, while at ∆T2, it was 4.79%, IQR -24.5/25.04, p = 0.999. In the cases, Qcsa showed a significant change in both intervals ∆T1 (-27.35%, IQR -41.57/-17.73, p= 0.0001) and ∆T2 (-31.76%, IQR -45.97/-20.26, p=0.039). Among the controls, the median Qcsa variation at ∆T1 was 14.41%, IQR -20.27/50.91, p=0.75, while at ∆T2, it was -24.98%, IQR -29.94/-19.68, p=0.25. The diameter of myotubes treated with plasma from both controls and cases showed a mean percentage change of 7.147% and 19.65% respectively, compared to untreated samples. CONCLUSIONS: In the study cohort, the quadriceps femoris muscle developed muscle atrophy in all patients during their stay in the ICU. The diaphragm exhibited both signs of thickening and thinning. The mediators present in the plasma of critically ill patients admitted to the ICU and subjected to mechanical IMV induced myotube atrophy.

INTRODUZIONE: Nel paziente critico ricoverato in terapia intensiva (TI) e sottoposto a ventilazione meccanica invasiva (IMV), fattori come immobilità, infezioni e terapia steroidea sono associati ad atrofia muscolare. Essa causa un prolungamento del tempo di dipendenza da IMV e la permanenza in terapia intensiva, aumentando il rischio di morte. L’ecografia bedside misura l’area del quadricipite femorale (Qcsa), correlata all’atrofia, e la thickness diaframmatica (Tdi), legata alla durata dello svezzamento dal ventilatore. Mediatori plasmatici come TNFα, IGF-1 e FGF-15 sono implicati nella sarcopenia, attivando proteasoma, autofagia e disfunzione mitocondriale. L’analisi in vitro di miotubi è un modello per valutare la risposta delle cellule muscolari scheletriche umane a stimoli bioumorali, ma la loro modifica in relazione allo stato infiammatorio dei pazienti con ARDS, shock settico o polmonite non è ancora noto. OBIETTIVI: 1.Valutare nel tempo lo sviluppo di disfunzione diaframmatica e atrofia del quadricipite femorale 2.Valutare l’effetto di mediatori umorali del plasma di pazienti critici sottoposti a IMV sul diametro dei miotubi. IPOTESI: i mediatori presenti nel plasma dei pazienti in TI, sottoposti a IMV, determinano atrofia muscolare. METODI: Sono state reclutate due coorti di pazienti, una di casi con diagnosi di ARDS, shock settico e polmonite e una di controllo. Le misurazioni ecografiche di Tdi e Qcsa sono state eseguite nei giorni 1, 3, 7 e 14. L’atrofia muscolare è stata definita come una riduzione >12% della Qcsa o riduzione >10% del Tdi rispetto al baseline (T1), con una diagnosi di atrofia marcata per valori >20% del Tdi al baseline. Inoltre, sono stati effettuati prelievi ematici con conservazione del plasma a -80°C. I miotubi sono stati stimolati per 48 ore con plasma dei pazienti prelevato agli stessi tempi delle misure ecografiche. Il diametro dei miotubi è stato misurato tramite microscopia bright-field. Le differenze in timepoints ∆T1 (T7-Tbaseline) e ∆T2 (T14-Tbaseline) sono state valutate per ogni parametro. RISULTATI: Sono stati arruolati 53 pazienti, 42 (79.3%) come casi ed 11 (20.7%) come controlli. Il 52.4% (n=22) dei casi aveva una diagnosi di Sepsi/Shock Settico, il 19% (n=8) di ARDS, il 28.6% (n=12) di polmonite. Tra i casi, la variazione del Tdi mediano al ∆T1 è stata pari a -2.96% interquartile range (IQR) -17.22/77.13, p=0.465. Al ∆T2 è risultata pari a -19.62%, IQR -24.53/-4.35, p= 0.022. Nei controlli, la variazione del Tdi mediano al ∆T1 è stata del 4.45%, IQR -6.00/10.21, p = 0.688, mentre la variazione ∆T2 è stata del 4.79%, IQR -24.5/25.04, p = 0.999. Nei casi, la Qcsa ha subito una significativa variazione in entrambi gli intervalli ∆T1(-27.35% IQR -41.57/-17.73, p= 0.0001) e ∆T2 (-31.76% IQR -45.97/-20.26 p=0.039). Tra i controlli, la Qcsa al ∆T1 mediana è stata 14.41%, IQR -20.27/50.91 p=0.75, mentre al ∆T2 -24.98%, IQR -29.94/-19.68 p=0.25. Il diametro dei miotubi, trattato con plasma dei controlli e dei casi, ha mostrato una variazione media percentuale di 7.147% e di 19.65% rispetto ai non trattati, rispettivamente. CONCLUSIONI: Nella coorte di studio, il quadricipite femorale ha sviluppato atrofia muscolare in tutti i pazienti durante la degenza in terapia intensiva. Il diaframma ha mostrato sia segni di aumento che riduzione del suo spessore. I mediatori presenti nel plasma di pazienti critici ricoverati in TI e sottoposti a IMV meccanica hanno determinato atrofia dei miotubi.

Studio dell'effetto di mediatori plasmatici di pazienti critici nel determinare atrofia muscolare durante Ventilazione Meccanica Invasiva

SCRIVANTI, SIMONE
2022/2023

Abstract

INTRODUZIONE: Nel paziente critico ricoverato in terapia intensiva (TI) e sottoposto a ventilazione meccanica invasiva (IMV), fattori come immobilità, infezioni e terapia steroidea sono associati ad atrofia muscolare. Essa causa un prolungamento del tempo di dipendenza da IMV e la permanenza in terapia intensiva, aumentando il rischio di morte. L’ecografia bedside misura l’area del quadricipite femorale (Qcsa), correlata all’atrofia, e la thickness diaframmatica (Tdi), legata alla durata dello svezzamento dal ventilatore. Mediatori plasmatici come TNFα, IGF-1 e FGF-15 sono implicati nella sarcopenia, attivando proteasoma, autofagia e disfunzione mitocondriale. L’analisi in vitro di miotubi è un modello per valutare la risposta delle cellule muscolari scheletriche umane a stimoli bioumorali, ma la loro modifica in relazione allo stato infiammatorio dei pazienti con ARDS, shock settico o polmonite non è ancora noto. OBIETTIVI: 1.Valutare nel tempo lo sviluppo di disfunzione diaframmatica e atrofia del quadricipite femorale 2.Valutare l’effetto di mediatori umorali del plasma di pazienti critici sottoposti a IMV sul diametro dei miotubi. IPOTESI: i mediatori presenti nel plasma dei pazienti in TI, sottoposti a IMV, determinano atrofia muscolare. METODI: Sono state reclutate due coorti di pazienti, una di casi con diagnosi di ARDS, shock settico e polmonite e una di controllo. Le misurazioni ecografiche di Tdi e Qcsa sono state eseguite nei giorni 1, 3, 7 e 14. L’atrofia muscolare è stata definita come una riduzione >12% della Qcsa o riduzione >10% del Tdi rispetto al baseline (T1), con una diagnosi di atrofia marcata per valori >20% del Tdi al baseline. Inoltre, sono stati effettuati prelievi ematici con conservazione del plasma a -80°C. I miotubi sono stati stimolati per 48 ore con plasma dei pazienti prelevato agli stessi tempi delle misure ecografiche. Il diametro dei miotubi è stato misurato tramite microscopia bright-field. Le differenze in timepoints ∆T1 (T7-Tbaseline) e ∆T2 (T14-Tbaseline) sono state valutate per ogni parametro. RISULTATI: Sono stati arruolati 53 pazienti, 42 (79.3%) come casi ed 11 (20.7%) come controlli. Il 52.4% (n=22) dei casi aveva una diagnosi di Sepsi/Shock Settico, il 19% (n=8) di ARDS, il 28.6% (n=12) di polmonite. Tra i casi, la variazione del Tdi mediano al ∆T1 è stata pari a -2.96% interquartile range (IQR) -17.22/77.13, p=0.465. Al ∆T2 è risultata pari a -19.62%, IQR -24.53/-4.35, p= 0.022. Nei controlli, la variazione del Tdi mediano al ∆T1 è stata del 4.45%, IQR -6.00/10.21, p = 0.688, mentre la variazione ∆T2 è stata del 4.79%, IQR -24.5/25.04, p = 0.999. Nei casi, la Qcsa ha subito una significativa variazione in entrambi gli intervalli ∆T1(-27.35% IQR -41.57/-17.73, p= 0.0001) e ∆T2 (-31.76% IQR -45.97/-20.26 p=0.039). Tra i controlli, la Qcsa al ∆T1 mediana è stata 14.41%, IQR -20.27/50.91 p=0.75, mentre al ∆T2 -24.98%, IQR -29.94/-19.68 p=0.25. Il diametro dei miotubi, trattato con plasma dei controlli e dei casi, ha mostrato una variazione media percentuale di 7.147% e di 19.65% rispetto ai non trattati, rispettivamente. CONCLUSIONI: Nella coorte di studio, il quadricipite femorale ha sviluppato atrofia muscolare in tutti i pazienti durante la degenza in terapia intensiva. Il diaframma ha mostrato sia segni di aumento che riduzione del suo spessore. I mediatori presenti nel plasma di pazienti critici ricoverati in TI e sottoposti a IMV meccanica hanno determinato atrofia dei miotubi.
SCIENZE MEDICHE
MEDICINA E CHIRURGIA
Study on the influence of plasma mediators in critically ill patients on the development of muscle atrophy during Invasive Mechanical Ventilation
INTRODUCTION: In critically ill patients, admitted to the intensive care unit (ICU) and undergoing invasive mechanical ventilation (IMV), factors such as long bed staying, infections, and steroids are linked with muscle atrophy. This leads to a prolonged respiratory weaning time, and prolonged bed stay in ICU, increasing the risk of mortality. Bedside ultrasound aim to measure the area of the quadriceps femoris muscle (Qcsa), related with atrophy, and diaphragmatic thickness (Tdi), which is linked to prolonged IMV dependence. Plasma mediators such as TNFα, IGF-1, and FGF-15 are involved in sarcopenia, activating proteasome, autophagy, and mitochondrial dysfunction. In vitro experiments on myotubes assess the response of human skeletal muscle cells to biohumoral stimuli, but their modification according with the inflammatory status of patients with ARDS, septic shock, or pneumonia is not yet known. OBJECTIVES: 1. Assess the progression of diaphragmatic dysfunction and quadriceps femoris muscle atrophy through time. 2. Investigate the influence of blood humoral mediators from critically ill patients undergoing IMV on myotube diameter. HYPOTHESIS: Plasma mediators of patients in the ICU undergoing IMV,induce muscle atrophy. METHODS: Two patient cohorts were recruited, one consisting of cases diagnosed with ARDS, septic shock, and pneumonia, and the other serving as a control group. Ultrasound measurements of Tdi and Qcsa were performed on days 1, 3, 7, and 14. Muscle atrophy was defined as a reduction >12% in Qcsa or >10% in Tdi compared to baseline (T1), with a diagnosis of severe atrophy for values >20% below baseline Tdi. Additionally, blood samples were collected and plasma stored at -80°C. Myotubes were stimulated for 48 hours with plasma obtained from patients at the same time as the ultrasound measurements. Myotube diameter was assessed using bright-field microscopy. Differences at timepoints ∆T1 (T7-Tbaseline) and ∆T2 (T14-Tbaseline) were measured for each parameter. RESULTS: A total of 53 patients were enrolled, with 42 (79.3%) classified as cases and 11 (20.7%) as controls. Among the cases, 52.4% (n=22) were diagnosed with Sepsis/Septic Shock, 19% (n=8) with ARDS, and 28.6% (n=12) with pneumonia. In the cases, the median Tdi change at ∆T1 was -2.96%, with an interquartile range (IQR) of -17.22/-77.13, p=0.465. At ∆T2, it was -19.62%, IQR -24.53/-4.35, p= 0.022. For the controls, the median Tdi change at ∆T1 was 4.45%, IQR -6.00/10.21, p = 0.688, while at ∆T2, it was 4.79%, IQR -24.5/25.04, p = 0.999. In the cases, Qcsa showed a significant change in both intervals ∆T1 (-27.35%, IQR -41.57/-17.73, p= 0.0001) and ∆T2 (-31.76%, IQR -45.97/-20.26, p=0.039). Among the controls, the median Qcsa variation at ∆T1 was 14.41%, IQR -20.27/50.91, p=0.75, while at ∆T2, it was -24.98%, IQR -29.94/-19.68, p=0.25. The diameter of myotubes treated with plasma from both controls and cases showed a mean percentage change of 7.147% and 19.65% respectively, compared to untreated samples. CONCLUSIONS: In the study cohort, the quadriceps femoris muscle developed muscle atrophy in all patients during their stay in the ICU. The diaphragm exhibited both signs of thickening and thinning. The mediators present in the plasma of critically ill patients admitted to the ICU and subjected to mechanical IMV induced myotube atrophy.
FANELLI, VITO
COSTAMAGNA, ANDREA
GARBOSSA, DIEGO
IMPORT TESI SOLO SU ESSE3 DAL 2018
Laurea Magistrale Ciclo Unico
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