The effect of aerosolized indomethacin on lung inflammation and injury in a rat model of blunt chest trauma

The effect of aerosolized indomethacin on lung inflammation and injury in a rat model of blunt chest trauma

Can J Surg 2018;61(6):S208-S218 | PDF

Capt (Navy) Raymond L. Kao, MD, MPH; Weixiong Huang, MD; Claudio M. Martin, MD, MSc; Tao Rui, MD, PhD

Abstract

Background: Acute lung contusion from blunt chest trauma (BCT) is characterized by an intense inflammatory response in the pulmonary parenchyma, which is associated with acute lung injury (ALI), acute respiratory distress syndrome and ventilator-associated pneumonia. We hypothesized that aerosolized indomethacin may reduce pulmonary inflammation and ALI in a rat model of BCT.

Methods: Sprague-Dawley rats were anesthetized and received a tracheotomy for administration of aerosolized medication through a catheter. The BCT procedure involved free-dropping a hollow metal weight (200 g) from a height of 25.5, 38.3 or 51.2 cm onto the right thorax. We administered 1 mg/kg of indomethacin or 1 mL/kg of saline intratracheally 15 minutes after BCT. The sham group had a similar procedure without the exposure to BCT and treatment. Three hours postimpact, we obtained arterial blood gas and analyzed bronchoalveolar lavage for protein concentration, polymorphonuclear leukocytes (PMN) and cytokine levels, and lung tissue samples were taken for histopathological analysis.

Results: The rats’ mean arterial pressure and heart rate dropped immediately postimpact but recovered close to that of the sham group after 30 minutes in both control and treatment groups. Compared to BCT alone, indomethacin significantly reduced the total protein level in the lungs (1.06 ± 0.39 mg/mL v. 3.75 ± 1.95 mg/mL, p = 0.006) and alveolar FD-70 leak (0.23 ± 0.19 μg/mL v. 0.53 ± 0.19 μg/mL, p = 0.02). Indomethacin also significantly attenuated the acute inflammatory response in percent PMN (13.33 ±7.5% v. 28.0 ± 12.96%, p = 0.04). Tumour necrosis factor-α and interleukin-6 decreased in the indomethacin group, but the decreases were not significant compared with other groups.

Conclusion: Aerosolized indomethacin has a protective effect against alveloar tissue permeability and inflammatory response induced by BCT.

Résumé

Contexte : La contusion pulmonaire aiguë causée par un traumatisme thoracique fermé (TTF) se caractérise par une intense réaction inflammatoire dans le parenchyme pulmonaire, liée à une atteinte pulmonaire aiguë (APA), à un syndrome de détresse respiratoire et à la pneumonie associée à la ventilation mécanique. Nous avons émis l’hypothèse que l’indométacine en aérosol pouvait réduire l’inflammation pulmonaire et l’APA dans un modèle murin de TTF.

Méthodes : Des rats Sprague-Dawley ont été anesthésiés et ont subi une trachéotomie pour l’administration du médicament en aérosol par un cathéter. Le TTF a été infligé par un poids de métal creux (200 g) en chute libre d’une hauteur de 25,5, 38,3 ou 51,2 cm sur le thorax droit. Nous avons administré 1 mg/kg d’indométacine ou 1 mL/kg de solution saline dans la trachée 15 minutes après le TTF. Un groupe a été soumis à une intervention similaire fictive, sans exposition au TTF ni au traitement. Trois heures après l’impact, nous avons obtenu des gaz artériels et analysé le liquide de lavage bronchoalvéolaire pour connaître les taux de protéines, de leucocytes polymorphonucléaires (PMN) et de cytokines; nous avons aussi prélevé des échantillons de tissu pulmonaire pour des analyses histopathologiques.

Résultats : La pression artérielle et la fréquence cardiaque moyennes des rats ont immédiatement chuté après l’impact, mais sont revenues près des valeurs du groupe soumis à l’intervention fictive après 30 minutes dans le groupe témoin et le groupe traité. Comparativement au TTF seul, l’indométacine a significativement réduit le taux de protéines totales dans les poumons (1,06 ± 0,39 mg/mL c. 3,75 ± 1,95 mg/mL, p = 0,006) et la fuite alvéolaire de FD-70 (0,23 ± 0,19 μg/mL c. 0,53 ± 0,19 μg/mL, p = 0,02). L’indométacine a aussi significativement atténué la réaction inflammatoire aiguë en pourcentage de PMN (13,33 ±7,5 % c. 28,0 ± 12,96 %, p = 0,04). Le facteur de nécrose tumorale α et l’interleukine-6 ont diminué dans le groupe sous indométacine, mais ces baisses n’ont pas été significatives comparativement aux autres groupes.

Conclusion : L’indométacine en aérosol exerce un effet protecteur contre la perméabilité du tissu alvéolaire et la réaction inflammatoire induite par le un TTF.


This study was presented at the Canadian Military Veteran and Health Research Forum, Nov. 21, 2016, Vancouver, BC

Accepted Oct. 2, 2018

Affiliations: From the Department of National Defense, Royal Canadian Medical Services, Ottawa, Ont. (Kao); Critical Care Western, Department of Medicine, Schulich School of Medicine and Dentistry, Western University, London, Ont. (Kao, Martin, Rui); and the Centre for Critical Illness Research, Lawson Health Research Institute, London, Ont. (Kao, Martin, Rui).

Competing interests: None declared.

Contributors: All authors designed the study. W. Huang acquired and analyzed the data, which R. Kao and T. Rui also analyzed. R. Kao wrote the article, which all authors reviewed and approved for publication.

Data sharing: No additional data are available.

Disclaimer: The views expressed in this paper are those of the authors and do not constitute the views or policies of the Canadian Armed Forces.

DOI: 10.1503/cjs.014318

Correspondence to: R.L. Kao, Victoria Hospital, London ON N6A 5W9, raymond.kao@lhsc.on.ca