Sebastian Pease, Réanimation médicale, Hôpital Bichat, Paris Vasopressine et choc septique

Les systèmes vasoconstricteurs Système adrénergique Système rénine - angiotensine – aldostérone Système vasopressine - ADH

La vasopressine … 2 hormones neuro-hypophysaires : ocytocine et arginine-vasopressine  Nona-peptide (9 AA) avec un pont di-sulfure entre deux molécules de cystéine en position 1 et 6  PM 1100 daltons  

 synthétisées dans le corps des neurones magno-cellulaires des noyaux supra-optiques et para-ventriculaires de l’hypothalamus: arginine-vasopressine (AVP) transportée par la neurohypophysine I ocyctocine transportée par la neurohypophysine II  différenciées par AA en 3 et 8 (divergence génétique  700 M années)

Barberis C, Mouillac B, Durroux T. Structural bases of vasopressin/oxytocin receptor function. J Endocrinol, 1998 : 156 : Holmes CL, Patel BM, Russel JA. Physiology of vasopressin relevan to management of septic shock. Chest 2001 ; 120 :  Effet vasopresseur découvert en 1895 par Oliver et Schafer Oliver H, Schafer E. On the physiological action of extracts of the pituitary body and certain other glandular organs. J Physiol (Lond) 1895 ; 18 :  Isolée en 1951 par Turner du Vigneaud Turner RA, Pierce JG, Du Vigneaud V. The purification and the amino-acid content of vasopressin preparation. J Biol Chem 1951 ; 191 :  Synthétisé en 1954 par Turner et du Vigneaud (premiers peptides actifs synthétisés) Du Vigneaud V, Gash DT, Katsoyannis PG. A synthetic preparation possessing biological properties associated with arginine-vasopressin. J Am Chem Soc 1954 ; 76 :  Commercialisée sous le nom de Pitressin® (ampoule de 1 mL à 20 UI/mL)

Les analogues synthétiques Le rapport des effets V1/V2 exprime la sélectivité vasculaire : 8-L-Arginine vasopressine (Pitressin®). V1/V2 = 1 Terlipressine (Glypressine®) : sous l'action des endopeptidases plasmatiques et tissulaires, la terlipressine est progressivement métabolisée en lysine-vasopressine qui est l'hormone biologiquement active. V1/V2 = 2.2 Desmopressine (Minirin®) : 1-désamino-8-D-Arginine vasopressine (DDAVP). V1/V2 <1  

Régulation de la sécrétion de vasopressine osmotic regulation : hyperosmolalité  VP  osmorécepteurs centraux (cérébraux) et périphériques (veine porte) hypovolemic regulation : pression artérielle  barorécepteurs atrio-ventriculaires et carotidiens) hormonal regulation : CRH, ACTH, cortisol, hypoxémie, hypercapnie, histamine, PG, Ach, NO, Ag II, dopamine, NA, phénlyéphrine

Vasopressin receptors Homes CL, Patel BM, Russell JA, Walley KR. Physiology of vasopressin relevant to management of septic shock. Chest 2001 ; 120 : récepteurs localisationmécanismeeffet V1 vascular receptors (V1 R) V1amusculature lisse vasculaire foie, rein, rate, myomètre, vessie, testicules, plaquettes, adipocytes protéine G  Phospholipase C   IP3   Ca 2+ i vasopresseur V2 renal receptors (V2 R) V2néphron pôle basal de la cellule tubulaire de la partie ascendante de l’anse de Henlé (Na) et du canal collecteur (eau) protéine G  Adénylate-cyclase   AMPc antidiurétique V3 pituitary receptors V1bantéhypophyse Phospholipase C   IP23   Ca 2+ i  ACTH Oxytocin receptors OTRs utérus, veine ombillicale, aorte, artère pulmonaire Phospholipase C   IP23   Ca 2+ i

Effects of vasopressin Vasoconstrictor effects  PAM : Peu d ’effet chez le sujet au baro-réflexe sain car VP déplace la courbe du baro-réflexe (PA/FC) vers la gauche VP provoque une  FC plus importante que les autres vasopresseurs,  IC et donc PAM ne change que peu  Vasoconstriction : peau, muscle strié squelettique, tissu adipeux, pancréas, thyroïde artères mésentériques, coronaires et cérébrales

Figure 1. Fonctionnement de l'arc baroréflexe. Les barorécepteurs aortiques et carotidiens perçoivent toute diminution de la PA et vont exercer un effet inhibiteur sur le centre bulbaire cardiovasculaire [1]. Ceci a pour conséquences : l'inhibition partielle du noyau viscéro-moteur dorsal du pneumogastrique [2], point de départ des fibres parasympathiques du nerf vague [4] aboutissant au nœud sinusal [5]. Cette inhibition du parasympathique cardiaque entraîne donc une tachycardie. l'activation du centre vasomoteur bulbaire [3] qui stimule, via la corne latérale de la moelle [6] : - les surrénales [7] libérant de l'adrénaline [A], - les chaînes ganglionnaires sympathiques libérant de la noradrénaline [NA] par la fibre post ganglionnaire. Tachycardie et libération de catécholamines vasoconstrictrices aboutissent à une augmentation réflexe des valeurs de la PA.

Vasodilatator effects Pulmonary vascular effects Renal effects Réabsorption d’eau libre (aquaporine), vaso- constriction artériole efférente Other effects   ACTH  Aggrégation plaquettaire (desmopressine  libération de F VIIIa et VWF)

Vasopressin Levels and Metabolism Baseline Plasma level < 4 pg/mL Holmes CL, Patel BM, Russel JA. Physiology of vasopressin relevan to management of septic shock. Chest 2001 ; 120 : Renal response : 1 à 7 pg/mL Epstein FH. The pathogenesis of vasodilatation shock. N Engl J Med 2001 ; 345 : Vasopressive response : 10 à 200 pg/mL Vasopressin infusion at 0,04 UI/min  ≈ 100 pg/mL Mohring J, Glanzer K, Manciel JA Jr, et al. Greatly enhanced pressor response to antidiuretic hormone in patients with impaired cardiovascular reflexes due to idiopathic orthostatic hypotension. J Cardiovasc Pharmacol 1980 ; 2 :

La vasopressine en médecine … Endocrinologie : diabète insipide (1913) Hépato-gastro-entérologie : hémorragie digestive par rupture de VO (0.4 UI/min) Arrêt cardio-circulatoire (40 UI bolus) :  FV,TV sans pouls  asystolie, rythme sans pouls Wenzel V, Krismer AC, Arntz R et al, for the European Resuscitation Council Vaspressor during Cardiopulmonary Resuscitation Study Group. A comparison of vasopressin and epinephrine for out-of- hospital cardiopulmonary resuscitation. N Engl J Med 2004 ; 350 : Réanimation de la mort encéphalique Chen JM, Cullinane S, Spanier TB et al. Vasopressin deficiency and pressor hypersensitivity in hemodynamically unstable organ donors. Circulation 1999 ; 100 :

Prise en charge hémodynamique du choc septique Amines vasopressives : catécholamines (dopamine, noradrénaline, phényléphrine, adrénaline Remplissage vasculaire : cristalloïdes, colloïdes Sprung CL, Bernard GR, Dellinger RP. Guidelines for the management of severe sepsis and septic shock. Int Care Med 2001 ; 27 (Suppl) : S128-S134 Martin C, Vivian X, Leone M, et al. Effects of norepinephrine on the outcome of septic shock. Crit Care Med 2000 ; 28 : Le problème  état de choc vasoplégiques réfractaire aux catécholamines

 désensibilisation ou down-regulation des récepteurs  1- adrénergiques Roth BL, Spitzer JA. Altered hepatic and vasopressin and  1-adrenergic receptors after chronic endotoxin infusion. Am J Physiol 1987 ; 252 : E699-E702 Comment arrive-t’on à l’état de choc réfractaire ?

déplétion des stocks neuro-hypophysaires au cours de l’état de choc avancé Wilson MF, Brackett DJ, Hinshaw LB et al. Vasopressin release during sepsis and septic shock in baboons and dogs. Surg Gynecol Obstet 1981 ; 153 : Sharshar T, Carlier R, Blacnhard A, et al. Depletion of neurohypophyseal content of vaspressin in septic shock. Crit Care Med 2002 ; 30 : défaut de sécrétion médiée par dysfonction du baro-réflexe Landry DW, Levin HR, Gallant EM, et al. Vasopressin deficiency contributes to the vasodilatation in septic shock. Circulation 1997 ; 95 : inhibition de la sécrétion par élévation des taux plasmatiques de noradrénaline Day TA, Randle JC, Renaud LP. Opposing  - and  -adrenergic mechanisms mediate dose- dependent actions of norepinephrine on supra-optic vasopressin neurones in vivo. Brain Res 1985 ; 358 : inhibition de la synthèse neuro-hypophysaire par le NO Vasopressine endogène au cours du choc septique

Sujet sain neurohypophyse antéhypophyse neurohypophyse antéhypophyseneurohypophyse Figure 1. Sagittal T1-weighted 3-mm thick slices performed in normal subject (A); in patient 1 on day 5 (B) and 9 months after septic shock (C); in patient 2 on day 6 (D); and in patient 3 on day 1 (E). On the first magnetic resonance examination (B, D, E) the neurohypophysis (white arrow) is very thin and its signal is not high, in comparison with the ante hypophysis (white arrowhead). At 6 months follow-up (C), the neurohypophysis is thicker with bright signal (white arrow) in comparison with the ante hypophysis (white arrowhead) Sharshar T, Carlier R, Blacnhard A, et al. Depletion of neurohypophyseal content of vasopressin in septic shock. Crit Care Med 2002 ; 30 : mois J 5

Sharshar T, Blanchard A, Paillard M, Raphaël JC, Gajdos P, Annane D. Circulating vasopressin levels in septic shock. Crit Care Med 2003 ; 31 : Figure 1. Plasma vasopressin levels in relation to time from onset of shock in the first population of 44 septic shock patients. Figure 2. Kinetic of plasma vasopressin levels in the second set of 18 septic shock patients. Vasopressin levels increased at baseline in all but two patients, and significantly (p < ) decreased from baseline to hour-96 after shock onset. N : pg/mL 36

Figure 3. Individual values are plotted for all patients (n = 62). Dots are labeled with patient’s number (from 1 to 44 for the first set, and 45 to 62 for the second set). Plasma vasopressin levels in relation to time from onset of shock (upper panel), to systolic blood pressure (middle panel), and to blood sodium levels (bottom panel). Sharshar T, Blanchard A, Paillard M, Raphaël JC, Gajdos P, Annane D. Circulating vasopressin levels in septic shock. Crit Care Med 2003 ; 31 :

(1) hypersensibilité à la vasopressine par vacance de ligand au niveau des récepteurs Epstein FH. The pathogenesis of vasodilatation shock. N Engl J Med 2001 ; 345 : (2) hypersensibilité par dysfonction du baro-réflexe Landry DW, Levin HR, Gallant EM, et al. Vasopressin pressor hypersensitivity in vasodilatory septic shock. Crit Care Med 1997 ; 25 : (3) potentialisation des effets vasoconstricteurs des catécholamines vasoconstrictrices Bartelstone HJ, Nasomyth PA. Vasopressin potentiation of catecholamines in dog, rat, cat, and ra aortic strip. Am J Physiol 1965 ; 208 : (3) Augmentation du débit de filtration glomérulaire : VP effet vasoconstricteur efférent propre et  NA qui est vasoconstrictrice afférente Quels sont les effets de vasopressine administrée au cours du choc septique ?

Les premières études … Study type : case series No : 5 Patients : septic shock Infusion rate : 0,04 UI/min à 0,01 UI/min Endpoint finding :  blood pressure,  catecholamines,  urine outpout, Mortality : 3/ Pittsburgh : Landry DW, Levin HR, Gallant EM, et al. Vasopressin pressor hypersensitivity in vasodilatory septic shock. Crit Care Med 1997 ; 25 :

1997 Pittsburgh : Landry DW, Levin HR, Gallant EM, et al. Vasopressin deficiency contributes to the vasodilatation in septic shock. Circulation 1997 ; 95 : Study type : matched cohort (septic vs cardiogenic shock) No : 19 Patients : septic shock Infusion rate : 0,04 UI/min à 0,01 UI/min Endpoint finding :  blood pressure  catecholamines  vasopressin levels Mortality : not stated

Table 1. Hemodynamic Data and Catecholamine Administration in Patients With Vasodilatory Septic Shock or Cardiogenic Shock Arterial pressure, mm Hg Systolic92±2101±3 Diastolic52±262±2 Cardiac output, L/min6.8±0.73.6±0.4 Systemic vascular resistance, dyne·s/cm 5 837±781573±88 Serum sodium, mmol/L140±2139±1 Catecholamine Norepinephrine, µg/min5-213 (15)5-100 (35) (n=15)(n=11) Dopamine, µg·kg -1 ·min (13)5-20 (n=4)(n=3) Values are given as mean±SE except for catecholamine values, which are given as range (median) Cardiogenic Shock (n=12) Septic Shock (n=19)

Arterial pressure, mm Hg Systolic92±4146±4<.001 Diastolic52±566±3<.05 Cardiac output, L/min6.6±1.05.8±0.3<.01 Systemic vascular resistance, dyne·s/cm 5 664±551187±8<.001 Heart rate, bpm111±9111±12NS Catecholamine Norepinephrine (n=5), µg/min4-213 (32)0-213 (0) Epinephrine (n=2), µg/min5, 113, 11 Dopamine (n=2), µg·kg -1 ·min -1 12, 200 Neosynephrine (n=3), µg/min (125)0-78 (53) Pre-AVP indicates an observation period before administration of vasopressin; AVP, administration of vasopressin. Values are given as mean±SE except for catecholamine values, which are given as range (median). Table 2. Hemodynamic Data and Catecholamine Doses in 10 Patients With Vasodilatory Septic Shock During an Observation Period and During Administration of Vasopressin Pre-AVPAVP

Figure 1. Plasma vasopressin levels (AVP) of patients in septic shock and cardiogenic shock. P<.001.

Et depuis ?

ReferenceYearStudy typeNoPatientsEndpoints Findings Mortality rate Landry (1)1997Case series5 Septic shockA, B, C3/5 Landry (2)1997Matched cohort19 12 Septic shock cardiogenic shock A,B, D in septic group Not stated Argenziano (3)1997RCT ; VP vs placebo NS 10Vasodilatory shock post-LVAD implantation A, B, in treatment arm D in all Not stated Argenziano (4)1998Retrospective case series 40Post-bypass vasodilatory shock A, B, D Malay (5)1999RCT ; VP vs placebo NS 10Septic shock- trauma A, B in treatment arm 0/5 in VP 2/5 in placebo Argenziano (6)1999Case series20Vasodilatory shock ; postcardiac transplant A, B Rosenzweig (7)1999Case series11Pediatric- vasodilatory shock psotbypass A, B, D2/11 ; low CO Morales (8)2000Retrospective case series 50Vasodilatory shock post- LVAD implantation A,BNot stated Gold (9)2000Case series7Milrone- hypotension A,B, CNot stated Chen (10)2001Case series10organ donors with vasodilatory shock A, DNot stated Holmes (11)2001Retrospective case series 50Septic shockA, B, C42/50 Tsuneyoshi (12) 2001Case series self- controlled 16Septic shockA, C Patel (13)2002RCT : VP vs NE24Septic shockA,B,C,DNo stated Klinzing (14)2003Crossover : NE to VP 12Septic shockBNot stated Van Haren (15)2003Case series11Septic shockANot stated Dünser (16)2003RCT : VP + NE vs NE alone 48Septic shockA, B6/24 in VP + NE 7/24 in NE * A = increase in BP; B = decrease or discontinuance of catecholamines; C = increase in urine output; D = low plasma vasopressin levels in subjects; RCT = randomized controlled trial; NS = not significant.

(1) Landry DW, Levin HR, Gallant EM, et al. Vasorpessin pressor hypersensitivity in vasodilatory septic shock. Crit Care Med 1997 ; 25 : (2) Landry DW, Levin HR, Gallant EM, et al. Vasopressin deficiency contributes to the vasodilatation of septic shock. Circulation 1997 ; (3) Argenziano M, Choudhri AF, Oz MC, et al. A prospective randomized trial of arginine vasopressin in the treatment of vasodilatory shock after left ventricular assist device placement. Circulation 1997 ; 96 : II-286-II-290 (4) Argenziano M, Chen JM, Choudhri AF, et al. Management of vasodilatory shock after cardiac surgery : identification of predisposing factors and use of a novel pressor agent. J Thorac Cardiovasc Surg 1998 ; 116 : 973 –80 (5) Malay MB, Ashton RC Jr, Landry DW, et al. Low-dose vasopressin in the treatment of vasodilatory septic shock. J Trauma 1999 ; 47 : (6) Argenziano M, Chen JM, Cullinane S, et al. Arginine vasopressin in the management of vasodilatory hypotension after cardiac transplantation. J Heart Lung Transplant 1999 ; 18 : (7) Rosenzweig EB, Starc TJ, Chen JM, et al. Intraveinous arginine-vasopressin in children with vasodilatory shock after cardiac surgery. Circulation 1999 ; 100 : II 182 – II 186 (8) Morales DL, Gregg D, Helman DN, et al. Arginine vasopressin in the treatment of 50 patients with postcardiotomy vasodilatory shock. Ann Thorac surg 2000 ; 69 : (9) Gold JA, Cullinane S, Chen JM, et al. Vasopressin as an alternative to norepinephrine in the treatment of milrone-induced hypotension. Crit Care Med 2000 ;

(10) Chen JM, Cullinane S, Spanier TB, et al. Vasopressin deficiency and pressor hypersensitivity in hemodynamically unstable organ donors. Circulation 1999 ; 100 : II 244 – II 246 (11) Holmes CL, Walley KR, Chittock DR, et al. The effects of vasopressin on hemodynamics and renal function in severe septic shock : a case series. Intensive Care Med 2001 ; 27 : (12) Tsuneyoshi I, Yamada H, Kakihana Y, et al. Hemdynamic and metabolic effects of low-dose vasopressin infusions in vasodilatory septic shock. Crit Care Med 29 : (13) Patel BM, Chittock DR, Russel JA et al. Beneficial effects of short-term vasopressin infusion during severe septic shock. Anesthesiology 2002 ; 96 : (14) Klinzing S, Simon M, Reinhart K, et al. High-dose vasopressin is not superior to norepinephrine in septic shock. Crit Care Med 2003 ; 31 ; (15) Van Haren FM, Rozendaal FW, Van der Hoeven JG. The effect of vasopressin on gastric perfusion in catecholamine-dependent patients in septic shock. Chest 2003 ; (16) Dünser MW, Mayr AJ, Ulmer H, et al. Arginine vasopressin in advanced vasodilatory shock. A prospective, radomized, controlled study. Circulation 2003 ; 107 :

(1) 1999 Pittsburgh : Malay MB, Ashton RC Jr, Landry DW et al (Pittsburgh) Low-dose vasopressin in the treatment of vasodilatory septic shock. J Trauma 1999 ; 47 : 699 Study type : randomized controlled VP vs placebo normal saline No : 10 Patients : septic shock-trauma, IC ≥ 2,5 L/min/m 2, PCWP > 12 mmHg Infusion rate : 0,04 UI/min during 24 h Endpoint findings :  blood pressure : PAS 98 ± 5 mmHg to 125 ± 8 mmHg (p<0,008)  catecholamines: withdrawl of all vasopressors Mortality rate : at 24 hours 0/5 in VP, 2/5 in placebo  démontrer que la vasopressine est un agent presseur actif dans le choc septique

(2) 2002 Vancouver Patel BM, Chittock DR, Russel JA et al. Beneficial effects of short-term vasopressin infusion during severe septic shock. Anesthesiology 2002 ; 96 : Study type : randomized, controlled trial VP vs NE No : 24 Infusion rate : titrated begining at 0,01 UI/min up to 0,08 UI/min during the first 1 hour then continued for 3 hours Patients : septic shock IC > 2 L/min/m 2, PCWP > 12 mmHg Endpoints finding :  blood pressure  catecholamines  urine outpout (fig 2)  low plasma vasopressin levels in patients Mortality rate : not stated  démontrer que la vasopressine permet d’épargner la noradrénaline

Fig. 1. Mean norepinephrine infusion rate of all patients at the prestudy baseline and after 4 h of study drug infusion is shown for both the norepinephrine and vasopressin groups. Titrating on the blinded control drug (norepinephrine) allowed an expected decrease in the unblinded clinical norepinephrine infusion so that the total (blinded plus unblinded) norepinephrine infusion did not change significantly. In contrast, vasopressin infusion had a marked sparing effect on norepinephrine use (*P < 0.001). Error bars indicate the range from the 25th to 75th percentile. From: Patel: Anesthesiology, Volume 96(3).March

Fig. 3. Median creatinine clearance for all patients during 4 h before the study and during the 4-h study drug infusion is shown. Creatinine clearance did not change in the norepinephrine group but increased significantly during vasopressin infusion (*P < 0.01). Error bars indicate the range from the 25th to 75th percentile. From: Patel: Anesthesiology, Volume 96(3).March

« We consider low-dose vasopressin infusion during septic shock to be similar to hormonal replacement therapy as opposed to pharmacotherapy using catecholamines titrated to a blood pressur endpoint » Patel BM, Chittock DR, Russel JA et al. Beneficial effects of short-term vasopressin infusion during severe septic shock. Anesthesiology 2002 ; 96 :

(3) Innsbruck Dünser MW, Mayr AJ, Ulmer H, et al. Arginine Vasopressin in advanced vasodilatory shock. A prospective, randomized, controlled study. Circulation 2003 ; 107 : Study type : randomized controlled VP + NE vs NE alone No : 48 Patients : septic shock, IC > 2 L/min/m 2 MAP 0.5 µg/kg/min Infusion rate : 4 UI/h during 48 h Endpoint findings :  MAP,  CI,  NE  gut mucosal Pr CO2 Mortality rate : not rated  Évaluer les conséquences hémodynamiques après 24 h de perfusion de VP au cours d’un état de choc septique sous NE

(4) 2003 Jena : Klinzing S, Simon M, Reinhart K et al. High- dose vasopressin is not superior to norepinephrine in septic shock. Crit Care Med 2003 ; 31 ;  Comparer les capacités vasopressives et les circulations régionales de la vasopressine versus la noradrénaline dans le choc septique (non randomisée)

Study type : cross-over NE to VP NE aiming MAP 70 mmHg : 0,18-1,10  g/kg/min switched to VP aiming total withdrawl of NE and MAP 70 mmHg : 0,06-1,8 UI/min maintained 2 h Back to NE No : 12 Patients : septic shock Endpoint finding :  CI, hepatosplanchinc flow =,  gastric regional Pr CO2 Mortality rate : not stated

Figure 2. Splanchnic blood flowFigure 1. Cardiac index Figure 3. Fractional splanchnic blood flow Figure 4. Pco 2 gap

La vasopressine peut être utilisée : dans les états de choc hyperkinétiques vasoplégiques (septique) avec hypotensions réfractaires aux catécholamines vasopressives pour épargner ces dernières  Pas de vasopressine dans le choc cardiogénique à faible doses : 0.01 à 0,05 UI /min En conclusion (1) …

« Thus, ther is still true clinical equipoise regarding vasopressin in septc shock. I recommend restraint in clinical use of vasopressin until it (…) has been tested in a randomized controlled trial powered for mortality rate » James A. Russel Russel JA. Vasopressin inseptic shock : clinical equipoise mandates a time for restraint.Crit Care Med 2003 ; 31 : En conclusion (2) …