Repercussões crónicas nas vias aéreas da hiperóxia neonatal : modelo experimental

RESUMO: O objectivo deste trabalho foi avaliar se a exposição crónica neonatal à hiperóxia mo-derada induz alterações funcionais e estruturais persistentes nas vias aéreas. Desenvolveu-se um modelo animal, no rato, a partir do qual se retiraram implicações para a compreensão das repercussões crónicas da hiperóxia neonatal sobre as vias aéreas de displasia broncopulmonar (DBP), em duas fases distintas: imediatamente após a exposi-ção neonatal a 50%O2 (grupo 50%O2) e após três semanas de recuperação em ar ambiente (grupo 50%O2+Ar).Compararam-se os resultados da resposta do músculo liso de traqueia (MLT) à esti-mulação in vitro com metacolina e salbutamol e avaliaram-se as alterações quantitativas da área de MLT, bem como as alterações qualitativas da estrutura da traqueia. Demonstrou-se que a exposição a 50% de oxigénio não tinha repercussões imediatas sobre a resposta in vitro do MLT à estimulação colinérgica, mas que induzia um aumento do relaxamento em resposta ao salbutamol. A contractilidade do MLT em resposta à estimula-ção com metacolina no grupo 50%O2+Ar foi significativamente superior à do grupo de con-trolo da mesma idade e também superior à observada no grupo 50%O2, enquanto que a resposta ao salbutamol se voltou a aproximar dos valores de controlo após a recuperação em normóxia. Não se observaram diferenças estatisticamente significativas na área de MLT entre os grupos experimental e de controlo, o que se deve provavelmente ao número reduzido de amostras avaliadas e à variabilidade deste parâmetro no grupo de controlo; contudo, verifi-cou-se um aumento médio de 15% imediatamente após a exposição à hiperóxia que persis-tiu após o período de recuperação.As alterações qualitativas sobre a arquitectura da traqueia, avaliadas por microscopia óptica, revelaram no grupo 50%O2 aumentos da espessura da matriz extracelular e da den-sidade de mastócitos desgranulados na submucosa e adventícia vizinhas do MLT, sem outras alterações relativamente ao grupo de controlo com 15 dias. As alterações da matriz extrace-lular foram reversíveis após a recuperação em ar ambiente. A densidade de mastócitos per-maneceu superior à do grupo de controlo de 36 dias de idade, apresentando-se em maior contiguidade com o MLT relativamente ao grupo 50%O2. Em síntese, demonstrou-se que a hiperóxia neonatal crónica em níveis moderados in-duz alterações da resposta contráctil do MLT e da estrutura da traqueia que podem ter ex-pressão funcional após a exposição ter cessado. Assim, o contributo original do presente trabalho foi o desenvolvimento de um modelo animal que permite avaliar os mecanismos pelos quais a hiperóxia é capaz de induzir, isoladamente, alterações crónicas da contracti-lidade, do relaxamento do ML e da estrutura das vias aéreas que podem ser responsáveis pela HRB persistente em doentes sujeitos a oxigenioterapia neonatal.-------------ABSTRACT: The aim of this work was to evaluate whether chronic neonatal exposure to hyperoxia in-duces persistent structural and functional airway changes. An animal model was developed, using neonatal rats, in order to understand the chronic effects of neonatal hyperoxia on the airways, in bronchopulmonary dysplasia, in two distinct phases: immediately after neonatal exposure to 50%O2 (50%O2 group) and after three weeks of recovery at ambient air (50%O2+Ar group).The results from the tracheal smooth muscle (TSM) response to in vitro stimulation with metacholine and salbutamol were compared and quantitative changes in TSM area, as well as qualitative changes in tracheal structure were evaluated. It was demonstrated that while exposure to 50% oxygen had no immediate effects on in vitro TSM response to cholinergic stimulation, it induced an increase in relaxation as a result of salbutamol administration. TSM contractility as a result of methacholine administration in the 50%O2 + Ar group was significantly higher than that of the same-age control group, and also higher than the one observed in the 50%O2 group, whereas the response to salbutamol admini-stration was once again closer to the control values after recovery in normoxia. There were no statistically significant differences in the TSM area between the experi-mental and control groups, which is most likely due to the reduced number of samples evalu-ated and to the variability of this parameter in the control group. However, there was an aver-age increase of 15% immediately after exposure to hyperoxia, which persisted after the recov-ery period. Qualitative changes in tracheal architecture, evaluated by optic microscopy, revealed that the 50%O2 group suffered an increase in the thickness of the extracellular matrix and degranu-lated mast cell density in the submucosa and adventitia adjacent to the TSM, without further changes when compared with the control group at 15 days of age. The changes in extracellular matrix were reversible after recovery in ambient air. Mast cell density remained higher than that of the control group at 36 days of age, and more contiguous to TSM than the 50%O2 group. In conclusion, it has been demonstrated that moderate levels of chronic neonatal hyperoxia in-duce changes in TSM contractile response and tracheal structure, which may be functionally ex-pressed after discontinuation of exposure. Therefore, the original contribution of the present work was the development of an animal model which allows the evaluation of the mechanisms through which hyperoxia alone can induce chronic changes in contractility and relaxation of SM and also in airway structure that can be responsible for the persistent airway hyperrespon-siveness found in patients who were submited to neonatal oxygen therapy.

The Role of Actin-Capping Protein and Src signalling in tissue growth and apoptosis during Drosophila wing development

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Developmental Biology

Efeitos da laqueação proximal dos vasos curtos e da fundoplicatura total sobre a microcirculação do fundo gástrico : estudo microvascular em cobaias

RESUMO: A operação de Nissen, por laparoscopia, é considerada a cirurgia antirefluxo mais adequada por ser a que melhor replica a fisiologia normal da válvula gastresofágica na maioria dos doentes com sintomas típicos de doença do refluxo gastresofágico (DRGE). São critérios técnicos o encerramento seguro dos pilares do diafragma e a criação de fundoplicatura completa (360 graus), curta (inferior a dois centímetros), lassa e sem tensão – desiderando para o qual a laqueação proximal dos vasos curtos gástricos é crucial. Realizei a operação de Nissen, por laparoscopia, em sessenta mulheres e quarenta homens com DRGE, sem mortalidade operatória, no Serviço de Cirurgia 6 do Hospital dos Capuchos, CHLC, EPE. Os cem doentes apresentavam média etária de 46 anos e queixas, com tempo de evolução entre 1 e 43 anos, de pirose (90%), regurgitação (80%), azia (73%), epigastralgias (54%). A endoscopia alta revelou esofagite de grau Savary-Miller 0-I (62%), II (23%), III (8%), IV (7%); hérnia de deslizamento (71%), hérnia paraesofágica (8%), sem hérnia (21%); a pHmetria de 24h diagnosticou padrão misto (38%), levantado (20%), deitado (20%), inconclusiva (22%) e a manometria diagnosticou EEI hipotónico (35%), peristálise esofágica normal (88%), hipomotilidade ligeira (5%) e foi omissa (7%). Hérnia hiatal, esofagite grave, ineficácia do controlo sintomático com inibidor da bomba de protões e desejo de descontinuidade terapêutica constituíram as indicações para tratamento cirúrgico. Por celioscopia, efetuei laqueação dos vasos curtos gástricos (70%), cruroplastia e fundoplicatura total (seda 2/0), curta (dimensão média 1,5-2 cm), lassa, sem tensão e sem calibração intraoperatória do esófago. A fundoplicatura de Nissen laparoscópica mostrou-se segura e eficaz no tratamento da DRGE. A sua idoneidade foi ainda comprovada pela normalização da pHmetria de 24 horas e da manometria pós-operatórias, com significado estatístico, num grupo de catorze voluntários assintomáticos. Em catamnese com recuo médio 30,7 meses 94% dos indivíduos persistem assintomáticos. Interrogando-me acerca das repercussões desta operação sobre a microcirculação do fundo gástrico coloquei, como premissa, a possibilidade de na operação de Nissen a laqueação dos vasos curtos poder induzir modificação no diâmetro arteriolar da parede do fundo gástrico. Para pesquisar a influência da laqueação dos vasos curtos gástricos e da fundoplicatura total sobre o calibre arteriolar da parede do estômago no cárdia, no fundo e na região dos vasos curtos gástricos, idealizei um Projeto de investigação experimental em cobaias. O Projeto foi desenvolvido no Centro de Investigação do Departamento de Anatomia da FCM-UNL. Para a sua realização obtive autorização da Comissão Científica e Pedagógica da FCM-UNL, requeri a acreditação como investigador à Direção Geral de Veterinária e, por recorrer à utilização de animais, submeti-o à Comissão de Ética da FCM-UNL, que o aprovou por unanimidade. Para limitar o número de animais utilizados ao mínimo necessário, calculei, por método estatístico, a quantidade de cobaias necessárias. Subdividindo-as num grupo de ensaio (GE), onde realizei a operação de Nissen, e num grupo de controlo (GC), onde apenas procedi a tração gástrica, defini e apliquei protocolos de anestesia, de cirurgia e de eutanásia, segundo os princípios dos 3R – Replacement, Reduction, Refinement da técnica de experimentação humana de Russell e Burch (1959) – uma estrutura ética amplamente aceite para a realização de experimentação científica humanizada com animais. A utilização das técnicas de estudo angiomorfológico permitiu-me analisar e descrever a anatomia normal, a vascularização arterial macroscópica, a microangioarquitetura, por microscopia eletrónica de varrimento de moldes de corrosão vascular, e a histologia da parede do estômago da cobaia. Procedi, também, à definição dos critérios morfológicos que considerei suscetíveis de validação deste modelo animal para o estudo proposto. Por razões académicas, foi necessário abreviar o Projeto encurtando, em cerca de dois anos, o prazo disponível para conclusão do estudo. Apreciando-o com o Gabinete de Análise Epidemiológica e Estatística do Centro de Investigação do CHLC, EPE, optou-se, perante a escassez de elementos após já terem sido recrutados 46 animais, por uma amostra, suplementar, de dimensão de conveniência de oito cobaias (quatro em cada grupo), condicionada pelo limite temporal universitário e pelo respeito pela dignidade dos animais. Neste subgrupo procedi, por microscopia eletrónica de varrimento, à medição dos calibres arteriolares nos moldes vasculares do cárdia, do fundo e da zona dos vasos curtos gástricos tanto no GC como no GE efetuando 469 medições no primeiro e 461 no último. Os dados foram enviados ao Centro de Investigação do CHLC, EPE que procedeu à sua análise estatística (ANOVA). A referida análise revelou que as arteríolas do plexo mucoso e as do plexo submucoso do cárdia, do fundo e da região dos vasos curtos gástricos, mostraram aumento de calibre no GE. O aumento foi, estatisticamente, significativo por ser superior a 50% do calibre do GC. Nos vasos curtos, a diferença foi mais pequena, mas persistiu sendo, estatisticamente, significativa. Os vasos retos dilataram na base, na sua emergência do plexo seroso, apenas no fundo gástrico. Na cobaia a operação de Nissen – fundoplicatura total com laqueação dos vasos curtos gástricos –, provocou vasodilatação arteriolar do fundo gástrico. Considero que essa vasodilatação constituiu acomodação à modificação introduzida e infiro que o mesmo possa acontecer no ser humano. Admito, assim, que também ocorra vasodilatação no ser humano, na sequência da laqueação dos vasos curtos gástricos, pela analogia microvascular entre as duas espécies e que essa vasodilatação corresponda, igualmente, a um mecanismo de adaptação arteriolar visando, por exemplo, suprir a perda incorrida pela laqueação. A associação experimental entre laqueação dos vasos curtos gástricos e realização de fundoplicatura total, que exerce aumento inerente de pressão sobre a JEG, não só não provocou défice da microcirculação do esófago distal ou do estômago proximal como desencadeou um mecanismo de vasodilatação fúndica que reforça o conceito de segurança da operação de Nissen para tratamento da DRGE. -------------- ABSTRACT: The laparoscopic Nissen operation is considered to be the most appropriate antirefluxsurgery because it suitably replicates the standard physiology of the gastroesophageal valve in most patients with typical symptoms of gastroesophageal reflux disease (GERD). The technical criteria includes the safe shutdown of the diafragmatic crura(cruroplasty) and the creation of a complete fundoplication (360 degrees), short (lesser than two inches), floppy and without tension – a goal for which the proximal ligation of the gastric short vessels is crucial. The laparoscopic Nissen operation was performed in sixty women and forty men with GERD, without any operative mortality, at the Surgical Department of the Hospital dos Capuchos, CHLC, EPE. The one hundred patients, averaged 46 years old, complained of heartburn (90%), regurgitation (80%) and upper abdominal pain (54 %). The endoscopy process revealed Savary-Miller esophagitis of grade 0-I (62%), II (23%), III (8%), IV (7%), sliding hernia (71%), paraesophageal hernia (8%) or no herniation (21%). The pHmetry/24h diagnosed mixed pattern (38%), raised (20%), lying (20%) or inconclusive (22%). The manometry diagnosed hypotensive LES (35%), normal esophageal peristalsis (88%), mild hypomotility (5%) and was absent (7%). Hiatal hernia, severe esophagitis, ineffective symptomatic control with proton pump inhibitor and request for treatment discontinuation were the signs for surgical action. A laparoscopic ligation of short gastric vessels (70%), cruroplasty and fundoplication (silk 2/0), short (average size 1.5–2 cm) and floppy, without tension and without intraoperative calibration of the esophagus were thus performed. The laparoscopic Nissen fundoplication behaved safe and effective in treating GERD. In a group of 14 asymptomatic volunteers its reputation was confirmed with statistical significance by normalization of postoperative pHmetry/24h and manometry. 94% of the individuals remained asymptomatic up to 30.7 months (average) in the follow-up. Interrogating myself about the impact of this operation on the microcirculation of the gastric fundus I put premised on the possibility of the ligation of the short gastric vessels in the Nissen procedure can induce changes in the arteriolar diameter in the Wall of the gastric fundus. To explore the influence of ligation of the short gastric vessels and the fundoplication at the arteriolar caliber of the cardia, the fundus and the region of the short vessels of the gastric wall, I designed a project of experimental research in guinea pigs with two interdependent components: one veterinary and another technical where I applied angiomorphological studies. The project was developed at the Research Centre of the Department of Anatomy FCMUNL. For its accomplishment I got permission from the Scientific and Pedagogical Committee of the FCM-UNL, I requested for accreditation as a researcher at the General Directorate of Veterinary and, by resorting to the use of animals I submitted it to the Ethics Committee of the FCM-UNL, which approved it unanimously. The guinea pigs were divided into two experimental groups: an experimental group (EG), in which the Nissen procedure was performed and a control group (CG) in which only a gastric traction was done. Protocols of anesthesia, surgery and euthanasia were applied according to the 3Rs – Replacement, Reduction, Refinement of the technique of human experimentation of Burch and Russell (1959) – a widely accepted ethical framework for conducting scientific experiments using animals humanely. Using histological and angiomorphological techniques, I performed the analysis and the description of the normal, macro and microvascular, anatomy of the guinea pig stomach and I defined the morphological criteria that I considered susceptible for validation of this animal model for the proposed study. By means of scanning electron microscopy I measured the arteriolar calibers of the vascular casts of the cardia, of the fundus and of the short gastric vessels in both CG and EG, making 469 measurements in the former and 461 in the latter. The data were sent to the Research Center of the CHLC which conducted the statistical analysis (ANOVA). The data were sent to the Centre for Research of the CHLC, EPE which proceeded to statistical analysis (ANOVA). This analysis revealed that the arterioles plexus of the mucosal and submucosal plexus of the cardia, fundus and region of the short gastric vessels, showed increased caliber in EG. The increase was statistically significant for being greater than 50% CG gauge. In the short gastric vessels, the difference was smaller, but persisted and statistically significant. Straight vessels were dilated at the base, on its emergence of the plexus serous only in the fundus. In the guinea pig, the Nissen procedure - complete fundoplication with ligation of the short gastric vessels - caused arteriolar vasodilation on the gastric fundus. I believe that this vasodilation constituted some accommodation to the modification introduced and infer that the same might happen in humans. I admit therefore that vasodilation also occurs in humans following the ligation of the short gastric vessels by microvascular analogy between the two species and that this vasodilation corresponds also to na adaptation mechanism arteriolar, for example, to compensate the loss incurred by ligation. The association of experimental ligation of the short gastric vessels with conducting complete fundoplication, which exerts increased pressure on the EGJ, not only did not cause a microcirculation deficit of the distal esophagus or proximal stomach as triggered a mechanism of fundic vasodilation which reinforces the security concept of the Nissen procedure for treatment of GERD.

Dissecting gastrointestinal dysfunction and inflammation in a “pre-motor” rodent model of Parkinson’s disease

Research on Parkinson’s disease (PD) has mainly focused on the degeneration of the dopaminergic neurons of nigro-striatal (NS) pathway; also, post-mortem studies have demonstrated that the noradrenergic and the serotonergic transmitter systems are also affected (Jellinger, 1999). Degeneration of these neuronal cell bodies is generally thought to start prior to the loss of dopaminergic neurons in the NS pathway and precedes the appearance of the motor symptoms that are the “hallmark” of PD. Gastrointestinal (GI) motility is often disturbed in PD, manifesting chiefly as impaired gastric emptying and constipation. These GI dysfunction symptoms may be the result of a loss in noradrenergic and serotonergic innervation. GI deficits were evaluated using an organ bath technique. Groups treated with different combinations of neurotoxins (6-OHDA alone, 6-OHDA + pCA or 6-OHDA + DSP-4) presented significant differences in gut contractility compared to control groups. Since a substantial body of literature suggests the presence of an inflammatory process in parkinsonian state (Whitton, 2007), changes in pro-inflammatory cytokines in the gut were assessed using a cytokine microarray. It has been found in this work that groups with a combined dopaminergic and noradrenergic lesion have a significant increase in both expressions of IL-13 and VEGF. IL-6 also shows a decrease in treatment groups; however this decrease did not reach statistical significance. The therapeutic value of Exendin-4 (EX-4) was evaluated. It has been previously demonstrated that EX-4, a glucagon-like peptide-1 receptor (GLP-1R) agonist, is neuroprotective in rodent models of PD (Harkavyi et al., 2008). In this thesis it has been found that EX-4 was able to reverse a decrease in gut contractility obtained through intracerebral bilateral 6-OHDA injection. Although more studies are required, EX-4 could be used as a possible therapy for the GI symptoms prominent in the early stages of PD.