Twenty-four-hour esophageal pH monitoring in children and adolescents with chronic and/or recurrent rhinosinusitis

Gastroesophageal reflux (GER) disorder was studied in children and adolescents with chronic and/or recurrent rhinosinusitis not associated with bronchial asthma. Ten children with a clinical and radiological diagnosis of chronic and/or recurrent rhinosinusitis, consecutively attended at the Pediatric Otolaryngology Outpatient Clinic, Federal University of São Paulo, were evaluated. Prolonged esophageal pH monitoring was used to investigate GER disorder. The mean age of the ten patients evaluated (eight males) was 7.4 ± 2.4 years. Two patients presented vomiting as a clinical manifestation and one patient presented retrosternal pain with a burning sensation. Twenty-four-hour esophageal pH monitoring was performed using the Sandhill apparatus. An antimony probe electrode was placed in the lower third of the esophagus, confirmed by fluoroscopy and later by a chest X-ray. The parameters analyzed by esophageal pH monitoring included: total percent time of the presence of acid esophageal pH, i.e., pH below 4 (<4.2%); total number of acid episodes (<50 episodes); number of reflux episodes longer than 5 min (3 or less), and duration of the longest reflux episode (<9.2 min). One patient (1/10, 10%) presented a 24-h esophageal pH profile compatible with GER disorder. This data suggest that an association between chronic rhinosinusitis not associated with bronchial asthma and GER disorder may exist in children and adolescents, especially in those with compatible GER disorder symptoms. In these cases, 24-h esophageal pH monitoring should be performed before indicating surgery, since the present data suggest that 10% of chronic rhinosinusitis surgeries can be eliminated.

Eucalyptol, an essential oil, reduces contractile activity in rat cardiac muscle

Eucalyptol is an essential oil that relaxes bronchial and vascular smooth muscle although its direct actions on isolated myocardium have not been reported. We investigated a putative negative inotropic effect of the oil on left ventricular papillary muscles from male Wistar rats weighing 250 to 300 g, as well as its effects on isometric force, rate of force development, time parameters, post-rest potentiation, positive inotropic interventions produced by Ca2+ and isoproterenol, and on tetanic tension. The effects of 0.3 mM eucalyptol on myosin ATPase activity were also investigated. Eucalyptol (0.003 to 0.3 mM) reduced isometric tension, the rate of force development and time parameters. The oil reduced the force developed by steady-state contractions (50% at 0.3 mM) but did not alter sarcoplasmic reticulum function or post-rest contractions and produced a progressive increase in relative potentiation. Increased extracellular Ca2+ concentration (0.62 to 5 mM) and isoproterenol (20 nM) administration counteracted the negative inotropic effects of the oil. The activity of the contractile machinery evaluated by tetanic force development was reduced by 30 to 50% but myosin ATPase activity was not affected by eucalyptol (0.3 mM), supporting the idea of a reduction of sarcolemmal Ca2+ influx. The present results suggest that eucalyptol depresses force development, probably acting as a calcium channel blocker.

Effect of salbutamol on pulmonary responsiveness in chronic pulmonary allergic inflammation in guinea pigs

Beta-2-agonists have been widely used by asthmatic subjects to relieve their obstructive symptoms. However, there are reports that continuous use could lead to loss of bronchial protection and exacerbation of asthma symptoms. We evaluated the effect of two regimens of salbutamol administration (twice and five times a week) in a model of chronic airway inflammation in male Hartley guinea pigs (protocol starting weight: 286 ± 30 g) induced by repeated exposures to aerosols of ovalbumin (OVA). After sensitization, guinea pigs were exposed to aerosols of 0.1 mg/ml salbutamol solution twice a week (OVA + S2x, N = 7) or five times a week (OVA + S5x, N = 8). We studied allergen-specific (OVA inhalation time) and -nonspecific (response to methacholine) respiratory system responsiveness. Seventy-two hours after the last OVA challenge, guinea pigs were anesthetized and tracheostomized, respiratory system resistance and elastance were measured and a dose-response curve to inhaled methacholine chloride was obtained. Specific IgG1 was also quantified by the passive cutaneous anaphylactic technique. OVA-sensitized guinea pigs (N = 8) showed reduction of the time of OVA exposure before the onset of respiratory distress, at the 5th, 6th and 7th exposures (P < 0.001). The OVA + S2x group (but not the OVA + S5x group) showed a significant increase in OVA inhalation time. There were no significant differences in pulmonary responsiveness to methacholine among the experimental groups. OVA + S2x (but not OVA + S5x) animals showed a decrease in the levels of IgG1-specific anaphylactic antibodies compared to the OVA group (P < 0.05). Our results suggest that, in this experimental model, frequent administration of ß2-agonists results in a loss of some of their protective effects against the allergen.

Understanding the mechanisms of lung mechanical stress

Physical forces affect both the function and phenotype of cells in the lung. Bronchial, alveolar, and other parenchymal cells, as well as fibroblasts and macrophages, are normally subjected to a variety of passive and active mechanical forces associated with lung inflation and vascular perfusion as a result of the dynamic nature of lung function. These forces include changes in stress (force per unit area) or strain (any forced change in length in relation to the initial length) and shear stress (the stress component parallel to a given surface). The responses of cells to mechanical forces are the result of the cell's ability to sense and transduce these stimuli into intracellular signaling pathways able to communicate the information to its interior. This review will focus on the modulation of intracellular pathways by lung mechanical forces and the intercellular signaling. A better understanding of the mechanisms by which lung cells transduce physical forces into biochemical and biological signals is of key importance for identifying targets for the treatment and prevention of physical force-related disorders.

Health in early adulthood: the contribution of the 1978/79 Ribeirão Preto birth cohort

The increase in non-communicable chronic diseases of adults is due to demographic changes and changes in the risk factors related to physical activity, smoking habits and nutrition. We describe the methodology for the evaluation of persons at 23/25 years of age of a cohort of individuals born in Ribeirão Preto in 1978/79. We present their socioeconomic characteristics and the profile of some risk factors for chronic diseases. A total of 2063 participants were evaluated by means of blood collection, standardized questionnaires, anthropometric and blood pressure measurements, and methacholine bronchoprovocation tests. The sexes were compared by the chi-square test, with alpha = 0.05. Obesity was similar among men and women (12.8 and 11.1%); overweight was almost double in men (30.3 vs 17.7%). Weight deficit was higher among women than among men (8.6 and 2.6%). Women were more sedentary and consumed less alcohol and tobacco. Dietary fat consumption was similar between sexes, with 63% consuming large amounts (30 to 39.9 g/day). Metabolic syndrome was twice more frequent among men than women (10.7 vs 4.8%), hypertension was six times more frequent (40.9 vs 6.4%); altered triglyceride (16.1 vs 9.8%) and LDL proportions (5.4 vs 2.7%) were also higher in men, while women had a higher percentage of low HDL (44.7 vs 39.5%). Asthma and bronchial hyper-responsiveness were 1.7 and 1.5 times more frequent, respectively, among women. The high prevalence of some risk factors for chronic diseases among young adults supports the need for investments in their prevention.

Asthma: where is it going?

Asthma is characterized by reversible airway obstruction, airway hyperresponsiveness, and airway inflammation. Although our understanding of its pathophysiological mechanisms continues to evolve, the relative contributions of airway hyperresponsiveness and inflammation are still debated. The first mechanism identified as important for asthma was bronchial hyperresponsiveness. In a second step, asthma was recognized also as an inflammatory disease, with chronic inflammation inducing structural changes or remodeling. However, persistence of airway dysfunction despite inflammatory control is observed in chronic severe asthma of both adults and children. More recently, a potential role for epithelial-mesenchymal communication or transition is emerging, with epithelial injury often resulting in a self-sustaining phenotype of wound repair modulation by activation/reactivation of the epithelial-mesenchymal trophic unit, suggesting that chronic asthma can be more than an inflammatory disease. It is noteworthy that the gene-environmental interactions critical for the development of a full asthma phenotype involve processes similar to those occurring in branching morphogenesis. In addition, a central role for airway smooth muscle in the pathogenesis of the disease has been explored, highlighting its secretory function as well as different intrinsic properties compared to normal subjects. These new concepts can potentially shed light on the mechanisms underlying some asthma phenotypes and improve our understanding of the disease in terms of the therapeutic strategies to be applied. How we understand asthma and its mechanisms along time will be the focus of this overview.

Sildenafil decreases rat tracheal hyperresponsiveness to carbachol and changes canonical transient receptor potential gene expression after antigen challenge

Inhibition of type-5 phosphodiesterase by sildenafil decreases capacitative Ca2+ entry mediated by transient receptor potential proteins (TRPs) in the pulmonary artery. These families of channels, especially the canonical TRP (TRPC) subfamily, may be involved in the development of bronchial hyperresponsiveness, a hallmark of asthma. In the present study, we evaluated i) the effects of sildenafil on tracheal rings of rats subjected to antigen challenge, ii) whether the extent of TRPC gene expression may be modified by antigen challenge, and iii) whether inhibition of type-5 phosphodiesterase (PDE5) may alter TRPC gene expression after antigen challenge. Sildenafil (0.1 µM to 0.6 mM) fully relaxed carbachol-induced contractions in isolated tracheal rings prepared from naive male Wistar rats (250-300 g) by activating the NO-cGMP-K+ channel pathway. Rats sensitized to antigen by intraperitoneal injections of ovalbumin were subjected to antigen challenge by ovalbumin inhalation, and their tracheal rings were used to study the effects of sildenafil, which more effectively inhibited contractions induced by either carbachol (10 µM) or extracellular Ca2+ restoration after thapsigargin (1 µM) treatment. Antigen challenge increased the expression of the TRPC1 and TRPC4 genes but not the expression of the TRPC5 and TRPC6 genes. Applied before the antigen challenge, sildenafil increased the gene expression, which was evaluated by RT-PCR, of TRPC1 and TRPC6, decreased TRPC5 expression, and was inert against TRPC4. Thus, we conclude that PDE5 inhibition is involved in the development of an airway hyperresponsive phenotype in rats after antigen challenge by altering TRPC gene expression.

Cloning, bioinformatics analysis, and expression of the dust mite allergen Der f 5 of Dermatophagoides farinae

Crude extracts of house dust mites are used clinically for diagnosis and immunotherapy of allergic diseases, including bronchial asthma, perennial rhinitis, and atopic dermatitis. However, crude extracts are complexes with non-allergenic antigens and lack effective concentrations of important allergens, resulting in several side effects. Dermatophagoides farinae (Hughes; Acari: Pyroglyphidae) is one of the predominant sources of dust mite allergens, which has more than 30 groups of allergen. The cDNA coding for the group 5 allergen of D. farinae from China was cloned, sequenced and expressed. According to alignment using the VECTOR NTI 9.0 software, there were eight mismatched nucleotides in five cDNA clones resulting in seven incompatible amino acid residues, suggesting that the Der f 5 allergen might have sequence polymorphism. Bioinformatics analysis revealed that the matured Der f 5 allergen has a molecular mass of 13604.03 Da, a theoretical pI of 5.43 and is probably hydrophobic and cytoplasmic. Similarities in amino acid sequences between Der f 5 and allergens of other domestic mite species, viz. Der p 5, Blo t 5, Sui m 5, and Lep d 5, were 79, 48, 53, and 37%, respectively. Phylogenetic analysis indicated that Der f 5 and Der p 5 clustered together. Blo t 5 and Ale o 5 also clustered together, although Blomia tropicalis and Aleuroglyphus ovatus belong to different mite families, viz. Echimyopodidae and Acaridae, respectively.

Clinical and genetic markers in disease progression – a study among subjects with obstructive lung diseases

Asthma, COPD, and asthma and COPD overlap syndrome (ACOS) are chronic pulmonary diseases with an obstructive component. In COPD, the obstruction is irreversible and the disease is progressive. The aim of the study was to define and analyze factors that affected disease progression and patients’ well-being, prognosis and mortality in Chronic Airway Disease (CAD) cohort. The main focus was on COPD and ACOS patients. Retrospective data from medical records was combined with genetic and prospective follow-up data. Smoking is the biggest risk factor for COPD and even after the diagnosis of the disease, smoking plays an important role in disease development and patient’s prognosis. Sixty percent of the COPD patients had succeeded in smoking cessation. Patients who had managed to quit smoking had lower mortality rates and less psychiatric diseases and alcohol abuse although they were older and had more cardiovascular diseases than patients who continued smoking. Genetic polymorphism rs1051730 in the nicotinic acethylcholine receptor gene (CHRNA3/5) associated with heavy smoking, cancer prevalence and mortality in two Finnish independent cohorts consisting of COPD patients and male smokers. Challenges in smoking cessation and higher mortality rates may be partly due to individual patient’s genetic composition. Approximately 50% of COPD patients are physically inactive and the proportion was higher among current smokers. Physically active and inactive patients didn’t differ from each other in regard to age, gender or comorbidities. Bronchial obstruction explained inactivity only in severe disease. Subjective sensation of dyspnea, however, had very strong association to inactivity and was also associated to low health related quality of life (HRQoL). ACOS patients had a significantly lower HRQoL than either the patients with asthma or with COPD even though they were younger than COPD patients, had better lung functions and smaller tobacco exposure.

Implication des canaux K+ dans les processus de réparation de l’épithélium respiratoire sain et fibrose kystique

La pathologie de la fibrose kystique (FK) est causée par des mutations du gène codant pour le canal Cl- CFTR. Au niveau respiratoire, cette dysfonction du transport transépithélial de Cl- occasionne une altération de la composition et du volume du liquide de surface des voies aériennes. Une accumulation de mucus déshydraté favorise alors la colonisation bactérienne et une réponse inflammatoire chronique, entraînant des lésions épithéliales sévères au niveau des voies aériennes et des alvéoles pouvant culminer en défaillance respiratoire. Le principal objectif de mon projet de maîtrise était d’étudier les processus de réparation de l’épithélium alvéolaire sain, l’épithélium bronchique sain et FK à l’aide d’un modèle in vitro de plaies mécaniques. Nos résultats démontrent la présence d’une boucle autocrine EGF/EGFR contrôlant les processus de migration cellulaire et de réparation des lésions mécaniques. D’autre part, nos expériences montrent que l’EGF stimule l’activité et l’expression des canaux K+ KATP, KvLQT1 et KCa3.1 des cellules épithéliales respiratoires. L’activation de ces canaux est cruciale pour les processus de réparation puisque la majeure partie de la réparation stimulée à l’EGF est abolie en présence d’inhibiteurs de ces canaux. Nous avons également observé que les cellules FK présentent un délai de réparation, probablement causé par un défaut de la réponse EGF/EGFR et une activité/expression réduite des canaux K+. Nos résultats permettent de mieux comprendre les mécanismes de régulation des processus de réparation de l’épithélium sain et FK. De plus, ils ouvrent de nouvelles options thérapeutiques visant à promouvoir, à l’aide d’activateurs de canaux K+ et de facteurs de croissance, la régénération de l’épithélium respiratoire chez les patients atteints de FK.

Rôle des neutrophiles dans l'inflammation allergique associée au souffle chez le cheval, un modèle naturel d'asthme

Réalisé en cotutelle avec le Dr James G Martin de l'Université McGill (Meakins-Christie laboratories)

Régulation des processus de réparation de l’épithélium bronchique sain et Fibrose Kystique par le TNF-alpha

La Fibrose Kystique, causée par des mutations du canal CFTR, mène à la dysfonction du transport des fluides et des ions causant la déshydratation du liquide de surface des voies aériennes et ainsi une défaillance de la clairance mucocilliaire. Ce défaut entraine l’accumulation et l’épaississement du mucus au niveau des bronches qui devient alors un environnement idéal pour le développement d’infections chroniques et d’inflammation qui sont associées à la destruction progressive de l’épithélium chez les patients Fibrose Kystique. Même si leur rôle dans les processus lésionnels est très bien connu, l’impact de médiateurs inflammatoires sur la capacité de réparation ne l’est cependant pas. L’objectif de ma maitrise était donc d’étudier la régulation des mécanismes de réparation de l’épithélium bronchique sain et Fibrose Kystique par le facteur de nécrose tumoral (TNF)-alpha, une cytokine pro-inflammatoire cruciale dans l’initiation et la propagation de la réponse inflammatoire chez les patients FK. À l’aide d’un modèle de plaies mécaniques, nous avons montré que le TNF-alpha stimule la réparation de l’épithélium bronchique sain (NuLi-1) et Fibrose Kystique (CuFi-1). De façon surprenante, l’exposition chronique au TNF-alpha augmente cette stimulation tout comme le taux de migration cellulaire pendant la réparation. Cette augmentation de réparation semble être médiée par l’activation de la métalloprotéinase MMP-9, la relâche d’EGF par les cellules épithéliales et ainsi l’activation de la voie d’EGFR. De plus, l’activation de la réparation par le TNF-alpha semble aussi impliquer l’activation des canaux K+, dont nous avons démontré le rôle important dans la réparation. Contrairement à son effet sur la migration cellulaire et sur la réparation, le TNF-alpha diminue la prolifération cellulaire. En somme, en plus de son rôle dans les processus lésionnels, le TNF-alpha semble avoir un rôle complexe dans les processus de réparation puisqu’il stimule la migration et ralentit la prolifération cellulaire.

Hospitalisation pour problèmes respiratoires et exposition aux émissions d’une aluminerie chez l’enfant

L’exposition quotidienne aux polluants atmosphériques tels que le dioxyde de soufre, les particules fines (PM2.5) et l’ozone en milieu urbain sont associés à des effets néfastes sur la santé respiratoire des enfants. Des études épidémiologiques transversales rapportent des associations entre la pollution atmosphérique et des problèmes de santé respiratoires chez les enfants en milieu industriel telles que la prévalence de l’asthme et de l'hyperréactivité bronchique. Ces études épidémiologiques transversales ne permettent pas d’évaluer les effets sur la santé d’une exposition de courte durée. Peu d’études ont évalué les effets respiratoires des expositions aiguës chez les enfants à la pollution atmosphérique d’émissions industrielles. Dans ce mémoire, nous avons analysé l’association entre l’exposition journalière aux émissions d’une aluminerie et l’hospitalisation pour problèmes respiratoires (asthme, bronchiolite) chez les enfants de Shawinigan. Pour étudier ces effets des expositions aiguës, nous avons utilisé le devis épidémiologique de type « case-crossover » qui compare l’exposition lors des jours « cas » (jour d’hospitalisation) avec l’exposition lors des jours « contrôle » (exposition du même individu, les mêmes jours de la semaine, durant le même mois). Les variables d’exposition suivantes ont été calculées pour les enfants vivants dans un rayon de 7.5 km de l’industrie et pour ceux habitant à moins de 2.5 km de la station de mesure de polluants près de l’industrie : i) le nombre d’heures par jour durant lesquelles la résidence de chaque enfant recevait le panache de fumée de l’industrie. ii) les concentrations journalières de PM2.5 et de SO2 (moyenne et maximales) de la station de mesure des polluants localisée près de l’industrie. Des régressions logistiques conditionnelles ont été utilisées pour estimer les rapports de cotes (OR) et leurs intervalles de confiance à 95% (IC95%). Au total, 429 hospitalisations d’enfants pour asthme et bronchiolite ont été recensées pendant la période d’étude allant de 1999 à 2008. Le risque d’hospitalisations pour asthme et bronchiolite a augmenté avec l’augmentation du nombre d’heures d’exposition aux fumées de l’industrie, chez les enfants de moins de 5 ans. Pour les enfants de 2-4 ans, cette association était : OR : 1.27, pour un interquartile de 4.8 heures/jour; intervalle de confiance à 95%: 1.03-1.56. Des tendances moins prononcées sont notées avec les niveaux de SO2 et de PM2.5. Cette étude suggère que l’exposition journalière aux émissions industrielles identifiées par l’exposition horaire des vents venant de l’usine pourrait être associée à une exacerbation des problèmes respiratoires chez les jeunes enfants. De plus, l’effet plus prononcé avec la variable d’exposition basée sur les vents suggère un effet découlant des polluants autres que ceux mesurés (SO2 et PM2.5), possiblement comme les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP).

Effets de la perfusion pulsatile durant une circulation extra-corporelle

INTRODUCTION : L’utilisation de la circulation extracorporelle durant la chirurgie cardiaque est associée à des problèmes pulmonaires chez certains patients. L’utilisation d’une pression pulsatile induite par un ballon intra-aortique (BIA) pourrait diminuer la dysfonction endothéliale et la survenue de tels événements. MATÉRIEL ET MÉTHODE : 12 porcs Landrace-Yorkshire ont subi une circulation extracorporelle et ont été divisés en deux groupes et 4 porcs ont servi de contrôles sans CEC. Le premier groupe (n=6) a bénéficié d’un flot pulsatile créé par un BIA en mode interne à 80 battements par minute durant les 90 minutes de l’opération alors que le second groupe (n=6) a subi une CEC standard. Après 60 minutes de reperfusion suivant la CEC, les valeurs hémodynamiques ont été évaluées dont les pressions artérielles, les pressions pulmonaires, l’index cardiaque et la concentration de glucose et de lactate. Les artères pulmonaires sont ensuite montées en chambre d’organe pour évaluer la fonction endothéliale. RÉSULTATS : Les porcs avec pression pulsatile ont tendance à produire moins de lactate sanguin après 60 minutes de reperfusion. Les autres valeurs hémodynamiques sont semblables. Finalement, la relaxation à la bradykinine est significativement meilleure dans le groupe pression pulsatile alors que la relaxation à l’acétylcholine n’est pas significativement différente. CONCLUSION : Ces résultats démontrent que la perfusion pulsatile produite par un BIA protège l’endothélium pulmonaire lors d'une CEC. Cet effet pourrait être dû à une augmentation du flot bronchique qui diminuerait l’ischémie pulmonaire ou à une diminution de la libération de cytokines et de bradykinine qui réduirait les dommages de reperfusion.

Contribution des isoformes de la myosine à l'obstruction respiratoire dans le souffle chez le cheval

La myosine est une protéine motrice impliquée dans la contraction du muscle lisse. Un de ces isoformes, appelé (+)insert lui procure une vélocité accrue. L’objectif de cette étude était d’évaluer la contribution de cet isoforme au bronchospasme observé chez les chevaux atteints de souffle, un modèle d’asthme humain. Nous avons procédé à l’analyse de l’expression génique de l’isoforme (+)insert dans les voies respiratoires de chevaux issus de 3 cohortes afin d’évaluer 1) la présence de cet isoforme chez les chevaux atteints de souffle ; 2) la réversibilité de son expression avec 2 traitements usuels (corticostéroïdes inhalés et retrait antigénique); et 3) la cinétique de réapparition de l’isoforme suite à une période de rémission de la maladie. Les résultats révèlent 1) une expression augmentée de l’isoforme (+)insert dans l’ensemble de l’arbre bronchique des chevaux atteints de souffle en exacerbation comparée aux contrôles et aux chevaux en rémission ; 2) les deux traitements conduisent à une réduction de l’expression de l’isoforme, mais l’administration de corticostéroïdes mène à une diminution plus rapide que celle induite par le retrait antigénique; et 3) une période de 30 jours ou plus d'exposition antigénique est nécessaire pour la réapparition de l’isoforme (+)insert dans l’arbre bronchique des chevaux atteints de souffle. Cette étude montre pour la première fois une modulation et une réversibilité de l’expression de l'isoforme (+)insert de la myosine en fonction du statut médical du sujet. Les données suggèrent que cet isoforme pourrait faire partie d’un mécanisme protecteur activé en réponse à une exposition antigénique prolongée.