Respiratory health effects of passive smoking : lung cancer and other disorders.

"Jennifer Jinot and Steven Bayard were the scienfitic editors ... Major portions of this revised report were prepared by ICF Incorporated ... under EPA contract no. 68-00-0102"--P. xv.

Is multidimensional scaling suitable for mapping the input respiratory impedance in subjects and patients?

This paper presents the application of multidimensional scaling (MDS) analysis to data emerging from noninvasive lung function tests, namely the input respiratory impedance. The aim is to obtain a geometrical mapping of the diseases in a 3D space representation, allowing analysis of (dis)similarities between subjects within the same pathology groups, as well as between the various groups. The adult patient groups investigated were healthy, diagnosed chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and diagnosed kyphoscoliosis, respectively. The children patient groups were healthy, asthma and cystic fibrosis. The results suggest that MDS can be successfully employed for mapping purposes of restrictive (kyphoscoliosis) and obstructive (COPD) pathologies. Hence, MDS tools can be further examined to define clear limits between pools of patients for clinical classification, and used as a training aid for medical traineeship.

Respiratory complications in Brazilian patients infected with human immunodeficiency virus

PURPOSE: To determine how often and by what means an indentifiable pulmonary pathogen can be recognized in human immunodeficiency virus (HIV) infected patients with respiratory disorders in Brazil, which are the most frequently observed microorganisms and what impact specific therapy has on these agents. PATIENTS AND METHODS: Thirty-five HIV seroposiüve subjects with respiratory complaints were studied. All patients had a complete history, physical examination and blood counts. The pulmonary assessment included chest radiograms; sputum examination for bacterial and fungal pathogens; bronchoscopy with bronchoalveolar lavage and transbronchial biopsy. Patients with treatable complications received standard antimicrobial therapy. RESULTS: One or more microorganisms were found in 24 subjects and another 3 individuals showed nonspecific interstitial pneumonitis. The sputum examination identified the pulmonary pathogens in 7 cases. The bronchoalveolar lavage and the histopathologic examination were diagnostic in 14% and 83%, respectively, of the 28 individuals that were submitted to bronchoscopy. The most frequently identified microorganism was P. carinii (55%), followed by M. tuberculosis (41%) and cytomegalovirus (8%). The clinical, laboratory and radiographic findings failed to distinguish the specific pulmonary pathogens. Twenty-three individuals with P. carinii pneumonitis and/or tuberculosis received specific therapy; among the evaluable patients the therapeutic response rates were 79% for PCP and 100% for TB. CONCLUSIONS: We have determined that tuberculosis, P. carinii and cytomegalovirus pneumonitis are the most common respiratory opportunistic diseases in Brazilian patients infected with HIV. The histologic evaluation was crucial in order to identify the pulmonary pathogens. Tuberculosis in AIDS individuals displayed clinical and radiographic findings atypical for reactivation disease. However, most of the features observed in HIV infected patients had been previously described in infection of the normal host. Furthermore, the AIDS subjects showed a good therapeutic response to anti-tuberculous drugs.

Functional and histopathological identification of the respiratory failure in a DMSXL transgenic mouse model of myotonic dystrophy.

Acute and chronic respiratory failure is one of the major and potentially life-threatening features in individuals with myotonic dystrophy type 1 (DM1). Despite several clinical demonstrations showing respiratory problems in DM1 patients, the mechanisms are still not completely understood. This study was designed to investigate whether the DMSXL transgenic mouse model for DM1 exhibits respiratory disorders and, if so, to identify the pathological changes underlying these respiratory problems. Using pressure plethysmography, we assessed the breathing function in control mice and DMSXL mice generated after large expansions of the CTG repeat in successive generations of DM1 transgenic mice. Statistical analysis of breathing function measurements revealed a significant decrease in the most relevant respiratory parameters in DMSXL mice, indicating impaired respiratory function. Histological and morphometric analysis showed pathological changes in diaphragmatic muscle of DMSXL mice, characterized by an increase in the percentage of type I muscle fibers, the presence of central nuclei, partial denervation of end-plates (EPs) and a significant reduction in their size, shape complexity and density of acetylcholine receptors, all of which reflect a possible breakdown in communication between the diaphragmatic muscles fibers and the nerve terminals. Diaphragm muscle abnormalities were accompanied by an accumulation of mutant DMPK RNA foci in muscle fiber nuclei. Moreover, in DMSXL mice, the unmyelinated phrenic afferents are significantly lower. Also in these mice, significant neuronopathy was not detected in either cervical phrenic motor neurons or brainstem respiratory neurons. Because EPs are involved in the transmission of action potentials and the unmyelinated phrenic afferents exert a modulating influence on the respiratory drive, the pathological alterations affecting these structures might underlie the respiratory impairment detected in DMSXL mice. Understanding mechanisms of respiratory deficiency should guide pharmaceutical and clinical research towards better therapy for the respiratory deficits associated with DM1.

Occupational respiratory exposures to irritating and sensitizing volatile compounds deriving from cleaning products

Recent findings suggest an association between exposure to cleaning products and respiratory dysfunctions including asthma. However, little information is available about quantitative airborne exposures of professional cleaners to volatile organic compounds deriving from cleaning products. During the first phases of the study, a systematic review of cleaning products was performed. Safety data sheets were reviewed to assess the most frequently added volatile organic compounds. It was found that professional cleaning products are complex mixtures of different components (compounds in cleaning products: 3.5 ± 2.8), and more than 130 chemical substances listed in the safety data sheets were identified in 105 products. The main groups of chemicals were fragrances, glycol ethers, surfactants, solvents; and to a lesser extent phosphates, salts, detergents, pH-stabilizers, acids, and bases. Up to 75% of products contained irritant (Xi), 64% harmful (Xn) and 28% corrosive (C) labeled substances. Hazards for eyes (59%), skin (50%) and by ingestion (60%) were the most reported. Monoethanolamine, a strong irritant and known to be involved in sensitizing mechanisms as well as allergic reactions, is frequently added to cleaning products. Monoethanolamine determination in air has traditionally been difficult and air sampling and analysis methods available were little adapted for personal occupational air concentration assessments. A convenient method was developed with air sampling on impregnated glass fiber filters followed by one step desorption, gas chromatography and nitrogen phosphorous selective detection. An exposure assessment was conducted in the cleaning sector, to determine airborne concentrations of monoethanolamine, glycol ethers, and benzyl alcohol during different cleaning tasks performed by professional cleaning workers in different companies, and to determine background air concentrations of formaldehyde, a known indoor air contaminant. The occupational exposure study was carried out in 12 cleaning companies, and personal air samples were collected for monoethanolamine (n=68), glycol ethers (n=79), benzyl alcohol (n=15) and formaldehyde (n=45). All but ethylene glycol mono-n-butyl ether air concentrations measured were far below (<1/10) of the Swiss eight hours occupational exposure limits, except for butoxypropanol and benzyl alcohol, where no occupational exposure limits were available. Although only detected once, ethylene glycol mono-n-butyl ether air concentrations (n=4) were high (49.5 mg/m3 to 58.7 mg/m3), hovering at the Swiss occupational exposure limit (49 mg/m3). Background air concentrations showed no presence of monoethanolamine, while the glycol ethers were often present, and formaldehyde was universally detected. Exposures were influenced by the amount of monoethanolamine in the cleaning product, cross ventilation and spraying. The collected data was used to test an already existing exposure modeling tool during the last phases of the study. The exposure estimation of the so called Bayesian tool converged with the measured range of exposure the more air concentrations of measured exposure were added. This was best described by an inverse 2nd order equation. The results suggest that the Bayesian tool is not adapted to predict low exposures. The Bayesian tool should be tested also with other datasets describing higher exposures. Low exposures to different chemical sensitizers and irritants should be further investigated to better understand the development of respiratory disorders in cleaning workers. Prevention measures should especially focus on incorrect use of cleaning products, to avoid high air concentrations at the exposure limits. - De récentes études montrent l'existence d'un lien entre l'exposition aux produits de nettoyages et les maladies respiratoires telles que l'asthme. En revanche, encore peu d'informations sont disponibles concernant la quantité d'exposition des professionnels du secteur du nettoyage aux composants organiques volatiles provenant des produits qu'ils utilisent. Pendant la première phase de cette étude, un recueil systématique des produits professionnels utilisés dans le secteur du nettoyage a été effectué. Les fiches de données de sécurité de ces produits ont ensuite été analysées, afin de répertorier les composés organiques volatiles les plus souvent utilisés. Il a été mis en évidence que les produits de nettoyage professionnels sont des mélanges complexes de composants chimiques (composants chimiques dans les produits de nettoyage : 3.5 ± 2.8). Ainsi, plus de 130 substances listées dans les fiches de données de sécurité ont été retrouvées dans les 105 produits répertoriés. Les principales classes de substances chimiques identifiées étaient les parfums, les éthers de glycol, les agents de surface et les solvants; dans une moindre mesure, les phosphates, les sels, les détergents, les régulateurs de pH, les acides et les bases ont été identifiés. Plus de 75% des produits répertoriés contenaient des substances décrites comme irritantes (Xi), 64% nuisibles (Xn) et 28% corrosives (C). Les risques pour les yeux (59%), la peau (50%) et par ingestion (60%) était les plus mentionnés. La monoéthanolamine, un fort irritant connu pour être impliqué dans les mécanismes de sensibilisation tels que les réactions allergiques, est fréquemment ajouté aux produits de nettoyage. L'analyse de la monoéthanolamine dans l'air a été habituellement difficile et les échantillons d'air ainsi que les méthodes d'analyse déjà disponibles étaient peu adaptées à l'évaluation de la concentration individuelle d'air aux postes de travail. Une nouvelle méthode plus efficace a donc été développée en captant les échantillons d'air sur des filtres de fibre de verre imprégnés, suivi par une étape de désorption, puis une Chromatographie des gaz et enfin une détection sélective des composants d'azote. Une évaluation de l'exposition des professionnels a été réalisée dans le secteur du nettoyage afin de déterminer la concentration atmosphérique en monoéthanolamine, en éthers de glycol et en alcool benzylique au cours des différentes tâches de nettoyage effectuées par les professionnels du nettoyage dans différentes entreprises, ainsi que pour déterminer les concentrations atmosphériques de fond en formaldéhyde, un polluant de l'air intérieur bien connu. L'étude de l'exposition professionnelle a été effectuée dans 12 compagnies de nettoyage et les échantillons d'air individuels ont été collectés pour l'éthanolamine (n=68), les éthers de glycol (n=79), l'alcool benzylique (n=15) et le formaldéhyde (n=45). Toutes les substances mesurées dans l'air, excepté le 2-butoxyéthanol, étaient en-dessous (<1/10) de la valeur moyenne d'exposition aux postes de travail en Suisse (8 heures), excepté pour le butoxypropanol et l'alcool benzylique, pour lesquels aucune valeur limite d'exposition n'était disponible. Bien que détecté qu'une seule fois, les concentrations d'air de 2-butoxyéthanol (n=4) étaient élevées (49,5 mg/m3 à 58,7 mg/m3), se situant au-dessus de la frontière des valeurs limites d'exposition aux postes de travail en Suisse (49 mg/m3). Les concentrations d'air de fond n'ont montré aucune présence de monoéthanolamine, alors que les éthers de glycol étaient souvent présents et les formaldéhydes quasiment toujours détectés. L'exposition des professionnels a été influencée par la quantité de monoéthanolamine présente dans les produits de nettoyage utilisés, par la ventilation extérieure et par l'emploie de sprays. Durant la dernière phase de l'étude, les informations collectées ont été utilisées pour tester un outil de modélisation de l'exposition déjà existant, l'outil de Bayesian. L'estimation de l'exposition de cet outil convergeait avec l'exposition mesurée. Cela a été le mieux décrit par une équation du second degré inversée. Les résultats suggèrent que l'outil de Bayesian n'est pas adapté pour mettre en évidence les taux d'expositions faibles. Cet outil devrait également être testé avec d'autres ensembles de données décrivant des taux d'expositions plus élevés. L'exposition répétée à des substances chimiques ayant des propriétés irritatives et sensibilisantes devrait être investiguée d'avantage, afin de mieux comprendre l'apparition de maladies respiratoires chez les professionnels du nettoyage. Des mesures de prévention devraient tout particulièrement être orientées sur l'utilisation correcte des produits de nettoyage, afin d'éviter les concentrations d'air élevées se situant à la valeur limite d'exposition acceptée.

Lung-function tests in neonates and infants with chronic lung disease: tidal breathing and respiratory control

This paper is the fourth in a series of reviews that will summarize available data and critically discuss the potential role of lung-function testing in infants with acute neonatal respiratory disorders and chronic lung disease of infancy. The current paper addresses information derived from tidal breathing measurements within the framework outlined in the introductory paper of this series, with particular reference to how these measurements inform on control of breathing. Infants with acute and chronic respiratory illness demonstrate differences in tidal breathing and its control that are of clinical consequence and can be measured objectively. The increased incidence of significant apnea in preterm infants and infants with chronic lung disease, together with the reportedly increased risk of sudden unexplained death within the latter group, suggests that control of breathing is affected by both maturation and disease. Clinical observations are supported by formal comparison of tidal breathing parameters and control of breathing indices in the research setting.

Trends in dermatomyositis- and polymyositis-related mortality in the state of Sao Paulo, Brazil, 1985-2007: multiple cause-of-death analysis

Background: Dermatomyositis (DM) and polymyositis (PM) are rare systemic autoimmune rheumatic diseases with high fatality rates. There have been few population-based mortality studies of dermatomyositis and polymyositis in the world, and none have been conducted in Brazil. The objective of the present study was to employ multiple-cause of-death methodology in the analysis of trends in mortality related to dermatomyositis and polymyositis in the state of Sao Paulo, Brazil, between 1985 and 2007. Methods: We analyzed mortality data from the Sao Paulo State Data Analysis System, selecting all death certificates on which DM or PM was listed as a cause of death. The variables sex, age and underlying, associated or total mentions of causes of death were studied using mortality rates, proportions and historical trends. Statistical analysis were performed by chi-square and H Kruskal-Wallis tests, variance analysis and linear regression. A p value less than 0.05 was regarded as significant. Results: Over a 23-year period, there were 318 DM-related deaths and 316 PM-related deaths. Overall, DM/PM was designated as an underlying cause in 55.2% and as an associated cause in 44.8%; among 634 total deaths females accounted for 71.5%. During the study period, age-and gender-adjusted DM mortality rates did not change significantly, although PM as an underlying cause and total mentions of PM trended lower (p < 0.05). The mean ages at death were 47.76 +/- 20.81 years for DM and 54.24 +/- 17.94 years for PM (p = 0.0003). For DM/PM, respectively, as underlying causes, the principal associated causes of death were as follows: pneumonia (in 43.8%/33.5%); respiratory failure (in 34.4%/32.3%); interstitial pulmonary diseases and other pulmonary conditions (in 28.9%/17.6%); and septicemia (in 22.8%/15.9%). For DM/PM, respectively, as associated causes, the following were the principal underlying causes of death: respiratory disorders (in 28.3%/26.0%); circulatory disorders (in 17.4%/20.5%); neoplasms (in 16.7%/13.7%); infectious and parasitic diseases (in 11.6%/9.6%); and gastrointestinal disorders (in 8.0%/4.8%). Of the 318 DM-related deaths, 36 involved neoplasms, compared with 20 of the 316 PM-related deaths (p = 0.03). Conclusions: Our study using multiple cause of deaths found that DM/PM were identified as the underlying cause of death in only 55.2% of the deaths, indicating that both diseases were underestimated in the primary mortality statistics. We observed a predominance of deaths in women and in older individuals, as well as a trend toward stability in the mortality rates. We have confirmed that the risk of death is greater when either disease is accompanied by neoplasm, albeit to lesser degree in individuals with PM. The investigation of the underlying and associated causes of death related to DM/PM broaden the knowledge of the natural history of both diseases and could help integrate mortality data for use in the evaluation of control measures for DM/PM.

Morphometric Study on the Anatomy of the Fetal Cricoid Cartilage and Comparison Between Its Inner Diameter and Endotracheal Tube Sizes

Objectives: The high incidence of respiratory disorders is one of the main problems in perinatal medical care. With the increased use of intubation, the incidence of laryngeal injury causing stenosis has also increased. The principal constriction point in the infant`s larynx is the midcricoid area. We sought to provide detailed morphometric data on the anatomy of the cricoid cartilage and its relationship with growth and body characteristics of fetuses at 5 to 9 months of gestational age. Methods: Nineteen larynges obtained from 17 stillborn infants and 2 newborn infants ranging in gestational age from 5 to 9 months were studied. Measurements of the cricoid cartilage were made with a millimeter-graded caliper. Results: Weight was the variable most correlated with cricoid measurements. The cricoid lumen configuration showed an almost elliptic shape and did not change with gestational age. The mean inner subglottic cricoid area was 19.27 +/- 9.62 mm(2) and was related to weight and body surface area. Cricoid growth was more pronounced at the outer portion of the cartilage. Conclusions: The cricoid lumen configuration was elliptic, and its mean area was smaller than that of available endotracheal tubes. This lumen area was most influenced by weight and height.

Molecular Epidemiology of Avian Infectious Bronchitis in Brazil from 2007 to 2008 in Breeders, Broilers, and Layers

Multiple lineages of Brazilian strains from 2007 to 2008 of avian infectious bronchitis virus (IBV) were detected in flocks of breeders, broilers, and layers. Organs samples from 20 IBV-positive flocks with variable clinical signs were submitted to the partial amplification of S gene (nucleotides 726-1071) of IBV. Fifteen of the 20 sequenced strains segregated in a unique Brazilian cluster subdivided in three subclusters (Brazil 01, 02, and 03). Whereas three strains could be classified as Massachusetts (Mass) genotype, the remaining two strains, originating from flocks with reproductive and respiratory disorders, grouped within the 4/91-793B genotype, a genotype that has not been detected before in Brazil. The potential relevance of the findings to the poultry industry is discussed because the low level of identity of the sequenced part of the S gene from 17 of 20 detected field strains and the vaccines of the Massachusetts serotype used suggest that the level of cross-protection by the Massachusetts vaccines might be low.

Formaldehyde: exposure and genotoxicity assessments and potential health effects

Worldwide formaldehyde is manipulated with diverse usage properties, since industrial purposes to health laboratory objectives, representing the economic importance of this chemical agent. Therefore, many people are exposed to formaldehyde environmentally and/or occupationally. Considering the latter, there was recommended occupational exposure limits based on threshold mechanisms, limit values and indoor guidelines. Formaldehyde is classified by the International Agency for Cancer Research (IARC) as carcinogenic to humans (group 1), since a wide range of epidemiological studies in occupational exposure settings have suggested possible links between the concentration and duration of exposure and elevated risks of nasopharyngeal cancer, and others cancers, and more recently, with leukemia. Although there are different classifications, such as U.S. EPA that classified formaldehyde as a B1 compound, probable human carcinogen under the conditions of unusually high or prolonged exposure, on basis of limited evidence in humans but with sufficient evidence in animals. Formaldehyde genotoxicity is well-known, being a direct-acting genotoxic compound positively associated for almost all genetic endpoints evaluated in bacteria, yeast, fungi, plants, insects, nematodes, and cultured mammalian cells. There are many human biomonitoring studies that associate formaldehyde occupational exposure to genomic instability, and consequently possible health effects. Besides the link with cancer, also other pathologies and symptoms are associated with formaldehyde exposure, namely respiratory disorders such as asthma, and allergic contact dermatitis. Nowadays, there are efforts to reduce formaldehyde exposure, namely indoor. Europe and United States developed more strict regulation regarding formaldehyde emissions from materials containing this agent. Despite the regulations and restrictions, formaldehyde still continues to be difficult to eliminate or substitute, being biomonitoring an important tool to control possible future health effects.

Characterizing the fungal and bacterial microflora and concentrations in fitness centres

Fitness centres are special places where conditions for microbiological proliferation should be considered. Moisture due to human perspiration and water condensation as a result of human physical activities are prevalent in this type of buildings. Exposure to microbial contaminants is clinically associated with respiratory disorders and people who work out in polluted environments would be susceptible to contaminants. This work studied the indoor air contamination in three gymnasiums in Lisbon. The sampling was performed at two periods: at the opening (morning) and closing (night) of the three gymnasiums. The airborne bacterial and fungal populations were sampled by impaction directly onto Tryptic Soy Agar (for bacteria) and Malt Extract Agar (for fungi) plates, using a Merck MAS-100 air sampler. Higher bacterial concentrations were found at night as compared to the morning but the same behaviour was not found for fungal concentrations. Gram-negative catalase positive cocci were the dominant bacteria in indoor air samples of the studied gymnasiums. In this study, 21 genera/species of fungal colonies were identified. Chrysosporium sp., Chrysonilia sp., Neoscytalidium hialinum, Sepedonium sp. and Penicillium sp. were the most prevalent species identified in the morning, while Cladosporium sp., Penicillium sp., Chrysosporium sp., Acremonium sp. and Chrysonilia sp. were more prevalent at night. A well-designed sanitation and maintenance program for gymnasiums is needed to ensure healthier space for indoor physical activity.

Immunological mechanisms underlying infectious and chronic lung diseases

Le système respiratoire permet l'échange de gaz entre un organisme et son environnement. Pour fonctionner efficacement, il doit lutter contre les infections tout en maintenant une tolérance aux particules inoffensives. Les cytokines sont des petites protéines qui permettent la communication entre les différentes cellules et jouent un rôle important dans la régulation de l'homéostasie et de l'immunité des surfaces pulmonaires. Une production altérée des cytokines sous-tend beaucoup de maladies du système pulmonaire. Ainsi, la compréhension de la biologie fondamentale des cytokines pourrait contribuer à la mise au point de nouveaux traitements. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié le rôle de deux cytokines, le TSLP (Thymic stromal lymphopoietin) et l'IL-17 (Interleukin 17) dans les réponses immunitaires bénéfiques et nuisibles en utilisant des modèles précliniques de souris des maladies pulmonaires. L'asthme est une maladie qui est caractérisée par la bronchoconstriction réversible, l'inflammation des voies respiratoires inférieures, l'hyperréactivité bronchique et le remodelage tissulaire. Le type d'inflammation affectant les voies respiratoires et la présence ou non d'allergie permettent d'établir les différents types d'asthme. La TSLP est une cytokine qui est principalement exprimée à des niveaux élevés dans les poumons de patients souffrant d'asthme allergique. En conséquence, la majeure partie de la recherche sur la TSLP a mis l'accent sur le rôle joué par celle- ci dans les réponses négatives conduisant au développement de l'asthme allergique. Dans cette thèse, nous montrons que la TSLP joue aussi un rôle bénéfique dans les réponses immunitaires pulmonaires. Nous avons découvert que la TSLP atténue la grippe en augmentant les réponses des lymphocytes T cytotoxiques contre le virus. Nous avons également étudié la fonction de la TSLP dans l'asthme non allergique. Contrairement à l'asthme allergique, nous avons constaté que la TSLP diminue les réponses inflammatoires dans l'asthme non allergique en réglant la production de l'IL-17, une cytokine qui favorise la maladie. Ainsi, nous démontrons les fonctions pleiotropes de la TSLP dans des contextes spécifiques de la maladie. Nos résultats ont des implications importantes pour le développement de thérapies ciblant la TSLP dans l'asthme. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié les mécanismes pathogéniques qui sous-tendent le développement de la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO). La BPCO est une maladie chronique le plus largement associée aux fumeurs. Elle est caractérisée par une limitation progressive et irréversible du débit d'air et la destruction de la structure des poumons. L'augmentation globale de l'incidence de la maladie encourage grandement la compréhension des mécanismes pathogéniques et l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques. Nous avons découvert que les micro-organismes trouvés dans les voies respiratoires aggravent la maladie en augmentant la production de l'IL-17. L'IL-17 est une cytokine inflammatoire qui est impliquée dans plusieurs maladies pulmonaires chroniques, dont la BPCO. Dans notre modèle animal de la maladie, nous avons neutralisé 1ÌL-17A en utilisant un anticorps spécifique et observé une reprise de la fonction pulmonaire. Dans cette étude, nous avons identifié 2 axes potentiels pour l'intervention thérapeutique contre la BPCO. Cibler les bactéries dans les voies respiratoires soit par l'utilisation d'antibiotiques ou l'utilisation de thérapies à base immunitaire qui antagonisent l'activité spécifiques de l'IL-17. Dans l'avenir, notre laboratoire va collaborer avec des cliniciens pour acquérir des échantillons humains et tester la pertinence de nos résultats dans la maladie humaine. -- L'interaction avec l'environnement extérieur est vitale pour le fonctionnement du système respiratoire. Par conséquent, ce dernier a adopté une multitude de réseaux effecteurs et régulateurs qui permettent de distinguer les particules inhalées comme «dangereuses» ou «inoffensives» et de réagir en conséquence. L'équilibre entre ces réseaux est essentielle pour lutter contre le «danger» déclenché par une infection ou des dommages, et finalement pour le retour à l'homéostasie. Le milieu de cytokine local contribue de manière significative à la mise au point de ces réponses. Ainsi, la caractérisation du rôle des cytokines dans l'état d'équilibre et la maladie a des implications claires pour les interventions thérapeutiques dans les maladies respiratoires aiguës et chroniques. Cette thèse a porté sur le rôle des cytokines, la lymphopoïétine stromale thymique (TSLP) et TIL-17A dans l'élaboration de réponses immunitaires pulmonaires. La TSLP est principalement produite par les cellules épithéliales et peut cibler une myriade de cellules immunitaires. Bien qu'elle ait été montrée être un puissant inducteur des réponses de type Th2, son rôle dans d'autres contextes inflammatoires est relativement inexploré. Dans le premier projet de cette thèse, nous avons découvert une nouvelle fonction de la TSLP dans l'immunité antivirale contre la grippe, une infection virale. Nous avons constaté que la TSLP a réglementé la réponse neutrophile au début de l'infection, en amplifiant l'immunité adaptative spécifique du virus. Mécaniquement, la TSLP a augmenté l'expression de l'IL-15 et du CD70 sur les cellules dendritiques recrutées dans les poumons suite à l'infection et a renforcé leur capacité de stimuler localement les lymphocytes T CD8+ spécifiques du virus. En outre, nous avons étudié la TSLP dans le cadre de divers phénotypes de l'asthme et également démontré l'impact pléiotropique qu'elle a sur les réponses immunitaires pulmonaires. En accord avec les rapports précédents, nous avons constaté que la TSLP a exacerbé l'inflammation atopique médiée par le Th2. En revanche la TSLP a réduit les réponses de l'IL-17A et l'inflammation neutrophile subséquente dans le modèle non atopique, ainsi que l'exacerbation du modèle atopique provoqué par une infection virale. Nos résultats démontrent une dichotomie dans le rôle de la TSLP dans la pathogenèse de l'asthme et soulignent la nécessité d'envisager plusieurs phénotypes d'asthme pour une évaluation approfondie de son potentiel thérapeutique dans cette maladie. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons caractérisé les mécanismes pathogènes qui sous-tendent la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO). La BPCO est une maladie hétérogène définie par une diminution progressive de la fonction pulmonaire. Bien que des déclencheurs environnementaux puissent aggraver la maladie, chez les personnes sensibles une maladie établie peut progresser à travers un cercle inflammatoire auto-entretenu. Nous avons cherché à définir les mécanismes sous-jacents à l'aide d'un modèle murin d'inflammation chronique, qui reproduit les caractéristiques pathologiques de la maladie humaine. Puisqu'ont été associés à la BPCO sévère des changements dans le microbiome des voies respiratoires, nous avons supposé que les signaux dérivés de certains microbes pourraient favoriser des voies inflammatoires chroniques de progression de la maladie. Nous avons observé que, en l'absence d un microbiome, la maladie s'est améliorée tel que démontré par une réduction de l'inflammation des voies respiratoires et une amélioration de la fonction pulmonaire. Cela a été lié spécifiquement à une production réduite d'IL-17A, une cytokine qui a été impliquée dans la maladie humaine. De plus la cinétique de production de 1IL- 17A dépendant du microbiote est corrélé à la sévérité de la maladie. Sur la base de ces données, la neutralisation de l'IL-17A a également eu un effet bénéfique sur l'évolution de la maladie. Le rôle significatif de 1TL-17A dans l'aggravation de la maladie a été couplé à sa capacité à engager un dialogue entre les voies inflammatoires innées et adaptatives. Il a influencé le recrutement et le phénotype des neutrophiles et des macrophages, ce qui a eu un impact direct et indirect sur la formation et la fonction des tissus lymphoïdes tertiaires associée à des stades sévères de la maladie. -- The interaction with the external environment is vital for the functioning of the respiratory system. Consequently, it has adopted a multitude of effector and regulatory networks that enable it to distinguish inhaled particles as 'dangerous' or 'innocuous' and respond accordingly. The balance between these networks is crucial to counteract the 'danger' triggered by infection or damage, and ultimately return to homeostasis. The local cytokine milieu contributes significantly to the fine- tuning of these responses. Thus, characterizing the role of cytokines in steady state and disease has clear implications for therapeutic interventions in acute and chronic respiratory disorders. This thesis focused on the role of the cytokines, thymic stromal lymphopoietin (TSLP) and IL-17A in shaping pulmonary immune responses. TSLP is primarily produced by barrier epithelial cells and can target a myriad of immune cells. Although it has been shown to be potent inducer of Th2 type responses, its role in other inflammatory settings is relatively unexplored. In the first project of this thesis, we discovered a novel function of TSLP in antiviral immunity to Influenza A infection. We found that while TSLP regulated the early neutrophilic response to infection, it amplified virus specific adaptive immunity. Mechanistically, TSLP enhanced the expression of IL-15 and CD70 on the lung recruited inflammatory dendritic cells and strengthened their ability to stimulate virus specific CD8+ T cell responses locally. In addition we investigated TSLP in the context of diverse asthma phenotypes and further demonstrated the pleiotropic impact it has on pulmonary immune responses. In concurrence with previous reports we found that TSLP exacerbated Th2 mediated atopic inflammation. In contrast TSLP curtailed IL-17A responses and subsequent neutrophilic inflammation in the non-atopic model as well as virus induced exacerbation of the atopic model. Our findings demonstrate a dichotomy in the role of TSLP in asthma pathogenesis and emphasize the need to consider multiple asthma phenotypes for a thorough evaluation of its therapeutic potential in this disease. In the next part of this thesis we characterized the pathogenic mechanisms underlying chronic obstructive pulmonary disease. COPD is a heterogeneous disease defined by a progressive decline in lung function. Although environmental triggers exacerbate the disease, in susceptible individuals the established disease can progress through a self-sustained inflammatory circle. We sought to delineate the underlying mechanisms by using a murine model of chronic inflammation, which reproduced key pathological features of the human disease. As changes in the airway microbiome have been linked to severe COPD, we speculated that microbial derived signals could facilitate the establishment of chronic inflammatory pathways that favour disease progression. We found that the absence of a microbiota ameliorated disease, exhibited by a reduction in airway inflammation and an improvement in lung function. This was linked specifically to an impaired production of IL-17A, a cytokine that has been implicated in human disease. Moreover the kinetics of microbiota-dependent IL-17A production correlated with the disease severity. Based on these data targeted neutralization of IL-17A also had a beneficiai effect on the disease outcome. The prominent role played by IL-I7A in driving the disease was coupled to its ability in engaging and mediating cross talk between pathogenic innate and adaptive immune pathways. It influenced the recruitment and phenotype of neutrophils and macrophages, as well as impacted upon the formation and function of tertiary lymphoid tissue associated with severe disease. Thus, temporal and spatial changes in cytokine production, their cellular targets and interaction with the local milieu determine the balance between immunity and pathology in the lung. Collectively our findings provide novel mechanistic insights in the complex role played by cytokines in orchestrating pulmonary immune responses and have clear implications for human disease.

Symptômes, fonction respiratoires et inflammation bronchique liés à l'exposition professionnelle chronique aux brouillards d'huile entière : étude de faisabilité

Les fluides de coupe sont largement utilisés dans les industries mécaniques des machines-outils pour assurer la lubrification et le refroidissement des pièces métalliques. Lors de l'usinage, les machines-outils provoquent, de par leur grande vitesse de rotation, l'émission d'huile. On estime qu'environ 400'000 travailleurs sont exposés aux fluides de coupe en Suisse, plus de la moitié d'entre eux étant aux huiles entières (minérales ou synthétiques, non diluées avec de l'eau). Dans la littérature, on observe des effets respiratoires chroniques potentiellement précurseurs d'une bronchite et/ou de broncho-pneumopathie chronique obstructive chez des travailleurs exposés de manière chronique aux brouillards d'huile entière. Le problème est que le lien entre le retentissement respiratoire chronique et le niveau d'exposition professionnel des travailleurs exposés aux brouillards d'huile est difficile à mettre en évidence, car la mesure de l'exposition aux brouillards d'huile était jusqu'à présent très imprécise. Une nouvelle technique permettant de mesurer les deux fractions (particulaire et volatile) des brouillards d'huile entière vient d'être validée. L'objectif principal de l'étude est d'évaluer la faisabilité d'une étude de cohorte prospective à large échelle sur le lien entre l'exposition professionnelle chronique aux brouillards d'huile entière , mesurée de manière plus précise selon cette nouvelle technique, et les symptômes, la fonction respiratoire et l'inflammation bronchique. L'objectif secondaire est d'étudier le lien entre l'exposition professionnelle aiguë aux brouillards d'huile entière parmi ces travailleurs (n=14) et les symptômes, la fonction respiratoire et l'inflammation bronchique. Il s'agit d'une étude épidémiologique d'observation de type transversale. Les sujets étudiés sont des salariés de l'industrie du décolletage. La faisabilité a été déterminée sur la base de critères portant sur le recrutement, la récolte des données et l'analyse des données. La récolte de données a eu lieu après 48h de non-exposition, à l'aide d'un questionnaire d'exposition au poste de travail, un curriculum laboris et questionnaire des symptômes, la mesure du NO exhalé, une spirométrie et la mesure individuelle et sur postes fixes des expositions actuelles aux brouillards d'huile entière par la nouvelle méthode. Les difficultés et les points positifs rencontrés ont permis d'émettre des recommandations en vue de la réalisation une étude à plus large échelle. Aucun lien n'a pu être démontré au vu du faible nombre de travailleurs inclus et les niveaux relativement bas d'exposition aux brouillards d'huile entière mesurés. Sur la base de l'étude de faisabilité, une étude de cohorte prospective est recommandée pour établir un lien entre le niveau de brouillards d'huile entière et les effets respiratoires.