Comparison of different levels of positive expiratory pressure on chest wall volumes in healthy children and patients with fibrosis / Comparação de diferentes níveis de pressão expiratória positiva em volumes de parede torácica em crianças saudáveis e pacientes com fibrose / Comparación de los diferentes niveles de la presión espiratoria positiva en los volúmenes de la pared torácica en niños saludables y pacientes con fibrosis

ABSTRACT Positive Expiratory Pressure (PEP) improves lung function, however, PEP-induced changes are not fully established. The aim of this study was to assess the acute effects of different PEP levels on chest wall volumes and the breathing pattern in children with Cystic Fibrosis (CF). Anthropometric data, lung function values, and respiratory muscle strength were collected. Chest wall volumes were assessed by Optoelectronic plethysmography at rest and during the use of different PEP levels (10 and 20 cm H2O), randomly chosen. Eight subjects with CF (5M, 11.5±3.2 years, 32±9.5 kilograms) and seven control subjects (4M, 10.7±1.5 years, 38.2±7.8 kilograms) were recruited. The CF group showed significantly lower FEF values 25-75% (CF: 1.8±0.8 vs. CG: 2.3±0.6) and FEV1/FVC ratio (CF: 0.8±0.1 vs. CG: 1±0.1) compared with the control group (p<0.05). Different PEP levels increased the usual volume in chest wall and its compartments in both groups; however, this volume was significantly higher in the control group compared with the CF group during PEP20 (CW: 0.77±0.25 L vs. 0.44±0.16 L; RCp: 0.3±0.13 L vs. 0.18±0.1 L; RCa: 0.21±0.1 L vs. 0.12±0.1 L; AB: 0.25±0.1 L vs. 0.15±0.1 L; p<0.05 for all variables). Minute ventilation was significantly higher during PEP compared with breathing at rest in both groups (p<0.005). End-expiratory volume was also higher during PEP compared with breathing at rest for chest wall and pulmonary rib cage in both groups (p<0.05). Different PEP levels may increase chest wall volumes in CF patients.

RESUMO Pressão Expiratória Positiva (PEwP) melhora a função pulmonar, entretanto, as mudanças induzidas pela PEP não estão totalmente estabelecidas. O objetivo do estudo foi avaliar os efeitos agudos de diferentes intensidades de PEP nos volumes da parede torácica (PT) e padrão respiratório em crianças com Fibrose Cística (FC). Dados antropométricos, função pulmonar e força da musculatura respiratória. Os volumes da PT foram avaliados através da Pletismografia Optoeletrônica (POE) em repouso e durante o uso de diferentes intensidades de PEP (10 e 20 cm H2O). Foram recrutados 8 sujeitos com FC (5H; 11,5 ± 3,2 anos; 32 ± 9,5 kg) e 7 sujeitos (4H; 10,7 ± 1,5 anos; 38,2 ± 7,8 kg). Grupo FC mostrou valores significativamente menores para FEF 25-75% (FC: 1,8 ± 0,8 vs. GC: 2,3 ± 0,6) e relação VEF1/CVF (FC: 0,8 ± 0,1 vs. GC: 1 ± 0,1) comparado ao grupo controle (p>0,05). Diferentes intensidades de PEP levaram a um aumento do volume corrente da PT e seus compartimentos em ambos os grupos, entretanto, este volume aumentou de forma significativa no grupo controle quando comparado ao grupo FC durante PEP20 (CW: 0,77 ± 0,25 L vs. 0,44 ± 0,16 L; RCp: 0,3 ± 0,13 L vs. 0,18 ± 0,1 L; RCa: 0,21 ± 0,1 L vs. 0,12 ± 0,1 L; AB: 0,25 ± 0,1 L vs. 0,15 ± 0,1 L; p>0,05 para todas as variáveis). A ventilação minuto aumentou de forma significativa durante a PEP em comparação a respiração em repouso para ambos os grupos (p>0,005). Volume expiratório final também foi maior durante a PEP em comparação a respiração em repouso para PT e caixa torácica pulmonar em ambos os grupos (p>0,05). Diferentes intensidades de PEP podem induzir aumentos nos volumes da parede torácica em pacientes com FC.

RESUMEN La Presión Espiratoria Positiva (PEP) mejora la función pulmonar, mientras tanto, los cambios inducidos por la PEP no están totalmente establecidos. El objetivo del estudio fue evaluar los efectos agudos de distintas intensidades de PEP en los volúmenes de la pared torácica (PT) y patrón respiratorio en niños con Fibrosis Cística (FC). Datos antropométricos, función pulmonar y fuerza de la musculatura respiratoria. Los volúmenes de la PT fueron evaluados a través de la Pletismografía Optoelectrónica (POE) en reposo y durante el uso de distintas intensidades de PEP (10 y 20 cm H2O). Fueron reclutados 8 sujetos con FC (5H; 11,5 ± 3,2 años; 32 ± 9,5 kg) y 7 sujetos (4H; 10,7 ± 1,5 años; 38,2 ± 7,8 kg). Grupo FC mostró valores significativamente menores para FEF 25-75% (FC: 1,8 ± 0,8 vs. GC: 2,3 ± 0,6) y relación VEF1/CVF (FC: 0,8 ± 0,1 vs. GC: 1 ± 0,1) comparado al grupo control (p>0,05). Distintas intensidades de PEP conllevaron a un incremento del volumen corriente de la PT y sus compartimentos en ambos los grupos, mientras tanto, este volumen incrementó de manera significativa en el grupo control cuando comparado al grupo FC durante PEP20 (CW: 0,77 ± 0,25 L vs. 0,44 ± 0,16 L; RCp: 0,3 ± 0,13 L vs. 0,18 ± 0,1 L; RCa: 0,21 ± 0,1 L vs. 0,12 ± 0,1 L; AB: 0,25 ± 0,1 L vs. 0,15 ± 0,1 L; p>0,05 para todas las variables). La ventilación minuto incrementó de manera significativa durante la PEP en comparación a la respiración en reposo para ambos grupos (p>0,005). El volumen espiratorio final también fue más grande durante la PEP en comparación a la respiración en reposo para PT y la caja torácica pulmonar en ambos los grupos (p>0,05). Las distintas intensidades de PEP pueden inducir incrementos en los volúmenes de la pared torácica en pacientes con FC.

Proposta de um modelo murino de curta duração de resposta pulmonar alérgica aguda sem utilização de adjuvante / Proposed short-term model of acute allergic response, without adjuvant use, in the lungs of mice

OBJETIVO: Determinar se um protocolo curto de sensibilização com ovalbumina subcutânea, sem adjuvante, induziria uma resposta pulmonar eosinofílica em pulmões de camundongos similar àquela encontrada em protocolos previamente estabelecidos. MÉTODOS: Fêmeas adultas de camundongos BALB/c foram randomizadas e divididas em grupos de acordo com o número de sensibilizações com ovalbumina e o número/dosagem de provocação intranasal. O protocolo curto (10 dias) consistiu de uma sensibilização e três provocações com ovalbumina (100 µg). A contagem total e diferencial de células no lavado broncoalveolar, o nível de peroxidase eosinofílica no tecido pulmonar e o exame histopatológico dos pulmões foram realizados 24 h após a última provocação. RESULTADOS: Não houve diferenças significativas entre os grupos em relação às variáveis estudadas. O protocolo curto, assim como os outros protocolos estudados, induziu uma resposta eosinofílica pulmonar semelhante àquela do grupo controle positivo. CONCLUSÕES: A sensibilização por ovalbumina subcutânea sem o uso de adjuvante resultou em uma significativa resposta pulmonar alérgica em ratos, mesmo no grupo de protocolo curto. Nossos achados sugerem que esse protocolo curto pode ser utilizado como teste pré-clínico de primeira linha para a pesquisa de novos fármacos, reduzindo custos e o tempo de observação.

OBJECTIVE: To determine whether a short-term protocol using subcutaneous sensitization with ovalbumin, without the use of adjuvants, would induce an eosinophilic response in the lungs of mice similar to that observed in previous, well-established protocols. METHODS: Adult female BALB/c mice were randomized and divided into groups according to the number of sensitizations with ovalbumin and the number/dosage of intranasal ovalbumin challenges. The short-term protocol (10 days) consisted of one sensitization with ovalbumin and three ovalbumin challenges (100 µg). Total and differential cell counts in BAL fluid, levels of eosinophil peroxidase in lung tissue, and histopathological examination of the lungs were performed 24 h after the last ovalbumin challenge. RESULTS: No significant differences were found among the groups regarding the variables studied. The short-term protocol, as well as the other protocols studied, induced an eosinophilic response similar to that obtained in the positive control. CONCLUSIONS: Subcutaneous sensitization with ovalbumin and without the use of adjuvants resulted in a significant allergic response in the lungs of mice, even in the short-term protocol group. Our findings suggest that this short-term protocol can be used as a first-line pre-clinical test for the study of new medications, reducing the costs and observation periods.

Novas alternativas para protocolos com modelos murinos de asma / New alternatives for protocols with murine models of asthma

Objetivos: Testar alternativas de protocolos com modelos animais de asma aguda e crônica que apresentem características mais próximas da doença em humanos, utilizando ovalbumina livre de adjuvante.Métodos: Foram utilizadas fêmeas adultas de camundongos BALB/c, divididas em grupos de acordo com as sensibilizações com ovalbumina. O modelo agudo utilizou duas doses de ovalbumina subcutânea, sem adjuvante, com intervalo de sete dias, com posterior desafio intranasal durante três dias, comparado ao protocolo padrão que utiliza três doses de ovalbumina intraperitoneal, no período de sensibilização. O modelo crônico também utilizou ovalbumina subcutânea livre de adjuvante para sensibilização, com intervalo de 14 dias e posterior desafio intranasal, três vezes por semana, durante oito semanas. Contagem total e diferencial de células no lavado broncoalveolar e análise histológica dos pulmões foram realizadas 24 horas após o último desafio com ovalbumina.Resultados: Nos dois modelos estudados, agudo e crônico, observou-se uma resposta eosinofílica pulmonar semelhante entre os grupos. A contagem de células e a análise histológica do tecido pulmonar não apresentaram diferença significativa entre os grupos estudados.Conclusões: O uso de sensibilização subcutânea em modelo murino com ovalbumina, sem adjuvante (alum), resulta em significativa resposta inflamatória pulmonar alérgica, com predomínio de eosinófilos, podendo ser uma opção futura para experimentos mais próximos ao modelo humano, tanto na fase aguda, como na fase crônica da doença.

Aims: To test alternative protocols using animal models of acute and chronic asthma, with features closer to human disease, using ovalbumin without adjuvant. Methods: Adult female BALB/c mice were used and divided into groups according to sensitization with ovalbumin. The acute model used two doses of ovalbumin subcutaneously without adjuvant, on days 0 and 7, and after intranasal challenge for consecutives three days, compared with a standard protocol using three doses of ovalbumin for sensitization. The chronic model also used ovalbumin subcutaneously for sensitization, adjuvant-free, on days 0 and 14, and after intranasal challenge, for eight consecutive weeks. Total and differential cell counts from bronchoalveolar lavage and histopathology of the lungs were performed 24 hours after the last ovalbumin challenge. Results: In both models of protocols studied, acute and chronic, we have observed similar allergic pulmonary response between the groups. Cell counts and histological analysis of lung tissue showed no significant difference between groups. Conclusions: Use of sensitization in murine model with ovalbumin subcutaneously, with no adjuvant (alum), resulted in an expected allergic pulmonary response, with predominant eosinophils. These protocols may be a future option to animal models of asthma closer to the human disease, both in the acute and chronic patterns.

Modelos murinos para pesquisas em asma: uma análise crítica atualizada / Murine models for asthma research: An updated critical analysis

Objetivos: discutir as vantagens e limitações de pesquisas com modelos murinos em asma e suas aplicações mais imediatas.Fonte de Dados: foi realizada revisão da literatura no PubMed. Os descritores utilizados foram: mice, asthma, animal model e murine model. Síntese dos Dados: modelos experimentais murinos têm sido muito utilizados para elucidar a fisiopatogenia da asma brônquica e para avaliar novos alvos terapêuticos. Diversas críticas surgiram nos últimos anos em relação aos modelos utilizados. Os modelos animais diferem bastante da asma em humanos, particularmente em relação à utilização de adjuvante, via de administração e dose dos alergenos, além do tipo de resposta inflamatória pulmonar.Conclusões: novos modelos experimentais devem reproduzir da forma mais próxima possível as características da asma em humanos. Embora o modelo murino apresente inúmeras vantagens em relação a outros modelos animais, as limitações inerentes a esse tipo de estudo devem ser levadas em consideração no momento da extrapolação dos resultados para a doença em humanos.

Aims: To discuss the advantages and limitations of studies using murine models in asthma and the most immediate applications. Source of Data: A review of the literature using PubMed database was performed. The keywords used were: mice, asthma, animal model and murine model. Summary of Findings: Experimental models have been used to elucidate the pathophysiology of asthma and to evaluate new therapeutic targets. Several limitations related to the models currently used have emerged in recent years. Animal models are very different from the human asthma, particularly regarding to the use of adjuvant, administration route, dose of allergen and the type of pulmonary inflammatory response. Conclusions: New experimental models must reproduce the characteristics of human asthma as close as possible. Although murine models show several advantages in relation to other animals, the inherent limitations of this type of study must be considered before the extrapolation of results to human pathology.