A Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica (DPOC) destaca-se como um grave problema de saúde no mundo. O enfisema pulmonar, dentro do espectro das DPOC, caracteriza-se pelo alargamento dos espaços aéreos distais resultante da destruição do parênquima pulmonar. O tabagismo é considerado o principal fator relacionado ao surgimento da patologia. Considerando a escassez de aparelhos comercializados para exposição à fumaça de cigarro, bem como o elevado custo dos existentes, o presente projeto propôs um modelo experimental de enfisema por exposição à fumaça utilizando um novo aparato. Foram realizadas avaliações morfométricas e funcionais nos pulmões de ratos expostos à fumaça ou ao ar ambiente. Além disso, o peso dos animais foi aferido semanalmente. Os resultados indicaram alargamento dos espaços aéreos pulmonares, além de redução do ganho de peso nos animais expostos. Não houve diferenças funcionais entre os grupos controle e experimental. O trabalho objetivou o desenvolvimento de um aparato eficiente e menos custoso para estudos relacionados ao enfisema pulmonar. / The Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) stands out as a serious health problem in the world. The pulmonary emphysema, in the spectrum of COPD, has as main feature the enlargement of the airspaces distal resulting from destruction of lung parenchyma. Smoking is considered the main factor related to the development of pathology. Considering the lack of machines marketed for exposure to cigarette smoke, as well as the high cost of devices available, the currently project has proposed a experimental model of pulmonary emphysema induced by the use of a new apparatus. Were performed morphometric and functional measurements in the lung of rats exposed to cigarette smoke or clean air. Further, the animal weight was measured weekly. The results indicated enlargement of the pulmonary airspaces, as well as reduction of weight gain in animals exposed. There were no functional differences between control and experimental groups. The current study aimed to the development of an efficient and less costly apparatus for experimental studies related to the pulmonary emphysema.

O enfisema pulmonar é um dos maiores problemas de saúde pública atualmente. É caracterizado pela destruição permanente das paredes alveolares levando ao alargamento do espaço aéreo, à perda de retração elástica, à diminuição da superfície de troca gasosa, à hiperexpansão pulmonar e ao aumento do trabalho respiratório. Diferentes abordagens cirúrgicas são realizadas em pacientes enfisematosos, sendo a cirurgia redutora de volume pulmonar (CRVP) uma das mais utilizadas, devido à melhora imediata da qualidade de vida dos pacientes. Várias hipóteses são consideradas para explicar essa melhora, como o aumento do fluxo expiratório máximo, o aumento da elasticidade pulmonar, o aumento da capacidade vital e o crescimento pulmonar compensatório (CPC), sendo esta última uma das mais estudadas. Em modelos animais, a lobectomia (LBX) é utilizada para mimetizar a CRVP, pois o pulmão remanescente sofre rápido CPC, com restabelecimento de peso, volume, quantidade de DNA e níveis de proteínas do pulmão após 3 semanas. Este estudo teve o objetivo de investigar as mudanças estruturais e funcionais que ocorrem no pulmão após a LBX através de parâmetros morfométricos. Para tanto, utilizamos um modelo animal de enfisema pulmonar induzido pela instilação intratraqueal de elastase pancreática suína. Os efeitos do CPC foram avaliados 2 (T2), 4 (T4) e 16 (T16) semanas após a bilobectomia (ressecção dos lobos médio e cardíaco do pulmão direito). Os animais enfisematosos submetidos à LBX apresentaram: diminuição do intercepto linear médio (T2 e T16); aumento da proporção de fibras elásticas (T2 e T16); melhora da elastância pulmonar (T4 e T16); e CPC devido ao aumento de peso e volume pulmonar (T2 e T4) e aumento do volume total da região respiratória (T4 e T16) e do tecido respiratório (T2, T4 e T16). Concluímos que a bilobectomia promoveu o CPC nos animais enfisematosos com a reestruturação da arquitetura alveolar e melhora da função respiratória / Currently, the pulmonary emphysema is a major public health issues. It is characterized by permanent destruction of alveolar walls leading to airspace enlargement, elastic retraction loss, gas exchange surface reduction, lung overexpansion and increased breathing effort. Different surgical approaches are performed in patients with emphysema. Lung volume reduction surgery (LVRS) is one of the most widely used, due to immediate improvement in life quality of these patients. Several hypotheses are considered to explain this improvement, such as increasing the maximum expiratory flow, improved lung elasticity, increased vital capacity, and compensatory lung growth (CLG), which is one of the most studied. In animal models, lobectomy (LBX) is used to mimic LVRS because the remaining lung undergoes rapid CLG, with restoration of weight, volume, amount of DNA and protein levels of the lung after three weeks. This study investigated the structural and functional changes that occur in the lungs after LBX by morphometric parameters. We used an animal model of pulmonary emphysema induced by intratracheal instillation of porcine pancreatic elastase. The CLG effects were evaluated 2 (T2), 4 (T4) and 16 (T16) weeks after bilobectomy (resection of the middle and cardiac lobes of the right lung). After lobectomy, the emphysematous animals presented: mean linear intercept decrease (T2 and T16); increased proportion of elastic fibers (T2 and T16); lung elastance improvement (T4 and T16); and CLG due to the increase of both weight and volume of the lung (T2 and T4), beside the increase of total volume of respiratory region (T4 and T16) and respiratory tissue (T2, T4 and T16). We conclude that bilobectomy promoted the CLG in emphysematous animals by the restructuring of alveolar architecture and respiratory function improvement

A Doenca Pulmonar Obstrutiva Cronica (DPOC) e uma patologia que apresenta obstrucao ao fluxo aereo. No enfisema ocorre destruicao da matriz extracelular que resulta no alargamento do espaco aereo. A hiper-responsividade bronquica pode ocorrer em pacientes com DPOC. Nesse contexto o objetivo desse estudo foi averiguar a responsividade bronquica apos desafio com metacolina (MCh) em um modelo de enfisema induzido por elastase pancreatica de porco (PPE). Para tal utilizamos camundongos machos Swiss (25-30g), divididos aleatoriamente em tres grupos: o grupo controle foi instilado via intratraqueal com solucao salina e o grupo enfisema subdividido em dois grupos instilados com PPE (0,3 e 0,6U). Apos 20 dias, os animais foram anestesiados, traqueostomizados, acoplados em ventilador para pequenos animais e submetidos a inalacao de salina e MCh (50 e 100mg/mL). A avaliacao da mecanica respiratoria utilizou o modelo de fase constante e os parametros analisados foram resistencia das vias aereas (Raw), resistencia tecidual (G), elastancia tecidual (H) e histeresividade (ƒÅ). Apos o teste, os pulmoes foram removidos para analises histologicas e quantificacao de proteinas. Os resultados da mecanica respiratoria mostraram que os valores de Raw, G e ƒÅ, tanto basais quanto apos nebulizacao com salina, nao apresentaram diferencas entre os grupos quando comparado com o grupo controle, porem a H no grupo enfisema 0,6U foi menor quando comparado com o grupo controle. Apos o desafio com MCh 100mg/mL, a Raw foi atenuada nos animais com enfisema 0,3U. A G aumentou nos animais com enfisema 0,3U. A H nos animais com enfisema 0,6U diminuiu. A ƒÅ apos nebulizacao de MCh 50 e 100mg/ml elevou-se nos animais instilados com PPE 0,3 e 0,6U. Na analise morfologica, o grupo tratado com PPE 0,6U aumentou as areas de colapso alveolar, o numero de alveolos hiperinsuflados foi maior nos grupos enfisema 0,3 e 0,6U, o intercepto linear medio elevou-se em ambos os grupos tratados com PPE e o numero de alveolos normais reduziu em ambos os grupos enfisema quando comparado com o grupo controle. A quantificacao de proteinas mostrou diminuicao de elastina no grupo 0,6U e aumento de colageno tipo III nos grupos 0,3 e 0,6U. Os resultados mostraram que animais com enfisema induzido por PPE 0,3U apresentam atenuacao da responsividade bronquica durante a inalacao de MCh (100mg/mL), sugerindo que a perda da integridade do epitelio pulmonar e o remodelamento tecidual aumentam a heterogeneidade dos pulmoes. / Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) is a disease that presents airflow obstruction. In emphysema, there is destruction of the extracellular matrix resulting in enlargement of the airspace. The bronchial hyperresponsiveness can occur in patients with COPD. In this context, the objective of this study was to evaluate the responsiveness after bronchial challenge with methacholine (MCh) in a model of emphysema induced by porcine pancreatic elastase (PPE). Swiss male mice (25 - 30g) were randomly divided into three groups: the control group was intratracheally instilled with saline and emphysema group was subdivided into two other groups that were instilled with PPE (0.3 and 0.6 U). After 20 days the animals were anesthetized , tracheotomized , connected to ventilator for small animals and subjected to inhalation of salina and MCh (50 and 100mg/mL) . The evaluation of respiratory mechanics used the model of constant phase and the parameters analyzed were airway resistance (Raw), tissue resistance (G), tissue elastance (H) and hysteresivity (ç). The lungs were removed for histological analysis and quantification of proteins after the test. The results of respiratory mechanics showed that the baseline and after nebulization with saline the parameters Raw, G and ç showed no differences between groups when compared with the control group, but the H in group emphysema 0.6U was lower . After challenge with MCh 100mg/mL Raw was attenuated in animals with emphysema 0.3U. The G increased in animals with emphysema 0.3U. The H in animals with emphysema 0.6 U decreased. The ç after misting of MCh 50 and 100mg/mL increased in animals instilled with PPE 0.3 and 0.6U. In the morphological analysis the group treated with PPE 0.6U increased areas of alveolar collapse, alveolar number of hyperinflation was higher in groups emphysema 0.3 and 0.6U, linear mean intercept increased in both groups treated with PPE and reduced number of normal alveoli in both groups emphysema when compared with the control group. The protein quantification showed decrease of elastin in the group 0.6 U and increased collagen type III in the groups treated with PPE. Our results show that animals with elastase-induced emphysema 0.3U have attenuation of bronchial hyperresponsiveness during inhalation of MCh (100mg/mL), suggesting that loss of integrity of the epithelial lung tissue and tissue remodeling increased the heterogeneity of lungs. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

O enfisema pulmonar é caracterizado pela destruição das paredes alveolares, sendo a fumaça de cigarro o principal agente etiológico. Pretendeu-se, neste estudo, comparar os efeitos terapêuticos do transplante de células mononucleares da medula óssea (BMMC) e células mesenquimais (CTM) em animais com enfisema pulmonar induzido por exposição à fumaça de cigarro. Camundongos fêmeas da linhagem C57Bl6/J foram expostos à fumaça de cigarro durante 90 dias e, 21 dias após o término do período de exposição, receberam BMMC ou CTM derivadas da medula óssea de camundongos machos da linhagem C57Bl6/J, expressando a proteína GFP. As análises morfométricas mostraram que os tratamentos com BMMC e CTM foram eficientes na recuperação do parênquima pulmonar dos animais expostos à fumaça de cigarro. Testes de fluorescência direta e PCR mostraram a migração de BMMC e CTM para o pulmão. Desta forma, pode-se concluir que, morfologicamente, a terapia celular com BMMC ou CTM é eficaz no tratamento do enfisema pulmonar resultante da exposição à fumaça de cigarro em modelo animal. / Pulmonary emphysema is characterized by destruction of alveolar walls, and the cigarette smoking is the main etiologic agent. It was intended in this study to compare the therapeutic effects of the transplantation of bone marrow mononuclear cells (BMMC) and mesenchymal stem cells (MSC) in animals with pulmonary emphysema induced by exposure to cigarette smoke. C57Bl6/J female mice were exposed to cigarette smoke for 90 days and 21 days after the end of the exposure time, received BMMC or MSC derived from bone marrow of C57Bl6/J male mice expressing the GFP protein. The morphometric analysis showed that treatments with BMMC and MSC were efficient in recovering the lung of animals exposed to cigarette smoke. Fluorescence and PCR tests showed the migration of BMMC and MSC to the lung. Thus, it is concluded the cell therapy with BMMC or CTM is morphologically effective in the treatment of pulmonary emphysema resulting from exposure to cigarette smoke in an animal model.

Objetivos: Verificar alterações na mecânica e parâmetros de morfometria pulmonar em um estudo temporal sobre enfisema em um modelo animal. Métodos:Setenta camundongos Balb / c receberam instilação nasal de solução de papaína ou salina e foram estudados no 1º, 3º, 15º, 28º e 40º dias após a instilação. Resistência das vias aéreas (Raw), Resistência do tecido (Gtis) e elastância tecidual (Htis), foram analisados. Intercepto Linear Médio (Lm), a proporção do volume de fibras elásticas e colágenas, macrófagos (MAC), o número de células que expressam MMP12 e a expressão de -isoprostano 8 no parênquima pulmonar, foram medidos. Resultados: Comparando os grupos papaína e solução salina ao longo do tempo, foi observado um aumento de Lm após o dia 28, associado a uma diminuição no Htis e Gtis. Houve um aumento na proporção do volume das fibras colágenas a partir do dia 15 até o dia 40, enquanto a proporção do volume de fibras elásticas foi aumentada somente no dia 40. Analisando o número de macrófagos, houve um aumento no dia 1 e manteve-se crescente até o dia 40. A expressão de MMP12 aumentou a partir do dia 3 até o dia 40. No entanto, a expressão de isoprostano 8 foi maior apenas no dias 1 e 3. Conclusão: Um aumento significativo no intercepto linear médio (Lm) após o dia 28 de instilação de papaína foi associado a uma piora na função pulmonar caracterizando assim o enfisema pulmonar. No entanto, no dia 40, as diferenças na morfometria foram mantidos, mas não houve diferenças na mecânica respiratória. O remodelamento da matriz extracelular observada no parênquima pulmonar no dia 40 poderia explicar estes resultados / Objectives: To verify how mechanical and morphometry parameters change in a temporal study of emphysema in an animal model. Methods: Balb/c mice received either a nasal drop of papain solution (Papa) or saline (Sal) and were studied on the 1st, 3rd, 15th, 28th and 40th days after instillation. We evaluated airway resistance (Raw), tissue damping (Gtis) and tissue elastance (Htis). Using morphometry, we measured mean linear intercept (Lm), volume proportion of elastic and collagen fibers, number of macrophages (MAC), number of cells expressing MMP12 and the expression of 8-isoprostane in parenchyma. Results: Comparing Papain and Saline groups in each time window, we observed an increase in Lm after the 28th day associated to a decrease in Htis and Gtis. The volume proportion of collagen fibers increased from the 15th to the 40th day, while the volume proportion of elastic fibers increased only on the 40th day. Analyzing the macrophages number, there was an increase on the 1st day, and it continued increasing until the 40th day. The expression of MMP12 increased from the 3rd until 40th day. However, the expression of 8-isoprostane increased only on the 1st and the 3rd day. Conclusions: A significant increase in mean linear intercept (Lm) after the 28th day of papain instillation was associated to a worsening in lung function. However, on the 40th day, differences in morphometry maintained but there were no differences in respiratory assessment. The extracellular matrix remodeling observed in lung parenchyma on the 40th day could explain these results

INTRODUÇÃO: Os macrófagos são células inflamatórias importantes no desenvolvimento e progressão do enfisema pulmonar e dependendo do estímulo do microambiente estas células podem ser diferenciadas em fenótipos M1 ou fenótipo M2. Os macrófagos de fenótipo M1 são reconhecidos como pró-inflamatórios enquanto que os macrófagos de fenótipo M2 são reconhecidos pela ação anti-inflamatória. O objetivo deste estudo foi caracterizar a polarização dos macrófagos em fenótipos M1 e M2 nos diferentes modelos experimentais de indução de enfisema pulmonar. MÉTODOS: foram utilizados camundongos C57BL/6 machos e foram divididos em quatro grupos experimentais, Grupo PPE (Elastase Pancreática de Porco): Animais que receberam instilação intranasal de 50 microL de PPE (0,667UI) com eutanásia no 28° dia; Grupo Salina: Animais que receberam instilação intranasal de 50 microL de soro fisiológico (SF) (0,9%) com eutanásia no 28° dia; Grupo Fumo: Animais que foram expostos à fumaça de cigarro durante 30 minutos, duas vezes por dia, 5 dias por semana consecutivos durante 12 semanas e Grupo Controle: Animais que foram mantidos no biotério e expostos ao ar ambiente por 12 semanas. Após eutanásia, os pulmões foram removidos, fixados em formaldeído e em seguida, foram feitos cortes para análise do intercepto linear médio (Lm) e contagem de células positivas para os macrófagos totais (MAC-2), interferon-gama (IFN)-gama e fator de necrose tumoral (TNF)-alfa, interleucina (IL)-10, transformação do fator do crescimento (TGF)-beta, metaloproteases (MMP)-9 e -12, no parênquima pulmonar. Pela técnica de ELISA foi avaliado no lavado broncoalveolar (LBA): IFN-gama e IL-12 (fenótipo M1) e IL-4, IL-10 e IL-13 (fenótipo M2). Pela técnica de PCR em tempo-real foi avaliada a expressão gênica para cluster of differentiation 68 (CD68), fator de regulação de interferon (Irf)-5, quimiocinas- CXC (CXCL9) e (CXCL10), o receptor de interleucina (IL)-12b e óxido nítrico sintase (iNOS) (fenótipo M1) e Irf-4, resistin-like molecule alpha (Fizz1), chitinase-3-like protein 3 (Ym1) e arginina-1 (Arg1) (fenótipo M2). RESULTADOS: Nossos resultados demonstraram aumento dos espaços aéreos distais e consequente presença de enfisema pulmonar nos dois grupos avaliados. Observamos redução da expressão gênica para CD68 no grupo PPE em comparação ao seu controle e tendência a aumento da expressão deste gene para o grupo Fumo comparado ao seu controle. A avaliação da expressão gênica para marcadores M1 revelou aumento para CXCL9 e CXCL10 nos grupos PPE, aumento de CXCL9 e redução de CXCL10 no grupo Fumo e redução de IL-12b no grupo Fumo comparados aos seus respectivos controles. A avaliação da expressão gênica para fenótipo M2, demonstrou diminuição de Arg1 e Fizz1 nos grupos PPE comparado ao salina. Pela técnica de ELISA encontramos uma redução de IL-4, IL-10 e IL-13 nos grupos PPE e aumento no grupo Fumo de IL-10, ambos comparados aos seus respectivos controles. Para a contagem de células positivas MAC-2, encontramos o aumento de macrófagos totais nos dois modelos avaliados, para marcadores de fenótipo M1, encontramos aumento de TNF-alfa e IFN-gama nos dois modelos avaliados, para marcadores de fenótipo M2, encontramos aumento de TGF-beta nos dois modelos de enfisema pulmonar avaliado. Entretanto para interleucina-10 encontramos uma redução no grupo PPE e aumento no grupo Fumo, ambos comparados aos seus respectivos controles. CONCLUSÃO: Demonstramos que os modelos induzidos pela exposição a fumaça de cigarro e instilação elastase resultaram em diferentes polarizações de macrófagos devido às diferenças do microambiente e que o modelo experimental de exposição à fumaça de cigarro foi o que melhor representou as características fisiológicas observadas em pacientes DPOC / Macrophages are important inflammatory cells on development and progression of pulmonary emphysema. Depending on microenvironment stimuli, these cells can differentiate into M1 or M2 phenotypes. Macrophages M1 phenotype play proinflammatory role whereas macrophages M2 phenotype play anti-inflammatory role. Our objective was to characterize the polarization of macrophages in M1 and M2 phenotypes in different experimental models of pulmonary emphysema induction. Male C57BL/6 mice were used and divided into four experimental groups. Group PPE (Porcine Pancreatic Elastase): Animals received intranasal instillation of 50 microL of PPE (0.677 IU) with euthanasia on the 28th day; Saline Group: Animals which received intranasal instillation of 50 microL SF (0.9%) with euthanasia on the 28th day; Cigarette Smoke Group: Animals exposed to cigarette smoke for 30 minutes, twice a day, 5 days a week for 12 weeks and Control Group: Animals that were exposed to ambient air for 12 weeks. After euthanasia, the lungs were removed, fixed in formaldehyde and then sectioned for analysis of the mean linear intercept (Lm) and counting of cells positive for total macrophages (MAC-2), interferon gamma (IFN-gama), factor Tumor necrosis (TNF-alfa), interleukin (IL)-10, transforming growth factor beta (TGF)-beta, matrix metalloproteinases- (MMP)-9 e -12 in the lung parenchyma through the immunohistochemistry technique. In order to evaluate the expression of proteins we used ELISA technique for IFN-gama and IL-12 (M1 phenotype) and IL-4, IL-10 and IL-13 (M2 phenotype) by bronchoalveolar lavage (BAL). They were also evaluated by gene expression analysis by the Real Time-PCR technique for cluster of differentiation 68 (CD68), interferon regulating factor (Irf-5), chemokines CXC (CXCL9) and (CXCL10), subunit beta of interleukin 12 (IL-12b) and nitric oxide synthase (iNOS) and for M2 phenotypes were analyzed Irf4, found in inflammatory zone- 1(Fizz1), chitinase type-1 (Ym1) and arginine-1 (Arg1) molecules. RESULTS: Our results demonstrated an increase in distal air spaces and consequent presence of pulmonary emphysema in both groups. Also, we observed reduction of CD-68 gene expression in PPE group compared to his control and tendency to increase the expression on Cigarette Smoke group (CS) compared to his Control. The evaluation of gene expression for M1 markers revealed an increase for CXCL9 and CXCL10 in the PPE groups, increase of CXCL-9 and reduction of CXCL10 on CS group and reduction of IL-12b on CS group compared to their respective controls. The evaluation of gene expression for M2 phenotype demonstrated a decrease of Arg1 and Fizz1 in PPE groups compared to saline group. By ELISA technique, we found reduction of IL-4, IL-10 and IL-13 on PPE groups, while we did not observe statistical difference in CS group, both compared to their respective controls. The TNF-alfa and IFN-gama positive cells counts showed an increase for both groups in the two models evaluated, for M2 phenotype we found an increase for TGF-beta in both emphysema models whereas for IL-10 we found a reduction in PPE group and increase on CS group, both compared to their respective controls. CONCLUSIONS: We demonstrated that the models induced by exposure to cigarette smoke and elastase instillation resulted in different macrophages polarizations due to differences in the microenvironment and that the experimental model of exposure to cigarette smoke was the one that best represented the physiological characteristics observed in COPD patients

INTRODUÇÃO: Os macrófagos são células inflamatórias importantes no desenvolvimento e progressão do enfisema pulmonar e dependendo do estímulo do microambiente estas células podem ser diferenciadas em fenótipos M1 ou fenótipo M2. Os macrófagos de fenótipo M1 são reconhecidos como pró-inflamatórios enquanto que os macrófagos de fenótipo M2 são reconhecidos pela ação anti-inflamatória. O objetivo deste estudo foi caracterizar a polarização dos macrófagos em fenótipos M1 e M2 nos diferentes modelos experimentais de indução de enfisema pulmonar. MÉTODOS: foram utilizados camundongos C57BL/6 machos e foram divididos em quatro grupos experimentais, Grupo PPE (Elastase Pancreática de Porco): Animais que receberam instilação intranasal de 50 microL de PPE (0,667UI) com eutanásia no 28° dia; Grupo Salina: Animais que receberam instilação intranasal de 50 microL de soro fisiológico (SF) (0,9%) com eutanásia no 28° dia; Grupo Fumo: Animais que foram expostos à fumaça de cigarro durante 30 minutos, duas vezes por dia, 5 dias por semana consecutivos durante 12 semanas e Grupo Controle: Animais que foram mantidos no biotério e expostos ao ar ambiente por 12 semanas. Após eutanásia, os pulmões foram removidos, fixados em formaldeído e em seguida, foram feitos cortes para análise do intercepto linear médio (Lm) e contagem de células positivas para os macrófagos totais (MAC-2), interferon-gama (IFN)-gama e fator de necrose tumoral (TNF)-alfa, interleucina (IL)-10, transformação do fator do crescimento (TGF)-beta, metaloproteases (MMP)-9 e -12, no parênquima pulmonar. Pela técnica de ELISA foi avaliado no lavado broncoalveolar (LBA): IFN-gama e IL-12 (fenótipo M1) e IL-4, IL-10 e IL-13 (fenótipo M2). Pela técnica de PCR em tempo-real foi avaliada a expressão gênica para cluster of differentiation 68 (CD68), fator de regulação de interferon (Irf)-5, quimiocinas- CXC (CXCL9) e (CXCL10), o receptor de interleucina (IL)-12b e óxido nítrico sintase (iNOS) (fenótipo M1) e Irf-4, resistin-like molecule alpha (Fizz1), chitinase-3-like protein 3 (Ym1) e arginina-1 (Arg1) (fenótipo M2). RESULTADOS: Nossos resultados demonstraram aumento dos espaços aéreos distais e consequente presença de enfisema pulmonar nos dois grupos avaliados. Observamos redução da expressão gênica para CD68 no grupo PPE em comparação ao seu controle e tendência a aumento da expressão deste gene para o grupo Fumo comparado ao seu controle. A avaliação da expressão gênica para marcadores M1 revelou aumento para CXCL9 e CXCL10 nos grupos PPE, aumento de CXCL9 e redução de CXCL10 no grupo Fumo e redução de IL-12b no grupo Fumo comparados aos seus respectivos controles. A avaliação da expressão gênica para fenótipo M2, demonstrou diminuição de Arg1 e Fizz1 nos grupos PPE comparado ao salina. Pela técnica de ELISA encontramos uma redução de IL-4, IL-10 e IL-13 nos grupos PPE e aumento no grupo Fumo de IL-10, ambos comparados aos seus respectivos controles. Para a contagem de células positivas MAC-2, encontramos o aumento de macrófagos totais nos dois modelos avaliados, para marcadores de fenótipo M1, encontramos aumento de TNF-alfa e IFN-gama nos dois modelos avaliados, para marcadores de fenótipo M2, encontramos aumento de TGF-beta nos dois modelos de enfisema pulmonar avaliado. Entretanto para interleucina-10 encontramos uma redução no grupo PPE e aumento no grupo Fumo, ambos comparados aos seus respectivos controles. CONCLUSÃO: Demonstramos que os modelos induzidos pela exposição a fumaça de cigarro e instilação elastase resultaram em diferentes polarizações de macrófagos devido às diferenças do microambiente e que o modelo experimental de exposição à fumaça de cigarro foi o que melhor representou as características fisiológicas observadas em pacientes DPOC / Macrophages are important inflammatory cells on development and progression of pulmonary emphysema. Depending on microenvironment stimuli, these cells can differentiate into M1 or M2 phenotypes. Macrophages M1 phenotype play proinflammatory role whereas macrophages M2 phenotype play anti-inflammatory role. Our objective was to characterize the polarization of macrophages in M1 and M2 phenotypes in different experimental models of pulmonary emphysema induction. Male C57BL/6 mice were used and divided into four experimental groups. Group PPE (Porcine Pancreatic Elastase): Animals received intranasal instillation of 50 microL of PPE (0.677 IU) with euthanasia on the 28th day; Saline Group: Animals which received intranasal instillation of 50 microL SF (0.9%) with euthanasia on the 28th day; Cigarette Smoke Group: Animals exposed to cigarette smoke for 30 minutes, twice a day, 5 days a week for 12 weeks and Control Group: Animals that were exposed to ambient air for 12 weeks. After euthanasia, the lungs were removed, fixed in formaldehyde and then sectioned for analysis of the mean linear intercept (Lm) and counting of cells positive for total macrophages (MAC-2), interferon gamma (IFN-gama), factor Tumor necrosis (TNF-alfa), interleukin (IL)-10, transforming growth factor beta (TGF)-beta, matrix metalloproteinases- (MMP)-9 e -12 in the lung parenchyma through the immunohistochemistry technique. In order to evaluate the expression of proteins we used ELISA technique for IFN-gama and IL-12 (M1 phenotype) and IL-4, IL-10 and IL-13 (M2 phenotype) by bronchoalveolar lavage (BAL). They were also evaluated by gene expression analysis by the Real Time-PCR technique for cluster of differentiation 68 (CD68), interferon regulating factor (Irf-5), chemokines CXC (CXCL9) and (CXCL10), subunit beta of interleukin 12 (IL-12b) and nitric oxide synthase (iNOS) and for M2 phenotypes were analyzed Irf4, found in inflammatory zone- 1(Fizz1), chitinase type-1 (Ym1) and arginine-1 (Arg1) molecules. RESULTS: Our results demonstrated an increase in distal air spaces and consequent presence of pulmonary emphysema in both groups. Also, we observed reduction of CD-68 gene expression in PPE group compared to his control and tendency to increase the expression on Cigarette Smoke group (CS) compared to his Control. The evaluation of gene expression for M1 markers revealed an increase for CXCL9 and CXCL10 in the PPE groups, increase of CXCL-9 and reduction of CXCL10 on CS group and reduction of IL-12b on CS group compared to their respective controls. The evaluation of gene expression for M2 phenotype demonstrated a decrease of Arg1 and Fizz1 in PPE groups compared to saline group. By ELISA technique, we found reduction of IL-4, IL-10 and IL-13 on PPE groups, while we did not observe statistical difference in CS group, both compared to their respective controls. The TNF-alfa and IFN-gama positive cells counts showed an increase for both groups in the two models evaluated, for M2 phenotype we found an increase for TGF-beta in both emphysema models whereas for IL-10 we found a reduction in PPE group and increase on CS group, both compared to their respective controls. CONCLUSIONS: We demonstrated that the models induced by exposure to cigarette smoke and elastase instillation resulted in different macrophages polarizations due to differences in the microenvironment and that the experimental model of exposure to cigarette smoke was the one that best represented the physiological characteristics observed in COPD patients

INTRODUÇÃO: Os macrófagos são tipos celulares envolvidos na progressão do enfisema pulmonar e podem assumir funções diferentes, dependendo dos estímulos que recebem e do microambiente. Na presença de interferon-? (IFN-y) ocorre a polarização de macrófagos M1, reconhecidos como pró-inflamatórios. Entretanto em presença de interleucinas (IL) -4 e IL-13 ocorre a polarização alternativa de macrófagos do tipo M2, reconhecidos por exercerem ação anti-inflamatória e com boa ação fagocítica para microrganismos e células apoptóticas (eferocitose). A progressão do enfisema está associada à redução da atividade da eferocitose e a resposta pulmonar na presença de poluentes depende da ação efetiva dos macrófagos para eliminação destas partículas. OBJETIVO: verificar a participação dos diferentes fenótipos de macrófagos envolvidos no processo de desenvolvimento do enfisema em camundongos submetidos a poluentes. MÉTODOS: Camundongos C57BL/6 machos receberam instilação intranasal de elastase pancreática de porco (PPE) para indução de enfisema e os grupos Controle receberam salina e ambos foram expostos ao ar poluído (PPE+POL e SAL+POL) ou filtrado (PPE+AF e SAL+AF) por 60 dias de acordo com os grupos. Avaliamos mecânica respiratória, perfil inflamatório no lavado broncoalveolar (LBA), intercepto linear médio (Lm), fibras elásticas e de colágeno e também avaliamos a expressão de citocinas IL-12, TNF-alfa, IFN-y, IL-4, IL-10 e IL-13 pela técnica de ELISA em homogenato de pulmão. RESULTADOS: Os grupos SAL+POL e PPE+AF mostraram um aumento no aumento intecepto alveolar, macrófagos, linfócitos e células epiteliais no LBA, e nas fibras elásticas e colágenas e nas quantidades de células Caspase 3 positivas e estas respostas foram exacerbadas em animais que receberam PPE e foram expostos a partículas exauridas de diesel. A análise da mecânica respiratória revelou uma diminuição na Htis (resistência tecidual) e Gtis (elastância tecidual) apenas nos grupos PPE, enquanto a expressão de IL-4, IL-10 e IL-13 foi aumentada apenas nos grupos expostos a poluição. RT-PCR e citometria de fluxo mostraram um aumento para os marcadores fenotípicos M2 nos grupos PPE+ AF e SAL+ POL e estas respostas foram exacerbadas no grupo PPE + POL. CONCLUSÃO: A associação entre instilação de PPE e exposição ao diesel exarcebou a resposta inflamatória e o enfisema em camundongos. Além disso, apenas a exposição ao às partículas poluentes exauridos da queima do diesel já induziu uma resposta inflamatória com desenvolvimento de enfisema mesmo em concentrações que estão de acordo com os padrões internacionais de qualidade do ar ambiente. Ambos os fatores induziram uma polarização do fenótipo M2, provavelmente devido à alta demanda por fagocitose de células apoptóticas / BACKGROUND: Macrophages are cells involved on progression of pulmonary emphysema and may assume different functions depending on microenvironment. stimuli. In presence of Interferon-? (IFN-y) occurs the polarization of macrophages M1, recognized as pro-inflammatory. However, in presence of interleukins-4 (IL-4) and -13 (IL-13), there is an alternative polarization of M2-type macrophages, recognized as anti-inflammatory action and good phagocytic action for microorganisms and apoptotic cells. Considering that the progression of emphysema is associated with the reduction of eferocytosis activity and that the pulmonary response on presence of pollutants depends on the effective action of the macrophages to eliminate these particles. AIM: To perform a temporal analysis of inflammation progression mediated by immune verify the participation of the different macrophages phenotypes involved in the process development of emphysema in mice submitted to pollutants. METHODS: C57BL/6 mice received intranasal instillation of elastase for emphysema induction on control groups received saline and exposed to polluted or filtered air for 60 days according to the groups. We evaluated respiratory mechanics, elastic and collagen fibers and in the amounts of Caspase 3 positive cells and inflammatory profile in BAL and evaluation of the mean linear intercept, we also evaluated the expression of IL-12, TNF-alpha, IFN-y, IL-4, IL-10 and IL-13 cytokines by ELISA in lung homogenate. RESULTS: The SAL + POL and PPE + AF groups showed an increase in alveolar intelect enhancement, macrophages, lymphocytes and epithelial cells in BAL, and in elastic and collagen fibers and in the amounts of Caspase 3 positive cells and these responses were exacerbated in animals receiving PPE and were exposed to diesel exhausted particles. The analysis of respiratory mechanics revealed a decrease in tissue elastance and tissue damping only in the PPE groups, whereas IL-4, IL-10 and IL-13 expression was increased only in the groups exposed to pollution. RT-PCR and flow cytometry showed an increase for the M2 phenotypic markers in the PPE + AF and SAL + POL groups and these responses were exacerbated in the PPE + POL group. CONCLUSION: The association between PPE instillation and diesel exposure exacerbated the inflammatory response and emphysema in mice. In addition, only exposure to particulate pollutants exhausted from diesel burning has already induced an inflammatory response with the development of emphysema even at concentrations that are in line with international ambient air quality standards. Both factors induced a polarization of the M2 phenotype, probably due to the high demand for phagocytosis of apoptotic cells

O presente estudo tem como objetivo investigar a ação da insulina no desenvolvimento da resposta inflamatória aguda e crônica do enfisema pulmonar induzido por elastase pancreática de porco (EPP). Ratos machos da raça Wistar (aloxana, 42 mg/kg, i.v., 10 dias) e ratos controle foram instilados com solução salina fisiológica contendo EPP (0.25 UI/0.2 mL, pulmão direito) ou salina (pulmão esquerdo). Foram realizadas as seguintes análises: a) número de leucócitos presentes no lavado broncoalveolar dos animais, 6 h após a instilação com salina ou elastase (fase aguda); b) diâmetro médio alveolar (m), quantificação das fibras elásticas e colágenas (%), análise radiográfica do volume pulmonar e número de macrófagos alveolares (mm2) 50 dias após instilação com salina ou EPP (fase crônica). Ratos diabéticos apresentaram uma redução de 42% no número de neutrófilos presentes no lavado broncoalveolar, um aumento de 20% do diâmetro médio alveolar, um aumento de 15% do volume pulmonar e uma diminuição de 33% das fibras elásticas nos septos alveolares, sem alteração na quantidade de fibras colágenas. Não houve diferença no número de macrófagos. Tratamento dos ratos diabéticos com 4 UI de insulina NPH, 2 h após a instilação de elastase restaurou completamente o número de neutrófilos do lavado broncoalveolar. O diâmetro médio alveolar, volume pulmonar e a fração de área de fibras elásticas presentes nos septos alveolares foram semelhantes aos valores observados nos ratos controle, após o tratamento com 4 UI de insulina 2 h após a instilação, seguida de 2 UI/dia pelos próximos 50 dias. Além disso, observou-se aumento do número de macrófagos em ratos diabéticos tratados com insulina. Os resultados sugerem que a insulina modula o desenvolvimento das fases aguda e crônica do enfisema pulmonar induzido por EPP, assegurando uma reparação e remodelamento tecidual dentro dos limites da normalidade / The present study was undertaken to investigate the role of insulin in the development of acute and chronic inflammatory responses in porcine pancreatic elastase (PPE)-induced pulmonary emphysema. Diabetic male Wistar rats (alloxan, 42 mg/kg, i.v., 10 days) and control rats were instilled with physiological saline solution containing PPE (0.25 IU/0.2 mL, right lung) or saline only (left lung). The following analyses were performed: a) number of leukocytes in the bronchoalveolar lavage (BAL) fluid of the animals, 6 h after saline or PPE instillation (acute phase); b) mean alveolar diameter (m), quantification of elastic and collagen fibers (%), radiographic analyses of lung volume, and number of alveolar macrophages (mm2) 50 days after saline or PPE instillation (chronic phase). Relative to controls, alloxan-induced diabetic rats presented 42% reduction in the number of neutrophils in BAL fluid, 20% increase in mean alveolar diameter, 15% increase in lung volume, 33% decrease of elastic fibers in alveolar septa, without changes in the content of collagen fibers. There were no differences in the number of macrophages. Treatment of diabetic rats with 4 IU neutral protamine Hagedorn (NPH) insulin, 2 h before elastase instillation restored the number of neutrophils in BAL fluid. Mean alveolar diameter, lung volume, and elastic fibers in alveolar septa matched the values observed in control rats, after treatment with 4 IU NPH insulin 2 h before instillation, followed by 2 IU/day for the next 50 days. Furthermore, increased number of macrophages was observed in insulin-treated diabetic rats. Data presented suggest that insulin modulates the development of acute and chronic phases of PPE-induced pulmonary emphysema, assuring normal repair and tissue remodeling.

O enfisema pulmonar é um dos maiores problemas de saúde pública atualmente. É caracterizado pela destruição permanente das paredes alveolares levando ao alargamento do espaço aéreo, à perda de retração elástica, à diminuição da superfície de troca gasosa, à hiperexpansão pulmonar e ao aumento do trabalho respiratório. Diferentes abordagens cirúrgicas são realizadas em pacientes enfisematosos, sendo a cirurgia redutora de volume pulmonar (CRVP) uma das mais utilizadas, devido à melhora imediata da qualidade de vida dos pacientes. Várias hipóteses são consideradas para explicar essa melhora, como o aumento do fluxo expiratório máximo, o aumento da elasticidade pulmonar, o aumento da capacidade vital e o crescimento pulmonar compensatório (CPC), sendo esta última uma das mais estudadas. Em modelos animais, a lobectomia (LBX) é utilizada para mimetizar a CRVP, pois o pulmão remanescente sofre rápido CPC, com restabelecimento de peso, volume, quantidade de DNA e níveis de proteínas do pulmão após 3 semanas. Este estudo teve o objetivo de investigar as mudanças estruturais e funcionais que ocorrem no pulmão após a LBX através de parâmetros morfométricos. Para tanto, utilizamos um modelo animal de enfisema pulmonar induzido pela instilação intratraqueal de elastase pancreática suína. Os efeitos do CPC foram avaliados 2 (T2), 4 (T4) e 16 (T16) semanas após a bilobectomia (ressecção dos lobos médio e cardíaco do pulmão direito). Os animais enfisematosos submetidos à LBX apresentaram: diminuição do intercepto linear médio (T2 e T16); aumento da proporção de fibras elásticas (T2 e T16); melhora da elastância pulmonar (T4 e T16); e CPC devido ao aumento de peso e volume pulmonar (T2 e T4) e aumento do volume total da região respiratória (T4 e T16) e do tecido respiratório (T2, T4 e T16). Concluímos que a bilobectomia promoveu o CPC nos animais enfisematosos com a reestruturação da arquitetura alveolar e melhora da função respiratória / Currently, the pulmonary emphysema is a major public health issues. It is characterized by permanent destruction of alveolar walls leading to airspace enlargement, elastic retraction loss, gas exchange surface reduction, lung overexpansion and increased breathing effort. Different surgical approaches are performed in patients with emphysema. Lung volume reduction surgery (LVRS) is one of the most widely used, due to immediate improvement in life quality of these patients. Several hypotheses are considered to explain this improvement, such as increasing the maximum expiratory flow, improved lung elasticity, increased vital capacity, and compensatory lung growth (CLG), which is one of the most studied. In animal models, lobectomy (LBX) is used to mimic LVRS because the remaining lung undergoes rapid CLG, with restoration of weight, volume, amount of DNA and protein levels of the lung after three weeks. This study investigated the structural and functional changes that occur in the lungs after LBX by morphometric parameters. We used an animal model of pulmonary emphysema induced by intratracheal instillation of porcine pancreatic elastase. The CLG effects were evaluated 2 (T2), 4 (T4) and 16 (T16) weeks after bilobectomy (resection of the middle and cardiac lobes of the right lung). After lobectomy, the emphysematous animals presented: mean linear intercept decrease (T2 and T16); increased proportion of elastic fibers (T2 and T16); lung elastance improvement (T4 and T16); and CLG due to the increase of both weight and volume of the lung (T2 and T4), beside the increase of total volume of respiratory region (T4 and T16) and respiratory tissue (T2, T4 and T16). We conclude that bilobectomy promoted the CLG in emphysematous animals by the restructuring of alveolar architecture and respiratory function improvement