Background: Asthma is a heterogeneous disease. Diagnosis relies on symptom evaluation and lung function tests using spirometry. Symptoms can be vague. Spirometry is effort-dependent and does not reliably evaluate small airways. Allergic asthma in preschool children is not easily separated from episodic wheeze. Exhaled NO (FeNO) is a marker of allergic Th2-cytokine-driven airway inflammation. However, FeNO is not feasible in preschoolers with current devices and algorithms. Alveolar NO is an estimate of small airway involvement. Forced oscillometry (FOT) is an effort-independent lung function test assessing both large and small airways. Aims: To study clinical and methodological aspects of FeNO, alveolar NO and lung function indices by FOT. Methods: Asthmatic children and young adults and healthy controls, were included in the studies. FeNO at 50 mL/s was performed in all studies (in study III with an adapted single-breath method with age-adjusted exhalation times). FeNO at multiple exhalation flow rates were performed in studies I, II and IV to calculate alveolar NO, as was spirometry. FOT indices were assessed in study IV. Results: The exhalation time needed to reach steady-state NO was < 4 s in subjects aged 3-4 years, and was related to subject height. FeNO was higher in ICS-naïve asthmatic children than in controls. ICS-naïve asthmatic preschool children had FeNO < 20 ppb. The oral contribution to FeNO was similar in asthmatic and healthy youths. Multiple flow rates and modelling of alveolar NO were feasible in children aged 10-18 years. Alveolar NO correlated to asthma characteristics, though not when axial diffusion correction was applied. FOT resistance measures were associated with asthma diagnosis, and small airway FOT measures were associated with asthma control, in adolescents. Conclusion: An adapted FeNO method is feasible from 4 years, and exhalation time is related to child height. Our findings emphasise the need to refine clinical cut-offs for FeNO in younger children. FOT variables discriminate between asthmatics and controls, much like spirometry. The information provided by FOT is additive to that from spirometry. Further studies of exhaled NO dynamics and FOT indices of small airways are warranted to evaluate new treatment options and possibly improve asthma control.

Introdução: Poucos estudos têm sido direcionados às mudanças histopatológicas nas pequenas vias áreas e seu possível papel no processo de remodelamento, nas pneumonias intersticiais idiopáticas. Objetivos: Estudar aspectos morfológicos, morfométricos e de imunohistoquímica das pequenas via aéreas na Fibrose Pulmonar Idiopática/ Pneumonia Intersticial Usual (FPI/ UIP) e Pneumonia Intersticial Não-específica (NSIP). Métodos: Foram estudadas as pequenas vias aéreas em biópsias pulmonares de 29 pacientes com FPI/ UIP e 08 com NSIP. As biópsias foram comparadas com 13 pacientes com Bronquiolite Constritiva Crônica (BC) - como controle positivo - e 10 pulmões controles normais de autópsia. Foram analisados semi e quantitativamente aspectos arquiteturais, inflamatórios, estruturais das vias aéreas, além da expressão de TGF-β, MMP -2, -7, -9, e seus inibidores (TIMP-1, -2). Resultados: Comparados com os controles, pacientes com FPI/ UIP, NSIP e BC apresentaram inflamação bronquiolar, inflamação e fibrose peribronquiolar aumentadas e áreas luminais diminuídas. Pacientes com FPI/ UIP tiveram paredes das vias aéreas mais espessadas, devido ao aumento de todos os compartimentos. Pacientes com NSIP apresentaram área do epitélio aumentada, enquanto pacientes com BC tiveram maior lâmina própria. Todos os grupos estudados demonstraram expressão epitelial bronquiolar aumentada de MMP-7 e -9 comparados ao controle. Conclusão: As pequenas vias aéreas são patologicamente alteradas e podem fazer parte do processo de remodelamento nas pneumonias intersticiais idiopáticas. / Background: Few studies have addressed small airway (SA) histopathological changes, and their possible role in the remodeling process, in idiopathic interstitial pneumonias. Objectives: To study morphological, morphometrical and immunohistochemical features of SA in Idiopathic Pulmonary Fibrosis (Usual Interstitial Pneumonia - UIP) and Non-Specific Interstitial Pneumonia (NSIP). Methods: We analyzed SA pathology in lung biopsies of 29 patients with UIP and of 8 with NSIP. Biopsies were compared with lung tissue of 13 patients with Constrictive Bronchiolitis (CB) - as a positive control - and 10 normal autopsied control lungs. We analyzed, semi-quantitatively, SA structure, inflammation, architectural features and the bronchiolar epithelial immunohistochemical expression of TGF-β, MMP -2, -7, -9, and their tissue inhibitors (TIMP-1, -2). Results: Compared to controls, patients with UIP, NSIP and CB presented increased bronchiolar inflammation, peribronchiolar inflammation and fibrosis and decreased luminal areas. UIP patients had thicker walls, due to an increase in most airway compartments. NSIP patients presented increased epithelial areas, whereas patients with CB had larger inner wall areas. All of the groups studied presented increased bronchiolar expression of MMP-7 and MMP-9, compared to the controls. Conclusion: We conclude that SA are pathologically altered and may take part in the lung remodeling process in idiopathic interstitial pneumonias.

Introdução: Poucos estudos têm sido direcionados às mudanças histopatológicas nas pequenas vias áreas e seu possível papel no processo de remodelamento, nas pneumonias intersticiais idiopáticas. Objetivos: Estudar aspectos morfológicos, morfométricos e de imunohistoquímica das pequenas via aéreas na Fibrose Pulmonar Idiopática/ Pneumonia Intersticial Usual (FPI/ UIP) e Pneumonia Intersticial Não-específica (NSIP). Métodos: Foram estudadas as pequenas vias aéreas em biópsias pulmonares de 29 pacientes com FPI/ UIP e 08 com NSIP. As biópsias foram comparadas com 13 pacientes com Bronquiolite Constritiva Crônica (BC) - como controle positivo - e 10 pulmões controles normais de autópsia. Foram analisados semi e quantitativamente aspectos arquiteturais, inflamatórios, estruturais das vias aéreas, além da expressão de TGF-β, MMP -2, -7, -9, e seus inibidores (TIMP-1, -2). Resultados: Comparados com os controles, pacientes com FPI/ UIP, NSIP e BC apresentaram inflamação bronquiolar, inflamação e fibrose peribronquiolar aumentadas e áreas luminais diminuídas. Pacientes com FPI/ UIP tiveram paredes das vias aéreas mais espessadas, devido ao aumento de todos os compartimentos. Pacientes com NSIP apresentaram área do epitélio aumentada, enquanto pacientes com BC tiveram maior lâmina própria. Todos os grupos estudados demonstraram expressão epitelial bronquiolar aumentada de MMP-7 e -9 comparados ao controle. Conclusão: As pequenas vias aéreas são patologicamente alteradas e podem fazer parte do processo de remodelamento nas pneumonias intersticiais idiopáticas. / Background: Few studies have addressed small airway (SA) histopathological changes, and their possible role in the remodeling process, in idiopathic interstitial pneumonias. Objectives: To study morphological, morphometrical and immunohistochemical features of SA in Idiopathic Pulmonary Fibrosis (Usual Interstitial Pneumonia - UIP) and Non-Specific Interstitial Pneumonia (NSIP). Methods: We analyzed SA pathology in lung biopsies of 29 patients with UIP and of 8 with NSIP. Biopsies were compared with lung tissue of 13 patients with Constrictive Bronchiolitis (CB) - as a positive control - and 10 normal autopsied control lungs. We analyzed, semi-quantitatively, SA structure, inflammation, architectural features and the bronchiolar epithelial immunohistochemical expression of TGF-β, MMP -2, -7, -9, and their tissue inhibitors (TIMP-1, -2). Results: Compared to controls, patients with UIP, NSIP and CB presented increased bronchiolar inflammation, peribronchiolar inflammation and fibrosis and decreased luminal areas. UIP patients had thicker walls, due to an increase in most airway compartments. NSIP patients presented increased epithelial areas, whereas patients with CB had larger inner wall areas. All of the groups studied presented increased bronchiolar expression of MMP-7 and MMP-9, compared to the controls. Conclusion: We conclude that SA are pathologically altered and may take part in the lung remodeling process in idiopathic interstitial pneumonias.

A disfunção de vias aéreas em pacientes com Síndrome do Desconforto Respiratória Agudo (SDRA) é caracterizada por limitação do fluxo expiratório e hiperinsuflação dinâmica. As alterações morfológicas possivelmente associadas com tais alterações funcionais têm sido investigadas em modelos experimentais de lesão pulmonar aguda, que mostram necrose e descamação epitelial em vias aéreas distais. Entretanto, até o momento, essa avaliação não foi realizada em humanos. O objetivo deste estudo foi investigar as alterações estruturais e inflamatórias nas pequenas vias aéreas de pacientes com SDRA. Com este propósito, estudamos, retrospectivamente, o tecido pulmonar de 31 pacientes com SDRA (A: PaO2/FIO2<=200, 45±14anos, 16 homens) e 11 controles (C: 52±16anos, 7 homens) submetidos à autópsia. Por meio de análise de imagem, quantificamos a extensão das alterações epiteliais, a inflamação bronquiolar, a espessura da parede da via aérea e o conteúdo de proteínas da matriz extracelular (MEC) nas pequenas vias aéreas. As vias aéreas dos pacientes com SDRA apresentaram menor extensão de epitélio normal (A: 32,9±27.2%, C: 76,7±32.7%, p<0,001), maior extensão de descamação epitelial (A: 52,6±35.2%, C: 21,8±32.1%, p<0,01), maior índice de inflamação [A: 1(3), C: 0(1), p= 0,03], maior espessura da parede da via aérea (A: 138,7 ± 54,3 ?m, C: 86,4 ± 33,3 ?m, p< 0,01) e maior conteúdo de colágeno I, fibronectina, versicam e MMP-9 comparado aos controles (p<=0,03). Nos pacientes com SDRA, a extensão de epitélio normal apresentou correlação positiva com a PaO2/FiO2 (r=0,58; p=0,02) e correlação negativa com a pressão de platô utilizada (r=-0,52; p=0,04). A extensão de epitélio descamado apresentou correlação negativa com a PaO2/FiO2 (r=-0,52; p=0,04). Nossos dados mostram que as pequenas vias aéreas dos pacientes com SDRA apresentam alterações estruturais caracterizadas por descamação epitelial, inflamação e espessamento da parede com deposição de MEC. Estas alterações podem contribuir para as alterações funcionais observadas em pacientes com SDRA. / Airway dysfunction in patients with acute respiratory distress syndrome (ARDS) is evidenced by expiratory flow limitation and dynamic hyperinflation. The morphological alterations potentially associated with these functional changes have been investigated in experimental models of Acute Lung Injury, which show epithelial necrosis and denudation in distal airways. To date, however, no study has focused on the morphological airway changes in lungs from human subjects with ARDS. Objective: To evaluate structural and inflammatory changes in distal airways in ARDS patients. Methods and Results: We retrospectively studied autopsy lung tissue from 31 ARDS patients (A: PaO2/FIO2<=200, 45±14years, 16 males) and 11 controls (C: 52±16years, 7 males). Using image analysis, we quantified the extension of epithelial changes, bronchiolar inflammation, airway wall thickness, and extracellular matrix (ECM) protein content in distal airways. ARDS airways showed a shorter extension of normal epithelium (A:32.9±27.2%, C:76.7±32.7%, p<0.001), a larger extension of epithelium denudation (A:52.6±35.2%, C:21.8±32.1%, p<0.01), increased airway inflammation (p=0.03), higher airway wall thickness (A:138.7±54.3?m, C:86.4±33.3?m, p<0.01), and higher airway content of collagen I, fibronectin, versican and MMP-9 compared to controls (p<=0.03). The extension of normal epithelium showed a positive correlation with PaO2/FiO2 (r=0.58; p=0.02) and a negative correlation with plateau pressure (r=-0.52; p=0.04). The extension of denuded epithelium showed a negative correlation with PaO2/FiO2 (r=-0.52; p=0.04). Conclusion: Structural changes in small airways of patients with ARDS were characterized by epithelial denudation, inflammation and airway wall thickening with ECM remodeling. These changes are likely to contribute to functional airway changes in patients with ARDS.

A disfunção de vias aéreas em pacientes com Síndrome do Desconforto Respiratória Agudo (SDRA) é caracterizada por limitação do fluxo expiratório e hiperinsuflação dinâmica. As alterações morfológicas possivelmente associadas com tais alterações funcionais têm sido investigadas em modelos experimentais de lesão pulmonar aguda, que mostram necrose e descamação epitelial em vias aéreas distais. Entretanto, até o momento, essa avaliação não foi realizada em humanos. O objetivo deste estudo foi investigar as alterações estruturais e inflamatórias nas pequenas vias aéreas de pacientes com SDRA. Com este propósito, estudamos, retrospectivamente, o tecido pulmonar de 31 pacientes com SDRA (A: PaO2/FIO2<=200, 45±14anos, 16 homens) e 11 controles (C: 52±16anos, 7 homens) submetidos à autópsia. Por meio de análise de imagem, quantificamos a extensão das alterações epiteliais, a inflamação bronquiolar, a espessura da parede da via aérea e o conteúdo de proteínas da matriz extracelular (MEC) nas pequenas vias aéreas. As vias aéreas dos pacientes com SDRA apresentaram menor extensão de epitélio normal (A: 32,9±27.2%, C: 76,7±32.7%, p<0,001), maior extensão de descamação epitelial (A: 52,6±35.2%, C: 21,8±32.1%, p<0,01), maior índice de inflamação [A: 1(3), C: 0(1), p= 0,03], maior espessura da parede da via aérea (A: 138,7 ± 54,3 ?m, C: 86,4 ± 33,3 ?m, p< 0,01) e maior conteúdo de colágeno I, fibronectina, versicam e MMP-9 comparado aos controles (p<=0,03). Nos pacientes com SDRA, a extensão de epitélio normal apresentou correlação positiva com a PaO2/FiO2 (r=0,58; p=0,02) e correlação negativa com a pressão de platô utilizada (r=-0,52; p=0,04). A extensão de epitélio descamado apresentou correlação negativa com a PaO2/FiO2 (r=-0,52; p=0,04). Nossos dados mostram que as pequenas vias aéreas dos pacientes com SDRA apresentam alterações estruturais caracterizadas por descamação epitelial, inflamação e espessamento da parede com deposição de MEC. Estas alterações podem contribuir para as alterações funcionais observadas em pacientes com SDRA. / Airway dysfunction in patients with acute respiratory distress syndrome (ARDS) is evidenced by expiratory flow limitation and dynamic hyperinflation. The morphological alterations potentially associated with these functional changes have been investigated in experimental models of Acute Lung Injury, which show epithelial necrosis and denudation in distal airways. To date, however, no study has focused on the morphological airway changes in lungs from human subjects with ARDS. Objective: To evaluate structural and inflammatory changes in distal airways in ARDS patients. Methods and Results: We retrospectively studied autopsy lung tissue from 31 ARDS patients (A: PaO2/FIO2<=200, 45±14years, 16 males) and 11 controls (C: 52±16years, 7 males). Using image analysis, we quantified the extension of epithelial changes, bronchiolar inflammation, airway wall thickness, and extracellular matrix (ECM) protein content in distal airways. ARDS airways showed a shorter extension of normal epithelium (A:32.9±27.2%, C:76.7±32.7%, p<0.001), a larger extension of epithelium denudation (A:52.6±35.2%, C:21.8±32.1%, p<0.01), increased airway inflammation (p=0.03), higher airway wall thickness (A:138.7±54.3?m, C:86.4±33.3?m, p<0.01), and higher airway content of collagen I, fibronectin, versican and MMP-9 compared to controls (p<=0.03). The extension of normal epithelium showed a positive correlation with PaO2/FiO2 (r=0.58; p=0.02) and a negative correlation with plateau pressure (r=-0.52; p=0.04). The extension of denuded epithelium showed a negative correlation with PaO2/FiO2 (r=-0.52; p=0.04). Conclusion: Structural changes in small airways of patients with ARDS were characterized by epithelial denudation, inflammation and airway wall thickening with ECM remodeling. These changes are likely to contribute to functional airway changes in patients with ARDS.