Physical stress modulates lung tissue mechanics, cytokines and oxidative stress activation in guinea pigs with chronic allergic inflammation

Existem evidências de que o estresse exerce papel importante na piora dos sintomas da asma, mas os exatos mecanismos que os interligam ainda não estão elucidados, principalmente no parênquima distal. Recentemente tem sido enfatizada a importância do parênquima pulmonar na modulação das alterações funcionais, inflamatórias e de remodelamento que caracterizam os quadros asmáticos. Cabe ressaltar, que tais alterações tem sido observadas tanto em humanos quanto em modelos de inflamação pulmonar alérgica crônica. Objetivos: Nossos objetivos foram avaliar se a mecânica de tecido pulmonar periférico, a ativação de vias de estresse oxidativo, a expressão celular de citocinas, o recrutamento eosinofílico e o processo de remodelamento da matriz extracelular podem ser modulados pelo estresse físico repetido, induzido pela natação forçada, em cobaias com inflamação alérgica crônica pulmonar. Métodos: Os animais foram expostos a sete inalações com doses crescentes de ovoalbumina (1~5mg/ml) ou soro fisiológico por quatro semanas (grupos OVA e SAL). Após 24 horas da quarta inalação os animais foram submetidos ao protocolo de natação forçada, considerado um modelo de indução de estresse gerado por esforço pela sobrevivência com dificuldade de escapar (grupos SAL-E e OVA-E). Os animais foram expostos ao protocolo de estresse por dois períodos de cinco dias, intercalados por dois dias após os cinco primeiros dias. Após 72 horas da sétima inalação os animais foram anestesiados, exsanguinados e fatias de tecido pulmonar periférico foram retiradas e submetidas à avaliação de mecânica oscilatória. Foram avaliadas a resistência (Rt), a elastância (Et) e a histerisividade (h) em condições basais e após desafio com ovoalbumina e acetilcolina. Os resultados de Rt e Et foram expressos em % de aumento em relação aos valores basais. As fatias de tecido pulmonar periférico foram então submetidas à avaliação histopatológica e imunohistoquímica para quantificação do número de eosinófilos, do conteúdo de colágeno, actina e de 8-iso-PGF2a e do número de células positivas para IL-2, IL-4, IL-5, IL-13, IFN-g e iNOS. As duas glândulas adrenais foram retiradas, pesadas e seu peso foi corrigido pelo peso total do animal. Os níveis séricos de catecolaminas (adrenalina, noradrenalina e dopamina) e do cortisol também foram obtidos. Resultados: Houve aumento na %Rt, %Et tanto após o desafio antigênico bem como após o contato com o agonista constritor, no número de eosinófilos, no conteúdo de 8-iso-PGF2a, de fibras colágenas e de actina, no número de células positivas para IL-4, IL-5, IL-13 e iNOS no septo alveolar dos animais expostos à ovoalbumina (grupos OVA e OVA-E) quando comparados aos animais expostos ao soro fisiológico (grupos SAL, p<0,05 para todas as comparações). As cobaias sensibilizadas e submetidas ao protocolo de estresse (grupo OVA-E) apresentaram aumento na %Rt e %Et após o desafio antigênico quando comparadas ao grupo OVA (p<0,05). Em relação à avaliação de mecânica pulmonar periférica após o desafio com acetilcolina, observamos aumento apenas na %Et no grupo OVA-E comparativamente ao grupo OVA (p<0,05). Houve aumento no numero de células IL-4 positivas, no conteúdo de 8-iso-PGF2a e de actina nos animais OVA-E comparativamente aos animais do grupo OVA (p<0,05). Considerando o grupo SAL-E houve aumento da %Rt e %Et após desafio com o agonista constritor, no número de células positivas para iNOS, IFN-g, IL-2, IL-5 e IL-13, bem como no conteúdo de 8-iso-PGF2a comparativamente ao grupo SAL (p<0,05). Finalmente, o peso relativo das adrenais e os níveis de cortisol sérico foram maiores nos grupos submetidos ao estresse físico (grupos SAL-E e OVA-E) quando comparados aos grupos não estressados (grupos SAL e OVA, p<0,004). Não houve diferença nos níveis séricos das catecolaminas entre os quatro grupos experimentais. Conclusões: A natação forçada repetida como modelo de estresse foi capaz de causar alterações funcionais como a constrição do parênquima pulmonar bem como aumento da expressão de citocinas e da produção de 8-iso-PGF2a, marcador da ativação de vias do estresse oxidativo. Além disso, neste modelo de inflamação crônica pulmonar, a exposição repetida à natação forçada foi capaz de potencializar a constrição do parênquima pulmonar. Esta alteração funcional associou-se ao aumento do conteúdo de actina e de 8-iso-PGF2a e do número de células IL-4 positivas no septo alveolar. Estes resultados sugerem que tanto a ativação inflamatória quanto o estresse oxidativo estão envolvidos na modulação da resposta inflamatória crônica pulmonar pelo estresse físico repetido.There are evidences showing that stress can worsen asthma symptoms, but the exact mechanisms that link them are not clarified, especially in the distal lung parenchyma. Recently, the importance of the lung parenchyma has been emphasized in the modulations of the functional alterations, inflammatory and remodeling that characterizes asthma. These alterations have been observed in humans as well as experimental models of chronic allergic pulmonary inflammation. Objectives: Our goals were to evaluate if lung tissue mechanics, activation of oxidative stress pathways, cytokines cellular expressions, eosinophil recruitment and the remodeling process of the extracellular matrix can be modulated by repeated physical stress, induced by forced swimming, in guinea pigs with chronic allergic pulmonary inflammation. Methods: Animals were exposed to seven inhalations with ovalbumin increased doses (1~5mg/ml) or saline solution during four weeks (OVA and SAL groups). Twenty-four hours after the fourth inhalation animals were submitted to forced swimming protocol, that is a type of an unavoidable stress that induces an effort for survival with an escape deficit (SAL-E and OVA-E groups). Animals were exposed to the stress protocol for two periods of five days, intercalated by two days. Seventy-two hours after the seventh inhalation animals were anesthetized, lung strips were removed and submitted to oscillatory mechanic evaluation. Resistance (Rt), elastance (Et) and hysteresivity were evaluated at base line and after OVA and acetylcholine challenge in bath. Rt and Et results were expressed as a % of baseline values. The pulmonary tissue strips were then submitted to histological and Immunohistochemistry analysis, to quantify the number of eosinophils, collagen, actin, 8-iso-PGF2a content and the number of positive cells for IL-2, IL-4, IL-5, IL-13, IFN-g and iNOS. Both adrenal glands were removed and weighted. The weight of the adrenal glands was corrected by the animals total weight. The serum levels of catecholamine (epinephrine, norepinephrine and dopamine) and cortisol were also obtained. Results: There was an increase in Rt%, Et% after the antigenic challenge as well as after the acetylcholine challenge, in the number of eosinophils, 8-iso-PGF2a content, collagen and actin fibers and in the number of IL-4, IL-5, IL-13 and iNOS positive cells in the alveolar septum of the animals exposed to ovalbumin (OVA and OVA-E groups) when compared to the animals exposed to saline solution (SAL, p<0.05 for all comparisons). The sensitized guinea pigs submitted to the stress protocol (OVA-E group) presented an increase in Rt% and Et% after the OVA challenge when compared to the OVA group (p<0.05). Due to the acetylcholine challenge, we observed an increase only in the Et% in OVA-E group compared the OVA group (p<0.05). There was an increase in the IL-4 positive cells, in the 8-iso-PGF2a and actin content in OVA-E animals compared to OVA group (p<0.05). Considering the SAL-E group there was an increase in Rt% and Et% after acetylcholine challenge, in the number of iNOS, IFN-g, IL-2, IL-5, and IL-13 positive cells, as well as in the 8-iso-PGF2a content compared to SAL group (p<0.05). Finally, the relative adrenal weight and the serum cortisol levels were greater in the groups submitted to physical stress (SAL-E e OVA-E groups) when compared to the non-stressed groups (SAL and OVA groups, p