Non-invasive methods to study lung inflammation in work-related asthma

Abstract

El asma relacionado con el trabajo (ART) incluye el asma ocupacional (AO) y el asma exacerbado por el trabajo (AET), y representa un problema de salud importante con un negativo impacto socio-económico. El AO se refiere al asma causado de novo por exposición a un agente específico en el lugar de trabajo, y el AET se define como un empeoramiento de un asma preexistente o concomitante agravado por las condiciones de trabajo. Al igual que el asma bronquial, el ART es una enfermedad inflamatoria crónica heterogénea de las vías respiratorias. La inflamación bronquial es un reflejo directo de la enfermedad y su evaluación de forma no invasiva presenta un interés creciente para comprender los mecanismos fisiopatológicos implicados en las enfermedades inflamatorias respiratorias El objetivo de esta tesis fue establecer la utilidad de dos métodos no invasivos: esputo inducido (EI) y condensado de aire exhalado (CAE), en la evaluación de la inflamación en pacientes con sospecha de ART. Inicialmente se realizaron dos estudios, en pacientes asmáticos con asma estable y en una población adulta sana, para proporcionar datos de referencia para los respectivos estudios realizados posteriormente con muestras de EI y de CAE en sujetos con sospecha de ART. En pacientes controles con asma estable, se observó que la inflamación y la hiperrespuesta bronquial persisten en la mayoría de éstos a pesar del tratamiento, y que cuando la hiperrespuesta persiste, ésta es más grave en pacientes con una inflamación eosinofílica. El segundo estudio se realizó en adultos sanos estratificados según edad, y se observó que los valores de pH y los niveles de 8-isoprostano en el CAE presentaron relación con la edad, sugiriendo que los valores obtenidos en estudios con grupos controles deberían ser ajustados por este factor. La evaluación de la inflamación bronquial en el ART permitió mejorar nuestros conocimientos sobre los mecanismos fisiopatológicos implicados en los diferentes tipos de ART. Al realizar estudios de inflamación bronquial es necesario distinguir entre los diferentes tipos de agentes ocupacionales: de alto peso molecular (APM) y de bajo peso molecular (BPM). Se investigó el perfil inflamatorio de sujetos con sospecha de ART mediante contajes celulares diferenciales y biomarcadores inflamatorios en muestras de EI antes y después de una prueba de provocación bronquial específica (PPBE). Se encontró un incremento de eosinófilos y neutrófilos y de interleuquina (IL) -10, y una disminución de leucotrieno B4 (LTB4) en EI tras la exposición a agentes de APM. Estos resultados refuerzan la teoría de que la mayoría de los agentes de APM inducen AO a través de un mecanismo mediado por IgE, dando lugar a una respuesta alérgica tipo Th2. No se observaron diferencias significativas en los recuentos celulares diferenciales ni en los niveles de biomarcadores inflamatorios en muestras de EI de pacientes expuestos a agentes de BPM. Sin embargo, se observó que la exposición a agentes de BPM puede ocasionar un aumento de la inflamación neutrofílica en pacientes con enfermedades respiratorias previas, sugiriendo la existencia de diferentes mecanismos de acción en función de si el agente de BPM causa AO o bien provoca empeoramiento de una enfermedad respiratoria preexistente. Al investigar el perfil inflamatorio de sujetos con sospecha de ART mediante el análisis del CAE, se observó que tras la exposición al agente causal el pH del CAE mostró una sensibilidad del 79% y una especificidad del 100% para el diagnóstico del AET, lo que demuestra que este biomarcador conjuntamente con la PPBE puede ser útil para el diagnóstico del AET, y sugiere de nuevo que el mecanismo de acción de los agentes de BPM parece variar en función de si éstos causan AO o inducen AET.

Asthma is a chronic disorder of the airways characterized by reversible airway obstruction, airway inflammation and non-specific airway hyper-reactivity (AHR). Up to 25% of all asthma cases developing in adulthood are caused by occupational exposure. This condition is known as work-related asthma (WRA); it includes both occupational asthma (OA) and work-exacerbated asthma (WEA), and it presents a major health challenge with adverse socio-economic impact. OA refers to de novo asthma caused by exposure to an agent specific to a workplace, and WEA is defined as a worsening of pre-existing or concomitant asthma which is exacerbated by working conditions. Like bronchial asthma, WRA is a heterogeneous chronic inflammatory disorder of the airways. Airway inflammation is a direct reflection of the disease and its assessment in a non-invasive manner does not disturb the underlying disease process and allows its monitoring. Recently, this practice has aroused growing interest in the attempts to understand the pathophysiological mechanisms of inflammatory airway diseases. This thesis aimed to establish the usefulness of two non-invasive methods: induced sputum (IS) and exhaled breath condensate (EBC) for the assessment of airway inflammation in subjects with suspected WRA. Two studies were carried out in asthmatic patients with ell-controlled asthma and in a healthy adult sample as control groups in order to provide reference data for the respective studies performed later with IS and EBC samples in subjects with suspected WRA. Evaluating the type and degree of airway inflammation present in these control patients with well-controlled asthma we found that airway inflammation and AHR persist in most patients despite of treatment and that when AHR persists, it is more severe in patients with eosinophilic inflammation. The second study was carried out in healthy adults stratified into groups according to age, in order to establish reference values for certain biomarkers of airway inflammation and to determine whether there are age-associated differences. pH values and 8-isoprostane levels in EBC showed a relationship with age, suggesting that the values obtained in studies with control groups should be adjusted for this factor. Assessment of airway inflammation in WRA improved our understanding of the pathophysiological mechanisms implicated in the genesis of the different types of WRA. In this context, it seems necessary to distinguish between the different types of occupational agents: high-molecular-weight (HMW) and low-molecular-weight (LMW), when conducting airway inflammation studies. We investigated the inflammatory profile by evaluating sputum differential cell counts and several inflammatory biomarkers in sputum supernatants of subjects with suspected WRA preceding and following a specific inhalation challenge (SIC). Increases in sputum eosinophils and neutrophils and in interleukin (IL)-10 concentration and a decrease in leukotriene B4 (LTB4) after exposure to HMW agents have been reported. These findings support the notion that most HMW agents induce OA via an IgE-mediated mechanism inducing a Th2-mediated allergic response. No significant changes in sputum differential cell counts or inflammatory biomarkers were found after SIC in patients with OA due to exposure to LMW agents. However, exposure to LMW agents can result in increased neutrophilic inflammation in patients with airway diseases unrelated to OA, suggesting different mechanisms of action according to whether the LMW agent is the cause of OA or provokes aggravation of a pre-existing respiratory disease. Investigating the inflammatory profile by analysing EBC in subjects with suspected WRA, EBC pH after exposure to the offending agent had a sensitivity of 79% and specificity of 100% for the diagnosis of WEA, demonstrating that in conjunction with SIC this biomarker may be useful for diagnosing WEA, and suggesting again that the mechanism of action of LMW agents seems to differ according to whether they cause OA or induce WEA.