El contenido de carbono negro en los macrófagos de las vías respiratorias se asocia con un aumento de las exacerbaciones graves y una peor morbilidad de la EPOC en SPIROMICS

Fondo

Los macrófagos de las vías respiratorias (AM), cruciales para la respuesta inmunitaria en la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), están expuestos a partículas ambientales (PM), que retienen en su citoplasma como carbón negro (BC). Sin embargo, si AM BC refleja con precisión PM ambiental_2.5 se desconoce la exposición y puede servir como un biomarcador de los resultados de la EPOC.

Métodos

Analizamos el esputo inducido de los participantes en 7 de los 12 sitios SPIROMICS para el contenido de AM BC, que relacionamos con las exposiciones y con la función pulmonar y los resultados respiratorios. Los modelos se ajustaron por lote (primero frente a segundo), edad, raza (blanco frente a no blanco), ingresos (< $ 35 000, $ 35 000 ~ $ 74 999, ≥ $ 75 000, rechazo a responder), IMC y uso de beta de acción prolongada -agonistas/antagonistas muscarínicos de acción prolongada, con análisis de sensibilidad realizado con la inclusión de la cotinina urinaria y la función pulmonar como covariables.

Resultados

De 324 participantes, 143 eran fumadores actuales y 201 tenían EPOC confirmada por espirometría. Material particulado fino (< 2,5 μm de diámetro aerodinámico) en interiores modelado (PM_2.5) y la cotinina urinaria se asociaron con mayor AM BC. Otras exposiciones evaluadas a contaminantes ambientales y de interiores no se asociaron con una AM BC más alta. Una AM BC más alta se asoció con una peor función pulmonar y probabilidades de exacerbación grave, así como con un peor estado funcional, síntomas respiratorios y calidad de vida.

Conclusión

PM interior_2.5 y la exposición al humo del cigarrillo puede conducir a un aumento de la deposición de AM BC. El contenido de carbono negro en los AM se asocia con una peor morbilidad de la EPOC en los fumadores actuales y anteriores, que se mantuvo después del análisis de sensibilidad ajustado por la carga de humo del cigarrillo. El BC de macrófagos de las vías respiratorias, que puede alterar la función de los macrófagos, podría servir como un predictor de experimentar peores síntomas respiratorios y deterioro de la función pulmonar.

La enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) se caracteriza por exacerbaciones recurrentes y una disminución progresiva de la función pulmonar debido en parte a respuestas inflamatorias anormales de las vías respiratorias a partículas o gases nocivos. [1,2,3]. En los países desarrollados, la causa más apoyada de la EPOC es el tabaquismo; sin embargo, cada vez hay más pruebas de que otras exposiciones ambientales, en particular la contaminación del aire ambiente e interior, están relacionadas con la morbilidad y la mortalidad cardiopulmonares [4, 5]. Partículas finas inhaladas (< 2,5 μm de diámetro aerodinámico) (PM_2.5) alcanza las superficies de las vías respiratorias centrales donde residen los macrófagos de las vías respiratorias (MA). Las AM, que desempeñan un papel fundamental en la respuesta inmunitaria y la reparación de tejidos en la EPOC, están expuestas a partículas que son fagocitadas y retenidas en el material citoplasmático. [6,7,8]. Tanto el humo del cigarrillo[[9]y el núcleo carbonoso que comúnmente comprende material particulado PM_2.5 se puede visualizar dentro de AM [10]. Por lo tanto, el carbono negro AM (BC), cuantificado como el área transversal media de BC (um²) por macrófago: puede servir como un biomarcador para la exposición al humo de tabaco y contaminantes PM en el aire. Esto tiene el potencial de estimar exposiciones previas sin requerir el engorroso y complejo proceso de mediciones directas en el hogar.

Por lo tanto, las técnicas citopatológicas que examinan los macrófagos recolectados del esputo inducido pueden tener la capacidad de evaluar la dosis de partículas inhaladas de un individuo. [11, 12]. En estudios de un solo centro, el humo inhalado de la biomasa quemada y el PM interior se han relacionado con una mayor AM BC en voluntarios sanos y ex fumadores con EPOC, respectivamente. [13, 14]. También informamos recientemente una asociación del área AM BC con un aumento de las exacerbaciones graves y una función pulmonar nominalmente peor entre una pequeña cohorte de ex fumadores con EPOC. [15].

Sin embargo, AM BC se ha examinado anteriormente principalmente en estudios pequeños en una sola ubicación geográfica, lo que limita las conclusiones definitivas con respecto a las contribuciones de la exposición al contenido de AM BC y su asociación con los resultados respiratorios. Además, los macrófagos varían en tamaño. [16, 17] y, por lo tanto, el porcentaje de macrófagos ocupados por el carbono negro en lugar del área absoluta puede ser relevante; sin embargo, la mayoría de los estudios no evaluaron el área porcentual de AM BC. Intentamos evaluar la relación entre las exposiciones a contaminantes ambientales e interiores y AM BC (cuantificado como área y porcentaje de área) en fumadores anteriores y actuales del Estudio de subpoblaciones y medidas de resultados intermedios en la contaminación del aire del estudio de la EPOC (SPIROMICS AIR) y evaluar más a fondo la relación de la AM BC y la morbilidad de la EPOC. Presumimos que fumar y la exposición a partículas conducen a AM BC, lo que puede conducir a una peor morbilidad de la EPOC dada la función desregulada de los macrófagos.

Cohorte SPIROMICS-AIR

SPIROMICS (ClinicalTrials.gov NCT01969344) es un estudio de cohorte observacional prospectivo con el objetivo de identificar nuevos subgrupos de EPOC y marcadores intermedios de progresión de la enfermedad. SPIROMICS AIR agregó una evaluación de la exposición a la contaminación del aire para estimar las exposiciones a la contaminación del aire exterior e interior a nivel individual en un subgrupo de participantes. Los sujetos de SPIROMICS AIR se inscribieron entre 2010 y 2016, se fenotiparon y se siguieron en siete centros [18]. Los participantes de SPIROMICS tenían entre 40 y 80 años de edad al inicio, que eran personas sanas con antecedentes de tabaquismo de ≤ 1 paquete-año (“nunca fumadores”) y sin enfermedad pulmonar actual conocida o fumadores actuales o anteriores (≥ 20 paquetes-año ) con y sin evidencia de enfermedad pulmonar obstructiva. Dado nuestro enfoque en aquellos con o en riesgo de EPOC, los fumadores no se incluyeron en este análisis. Se obtuvo el consentimiento informado por escrito de todos los participantes, todos los experimentos se realizaron de acuerdo con las pautas y regulaciones pertinentes, y el estudio fue aprobado por el IRB y el comité de ética de cada sitio. (e-Cuadro 1).

Clasificamos a los participantes como sin evidencia espirométrica de obstrucción del flujo de aire o con EPOC (FEV1/FVC posbroncodilatador < 70 %) con estadio I/II de la Iniciativa Global para la Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica (GOLD) (FEV1 ≥ 50 % previsto) o estadio III GOLD /IV (FEV1 < 50 % del valor teórico). Un diagnóstico de asma concomitante no fue un criterio de exclusión; sin embargo, se preguntó a los participantes sobre un historial o diagnóstico de asma. Se excluyeron aquellos con otra enfermedad pulmonar obstructiva no relacionada con la EPOC.

Evaluación del carbono negro de macrófagos en las vías respiratorias

La inducción de esputo se realizó de acuerdo con los métodos de Alexis et al. [19]. Trescientos sesenta y tres sujetos en sitios de SPIROMICS AIR con VEF post broncodilatador₁> 35%, se sometió a inducción de esputo. De estos, 17 nunca fumadores fueron excluidos y 22 tenían portaobjetos de mala calidad o no tenían una cantidad adecuada de macrófagos, lo que dejó a 324 sujetos seleccionados para el análisis de BC. Las muestras de Cytospin se prepararon como se describe en el Suplemento en línea. Un total de 50 AM, identificados por morfología y con una pared celular intacta independientemente del contenido de BC, fueron seleccionados al azar por participante. Los 50 AM fueron analizados para BC por un técnico capacitado que desconocía la evaluación de la exposición ambiental y los resultados clínicos. Procesando portaobjetos en dos lotes, cuantificamos AM BC tanto como área de sección transversal media (um²) por macrófago y como porcentaje medio de área BC por macrófago, que es el área transversal de BC dividida por el área transversal del macrófago [14, 20].

Asesoramiento de exposición

Estimación de las concentraciones ambientales al aire libre de PM_2.5dióxido de nitrógeno (NO₂) y el ozono fuera de las direcciones residenciales de cada participante, que se basaron en modelos espaciotemporales como se describe en el Suplemento en línea, estaban disponibles para 284 participantes [21, 22]. Para este análisis, se promediaron las exposiciones ambientales durante el mes anterior a la inducción de esputo y la cuantificación de BC.

Concentración modelada de contaminantes del aire interior (PM_2.5 ,NO_2,y nicotina) las estimaciones estaban disponibles para 170 participantes, utilizando modelos generados a partir de SPIROMICS como se describió anteriormente [23] y como se describe en el Suplemento en línea. Cuando se compara con las concentraciones medidas disponibles en un subconjunto de…