Guanylyl cyclase activation reverses resistive breathing–induced lung injury and inflammation

Inspiratory resistive breathing (RB), encountered in obstructive lung diseases, induces lung injury. The soluble guanylyl cyclase (sGC)/cyclic guanosine monophosphate (cGMP) pathway is down-regulated in chronic and acute animal models of RB, such as asthma, chronic obstructive pulmonary disease, and in endotoxin-induced acute lung injury. Our objectives were to: (1) characterize the effects of increased concurrent inspiratory and expiratory resistance in mice via tracheal banding; and (2) investigate the contribution of the sGC/cGMP pathway in RB-induced lung injury. Anesthetized C57BL/6 mice underwent RB achieved by restricting tracheal surface area to 50% (tracheal banding). RB for 24 hours resulted in increased bronchoalveolar lavage fluid cellularity and protein content, marked leukocyte infiltration in the lungs, and perturbed respiratory mechanics (increased tissue resistance and elasticity, shifted static pressure–volume curve right and downwards, decreased static compliance), consistent with the presence of acute lung injury. RB down-regulated sGC expression in the lung. All manifestations of lung injury caused by RB were exacerbated by the administration of the sGC inhibitor, 1H-[1,2,4]oxodiazolo[4,3-]quinoxalin-l-one, or when RB was performed using sGCα1 knockout mice. Conversely, restoration of sGC signaling by prior administration of the sGC activator BAY 58-2667 (Bayer, Leverkusen, Germany) prevented RB-induced lung injury. Strikingly, direct pharmacological activation of sGC with BAY 58-2667 24 hours after RB reversed, within 6 hours, the established lung injury. These findings raise the possibility that pharmacological targeting of the sGC–cGMP axis could be used to ameliorate lung dysfunction in obstructive lung diseases

Lung Microbiome in Asthma: Current Perspectives

A growing body of evidence implicates the human microbiome as a potentially influential player actively engaged in shaping the pathogenetic processes underlying the endotypes and phenotypes of chronic respiratory diseases, particularly of the airways. In this article, we specifically review current evidence on the characteristics of lung microbiome, and specifically the bacteriome, the modes of interaction between lung microbiota and host immune system, the role of the “lung–gut axis”, and the functional effects thereof on asthma pathogenesis. We also attempt to explore the possibilities of therapeutic manipulation of the microbiome, aiming at the establishment of asthma prevention strategies and the optimization of asthma treatment

Εκπνευστικές αντιστάσεις και πνευμονική βλάβη

Εισαγωγή Η αναπνοή μέσα από συνδυασμό εισπνευστικής και εκπνευστικής αντίστασης (combined resistive breathing, CRB) αποτελεί σήμα κατατεθέν της παθοφυσιολογίας των αποφρακτικών νοσημάτων των αεραγωγών. Πρόσφατα εδείχθη ότι η αναπνοή μέσα από υψηλή αμιγώς εισπνευστική αντίσταση προκαλεί οξεία πνευμονική βλάβη (acute lung injury, ALI) σε υγιή πειραματόζωα. Ο ρόλος της εκπνευστικής αντίστασης παραμένει άγνωστος. Το ίδιο και το ενδεχόμενο η πνευμονική βλάβη που προκαλείται από εργώδη αναπνοή να είναι δοσοεξαρτώμενη. Σκοπός της μελέτης Να καθοριστούν (i) η επίδραση της αναπνοής μέσα από εισπνευστική ή εκπνευστική αντίσταση ή το συνδυασμό τους στον υγιή πνεύμονα και (ii) οι ελάχιστες αντιστάσεις που είναι ικανές να προκαλέσουν βλάβη. Μεθοδολογία Αναισθητοποιημένοι τραχειοστομημένοι επίμυες ανέπνεαν για έξι ώρες μέσω βαλβίδας μη επανεισπνοής διπλής οδού. Αντιστάσεις (μικρότεροι σωλήνες με μεταβλητή διάμετρο και μήκος) συνδέθηκαν στην εισπνευστική ή/και εκπνευστική οδό, ώστε η ενδοτραχειακή πίεση κατά την εισπνοή να διαμορφωθεί στο (IRB) 20- 40% και κατά την εκπνοή στο (ERB) 40-70% της μέγιστης. Ο συνδυασμός μελετήθηκε σε φορτία εισπνευστικής/εκπνευστικής αντίστασης (CRB) 30%/50%, 40%/50% και 40%/60%. Η εισπνευστική οδός ήταν συνδεδεμένη με παροχή οξυγόνου 100%, ώστε να αποφεύγεται η ανάπτυξη υποξαιμίας. Πειραματόζωα που ανέπνεαν ελεύθερα χρησιμοποιήθηκαν ως μάρτυρες. Εκτιμήθηκαν οι μηχανικές ιδιότητες του αναπνευστικού συστήματος με την τεχνική εξαναγκασμένης ταλάντωσης και τις στατικές καμπύλες πίεσης – όγκου του αναπνευστικού συστήματος και ελήφθη βρογχοκυψελιδικό έκπλυμα (BAL) για μέτρηση του ολικού αριθμού κυττάρων, των υποπληθυσμών λευκοκυττάρων και της συγκέντρωσης ολικής πρωτεΐνης. Σε πνευμονικό ιστό προσδιορίστηκε η δραστικότητα μυελοϋπεροξειδάσης και τα πρωτεϊνικά επίπεδα των κυτταροκινών IL-1β και IL-6 (με ELISA) και έγινε ιστολογική ανάλυση. Αποτελέσματα Η CRB, όπως και η IRB, ανευρέθη ότι διαταρράσει τις μηχανικές ιδιότητες του αναπνευστικού συστήματος, αυξάνοντας την ελαστικότητα του πνευμονικού ιστού. Κατά την ανάλυση του BAL διαπιστώθηκε αύξηση της ολικής κυτταροβρίθειας και εμφάνιση σημαντικής ουδετεροφιλίας, η οποία επιβεβαιώθηκε από τη μέτρηση της δραστικότητας MPO στον πνευμονικό ιστό. Τα επίπεδα των φλεγμονωδών κυτταροκινών στον πνεύμονα ήταν αυξημένα σε σύγκριση με τους μάρτυρες, όπως και η συγκέντρωση πρωτεΐνης στο υγρό του BAL, ενδεικτική της αύξησης της πνευμονικής διαπερατότητας. Η ιστολογική ανάλυση επιβεβαίωσε την παρουσία πνευμονικής βλάβης. Οι επιδράσεις της CRB στον υγιή πνεύμονα ήταν δοσοεξαρτώμενες, ενώ το ίδιο συνέβη και με αυτές της IRB, με το IRB 30% να διαπιστώνεται ότι αποτελεί το χαμηλότερο εισπνευστικό φορτίο που οδηγεί σε σημαντική βλάβη. Η ERB προκάλεσε μη δοσοεξαρτώμενη πνευμονική ουδετεροφιλία, με συνοδό αύξηση των κυτταροκινών, χωρίς διαταραχή των μηχανικών ιδιοτήτων και της πνευμονικής διαπερατότητας. Συμπεράσματα Όπως και η IRB, η CRB διαταράσσει τη μηχανική, αυξάνει την πνευμονική διαπερατότητα και προκαλεί πνευμονική φλεγμονή και βλάβη με δοσοεξαρτώμενο τρόπο σε υγιείς επίμυς. Το ERB αποτελεί δυνητικά per se φλεγμονώδες ερέθισμα για τον προηγουμένως υγιή πνεύμονα.Rationale Combined inspiratory and expiratory resistive breathing (CRB) is the hallmark of obstructive airway diseases pathophysiology. We have previously shown that severe inspiratory resistive breathing induces acute lung injury in healthy rats. However, the role of expiratory resistance is unknown and the possibility of a load dependent type of resistive breathing induced lung injury still remains elusive. Objectives Our aim was to investigate the differential effects of inspiratory, expiratory and combined resistive breathing on healthy rat lung and establish the lowest loads required to induce injury. Methods Anesthetized tracheostomized rats breathed through a two-way valve. Varying resistances were connected to the inspiratory, expiratory or both ports, so that peak inspiratory pressure (IRB) was 20-40% or peak expiratory (ERB) 40-70% of maximum. CRB was studied in inspiratory/expiratory pressures of 30%/50%, 40%/50% and 40%/60% of maximum. Quietly breathing animals served as controls. At six hours, respiratory system mechanics were measured and bronchoalveolar lavage (BAL) was performed for cell and protein concentration counting. Lung tissue IL-6 and IL-1β levels were determined and a lung injury histological score was calculated. Results CRB was found to derange respiratory system mechanics, by increasing lung elasticity. BAL analysis after CRB revealed a significant increase of total cellularity, mainly as a result of considerable neutrophilia, which was further supported by increased MPO activity measurement. Lung tissue cytokine levels were upregulated in animals subjected to CRB compared to controls. Total protein concentration in BAL fluid was also elevated following CRB, indicating increased lung permeability. Histological analysis confirmed the occurrence of lung injury as a result of CRB. The effects of both CRB and IRB on the healthy lung were load dependent and IRB 30% was the lowest inspiratory load that provoked lung injury. ERB produced significant, load-independent neutrophilia, without mechanical or permeability derangements. Conclusions CRB load–dependently deranges mechanics, increases permeability and induces inflammation in healthy rats. ERB is a putative inflammatory stimulus for the lung

Expiratory resistive breathing and lung injury

Rationale Combined inspiratory and expiratory resistive breathing (CRB) is the hallmark ofobstructive airway diseases pathophysiology. We have previously shown that severeinspiratory resistive breathing induces acute lung injury in healthy rats. However, therole of expiratory resistance is unknown and the possibility of a load dependent typeof resistive breathing induced lung injury still remains elusive.ObjectivesOur aim was to investigate the differential effects of inspiratory, expiratory andcombined resistive breathing on healthy rat lung and establish the lowest loadsrequired to induce injury. Methods Anesthetized tracheostomized rats breathed through a two-way valve. Varyingresistances were connected to the inspiratory, expiratory or both ports, so that peakinspiratory pressure (IRB) was 20-40% or peak expiratory (ERB) 40-70% ofmaximum. CRB was studied in inspiratory/expiratory pressures of 30%/50%,40%/50% and 40%/60% of maximum. Quietly breathing animals served as controls. At six hours, respiratory system mechanics were measured and bronchoalveolarlavage (BAL) was performed for cell and protein concentration counting. Lung tissueIL-6 and IL-1β levels were determined and a lung injury histological score wascalculated.ResultsCRB was found to derange respiratory system mechanics, by increasing lungelasticity. BAL analysis after CRB revealed a significant increase of total cellularity,mainly as a result of considerable neutrophilia, which was further supported byincreased MPO activity measurement. Lung tissue cytokine levels were upregulatedin animals subjected to CRB compared to controls. Total protein concentration inBAL fluid was also elevated following CRB, indicating increased lung permeability. Histological analysis confirmed the occurrence of lung injury as a result of CRB. The effects of both CRB and IRB on the healthy lung were load dependent and IRB 30%was the lowest inspiratory load that provoked lung injury. ERB produced significant, load-independent neutrophilia, without mechanical or permeability derangements. Conclusions CRB load–dependently deranges mechanics, increases permeability and inducesinflammation in healthy rats. ERB is a putative inflammatory stimulus for the lung.Εισαγωγή Η αναπνοή μέσα από συνδυασμό εισπνευστικής και εκπνευστικής αντίστασης(combined resistive breathing, CRB) αποτελεί σήμα κατατεθέν της παθοφυσιολογίαςτων αποφρακτικών νοσημάτων των αεραγωγών. Πρόσφατα εδείχθη ότι η αναπνοήμέσα από υψηλή αμιγώς εισπνευστική αντίσταση προκαλεί οξεία πνευμονική βλάβη(acute lung injury, ALI) σε υγιή πειραματόζωα. Ο ρόλος της εκπνευστικήςαντίστασης παραμένει άγνωστος. Το ίδιο και το ενδεχόμενο η πνευμονική βλάβη πουπροκαλείται από εργώδη αναπνοή να είναι δοσοεξαρτώμενη. Σκοπός της μελέτης Να καθοριστούν (i) η επίδραση της αναπνοής μέσα από εισπνευστική ή εκπνευστικήαντίσταση ή το συνδυασμό τους στον υγιή πνεύμονα και (ii) οι ελάχιστες αντιστάσειςπου είναι ικανές να προκαλέσουν βλάβη. Μεθοδολογία Αναισθητοποιημένοι τραχειοστομημένοι επίμυες ανέπνεαν για έξι ώρες μέσω βαλβίδας μη επανεισπνοής διπλής οδού. Αντιστάσεις (μικρότεροι σωλήνες μεμεταβλητή διάμετρο και μήκος) συνδέθηκαν στην εισπνευστική ή/και εκπνευστικήοδό, ώστε η ενδοτραχειακή πίεση κατά την εισπνοή να διαμορφωθεί στο (IRB) 20-40% και κατά την εκπνοή στο (ERB) 40-70% της μέγιστης. Ο συνδυασμόςμελετήθηκε σε φορτία εισπνευστικής/εκπνευστικής αντίστασης (CRB) 30%/50%,40%/50% και 40%/60%. Η εισπνευστική οδός ήταν συνδεδεμένη με παροχήοξυγόνου 100%, ώστε να αποφεύγεται η ανάπτυξη υποξαιμίας. Πειραματόζωα πουανέπνεαν ελεύθερα χρησιμοποιήθηκαν ως μάρτυρες. Εκτιμήθηκαν οι μηχανικές ιδιότητες του αναπνευστικού συστήματος με την τεχνική εξαναγκασμένης ταλάντωσης και τις στατικές καμπύλες πίεσης – όγκου του αναπνευστικούσυστήματος και ελήφθη βρογχοκυψελιδικό έκπλυμα (BAL) για μέτρηση του ολικούαριθμού κυττάρων, των υποπληθυσμών λευκοκυττάρων και της συγκέντρωσης ολικής πρωτεΐνης. Σε πνευμονικό ιστό προσδιορίστηκε η δραστικότητα μυελοϋπεροξειδάσης και τα πρωτεϊνικά επίπεδα των κυτταροκινών IL-1β και IL-6 (μεELISA) και έγινε ιστολογική ανάλυση. ΑποτελέσματαΗ CRB, όπως και η IRB, ανευρέθη ότι διαταρράσει τις μηχανικές ιδιότητες του αναπνευστικού συστήματος, αυξάνοντας την ελαστικότητα του πνευμονικού ιστού. Κατά την ανάλυση του BAL διαπιστώθηκε αύξηση της ολικής κυτταροβρίθειας και εμφάνιση σημαντικής ουδετεροφιλίας, η οποία επιβεβαιώθηκε από τη μέτρηση τηςδραστικότητας MPO στον πνευμονικό ιστό. Τα επίπεδα των φλεγμονωδών κυτταροκινών στον πνεύμονα ήταν αυξημένα σε σύγκριση με τους μάρτυρες, όπως και η συγκέντρωση πρωτεΐνης στο υγρό του BAL, ενδεικτική της αύξησης τηςπνευμονικής διαπερατότητας. Η ιστολογική ανάλυση επιβεβαίωσε την παρουσίαπνευμονικής βλάβης. Οι επιδράσεις της CRB στον υγιή πνεύμονα ήτανδοσοεξαρτώμενες, ενώ το ίδιο συνέβη και με αυτές της IRB, με το IRB 30% να διαπιστώνεται ότι αποτελεί το χαμηλότερο εισπνευστικό φορτίο που οδηγεί σε σημαντική βλάβη. Η ERB προκάλεσε μη δοσοεξαρτώμενη πνευμονική ουδετεροφιλία, με συνοδό αύξηση των κυτταροκινών, χωρίς διαταραχή τωνμηχανικών ιδιοτήτων και της πνευμονικής διαπερατότητας. Συμπεράσματα Όπως και η IRB, η CRB διαταράσσει τη μηχανική, αυξάνει την πνευμονικήδιαπερατότητα και προκαλεί πνευμονική φλεγμονή και βλάβη με δοσοεξαρτώμενοτρόπο σε υγιείς επίμυς. Το ERB αποτελεί δυνητικά per se φλεγμονώδες ερέθισμα για τον προηγουμένως υγιή πνεύμονα

Fungal Infections in the ICU during the COVID-19 Era: Descriptive and Comparative Analysis of 178 Patients

Background: COVID-19-associated fungal infections seem to be a concerning issue. The aim of this study was to assess the incidence of fungal infections, the possible risk factors, and their effect on outcomes of critically ill patients with COVID-19. Methods: A retrospective observational study was conducted in the COVID-19 ICU of the First Respiratory Department of National and Kapodistrian University of Athens in Sotiria Chest Diseases Hospital between 27 August 2020 and 10 November 2021. Results: Here, 178 patients were included in the study. Nineteen patients (10.7%) developed fungal infection, of which five had COVID-19 associated candidemia, thirteen had COVID-19 associated pulmonary aspergillosis, and one had both. Patients with fungal infection were younger, had a lower Charlson Comorbidity Index, and had a lower PaO2/FiO2 ratio upon admission. Regarding health-care factors, patients with fungal infections were treated more frequently with Tocilizumab, a high regimen of dexamethasone, continuous renal replacement treatment, and were supported more with ECMO. They also had more complications, especially infections, and subsequently developed septic shock more frequently. Finally, patients with fungal infections had a longer length of ICU stay, as well as length of mechanical ventilation, although no statistically significant difference was reported on 28-day and 90-day mortality. Conclusions: Fungal infections seem to have a high incidence in COVID-19 critically ill patients and specific risk factors are identified. However, fungal infections do not seem to burden on mortality

The differential effects of inspiratory, expiratory, and combined resistive breathing on healthy lung

Combined resistive breathing (CRB) is the hallmark of obstructive airway disease pathophysiology. We have previously shown that severe inspiratory resistive breathing (IRB) induces acute lung injury in healthy rats. The role of expiratory resistance is unknown. The possibility of a load-dependent type of resistive breathing-induced lung injury also remains elusive. Our aim was to investigate the differential effects of IRB, expiratory resistive breathing (ERB), and CRB on healthy rat lung and establish the lowest loads required to induce injury. Anesthetized tracheostomized rats breathed through a two-way valve. Varying resistances were connected to the inspiratory, expiratory, or both ports, so that the peak inspiratory pressure (IRB) was 20%-40% or peak expiratory (ERB) was 40%-70% of maximum. CRB was assessed in inspiratory/expiratory pressures of 30%/50%, 40%/50%, and 40%/60% of maximum. Quietly breathing animals served as controls. At 6 hours, respiratory system mechanics were measured, and bronchoalveolar lavage was performed for measurement of cell and protein concentration. Lung tissue interleukin-6 and interleukin-1 beta levels were estimated, and a lung injury histological score was determined. ERB produced significant, load-independent neutrophilia, without mechanical or permeability derangements. IRB 30% was the lowest inspiratory load that provoked lung injury. CRB increased tissue elasticity, bronchoalveolar lavage total cell, macrophage and neutrophil counts, protein and cytokine levels, and lung injury score in a dose-dependent manner. In conclusion, CRB load dependently deranges mechanics, increases permeability, and induces inflammation in healthy rats. ERB is a putative inflammatory stimulus for the lung