Structural and functional correlates of experimental emphysema  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
67700
Type K
Principal investigator Hantos, Zoltán
Title in Hungarian Az emfizéma strukturális és funkcionális összefüggései kísérletes modellekben
Title in English Structural and functional correlates of experimental emphysema
Keywords in Hungarian emfizéma, bronchokonstrikció, légzésmechanika, in vivo tüdőmikroszkópia, pulmonális akusztika
Keywords in English emphysema, bronchoconstriction, repiratory mechanics, in vivo lung imaging, pulmonary acoustics
Discipline
Biological basis of diseases related to the above (Council of Medical and Biological Sciences)100 %
Panel Physiology, Pathophysiology, Pharmacology and Endocrinology
Department or equivalent Department of Pulmonology (University of Szeged)
Participants Adamicza, Ágnes
Asztalos, Tibor
Boros, Mihály
Galgóczy, Gábor
Peták, Ferenc
Tiszlavicz, László
Tolnai, József
Starting date 2007-07-01
Closing date 2012-03-31
Funding (in million HUF) 19.117
FTE (full time equivalent) 5.01
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatások célja az emfizéma kialakulásának és progressziójának állatkísérletes modellekben való tanulmányozása a légzésfunkció érzékeny, kis állatok (egér és patkány) mérésére kifejlesztett módszereivel: a tüdőtérfogatok pletizmográfiás meghatározásával, a légúti és szöveti mechanikai tulajdonságok kényszerített oszcillációs mérésével, a légutak kollapszushajlamának akusztikus vizsgálatával (reinflációs crackle hangok). A strukturális változások kimutatására a szokásos post-mortem technikák mellett - az előzetes vizsgálatok alapján - a szubpleurális alveolusok in vivo megjelenítésére képes ortogonális polarizációs spektrális képalkotást alkalmazzuk. Az elasztáz-kezelés okozta szöveti destrukció kialakulása mellett követni kívánjuk a légúti obstrukció mechanikai eredetű vagy gyulladásos folyamatok miatti bekövetkezését, valamint e kórfolyamatokban megelőző ill. terápiás hatást ígérő kezelések hatását.
Summary
The proposed research aims at the development and progression of emphysema in animal models, by using sensitive lung function techniques developed recently for measurements in small animals (rats and mice): the body plethysmographic estimation of lung volumes, measurements of airway and tissue mechanical parameters by forced oscillations, and the assessment of airway collapsibility via crackle sound recordings during reinflation. In the structural studies, the conventional postmortem techniques will be combined with the novel method of the orthogonal polarization spectral imaging, which has been successfully employed, in preliminary investigations, in the in vivo morphometry of the subpleural alveoli. In addition to the development of the elastase-induced tissue destruction the appearance of airway obstruction, as a consequence of the proliferation of mechanical stress and/or inflammatory processes, as well as treatments of potential preventive or therapeutic effects will be studied.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Az emfizéma elasztázkezeléses állatmodelljeiben tanulmányoztuk a tüdőstruktúra, tüdővolumenek és a légzésfunkció változásait, a követéses vizsgálatokra helyezve a súlyt. Több protokoll kipróbálása után a jobbnak talált patkánymodellben a rövidtávú (3 napos) és a hosszútávú (105 napos) strukturális és funkcionális változásokra koncentráltunk. Az egész tüdő beágyazásával és teljes metszeti képek elemzésével jutottunk átfogó strukturális információkhoz; az alveoláris morfometria mellett a hörgőátmérők és –falvastagságok, az alveoláris attachmentek sűrűsége és a hörgőfal kollagén- és elasztinsűrűségének és homogenitása is a vizsgálat tárgyai voltak. A tüdőfelszíni alveolusok megjelenítésére alkalmazott ortogonális polarizációs spektrális képalkotásnál áttértünk az ex vivo vizsgálatokra, mely lehetővé tette az alveoláris szeptumok gépi felismerését. A strukturális elváltozások (az alveolusok méretének növekedése, az attachmentek ritkulása) a tüdőtérfogatok növekedésével és az elasztikus ellenállás csökkenésével jártak együtt, míg a légutak áramlási ellenállása nem változott; a reinflációs crackle hangok in vivo elemzése viszont a légúti funkció korai érintettségét jelezte. Ígéretes új kísérleti koncepcióként jelent meg az elasztázkezelés és a gyakori mély belégzések alkalmazása, mely a tüdőszöveti destrukció kémiai és mechanikai folyamatainak szinergizmusa révén tekinthető a COPD akut exacerbációja első állatkísérletes modelljének.
Results in English
Pulmonary structure, lung volumes and lung function were investigated in elastase-treated mice and rats, concluding in follow-up studies on the short-term (3-day) and long-term (105-day) emphysematous changes. Whole-lung embedding and whole-section analysis was employed to obtain comprehensive data on alveolar morphometry, bronchial cross-section, wall thickness, septal attachment density, as well as wall collagen and elastin contents and homogeneity. Subpleural alveolar structure was studied ex vivo by orthogonal polarisation spectral imaging and picture processing. The structural changes (increased alveolar size and decreased septal attachment density) were associated with elevated lung volumes and impaired pulmonary elasticity, whilst the airway resistance did not change; however, in vivo reinflation crackle recordings indicated the early signs of the impact of elastolysis on airway function. Additionally, as an animal model of the acute exacerbation of COPD, a novel experimental setting combining elastase treatment with frequent deep inspirations was designed to model the chemical and mechanical processes synergetically involved in the destruction of parenchymal tissues.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=67700
Decision
Yes





 

List of publications

  
Vincenzo Cannizzaro, Luke J. Berry, Graeme R. Zosky, Debra J. Turner, Zoltán Hantos, Peter D. Sly: Impact of supplemental oxygen in mechanically ventilated adult and infant mice, Respir Physiol Neurobiol 165: 61-66, 2009
Zoltán Hantos, Ágnes Adamicza, Tibor Z. Jánosi, Margit V. Szabari, József Tolnai, Béla Suki: Lung volumes and respiratory mechanics in elastase-induced emphysema in mice, J Appl Physiol 105: 1864-1872, 2008
Graeme R. Zosky, Tibor Z. Janosi, Agnes Adamicza, Elizabeth M. Bozanich, Vincenzo Cannizzaro, Alexander N. Larcombe, Debra J. Turner, Peter D. Sly, Zoltan Hantos: The bimodal quasi-static and dynamic elastance of the murine lung, J Appl Physiol 105: 685-692, 2008
Alexander N. Larcombe, Graeme R. Zosky, Elizabeth M. Bozanich, Debra J. Turner, Zoltan HANTOS, Peter D. Sly: Absence of cholinergic airway tone in BALB/c mice., Respir Physiol Neurobiol 161: 223-229, 2008
Elizabeth M. Bozanich, Rosa C. Gualano, Graeme R. Zosky, Alexander N. Larcombe, Debra J. Turner, Zoltan Hantos, Peter D. Sly: Acute Influenza A infection induces bronchial hyperresponsiveness in mice, Respir Physiol Neurobiol 162: 190-196, 2008
Z. Hantos, G. Albu, M. Szabari, A. Adamicza: Repeated Measurements of Functional Residual Capacity and Low-Frequency Respiratory Impedance Parameters in Mice, Am J Respir Crit Care Med. 177: A224, 2008
Z. Hantos, G. Albu, M. Szabari, A. Adamicza, B. Suki: Increase in lung compliance and FRC but not residual volume in elastase-treated mice: a follow-up study, Eur Respir J 32 (Suppl. 52): 533s, 2008
Bayat S, Strengell S, Porra L, Janosi TZ, Petak F, Suhonen H, Suortti P, Hantos Z, Sovijärvi AR, Habre W: Methacholine and Ovalbumin Challenges Assessed by Forced Oscillations and Synchrotron Lung Imaging, Am J Respir Crit Care Med. 180: 296-303, 2009, 2009
Vincenzo Cannizzaro, Luke J. Berry, Philip K. Nicholls, Debra J. Turner, Graeme R. Zosky, Zoltán Hantos, Peter D. Sly: Lung volume recruitment maneuvers and respiratory system mechanics in mechanically ventilated mice, Respir Physiol Neurobiol 169: 243-251, 2009
András Lorx, Béla Suki, Magdolna Hercsuth, Barna Szabó, István Pénzes, Krisztina Boda and Zoltán Hantos: Airway and tissue mechanics in ventilated patients with pneumonia, Respir Physiol Neurobiol 171: 101-109, 2010
Z. Hantos, M.V. Szabari, J. Tolnai, G. Albu, B. Suki: Lung Volumes and Respiratory Mechanics in a Rat Model of Emphysema, Am J Respir Crit Care Med 181: A5067, 2010
J. Tolnai, M.V. Szabari, G. Albu, K. Boda, Z. Hantos: Changes in lung function in a rat model of mild emphysema, Eur Respir J 34(Suppl. 53): 835S, 2009
M. Szabari, J. Tolnai, B. Maár, B. Suki, Z. Hantos: Follow-up of lung function impairment in elastase-treated rats, Eur Respir J 36 (Suppl. 54): 48s, 2010
J. Tolnai, M. Szabari, G. Albu, B. Maár, Z. Hantos: Impact of chest wall mechanics on total respiratory impedance in rats, Eur Respir J 36 (Suppl. 54): 48s, 2010
M.V. Szabari, S. Sato, H. Parameswaran, E. Bartolak-Suki, Z. Hantos, B. Suki: Effects Of Mechanical Stresses On The Structure-Function Relations During The Progression Of Elastase-Induced Emphysema, Am J Respir Crit Care Med 183: A2447, 2011
Z. Hantos, M.V. Szabari, J. Tolnai: Lung recruitment in normal and emphysematous rats during methacholine challenge, Eur Respir J 38 (Suppl. 55): #4873, 2011
J. Tolnai, Z. Hantos, M.V. Szabari, B. Maar, B. Suki: Airway Opening In Normal And Emphysematous Rats, Am J Respir Crit Care Med 183: A2448, 2011
Z. Hantos, J. Tolnai, M.V. Szabari, B. Maar, B. Suki: Alveolar And Bronchial Morphometry In Emphysematous Rats, Am J Respir Crit Care Med 183: A2452, 2011
Enikő E. Lele, Zoltán Hantos, Miklós Bitay, Brigitta Szívós, Gábor Bogáts, Ferenc Peták, Barna Babik: Bronchoconstriction during alveolar hypocapnia and systemic hypercapnia in dogs with a cardiopulmonary bypass, Respir Physiol Neurobiol 175: 140-145, 2011
Vincenzo Cannizzaro, Zoltan HANTOS, Peter D. Sly, Graeme R. Zosky: Linking lung function and inflammatory responses in ventilator induced lung injury, Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 300: L112-L120, 2011
David W. Kaczka, Kenneth R. Lutchen, Zoltán Hantos: Emergent behavior of regional heterogeneity in the lung and its effects on respiratory impedance, J Appl Physiol 110: 1473-1481, 2011
Margit Szabari, Susumu Sato, Harikrishnan Parameswaran, Elizabeth Bartolák-Suki, Zoltán Hantos, Béla Suki: Acute exposure to mechanical forces deteriorates lung structure and function in a mouse model of emphysema, Eur Respir J 38 (Suppl. 55): #4736, 2011
J. Tolnai, M. V. Szabari, G. Albu, B. A. Maár, H. Parameswaran, E. Bartolák-Suki, B. Suki and Z. Hantos: Functional and morphological assessment of early impairment of airway function in a rat model of emphysema, J Appl Physiol (in press), 2012
M. V. Szabari, J. Tolnai, B. Maár, H. Parameswaran, E. Bartolák-Suki, B. Suki, Z. Hantos: Lung structure and function relation in elastase-treated rats: a long-term follow up study, Am J Respir Crit Care Med - elfogadva, 2012




 

Events of the project

  
2015-07-31 10:19:28
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet (Szegedi Tudományegyetem), Új kutatóhely: Tüdőgyógyászati Tanszék (Szegedi Tudományegyetem).



Back »