3
The bronchial microcirculation J. W. WILSON and S. J. WILSON* Department of Respiratory Medicine, The Alfred Hospital and Monash Medical School, Prahran, Australia; *Immunohistology Laboratory, University of Southampton School of Medicine, Southampton, UK Our concept of the processes known to influence airway function has evolved progressively over the past 20 years, from simple bronchoconstriction, to smooth muscle reactivity, to airway inflammation and now to airway remodelling. We now recognize the fact that our view of the airway is not one of an evolving single inflammatory response, but a montage of overlapping scenes. Airway biopsies in asthma reflect today's early asthmatic response (bronchoconstriction with mast cell degranula- tion and mediator release) together with yesterday's late asthmatic response (cellular infiltration with oedema) on top of months or years of chronic inflammation. This chronic phase of remodelling is characterized by apparent basement membrane thickening, increased collagen deposition in the submucosa, cellular infiltra- tion, oedema, vessel dilatation and proliferation, as well as smooth muscle hypertrophy/hyperplasia. Overall, the resultant effect is thickening of the bronchial wall and increased reactivity to provocative stimuli. The airway vasculature plays a responsive, dynamic role in this process, rather than acting as a simple conduit. A new approach to the role of the vasculature in asthma will require a re-assessment of the roles of both currently available and novel antiasthma drugs. The airways are supplied by a rich plexus of vessels deep to the muscularis, connected by perforators to a more superficial network in the lamina propria [1]. The functions of vessels are to provide nutrients to the structures of the bronchial wall, to condition inspired gas (humidify and warm), to facilitate the host's cellular defences and to remove substances deposited in the airway (toxins and drugs). Remodelling of the airway wall in asthma is accompanied by marked vascular changes. These include increased vessel numbers (738/ mm 2 vs. 539/mm 2 in controls) and tissue vascularity (17.2% vs. 10.3% in controls) [2], in addition to tissue oedema [3] and cell influx to the interstitium through vascular endothelium and basement membrane (Fig. 1). Sections of active airway mucosa clearly show margina- tion of leukocytes in bronchial capillaries, indicating the local expression of adhesion molecules. The cell infiltrate characteristic of asthma is comprised of eosinophils, mast cells and activated T lymphocytes [4,5] and arises through selective homing to affected tissues. Localization to sites of inflammation is achieved by the expression of cellular adhesion glycoproteins, diapedesis and chemotaxis, and can be blocked by specific monoclonal antibodies [6]. Vascular endothelium is an active rather than a passive participant, expressing a range of adhesion molecules to enable this process [7]. Specific factors, such as VEGF, may be capable of enhancing this process [8], which may also be applicable to the airway in chronic bronchitis [9]. Other well- characterized angiogenic factors implicated in airway remodelling in asthma include basic fibroblast growth factor, TGF-b and tumour necrosis factor (TNF)-a. The increase in airway vascularity (percentage of airway section surrounded by vascular endothelium) described in asthma is dependent on the chosen method of staining. Early studies aiming to quantify vascularity relied on expression of endothelial Factor VIIIAg, which may not be present on all vessels [2,10]. The use of collagen IV, present in vessel basement membrane, may be used as a marker to identify all nonlymphatic vessels (see Fig. 2). Further analysis has indicated that angiogenesis occurs in airway vessels, evidenced by the finding of PCNA + (proliferating) cells in the endothelium [11]. A difficulty with quantification of vessel numbers lies in the uncertainty regarding the formation of new vessels as budding elements derived from larger vessels, or an artifact generated by folding of elongated vessels in and Clinical and Experimental Allergy Reviews, 2001, Volume 1, Number 2, pages 120±122 Ahed Bhed Ched Dhed Ref marker Fig marker Table marker Ref end Ref start 120 # 2001 Blackwell Science Ltd Correspondence: Dr J. W. Wilson, Department of Respiratory Medicine, Alfred Hospital, Commercial Road, Prahran Victoria 3181, Australia. Actions of the bronchial microvasculature in airway remodelling an g io g enes is dilatati on permeabilit y cell infiltra te Airway vesse ls Fig. 1. Actions of the bronchial microvasculature in airway remodelling. 21 Disc

The bronchial microcirculation

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: The bronchial microcirculation

��� ������� ������� ����

�� �� ������ �� �� �� �������

���������� ���� ����� ��� � ��� ��� ����� ��� ��� ��� ����� ��� ��� ����� �������� ������� ��������� ����� �� ������ !� "��� �� ��������� ���� ��� � ��� ���������� !#

� � ������� �� ��� ��������� ����� �� ��� ���� ���� ����� �� ������� ��� �������� ���� ��� ��� !" ����#���� ����� �����������������# �� ������ � �����������# �� ��� �������� �� ��� �� ������������ � �� ��� ���� �$� ��� ��� ��� � � ��� ����� ��� � ��� ��� �� � ������ �� �� �����������������# � � ���� � �� �������� ������� %��������� � ���� ������� ����&� ���� �������������� '����������������� ��� ��� ���� �� �� �(��� �� ������ ������) �� ����� ��� ��������&� ��������� �������� '���� �� �������� ��� �����) ����� �� ������ �� ���� �� ������ ���������

��� ������ ���� �� ��������� � �������$�� �������� ������� ������� ������� # ����������� �� �������� � ��� � �� ���# ���� �� �����(���# �����# ������ ������ �� ����������# � ����� ������ � ���� �����������*��������� ������# ������ ���� ������ � ������� �� ��� ������� ��� ��������� ������� �� ��������� ��� �� ��� ������ �� �� ���� ���������# ����� ���� � ����������# ����� ��� ��� � ����� ���� �� % ��������� �� ��� ���� �� ��� ��� �� �� � ���� �����+ �� ��(��������� �� ��� ����� �� ���� � ������������ �� ����� ������ �� ��

��� ���� �� � ����� �� ��� ���, � �� ����������� �� ��� � �� ���# ��������� �� ���������� �� ���� � ������ ������� � ��� ��� ����� -./� ���� ������ �� ������� �� �� ������ � ������ �� ������ �� ��� �� ��� ������� ���# �� ������� ������ � '� ���� �� ���)# �� ������ ��� ����&� ���� ���������� �� �� ������ � ������� �������� � ������ '��,�� �� �� �)� 0�������� �� ��� ������ � ���� � �������� �� ����� ��� ����� ��� ����� ��� �� ������� ������ � ����� '123*��! ��� 425*��! � ��������) �� ��� � ��� ����'.1�!6 ��� ."�26 � ��������) -!/# � ����� �� ��� ������ -2/ �� ���� ��� , �� ��� ������� � ���� ���� �� �������� � �� ������� ������� '7 � .)�������� �� ���� ��� � ��� ������ ���� �� �(

��� �� �� ������� � ������� �������# ����� ������� �,������� �� ������ ����� ����

��� ���� ������� ���������� �� ���� � ���������� ���������# ��� ����� �� ������ � �����������-8#4/ �� ���� ���� � �������� ���� �� ���������� ��� ����$��� �� ���� �� �������� � �������� ��� �,������� �� ���� �� ������ �����������#������� �� ������,�# �� �� �� ������� �������� ��������� ������� -9/� :�� �� �������� �� � ���� ����� ��� ����� �������# �,������ �� � �� ������ ����� ��� �� ����� ��� ������� -1/������� ������# � �� � :;<7# �� �� ����� �������� ��� ������� -3/# ���� �� ��� �� ��������� ��� ��� � ������ �������� -5/� ����� ����(�������$�� � � ��� ������ ������� � ������������ � ���� ��� �� ��� �������� ����������# �<7(� �� � �� � ������� ����� '��7)(��

��� ������ � ��� ��� ���� '������� � ����� ������ � ��� ���� �� ��� �� �������� �)�������� � ���� � ��������� �� ��� ������ �������� ���� � ;��� �� ��� �� �� + ���� ��� ��������� �� �,������� �� ��������� 7���� :���% #���� �� ��� �� ������� �� �� ������� -!#."/� ��� ���� ���� �� �:# ������� � ������ ������� �������#�� �� ��� � ����� �� ������ �� ����������������� '��� 7 � !)�

7 ����� ����� �� ������ ��� � � �������� �� � ��� �������# �������� �� ��� ���� ��=>�% ? '��������� ) ����� � ��� �������� � -../� %���� ��� ��� + ������� �� ������ � ����� ��� ���� �������� �� ��� ��� ������� �� ��� �������� � ��� �������� ������ ���� �� �� �������# �� ������ ������� �� ����� �� ���� ��� ������� � ��

$� � ��� ��� %&��� ������ ������� ��" �'�# !"".# :�� �� .# � ���� !# � �� .!"@.!!

%���A���>���B���0�������7 ��������������0�� ���0�� ����

.!" � !"". A������� ������ ���

>�������������C B� �� �� �����# B�������� �� 0��������

D�����# %����� E�����# >������� 0��# =���� :����

2.3.# % �����

Actions of the bronchial microvasculature in airwayremodelling

an g iog en es is d ila ta tion p erm eab ility ce ll in filtra te

A irway vesse ls

���� �� %����� �� ��� ������� ������� �� �� � ���

��������� �

!. B��

Page 2: The bronchial microcirculation

� � �� ��� ���� �� ������� B���������� ������������ ����� �� �� �������# ���� �� ����������� �� >B2. '=;>%D(.)# �� � �� �������������� -1#.!/� ;��� �� ��� �� ��� ������ �� ������ � ������ ��� ���� �� � �� ������ ������ ����� -.2/�� ��� ����� ������������� �� ��� �� ������ ���� � ���� -.8/�

>����� ��� � �� ���� �������� � ��� ������� ��� �� ����F �������# + ������� �� ��� ������������ � ��� �� ���� ������ � �G����� ���������� �� � ���� ��� �� �� �� ���� � �������� ��� � �������� �� ��� ����������� ����� � ��� ���� ��� �� �� ��� '� �(�����) �� � ������� ��� ���� �� ��� � ������ � ��� ����� ��� ����+ �� ���� ������ ��� ����

H ������� �� ���� ��������# ������� �,��������� ���� �� �������� � ��� ����� ��� � ����������� ��� �� �� ��� ��� �+ �� ��������# ����� ������������ �� ��� � � �� ��� �� �� �������� �� ���#����� ��� � ������ ��� ��# ���� �� ��� ��� �+ ���������� �� �� ���� D�� ������ �� ��� � ������ �� �� ������ �� �� ��������� ������� ����� ������ ���� ��������� ��� � ��� ��� ��������� �� �� �! ���� ��� ��# ��� �������������� � ��������� �� ��� ��� ��� '7 � 2#�)� I�� ���� ���$�� � � ����� �����+ ��# ���$��� �� ��� � �� �� ����� + ������

H ����� ��� ������ ��� �� ��� ��� ��� �� ���� ����� � �� �� ������ ��� �� � ��� ������������� � ������,� A� ��� �� ��� ������ � ������ �� ���� �� ��� �� ��� ���������� ����� � 7 � .#����� ������ �$�# � � �����# ������ ��� � �� �����������# �� �� ��� �� ������ ������ ��� �� �������� ������ � ��� ��� ������� ���� � �������� ������ ��� �� ��� ��� �� �� '������� � ����� ��� ������) � ��� ���� �� �� ���� ."6 � �������� � �� .16 � ��� �������� :����� � ����� �� ��������� ���� 425*��! � �������� �� 123*��! ������ ��� ������ ��� � ����������� � 7 � 2'# �)�� �� � �� � ������ ."6 �� ������ �� � ������� ��# ���� � ��� ������ ����� � ��������� ��� ��� ���� ������� � � ��� 4@."6 �� ��������# � � �� �� � � � � !"6 � ��� � ��� ��� �� ������ �� ������� ����� ������� ��� ������ � � ������� � �� ������ ���� ����� �� ��� ���� ����� ��� ���������� �� ��� ��� �� ���������

����� ������� ���������# ��� �� �� �������'��) A8# ��>8 �� ��B8# �� ������ �� ���� ����� �� ��������� -.4#.9/� ;�������� ����� �,������� ������� ���������# �� �����# ��� ��������� ����

� !"". A������� ������ ���# $� � ��� ��� %&��� ������ ������� ��" �'�# �# � ���� !# .!"@.!!

��� ���� �� � ��� ������ � .!.

���� �� ���� �: ���� �� ����� ������� � ��� ����������

���� �� ') =����� �� ��� � �� �!(���� ��� �� � ��� ��� � �� ���F '�) �� ��� ������� ������ �� � �� �����������

!. B��

Page 3: The bronchial microcirculation

����� �� �� ���� ��� �� �� ������� ����������-.1#.3/� ��� ������� ��� ��� �� �� �� ��������� ����� �� ����� ������ ��� � � �� �������# ���� � � �� ���� ����� �� � �,�����(���� ��� �� � �� ���������� I�� ��� ��� �� �(��� �>� !"8 !.5# A������� �� ����� �� �� �� ������������ ��� ������(�� ��� � ���� � ������� ���� ������� � �� 4(�� ���� -.5/� 0�(��� ��� �� ������� �� �� ������� �������� �� ����� � ��� ��� ��� ��� �� �������� � ��� ��� � ��� ������� �� � ����� ������������ �����+ ��� ������( �� ���(������ ��������� �� ��������� + ������ � ����� �� �� ������ ����������� �� ���� ��� �������� ��� �� ����� �� ��� ��� �� ��������� �� ������������ �������� � ����� �� ��# �� ����� ��(��� ������� �� ��� ����

��� �

. �������� �� ��� �� ��� ���� �� ��� ��J ����,.552F 83C!5"@4�

! � K# ����� ��� �������� ��� ���� �� ��� �������� ��� � ��� ����� %� � 0���� >�� >�� D�� .551F.49C!!5@22�

2 B ���� D�� ��� ������ � �� ����# ��� �������������� �� ��� ������� � ���� � >�� =���� .59"F.2C!1@22�

8 BG ����� 0# ����� ��# A����� LD �� �� H ������

�� ��� ����� �� ��������� � ��� ������� � ��� ����������� ���� ������� �� ������ ������� � �(G���� �� �� ��������������� %� 0�� 0���� B�

.55"F .8!C392@1.�4 BG ����� 0# 0���� �0# ����� �� �� �� D ������������ � ����� %� 0�� 0���� B� .55"F

.8!C828@41�9 �� ��� >B# < ���� 0E# 0���� = �� �� ��������� �������� ����� ��(. '�>%D(.) � ��� ���� ����� ��

����� ������ .55"F !81C849@5�1 A � � :�# M �� �# 0������ � �� �� >������$��� ��

;�8 ��������� ������C �� ��� ��� >B2. �����(

���� >�� ;,� ��� ��� .558F 59C.1"@9�3 B���� D# A���� �7# ����N � D= �� �� ��������

������� �� ������ �� ������� �� ������ ����� ��

������ � ��� ��� �� :;<7 ���� ��� ���� � ������B������ .553F ...C.@9�

5 B ������ %# D������� =# 0� �� % �� �� I��� ������ ������ ����� ��� � ��� ������� � ��� �� � �G����

��� ������ ����� ���� ��������� %� � 0���� >�� >��D�� .558F .85C3"2@."�

." L ��� L# A����� >E# =�� =B �� �� ���� ����

�������� � ���� �� � ������ ����� ���� � ����(�� ������ %� 0�� 0���� B� .552F .83C.!!"@4�

.. ����� �� ��� ������� ������� ���� � ����� >��

;,� %���� � !"""F 2"C4.@2�.! �� �� 0� ��� �� ������ � ����� � � �� �����

� ���� � ������� >����+ ����� ��� ��� ������� ��������� ���������� %� � =�� .551F .4"C.54.@1�

.2 ����� �%# ����� D%# �������� �<� B���(������������� �� �������� �� ������� �� ������ ��� ���������� � �� �� A� � =������ .531F 5!C1"2@5�

.8 ���� A;# � K# E���� A �� �� :�� ���� � ����������C ������ �� ����� ������ ����� ����, .555F48C!35@54�

.4 AG��� �# E��+��� =# %����� L;� ������� � ��� ����������� �� ��� �� �� ������� A8 �� ��� ���� ������������� ���� �� �������� ��������� .53!F 9C.35@

!""�.9 %����� 0L# <������� <D# E�������� �� �� �������

>8 �� B8 ������ � ������ ��� �� ��������� ��,���� ���� � � �� >���� .532F 32C34�@39��

.1 7����� ��� �� ������� >8 ���������� � �� ����(������� ���� �� ������@��� �� ���� ���������� D���;�$���� .55"F .31C445@91�

.3 ���� �# ����� K# <���� �=# A��� >� 7 �������� ��� �� �� ������� ��������� � ��� �� ��� ��� %� �0���� >�� >�� D�� !"""F .9.C�."1@..�

.5 A������� �%# <������� �� =%# =������� 0 �� �� ��������� �� ��� ��� �� ������� �� ����# �>�!"8# !.5# ���� ������� B8 �� ������@�� ��� � ���� � ��� ��

������� � ��� � %���� � >�� ��� ��� .55.F 31C52@3�

� !"". A������� ������ ���# $� � ��� ��� %&��� ������ ������� ��" �'�# �# � ���� !# .!"@.!!

.!! () *) * ��� ��� �) () * ���

!. B��