Alterations in pulmonary structure by elastase administration in a model of emphysema in mice is associated with functional disturbances

Abstract

Several experimental studies of pulmonary emphysema using animal models have been described in the literature. However, only a few of these studies have focused on the assessment of ergometric function as a non-invasive technique to validate the methodology used for induction of experimental emphysema. Additionally, functional assessments of emphysema are rarely correlated with morphological pulmonary abnormalities caused by induced emphysema. The present study aimed to evaluate the effects of elastase administered by tracheal puncture on pulmonary parenchyma and their corresponding functional impairment. This was evaluated by measuring exercise capacity in C57Bl/6 mice in order to establish a reproducible and safe methodology of inducing experimental emphysema. Thirty six mice underwent ergometric tests before and 28 days after elastase administration. Pancreatic porcine elastase solution was administered by tracheal puncture, which resulted in a significantly decreased exercise capacity, shown by a shorter distance run (−30.5%) and a lower mean velocity (−15%), as well as in failure to increase the elimination of carbon dioxide. The mean linear intercept increased significantly by 50% in tracheal elastase administration. In conclusion, application of elastase by tracheal function in C57Bl/6 induces emphysema, as validated by morphometric analyses, and resulted in a significantly lower exercise capacity, while resulting in a low mortality rate. Resumo: Vários estudos experimentais de enfisema pulmonar em modelos animais têm sido descritos na literatura científica. No entanto, apenas alguns destes estudos têm sido concentrados na avaliação da função ergométrica como técnica não-invasiva para validar a metodologia utilizada para a indução do enfisema experimental. Além disso, as avaliações funcionais de enfisema raramente se encontram correlacionadas com anomalias morfológicas pulmonares causadas por enfisema induzido. O presente estudo teve como objetivo avaliar os efeitos da elastase administrada por punção traqueal no parênquima pulmonar e a sua disfunção funcional correspondente. Esta foi avaliada através da medição da capacidade de exercício em ratos C57Bl/6, de forma a estabelecer uma metodologia reprodutível e segura de induzir o enfisema experimental. Trinta e seis ratos foram submetidos a testes ergométricos antes e 28 dias após a administração de elastase. A solução de elastase pancreática suína foi administrada por punção traqueal, o que resultou numa diminuição significativamente da capacidade de exercício, demonstrada pela diminuição da distância percorrida (menos de 30,5%) e por uma velocidade média inferior (menos de 15%), assim como pela incapacidade de aumentar a eliminação de dióxido de carbono. A intersecção linear média aumentou significativamente em 50% na administração traqueal da elastase. Em conclusão, a aplicação de elastase por punção traqueal em ratos C57Bl/6 induz enfisema, conforme foi validado por análises morfométricas, e resultou numa capacidade de exercício significativamente mais baixa, embora se tenha obtido uma baixa taxa de mortalidade. Keywords: Pulmonary emphysema, Ergometric test, Porcine elastase, C57Bl/6, Palavras-chave: Enfisema pulmonar, ensaio ergométrico, Elastase suína, C57Bl/6