Associations in asthma between quantitative computed tomography and bronchial biopsy-derived airway remodelling

Abstract

Airway remodelling in asthma remains poorly understood. This study aimed to determine the association of airway remodelling measured on bronchial biopsies with i) lung function impairment and ii) quantitative thoracic CT (QCT)-derived morphometry and densitometry measures of proximal airway remodelling and air-trapping. Subjects were recruited from a single centre Bronchial biopsy remodelling features that were the strongest predictors of lung function impairment and QCT-derived proximal airway morphometry and air-trapping markers were determined by step-wise multiple regression. The best predictor of air-trapping was validated in an independent replication group. Airway smooth muscle percentage (ASM %) was the only predictor of post-bronchodilator FEV1 % predicted, while both ASM % and vascularity were predictors of FEV1/FVC. Epithelial thickness and ASM % were predictors of mean segmental bronchial luminal area (R2=0.12; p=0.02 and R2=0.12; p=0.015). Whereas epithelial thickness was the only predictor of % wall area (R2=0.13; p=0.018). Vascularity was the only significant predictor of air-trapping (R2=0.24; p=0.001), which was validated in the replication group (R2=0.19; p=0.031). In asthma, airway smooth muscle content and vascularity were both associated with airflow obstruction. QCT-derived proximal airway morphometry was most strongly associated with epithelial thickness and airway smooth muscle content, whereas air-trapping was related to vascularity.

Clinical significance of the bronchodilator response in children with severe asthma

“…We have identified a BD phenotype of pediatric asthma that is associated with worse health outcomes. Further prospective evaluation with ultra‐low dose CT chest imaging may help determine the pathophysiologic role of airway remodeling in these children with and without a BD response. Newer asthma therapies including biologics might alter this process in children with SA but this remains to be proven.…”

Airway wall thickness and airflow limitations in asthma assessed in quantitative computed tomography

“…qCT is used in studying bronchial wall remodelling, its relationship with airflow limitation and other clinical outcomes. [9][10][11] Tsurikisawa and colleagues demonstrated a significant correlation between the duration of asthma and airway structural changes. 12 Berair and colleagues described the associations between qCT and endobronchial biopsy specimens.…”

Tomografia quantitativa de tórax: comparações entre asmáticos de difícil controle, asmáticos bem controlados e indivíduos sem doença respiratória e correlações com parâmetros espirométricos

“…Em adultos saudáveis e não fumantes é comum observar um declínio de aproximadamente 15 a 20 ml do VEF1 ao ano. Nos indivíduos asmáticos este declínio pode ser aumentado mais intenso em grande parte devido à limitação persistente ao fluxo de ar (KOHANSAL et al, 2009 (JAMES et al, 2002;BENAYOUN et al, 2003;MACEDO et al, 2009;BERAIR et al, 2017;BOUSQUET J, JEFFERY PK, BUSE WW et al, 2017). Porém, como a biópsia realizada por broncoscopia é um procedimento invasivo, com riscos aos pacientes, é necessária a aplicação de outros métodos menos invasivos que possibilitem a avaliação da composição das vias aéreas, a descoberta de biomarcadores que indiquem a ocorrência de remodelamento brônquico para que se possa conhecer melhor a fisiopatologia do acometimento de vias aéreas de uma proporção dos asmáticos.…”

“…Já no estudo realizado por Achenbach e colaboradores, o objetivo era avaliar quantitativamente as vias aéreas de pacientes com DPOC e, como conclusão, os autores destacaram que a espessura da parede brônquica dos indivíduos com DPOC era maior do que a dos indivíduos saudáveis e não tabagistas (ACHENBACH et al, 2008). Além desses estudos com pacientes com DPOC (HASEGAWA et al, 2006;COXSON, 2008;LEE et al, 2008;PATEL et al, 2008;GRYDELAND et al, 2011;KOSCIUCH et al, 2013;SCHROEDER et al, 2013), o método também foi utilizado para a avaliação quantitativa das vias aéreas em indivíduos com bronquiolite obliterante pós transplante de pulmão (DOELLINGER et al, 2016;GAZOURIAN et al, 2017), com fibrose cística (KOUMELLIS et al, 2005;WIELPÜTZ et al, 2013;DEBOER et al, 2014;SANTOS et al, 2016), com bronquiectasias (DIAZ et al, 2017), com fibrose pulmonar idiopática (COLOMBI et al, 2015;MILLER et al, 2018) e também com asma (NIIMI et al, 2000;LITTLE et al, 2002;GONO et al, 2003;AYSOLA et al, 2008;MONTAUDON et al, 2009;HOSHINO et al, 2010;LEDERLIN et al, 2012a;KOSCIUCH et al, 2013;BRILLET et al, 2013BRILLET et al, , 2015; HYUNG KIM; KYUNG LEE; YOO, 2013; ASKER; ASKER; OZBAY, 2014; WITT et al, 2014;GUPTA et al, 2014;BERAIR et al, 2017;D. et al, 2018;ZHANG et al, 2019).…”

“…Esta diferença na espessura relativa entre saudáveis e asmáticos também foi relatada por outros estudos, (KASAHARA et al, 2002;AYSOLA et al, 2008). No estudo de Aysola e colaboradores em 2008, os autores mostraram que, ao comparar a espessura da parede brônquica com índices e medidas relativas, as vias aéreas dos asmáticos graves eram mais espessas do que as dos indivíduos com asma leve a moderada e não asmáticos, e esta diferença apresentava correlação com achados histológicos vistos por biopsias brônquicas, porém não houve diferença nas medidas de espessura entre os saudáveis e os asmáticos com doença leve a moderada (AYSOLA et al, 2008), e este resultado também é relatado por outros autores (AWADH et al, 1998;GONO et al, 2003 As análises através de biopsias brônquicas e são descritas por alguns autores como sendo um resultado das alterações celulares e estruturais decorrentes da inflamação crônica da asma (KASAHARA et al, 2002;BENAYOUN et al, 2003;MACEDO et al, 2009;BERAIR et al, 2017 Assim, como documentado em outros estudos (NIIMI et al, 2000;KASAHARA et al, 2002;LITTLE et al, 2002;GONO et al, 2003) (NAKANO et al, 2005;GRYDELAND et al, 2009). A medida leva em conta o perímetro interno que delimita a área luminal e a área da parede brônquica, demarcada pelo perímetro adventício, que separa a parede da via aérea do parênquima pulmonar.…”