Laboratório de Fisiologia da Respiração

LINHAS DE PESQUISA

Objetiva-se avaliar as repercussões mecânicas respiratórias secundárias a uma série de alterações induzidas sobre o organismo, em especial os aparelhos cardiovascular e respiratório. Assim, vêm sendo provocadas controladamente, em animais de experimentação, diversas entidades mórbidas que comprometem, primária ou secundariamente, o pulmão e/ou a parede torácica. Também tem sido testado o efeito da aplicação de medicamentos atuando primária ou secundariamente sobre o pulmão. Além disso, testamos os efeitos da exposição a agentes poluentes e cianotoxinas. Em particular, nos dedicamos à identificação intrapulmonar do sítio onde se dá a alteração em tela. Para tanto, conta-se com a colaboração da avaliação morfológica e morfométrica, além de diagnósticos anatomopatológicos. A fim de melhor identificar o processo inflamatório decorrente de algumas das citadas lesões, adentramos pelos terrenos da Bioquímica, Biologia Molecular e da Imunologia. Recentemente, o Laboratório de Fisiologia da Respiração iniciou pesquisas em duas novas linhas: uma acerca dos impactos biológicos das diferentes estratégias ventilatórias sobre a estrutura e função pulmonar tanto em modelos animais com pulmão saudável como nos diversos modelos de lesão pulmonar aguda. Nesta linha, destaca-se também o interesse dos componentes associados à aspectos moleculares e imunológicos potencialmente desencadeados pela ventilação artificial. Na outra, temos como objetivo analisar os impactos de processos celulares de manutenção da homeostasia celular, tais como a resposta autofágica, no controle da inflamação pulmonar, assim como os mecanismos moleculares que fundamentam tais observações.

FISIOLOGIA E FISIOPATOLOGIA RESPIRATÓRIAS

Nos últimos anos, esta linha de pesquisa, em andamento no Laboratório de Fisiologia da Respiração, se dedica ao desenvolvimento de técnicas e métodos novos para o estudo do sistema respiratório, e em aplicá-los a diversas condições fisiológicas e fisiopatológicas. Outrossim, a modelagem matemática computacional tem sido alargada paulatinamente e vem fornecendo subsídios importantes para a melhor compreensão do funcionamento do sistema respiratório. No campo da mecânica respiratória, este laboratório vem demonstrando interesse na decomposição das propriedades mecânicas do sistema respiratório em seus componentes de pulmão e parede torácica. Soma-se a esse aspecto a partição das propriedades resistivas década componente em suas parcelas viscosa e viscoelástica. A primeira se relaciona à resistência propriamente dita e, por conseguinte, primordialmente, às propriedades resistivas das vias aéreas de grande porte. A viscoelasticidade está afeita ao tecido, quer pulmonar, quer de parede torácica. À viscoelasticidade se somam componentes decorrentes de inomogeneidades mecânicas do sistema. É de interesse do Laboratório de Fisiologia da Respiração também, a avaliação das propriedades mecânicas do sistema respiratório a partir de métodos de Regressão Linear Múltipla além de Métodos de Regressão Não-Linear com a aplicação de diferentes modelos matemáticos. Com isto objetiva-se a identificação de parâmetros que definem as pressões elásticas e resistivas do sistema respiratório e do pulmão na busca de critérios para a regulagem da ventilação artificial. Adicionalmente, pretendemos aprofundar nossos estudos nos mecanismos moleculares envolvidos com o aumento da resposta inflamatória em sistemas biológicos (in vitro ou in vivo) onde a resposta autofágica é deficiente.

Além do estudo da mecânica respiratória tradicional, com o órgão íntegro, analisa-se as propriedades reológicas do tecido pulmonar (elastância, resistência e histeresividade tecidual). Assim, dos mesmos modelos acima apresentados, retiram-se tiras de pulmão (2 x 2 x 10 mm) que são osciladas a diferentes freqüências dentro de banho Krebs aquecido. O estudo da mecânica tecidual oferece algumas vantagens, já que alguns mecanismos que contribuem para as modificações da mecânica in vivo não estão presentes na preparação in vitro, como o surfactante e atelectasia.

O acompanhamento morfológico e morfométrico do pulmão como um todo e da tira de pulmão vem sendo realizado, a fim de fornecer um substrato anátomopatológico aos achados mecânicos. O remodelamento da matriz extracelular é estudado através da quantificação de fibras elásticas e colágenas e proteoglicans. Complementarmente, estudamos os aspectos moleculares das diferentes afecções respiratórias envolvendo a modulação da gênese das fibras elásticas, colágenas e citocinas. Nessa linha de trabalho estudamos, atualmente, as conseqüências de cirurgias (laparotomias, toracotomias, toracoplastias, transplante hepático e pulmonar etc.), de afecções clínicas (síndrome do desconforto respiratório agudo, pneumotórax, asma, silicose, etc.), e do uso de medicamentos (capsaicina, metacolina, corticosteróide, inibidores de fosfodiesterase, etc.) sobre as propriedades mecânicas do sistema respiratório, pulmão e parede torácica.

Atualmente, contamos com a colaboração fundamental dos Professores José Roberto Lapa e Silva (Instituto de Doenças do Tórax), Marcelo Torres Bozza (Instituto de Microbiologia Professor Paulo de Góes), Marcelo Marcos Morales, Christina Maeda Takiya, Sandra Maria Feliciano de Oliveira e Azevedo e Raquel Moraes Soares (Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho), Samuel dos Santos Valença (Instituto de Ciências Biomédicas), Antonio Giannella Neto (Programa de Engenharia Biomédica-COPPE) da nossa Universidade e da Professora Patrícia T Bozza, Fernando Augusto Bozza e Hugo Castro Faria Neto da FIOCRUZ, no estudo imunológico do pulmão.

Em muitos casos, faz-se necessária uma análise morfológica e morfométrica dos pulmões e, eventualmente, dos corações dos animais. Para tanto, contamos com a valiosa colaboração do Professor Paulo Hilário Nascimento Saldiva do Departamento de Patologia da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo.

O sistema respiratório, bem como o pulmão e a parede torácica são constituídos por vários elementos. Para interpretar o significado de variáveis como volume, fluxo e pressão, bem como entender o comportamento mecânico do sistema respiratório, seja em condições normais ou patológicas, utilizam-se modelos matemáticos. Naturalmente, a escolha do modelo a ser utilizado depende do objetivo fisiológico ou fisiopatológico. Em outras palavras, o modelo mais adequado é aquele cujos elementos melhor reproduzem a realidade do sistema estudado. Logo, é impossível a existência de um modelo perfeito. Entretanto, o uso de modelos simples que represente satisfatoriamente o comportamento mecânico do sistema respiratório e seus componentes (pulmão e parede torácica) é de fundamental importância para os estudiosos em respiração. No campo da modelagem matemática, calculam-se os perfis temporais de fluxo aéreo, volume gasoso mobilizado, pressões resistivas e elásticas, trabalhos e potências ao longo da inspiração, sabendo-se os valores de resistência e elastância do sistema respiratório e a equação que descreve a pressão motriz do sistema. Dessa forma, podem ser simuladas várias condições fisiopatológicas, tais como o uso de tubos traqueais, elevações variadas da resistência (simulando doenças obstrutivas), da elastância (isto é, síndromes restritivas) ou de ambas (quadro misto). A modelagem matemática do sistema respiratório em presença da Síndrome do Desconforto Respiratório Agudo, em muito nos auxilia para o entendimento do comportamento da curva volume-pressão bem como das manobras de recrutamento alveolar e, conseqüentemente, na terapêutica ventilatória dessa lesão. Os resultados serão de grande valia para o entendimento dessa doença provocada em animais de experimentação e auxiliarão no tratamento da mesma, tendo como meta final o ser humano. Para nos auxiliar na modelagem matemática contamos com a participação dos Professores Vittorio Antonaglia e Umberto Lucangelo (Università degli Studi di Trieste, Itália).

O desenvolvimento de técnicas e métodos dirige-se à utilização de ventilação mecânica em pacientes internados, onde interagimos com a Unidade de Terapia Intensiva da Disciplina de Pneumologia, Faculdade de Medicina da USP, liderada pelo Professor Carlos Roberto Ribeiro de Carvalho. Adicionalmente, temos linhas de pesquisa em andamento com o Departamento de Anestesia e Terapia Intensiva, Faculdade de Medicina, Universidade de Trieste, Itália, liderado pelo Prof. Umberto Lucangelo, do mesmo Departamento.

O Laboratório de Fisiologia da Respiração participa, ainda, de um estreito intercâmbio científico com o Laboratório de Poluição Atmosférica Experimental, da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo, liderado pelo Professor Paulo Hilário Nascimento Saldiva, e com a Disciplina de Clínica Geral, da mesma Faculdade, na figura de seu Professor Titular Milton de Arruda Martins. Vários estudantes de graduação e de pós-graduação e técnicos de laboratório já se beneficiaram desse intercâmbio. Nosso Laboratório também participa da formação científica de alunos de pós-graduação de outros centros do país e mesmo do exterior.

A mecânica respiratória de seres humanos em vigília vem sendo estudada na extensão do Laboratório localizada no Instituto de Doenças do Tórax, Hospital Universitário Clementino Fraga Filho, com a participação do Professor Fernando Guimarães (Faculdade de Medicina, Curso de Fisioterapia). Neste espaço é possível avaliar a mecânica respiratória de indivíduos saudáveis e de pacientes de forma não invasiva por meio da Oscilometria de Impulso (IOS). Na IOS ondas de pulsos aperiódicos são produzidas, utilizando um gerador de pulsos de 30-40 ms. As características de uma onda aperiódica resultam em um espectro contínuo, após transformação dos sinais obtidos no domínio do tempo para o domínio da frequência por meio da transformada rápida de Fourier (FFT). As vantagens da obtenção de uma faixa de parâmetros espectrais contínua é particularmente importante nas alterações mecânicas do sistema respiratório, pois, devido às propriedades não homogêneas do sistema, os sinais de resistência, reatância e coerência em função da frequência podem apresentar desvios do curso de espectro, que, em situações de normalidade, geralmente encontram-se contínuos e uniformes. Esta análise dos valores espectrais de mecânica em função de uma faixa de frequência múltipla de 5 Hz pode fornecer informações clínicas importantes quanto ao comportamento mecânico de vias aéreas de pequeno, médio e grande calibres, além das propriedades elásticas do sistema respiratório, limitação de fluxo expiratório e resistência tecidual. Este método tem sido empregado em estudos transversais e para avaliação das repercussões fisiológicas de intervenções terapêuticas, especialmente na área de Fisioterapia Respiratória. Atualmente vem sendo desenvolvidos projetos em parceria com o PROHART (Programa de Hipertensão Arterial), Ambulatório de Hipertensão Pulmonar do Serviço de Pneumologia, Pós-graduação em Cardiologia, Escola de Educação Física, Programa de Cirurgia Bariátrica e Serviço de Fisioterapia, todos do HUCFF (UFRJ).

Um novo campo, que resultou da interação com o Professor Antonio Egídio Nardi do Instituto de Psiquiatria da UFRJ (com pós-doutorado no Laboratório), aborda a importância do dióxido de carbono na gênese de ataques de pânico, uma afecção psíquica com incidência sempre crescente nos tempos modernos. Naquele Instituto foi montado o Laboratório de Pânico e Respiração, onde os pacientes são avaliados e admitidos em protocolos experimentais, visando aprimorar o teste de inalação de dióxido de carbono e avaliar o emprego de variados agentes terapêuticos.

PROJEÇÕES PARA O FUTURO

Sendo a Fisiologia uma ciência integrativa de diversas áreas do conhecimento, e considerando a nossa linha mestra de abordar temas de interesse na área da saúde, onde as metas finais são o adequado tratamento e a saúde do paciente, manteremos os intercâmbios já existentes, pois se mostraram muito frutíferos. Deverão ser ampliados, no intuito de trazer mais informações para o conhecimento da fisiopatologia das lesões. De fato, uma nova interação internacional está em vias de se iniciar com o Professor Ramón Farré Ventura, da Universidad de Barcelona, Espanha. Como resultado dessas ações, maior número de estudantes poderão ser treinados. Cumpre ressaltar o papel nucleador do Laboratório de Fisiologia da Respiração, que deve ser continuado: dois docentes ex-membros do laboratório, Profs. Patricia Rieken Macêdo Rocco (esta já tendo assumido o cargo de Professor Titular) e Marcelo Marcos Morales, devido ao amadurecimento na carreira, passaram a chefiar, no Instituto de Biofísica, os Laboratórios de Investigação Pulmonar e Fisiologia Celular e Molecular, respectivamente. As ex-alunas Halina Cidrini Ferreira e Valéria Marques Ferreira Normando assumiram, respectivamente, seus cargos de docentes junto ao Instituto de Pediatria e Puericultura Martagão Gesteira e Universidade Estadual do Pará. Viviane Ramos Cagido e Frank Silva Bezerra assumiram seus cargos docentes na Fundação Educacional Serra dos Órgãos (Teresópolis) e Universidade Federal de Ouro Preto.

Equipe

Chefe de Laboratório

Walter Araujo Zin

Docentes

Alysson Roncally Silva Carvalho

Leonardo Holanda Travassos Corrêa

Pós-doutorado

Vivianne Ramos Cagido

Frank Silva Bezerra

Giovanna Marcella Cavalcante Carvalho

Lucia Comuzzi

Mariana Boechat de Abreu

Doutorandos

Vinicius Rosa de Oliveira

Maria Diana Moreira Gomes Rolim

Natalia Vasconcelos Casquilho

Mariana Nascimento Machado

Renata Tiemi Okuro

Luciana Moisés Camilo

Mariana Barcelos de Ávila

Luís Felipe Santos da Cruz Paula

Luiz Ricardo Vasconcelos

Mestrandos

Viviane Gomes Lima Mancin

Diego Vinicius da Silva Ribeiro

Iniciação Científica

Gáudio Germano Souza Sena

Ana Elisa Xavier Moura

Andressa Cristine P. Araújo

Daniel Villela e Silva

Larissa Martins Silva

Larissa Mattos Feijó

Fábio Augusto Simão

Aperfeiçoamento científico

Thiago Regis dos S. Loureiro

Técnicos

Antonio Carlos de Souza Quaresma

Diego Vinicius da Silva Ribeiro

Programa: 
Fisiologia e Biofísica Celular
Chefe do laboratório: