eziopatogenesi e fisiopatologia respiratoria in corso … · consente lo scambio di gas respiratori...

Ippologia, Anno 12, n. 4, Dicembre 2001 21

EZIOPATOGENESI E FISIOPATOLOGIARESPIRATORIA IN CORSO DI RECURRENT AIRWAY

OBSTRUCTION (RAO) DEL CAVALLOETHIOPATHOGENESIS AND RESPIRATORY PATHOPHYSIOLOGY IN RECURRENT

AIRWAY OBSTRUCTION (RAO) OF HORSESG. SARLI1, L. MACCARONE1, M. PIETRA2, C. BENAZZI1

1Dipartimento di Sanità Pubblica Veterinaria e Patologia Animale - Sezione di Patologia Generale e Anatomia Patologica

2Dipartimento Clinico Veterinario - Sezione di Medicina Interna

INTRODUZIONE

La ventilazione polmonare è il meccanismo fisico checonsente lo scambio di gas respiratori tra ambiente e capil-lari degli acini polmonari. Tramite la ventilazione l’organi-smo viene rifornito di ossigeno mentre il sangue dei capil-lari alveolari viene depauperato di anidride carbonica.Quando il sistema respiratorio non riesce ad assicurare taliscambi si instaura una sindrome fisiopatologica denomina-ta insufficienza respiratoria.

Questo è il caso di una frequente patologia polmonaredel cavallo per la quale sono state usate in Letteratura di-verse definizioni quali: bronchiolite e/o bronchite cronica,bronchiolite e/o bronchite asmatica, enfisema alveolarecronico, pneumopatia cronica ostruttiva (chronic obstruc-tive pulmonary disease - COPD) (Ferro et al., 1993; Ro-binson et al., 1996; Derksen, 1992). Più comunemente vie-ne indicata da allevatori e proprietari come bolsaggine e,nei paesi anglosassoni, con il suggestivo nome di “BrokenWind”. Ultimamente è stata proposta la denominazione

INTRODUCTION

Pulmonary ventilation is a physical mechanism allow-ing the exchange of respiratory gases between environ-mental air and capillary of alveoli. The organism receivesoxygen by ventilation while blood of alveolar capillaries isdeprived of carbon dioxide. When the respiratory systemis not able to assure these exchanges a pathophysiologicsyndrome develops called respiratory failure. This is thecase of a frequent condition of the horse, which has re-ceived in literature different denominations such as:chronic bronchiolitis and/or bronchitis, asthmatic bron-chiolitis and/or bronchitis, chronic alveolar emphysema,chronic obstructive pulmonary disease (COPD) (Ferro etal., 1993; Robinson et al., 1996; Derksen, 1992).

The lay names for the condition is heaves and brokenwind. Recently the term “recurrent airway obstruction”(RAO) has been suggested instead of COPD because this

Riassunto

Gli Autori presentano una rassegna sulle più recenti acquisizioni in campo eziopatogenetico e di fisiopatologia respiratoriain corso di Recurrent Airway Obstruction (RAO) del cavallo. Dal punto di vista eziopatogenetico risulta un eccessivo recluta-mento ed un ritardo nell’eliminazione dei neutrofili nel favorire il danno polmonare ed uno squilibrio nella composizione dellesottopopolazioni linfocitarie Th nell’innescare la reazione immunopatologica. I meccanismi di fisiopatologia respiratoria sonoprevalentemente conseguenti a componenti broncospastiche e bronchiolitiche che portano ad alterazione di diversi parametripolmonari (resistenza delle vie aeree, compliance, compliance dinamica, rapporto ventilazione/perfusione, volume residuo)condizionanti, nella manifestazione progredita della malattia, un enfisema alveolare.

Summary

This paper is a review of the most recent findings concerning the etiopathogenesis and respiratory pathophysiology me-chanisms in Recurrent Airway Obstruction (RAO) of the horse. From the etiopathogenetical point of view RAO is characteri-zed by an excessive recruitment and a delay in the elimination of neutrophils that enhances the pulmonary damage and a un-balance in the composition of lymphocyte Th subpopulations deputed to prime the immunopathologic reaction. Thepathophysiological mechanisms are due prevalently by to bronchospasm and bronchiolitis, which lead to the alteration of dif-ferent respiratory parameters (airway resistance, compliance, dynamic compliance, ventilation/perfusion ratio, residual volu-me) and influence the production of alveolar emphysema in the late stages of the disease.

22 Eziopatogenesi e fisiopatologia respiratoria in corso di RAO del cavallo

“Ostruzione ricorrente delle vie aeree” (recurrent airwayobstruction - RAO) al posto del termine COPD in quantoquest’ultimo in medicina umana corrisponde ad una pato-logia cronica bronchiale con modesta componente bron-cocostrittiva (Robinson, 1998). Va però sottolineato chedella RAO si distinguono due forme, tra loro diverse percontesto stagionale in cui si verificano, ma uguali per pato-genesi: una, quella che è oggetto della presente trattazionee che era in passato siglata come COPD ed ora riportatasemplicemente come RAO, che si verifica nel periodo in-vernale in cavalli stabulati e l’altra siglata SPAOPD (sum-mer pasture-associated obstructive pulmonary disease) chesi verifica in cavalli al pascolo nella stagione estiva (Robin-son et al., 1996, Seahorn et al., 1996).

La RAO può essere definita una malattia dell’addome-sticamento, in quanto si manifesta soprattutto in cavalliche vengono stabulati per lunghi periodi su lettiere in pa-glia ed alimentati con fieno spesso di qualità scadente (Ro-binson et al., 1996). Tale patologia è particolarmente diffu-sa nell’emisfero Nord dove la maggior parte dei cavalli vi-ve in condizioni di stabulazione e dove il fieno viene pro-dotto durante estati umide, mentre risulta più rara in climicaldi e secchi come in California ed Australia.

La maggior parte degli animali affetti è in età medio-avanzata (dai 7 anni in poi), quindi proprio nel periodo incui di solito i cavalli esprimono appieno le loro potenzia-lità agonistiche in discipline quali il salto ostacoli, il com-pleto o il dressage. Attualmente la RAO rappresenta unadelle principali cause di calo del rendimento atletico delcavallo sportivo (Ferro et al., 1993).

EZIOPATOGENESI

La RAO equina assomiglia alle pneumopatie occupazio-nali dell’uomo, indotte dalla inalazione di polveri organi-che. La polvere della stalla contiene muffe, endotossine,acari del foraggio, polveri inorganiche e gas irritanti, chepossono indurre o esacerbare l’infiammazione polmonare,sebbene non sia nota l’importanza di ognuna (McGorum,1998). Spore di miceti quali Aspergillus fumigatus, Faeniarectivirgula (prima nota come Micropolyspora faeni) eThermactinomyces vulgaris sono imputati come i più im-portanti allergeni di origine micotica (McGorum, 1998), lecui spore sono sufficientemente piccole da essere portateai bronchioli con la corrente di aria inspirata. Una voltaraggiunta tale sede esse mediano reazioni di ipersensibilitàdi I e III tipo innescando così un processo flogistico nellepiccole vie aeree.

Sperimentalmente McGorum (1998) ha evidenziato chel’inalazione di estratti acquosi di Aspergillus fumigatus oFaenia rectivirgula induce una reazione neutrofilica menomarcata rispetto a quella risultante da esposizione a fienoe paglia mal conservati, per cui è possibile che ci siano al-tri agenti nella polvere della stalla, ad esempio endotossinebatteriche, che causino o aggravino la RAO (Pirie et al.,2001). Le endotossine infatti peggiorano l’asma nell’uomo,ancora di più che gli acari della polvere domestica(Schwartz, 1998).

Non è ancora ben definito il ruolo che rivestono, nellaRAO, infezioni respiratorie ad eziologia virale. Seppure,come loro conseguenza nelle vie respiratorie, viene invoca-

condition in human medicine is a chronic bronchial dis-ease characterized by mild bronchoconstriction (Robinson,1998). However, it is important to distinguish betweentwo forms of RAO which differ for the time period, butshare the pathogenetic mechanism: the first, considered inthe present paper, in the past known as COPD and nowwith the acronym RAO, is typical of stabled horses inwinter; the second, reported as SPAOPD (summer pas-ture-associated obstructive pulmonary disease), developsin pastured horses in summer (Robinson et al., 1996; Sea-horn et al., 1996).

RAO has been defined as an occupational disease ofhorses because it results especially in horses stabled forlong time on straw and often fed on poor quality hay(Robinson et al., 1996). This condition is diffuse especial-ly in the Northern hemisphere where most horses live instables and where hay is produced during humid sum-mers, while it is rare in hot and dry climate such as that ofCalifornia and Australia.

Most affected animals are middle aged-old subjects(from 7 years onwards), in the period of the full expres-sion of the agonistic potentiality of horses in disciplinessuch as jumping, three-days event and dressage. Nowa-days RAO is one of the major causes of decrease of theathletic performance of sport horses (Ferro et al., 1993).

ETIOPATHOGENESIS

Equine RAO resembles human occupational lung dis-eases, induced by inhalation of organic dusts. Dust inhorse stables contains moulds, endotoxins, forage mites,inorganic dusts and irritant gases, which are capable of in-ducing or exacerbating pulmonary inflammation, even ifthe relative importance of each of these agents in the etiol-ogy of RAO is unknown (McGorum, 1998).

Spores of fungi such as Aspergillus fumigatus, Faeniarectivirgula (previously known as Micropolyspora faeni)and Thermactinomyces vulgaris are considered the mostimportant allergens of mycotic origin (McGorum, 1998),and their spores are so little as to be carried in the periph-eral airways by the inspired air. Once these spores reachthe bronchioles they mediate type I and III hypersensitiv-ity reactions, initiating inflammation of the peripheralairways.

McGorum (1998) reported the results evidencing thatinhalation challenges with aqueous extracts of either As-pergillus fumigatus or Faenia rectivirgula induced a neu-trophilic response in the lung less marked than that in-duced by exposure to poorly conserved hay and straw.Therefore it is possible that other agents are present instable dust (such as bacterial endotoxins), which are addi-tional causal or potentiating factors for RAO (Pirie et al.,2001). Endotoxins, in fact, exacerbate human asthma,even more than house dust mites (Schwartz, 1998).

The role of viral respiratory infections in RAO is notyet properly established. As a consequence of their actionin the respiratory airways various factors are evoked: de-creased antigen clearance by the mucociliary apparatus,higher permeability of the mucosa to antigens, and lowerimmune capacity of controlling antigens. However the


ta una minore clearance degli antigeni da parte dell’appa-rato mucociliare, una maggiore permeabilità della mucosa,alterata, agli antigeni e una minore capacità immunitarialocale di controllo degli stessi, il ruolo delle virosi respira-torie è oggi per lo più dubbiosamente considerato predi-sponente alla malattia nella possibilità di innescare reazio-ni immunopatologiche ad altri antigeni che non rivestireun ruolo diretto nell’eziologia della malattia (Mair e Derk-sen, 2000).

La patogenesi della RAO non è completamente nota,ma episodi acuti di ostruzione delle vie aeree sono caratte-rizzati dalla presenza di polimorfonucleati, broncospasmoe ipersecrezione, soprattutto nei bronchioli terminali (Ol-szewski e Laber, 1993).

Poiché la RAO è una patologia molto complessa che im-plica simultaneamente l’intervento di più meccanismi nellapatogenesi dell’ostruzione bronchiale, a sua volta condi-zionante l’insorgenza di circuiti di fisiopatologia polmona-re, la trattazione che segue sarà articolata in una fase ini-ziale riguardante la componente flogistica alla base dellemodificazioni organiche delle vie aeree, seguita da un’altrasui meccanismi più accreditati nell’insorgenza del bronco-spasmo ed infine sarà dato spazio alla fisiopatologia respi-ratoria conseguente all’infiammazione e al broncospasmo.

COMPONENTE FLOGISTICA

È ormai assodato che la flogosi ha un ruolo fondamen-tale nella patogenesi della RAO. Infatti essa è alla base del-la tosse, del broncospasmo, dell’iperreattività delle vie ae-ree, dell’ipersecrezione di muco e dell’ispessimento dellevie aeree, tutti fattori che contribuiscono alle manifestazio-ni cliniche della malattia (Brazil, 2001).

L’analisi delle secrezioni respiratorie, dell’aspirato tran-stracheale, del lavaggio tracheale e del fluido di lavaggiobroncoalveolare (BALF acronimo dell’inglese bronchoal-veolar lavage fluid) ha permesso di studiare il ruolo dellesingole cellule infiammatorie nell’instaurarsi della patolo-gia. Quelle che sembrano avere maggior importanza dalpunto di vista patogenetico sono i granulociti neutrofili e,secondariamente, i linfociti.

Granulociti neutrofili

I neutrofili appaiono essere le cellule predominanti nel-le secrezioni e nei lavaggi dell’albero respiratorio dei caval-li con RAO (Cinotti et al., 1998; Franchini et al., 1998)(Fig. 1) mentre nei soggetti clinicamente sani la maggiorquota è costituita da macrofagi e linfociti. Il quadro citolo-gico non è costante nel tempo ed è stato provato che i ca-valli con RAO che vivono in un ambiente ottimale, quale ilpascolo, arrivano ad avere una quantità di neutrofili so-vrapponibile a quella dei cavalli di controllo che vivononello stesso ambiente (Tremblay et al., 1993).

L’aumento dei neutrofili nel BALF non è accompagnatoda una corrispondente neutrofilia del sangue, quindi sitratta di una risposta infiammatoria locale che provoca unreclutamento di queste cellule dal circolo periferico(Derksen et al., 1987; McGorum et al., 1993c). Pertanto,dal punto di vista istopatologico, la RAO è stata classifica-

role of respiratory viral infections is, with some doubts,considered predisposing of initiating immunopathologicreactions to other agents, which do not play a direct rolein the etiology of the disease (Mair e Derksen, 2000).

The pathogenesis of RAO is not completely clear, butacute episodes of airway obstruction are characterized bythe presence of neutrophils, bronchospasm and hyper-secretion, especially in the terminal airways (Olszewsky eLaber, 1993).

RAO is a complex condition involving the simultane-ous partecipation of many mechanisms in the pathogene-sis of bronchial obstruction that gives rise to reactions ofpulmonary pathophysiology. To simplify the presentationof such mechanisms the first part of the paper will concernthe airway modifications due to inflammation, followedby theories on bronchospasm pathogenesis, and finally totheir consequences in terms of pathophysiology.

INFLAMMATION

It is now clear that inflammation is central to thepathogenesis of heaves. The pulmonary inflammatory re-sponse is the cause of the cough, bronchospasm, airwayhyperresponsiveness, mucus hypersecretion, and airwaywall thickening that characterize this disease clinically(Brazil, 2001).

The analysis or bronchial secretion, transtracheal aspi-rate, tracheal wash and bronchoalveolar lavage fluid(BALF) allowed the study of the role of single inflamma-tory cells in the establishment of the condition. Neu-trophils seem to play a major part from a pathogeneticviewpoint, followed by lymphocytes.

Neutrophils

Neutrophils seem to be the predominant cell type in se-cretions and bronchoalveolar lavages in RAO-affectedhorses (Cinotti et al., 1998; Franchini et al., 1998) (Fig.1), while in clinically healthy subjects macrophages andlymphocytes are the most common types. The cytologicalpattern is inconstant and RAO-affected horses living inan optimal environment, such as pasture, tend to have aquantity of neutrophils similar to the control animals liv-ing in the same environment (Tremblay et al., 1993).

The increase in the number of BALF neutrophils is notparallel to an increased blood neutrophilia, proving to bea local inflammatory response that recruits these cellsfrom peripheral blood (Derksen et al., 1987; McGorum etal., 1993c). Therefore, from a histological point of view,RAO has been classified as neutrophilic endobronchiolitis(McGorum et al., 1993c) (Fig. 2). Traub-Dargatz et al.(1992) instead interpreted tracheal lavage and BALF cy-tology as consistent with suppurative inflammation; noother author, from the literature available, agrees withthis hypothesis based on the fact that seriously affectedhorses present a mucopurulent nasal discharge.

The hypothesis that the neutrophil exudation, even ifscant, can contribute to bronchial obstruction seems notto be confirmed by investigations showing accumulation


ta come un’endobronchiolite neutrofila (Fig. 2) (McGo-rum et al., 1993c). Traub-Dargatz et al. (1992) hanno inve-ce interpretato la citologia del lavaggio tracheale e delBALF come indice di una risposta suppurativa; nessun al-tro Autore, dalla bibliografia in nostro possesso, concordacon questa ipotesi che potrebbe trovare un riscontro og-gettivo nel fatto che, in cavalli colpiti in modo grave, vienerilevato spesso uno scolo nasale mucopurulento.

L’ipotesi che, seppure scarsa, l’essudazione dei neutrofi-li possa contribuire all’ostruzione bronchiale non è suffra-gata da studi che dimostrano un accumulo di neutrofilisenza segni clinici di ostruzione bronchiolare, mentre inalcuni animali si assiste ad una evidente disfunzione del-l’albero bronchiale prima della comparsa di accumuli dineutrofili. Inoltre, mediante ausili istomorfometrici, sonostati chiaramente discriminati ponies ammalati e controllisulla base del solo spessore della parete delle vie aeree manon dell’infiltrazione neutrofilica (Brazil, 2001). Va peròricordato che i neutrofili possono contribuire indiretta-mente all’ostruzione bronchiale, poiché molti loro prodot-ti causano ipersecrezione mucosa.

Dopo esposizione agli allergeni i neutrofili si accumula-no nel BALF dei cavalli affetti entro 5 ore (Robinson et al.,1996); ciò avviene per effetto di fattori chemiotattici deri-vati dalla degranulazione dei mastociti o da altre cellule re-sidenti nelle vie aeree (macrofagi alveolari, cellule epitelia-li) e sono rappresentati da leucotriene B4 (LTB4) e altri me-taboliti dell’acido arachidonico, interleuchina 1 (IL-1) e 8(IL-8), mieloperossidasi, fattore attivante piastrinico(PAF), frazione C5a del complemento (attivato da com-plessi antigene-anticorpo o anche da estratti di grani dipolvere), tumor necrosis factor α (TNF-α) (Derksen et al.,1987; Olszewski e Laber, 1993), macrophage inflamma-tory protein-2 (MIP-2). Attualmente nei cavalli la funzionepiù importante viene attribuita all’IL-8, la cui concentra-zione nel BALF aumenta già a 5 ore dal challenge ed allaMIP-2 (Franchini et al., 1998; Brazil, 2001).

La mobilitazione dei neutrofili ha suggerito in passato, eresta ancora valida tutt’oggi, l’implicazione di reazioni diipersensibilità di tipo III con formazione di immunocom-plessi che, attraverso l’attivazione del complemento, ed inparticolare della frazione C5a, darebbero luogo a fenomenichemiotattici. In modo significativo, la stimolazione antige-nica dei cavalli sensibili aumenta l’adesività dei neutrofilidel sangue periferico. L’adesività viene infatti stimolata dal-l’esposizione, in vitro, dei neutrofili del sangue alle chemio-chine (IL-8), frammenti del complemento (C5a) e mediatorilipidici dell’infiammazione (PAF e LTB4) (Brazil, 2001).Nei cavalli predisposti alla bolsaggine il reclutamento deineutrofili può essere indotto dal fieno e dalla paglia e dall’i-nalazione di endotossine ed estratti acquosi di muffe poichéquesti agenti stimolano la produzione di tali mediatori che-miotattici da parte delle cellule delle vie aeree. È oggi notoche, nel mediare l’adesività dei neutrofili nel cavallo, sonoimplicate le citochine chemiotattiche IL-8 e MIP-2 e i me-diatori lipidici PAF e LTB4 (Brazil, 2001). Esse induconosui neutrofili una maggiore espressione di integrinaCD11b/CD18 coinvolta nel processo di adesione all’endo-telio vasale dove essa riconosce come ligando la ICAM-1(intercellular adhesion molecule-1) (Brazil, 2001), con con-seguente concentrazione selettiva di tali cellule nei vasi pol-monari prima e nelle vie respiratorie poi.

of neutrophils without evidence of airway obstruction andin some animals airway dysfunction developing prior tosignificant pulmonary neutrophil sequestration. Further-more histomorphometry clearly discriminated affected andcontrol ponies on the basis of airway wall thickness butnot on neutrophil infiltration (Brazil, 2001). Neutrophilproducts may also be a stimulus for the mucus hypersecre-tion in heaves.

Five hours after challenge to allergens neutrophils accu-mulate in BALF (Robinson et al., 1996). This happensdue to release of chemotactic factors derived from mastcell degranulation or from other cells of the airways (alve-olar macrophages, epithelial cells), namely leukotriene B4

(LTB4) and other arachidonic acid metabolites, inter-leukin 1 (IL-1) and 8 (IL-8), mieloperoxidase, platelet ac-tivating factor (PAF), C5a complement fraction (activatedby antigen-antibody complexes or even by dust particleextracts), tumor necrosis factor α (TNF-α) (Derksen etal., 1987; Olszewski and Laber, 1993), macrophage in-flammatory protein-2 (MIP-2). Nowadays in the horse themost important function is attributed to IL-8, whichshows an increase in concentration in BALF within 5hours after challenge, and to MIP-2 (Franchini 1998;Brazil, 2001).

Neutrophil mobilization suggests the involvement of IIItype hypersensitity reactions. These reactions are followedby the formation of immune-complexes that, by comple-ment activation, in particular of C5a fraction, would giveorigin to chemotactic phenomena. Significantly, antigenchallenge of susceptible horses enhances adherence of pe-ripheral blood neutrophils. Adherence is also enhanced byexposure of blood neutrophils to chemokines (IL-8), com-plement fragments (C5a) and lipid inflammatory media-

FIGURA 1 - Cavallo. Microfotografia di preparato citologico di BALF de-notante la presenza di numerosi granulociti neutrofili, muco e rarissimecellule epiteliali (MGG Quick stain). La presenza di granulociti neutrofilinel BALF è uno degli elementi diagnostici della RAO. I neutrofili, però,seppure cellule notoriamente connesse a meccanismi di difesa dell’or-ganismo, sono la principale causa di danno polmonare in corso di RAO.

FIGURE 1 - Horse. Cytological aspect of BALF showing many neu-trophils, mucus and rare epithelial cells (MGG Quick stain). The pres-ence of neutrophils in BALF is a diagnostic element in RAO. Neu-trophils, even if usually connected to defense mechanisms, are the ma-jor cause of lung damage in RAO.


I benefici ottenuti dalla difesa antimicrobica dei neutro-fili, sia essa mediante fagocitosi che mediante secrezione diprodotti, sono paradossalmente di frequente oscurati daglieffetti negativi sui tessuti dell’ospite delle citotossine da es-si liberate (Brazil, 2001). Infatti l’attività fagocitaria e so-prattutto la produzione di radicali dell’ossigeno da partedei neutrofili sembrano avere un ruolo particolarmente ri-levante nella patogenesi della RAO, col risultato di unaiperproduzione di metaboliti dello scoppio respiratorio econ la liberazione di altre sostanze ad azione microbicidaquali proteinasi, proteine cationiche e aldeidi reattive. Vainoltre ricordato che il danno da neutrofili è esacerbatoquando tali cellule si trovano in uno stato c.d. di “pre-atti-vazione”. Sebbene inizialmente descritto come un fenome-no in vitro, la “pre-attivazione” è ora riconosciuta comeun prerequisito per un efficace reclutamento dei neutrofilied è definita come un processo in cui la risposta del neu-trofilo verso uno stimolo “attivatore” è sinergicamente po-tenziata da una iniziale esposizione verso un agente pre-at-tivante (Brazil, 2001).

Mediatori pro-infiammatori quali prodotti batterici, ci-tochine e mediatori lipidici possono pre-attivare i neutrofi-li. Quest’ultima funzione è stata dimostrata in vitro neineutrofili del sangue negli equini, dopo esposizione aTNF-α, IL-8 e lipopolisaccaridi (LPS) (Brazil, 2001). Ol-szewski e Laber (1993) hanno riscontrato mediante il testdi riduzione del Blu tetrazolio secondo Segal e Peters(1975) una maggior attività dei fagociti dell’albero respira-torio rispetto a quelli del sangue. Si assiste quindi ad unaiperstimolazione delle cellule presenti nei secreti respirato-ri dei cavalli con RAO, la cui attivazione avviene durante ilpassaggio dal torrente ematico al lume delle vie aeree ter-minali durante i processi di adesione e migrazione sottol’influsso dei mediatori prima chemiotattici e poi pre-atti-

tors (PAF and LTB4) in vitro (Brazil, 2001). In heaves-susceptible horses neutrophil recruitment can be inducedby hay and straw challenge and by inhalation of endotox-in and aqueous mould extracts as these challenge agentsstimulate production of an array of chemotactic mediatorsby resident airway cells. Currently there is data implicat-ing the chemotactic cytokines IL-8 and MIP-2 and thelipid mediators PAF and LTB4 as mediators of the neu-trophil adhesion in the horse (Brazil, 2001).

They induce in neutrophil a higher expression ofCD11b/CD18 integrin, involved in the process of adhe-sion to the vascular endothelium where it recognizesICAM-1 (intercellular adhesion molecule-1) as a ligand(Brazil, 2001), with subsequent selective concentration ofthese cells in pulmonary vessels first and then in the respi-ratory airways.

The benefits to host defence afforded by the neu-trophil’s armoury of microbicidal secretory products are,paradoxically, frequently overshadowed by the detrimen-tal effects of these indiscriminate cytotoxins on host tis-sues. In fact the phagocytic and above all the neutrophilproduction of oxygen radicals seem to have a relevant rolein the pathogenesis of RAO, resulting in assembly of therespiratory burst oxidase and degranulation with elabora-tion of microbicidal reactive oxygen species (ROS) and se-cretion of other anti-microbial agents including proteinas-es, cationic proteins and reactive aldehydes. Moreover, thedamage due to neutrophils is enhanced when these cellsare in a s.c “priming” state. “Priming”, although initiallydefined as an in vitro phenomenon, is now recognized asa prerequisite for efficient neutrophil recruitment, and isdefined as a process whereby the response of the neu-trophil to an “activating” stimulus is synergistically poten-tiated by prior exposure to a priming agent (Brazil, 2001).

Pro-inflammatory mediators such as bacterial products,cytokines and lipid mediators may prime neutrophils.Functional priming has been demonstrated in equineblood neutrophils in vitro following exposure to TNF-α,IL-8 and lipopolysaccharides (LPS) (Brazil, 2001). Ol-szewski and Laber (1993), by means of the Nitro BlueTetrazolium Test (NTB-Test) according to Segal and Pe-ters (1975), revealed a higher activity of phagocytes fromthe respiratory tract than those from blood. This findingsuggests a hyperstimulation of these cells, which takesplace during the passage from the blood stream to the lu-men of the terminal airways in the course of adhesion andmigration processes due to the influx of the above men-tioned chemotactic and priming mediators. Once thephagocytes reach the surface of the mucosa lining the air-ways, they maintain their activity because of other stimu-lating factors present in the mucus, such as chemical medi-ators and antigen-antibody complexes. Beyond the earlyphase of the inflammatory response neutrophils may be-come the dominant source of pro-inflammatory cytokines(Brazil, 2001).

In such a condition of hyper-recruitment and activationof neutrophils, tissue damage derives from reactions ofprotein oxidation/decarboxylation and membrane phos-pholipids peroxidation mediated by respiratory burstmetabolites, besides the action of many neutrophilic en-

FIGURA 2 - Cavallo. Polmone. Bronchiolite in corso di RAO. Ematossi-lina-eosina. La flogosi bronchiolare, nella figura denunciata da accu-mulo prevalente di granulociti a sede sia peri- che endo-bronchiolare,portando ad ispessimento della parete contribuisce all’ostruzionebronchiale oltre ad indebolire la parete e predisporla al collasso duran-te l’espirazione.

FIGURE 2 - Horse. Lung. Bronchiolar inflammation. H-E stain. Bronchi-olar inflammation (here characterized by prevalent accumulation ofneutrophils in both peribronchiolar and endobronchiolar localization)causes thickening of the bronchiolar wall and contributes to obstruc-tion, besides predisposing it to collapse during expiration.


vanti sopra citati. Una volta sulla superficie della mucosa, ifagociti mantengono la loro attività a causa degli ulteriorifattori stimolanti presenti nel muco, come mediatori chi-mici e complessi antigene-anticorpo. I neutrofili diventanocosì la principale fonte di citochine pro-infiammatorie, aparte la fase iniziale, la cui produzione, come già detto, di-pende da altre cellule (Brazil, 2001).

In tale situazione di iper-reclutamento ed attivazione deineutrofili il danno tissutale deriva da reazioni di ossidazio-ne/decarbossilazione di proteine e perossidazione di fosfo-lipidi di membrana mediate dai metaboliti dello scoppiorespiratorio, oltre che dall’azione sulla matrice extracellu-lare di diversi enzimi liberati dai neutrofili. Il metabolita 8-epi-PGF2α, uno stereoisomero della PGF2α, è prodottodalla perossidazione dei fosfolipidi di membrana e vieneconsiderato un indicatore di stress ossidativo del polmonenei cavalli con RAO. Esso partecipa inoltre anche ad altrieventi nella patogenesi della malattia. È infatti in grado diesercitare anche un’azione broncospastica (Lekeux et al.,2001).

Tra gli enzimi proteolitici è assodato il ruolo della me-talloproteinasi 9 o gelatinasi B, della quale i neutrofili delcavallo sono forti produttori, ed i cui livelli aumentano si-gnificativamente nel liquido di lavaggio tracheale e bron-coalveolare di cavalli con RAO (Brazil e McGorum, 2001;Maisi, 2001). L’intensità del danno polmonare dipende dadue ordini di eventi: da un lato dalla capacità costitutivaintrinseca dei tessuti di contrastare tale azione con inibito-ri (livelli tissutali di antiproteasi e antiossidanti) e dall’altrodi far cessare la produzione dei metaboliti “dannosi” daparte dei neutrofili mediante eliminazione degli stessi colfenomeno detto apoptosi1 o morte cellulare programmata.Circa quest’ultimo aspetto noto in diverse patologie pol-monari umane e animali sperimentali (Rossi et al., 2001),nel cavallo è oggi noto che la resistenza dei neutrofili all’a-poptosi, e quindi la possibilità di prolungare la fase attivadi permanenza degli stessi nelle vie aeree, è legata alla di-sponibilità nel BALF della citochina “fattore stimolante lecolonie - granulociti e macrofagi” (GM-CSF) e che essapuò essere contrastata (cioè si può accelerare l’apoptosi ecosì ridurre il danno) mediante anticorpi anti-recettoreper il GM-CSF (Lekeux et al, 2001).

Linfociti

I linfociti B e T e la loro risposta immunitaria sia umo-rale che cellulo-mediata hanno un ruolo centrale nella pa-togenesi di molte malattie infiammatorie polmonari.

Nei cavalli affetti da RAO si riscontra un numero infe-riore di linfociti nel BALF rispetto ai soggetti normali:questa diminuzione è anche direttamente proporzionalealla gravità della malattia (Bendali-Achene et al., 1995;Traub-Dargatz et al., 1992); un ulteriore calo sia del nume-ro che della percentuale di queste cellule si registra dopo

zymes on the extracellular matrix. Eight-epi-PGF2α, astereoisomer of PGF2α, is a product of membrane phos-pholipids and is considered as an indicator of oxidativestress of the lung in RAO-horses. It has a part as well inother events of the disease, such as in the induction ofbronchospasm (Lekeux et al., 2001).

Among the proteolytic enzymes the role of metallopro-teinase 9 or gelatinase B is established; neutrophils of thehorse are strong producers of these enzymes, the levels ofwhich increase significantly in the tracheal and bron-choalveolar lavage fluid from RAO-horses (Brazil and Mc-Gorum, 2001; Maisi, 2001). The intensity of lung damagedepends on two orders of events: on the one side the in-trinsic constitutive capacity of the tissue to oppose such ac-tion with inhibitors (tissue levels of anti-protease and an-ti-oxidant), and on the other to stop the production of“detrimental” neutrophil metabolites by induction of neu-trophil apoptosis 1 or programmed cell death. About thislatter aspect well-known in a number of experimentalpulmonary conditions in man and animals (Rossi et al.,2001), in the horse current knowledge is that neutrophilsresistance to apoptosis (and therefore the possibility ofprolonging the active phase of their permanence in theairways) is influenced by the presence of GM-CSF (granu-locyte-macrophage colony-stimulating factor) cytokine inBALF, and that it can be contrasted (i.e. apoptosis can beaccelerated and the damage reduced) by anti-GM-CSF re-ceptor antibodies (Lekeux et al., 2001).

Lymphocytes

B and T lymphocytes and their humoral and cell medi-ated immune response play a central part in the pathogen-esis of many inflammatory diseases of the lung.

Heaves-affected horses have a lower number of lympho-cytes in BALF than normal subjects, and this is propor-tional to the severity of the disease (Bendali-Achene et al.,1995; Traub-Dargatz et al., 1992). A further decrease bothin number and percentage of these cells is recorded afterstabling the affected horses (Tremblay et al., 1993). Someof these lymphocytes show an abnormal morphology,which was considered a sign of activation (Bentley et al.,1992).

Immunohistochemical studies have shown that most ofthe lymphocytes, normally present as solitary cellsthroughout the epithelium and lamina propria of bronchiand bronchioles, or organised in bronchiolar patches andinterstitial lymphoid foci do not express surface im-munoglobulin (Ig) and are considered to be T lympho-cytes, also on the basis of the expression of CD3+ pheno-type (McGorum et al., 1993c).

In normal horses BALF shows a prevalence of CD3+lymphocytes, with a predominance of CD8+ (s.c. suppres-

1 Apoptosi o morte cellulare programmata: fenomeno biologico utilizzatodall’organismo per eliminare cellule in sovrannumero, invecchiate o lacui funzione non sia più necessaria. È un fenomeno che si contrapponealla necrosi che corrisponde alla morte accidentale e quindi “non pro-grammata” di una cellula da cause endogene o esogene.

1 Apoptosis or programmed cell death: biological phenomenon utilized bythe organism to eliminate supernumerary or aged cells or in case their func-tion is no more necessary. It is opposed to necrosis that corresponds to acci-dental and consequently “non-programmed” cell death due to endogenousor exogenous causes.


la stabulazione dei cavalli affetti (Tremblay et al., 1993).Alcuni di questi linfociti presentano morfologia anomalache è stata interpretata come segno di attivazione (Bentleyet al., 1992).

Studi immunoistochimici hanno dimostrato che la mag-gior parte dei linfociti normalmente presenti, sia come cel-lule isolate tra epitelio e lamina propria dei bronchi ebronchioli, sia organizzati in placche bronchiolari e in pic-coli ammassi linfoidi interstiziali, non esprimono immuno-globuline (Ig) di superficie e vengono dunque classificaticome linfociti T, anche in base all’espressione del fenotipoCD3+ (McGorum et al., 1993c).

Anche nel BALF di cavalli normali i linfociti CD3+ so-no il tipo prevalente: tra questi, la porzione maggiore è co-stituita dai CD8+ (c.d. fenotipo suppressorio o citotossi-co/Tc) mentre è minore la quota dei CD4+ (c.d. fenotipohelper inducer/Th); l’analisi della stessa proporzione nelsangue periferico ha fornito il reciproco dei risultati otte-nuti sul BALF. Questa diversa distribuzione dei fenotipilinfocitari tra BALF e sangue periferico potrebbe esserecausata da una raccolta selettiva di alcuni fenotipi con latecnica del lavaggio alveolare o, più verosimilmente, dadue diversi meccanismi di reclutamento immunitario (Mc-Gorum et al., 1993c; Watson et al., 1997) .

Il cambiamento di reclutamento selettivo dei sopracitatifenotipi linfocitari conferma che il meccanismo immunita-rio riveste un ruolo nella patogenesi. Le cellule T attivateproducono linfochine che hanno numerosi effetti tra cui laregolazione della produzione di Ig (tramite attivazione deilinfociti B) e la differenziazione di mastociti, neutrofili,monociti e macrofagi (Robinson et al., 1996). In corso diRAO sia nel sangue periferico che nel BALF si registra unaumento di linfociti CD4+ o Th (McGorum et al,. 1993c;Watson et al., 1997). Inoltre è oggi accertato che il profilodi citochine presenti nel BALF di cavalli con RAO è quel-lo tipico di una attivazione Th2, che fa registrare la pre-senza prevalente di interleuchina 4 (IL-4) e 13 (IL-13)(Horohov, 2001). Entrambe sono responsabili di un feno-meno importante, il c.d. shift isotipico2 ε nella maturazio-ne dei linfociti B, cioè della produzione di IgE che fissan-dosi sui mastociti sensibilizzano le vie respiratorie agli an-tigeni (muffe, polvere, ecc.) ed innescano la risposta flogi-stica all’entrata degli stessi. È questa la componente diipersensibilità di tipo I nella patogenesi della flogosi pol-monare in corso di RAO. Essa innesca la reazione flogisti-ca che, come riferito circa i neutrofili, è poi mantenuta daaltre condizioni. Giova ricordare che cavalli sani o soggettidopo risoluzione di un episodio di RAO hanno nel BALFuna prevalenza di interferone γ (IFN-γ) che è la tipica cito-china prodotta dall’attivazione dei linfociti Th1 (Horohov,2001). Anche nella RAO del cavallo quindi, analogamentea patologie allergiche umane, nel determinare la suscettibi-lità dei soggetti alla patologia sembra avere un ruolo im-portante il diverso rapporto delle sottopopolazioni dilinfociti Th.

sor or cytotoxic phenotype - Tc), while CD4+ (s.c.helper/inducer phenotype - Th) are in a lower number.The analysis of the phenotype distribution in peripheralblood has given opposite results when compared to BALF.This different distribution of lymphocyte subpopulationsin both BALF and peripheral blood could be due to a se-lective collection of some phenotypes with alveolar lavagetechnique or more likely to two different immune controlmechanisms of recruitment (McGorum et al., 1993c; Wat-son et al., 1997).

The change in selective recruitment of the above men-tioned lymphocyte phenotypes confirms that the immunemechanism plays a role in the pathogenesis of RAO. Acti-vated T lymphocytes produce lymphokines with numerouseffects, above which there is the regulation of Ig produc-tion (by B lymphocytes activation) and the differentiationof mast cells, neutrophils, monocytes and macrophages(Robinson et al., 1996).

In RAO animals an increase in CD4+ or Th lympho-cytes is reported both in the peripheral blood and inBALF (McGorum et al., 1993c; Watson et al., 1997). Cur-rently it is ascertained that the cytokines present in BALFof RAO-horses are those typical of Th2 (T-helper 2) acti-vation, with a consequent prevalence of IL-4 and IL-13(Horohov, 2001). Both are essential for B-cell classswitching2 to IgE antibody production. IgE sensitize respi-ratory airways to antigens (moulds, dust, etc.) binding tomast cells. After antigen challenge inflammation initiates.This is the component of type I hypersensitivity in thepathogenesis of lung inflammation in RAO, activating in-flammatory reaction which is maintained by other condi-tions, as reported for neutrophils. Important to note isthat healthy horses or subjects recovered from an episodeof RAO have in BALF a prevalence of interferon γ (IFN-γ), that is the typical cytokine produced by the activationof Th1 lymphocytes (Horohov, 2001). In RAO of thehorse, as well as in allergic human conditions, the differ-ent ratio of Th lymphocyte subpopulations seems to havean important role in determining the susceptibility of thesubjects to this pathological event.

Certain mast cell mediators, notably histamine, mayfunction as CD4+ lymphocyte chemoattractant factor(Berman et al., 1984); however, today IL-4 is consideredas the most important (Horohov, 2001).

A recent study by Kleiber et al. (1999) reports the pres-ence of activated CD8+ lymphocytes (expressing positivityfor class II histocompatibily antigens as well) in BALF ofRAO-horses and emphasizes their significance for thepathogenesis of the disease and the diagnosis of subclini-cal cases.

The percentage of B lymphocytes that is normally pre-sent in equine BALF accounts only for a small amount ofthe total cell number: horses with asymptomatic RAOhave increased percentage of BALF B cells (10.5-14.2%

2 Shift isotipico: i linfociti B nel rispondere ad un antigene possono cam-biare il tipo di immunoglobulina che producono (in genere IgM) o cheprodurrano maturando a plasmacellula. Ciò è dovuto alla capacità cheessi hanno, sotto l’influenza di alcune citochine, di cambiare il tipo di ca-tena pesante, che caratterizza appunto la classe o isotipo anticorpale, del-l’anticorpo che stanno producendo.

2 Class switching: activation and differentiation of B lymphocytes after chal-lenge with antigens can induce immunoglobulin class shifting, i.e. thechange from IgM (normally produced) to another type of heavy chain, thatcharacterize the immunoglobulin classes. This is influenced by cytokines.


Per il reclutamento dei linfociti CD4+ nel BALF duran-te l’episodio di RAO è stata ipotizzata l’azione di alcunimediatori, tra cui l’istamina (Berman et al., 1984), sebbeneoggi venga considerata l’IL-4 il fattore chemiotattico piùimportante (Horohov, 2001).

Una recente indagine di Kleiber et al. (1999) riportadella presenza di linfociti CD8+ attivati (esprimenti cioèanche positività per antigeni di istocompatibilità di classeII) nel BALF di cavalli con RAO, ed enfatizza il loro signi-ficato ai fini della patogenesi della malattia e della diagnosidi casi subclinici.

La percentuale dei linfociti B che normalmente si ri-scontra nel BALF equino costituisce solo una piccola par-te delle cellule totali. Nei cavalli colpiti da RAO, ancheasintomatica, questa percentuale sale notevolmente (10,5-14,2% contro 2,4-5,6% dei controlli); data la differenzadei valori tra i due gruppi, si è presa in considerazione l’a-nalisi dei linfociti B del BALF come utile mezzo per pre-vedere se un soggetto, una volta esposto a condizioni am-bientali non favorevoli, abbia possibilità di sviluppare isintomi della malattia (McGorum et al., 1993c).

Il ruolo della risposta umorale dei linfociti B nella pato-genesi trova conferma nel reperto di elevate quote di IgAed IgG nel polmone (McGorum et al., 1993c), di IgE,IgA ed IgG nel BALF (Halliwell et al., 1993; McGorumet al., 1998) di soggetti malati che, unitamente a reazionicutanee positive all’inoculazione degli allergeni incrimina-ti (Evans et al., 1992), rafforza il concetto di classificare laRAO come malattia dovuta a ipersensibilità di tipo I e/odi tipo III (Marcato, 1988; McGorum et al., 1993c). Vaperò ricordato che i livelli sierici di tali anticorpi verso gliallergeni comunemente implicati nell’eziologia della ma-lattia non hanno un significato diagnostico e risentonoesclusivamente del livello ambientale degli stessi (McGo-rum et al., 1993a).

Mediatori

I cavalli con RAO hanno un aumento della produzionelocale polmonare di IgE e IgG il cui contributo patogene-tico è quello di indurre risposte di ipersensibilità di I e/oIII tipo, durante le quali avviene il rilascio di numerosimediatori (McGorum, 1998), tra i quali sembrano rivestiremaggior importanza il 15-HETE, la PGE2 ed i leucotrieni.Sul ruolo dei prodotti dello scoppio respiratorio e delleproteasi dei neutrofili si è già riferito.

15-HETEPiuttosto importante appare l’intervento dell’acido 15-

idrossieicosatetraenoico (15-HETE), un eicosanoide meta-bolita dell’acido arachidonico, prodotto attraverso la 15-li-possigenasi da vari tipi di cellule quali: neutrofili, eosinofi-li, linfociti, macrofagi alveolari e intravascolari, cellule en-doteliali polmonari. Nell’uomo anche le cellule epitelialitracheali hanno dimostrato di poter produrre questo eico-sanoide, ma nessun segno di tale produzione è stato rileva-to nel cavallo (Gray et al., 1992a; Gray et al., 1992b).

Sia in vivo che in vitro il 15-HETE provoca un notevoleaumento delle secrezioni e stimola la chemiotassi di neu-trofili ed eosinofili (De Benedetti, 1992). L’evidente neu-trofilia nel BALF di cavalli affetti porta a pensare che sia-

versus 2.4-5.6% of control horses). These differences maybe important in determining whether or not a horse ex-posed to poor environmental conditions develops RAOsymptoms (McGorum et al., 1993c).

The role of the humoral response in the pathogenesis ofRAO might be confirmed by significantly elevated levelsof IgA and IgG in the lung tissue (McGorum et al.,1993c), and of IgE, IgA and IgG in BALF (Halliwell etal., 1993; McGorum et al., 1998) of affected animals that,together with positive cutaneous reactions to the inocula-tion of specific agents (Evans et al., 1992), supports theorigin of RAO as a type I and/or type III hypersensitivitycondition (Marcato, 1988; McGorum et al., 1993c). It isimportant to note that serum levels of these antibodies toallergens commonly involved in the etiology of the condi-tion have no diagnostic significance and feel only the ef-fects of the levels of these agents in the environment (Mc-Gorum et al., 1993a).

.

Mediators

Horses with RAO have significantly increased localpulmonary production of IgE and IgG which may con-tribute to the pathogenesis of RAO by inducing type Iand/or type III hypersensitivity responses that contributeto the release of numerous mediators (McGorum, 1998),among which 15-HETE, PGE2 and leukotrienes seem tohave a major importance. The roles of the products of therespiratory burst and neutrophil proteases have alreadybeen debated.

15-HETE15-Hydroxyeicosatetraenoic acid (15-HETE) is an

arachidonic acid metabolite produced via the 15-lipoxyge-nase pathway in a number of cell types, namely neu-trophils, eosinophils, lymphocytes, pulmonary alveolarand intravascular macrophages, pulmonary endothelio-cytes. In man tracheal epithelial cells have shown to pro-duce this eicosanoid, but no reports document this produc-tion in the horse (Gray et al., 1992a; Gray et al., 1992b).

Both in vivo and in vitro 15-HETE is a potent secreta-gogue and stimulates neutrophil and eosinophil chemo-taxis (De Benedetti, 1992). The marked neutrophilia inBALF of affected horses suggests that neutrophils produce15-HETE; however a possible contribution of alveolarmacrophages cannot be ruled out (Gray et al., 1992b).

The role of 15-HETE in the pathogenesis of equineRAO is still debated. The detection of increased concen-trations of HETE in the blood of affected horses com-pared to controls, both after taking the animals to pastureagain and following stabling, suggests that this substanceis not a major cause of the respiratory failure but a modu-lator of the activity of the inflammatory cells and a regula-tor of the reactivity of smooth muscle cells to the media-tors released from these cells (Takata et al., 1994).

Airway inflammation would be necessary because 15-HETE can contribute to the establishment of bron-chospasm and the increase of secretions responsible forairway obstruction present in RAO. This could explainwhy during remission of RAO 15-HETE levels in heaves-


no i neutrofili a produrre il 15-HETE; comunque, non sipuò escludere un possibile contributo dei macrofagi alveo-lari (Gray et al., 1992b).

Nella patogenesi della RAO equina il ruolo del 15-HE-TE è piuttosto dibattuto. Il riscontro del significativo au-mento della sua concentrazione ematica nei cavalli affettirispetto a quelli di controllo, sia nel periodo di reinmissio-ne al pascolo che in quello di crisi provocata dalla stabula-zione, porta a pensare che questa sostanza non sia uno deimediatori scatenanti la crisi, quanto piuttosto un modula-tore dell’attività delle cellule richiamate dalla risposta in-fiammatoria, nonché un regolatore della reattività dellamuscolatura liscia ai mediatori liberati dalle cellule stesse(Takata et al., 1994).

L’infiammazione delle vie aeree sarebbe la conditio sinequa non per far sì che il 15-HETE possa contribuire all’in-staurarsi del broncospasmo ed all’aumento delle secrezioniresponsabili dell’ostruzione bronchiale propria della RAO.In questo modo si spiegherebbe come mai nel periodo diremissione i livelli di 15-HETE nei soggetti affetti si man-tengono alti pur senza provocare segni clinici. Inoltre, instudi condotti in vitro, il 15-HETE si è rivelato essere uninibitore della formazione di anione superossido da partedei polimorfonucleati, meccanismo, quest’ultimo, già ri-portato essere di notevole importanza per lo sviluppo dellelesioni conseguenti all’infiammazione in corso di RAO(Takata et al., 1994). Dunque, gli aumentati livelli plasma-tici di 15-HETE osservati nei cavalli affetti, possono essereinterpretati come un freno naturale all’infiammazione del-le vie aeree che si sviluppa dopo stabulazione (Robinson etal., 1996).

ProstaglandineIn corso di RAO la PGE2 ha un ruolo prevalente sulle

altre prostaglandine. In condizioni sperimentali i monocitidell’epitelio tracheale e della lamina propria del cavallo ri-lasciano PGE2 a funzione prevalentemente broncodilata-trice. Esperimenti in vitro condotti su strisce di tessutotracheale hanno messo in risalto una diminuita produzionedi PGE2 nei campioni provenienti da cavalli con RAO ri-spetto a quelli dei cavalli di controllo. Inoltre la produzio-ne di PGE2 presenta una correlazione positiva con il tem-po necessario all’insorgenza dell’ostruzione bronchiale.Tutto ciò porta a pensare che questo prostanoide sia unimportante moderatore della risposta delle vie aeree all’i-nalazione di antigene, per cui, una delle possibili causedell’iperreattività bronchiale dei cavalli malati potrebbeessere la ridotta produzione di questo mediatore (Gray etal., 1992a).

Riguardo alle prostaglandine, e più generalmente ai pro-dotti della ciclossigenasi, si è visto che trattando i cavalliaffetti con flunixin meglumine (inibitore della ciclossige-nasi), non si ottiene alcuna variazione della compliance3 odei segni clinici (Watson et al., 1990). Questa osservazioneha portato alcuni Autori a concludere che questa classe dimediatori non ha importanza rilevante nella patogenesidella RAO (Robinson et al., 1996).

Un’altra spiegazione potrebbe essere che l’inibizione

affected horses remain high even in absence of symptoms.Furthermore, in vitro studies documented inhibitory ac-tions of 15-HETE on polymorphonucleates (PMN) super-oxide generation, which appears to have great importancein the development of RAO inflammatory lesions (Takataet al., 1994). Therefore the increase of 15-HETE levels inplasma of affected horses may be considered as a naturalbrake to airways inflammation developing after stabling(Robinson et al., 1996).

ProstaglandinsPGE2 is the major prostanoid produced in RAO. Under

experimental conditions monocytes of the tracheal epithe-lium and lamina propria of the horse release PGE2, whichhas a prevalent bronchodilating action. In vitro experi-ments by strips of tracheal epithelium evidenced a de-creased production of PGE2 in samples from RAO-affect-ed horses compared to controls. Moreover PGE2 produc-tion is positively correlated with the time necessary to thedevelopment of bronchial obstruction. All this suggeststhat this prostanoid is an important moderator of airwayresponse to antigen inhalation, and a decreased produc-tion of this mediator has been associated with airway hy-perresponsiveness (Gray et al., 1992a).

Blocking the cyclooxygenase pathway by administrationof flunixin meglumine to horses with RAO did not ame-liorate either clinical signs of the disease or compliance3

(Watson et al., 1990). This observation suggests that exci-tatory prostanoids do not play a major role in diseasepathogenesis (Robinson et al., 1996).

Another explanation could be that cyclooxygenase inhi-bition may allow shunting of arachidonate into theleukotriene pathway, that, as shown in a while, is bron-choconstrictor and might obscure the ameliorative effectof decreased concentrations of prostaglandins (Watson etal., 1990).

LeukotrienesLeukotrienes are other mediators produced from arachi-

donic acid by the lipooxygenase pathway. They are impor-tant for the realization of four main mechanisms leadingto airflow obstruction: bronchoconstriction, mucosal ede-ma, increased mucus secretion, and inflammatory infiltra-tion of the airways wall (Chanarin and Johnston, 1994;Dodi, 1998).

In preparations in vitro leukotrienes C4 (LTC4) and D4

(LTD4) are at least 1000 times more potent than hista-mine in causing smooth muscle contraction (bron-chospasm) (Chanarin and Johnston, 1994). Their actionseems to be selective for small caliber airways; in fact invitro experiments on horse tissues potently contractparenchymal lung strips but not tracheal strips of horses.This observation is compatible with the considerable ob-struction of the peripheral airways that occurs in horseswith RAO (Robinson et al., 1996).

The formation of mucosal edema is the result of in-creased vascular permeability to water and protein at the

3 Compliance: rapporto tra la variazione del volume del polmone o deltorace e la variazione di pressione esercitata sulla sua superficie.

3 Compliance: rate between pulmonary or thoracic volume variation andthe variation of pressure on its surface (Watson et al., 1990).


della ciclossigenasi porterebbe ad un maggior impiego del-l’acido arachidonico disponibile nella via di formazionedei leucotrieni che, come si vedrà successivamente, sonobroncocostrittori, quindi potrebbero oscurare l’eventualeeffetto migliorativo dato dalla diminuzione delle prosta-glandine (Watson et al., 1990).

LeucotrieniDall’acido arachidonico, attraverso la via della lipossige-

nasi, vengono prodotti anche i leucotrieni. Questi ultimirivestono una certa importanza nei quattro meccanismifondamentali che portano all’instaurarsi dell’ostruzionedelle vie aeree, cioè: la broncocostrizione, l’edema dellamucosa, l’incremento della secrezione di muco, l’infiltra-zione della parete delle vie aeree da parte delle cellule in-fiammatorie (Chanarin e Johnston, 1994; Dodi, 1998).

I leucotrieni C4 e D4, in vitro, esercitano un’azionebroncospastica 1000 volte più potente di quella dell’ista-mina (Chanarin e Johnston, 1994). La loro azione sembrainoltre essere selettiva per le vie aeree di piccolo calibro,infatti in esperimenti effettuati in vitro su tessuti di caval-lo, provocano la contrazione delle strisce di parenchimapolmonare ma non di quelle di tessuto tracheale: questaosservazione è compatibile con la considerevole ostruzionedelle vie aeree profonde che si verifica nei cavalli conRAO (Robinson et al., 1996).

L’attività edemigena sulla mucosa è data dalla fuoriusci-ta di proteine ed acqua dovuta ad aumento della permea-bilità vasale a livello delle venule post-capillari; ciò avvienead opera del leucotriene D4. Un’altra caratteristica che po-trebbe coinvolgere questi composti, e per inciso il LTB4, èl’azione chemiotattica esercitata soprattutto sui neutrofili,che sappiamo essere il tipo cellulare più rappresentato nelBALF dei cavalli con RAO (Chanarin e Johnston, 1994).

I cavalli affetti da RAO mostrano un’aumentata concen-trazione urinaria di leucotrieni, mentre nel BALF deglistessi soggetti non si riscontrano livelli diversi dai cavalli dicontrollo. Ciò fa pensare ad un ruolo minore di queste so-stanze nella patogenesi della RAO (Robinson et al., 1996).

BRONCOSPASMO

Il broncospasmo è una delle principali cause dell’ostru-zione bronchiale nella RAO (Robinson et al., 1996; Yu etal., 1994b) (Schema 1). Il tono della muscolatura lisciabronchiale può essere modificato da numerosi fattori siaeccitatori che inibitori quali: riflessi dati da recettori di di-stensione polmonare, CO2, liberazione di mediatori, cate-colamine, sistema nervoso simpatico, sistema nervoso pa-rasimpatico, sistema nervoso non adrenergico e non coli-nergico eccitatorio ed inibitorio e fattori rilassanti di deri-vazione epiteliale (Aguggini, 1992).

Sistemi nervosi eccitatori

L’innervazione eccitatoria della muscolatura liscia dellevie aeree del cavallo è fornita dal parasimpatico e dal siste-ma nervoso eccitatorio non adrenergico e non colinergico(eNANC).

La broncodilatazione che si verifica nei cavalli con RAO

site of postcapillary venules induced by LTD4. Anothercharacteristic that could involve these compounds is theirchemotactic action: LTB4, in particular, is a potentchemoattractant predominantly of neutrophils, which arethe most represented cell type in BALF of heaves-affectedhorses (Chanarin and Johnston, 1994).

The horses with RAO show and augmented urinaryconcentration of leukotrienes while in BALF of the samesubjects levels of these substances are not different fromcontrol horses. This allows to suppose that these sub-stances play a minor role in the pathogenesis of RAO(Robinson et al., 1996).

BRONCHOSPASM

Bronchospasm is a major cause of bronchial obstructionin RAO (Robinson et al., 1996; Yu et al., 1994) (table 1).Smooth muscle tone of airways can be influenced by nu-merous factors such as: sympathetic, parasympathetic andnonadrenergic-noncholinergic inhibitory and excitatorysystems (Aguggini, 1992).

Excitatory nervous systems

The smooth muscle excitatory function in the horse issupplied by parasympathetic and excitatory nonadrener-gic-noncholinergic (eNANC) nervous systems.

The bronchodilation afforded by anticholinergic drugsin RAO horses (Broadstone et al., 1988) indicates activa-tion of muscarinic receptors (Robinson et al., 1996). Thisphenomenon might be due to a decreased breakdown ofacetylcholine by cholinesterase, increased release of acetyl-choline from parasympathetic nerves or lack of an in vivofactor that inhibits contraction induced by this mediator.However, the results obtained by in vitro experiments in-dicate that parasympathetic action in RAO-affected horseshas not a prevalent role in the pathogenesis of the disease.Yu et al. (1994b) demonstrated that small bronchi ofthese animals are hyporesponsive to exogenous acetyl-choline compared to controls, providing no evidence foran increased release of acetylcholine in the peripheral air-ways or of a diminished breakdown.

Acetylcholine hyporesponsiveness has been consideredas a sequel of the alteration of the function of muscarinicreceptors and/or cholinergic nerves or a diminution ofcontractility of smooth muscle in response to cholinergicactivation. In vivo, there are mechanical factors, such asincreased bronchial wall thickness, or biochemical factors,such as short-lived inflammatory mediators that may af-fect the overall response of airways (Yu et al., 1994b).

During the development of brochospasm in heaves-af-fected horses, an augmented release of acetylcholine frompost-ganglionic parasympathetic neurons is the reflex re-sponse to activation of airway receptors by inflammatorymediators (Robinson et al., 1996). Among mediatorsstimulating the parasympathetic system those produced bymast cells seem to be more important than those derivedfrom the neutrophils (Mair and Derksen, 2000).

A second type of airways excitatory nerves is the nona-


mediante somministrazione di farmaci anticolinergici(Broadstone et al., 1988) fa pensare ad un’intensa attiva-zione dei recettori muscarinici (Robinson et al., 1996).Questo fenomeno potrebbe essere causato da una dimi-nuita scissione dell’acetilcolina da parte dell’acetilcoline-sterasi, dall’aumentato rilascio di acetilcolina da parte delparasimpatico o ancora dalla diminuzione di qualche fat-tore che in vivo inibisce la contrazione indotta da questomediatore. Tuttavia, i risultati ottenuti da esperimenti invitro portano a pensare che l’azione del parasimpatico neicavalli affetti non sia di primaria importanza nella patoge-nesi della RAO. Yu et al. (1994b) dimostrarono infatti chei piccoli bronchi di questi animali mostrano una minorreattività all’acetilcolina esogena rispetto agli animali dicontrollo, non fornendo alcuna evidenza di un aumentatorilascio di acetilcolina nelle vie aeree periferiche o di unasua diminuita degradazione.

Il riscontro dell’iporeattività all’acetilcolina ha portato aconsiderare una possibile compromissione della funzionedei recettori muscarinici e/o dei nervi colinergici oppureuna diminuzione della contrattilità del muscolo liscio aduna attivazione colinergica. In vivo si può supporre che ci

drenergic-noncholinergic (eNANC) system. It is hypothe-sized that eNANC is activated by inhaled irritants and re-leases neuropeptides both locally and centrally and initi-ates reflexes that cause bronchospasm. In the horse thereis a rich supply of neuropeptide-containing nerves aroundbronchial vessels; the local secretion of these substancescould contribute to bronchial edema and chemotaxis ofneutrophils as in other species (Robinson et al., 1996).

Inhibitory nervous systems

The smooth muscle inhibitory function in the horse issupplied by sympathetic and inhibitory nonadrenergic-noncholinergic (iNANC) nervous systems. Even thoughimmunohistochemical studies showed a wide distributionof adrenergic nerves in equine airways, their inhibitory ef-fect on smooth muscle cells can be demonstrated only incranial trachea, where relaxation is partially inhibited bypropanolol (β-antagonist) (Yu et al., 1994a).

The inhibition of smooth muscle contraction produced

SCHEMA 1 - Fattori influenzanti il broncospasmo in corso di RAO. Lo spessore delle frecce indica l’importanza relativa di ogni fattore. Per la spiegazione siveda il testo.

TABLE 1 - Factors influencing bronchospasm in RAO. The arrow thickness indicates the relative importance of each factor. See text for explanations.


sia qualche fattore meccanico, come l’aumentato spessoredella parete bronchiale, o biochimico, come mediatori in-fiammatori a vita breve, capace di modificare la risposta(Yu et al., 1994b). Durante lo sviluppo del broncospasmonella RAO, si verifica un aumentato rilascio di acetilcolinada parte dei neuroni parasimpatici postgangliari, dovutoad una risposta riflessa scatenata dall’attivazione di recet-tori irritanti bronchiali da parte di mediatori dell’infiam-mazione (Robinson et al., 1996). Sembra che tra i mediato-ri capaci di stimolare il parasimpatico siano più importantiquelli prodotti dai mastociti rispetto a quelli dei neutrofili(Mair e Derksen, 2000).

L’altro tipo di innervazione eccitatoria delle vie aeree èquello fornito dall’eNANC (Sistema nervoso eccitatorionon adrenergico-non colinergico). Si ipotizza che l’e-NANC sia attivato dall’inalazione di sostanze irritanti e se-cerna, sia localmente che a livello centrale, dei neuropepti-di che attiverebbero dei riflessi che causano broncospa-smo. Nel cavallo sono stati ritrovati nervi contenenti neu-ropeptidi attorno ai vasi bronchiali; la secrezione locale diqueste sostanze potrebbe contribuire all’edema bronchialeed alla chemiotassi dei neutrofili come avviene in altre spe-cie (Robinson et al., 1996).

Sistemi nervosi inibitori

L’innervazione inibitoria della muscolatura liscia dellevie aeree del cavallo è fornita dal simpatico e dal sistemanervoso inibitorio non adrenergico e non colinergico(iNANC).

Anche se studi immunocitochimici hanno dimostratoun’ampia distribuzione dei nervi adrenergici nelle vie ae-ree equine, il loro effetto inibitorio sulle cellule muscolarilisce può essere dimostrato solo nella trachea craniale nellaquale il rilassamento viene parzialmente inibito dal propa-nololo (β bloccante) (Yu et al., 1994a).

L’inibizione della contrazione della muscolatura lisciaprodotta dagli agonisti β adrenergici è identica sia nei ca-valli affetti che in quelli di controllo, per cui nulla fa pen-sare che in questi ultimi ci sia una disfunzione del simpati-co (Robinson et al., 1996).

Il sistema inibitorio non adrenergico-non colinergicosembra essere il principale responsabile del rilassamentodella muscolatura bronchiale nel cavallo. Come mediatoridell’iNANC sono stati proposti il peptide intestinale va-soattivo (VIP) e l’ossido di azoto (NO). Nel cavallo l’in-nervazione inibitoria dell’albero respiratorio è stata studia-ta sottoponendo a campo elettrico i tessuti precontratticon istamina: in questo modo si è verificato un rilassamen-to, dipendente dalla presenza di NO, dei campioni prove-nienti dalla trachea e dai bronchi principali; l’entità diquesto fenomeno decresce andando verso le vie profondee scompare nei bronchi di 5 mm di diametro, suggerendoche l’influenza del sistema nervoso inibitorio diminuiscelungo l’albero tracheobronchiale (Yu et al., 1994a).

Comunque la carente funzione dell’iNANC può essereuna delle cause dell’ostruzione delle vie aeree e dell’iper-reattività caratteristiche della RAO. È molto probabile chegli animali malati abbiano una disfunzione dell’iNANC,che potrebbe essere causata dall’inattivazione dell’ossidodi azoto da parte di molecole ad ossigeno reattivo, come

by the β-adrenergic agonists is identical in heaves-affectedand control animals. For this reason the existence of adysfunction of the sympathetic system in RAO affectedanimals cannot be assumed (Robinson et al., 1996). Theinhibitory nonadrenergic-noncholinergic system is likelyto be the major responsible for bronchial muscle relax-ation in the horse. Vasoactive intestinal peptide (VIP)and nitric oxide (NO) have been proposed as neurotrans-mitter or mediators of the iNANC nervous system. In thehorse the inhibitory innervation has been studied electri-cally stimulating tissues precontracted with histamine:electrical field stimulation produced NO-dependent relax-ation, and the magnitude of the relaxation decreased fromtrachea to central bronchi and was absent in the 5 mm di-ameter bronchi (Yu et al., 1994a). This suggests that theinfluence of iNANC diminishes along the tracheo-bronchial tree.

A lacking in iNANC function could be a cause of air-ways obstruction and hyperresponsiveness typical ofRAO. Affected animals are likely to have an iNANC dys-function that could be due to the inactivation of NO byreactive oxygen molecules, such as superoxide anion, re-leased by neutrophils (Robinson et al., 1996; Yu et al.,1994b). The absence of iNANC function would be a re-sult of the inflammatory response during acute RAO, butcould also be a peculiarity of horses predisposed to thisdisease (Robinson et al., 1996).

Some attention must be paid to the regulation of vascu-lar tone by NO that has a major basal vasodilator func-tion. The vascular endothelial cells have a high capacityfor NO production. During inflammatory pulmonary dis-eases such as human asthma and equine RAO, there is anincreased exhalation of this product: it has been hypothe-sized that NO production derives from NO-synthase stim-ulation in endothelial cells due to the inflammatory re-sponse and in particular to cytokines (Mills et al., 1996).

Epithelium-derived relaxing factor

Smooth muscle is inhibited by a non-prostanoid relax-ing factor produced by the airway epithelium, beside theinhibition provided by the sympathetic and iNANC ner-vous systems. The ultrastructural changes concerning theepithelium of the airways of affected horses suggest thatepithelium-derived relaxing factor may be lacking (Kaupet al., 1990a; Kaup et al., 1990b). Experimental evidenceshows there is an increased production of this factor inheaves-affected animals (Robinson et al., 1996). The con-tractile response of bronchi to acetylcholine after epithe-lial removal augments more in animals with heaves thanin controls, indicating an enhanced function of the epithe-lial-derived relaxing factor, that acts as a protectionagainst bronchospasm (Yu et al., 1994b).

Airway hyperresponsiveness

Nonspecific airway hyperresponsiveness is an exagger-ated narrowing of the airways in response to physical orpharmacological stimuli (Derksen et al., 1987; Robinson


l’anione superossido, rilasciate dai neutrofili (Robinson etal., 1996; Yu et al., 1994b). L’assenza di funzione dell’i-NANC sarebbe quindi verosimilmente dovuta alla rispostainfiammatoria della fase acuta, ma potrebbe anche essereuna caratteristica peculiare dei cavalli predisposti a questamalattia (Robinson et al., 1996) .

Una certa attenzione merita anche l’azione di regolatoredel tono vasale svolta dall’ossido di azoto che è uno deimaggiori vasodilatatori rilasciati dalle cellule endoteliali.Durante malattie infiammatorie polmonari come l’asmaumana e la RAO equina, si verifica un aumento dell’esala-zione di tale prodotto: è stato ipotizzato che ciò rappre-senti una stimolazione della NO-sintetasi presente nellecellule endoteliali data dalla risposta infiammatoria ed inparticolare dalle citochine (Mills et al., 1996).

Fattore rilassante di derivazione epiteliale

L’inibizione della muscolatura liscia bronchiale è dovu-ta, oltre che all’innervazione inibitoria, ad un fattore rilas-sante non prostanoico prodotto dall’epitelio. Le alterazio-ni ultrastrutturali che si verificano a carico dell’epiteliodelle vie aeree dei cavalli affetti suggeriscono una possibilecarenza di questo fattore (Kaup et al., 1990a; Kaup et al.,1990b). L’evidenza sperimentale dimostra invece che laproduzione del fattore rilassante di derivazione epiteliale,aumenta nei cavalli con RAO (Robinson et al., 1996). Larisposta contrattile all’acetilcolina dei bronchi di questianimali aumenta dopo rimozione dell’epitelio in manierapiù sensibile che nei soggetti normali. Ciò dimostra che gliindividui affetti producono una maggior quota di fattorerilassante di derivazione epiteliale, che rappresenta unmezzo di protezione contro il broncospasmo (Yu et al.,1994b).

Iperreattività delle vie aeree

L’iperreattività aspecifica delle vie aeree è una costrizio-ne esagerata delle stesse in risposta a stimoli di natura fisi-ca o farmacologia (Derksen et al., 1987; Robinson et al.,1996). Questo fenomeno caratterizza molte patologie re-spiratorie, incluse l’asma umana e la RAO, e contribuisceall’instaurarsi dell’ostruzione bronchiale.

L’iperreattività bronchiale si sviluppa negli equini affettida RAO durante i periodi di stabulazione mentre, nella fa-se di remissione indotta dall’introduzione dei soggetti alpascolo, la reattività delle vie aeree torna agli stessi livelliriscontrati nei cavalli di controllo, nei quali questo para-metro non viene influenzato dalle condizioni ambientali(Derksen, 1992).

Ancora non è del tutto chiaro l’esatto meccanismo concui si instaura questa risposta eccessiva; l’ipotesi più vero-simile sembra quella formulata sia da Derksen et al. (1987)che da Robinson et al. (1996), vale a dire che l’iperreatti-vità delle vie aeree sia il risultato della risposta infiamma-toria delle stesse. L’iperreattività bronchiale si instaura in-fatti entro 24 ore dalla stimolazione antigenica e persisteper almeno 72 ore, anche dopo esposizioni all’antigene re-lativamente brevi. Questi dati portano a pensare che il fe-nomeno si sviluppi contemporaneamente all’invasione del

et al., 1996). This phenomenon is characteristic of a num-ber of different respiratory pathologies, including humanasthma and RAO, and contributes to bronchial obstruc-tion.

Airway hyperresponsiveness develops in equine affectedby RAO when horses are stabled while it is rare in sub-jects during the clinical remission from the disease on pas-ture. In these animals airway responsiveness does not dif-fer from the control animals, in which this parameter isnot affected by environmental conditions (Derksen,1992).

The mechanism responsible for this excessive responseis presently unclear; Derksen et al. (1987) and Robinsonet al. (1996) hypothesized that hyperresponsiveness is theresult of the inflammation of airways. Airway hyperre-sponsiveness in fact develops within 24 hours from anti-genic stimulation and persists for at least 72 hours follow-ing brief antigen exposures. These data suggest that thephenomenon develops concurrently with neutrophilic in-vasion (Robinson et al., 1996). Attempts to demonstratea relationship between the presence of granulocytes ortheir secretory products in BALF and airway hyperrespon-siveness in vivo have been unrewarding even in humanasthma despite intensive study (Brazil, 2001).

RAO inflammation leads to thickening of the mucosa,submucosa, and smooth muscle layers of the airway wall,so when airway smooth muscle contracts around thick-ened mucosa, the resultant airway narrowing is exaggerat-ed. Thus, a light stimulus can cause a dramatic narrowingof the airway lumen. This phenomenon may explain whysmall amounts of irritant dusts do not provoke relevantalterations in control horses or in subjects in clinical re-mission, while cause a dramatic narrowing of the airwaysin acute phase heaves-affected horses exacerbating or pro-longing the clinical signs of the disease (Derksen, 1992;Derksen et al., 1992).

CONSEQUENCE OF INFLAMMATION ANDBRONCHOSPASM ON LUNG FUNCTION

Airway obstruction

The alterations in lung function observed in heaves-af-fected horses are indicative of diffuse airway obstruction.Horses with RAO have a higher pulmonary resistance4

(RL), and lower dynamic compliance5 (Cdyn) consequent onantigenic exposure (Broadstone et al., 1988; Derksen,1992; Gray et al., 1992b; McGorum et al., 1993a; Robin-son et al., 1996).

Changes of these values are, in part, responsible for thelarger change in pleural pressure that occurs during tidalbreathing: the difference between the lowest inspiratory

4 Pulmonary resistance (RL): rate of pulmonary extensibility, due to theelastic properties of the lung and of the thorax.5 Dynamic compliance (Cdyn): value obtained dividing the lung volumechange during breathing for each unit of pressure change, and it is a mea-surement of the distensibility of the lungs.


polmone da parte dei neutrofili (Robinson et al., 1996).Tentativi di dimostrare una relazione tra la presenza digranulociti o loro prodotti di secrezione nel BALF e laiperreattività bronchiale in vivo non sono stati soddisfa-centi anche nell’asma umana, nonostante studi intensivi(Brazil, 2001).

L’infiammazione collegata alla RAO porta all’aumentodello spessore di mucosa, sottomucosa e muscolatura lisciadella parete bronchiale per cui, quando le cellule muscola-ri lisce si contraggono attorno a questi strati ispessiti, lacostrizione che ne risulta è eccessiva; pertanto un lieve sti-molo causa una drastica riduzione del lume. Questo feno-meno potrebbe spiegare perché livelli contenuti in polveriirritanti non comportano alterazioni rilevanti nei cavalli dicontrollo o nei soggetti in fase di remissione mentre causa-no una drammatica costrizione delle vie aeree negli anima-li affetti da RAO con infiammazione in fase acuta esacer-bando o prolungando i segni clinici della malattia (Derk-sen, 1992; Derksen et al., 1992).

pressure and the highest expiratory pressure (measured us-ing a transesophageal probe) yields an index (∆Pplmax)for the evaluation of pulmonary elasticity (Fig. 3). Ferroet al. (1993) considered as pathologic values of ∆Pplmax> 4 cm H2O. Other authors obtained an increase of thisvalue only in most serious cases (McGorum et al., 1993b).An interesting finding is that ∆Pplmax is attested at high-er values than control horses even in clinical remission(Petsche et al., 1994). This does not happen when the val-ues of dynamic compliance and airway resistance are con-sidered; these values are significantly altered in heaves-af-fected horses exposed to antigens, while, when the samehorses are taken to pasture or stabled on litters differentfrom straw (for instance wood shavings) and fed pelleteddiets, these values are the same as those of the control ani-mals (Petsche et al., 1994; Robinson et al., 1996).

Airway obstruction in RAO-affected horses is mainlydue to bronchospasm, mucus accumulation and thicken-

FIGURA 3a/b - Tracciato pressorio intrapleurico indiretto ottenuto mediante Ventigraph (Boehringer - Ingelheim ) con taratura 2. Nel tracciato del soggetto dicontrollo (a) si registra una differenza tra la più bassa pressione inspiratoria e la più alta pressione espiratoria (∆Pplmax) di 3 cmH2O (valore normale fino a 4cmH2O), mentre nel soggetto con RAO (b) la ∆Pplmax è di 7,5 cmH2O indicativa di un aumento delle resistenze sia durante l’inspirazione che l’espirazione.

FIGURE 3a/b - Graphs of the indirect intrapleural pressure by Ventigraph (Boehringer - Ingelheim ) measured with calibration 2. In the graph of the controlsubject (a) a difference of 3 cmH2O is recorded between the lowest inspiratory and the highest expiratory pressure (∆Pplmax) (normal value up to 4 cmH2O),while the RAO subject (b) has a ∆Pplmax of 7.5 cmH2O. This value is indicative of an increase of resistance both during inspiration and expiration.


CONSEGUENZE DELL’INFIAMMAZIONE E DELBRONCOSPASMO SULLA FUNZIONEPOLMONARE

Ostruzione delle vie aeree

I cavalli affetti da RAO mostrano alterazioni di alcuniparametri funzionali che indicano una diffusa ostruzionepolmonare; in particolare si riscontra un aumento della re-sistenza polmonare4 (RL) ed una diminuzione della com-pliance dinamica5 (Cdyn) a seguito di esposizione agli anti-geni (Broadstone et al., 1988; Derksen, 1992; Gray et al.,1992b; McGorum et al., 1993a; Robinson et al., 1996).

L’alterazione di questi valori rappresenta una delle cau-se alla base delle variazioni della pressione intrapleuricache si verificano durante il respiro: la misurazione di que-ste variazioni con sonda transesofagea consente di ricavarela differenza tra la più bassa pressione inspiratoria e la piùalta pressione espiratoria dando così un indice (∆Pplmax)per valutare l’elasticità del polmone (Fig. 3). Ferro et al.(1993) definirono patologici valori di ∆Pplmax > 4 cm diH2O. Altri Autori riscontrarono un aumento di tale valoresoltanto nei casi più gravi (McGorum et al., 1993b). È in-teressante notare come la ∆Pplmax si mantenga su livellisuperiori a quelli dei cavalli di controllo anche durante lafase di remissione clinica (Petsche et al., 1994). Questonon accade quando prendiamo in considerazione i valoridi compliance dinamica e resistenza polmonare che, nei ca-valli con RAO esposti agli antigeni, sono significativamen-te alterati, mentre, quando gli stessi animali vengono messial pascolo o stabulati su lettiere alternative alla paglia (tru-cioli di legno) e nutriti con mangime pellettato, tornanoagli stessi livelli di quelli dei cavalli di controllo (Petsche etal., 1994; Robinson et al., 1996).

L’ostruzione delle vie aeree che si verifica nella RAO èdata prevalentemente da tre fenomeni che sono il bronco-spasmo, l’accumulo di muco e l’aumento dello spessoredella parete bronchiale in seguito ad infiammazione. Diquesti tre fenomeni il primo è l’evento ostruttivo principa-le nelle grosse vie aeree, mentre gli ultimi due sono preva-lentemente operanti nelle piccole vie (Mair e Derksen,2000). L’accumulo di muco (Fig. 4) dipende da due com-ponenti: da un lato una maggiore produzione e dall’altrouna riduzione della clearance mucociliare. Il primo deglieventi è strettamente connesso alla flogosi delle vie respi-ratorie. È infatti noto che citochine quali il TNF-α, chemodulano positivamente la produzione di fattori di tra-scrizione quali il NFk-B (meccanismo accertato in corso diRAO), sono un evento importante per stabilizzare i tra-scritti (mRNA) di mucine ed aumentarne così la produzio-ne (Gerber, 2001). Quanto al secondo evento studi hannoriportato o assenza di riduzione della clearance mucocilia-re rispetto a controlli o riduzione dal 24 al 50% e la varia-bilità del dato viene imputata a sostanziali differenze del

ing of airways wall following inflammation. Airway ob-struction is the principal event acting in bronchi of largecaliber, while the two other operate prevalently on thesmaller airways (Mair and Derksen, 2000). Mucus accu-mulation (Fig. 4) depends on two factors: on the onehand mucus hyperproduction and on the other a reduc-tion of mucociliary clearance. The former is strictly con-nected to airway inflammation. It is well known that cy-tokines such as TNF-α, which drives the transcriptionfactor NFk-B, are important for mucin transcript (mR-NA) stabilization, allowing the increase in mucin pro-duction (Gerber, 2001). Ultrastructural studies foundabsence or reduction from 24 to 50% of mucociliaryclearance rate between RAO-affected horses and con-trols, and variability of these data is ascribed to substan-tial difference of damage to the mucociliary apparatus(Gerber, 2001).

The administration of bronchodilators such as clen-buterol, a β2 agonist (the only one approved by the USFood and Drug Administration for use in horses)(Harkins et al., 2000), atropin (Broadstone et al., 1988),ipratropium bromide (anticholinergic agent) (Robinson etal., 1993), pilbuterol (β2 adrenergic agonist), amino-phylline (McKiernan et al., 1990) determine relaxation ofairway smooth muscle and consequent decrease of RL

(Broadstone et al., 1988; McKiernan et al., 1990; Robin-son et al., 1993). However, the inconsistent effect ofbronchodilators on Cdyn, even if parallel to a decrease inairway resistance, suggests that in COPD horses airwayobstruction persists in the more peripheral airways(Robinson et al., 1996). To make the Cdyn return to nor-mal values, the little success obtained using these drugsindicates that their action is directed only to some factorsregulating the tone of airway smooth muscle; it alsoshows that airway obstruction is caused also by other fac-

FIGURA 4 - Cavallo. Polmone. Presenza di muco in un bronchiolo ter-minale e nella porzione alveolare dilatata. Ematossilina-eosina. L’iper-produzione di muco è, insieme al broncospasmo ed alla flogosi, unacomponente che partecipa all’ostruzione bronchiale, a sua volta causadella difficoltà respiratoria che si registra in corso di RAO.

FIGURE 4 - Horse. Lung. Mucus in a terminal bronchiole and dilatedalveoli. H-E stain. Mucous hyperproduction, together with bron-chospasm and inflammation, is a component of bronchiolar obstruc-tion, which causes respiratory difficulty in RAO.

4 Resistenza polmonare: grado di estensibilità del polmone, legato alleproprietà elastiche del polmone stesso e della gabbia toracica.5 Compliance dinamica: rapporto tra la variazione di volume polmonaredurante un respiro corrente, e la simultanea variazione della pressioneintrapleurica dalla fine dell’espirazione alla fine dell’inspirazione; è unamisura della distensibilità dei polmoni.


danno all’apparato mucociliare registrabili con l’osserva-zione ultrastrutturale (Gerber, 2001).

La somministrazione di broncodilatatori quali il clen-buterolo (β2 agonista) (l’unico ammesso all’uso nei ca-valli dalla US Food and Drug Administration (Harkinset al., 2000), l’atropina (Broadstone et al., 1988), l’ipra-tropio bromuro (agente anticolinergico) (Robinson et al.,1993), il pilbuterolo (agonista ß2 adrenergico), l’ammi-nofillina (McKiernan et al., 1990) provoca rilassamentodella muscolatura liscia delle vie aeree e conseguente di-minuzione della RL (Broadstone et al., 1988; McKiernanet al., 1990; Robinson et al., 1993). Tuttavia l’uso di que-sti farmaci non ha alcun effetto sulla compliance dinami-ca e, anche se si ottiene un decremento della resistenzadelle vie aeree, permane l’ostruzione delle vie aeree piùprofonde (Robinson et al., 1996). Il limitato successodell’uso di questi farmaci, ai fini della normalizzazionedella compliance dinamica, suggerisce che il loro mecca-nismo d’azione sia diretto solo su alcuni dei fattori cheregolano il tono della muscolatura liscia delle vie aeree edimostra anche che l’ostruzione bronchiale è dovuta pu-re a fattori diversi dal broncospasmo quali l’aumento delmuco e dello spessore della parete delle vie aeree dovutiall’infiammazione.

Distribuzione della ventilazione

La diffusa ostruzione delle vie aeree che caratterizza laRAO causa un’anomala distribuzione della ventilazione(Robinson et al., 1996). La rilevazione dell’uniformità del-la distribuzione del gas inspirato viene eseguita con la pro-va di eliminazione dell’azoto o curva di lavaggio dell’azoto(Nitrogen Washout). Nelle malattie che causano una nonuniforme distribuzione della ventilazione, l’eliminazionedell’azoto è meno rapida ed i valori non sono lineari(Aguggini, 1992). Alcuni (Derksen, 1992; Gray et al.,1992b) riscontrano questa anomalia nei cavalli con RAO;in questi animali la prova di eliminazione dell’azoto è unmetodo abbastanza sensibile da poter individuare soggettiaffetti anche a livello subclinico, cosa che non avviene conla misurazione della compliance dinamica e della resisten-za polmonare. Purtroppo il “Nitrogen Washout” non sem-pre è attuabile sul campo.

Scambio di gas

La diminuzione della PaO2 (pressione parziale dell’ossi-geno) o ipossiemia è un’alterazione frequentemente ripor-tata dai vari Autori (Broadstone et al., 1988; Ferro et al.,1993; Gray et al., 1992b; McGorum et al., 1993b; Olszew-ski e Laber, 1993; Robinson et al., 1996; Traub-Dargatz etal., 1992). Tuttavia in alcuni lavori si sottolinea il fatto chequesta alterazione può non essere presente nei casi subcli-nici o lievi di RAO; per tale motivo questo parametro po-trebbe essere più utile per accertare la gravità della malat-tia piuttosto che per effettuare una diagnosi precoce(Dixon et al., 1995).

Di contro, aumento della PaCO2 (pressione parziale dianidride carbonica) viene riscontrato in un numero limita-to di soggetti. In generale si sa che le affezioni respiratorie

tors such as mucus increase and thickening of the airwaywalls because of inflammation.

Ventilation distribution

The diffuse airway obstruction characteristic of RAOresults in abnormal distribution of ventilation (Robinsonet al., 1996). The detection of uniformity of the inspiredgas is performed with the nitrogen washout test. In thediseases that cause a non-uniform ventilation distribution,nitrogen washout is slower and the values are not linear(Aguggini, 1992). Some authors (Derksen, 1992; Gray etal., 1992b) evidence this anomaly in heaves-affected hors-es. In these animals the nitrogen washout test is sensitiveenough to reveal subclinical cases as well, while the mea-surement of dynamic compliance and pulmonary resis-tance are not. Unfortunately the nitrogen washout test isnot always applicable on the field.

Gas exchange

Diminution of PaO2 (oxygen partial pressure) or hypox-emia is a frequently reported alteration (Broadstone et al.,1988; Ferro et al., 1993; Gray et al., 1992b; McGorum etal., 1993b; Olszewski and Laber, 1993; Robinson et al.,1996; Traub-Dargatz et al., 1992). However it may not bepresent in subclinical or mild RAO cases, and this para-meter might be more useful to ascertain the severity of thedisease rather than to perform an early diagnosis (Dixonet al., 1995).

An increase of PaCO2 (carbon dioxide partial pressure)is found in a limited number of cases. Respiratory condi-tions rarely modify PaCO2, probably for carbon dioxidehas a 20-fold higher diffusion rate through the respiratorymembrane than O2 (Ferro et al., 1993; Reece, 1984).Resting subjects show no pH changes. If heaves-affectedhorses exercise in the critical phase of the disease, theyshow evident hypoxemia together with hypercapnia andare subjected to acidosis, suggesting a great contributionof anaerobic metabolism. This phenomenon can be par-tially explained by the high metabolic cost of respirationin airway resistance increase. Horses can partially com-pensate the impairment of gas exchange increasing fre-quency rate, but, despite this compensatory mechanism,RAO horses in respiratory crisis can sustain less exercisethan in clinical remission (Art et al., 1996).

Gas exchange efficiency can be evaluated by the venti-lation/perfusion ratio (VA/Q). In normal horses VA/Q ra-tio is well balanced, its value being around 1, with fewdifferences in the various portions of the lung (Nyman etal., 1991). Deviations of VA/Q ratio cause decrease inPaO2 values, while PaCO2 remains normal if arterial hy-poxia stimulates the respiratory center, augmenting venti-lation per minute (Aguggini, 1992).

RAO horses have a generalized increase of the VA/Qratio (corresponding to an increase of ventilated regionsand inadequate perfusion) and of dead space (there is noperfusion of the alveoli and they continue to be ventilat-


raramente modificano la PaCO2, probabilmente per il fat-to che l’anidride carbonica ha un coefficiente di diffusioneattraverso la membrana respiratoria circa 20 volte maggio-re di quello dell’O2 (Ferro et al.,1993; Reece, 1984). Nes-sun Autore riscontra variazioni del pH ematico nei sogget-ti a riposo. Se sottoposti a lavoro nella fase critica dellamalattia, i cavalli affetti da RAO mostrano una marcataipossiemia unita ad ipercapnia e sono soggetti ad acidosi,il che suggerisce un notevole contributo del metabolismoanaerobico. Questo fenomeno può essere parzialmentespiegato dall’alto costo metabolico della respirazione incondizioni di aumento delle resistenze delle vie aeree. I ca-valli in questo stato riescono parzialmente a compensare lacompromissione nello scambio dei gas aumentando la fre-quenza respiratoria, ma è ovvio che, nonostante esista que-sto meccanismo compensatorio, i cavalli con RAO in crisirespiratoria sopportano un carico di lavoro significativa-mente minore di quanto non facciano nei periodi di remis-sione (Art et al., 1996).

L’efficienza dello scambio di gas può essere valutata at-traverso il rapporto ventilazione/perfusione (VA/Q). Neicavalli normali il rapporto VA/Q è ben equilibrato, il suovalore è attorno ad 1 ed esistono poche variazioni di que-sto parametro tra le varie regioni del polmone (Nyman etal., 1991). Le variazioni del rapporto VA/Q possono darluogo ad una diminuzione della PaO2, mentre la PaCO2

può mantenersi su livelli normali se l’ipossia arteriosa sti-mola i centri della respirazione portando ad un aumentodella ventilazione per minuto (Aguggini, 1992).

Il processo appena descritto sembra effettivamente veri-ficarsi nei cavalli con RAO nei quali c’è un aumento gene-ralizzato del rapporto VA/Q (ciò significa aumento delleregioni ad alta ventilazione con perfusione non adeguata)e dello spazio morto (che essendo ventilato ma non perfu-so ha un valore di Q=0 quindi VA/Q = ∞). Queste altera-zioni creano un mancato utilizzo del 75% della ventilazio-ne totale per minuto (Nyman et al., 1991).

L’aumento dello spazio morto fisiologico è determinatodal volume di gas che entra negli alveoli e non diffonde nelsangue a causa dell’inadeguata perfusione da parte dei ca-pillari alveolari (Reece, 1984). Più in generale, l’aumentodelle regioni ad alto VA/Q (>10) può essere spiegato dallacompressione del letto vascolare, con conseguente impedi-mento della perfusione regionale, provocata dall’enfisema.Questo meccanismo può essere confermato dal fatto chele regioni ad alto VA/Q presentano anche un’iperplasiaepiteliale della parete bronchiale che è fattore scatenantedell’“air trapping” che contribuisce all’instaurarsi dell’en-fisema alveolare (Nyman et al., 1991).

Non si riscontrano nei cavalli con RAO regioni in cuiil rapporto VA/Q sia inferiore alla norma. Un basso valo-re di questo rapporto potrebbe caratterizzare le regioniin cui la ventilazione è scarsa o assente mentre la perfu-sione si mantiene ottimale dando origine a shunt in cui ilsangue non viene a contatto con i gas alveolari. Questonon si verifica nei soggetti colpiti da RAO nonostante,secondo quanto visto precedentemente, presentino findagli stadi preclinici della malattia un’alterata distribu-zione della ventilazione. Il fenomeno potrebbe esserespiegato dall’aumento dei pori di Kohn che permettereb-be una ventilazione collaterale tra alveoli confinanti(Kaup et al., 1990b).

ed, Q=0 and VA/Q=∞). These deviations create a loss of“wasted ventilation” of about 75 per cent of the totalminute ventilation (Nyman et al., 1991).

The increase of the physiological dead space is deter-mined by the volume of gas that enters the alveoli anddoes not have diffusional interchange with the blood be-cause of inadequate pulmonary perfusion (Reece, 1984).The ventilation of high VA/Q regions (>10) and deadspace in the RAO horses might be explained by hyperin-flation (leading to emphysema), with subsequent compres-sion of the pulmonary vascular bed and impeded regionalperfusion. This mechanism may be confirmed from thefinding of epithelial hyperplasia of bronchial walls in highVA/Q regions, which has a considerable bearing on thepathogenesis of air trapping in RAO and may contributeto the development of alveolar emphysema (Nyman et al.,1991).

There are no regions with ratio VA/Q lower than nor-mal in RAO horses. A low value of this ratio might char-acterize regions with poor or absent ventilation while per-fusion is at optimum value, originating shunts in whichblood is not in contact with alveolar gases. This does nothappen in subjects affected by RAO even if they mightpresent an impaired distribution of ventilation as early asat preclinical stages of the disease. The phenomenonmight be explained by an increase in number of Kohn’spores allowing collateral ventilation between adjacentalveoli (Kaup et al., 1990b).

FIGURA 5 - Cavallo. Polmone. Enfisema alveolare. Ematossilina-eosina.Notare la flogosi (infiltrato cellulare intersitiziale) intorno ai bronchiolipresenti nel campo che condiziona l’air trapping, base patogenetica del-l’enfisema in corso di RAO. La dilatazione del distretto bronchiolo-al-veolare del polmone causa compressione dei vasi alveolo-settali. In talizone si realizzano inizialmente una iperventilazione con ridotta perfusio-ne che porta ad aumento del VA/Q ed in seguito, aggravandosi la com-pressione sui setti alveolari, l’assenza di perfusione che genera i c.d.spazi morti, cioè ventilati ma non perfusi.

FIGURE 5 - Horse. Lung. Alveolar emphysema. H-E stain. Note inflam-mation (interstitial cell infiltrate) in bronchioles conditioning air trap-ping that is considered the pathogenetic basis of emphysema in RAO.Dilation of bronchiolar-alveolar spaces of the lung causes compressionof the alveolar-septal vessels. Hyperventilation with reduced perfusionin these areas leads to increase of VA/Q. When the condition worsens,the following step is absence of perfusion generating the s.c. deadspaces, i.e. ventilated but not perfused.


Volumi polmonari

Nei cavalli affetti si rileva un aumento della capacità re-sidua funzionale6 (FRC) conseguente al collabimento dellepareti infiammate dei bronchioli a fine espirazione checausa ristagno di gas nella regione alveolare (Robinson etal., 1996) (Fig. 5). L’incremento della capacità residua fun-zionale, unito al normale valore del volume tidalico7, causaun aumento del volume polmonare alla fine dell’inspira-zione; dunque si ha un aumento del rapporto volume resi-duo/capacità polmonare totale. L’incremento di questi vo-lumi risulta in una maggiore sollecitazione della forza ela-stica del polmone e della gabbia toracica che contribuiràal precoce picco di flusso espiratorio che caratterizza laparticolare tipologia respiratoria di questi soggetti (Pet-sche et al., 1994; Robinson et al., 1996).

Tipologia respiratoria

Il cavallo a riposo ha fisiologicamente sia l’inspirazioneche l’espirazione a carattere bifasico (Reece, 1984). En-trambe comprendono una fase attiva ed una passiva dovu-te all’azione coordinata dei muscoli respiratori. SecondoKoterba et al. (1988), questa strategia respiratoria consen-te di minimizzare, a riposo, il lavoro elastico del polmone.In questo modo, in entrambe le fasi si evidenzia un inizialepicco del flusso (fase passiva), seguito da un plateau a cir-ca il 50% del volume tidalico per aumentare di nuovo(grazie alla fase attiva) alla fine dell’atto.

I soggetti colpiti, anche in fase di remissione della ma-lattia, non hanno questa caratteristica respirazione bifasicapropria dei soggetti sani.

L’adozione di questo respiro non fisiologico potrebbeessere il risultato dell’aumento della frequenza respiratoriadei cavalli malati, tale da causare la sovrapposizione delledue fasi.

Il ciclo respiratorio diviene necessariamente più corto ecausa una precoce attivazione dei muscoli sia durante l’inspi-razione che durante l’espirazione. In questo modo la fasepassiva del ciclo si accorcia e diviene meno evidente il carat-tere bifasico, soprattutto se i muscoli respiratori arrivano acontrarsi prima che si raggiunga il picco di flusso passivo(Petsche et al., 1994). In assenza di riduzione del volume ti-dalico l’accorciamento del tempo di inspirazione risulta inun maggior rapporto volume tidalico/tempo di inspirazione,vale a dire in un maggior gradiente di flusso inspiratorio.Con l’aggravarsi della malattia si assiste quindi ad un incre-mento dei gradienti di flusso inspiratorio al picco e al 50%del volume tidalico; in questo modo il cavallo riesce ad inala-re tutto il volume tidalico nel tempo a disposizione.

Lo stesso concetto può essere applicato a quanto si verifi-ca nella fase espiratoria, sebbene in questa l’accorciamentosia meno sensibile di quello della fase inspiratoria. Durantel’ostruzione delle vie aeree, si registra un aumento del picco

Lung volumes

In heaves-affected horses there is an increase of thefunctional residual capacity6 (FRC) consequent on closureof the inflamed airways that is likely to occur towards theend of exhalation leading to air trapping in alveoli(Robinson et al., 1996) (Fig. 5). Because FRC is increasedand tidal volume7 is unchanged, end-inspiratory volumeincreases in RAO. The resulting increase in lung andchest-wall elastic recoil may provide the force for the highpeak expiratory flow that occurs early in exhalation in se-verely affected horses (Petsche et al., 1994; Robinson etal., 1996).

Types of breathing

The adult horse at rest has physiologically two phasesduring inspiration and two phases during expiration(Reece, 1984). They both have an active and a passivephase due to the coordinated action of the respiratorymuscles. According to Koterba et al. (1988), this breath-ing pattern perhaps represents a strategy of minimizingthe elastic work of breathing, at least at resting breath-ing frequencies. In both inhalation and exhalation theinitial flow peak (passive phase) is followed by a nidusat approximately 50% of tidal volume and a second flowpeak (active phase) toward the end of the breath. Affect-ed horses lack the biphasic-breathing pattern typical ofcontrol subjects, even in remission of the disease. Thisdifference in breathing pattern may be the result of theincreased breathing frequency noted in heaves-affectedhorses, so the two phases of the tidal volume become su-perimposed. The respiratory cycle becomes shorter andcauses an early activation of muscle during both inspira-tion and expiration. The passive phase of the cycle short-ens and the characteristic biphasic breathing is less evi-dent, in particular if respiratory muscles contract beforethe peak of passive flow rate is reached (Petsche et al.,1994).

In the absence of decrease in tidal volume the reductionof the inspiratory phase produces a higher tidalvolume/inspiration time ratio, which means a higher in-spiration flow gradient. When the disease becomes moresevere, there is an increase of inspiration flow at the peakand at 50% of tidal volume, and the horse inhales alltidal volume in the available time.

The same concept applies to the exhalation phase, eventhough less decreased than inhalation. During airways ob-struction, the peak of expiratory flow (PEF) is high andprecocious, parallel to a decrease of the same flow rates to-ward the end of expiration. Thanks to the characteristicsof this peak, the horse exhales tidal volume before theabove-mentioned diminution of the gradient, strictly cor-

6 Capacità residua funzionale: somma della riserva espiratoria, che è laquantità di aria che rimane nel polmone dopo un normale atto espirato-rio, con il volume residuo, cioè la quantità di aria che rimane nel polmo-ne anche dopo la più forzata delle espirazioni (Reece, 1984).7 Volume tidalico: quantità di aria inspirata ed espirata durante un ciclorespiratorio (Reece, 1984).

6 Functional residual capacity (FRC): sum of the expiratory reserve volume,that is the amount of residual air after a normal expiratory act, and theresidual volume, i.e. the volume of air remaining in the lungs even after themost forceful expiration (Reece, 1984).7 Tidal volume: amount of breathed in or out during one respiratory cycle(Reece, 1984).


di flusso espiratorio (PEF) che diviene alto e precoce, con-temporaneamente ad una diminuzione dei gradienti dellostesso flusso nella parte finale dell’espirazione. Grazie aquesto particolare picco il cavallo riesce ad esalare il suo vo-lume tidalico in tempo utile, ossia prima che si verifichi lasopracitata diminuzione del gradiente, strettamente correla-ta alla gravità della malattia (Petsche et al., 1994).

Fisiologicamente, nel cavallo a riposo, nelle prime fasidell’espirazione persiste una certa attivazione dei muscoliinspiratori che modulano il gradiente di flusso espiratorioe, allo stesso modo, nelle prime fasi dell’inspirazione, l’at-tività residua dei muscoli espiratori regola il flusso del gasinalato (Koterba et al., 1988).

Nei cavalli colpiti da RAO si può avere una ridotta azio-ne dei muscoli inspiratori durante la prima fase dell’espi-razione così che la forza elastica del polmone, non ostaco-lata dal loro intervento, causa un elevato picco di flussoespiratorio. Successivamente il cavallo cerca di compensa-re la diminuzione del flusso di fine espirazione con l’inter-vento dei muscoli espiratori, ma lo sforzo espiratorio portaad un aumento della pressione intrapleurica che divienepositiva rispetto a quella delle vie aeree, causando un col-lasso dinamico di quest’ultime e limitando ulteriormente ilflusso. Altra causa dell’incremento del PEF potrebbe esse-re la maggior forza elastica che deriva dall’aumento del vo-lume polmonare a fine inspirazione, dovuto ad una mag-giore capacità residua funzionale (Petsche et al., 1994).

Circolazione polmonare

Gli animali colpiti da RAO hanno una pressione arterio-sa polmonare più elevata del normale (Ferro et al.,1993;Nyman et al., 1991; Robinson et al., 1996) e di intensitàche aumenta con la gravità della patologia.

Dato che la gittata cardiaca rimane nella norma, l’au-mento della pressione può essere attribuito alla maggioreresistenza vascolare del circolo polmonare. I fenomeni pa-togenetici che conducono a questa alterazione sono princi-palmente la vasocostrizione ipossica e la compressione delletto capillare da parte degli alveoli dilatati (Nyman et al.,1991; Robinson et al., 1996).

L’ipossia causa costrizione della tonaca muscolare dellearteriole pre-capillari con conseguente riduzione del flussoematico (il riflesso alveolo-vascolare di Evler-Liliyes) (Fer-ro et al.,1993).

Secondo Mills et al. (1996) la diminuzione della PaO2 ini-birebbe la sintesi di ossido di azoto da parte delle cellule en-doteliali; verrebbe così a mancare l’azione vasodilatatrice diquesta sostanza. Sottoponendo i cavalli malati a ventilazionecon O2 si ha una certa diminuzione della pressione arteriosapolmonare, ma non un ritorno di questo parametro a valorinormali; dunque l’ipossia non è l’unica causa dell’aumentodelle resistenze vascolari (Robinson et al., 1996).

L’altro fattore che porta a queste alterazioni è infatti lacompressione del letto capillare data dagli alveoli dilatati acausa dell’aumento della capacità residua funzionale dovutoal fenomeno dell’ “air trapping” (“incarceramento dell’a-ria”). Gillespie e Tyler (1969) ipotizzano anche l’esistenza dimediatori dell’infiammazione causanti vasocostrizione.

L’ipertensione cronica del piccolo circolo si ripercuotesul cuore destro che risponde con ipertrofia muscolare

related with the severity of the disease (Petsche et al.,1994).

Some degree of persistent inspiratory muscle activityduring the first phase of expiration is commonly observed;as well as persistent expiratory muscle activity regulatesthe inhaled air flow during the first phase of inspiration(Koterba et al., 1988).

Heaves-affected horses may exhibit a reduced action ofthe inspiratory muscles during the first phase of expira-tion, so lung elasticity produces a high expiratory flowpeak. The horse tries to compensate the decrease of flowat the end of expiration contracting the expiratory mus-cles, but the expiratory effort causes an augment of the in-trapleural pressure, which becomes positive compared toairway pressure, and the subsequent dynamic failure ofairways that further on limits the flow. An additionalcause of PEF increase might be a stronger elasticity deriv-ing from the increased lung volume at the end of inspira-tion, due to a greater functional residual capacity (Petscheet al., 1994).

Pulmonary circulation

Increased pulmonary arterial pressure has been consis-tently described in horses with RAO, the magnitude ofhypertension increasing with the severity of the disease(Ferro et al., 1993; Nyman et al., 1991; Robinson et al.,1996). As cardiac output remains normal, the increasedpressure results from increased vascular resistance of lungvascular system, that is probably due to hypoxic vasocon-striction and alveolar hyperinflation that compresses capil-laries (Nyman et al., 1991; Robinson et al., 1996). Hy-poxia causes constriction of tunica muscularis of pre-capil-

FIGURA 6 - Cavallo. Polmone. Enfisema Polmonare (Da Marcato P.S.Patologia respiratoria animale, Edagricole, 1988). In corso di RAO l’en-fisema polmonare cronico è una conseguenza dell’air trapping che sirealizza durante l’espirazione a causa del collasso delle piccole vie re-spiratorie.

FIGURE 6 - Horse. Lung. Emphysema. (from Marcato P.S. Patologiarespiratoria animale, Edagricole, 1988). Chronic pulmonary emphyse-ma is a consequence of air trapping which forms during exhalation inRAO because of collapse of the small airways.


compensatoria (cor pulmonale cronico) e con successivadilatazione del ventricolo destro (Derksen, 1992; Ferro etal.,1993; Marcato, 1988).

L’insufficienza cardiaca congestizia che potrebbe conse-guire a questi eventi non è di frequente riscontro nei caval-li con RAO (Derksen, 1992).

Enfisema polmonare cronico (Fig. 6)

Nella RAO il fatto che le lesioni enfisematose caratteriz-zino siti del polmone colpiti da bronchiolite ostruttiva av-valora l’ipotesi patogenetica dell’ “air trapping” (Kaup etal., 1990b).

L’aumento delle resistenze delle vie aeree è particolar-mente sensibile durante la fase espiratoria in cui viene amancare la dilatazione di queste data dalla trazione eserci-tata dal parenchima polmonare in fase inspiratoria (Reece,1984). La distruzione del parenchima conseguente all’enfi-sema riduce questa trazione causando il collasso espirato-

lary arterioles with subsequent reduction of blood flow(Evler-Liliyes alveolar-vascular reflex) (Ferro et al. 1993).

According to Mills et al. (1996), PaO2 decrease wouldinhibit NO endothelial production, so NO vasodilatorfunction would be lacking. Submitting heaves-affectedhorses to O2 ventilation, decrease of pulmonary arterialpressure is observed, but not to normal values. It is there-fore likely that hypoxia is not the only cause contributingto increase vascular resistance (Robinson et al., 1996).Another factor for these alterations is the compression ofcapillaries due to alveolar hyperinflation because of in-creased functional residual capacity caused by air trapping.Gillespie and Tyler (1969) hypothesize the existence of in-flammatory mediator-induced vasospasm.

Chronic hypertension of blood circulation of the lungaffects the right heart that develops muscle compensatoryhypertrophy (chronic cor pulmonale) and subsequent di-lation of the right ventricle (Derksen, 1992; Ferro et al.,1993; Marcato, 1988).

SCHEMA 2 - Circuiti patogenetici e fisiopatologici in corso di RAO. Colore caselle: giallo fattori eziologici; rosa voci patogenetiche; verde elementi di fisiopato-logia polmonare; azzurro: conseguenze extrapolmonari. Se la voce della stessa casella è imputabile a più di una categoria essa condivide i colori dei due tipidi casella. Per la spiegazione si veda il testo.

TABLE 2 - Pathogenetic and pathophysiological mechanisms in RAO. Box colors: yellow for etiologic agents; pink for pathogenetic elements; green for fac-tors pertaining lung pathophysiology; blue for extrapulmonary consequences. When the item of a box is attributable to more than one category it shares thecolors of the different types of box. See text for explanation.


rio delle vie aeree ed aggravando il fenomeno dell’ “airtrapping”. È stato visto precedentemente come la mecca-nica respiratoria dei cavalli colpiti da RAO preveda un’e-spirazione forzata che causa un aumento della pressioneintrapleurica. Quando nelle vie aeree si verifica un ugualepunto di pressione esterna ed interna, il mantenimentodella pervietà del lume dipende esclusivamente dall’inte-grità della loro parete e del parenchima circostante (Agug-gini, 1992), entrambe le componenti risultano però dan-neggiate dalla patologia stessa, come già riferito.

In contrasto con quanto descritto finora, Derksen (1992)definisce raro il riscontro di enfisema nei soggetti colpiti daRAO. L’Autore sostiene infatti che sia la bronchiolite e nonl’enfisema il reperto dominante persino nei casi più gravi.

CONCLUSIONI

Dal punto di vista strettamente patogenetico diversiagenti eziologici innescano una flogosi polmonare median-do, solo in soggetti predisposti, reazioni di ipersensibilità diI e III tipo che nell’insieme sono responsabili solo della rea-zione flogistica che si manifesta durante la fase acuta. Sep-pure il concetto di predisposizione sia evocato in diversistudi, esso dovrà essere meglio definito in futuro anche se,dal punto di vista strettamente immunopatologico, inco-mincia a comparire un ruolo nella diversa distribuzione per-centuale delle sottopopolazioni linfocitarie Th1 e Th2.

Ai fini della patogenesi del danno polmonare è oggiemerso che, anche dopo la fase acuta, la reazione flogisticasi autoalimenta e quindi non è da considerarsi strettamen-te mantenuta solo da un meccanismo immunopatologico,anche se quest’ultimo avrà di nuovo un ruolo importantenell’insorgenza di una successiva fase acuta. Un ritardonell’induzione dell’apoptosi nei neutrofili essudati da unlato, o una costituzionale deficienza di inibitori tissutalidelle proteasi liberate dai neutrofili dall’altro, sembranoessere le più probabili spiegazioni per quei soggetti che ri-tardano a risolvere un episodio acuto.

Infine le modificazioni organiche imputabili alla flogosi, ecomunque realizzatesi, permangono elementi in grado dimantenere, tra due episodi acuti, seppure a livelli meno gra-vi, le modificazioni di funzione polmonare. Ciò fa di un ca-vallo con RAO un soggetto in grado di sommare nel tempol’intensità dei meccanismi di fisiopatologia respiratoria rea-lizzatisi in ogni fase di riacutizzazione della malattia.

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Congestive cardiac failure that might be consequent onthese events is not frequently encountered in horses withRAO (Derksen, 1992).

Chronic pulmonary emphysema (Fig. 6)

In RAO horses, air trapping hypothesis is highlightedby emphysema adjacent to areas of airway obstruction(Kaup et al., 1990b). Airway resistance is greater duringexpiration than it is during inspiration because the expan-sion of the lungs during the inspiration pulls upon the air-ways in a manner that assists their greater opening (Re-ece, 1984). Alveolar destruction consequent on emphyse-ma reduces this traction and causes airway expiratory col-lapse aggravating air trapping.

The mechanics of respiration of heaves-affected horsescomprises a forced expiration that determines intrapleuralpressure increase. When inside the airways external andinternal pressure equals, the lumen of the airways remainsopen exclusively because of integrity of their walls and thesurrounding parenchyma (Aguggini, 1992). Both thesecomponents result damaged by the condition itself, as re-ferred before.

Contrary to what described, Derksen (1992) definesemphysema rare in RAO-afflicted horses. This authorstates that bronchiolitis and not emphysema is the domi-nant finding even in the severest cases.

CONCLUSIONS

From a strictly pathogenetic point of view several etio-logical agents initiate inflammation of the lung mediatingtype I and III hypersensitivity reactions, in predisposedsubjects only. These reactions are responsible just for theinflammation developing during the acute phase.

Although the concept of predisposition is recalled indifferent studies, a better definition is necessary, even iffrom the immunopathologic point of view a new rolebegins to appear concerning the different distribution inthe percentages of Th1 and Th2 lymphocyte subpopula-tions.

To determine the pathogenesis of pulmonary damage,it has recently emerged that even after the acute phase,inflammation perpetuates itself and the immunopatho-logical mechanism would have a role again in priming afollowing acute phase. A delay in inducing apoptosis inthe exudate neutrophils or a constitutional deficiency intissue inhibitors of proteases released by neutrophils arelikely to be the most feasible explanations for those sub-jects in which the resolution of an acute episode is de-layed.

In addition, organic modifications due to inflammation,whatever the cause is, are elements able to maintainchanges of pulmonary function, even though at milderlevels, between two acute episodes. This makes a RAO-horse a subject suitable of summing intensity of the respi-ratory pathophisiology mechanisms that develop in eachacute phase of the disease.

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