Impact of maternal exposure to wood smoke pollution on fetal lung morphology in a rat model

Salinas, Paulo; Veuthey, Carlos; Bruna, Nicolás; Bongiorno, Anthony; Romero, Ingrid

SUMMARY:

Residential heating with wood is an important source of ambient air pollution. Evidence links air pollution to serious health effects such as respiratory and cardiovascular mortality and morbidity. We hypothesized that prenatal exposure to wood smoke pollution causes morphological changes in the development of the rat lung, leading to altered lung structure and function during later life. We presumed that analysis of the fetal lung stereology provides novel insights into the underlying processes mediating particulate matter associated developmental changes and damage. The objective of the study was to investigate the effects of exposure during gestational period to wood smoke pollution on lung fetal morphology. To test this, pregnant rats were exposed during pregestational and gestational periods to wood smoke pollution. Complete lungs samples were obtained from 24 fetus from healthy female G3 rats subjected to cesarean at 19 days post-fecundation. The lungs were prepared for histological and stereological analysis. The volume fraction of terminal bronchioles VV [tb, lung] and volume fraction of parenchyma VV [par, lung], surface density of terminal bronchioles SV [tb, lung] as well as numerical density of bronchiolar exocrinocytes NA [ec,lung] were calculated by light microscopy. Statistical analysis detected significant differences between groups in volume density VV [tb, lung; %] (p=0.0012) and surface density SV [tb, lung; mm2/mm3] (p<0.0001) of the terminal bronchioles. However, it did not show differences between groups in the stereological parameter volume density VV [par, lung; %] (p=0.0838) and numerical density of bronchiolar exocrinocytes NA [ec,lung; nº/mm2] (p=0.0705). The analysis of the evidence obtained indicates that exposure to environmental pollution was affects lung maturation, and particularly the proportion and area of terminal bronchioles in the fetal lung. In conclusion, maternal exposure to wood smoke pollution during pregnancy was associated with a decrease in the lower conducting airways of lungs, which, according to urban pollution studies, could be related to early childhood lower respiratory illness. The public health implications of this study are that reducing or avoiding exposure to wood smoke is important before and during pregnancy.

RESUMEN:

La calefacción residencial con leña es una fuente importante de contaminación ambiental. La evidencia vincula la contaminación del aire con graves efectos sobre la salud, como la mortalidad y la morbilidad respiratoria y cardiovascular. Hipotetizamos que la exposición prenatal a la contaminación por humo de leña causa cambios en el desarrollo del pulmón de rata, lo que conduce a una morfo-función pulmonar alteradas durante la vida posterior, creemos que el análisis de la estereología pulmonar fetal proporcionará nuevos conocimientos sobre los procesos subyacentes que median esos cambios. El objetivo del estudio fue investigar los efectos de la exposición prenatal a la contaminación ambiental por humo de leña sobre la morfología pulmonar fetal. Ratas preñadas fueron expuestas durante los períodos pregestacional y gestacional a la contaminación por humo de leña. En fetos de 19 días post-fecundación fue obtenido el pulmón para análisis histológico y estereológico. Fue determinado la fracción de volumen de bronquiolos terminales VV [tb, pulmón], fracción de volumen del parénquima VV [par, pulmón], densidad superficial de los bronquiolos terminales SV [tb, pulmón] así como la densidad numérica de exocrinocitos NA [ec, pulmón]. El análisis estadístico detectó diferencias significativas entre grupos en la densidad de volumen V [tb, pulmón; %] (p=0,0012) y densidad superficial SV [tb, pulmón; mm2/mm3] (p<0,0001) de los bronquiolos terminales. Sin embargo, no demostró diferencias entre grupos en la densidad de volumen VV [par, pulmón; %] (p=0,0838) y numérica de exocrinocitos bronquiolares NA [ec, pulmón; nº / mm ] (p=0,0705). El análisis de la evidencia obtenida indica que la exposición a la contaminación ambiental afectó la maduración pulmonar, y particularmente la proporción y área de bronquiolos terminales en el pulmón fetal. En conclusión, la exposición materna a la contaminación por humo de leña durante la gestación se asoció a una disminución de las vías respiratorias conductoras de aire en pulmón, lo que, según estudios de contaminación urbana, podría estar relacionado con enfermedades de las vías respiratorias inferiores en la primera infancia. Las implicaciones para la salud pública de este estudio son que reducir o evitar la exposición al humo de leña es importante previo y durante la gestación. Por otro lado, la contaminación por humo de leña tiene un gran impacto en la salud pública que, en teoría, es posible prevenir.