This study was designed to determine the potential importance of airway wall thickening in the pathogenesis of the excess airways narrowing of asthma. The airways in postmortem specimens of lung obtained from 18 patients who suffered from asthma were compared to similar airways from 23 patients without asthma. Each airway was projected onto a digitizing board of a microcomputer to trace the internal and external perimeter of the airway and to calculate the submucosal and mucosal thicknesses. The relaxed length of the airway smooth muscle and the shortening required to occlude the airway lumen were calculated. These data show that the wall area was greater (p < 0.001) in the membranous and cartilaginous airways of asthmatic patients and the airway smooth muscle shortening required to occlude the lumen was less in asthmatic than nonasthmatic airways (p < 0.001). The increased wall area was due to increased areas of epithelium, muscle, and submucosa. We conclude that the walls of the airways of patients with asthma are thickened by chronic inflammation and that this thickening could be as important as smooth muscle shortening in determining the airway responsiveness of these patients.

Adolescent-onset schizophrenia provides an exceptional opportunity to explore the neuropathology of schizophrenia free from the potential confounds of prolonged periods of medication and disease interactions with age-related neurodegeneration. Our aim was to investigate structural grey and white matter abnormalities in adolescent-onset schizophrenia. Whole-brain voxel-wise investigation of both grey matter topography and white matter integrity (Fractional Anisotropy) were carried out on 25 adolescent-onset schizophrenic patients and 25 healthy adolescents. We employed a refined voxel-based morphometry-like approach for grey matter analysis and the recently introduced method of tract-based spatial statistics (TBSS) for white matter analysis. Both kinds of studies revealed widespread abnormalities characterized by a lower fractional anisotropy neuroanatomically associated with localized reduced grey matter in the schizophrenic group. The grey matter changes can either be interpreted as the result of a locally reduced cortical thickness or as a manifestation of different patterns of gyrification. There was a widespread reduction of anisotropy in the white matter, especially in the corpus callosum. We speculate that the anisotropy changes relate to the functional changes in brain connectivity that are thought to play a central role in the clinical expression of the disease. The distribution of grey matter changes was consistent with clinical features of the disease. For example, grey and white matter abnormalities found in the Heschl's gyrus, the parietal operculum, left Broca's area and the left arcuate fasciculus (similar to previous findings in adult-onset schizophrenia) are likely to relate to functional impairments of language and auditory perception. In addition, in contrast to earlier studies, we found striking abnormalities in the primary sensorimotor and premotor cortices and in white matter tracts susbserving motor control (mainly the pyramidal tract). This novel finding suggests a new potential marker of altered white matter maturation specific to adolescent-onset schizophrenia. Together, our observations suggest that the neuropathology of adolescent-onset schizophrenia involves larger and widespread changes than in the adult form, consistent with the greater clinical severity.

Asthma is characterized by excessive airway narrowing and airway wall inflammation. In cases of fatal asthma, increased thickness of the airway wall is observed and may account for excessive airway narrowing when smooth muscle contracts. This study was undertaken to examine airway dimensions in large and small airways in both fatal and nonfatal cases of asthma. Airway wall areas (total, inner, and outer relative to smooth muscle layer), epithelial integrity, smooth muscle shortening, and the areas of smooth muscle, cartilage, and mucous glands were compared in transverse sections of large and small airways of subjects dying of asthma (fatal asthma, n = 11), those dying suddenly of nonrespiratory diseases and having a definite history of asthma (nonfatal asthma, n = 13), and those dying suddenly without any history of respiratory illness (control, n = 11). Airways were grouped by size using the basement membrane perimeter for comparison. All areas were expressed as areas per millimeter of basement membrane. In cartilaginous airways, the cases of fatal asthma had greater (p < 0.05) total wall, inner wall, outer wall, smooth muscle, mucous gland and cartilage areas than did control and nonfatal cases. The inner wall area was greater in the fatal and nonfatal cases than in the control cases (p < 0.05) in the small cartilaginous airways and membranous bronchioles (MB). In small MB (perimeter < 2 mm), the total and outer wall areas were greater (p < 0.05) in cases of fatal and nonfatal asthma than in control cases. In large MB (perimeter, 2 to 4 mm), the area of smooth muscle was greater in fatal and nonfatal cases than in control cases (p < 0.05), but there were no differences between fatal and nonfatal cases of asthma. Smooth muscle shortening and epithelial disruption varied greatly between cases, but there were no significant differences between groups in large or small airways. It is concluded that structural changes that may increase airway responsiveness occur in large and small airways in fatal asthma, but they occur predominantly in the small airways in nonfatal cases of asthma. Whether these changes, when widespread, predispose to death from asthma or result from more severe disease is unknown.

Martin Tobin and colleagues present genome-wide association studies for pulmonary function as part of the SpiroMeta consortium. Pulmonary function measures are heritable traits that predict morbidity and mortality and define chronic obstructive pulmonary disease (COPD). We tested genome-wide association with forced expiratory volume in 1 s (FEV1) and the ratio of FEV1 to forced vital capacity (FVC) in the SpiroMeta consortium (n = 20,288 individuals of European ancestry). We conducted a meta-analysis of top signals with data from direct genotyping (n ≤ 32,184 additional individuals) and in silico summary association data from the CHARGE Consortium (n = 21,209) and the Health 2000 survey (n ≤ 883). We confirmed the reported locus at 4q31 and identified associations with FEV1 or FEV1/FVC and common variants at five additional loci: 2q35 in TNS1 (P = 1.11 × 10−12), 4q24 in GSTCD (2.18 × 10−23), 5q33 in HTR4 (P = 4.29 × 10−9), 6p21 in AGER (P = 3.07 × 10−15) and 15q23 in THSD4 (P = 7.24 × 10−15). mRNA analyses showed expression of TNS1, GSTCD, AGER, HTR4 and THSD4 in human lung tissue. These associations offer mechanistic insight into pulmonary function regulation and indicate potential targets for interventions to alleviate respiratory disease.

We have examined the effect of airway wall thickening, loss of lung recoil, and airway smooth muscle shortening on the increase in airway resistance using a model of the human tracheobronchial tree. The values for airway wall thickening were determined morphometrically on the postmortem or surgically resected lungs of normal subjects, patients with moderate chronic obstructive pulmonary disease, and patients with severe asthma. Loss of recoil was simulated by deflating airways along their pressure-area curves by 1 to 3 cm H2O. Values of smooth muscle shortening between 20 and 40% were used in the model to generate sigmoidal-shaped "dose-response" curves. The analysis shows that moderate amounts of airway wall thickening, which have little effect on baseline resistance, can profoundly affect the airway narrowing caused by smooth muscle shortening--especially if the wall thickening is localized in peripheral airways. The combination of a loss of recoil and airway wall thickening are more than additive in their effect on simulated airway responsiveness. We conclude that airway wall thickening and a loss of lung recoil can partially explain the airway hyperresponsiveness observed in patients with chronic obstructive lung disease and asthma.

Background Lifetime lung function is related to quality of life and longevity. Over the lifespan, individuals follow different lung function trajectories. Identification of these trajectories, their determinants, and outcomes is important, but no study has done this beyond the fourth decade. Methods We used six waves of the Tasmanian Longitudinal Health Study (TAHS) to model lung function trajectories measured at 7, 13, 18, 45, 50, and 53 years. We analysed pre-bronchodilator FEV1 z-scores at the six timepoints using group-based trajectory modelling to identify distinct subgroups of individuals whose measurements followed a similar pattern over time. We related the trajectories identified to childhood factors and risk of chronic obstructive pulmonary disease (COPD) using logistic regression, and estimated population-attributable fractions of COPD. Findings Of the 8583 participants in the original cohort, 2438 had at least two waves of lung function data at age 7 years and 53 years and comprised the study population. We identified six trajectories: early below average, accelerated decline (97 [4%] participants); persistently low (136 [6%] participants); early low, accelerated growth, normal decline (196 [8%] participants); persistently high (293 [12%] participants); below average (772 [32%] participants); and average (944 [39%] participants). The three trajectories early below average, accelerated decline; persistently low; and below average had increased risk of COPD at age 53 years compared with the average group (early below average, accelerated decline: odds ratio 35·0, 95% CI 19·5–64·0; persistently low: 9·5, 4·5–20·6; and below average: 3·7, 1·9–6·9). Early-life predictors of the three trajectories included childhood asthma, bronchitis, pneumonia, allergic rhinitis, eczema, parental asthma, and maternal smoking. Personal smoking and active adult asthma increased the impact of maternal smoking and childhood asthma, respectively, on the early below average, accelerated decline trajectory. Interpretation We identified six potential FEV1 trajectories, two of which were novel. Three trajectories contributed 75% of COPD burden and were associated with modifiable early-life exposures whose impact was aggravated by adult factors. We postulate that reducing maternal smoking, encouraging immunisation, and avoiding personal smoking, especially in those with smoking parents or low childhood lung function, might minimise COPD risk. Clinicians and patients with asthma should be made aware of the potential long-term implications of non-optimal asthma control for lung function trajectory throughout life, and the role and benefit of optimal asthma control on improving lung function should be investigated in future intervention trials. Funding National Health and Medical Research Council of Australia; European Union's Horizon 2020; The University of Melbourne; Clifford Craig Medical Research Trust of Tasmania; The Victorian, Queensland & Tasmanian Asthma Foundations; The Royal Hobart Hospital; Helen MacPherson Smith Trust; and GlaxoSmithKline.

A critical review is presented of the available experimental data on regional aerosol deposition in man. The data agree well for nasal and extrathoracic deposition. For the fast and slow cleared components of thoracic deposition, however, agreement is less satisfactory. The different experimental techniques are critically evaluated, and possible reasons for the observed discrepancies are discussed. Additionally, a semi-empirical model is presented which takes this evaluation into account, and which enables regional deposition to be calculated as function of particle size and respiratory parameters without lengthy computer models. The proposed equations explain and eliminate some of the intra- and inter-individual scatter of the data, and some of the discrepancies between the data from different laboratories. Where these discrepancies could not be eliminated, an additional 'conservative' model for dose estimations is offered which takes account of the uncertainty inherent to the data. A summary of the model equations is given in the appendix.

Martin Tobin and colleagues report a meta-analysis of 23 genome-wide association studies for pulmonary function. They identify 16 loci newly associated with variation in two cross-sectional measures of lung function, used to define airway obstruction and to grade the severity of obstruction. Pulmonary function measures reflect respiratory health and are used in the diagnosis of chronic obstructive pulmonary disease. We tested genome-wide association with forced expiratory volume in 1 second and the ratio of forced expiratory volume in 1 second to forced vital capacity in 48,201 individuals of European ancestry with follow up of the top associations in up to an additional 46,411 individuals. We identified new regions showing association (combined P < 5 × 10−8) with pulmonary function in or near MFAP2, TGFB2, HDAC4, RARB, MECOM (also known as EVI1), SPATA9, ARMC2, NCR3, ZKSCAN3, CDC123, C10orf11, LRP1, CCDC38, MMP15, CFDP1 and KCNE2. Identification of these 16 new loci may provide insight into the molecular mechanisms regulating pulmonary function and into molecular targets for future therapy to alleviate reduced lung function.