>Coimbr~ Médica., 12: 57, 1991

.-.,'

REVISÃO

Asbestose pulmonar - mecanismos celularesda sua patogenia

ANA MARIA M. BOTELHO TEIXElRAC)

CENTRO DE IMUNOLOGIA DA FACULDADE DE MEDICINA DE COIMBRACENTRO DE PNEUMOLOGIA DA FACULDADE DE MEDICINA DE COIMBRA(UNIDADE CNC3 DO INIC)

(Director: Prof. Dr. ROBALO CORDEIRO).

RESUMO

A asbestose pulmonar continua a ser uma das doenças ocupacionais mais graves do nossotempo. Apesar de clínica e epidemiologicamente bem caracterizada pouco se sabe ainda dosmecanismos celulares responsáveis pela sua ocorrência. Assim, a partir da informação até aomomento disponível sobre este assunto, tentámos delinear os vários mecanismos envolvidos naresposta do pulmão profundo à inalação de fibras de asbesto.

Numa primeira parte caracterizam-se os vários tipos de fibras de asbesto existentes bem comoos seus diferentes padrões de deposição e transporte.

Numa segunda parte descrevem-se os possíveis mecanismos celulares envolvidos na patogeniada asbestose pulmonar, nomeadamente a acção dos macrófagos alveolares, dos neutrófilos e dosrespectivos mediadores.

A análise do perfil linfocitário de lavados bronco-alveolares de pacientes com asbestose étambém descrita, salientando-se um acentuado aumento na relação CD4/CD8.

SUMMARY

. Pulmonary asbestosis is still one serious occupational disease ofour times. Although the clinicaland epidemiological featu res ofthe disease are well caracterized, the cellular mechanisms involvedare still poorly understood.

Taking advantage ofall the information available on this subject, we tried to depict the severalmechanisms involved in the answer of the deep lung to the inhalation ofasbestos jibers.

ln the jirst part ofthis article we characterized the diferent kinds ofasbestos jibers as well as theirpatterns oftransport and deposition in the deep lung.

(') Licenciada em Bioquímica. Bolseira do INIC para o Centro de Pneumologia (CnC3 - INIC).

ln the second part we discribed the possible cellular mechanisms underlying the pathogeny ofpulmonary asbestosis. The e.fJect ofthe alveolar macrophages, polinuclear neuthrophils and the actionoftheir mediators is discribed.

Analysis of the bronco alveolar lavage jluid lynphocitary profile of pacients with pulmonaryasbestosis is also discribed, revealing significant increase in the CD4/CD8 ratio.

58 Ana Maria M. Botelho Teixeira

I - INTRODUÇÃO

O asbesto encontra-se entre os «minerais»mais versáteis até hoje conhecidos pelo homem.É um material resistente a altas temperaturas, dedificil corrosão, muitomaleàvel e que conferemaior força tensil aos produtos em que é incorpo­rado. Durante as I e II Guerras Mundiais foi am­plamente utilizado na manufactura de máscarasanti-gás, nas indústrias naval, automóvel, têxtil,na aeronáutica e na construção civil, nomeada­mente no isolamento térmico, sonoro e eléctricode edificios. Ainda hoje, devido ao seu baixocusto e excelentes propriedades, continua a serutilizado na construção civil e no fabrico dematerial sujeito a fricção bem como numa sériede produtos utilitários em que a resistência aocalor é importante.

Os efeitos adversos da exposição ocupacionalàs fibras de asbesto são conhecidos desde osprincípios deste século [4]. Mineiros e traba­lhadores envolvidos no processamento do minérioencontram-se entre os grupos de maior risco poisestão expostos à inalação de grandes quantidadesde fibras durante longos períodos de tempo. Estesdois grupos não são no entanto os únicos atingidospelos efeitos nocivos da sua inalação. De ummodo geral, toda a população se encontra exposta,com maior ou menor intensidade. Tanto o desgastee a corrosão de formações geológicas que contêmasbesto, como a demolição ou renovação de ve­lhos edificios libertam para a atmosfera fibras deasbesto e a sua presença na água e em produtosalimentares [38] encontra-se igualmente docu­mentada.

Entretanto e apesar dos aspectos clínicos eepidemiológicos das afecções relacionadas com ainalação de asbesto se encontrarem relativamentebem caracterizados [14,37], os mecanismos celu­lar_es subjacentes à sua acção patológica encer-

ram, ainda, importantes incógnitas. É neste con­texto que o presente trabalho pretende compilar ainformação até ao momento disponível sobre estamatéria e assim proporcionar uma imagem inte­grada, dos mecanismos envolvidos na respostado pulmão profundo à agressão pelas fibras de as­besto.

II - CARACTERIZAÇÃO DE VÁRIOSTIPOSDE ASBESTOS

Na medida em que recentes estudos apontampara a existência de diferentes quadros patológi­cos na dependência do tipo de fibra em causa,julga-se oportuno iniciar a sua abordagem peladescrição, embora sucinta, das suas característi­cas fisicoquímicas.

Com efeito o asbesto não é um mineral mas simuma família de fibras de silicatos hidratados quese agrupam essencialmente, em dois grupos comdiferentes características mineralógicas: as ser­pentinas e os amfibólios.

A crisolite é a única serpentina de importânciacomercial. É constituída por fibras pliáveis eespiraladas formadas por várias fibrilas compostaspor folhas paralelas de óxido de sílica e dehidróxido de magnésio «empilhadas» em diferen­tes graus de sobreposição e curvatura, dandoorigem às estruturas espiraladas característicasdesta variedade de asbesto.

Os amfibólios são direitos e longos, apresen­tando uma estrutura cristalina composta porcadeias duplas de grupos tetrahédricos de óxidode sílica e ligadas por catiões que diferem emnúmero, tipo e capacidade de substituição. Nestascircunstâncias, a sua composição química é com­plexa e pode incluir quantidades variáveis demetais mono, bi e trivalentes. Existem pois dife­rentes tipos de amfibólios (crocidolite, amosite,

III - DEPOSiÇÃO E TRANSPORTE

Asbestose pulmonar - mecanismos celulares da sua patogenia

antofilite, tremolite e actinolite), mas os maisimportantes são a amosite e a crocidolite.

Na Fig.1 encontram-se representadas as fibrasde asbesto de maior importância comercial bemcomo as suas composições químicas.

Depósitos minerais de serpentinas e amfibóliosencontram-se distribuídos por toda a crosta ter­restre. O Canadá e a África do Sul são os maioresfornecedores do mundo ocidental, embora exis­tam minas de importância comercial mais limita­da em vários países. Para além disso, sabe-se quea quantidade de asbesto extraída na União So­viética e na República Popular da China excedede longe a produção ocidental.

As propriedades fisicas, únicas destas fibras,justificam a continuada utilização indústrial, doabesto, apesar da crescente preocupação sobre osseus efeitos orgânicos nocivos.

S9

A ocorrência de um ou outrotipo de patologiaapós a inalação de fibras de asbesto depende, entreoutros factores, do tipo e dimensão das fibras, bemcomo da sua concentração e da duração de ex­posição.

Por outro lado a diferente patogenicidadeatribuida aos diversos tipos de fibras, nomeada­mente às ~erpentinas e aos amfibólios, encontra­se adstrita aos seus modelos de transporte e de­posição. Com efeito o diâmetro das fibras pareceinfluenciar decisivamente o seu padrão de de­posição [48]. Assim fibras de diâmetro relativa­mente grande depositam-se na região superior daárvore respiratória enquanto que as de menordiâmetro podem alcançar os canais brônquicosterminais [7,51]. Devido à sua forma curvilínea,

~BEST~

JtRtJt.N I INA~j AMF IBOtl O~}

/ANTOFILlTE

CROC IOOL ITE

CRISOLlTE

(7MgO.8S102· 2H20 )

( Na20.Fe203·3FcO.8Si02Ji2~ )

AMOSITE

FIG. 1 - Asbestos de importância comercial e sanitária sua composição química.

Ana Maria M. Botelho Teixeira60

mente maior do que a dos amfibólios, longos efinos como agulhas. Deste modo, as fibras decrisolite são mais facilmente interceptadas nasbifurcações brônquicas superiores, enquanto queos amfibólios atingem as áreas pulmonares maisdistais. Dados referidos nas XIV' Jornadas deActualização em Pneumologia [53] apontam parauma retenção pelo pulmão profundo de cerca de94% dos amfibólios inalados enquanto que essapercentagem rondaria os 10% para as fibras decrisolite.

Estudos in vitro [8] revelaram que as fibraslongas e finas são mais citotóxicas e possuem umamaior capacidade para iniciar uma resposta neo­plásica do que fibras curtas. Talvez este factojustifique que dos vários tipos de asbesto conheci­dos a crocidolite é aquele que maior número devezes se encontra associado à ocorrência de tu­mores [35,49]. Exemplos que ilustram bem arelação existente entre o comprimento das fibras eo seu poder cancerígeno vêm-nos da Austrália eda África do Sul [35,49]. Assim na região oesteda Austrália são frequentemente detectadosmesoteliomas em indivíduos com exposição ocu­pacional ou mesmo ocasional a fibras de croci­dolite e nessas zonas o tipo de mineral extraído écomposto por fibras longas e finas. Em contrasteno Transval Sul Africano, onde os casos de mesote­lioma são raros, as fibras de crocidolite são bas­tante mais curtas.

São no entanto este tipo de fibras que se deposi­tam preferencialmente nos canais alveolares, origi­nando uma resposta macrofágica e o início dafribinogénese que atinge as áreas peribronquio­lares e alveolares.

O processo fibrótico desencadeado após ainalação de fibras de asbesto envolve a actuaçãode vários tipos de células e mediadores a nível dopulmão profundo, destacando-se, numa fase ini­cial a acumulação de macrófagos alveolares (MA)nos locais de deposição das fibras [47]. Qual omecanismo responsável pelo desencadeamentodesta reacção? Em princípio um factorquimiotáctico parece estar envolvido e são conhe­cidos diferentes elementos celulares, tais como ascélulas epiteliais tipo I e 11, bem como proteínas docomplemento [42] emacrófagos pulmonares acti-

vados [29] que poderiam desempenhar essafunção. Ainda antes do fluxo macrofágico, o trans­porte das fibras de asbesto para o interstício atravésdas células epiteliais de tipo I [7] é tido como umdos primeiros passos nesta cadeia de eventos.

IV - MECANISMOS CELULARES

I - Acção dos macrófagos alveolaresOs MA, ao serem activados pelas fibras de

asbesto, vão mediar uma série de etapas funda­mentais para o estabelecimento do processo fi­brótico característico da asbestose.

Um dos principais mecanismos parece ser aelaboração e secreção de vários factoresquimiotácticos para os leucócitos. Estão nestascondições a elastina [45], componentes do com­plemento [39] e o metabolito do ácido araquinoico- leucotrieno B4 (LTB4) [34]. Este último é umpotente activador, agente quimiotáctico e agre­gante de neutrófilos, eosinófilos, monócitos emacrófagos [22], possuindo uma actividadecomparável, ou superior,à da fracção C5a docomplemento no que diz respeito à atracção deneutrófilos. Estudos recentes [22] em grupos detrabalhadores portadores de asbestose, mostraramque a produção basal de LTB4 se encontra aumen­tada nos trabalhadores expostos à inalação defibras de asbesto em relação aos grupos de con­trolo, tanto fumadores como não fumadores. Paraalém disso, o mecanismo de síntese do LTB4parece estar pré-activado uma vez que a estimu­lação, tanto com A23187 como com araquinato,dos-MA recolhidos nos líquidos de lavagem bron­coalveolar (LLBA) de trabalhadores com ex­posição ocupacional ao asbesto (TEOA), com ousem sintomas sugestivos de asbestose, se reveloumuito maior do que em indivíduos não expostos.Neste contexto, a síntese do LTB4 pelos MA, apósactivação pelas fibras de asbesto, parece ser umfactor importante no desenvolvimento subsequenteda inflamação alveolar.

Um outro mecanismo essencial desempenhadopelo LTB4 corresponde à indução da produção dofactor de necrOse tumoral (TNF) pelos MA. Comefeito, alguns autores [18] mostraram recente-

Asbestose pulmonar - mecanismos celulares da sua patogenia

mente que uma maior síntese de LTB4 por MAexpostos às fibras de asbesto precedia um aumentoda actividade do TNF, assistindo-se a uma corre­lação positiva entre a produção endógena de LTB4e TNF. Verificou-se ainda, que a utilização deinibidores da lipoxigenase conduzia à inibição daactividade do TNF, a qual se encontrava direc­tamente dependente da concentração dos inibi­dores utilizados. Por outro lado, a regeneração daactividade do TNF era largamente alcançada apósadição de LTB4 exógeno.

Tanto o TNF como a interleucina-I (IL-I)podem amplificar a resposta inflamatória e a fi­brinogénese, estimulando a atracção, mobilizaçãoe activação de neutrófilos e fibroblastos, ao e nolocal da resposta inflamatória.

Um aumento da libertação expontânea de fi­bronectina e do factor de crescimento derivadodos macrófagos alveolares (AMDGF) pelos MAde indíviduos com exposição ao asbesto foitambém observado [41]. Em relação a estes fac­tores sabe-se que a fibronectina é um factorquimiotáctico para os fibroblastos[23] que actuacomo um sinal de competência para a passagem dafase S à fase Gl do ciclo de J;"eplicação[6] e oAMGF é um factor de progressão com actividadena fase G1 do ciclo de replicação, fornecendo osinal para a síntese de DNA e replicação dosfibroblastos [5].

Uma maioractividade da IL-l foi igualmenteverificada em culturas de células recolhidas nosLLBAs de TEOA [25]. A IL-l além de ser ummediador da resposta inflamatória é também umpotente activador linfocitário, iniciando o ciclo detransformação destas células e estimulando aprodução de interleucina-2 (IL-2) pelos linfócitosT4.

Assim, os MA são das primeiras células en­volvidas no recrutamento dos diferentes tiposcelulares responsáveis pela evolução das respostasinflamatória e imunitária desencadeadas peladeposição de fibras de asbesto no pulmão pro­fundo. No entanto, para além deste papel, os MApodem também actuar directamente na agressãoda matriz tecidular.

Com efeito, elevados níveis do activador do

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plasminogéneo (AP) foram detectados nos LLBAsde TEOA [9]. O AP sintetizado pelos MA é umaprotease neutra com capacidade para converter oplasminogéneo em plasmina [10]. Esta é umaprotease serínica com um vasto espectro de sub­stratos e com capacidade para aumentar a degra­dação de elastina mediada pelos MA[ 10].

De acordo com a ideia de que oAP sintetizadopelos MA possa desempenhar um papel impor­tante na patogénese da asbestose encontram-se asseguintes observações: a secreção de AP pelosMA pode ser aumentada in vitro [3] e in vivo [9]pelas fibras de asbesto; os modelos experimentaisde asbestose são caracterizados pelo aumento dalibertação de AP pelos MA e pela sua acumulaçãonos LLBAs [9]; a possibilidade de medir a degra­dação de proteínas da matriz extracelular - fibrina,elastina, lamilina, fibronectina e outras glicopro­teínas - pelo AP [3, 10, 52]. Muitas destas pro­teínas são constituintes essenciais das membranasbasais, e sendo a transformação dos pneumócitostipo II em pneumócitos tipo I parcialmente regu­lada pela integridade das membranas basais [32] ébem possível que o AP produzido pela activaçãodos MA através das fibras de asbesto tenha umpapel importante na alteração da arquitecturaepitélio-alveolar.

Um outro aspecto importante neste contextoreside no facto de a matriz extracelular dos canaisbroncoalveoiares possuir grande quantidade defibras de elastina necessárias à integridade dessasestruturas [15]. Sendo este compartimento daárvore respiratória o local de deposição preferen­cial das fibras de asbesto inaladas e a elastina umdos substratos do plasminogéneo, é possível que asua degradação afecte essencialmente essa regiãopulmonar.

O aumento da secreção de AP ocorre, no en­tanto, nas primeiras etapas da asbestose [9]decres­cendo posteriormente ou sendo suprimido pelapresença de inibidores fibrinolíticos (os níveis deAP observados em trabalhadores com asbestoseavançada são semelhantes aos normais).

Para além do aumento verificado na secreçãodas proteases neutras, os MA de TEOA liber­tavam também quantidades exageradas de radi-

Ana Maria M. Botelho Teixeira62

cais oxidantes [41]. Tanto o 02 como o H20 2 sãomediadores susceptíveis de danificarem as célu­las do parênquima pulmonar, tanto in vitro comoin vivo [19]. Estudos in vitro revelaram, ainda, quepoeiras inorgânicas podem activar os MA pOíforma a que estes libertem oxidantes [16, 17]sugerindo que o papel defensivo desempenhadopela fagocitose das fibras de asbesto pelos MA,pode ter como efeito secundário a activação desteselementos celulares e a libertação de radicaisoxidantes, contribuindo assim para a patogéneseda asbestose.

2 - Acção dos polimorfonucIeares neutrófIlosOs polimorfonucleares neutrófilos (PMN-N)

possuem grande capacidade de agressão tecidular[44]. Não são residentes habituais do pulmão eencontram-se em pequenas percentagens nosLLBAs dos indíviduos saudáveis [27]. Na asbes­tose o seu número aumenta substancialmente sendoprovavelmente os mais directos responsáveis pelaagressão do epitélio pulmonar [33].

São variadas os mecanismos pelos quais osPMN-N podem danificar as estruturas alveolares.De facto estas células contêm várias proteases,nomeadamente a colagenase [31] e a elastase [11],implicadas na destruição da matriz tecidular. Sabe­se ainda que o factor quimiotáctico para os neu­trófilos, segregado pelos MA, estimula a liber­tação de colagenase pelos PMN-N quando atraídosaos locais de inflamação [21], o que está de acordocom as investigações de autores que relatam oaparecimento de colagenase livre no pulmãoprofundo de pacientes com asbestose [20].

A utilização de radicais livres na degradaçãodas fibras intersticiais continua a suscitar con­trovérsia. Por um lado sabe-se que podem oxidare inactivar o inibidor das proteases através daoxidação do resíduo de metionina presente no«sítio» activo desta molécula, tomando-a incapazde se ligar à elastase [12,28]. Por outro lado,parece que a inibição das antiproteases pelosradicais oxidantes não representa um mecanismotão importante como seria de esperar. Na verdadeo que parece ter realmente influência na acção dasproteases é a criação de um microambiente celularentre o PMN-N e a matriz extracelular [11, 46],

com exclusão, pelo menos parcial, dos inibidoresdas proteases, da interface PMN-tecido conjuntivo.

Os radicais livres podem ser citotóxicos paravários tipos de células, nomeadamente, célulasendoteliais, epiteliais e fibroblastos [19]. Numestudo efectuado com culturas de células hu­manas do epitélio pulmonar (CHEP) [30] veri­ficou-se que a adição de asbesto e de PMN-N aessas culturas era citotóxica encontrando-se esteefeito dependente da quantidade de asbesto utili­zada. KAMP [30] demonstrou ainda, que o H

20

2

produzido pelos PMN-N desempenhava um papeldecisivo na danificação das culturas de CHEP.Com efeito os níveis deste radical aumentavamsubstancialmente quando os PMN-N eram es­timulados pelo asbesto, comparados com a quan­tidade produzida pelos PMN-N isolados. Estasobservações não se verificavam com a junção decatalase ao meio de cultura, o que parece implicaro HP2 como o principal mediador deste efeito, deacordo aliás com a recente demonstração [43] deque o H

20

2representa um dos principais oxidan­

tes responsáveis pela destruição do DNA celular.No entanto outros oxidantes não deverão ser

excluídos do mecanismo que conduz à destruiçãocelular. Assim, por exemplo, o OH gerado pelareacção do H

202 com o ferro intracelular parece

constituir uma das principais causas de citotoxi­cidade intracelular no modelo acima citado [43].

Embora a reprodução in vitro do tecido pul­monar, atingido pelas fibras de asbesto seja dificil,alguns autores mostraramjá que os metabolitos dooxigénio são importantes mediadores da des­truição, induzida por este material, de alguns tiposde células, nomeadamente do epitélio traqueal dehamsters [36] e de macrófagos de ratinho [24].

3 - Perfillinfocitário° estudo da celularidade nos LLBAs de in­divíduos com asbestose revelava que na maiorparte dos casos o número total de células recolhi­das aumenta substancialmente e que os tipos celu­lares responsáveis por esse aumento parecem seros neutrófilos, os eosinófilos e os linfócitos.

Com efeito, uma ligeira linfocitose a nível dopulmão profundo parece constituir uma das car­acterísticas da asbestose [13, 26, 50].

v - CONCLUSÃO

Asbestose pulmonar - mecanismos celulares da sua patogenia

Estudos efectuados no nosso Laboratório [1,2]confirmam este facto, bem como os resultadosque apontam para um aumento significativo darelação CD4/CD8 [2, 13, 50] nos linfócitos pre­sentes nos LLBAs de TEOA, tanto com manifes­tações clínicas de asbestose como sem elas.

Uma outra contribuição importante para odiagnóstico da asbestose, que confmna a existênciade alterações na estrutura pulmonar, é o facto dadensidade pulmonar aumentar nos doentes comasbestose [2].

Com efeito, tanto a densidade pulmonar comoo valor da relação linfocitária CD4 CD8 do LLBAparecem constituir dois bons auxiliares no di­agnóstico da asbestose, dado que, como demon­strou BAGANHA [1,2] quando a relação CD4/CD8 se encontra elevada a densidade pulmonaraumenta paralelamente.

No sangue periférico pode-se verificar queessa relação não sofre alterações significativas,embora o número absoluto, de linfócitos se en­contre reduzido [1,2,13].

Deste modo, parece existir uma sequestraçãolinfocitária a nível do pulmão profundo com aconsequente redução do número total de linfóci­tos B, T e subpopu1ações T no sangue periférico.

Alterações na actividade linfocitária provoca­das pelas fibras de asbesto foram igualmente de­tectadas. Num estudo recente verificou-se que oasbesto suprimia quase totalmente a actividadecitotóxica das células «natural killer» (NK) [40].Esta actividade podia ser restaurada com a adiçãode interieucina - 2 recombinante às culturas, vintee quatro horas antes da exposição às fibras deasbesto. Por outro lado os linfócitos pulmonarespreviamente expostos à IL-2 in vivo (sarcoidoseactiva) eram resistentes à supressão da actividadeNK pelo asbesto. Resultados semelhantes foramtambém observados em pacientes com asbestose.Nestas circuntâncias o aumento da subpopulaçãolinfocitária T4 produtora de IL-2 poderia fun­cionar como um mecanismo de defesa em relaçãoà acção supressora provocada pelas fibras deasbesto. Para além disso, a supressão da actividadeNK pelas fibras de asbesto pode contribuir para acrescente susceptibilidade dos TEOA ao desen-

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volvimento de mesoteliomas ou de tumores bron­cogéneos.

A asbestose é uma desordem que atinge ointerstício pulmonar caracterizada pela presençade um grande número de fibras de asbesto, umaalveolite linfocitária e/ou neutrofilica, alteraçõesdo número, tipo e arranjo das células parenquima­tosas e fibrose [27]. O processo inicia-se com oestímulo que conduz à inflamação do pulmãoprofundo, onde se pode assistir a um aumento donúmero de células imunes e inflamatórias acti­vadas.

Um dos primeiros passos nesta cadeia de acon­tecimentos parece ser a estimulação pelas fibrasde asbesto dos MA. São estes, com a sua panópliade biomoduladores, os grandes responsáveis pelorecrutamento das células (sobretudo neutrófilos efibroblastos) que actuam como efectoras directasdas alterações observadas nestas circunstâncias.

Aceitando o conceito de que os mediadoreslibertados pelos MA desempenham um impor­tante papel na patogénese da asbestose, e pos­sivelmente na das pneumoconioses em geral, afigu­ra-se viável a futura utilização de estratégias ter­apêuticas que intervenham a este nível. Assim,por exemplo a possibilidade de bloquear a ac­tividade do TNF utilizando inibidores da lipoxi­genase poderia representar uma base para o desen­volvimento de agentes específicos capazes deinterromper o processo de inflamação e fibrosecrónicas.

O total conhecimento do desenvolvimento desteprocesso continua ainda pouco claro. Neste tra­balho tentámos compilar aquilo que até estemomento de mais importante se tem efectuadoneste âmbito e embora muito esteja ainda poresclarecer, os contornos dosTespectivos mecanis­mos patogénicos, bem como o esboço de acçõesterapêuticas, começam já a emergir.

Agradecimento: Ao Doutor M. Fontes Baganhapelo apoio prestado.

64 Ana Maria M. Botelho Teixeira

Pedidos de separatas:

ANA MARIA TEIXEIRACentro de ImunologiaFaculdade de Medicina de Coimbra3049 Coimbra Codex

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Asbestose pulmonar - mecanismos celulares da sua patogenia 65

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