Conformidad pulmonar y enfermedad pulmonar obstructiva crónica
Resumen
La enfermedad pulmonar obstructiva crónica, es decir, enfisema pulmonar y bronquitis crónica, es una respuesta inflamatoria crónica de las vías respiratorias a partículas nocivas o gases, con cambios patológicos y fisiopatológicos resultantes en el pulmón. Los principales aspectos fisiopatológicos de la enfermedad son la obstrucción del flujo de aire y la hiperinsuflación. Las propiedades mecánicas del sistema respiratorio y sus componentes se estudian determinando las correspondientes relaciones volumen-presión (P-V). Las consecuencias de la respuesta inflamatoria sobre la estructura y función pulmonar se describen en las relaciones volumen-presión.
1. Introducción
La enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), una enfermedad común prevenible y tratable, se caracteriza por una limitación persistente del flujo de aire que suele ser progresiva y se asocia con una respuesta inflamatoria crónica mejorada en las vías respiratorias y el pulmón a partículas nocivas o gases. La limitación de las vías respiratorias se atribuye a tres mecanismos diferentes: (1) bloqueo parcial de la luz (p. Ej., Debido a una producción excesiva de mucosa que forma tapones semisólidos), (2) engrosamiento de la pared de las vías respiratorias, que se produce debido a edema o hipertrofia muscular, y ( 3) anomalía del tejido que rodea las vías respiratorias (destrucción del parénquima y estrechamiento de las vías respiratorias por pérdida de tracción radial). Ambas entidades de la EPOC, a saber, bronquitis crónica y enfisema, se caracterizan por los primeros mecanismos. La bronquitis crónica se caracteriza por un bloqueo parcial de la luz y el engrosamiento de la pared de las vías respiratorias, mientras que el enfisema por la pérdida de tracción radial.
El factor de riesgo más común de EPOC a nivel mundial es el humo del cigarrillo. Los fumadores de cigarrillos muestran una mayor prevalencia de síntomas respiratorios y anomalías de la función pulmonar que los no fumadores. Como consecuencia, la tasa anual de disminución del FEV1 es mayor que la disminución esperada del FEV1 con la edad. La exposición pasiva al humo también es un aspecto importante de la enfermedad. Debemos tener en cuenta las exposiciones ocupacionales, incluidos polvos orgánicos e inorgánicos, agentes químicos y humos y, por supuesto, la contaminación interior de la biomasa durante la cocción y calefacción en casas mal ventiladas.
2. Patología de la EPOC
Se encuentran cambios patológicos en las vías respiratorias grandes y pequeñas, en el parénquima y en la vasculatura pulmonar, como resultado de lesiones y reparaciones repetidas. La respuesta inflamatoria puede estar determinada genéticamente o puede ser causada por partículas nocivas, como el humo del cigarrillo. Sin embargo, algunos pacientes desarrollan EPOC sin exposición al humo del cigarrillo. El estrés oxidativo y el desequilibrio entre proteasas y antiproteasas, que tienen un papel en la protección del tejido conectivo contra la degradación, amplifican la respuesta inflamatoria de la enfermedad. La respuesta inflamatoria se ve agravada por las células inflamatorias CD8 + linfocitos citotóxicos Tc1 y los mediadores inflamatorios (factores quimiotácticos, citocinas proinflamatorias y factores de crecimiento).
Un escenario que se encuentra en exploración experimental expone un modelo atractivo para el inicio de la inflamación, que comprende el daño oxidativo del ADN de las LEBC y la respuesta inmune del huésped. De acuerdo con eso, las partículas nocivas inducen daño oxidativo del ADN de las células de la barrera epitelial pulmonar (LEBC), y las mutaciones adquiridas se expresan al nivel del ADN microsatélite de las LEBC. Los LEBC alterados son reconocidos por las células dendríticas (DC) como DC «no propias» que viajan con la nueva información a los ganglios linfáticos, presentándola a los linfocitos T ingenuos, y después de eso ocurre una proliferación predominante de linfocitos T citotóxicos CD8 +. El CD8 + T los linfocitos liberan perforina y granzimas y atraen los LEBC alterados, activando cascadas de muerte celular.
3. Aspectos fisiopatológicos en la EPOC
3.1. Obstrucción del flujo de aire
Flujo de aire durante la exhalación es el resultado del equilibrio entre el retroceso elástico de los pulmones favoreciendo el flujo y la resistencia de las vías respiratorias que limita el flujo. Los factores que conducen a la obstrucción de la luz y al aumento de la resistencia, con la consecuencia de la limitación del flujo, son la presencia de secreciones, el aumento del tono del músculo liso bronquial, la hipertrofia de las glándulas submucosas y la protrusión hacia la parte interna del lumen de la parte dorsal de la tráquea durante la espiración. Estos factores están involucrados en el flujo de aire o bstrucción debido a la gran diferencia entre la presión intraluminal y la presión del entorno. La pérdida de retroceso elástico en la pared de las vías respiratorias pequeñas, debido a la reducción del tejido elástico en el parénquima pulmonar, se manifiesta principalmente en el enfisema. La ausencia de cartílago en la pared de las pequeñas vías respiratorias periféricas contribuye aún más a la pérdida del retroceso elástico.Se dice que los pacientes con EPOC tienen flujo limitado cuando el flujo espiratorio que generan durante la respiración corriente representa el flujo máximo posible que pueden generar a ese volumen. En pacientes con flujo limitado, el tiempo disponible para vaciar los pulmones (tiempo espiratorio) durante la respiración espontánea a menudo es insuficiente para permitir que el volumen pulmonar espiratorio final (EELV) disminuya a su volumen de relajación natural. Esto conduce a una hiperinflación pulmonar.
3.2. Hiperinsuflación
La pérdida del retroceso elástico, especialmente en el caso del enfisema, el hecho de que el paciente con EPOC respire en «un nivel superior» hace que las pruebas funcionales muestren una capacidad residual funcional (CRF) que excede el predicho, para mantener las vías respiratorias abiertas y el aire atrapado durante el cierre prematuro son aspectos de la hiperinsuflación pulmonar.
En sujetos normales, el volumen pulmonar al final de la espiración se aproxima al volumen de relajación del sistema respiratorio. Sin embargo, en pacientes con obstrucción del flujo de aire, el volumen pulmonar al final de la espiración puede exceder la FRC predicha. De hecho, el vaciado pulmonar se ralentiza y la espiración se interrumpe con el siguiente esfuerzo inspiratorio, antes de que el paciente haya alcanzado el volumen de equilibrio estático. se denomina hiperinsuflación dinámica y se ve afectada por la VT, el tiempo espiratorio, la resistencia y la distensibilidad. También se denomina presión espiratoria final positiva intrínseca (auto-PEEP) y fue descrita por primera vez por Bergman en 1972 d Johnson y col. en 1975 y representa la presión intrapulmonar positiva al final de la espiración. La presencia de auto-PEEP significa que los músculos inspiratorios deben superar en primer lugar el retroceso combinado hacia adentro del pulmón y la pared torácica antes de que se pueda iniciar el flujo inspiratorio. Por lo tanto, la auto-PEEP actúa esencialmente como una carga de umbral inspiratorio y se ha medido en hasta 6-9 cmH2O durante la respiración tranquila en reposo en pacientes con EPOC clínicamente estables pero hiperinsuflados.
Durante episodios graves de obstrucción del flujo de aire, el aumento de los esfuerzos espiratorios simplemente eleva la presión alveolar sin mejorar el flujo de aire espiratorio. Cuando el volumen corriente (VT) aumenta o el tiempo espiratorio es corto debido a una frecuencia respiratoria alta, el pulmón no puede desinflarse a su equilibrio de reposo habitual entre respiraciones. Este aumento de la presión alveolar y el volumen pulmonar da lugar a varios eventos que afectan el estado dinámico del pulmón. La respiración tiene lugar cerca de la capacidad pulmonar total. La respiración corriente durante una exacerbación en un paciente con EPOC puede desplazarse hacia arriba cerca de la capacidad pulmonar total como consecuencia de la hiperinsuflación dinámica.
La hiperinsuflación tiene efectos perjudiciales sobre la función del diafragma que aumentan el trabajo respiratorio. En primer lugar, el diafragma se desplaza a una posición aplanada, lo que da como resultado la disminución de la zona de aposición entre el diafragma y la pared abdominal. En segundo lugar, las fibras musculares del diafragma aplanado son más cortas y menos capaces de generar presiones inspiratorias que abrumarán la presión transpulmonar. La presión positiva dentro del pulmón hiperinflado eleva la presión intratorácica media y hace que los músculos inspiratorios operen a un volumen pulmonar mayor que en reposo. La longitud del sarcómero del diafragma en los pacientes con EPOC es más corta e indirectamente proporcional a la TLC y al RV. Este ajuste mejora la capacidad del diafragma para generar fuerza en «volúmenes pulmonares más altos». La longitud ideal de los músculos inspiratorios durante la relajación se considera cercana al nivel del volumen residual (VD). Sin embargo, en los pacientes con EPOC, debido a la hiperinsuflación, la longitud de las fibras musculares es aún más corta. Además, un aumento en la proporción relativa de las fibras de tipo I que son resistentes a la fatiga y la contracción lenta y un aumento en la concentración mitocondrial y la eficiencia de la cadena de transporte de electrones que mejora la capacidad oxidativa son otras adaptaciones estructurales a la carga mecánica intrínseca crónica. Como resultado, la fuerza en desarrollo producida por los músculos se reduce aún más a expensas de una desventaja mecánica considerable que deteriora aún más la función de los músculos respiratorios y debilita el diafragma.
Los músculos ventilatorios se adaptan parcialmente a la hiperinsuflación crónica para preservar su capacidad de generación de fuerza durante la respiración en reposo . Durante las exacerbaciones de la EPOC, estas adaptaciones pueden verse abrumadas. Los músculos inspiratorios reforzados quedan sujetos a una mayor carga elástica, lo que significa que requieren un mayor esfuerzo para un cambio de volumen dado. La hiperinflación dinámica aguda acorta aún más los músculos inspiratorios, en particular el diafragma, y causa debilidad muscular funcional. La exposición al estrés oxidativo y la activación local de proteasas también puede resultar en una lesión diafragmática durante períodos de mayor carga inspiratoria y resultar en una disfunción de los músculos inspiratorios.El efecto neto de esta mayor carga y debilidad funcional de los músculos inspiratorios es que el esfuerzo requerido para la inspiración mareal representa una fracción relativamente alta del esfuerzo máximo posible que el paciente puede desarrollar con ese volumen pulmonar.
4 . Conformidad pulmonar
El sistema respiratorio posee su propiedad elástica para la función de los músculos respiratorios, que suministran a todo el sistema la diferencia de presión necesaria para que el aire se mueva hacia las vías respiratorias. Las propiedades mecánicas estáticas del sistema respiratorio y sus componentes se estudian determinando las correspondientes relaciones presión-volumen (P-V). Las curvas P-V que se obtienen a medida que el volumen se cambia en pasos progresivos desde el volumen residual (RV) hasta la capacidad pulmonar total (TLC) y viceversa son bucles. Las propiedades elásticas del pulmón y la pared torácica, así como los cambios en las unidades pulmonares entre el inflado y el desinflado, son responsables de la presencia de estos bucles. La elasticidad pulmonar se representa mediante la curva de volumen-presión estática. El hecho de que la curva P-V sea no lineal prácticamente significa que a medida que aumenta el volumen pulmonar, los elementos elásticos se acercan a sus límites de distensibilidad.
En la EPOC, debido a la hiperinsuflación dinámica y en reposo, que es igual a un aumento adicional del volumen pulmonar al final de la espiración (EELV), el volumen corriente de ejercicio (VT) invade el extremo lineal superior de la la curva PV del sistema respiratorio donde hay una mayor carga elástica. En la EPOC, se reduce la capacidad de expandir aún más el VT, por lo que se reduce el volumen de reserva inspiratoria (VIR). En contraste con la salud, la presión de retroceso combinada de los pulmones y la pared torácica en pacientes hiperinflados con EPOC se dirige hacia adentro durante el descanso y el ejercicio. Esto da como resultado una carga de umbral inspiratoria en los músculos respiratorios (Figura 1). Las presiones intrapulmonares no vuelven a cero, representando así la auto-PEEP que impone una carga extra a los músculos inspiratorios. Durante el ciclo respiratorio posterior, se debe superar la auto-PEEP para generar flujo inspiratorio.
(a)
(b)
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La distensibilidad estática (C) del pulmón es el cambio en el volumen pulmonar por unidad de cambio en la presión transpulmonar; es decir, la diferencia de presión entre el interior de los alvéolos y la superficie pleural de los pulmones necesaria para afectar un cambio dado en el volumen de aire en los pulmones: dónde está la distensibilidad, es el cambio en el volumen pulmonar y es el cambio en la presión transpulmonar.
Estrictamente hablando, la presión transpulmonar es igual a la presión en la tráquea menos la presión intrapleural. Por lo tanto, es la diferencia de presión en todo el pulmón. Sin embargo, la presión en los alvéolos es la misma que la presión en las vías respiratorias (incluida la tráquea) al comienzo o al final de cada respiración normal. Es decir, la presión alveolar espiratoria final o inspiratoria final es de 0 cm H2O. Por lo tanto, al comienzo o al final de cada inflado pulmonar, la presión de distensión alveolar puede denominarse presión transpulmonar.
El volumen que corresponde a la presión cero (0 cm H2O) es el volumen en reposo de el sistema respiratorio, donde la presión al nivel de la boca es de 0 cm H2O. Este es el nivel de capacidad residual funcional (CRF) donde no hay flujo de aire en las vías respiratorias y la presión a nivel de la boca al realizar estudios espirométricos es igual a la vía aérea y la presión alveolar (0 cm H2O). En la curva P-V, la distancia horizontal desde el punto 0 representa la presión elástica de todo el sistema respiratorio () que es negativa por debajo de la FRC y positiva por encima del nivel de FRC (Figura 2).La diferencia de presión entre la presión al nivel de la boca y la presión atmosférica representa la presión necesaria para expandir el sistema respiratorio durante el ciclo respiratorio.
La curva PV en bucle prácticamente significa que a medida que aumenta el volumen pulmonar, los elementos elásticos se acercan a sus límites de distensibilidad y un cambio dado en la presión transpulmonar produce aumentos cada vez más pequeños en volumen pulmonar. Como resultado, la distensibilidad del pulmón es menor a volúmenes pulmonares altos y mayor a medida que se acerca el volumen residual (VD). Un pulmón de alta distensibilidad se expande en mayor medida que uno de menor distensibilidad cuando ambos están expuestos al mismo aumento de la presión transpulmonar. La hiperinsuflación y la respiración corriente hacia la capacidad pulmonar total obligan al sistema respiratorio a operar en la parte más plana de la curva de distensibilidad, donde los aumentos progresivos de presión generan cambios de volumen incrementales más pequeños.
La distensibilidad pulmonar se mide normalmente como estática, cuando los pulmones están estacionarios. La distensibilidad estimada durante la respiración corriente normal a partir de las mediciones del volumen pulmonar y la presión esofágica realizadas al final de la inspiración y la espiración cuando los pulmones están aparentemente estacionarios tiene como resultado un índice, que se denomina distensibilidad dinámica. En sujetos con pulmones sanos, las dos mediciones arrojan resultados similares.
Dado que la curva de presión-volumen del pulmón requiere la estimación de las presiones en las vías respiratorias y alrededor del pulmón, esto se puede obtener midiendo la presión esofágica. Se pasa un pequeño globo en el extremo del catéter a través de la nariz o la boca, y la diferencia entre la boca y las presiones esofágicas se registra a medida que el paciente exhala en pasos de 1 litro desde la capacidad pulmonar total (TLC) hasta el RV.
Algunos factores que influyen en la distensibilidad pulmonar estática (incluido el enfisema) se enumeran en la Tabla 1.
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5. Curva P-V y enfisema
La mayoría de los primeros estudios que describen la relación P-V en la EPOC se realizaron para diagnosticar y establecer la gravedad del enfisema. Sin embargo, la TC resultó más conveniente como método. La mayor parte del estudio inicial se realizó en sujetos con EPOC que respiran espontáneamente.
Gibson et al. encontraron que el factor estaba aumentado en pacientes con EPOC. El factor describe la concavidad del ajuste exponencial y es independiente del volumen pulmonar. Por lo tanto, un aumento significa que la curva tiene concavidad hacia el eje de presión, independientemente de su posición. Esto fue confirmado por el estudio de Greaves y Colebatch que estudia pulmones normales y enfisematosos. Descubrieron que cuando había enfisema, aumentaba en más de dos desviaciones estándar por encima del valor medio previsto para la edad. También encontraron una relación directa entre y el tamaño alveolar medio. Osborne y col. estudiaron la relación entre tamaño alveolar medio y enfisematosos sometidos a resección pulmonar. Descubrieron que se correlaciona con la gravedad de la EPOC hasta que se pierde la contribución de los grandes espacios de aire a la forma de la curva debido al cierre de las vías respiratorias.
El cumplimiento aumenta en la enfermedad pulmonar obstructiva como el enfisema pulmonar, menos en el asma y en menor grado en la bronquitis crónica.En el enfisema, el retroceso elástico disminuye y la curva P-V se desplaza hacia arriba y hacia la izquierda. Esto se debe a la pérdida de tejido elástico como consecuencia de la destrucción de la pared alveolar. En la bronquitis crónica sin enfisema, sin embargo, la curva P-V puede ser normal ya que el parénquima está mínimamente afectado.
En la práctica, la medición del cumplimiento y su resultado tiene un valor clínico limitado. Como se mencionó anteriormente, la curva resultante no es lineal y el valor de cumplimiento se mide de acuerdo con el cambio de presión. La medición por encima del nivel de FRC, acercándose a la TLC, muestra valores más bajos de distensibilidad y mayor rigidez pulmonar debido a las fibras de colágeno en el parénquima pulmonar, que influyen en la distensión pulmonar en volúmenes elevados. Por lo tanto, la medición del cumplimiento debe realizarse cerca del nivel de FRC, de lo contrario, cerca de los niveles de TLC y RV, los resultados tienen un valor clínico limitado.
La historia natural del desarrollo de hiperinflación pulmonar en Los pacientes con EPOC según la experiencia clínica indica que se trata de un proceso insidioso que se produce durante décadas. Parece que el RV es el primer componente de volumen que aumenta, lo que refleja un mayor cierre de las vías respiratorias. EELV aumenta a partir de entonces, lo que refleja los efectos de EFL y la alteración en la mecánica pulmonar y, finalmente, la TLC aumenta a medida que aumenta la distensibilidad pulmonar. Sin embargo, es probable que el curso temporal del cambio en los distintos compartimentos de volumen sea muy variable entre los pacientes.
La curva P-V muestra una configuración diferente durante el ciclo respiratorio, es decir, durante la inspiración y la espiración. Este fenómeno se llama histéresis y es una propiedad de las estructuras elásticas. La diferencia en la configuración se debe al hecho de que cerca del VD (pequeños volúmenes pulmonares) se requiere más presión durante la inspiración para abrir las pequeñas vías respiratorias distales. En volúmenes pulmonares mayores, el fenómeno de histéresis posiblemente se atribuya a la resistencia de las fibras elásticas en el parénquima.
6. Conclusión
Los estudios estáticos y dinámicos del pulmón en la enfermedad pulmonar obstructiva crónica difieren según los aspectos patológicos de la enfermedad. La pérdida de retroceso elástico del pulmón afecta la diferencia de presión entre el interior de los alvéolos y la superficie pleural de los pulmones, es decir, la presión transpulmonar. Como resultado, un pulmón de alta distensibilidad, como el pulmón enfisematoso, se expande en mayor medida que uno de baja distensibilidad, cuando ambos están expuestos al mismo aumento de presión transpulmonar.