A tüdő megfelelősége és a krónikus obstruktív tüdőbetegség
absztrakt
A krónikus obstruktív tüdőbetegség, nevezetesen a tüdő emphysema és a krónikus bronchitis a légutak krónikus gyulladásos reakciója káros részecskékre vagy gázok, ebből eredő patológiás és patofiziológiai változások a tüdőben. A betegség fő patofiziológiai aspektusai a légáramlás elzáródása és a hiperinfláció. A légzőrendszer és alkatrészeinek mechanikai tulajdonságait a megfelelő térfogat-nyomás (P-V) összefüggések meghatározásával tanulmányozzuk. A gyulladásos reakció következményeit a tüdő szerkezetére és működésére a térfogat-nyomás összefüggések mutatják be.
1. Bevezetés
A krónikus obstruktív tüdőbetegségre (COPD), amely egy gyakori megelőzhető és kezelhető betegség, a légáramlás tartós korlátozása jellemzi, amely általában progresszív, és fokozott krónikus gyulladásos reakcióval jár együtt a légutakban és a tüdőben káros részecskékre. vagy gázok. A légutak korlátozása három különböző mechanizmusnak tulajdonítható: (1) a lumen részleges blokkolása (pl. A túlzott nyálkahártya-termelés miatt félszilárd dugókat képez), (2) a légutak falának megvastagodása, amely ödéma vagy izom hipertrófia miatt következik be, és ( 3) a légutakat körülvevő szövet rendellenességei (a parenchima megsemmisülése és a légutak szűkülete a radiális tapadás elvesztése miatt). A COPD mindkét entitását, nevezetesen a krónikus hörghurutot és az emfizémát az előbbi mechanizmusok jellemzik. A krónikus hörghurutot a lumen részleges blokkolása és a légutak falának megvastagodása, míg az emfizémát radiális tapadásveszteség jellemzi.
A COPD leggyakoribb kockázati tényezője világszerte a cigarettafüst. A cigarettázóknál nagyobb a légzési tünetek és a tüdőfunkciós rendellenességek gyakorisága, mint a nemdohányzóknál. Ennek következtében a FEV1 éves csökkenési üteme magasabb, mint az életkor csökkenésével várható FEV1 csökkenés. A dohányzás passzív expozíciója szintén fontos szempont a betegségben. Figyelembe kell vennünk a munkahelyi expozíciót, beleértve a szerves és szervetlen porokat, vegyi anyagokat és füstöket, és természetesen a biomasszából származó beltéri szennyezést a főzés és a rosszul szellőző házak fűtése során.
2. COPD patológia
A kóros elváltozások a nagy és a kis légutakban, a parenchymában és a pulmonalis érrendszerben fordulnak elő, ismételt sérülés és helyreállítás következtében. A gyulladásos válasz genetikailag meghatározható, vagy káros részecskék, például cigarettafüst okozhatja. Néhány betegnél azonban COPD alakul ki anélkül, hogy cigarettafüstnek lenne kitéve. Az oxidatív stressz, valamint a proteázok és antiproteázok közötti egyensúlyhiány, amelyek szerepet játszanak a kötőszövet lebontásának védelmében, felerősítik a betegség gyulladásos válaszát. A gyulladásos választ súlyosbítják a gyulladásos sejtek CD8 + citotoxikus Tc1 limfocitái és a gyulladásos mediátorok (kemotaktikus faktorok, proinflammatorikus citokinek és növekedési faktorok).
Egy kísérleti kutatás alatt álló forgatókönyv vonzó modellt tár fel a gyulladás megindítására, amely magában foglalja a LEBC-k oxidatív DNS-károsodását és a gazdaszervezet immunválaszát. Eszerint a káros részecskék a tüdő hámsejtjeinek (LEBC) oxidatív DNS károsodását idézik elő, és a megszerzett mutációkat a LEBC sejtek mikroszatellit DNS szintjén fejezik ki. A megváltozott LEBC-ket a dendritikus sejtek (DC-k) felismerik, mivel a “nem önmagukban” lévő DC-k az új információval a nyirokcsomókba jutnak, bemutatva azokat a naiv T-limfocitáknak, majd ezt követően egy domináns CD8 + citotoxikus T-limfocita proliferáció lép fel. a limfociták felszabadítják a perforint és a granzimeket, és vonzzák a megváltozott LEBC-ket, aktiválva a sejthalál kaszkádjait. a tüdő rugalmas visszarúgása és az áramlást korlátozó légutak ellenállása közötti egyensúly eredménye. Azok a tényezők, amelyek a lumen elzáródásához és a megnövekedett ellenálláshoz vezetnek, az áramlás korlátozásának következménye, a váladék, a bronchiális simaizom megnövekedett tónusa, a nyálkahártya mirigyek hipertrófiája és a kilégzés során a légcső hátsó részének lumen belső része felé történő kiemelkedése. Ezek a tényezők részt vesznek az intraluminális nyomás és a környezeti nyomás közötti nagy különbség miatt. A kis légutak falát érintő rugalmas visszarázódás elvesztése a tüdõ parenchyma elasztikus szövetének csökkenése miatt fõként az emphysemában nyilvánvaló. A porc hiánya a kis perifériás légutak falában tovább hozzájárul a rugalmas visszarúgás elvesztéséhez.Azt mondják, hogy a COPD-ben szenvedő betegek áramlása korlátozott, ha az árapályos légzés során generált kilégzési áramlás a lehető legnagyobb áramlást képviseli, amelyet ezen a térfogaton képesek létrehozni. Korlátozott áramlású betegeknél a spontán légzés során a tüdő kiürítéséhez rendelkezésre álló idő (kilégzési idő) gyakran nem elegendő ahhoz, hogy a végső kilégzési tüdő térfogata (EELV) természetes relaxációs térfogatára csökkenjen. Ez tüdő hiperinflációhoz vezet.
3.2. Hiperinfláció
A rugalmas visszarúgás elvesztése, különösen emphysema esetén, az a tény, hogy a COPD-beteg “magasabb szinten” lélegzik, ami azt jelenti, hogy a funkcionális tesztek funkcionális maradék kapacitást (FRC) mutatnak, ami meghaladja az előre jelzettet, a légutak nyitva tartása érdekében, és a korai lezárás során a levegő csapdázása a tüdő hiperinflációjának minden szempontja.
Normál személyeknél a tüdő térfogata a lejárat végén megközelíti a légzőrendszer relaxációs térfogatát A légáramlás elzáródásában szenvedő betegeknél azonban a vég-kilélegzett tüdőmennyiség meghaladhatja az előre jelzett FRC-t. Valóban, a tüdő kiürülése lelassul, és a kilégzést a következő belégzési erőfeszítés megszakítja, még mielőtt a beteg elérné a statikus egyensúlyi térfogatot. Ez dinamikus hiperinflációnak nevezik, és befolyásolja a VT, a kilégzési idő, az ellenállás és a megfelelés. Ezt belső pozitív vég-kilégzési nyomásnak (auto-PEEP) is nevezik, és Bergman először 1972-ben írta le. d Johnson és mtsai. 1975-ben, és a lejárat végén a pozitív intrapulmonális nyomást képviseli. Az auto-PEEP jelenléte azt jelenti, hogy a belégző izmoknak először le kell győzniük a tüdő és a mellkasfal kombinált befelé visszarúgását, mielőtt a belégzési áramlás elindulhatna. Tehát az auto-PEEP lényegében belégzési küszöbterhelésként működik, és klinikailag stabil, de hiperinflált COPD-s betegeknél nyugalmi csendes légzés közben 6–9 cmH2O-nak mérték.
Súlyos légáramlási elzáródás esetén a fokozott kilégzési erőfeszítések egyszerűen megemelik az alveoláris nyomást anélkül, hogy javítanák a kilégzési légáramlást. Ha az árapály térfogata (VT) megnövekszik, vagy a kilégzési idő rövid a magas légzési gyakoriság miatt, a tüdő nem tud leereszkedni a légzések közötti szokásos nyugalmi egyensúlyba. Az alveoláris nyomás és a tüdőmennyiség emelése számos eseményt eredményez, amelyek befolyásolják a tüdő dinamikus állapotát. A légzés a teljes tüdő kapacitás közelében zajlik. A COPD-ben szenvedő betegek exacerbációja során fellépő dagályos légzés a dinamikus hiperinfláció következtében felfelé tolódhat a teljes tüdőkapacitás közelében. Először is, a rekeszizom lapított helyzetbe kerül, aminek következtében csökken a rekeszizom és a hasfal közötti tapadási zóna. Másodszor, a lapított rekeszizom izomrostjai rövidebbek, és kevésbé képesek létrehozni olyan belégzési nyomást, amely felülmúlja a transzpulmonáris nyomást. A hiperinflált tüdő pozitív nyomása megnöveli az intrathoracikus átlagnyomást, és a belégző izmokat a nyugalmi tüdőtérfogatnál nagyobb mértékben működtetik. A diafragma szarkomer hossza COPD-ben szenvedő betegeknél rövidebb, és közvetetten arányos a TLC-vel és az RV-vel. Ez a beállítás javítja a rekeszizom azon képességét, hogy “nagyobb tüdőmennyiségben” erőt generáljon. A belégző izmok ideális hossza a relaxáció alatt a maradék térfogat (RV) szintjének közelében van. COPD-s betegeknél azonban a hiperinfláció miatt az izomrostok hossza még rövidebb. Ezenkívül a relatív arány növekedése Az I. típusú szálak, amelyek lassú rángatózásnak és fáradtságnak ellenállnak, valamint az elektron transzportlánc mitokondriális koncentrációjának és hatékonyságának növekedése, amely javítja az oxidatív kapacitást, más szerkezeti adaptáció a krónikus belső mechanikai terheléshez. Ennek eredményeként az izmok által termelt erő még inkább csökken egy jelentős mechanikai hátrány miatt, amely tovább rontja a légzőizom működését, így a rekeszizom gyengébbé válik.
A szellőző izmok részben alkalmazkodnak a krónikus hiperinflációhoz, hogy megőrizzék erőtermelő képességüket a pihenő légzés során. A COPD exacerbációi során ezek az adaptációk túlterheltek lehetnek a megeresztett belégző izmok fokozottan rugalmas terhelésnek vannak kitéve, ami azt jelenti, hogy nagyobb erőfeszítéseket igényelnek egy adott térfogatváltozáshoz. Az akut dinamikus hiperinfláció tovább lerövidíti a belégző izmokat, különösen a rekeszizomot, és funkcionális izomgyengeséget okoz. Az oxidatív stressznek való kitettség és a proteázok helyi aktiválása diafragmatikus sérülést is eredményezhet a megnövekedett belégzési terhelés időszakában, és a belégzési izom diszfunkcióját eredményezheti.A belégző izmok ezen megnövekedett terhelésének és funkcionális gyengeségének nettó hatása az, hogy az árapály-inspirációhoz szükséges erőfeszítések viszonylag nagy részét jelentik a maximális lehetséges erőfeszítésnek, amelyet a beteg ezen a tüdőtérfogaton képes kifejleszteni.
4 . A tüdő megfelelősége
A légzőrendszer rugalmas tulajdonságával rendelkezik a légzőizmok működéséhez képest, amelyek ellátják az egész rendszert a szükséges nyomáskülönbséggel, így a levegő a légutakba kerül. A légzőrendszer és alkatrészeinek statikus mechanikai tulajdonságait a megfelelő nyomás-térfogat (P-V) összefüggések meghatározásával tanulmányozzuk. A térfogatként kapott P-V görbék progresszív lépésekben változnak a maradék térfogattól (RV) a teljes tüdő kapacitásig (TLC), és ismét hurkok. A tüdő és a mellkas falának rugalmas tulajdonságai, valamint a tüdőegységek infláció és defláció közötti változásai felelősek e hurkok jelenlétéért. A tüdő rugalmasságát a statikus térfogat-nyomás görbe ábrázolja. Az a tény, hogy a P-V görbe nemlineáris, gyakorlatilag azt jelenti, hogy a tüdő térfogatának növekedésével a rugalmas elemek megközelítik a denzitási határaikat.
A COPD-ben a nyugalmi és dinamikus hiperinfláció miatt, amely megegyezik a kilégzés végső tüdőtérfogatának (EELV) további növekedésével, az edzés árapály térfogata (VT) behatol a a légzőrendszer PV görbéje, ahol megnő a rugalmas terhelés. A COPD-ben a VT további kiterjesztésének képessége csökken, így a belégzési tartalék térfogata (IRV) csökken. Az egészséggel ellentétben a COPD-ben szenvedő hiperinflált betegek tüdejének és mellkasának kombinált visszacsapási nyomása befelé irányul mind a pihenés, mind a testmozgás során. Ez a légzési izmok belégzési küszöbterhelését eredményezi (1. ábra). Az intrapulmonalis nyomás nem tér vissza nullára, ami az auto-PEEP-t képviseli, amely extra terhet ró a belégző izmokra. A következő légzési ciklus során az auto-PEEP-t le kell győzni a belégzési áramlás létrehozása érdekében.
(a)
(b)
(a)
(b)
A tüdő statikus megfelelősége (C) a transzpulmonális nyomás egységnyi változásának számában bekövetkező tüdőmennyiség változása; vagyis az alveolusok belseje és a tüdő pleurális felülete közötti nyomáskülönbség, amely szükséges a tüdő levegőmennyiségének adott változásához: hol van a megfelelés, a tüdő térfogatának változása és a változás a transzpulmonális nyomásban.
Szigorúan véve a transzpulmonális nyomás megegyezik a légcsőben lévő nyomással, levonva az intrapleurális nyomást. Így ez az egész tüdő nyomáskülönbsége. Az alveolusokban lévő nyomás azonban megegyezik a légutakban (a légcsövet is beleértve) az egyes normál lélegzések kezdetén vagy végén. Vagyis a kilégzés vége vagy a belégzés vége alatt az alveoláris nyomás 0 cm H2O. Ezért az egyes tüdőfelfújások kezdetén vagy végén az alveoláris elválasztó nyomást transzpulmonális nyomásnak nevezhetjük.
A nulla nyomásnak (0 cm H2O) megfelelő térfogat a a légzőrendszer, ahol a nyomás a száj szintjén 0 cm H2O. Ez a funkcionális maradék kapacitás (FRC) szintje, ahol nincs légáramlás a légutakban, és a spirometriai vizsgálatok elvégzése során a száj szintjén lévő nyomás megegyezik a légutakkal és az alveoláris nyomással (0 cm H2O). A P-V görbében a 0 ponttól való vízszintes távolság az egész légzőrendszer rugalmas nyomását jelenti (), amely az FRC alatt negatív és az FRC szint felett pozitív (2. ábra).A szájnyomás és a légköri nyomás közötti nyomáskülönbség a légzési rendszer kibővítéséhez szükséges nyomást jelenti a légzési ciklus alatt.
A hurkolt PV görbe gyakorlatilag azt jelenti, hogy a tüdő térfogatának növekedésével a rugalmas elemek megközelítik a denzitási határokat, és a transzpulmonalis nyomás adott változása egyre kisebb növekedést eredményez tüdőmennyiségben. Ennek eredményeként a tüdő megfelelősége a legkevesebb magas tüdőmennyiségnél és a legnagyobb, ha a maradék térfogatot (RV) megközelítjük. A magas megfeleléssel járó tüdő nagyobb mértékben tágul, mint az alacsonyabb összeférhetőségű tüdő, ha mindkettőt ugyanazon transzpulmonális nyomásnövekedés éri. A hiperinfláció és az árapályos légzés a tüdő teljes kapacitása felé kényszeríti a légzőrendszert arra, hogy a megfelelőségi görbe laposabb részén működjön, ahol a progresszív nyomás növekedése kisebb növekményes térfogatváltozásokat eredményez.
A tüdő megfelelőségét általában statikusként mérik, amikor a tüdő álló. A tüdő térfogatának és a nyelőcső nyomásának a belégzés és a kilégzés végén végzett mérésekor becsült denzitási képesség a belégzés és a kilégzés végén, amikor a tüdő látszólag álló helyzetben van, ennek eredményeként indexet kap, amelyet dinamikus megfelelésnek nevezünk. Egészséges tüdővel rendelkező alanyokban a két mérés hasonló eredményt ad.
Mivel a tüdő nyomás-térfogat görbéje megköveteli a légutakban és a tüdő körüli nyomások becslését, ezt a nyelőcső nyomásának mérésével lehet elérni. A katéter végén egy kis lufit engednek át az orron vagy a szájon keresztül, és rögzítik a száj és a nyelőcső nyomásainak különbségét, amikor a beteg 1 literes lépésekben kilélegez a teljes tüdő kapacitásból (TLC) az RV-be.
Az 1. táblázat felsorol néhány olyan tényezőt, amely befolyásolja a tüdő statikus megfelelőségét (beleértve az emfizémát is).
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Forrás:. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
iv 5.
P-V görbe és emfizéma
A COPD-ben a P-V kapcsolatot leíró korai tanulmányok többségét az emphysema diagnosztizálására és súlyosságának megállapítására végezték. A CT azonban módszerként kényelmesebb volt. A korai vizsgálat nagy részét spontán lélegző COPD-alanyokról végezték.
Gibson et al. megállapította, hogy a faktor nőtt a COPD-s betegeknél. A faktor leírja az exponenciális illeszkedés konkávitását, és független a tüdő térfogatától. Ezért az emelkedés azt jelenti, hogy a görbe homorú a nyomástengely felé, annak helyzetétől függetlenül. Ezt megerősítette Greaves és Colebatch tanulmánya, akik a normális és az emphysematous tüdőt tanulmányozzák. Megállapították, hogy amikor az emphysema jelen volt, több mint két szórás növekedett az életkorra vonatkozó átlagos előre jelzett érték fölött. Közvetlen kapcsolatot találtak az alveoláris méret és az átlagos méret között is. Osborne és mtsai. tüdőreszekción átesett emfizematikus összefüggést és átlagos alveoláris méret kapcsolatát tanulmányozta. Megállapították, hogy korrelál a COPD súlyosságával mindaddig, amíg a nagy légterek hozzájárulása a görbe alakjához el nem veszett a légutak bezáródása miatt. kisebb mértékben krónikus bronchitisben.Emfizéma esetén a rugalmas visszarúgás csökken, a P-V görbe pedig felfelé és balra tolódik. Ennek oka az elasztikus szövet elvesztése az alveoláris fal pusztulása következtében. Emphysema nélküli krónikus hörghurutban azonban a P-V görbe normális lehet, mivel a parenchyma minimálisan érintett.
A gyakorlatban a megfelelés mérése és annak eredménye korlátozott klinikai értékkel bír. Mint korábban említettük, az eredményül kapott görbe nem lineáris, és a megfelelés értékét a nyomás változásának megfelelően mérjük. Az FRC szintje feletti, a TLC-hez közeledő mérés alacsonyabb megfelelési értékeket és megnövekedett tüdőmerevséget mutat a tüdő parenchyma kollagén rostjai miatt, amelyek nagy mennyiségben befolyásolják a tüdő megduzzadását. Így a megfelelés mérését az FRC szint közelében kell elvégezni, különben az eredmények a TLC és az RV szint közelében vannak, klinikai értéke korlátozott.
A tüdő hiperinflációjának kialakulásának természetes története a A COPD-betegek a klinikai tapasztalatok szerint azt mutatják, hogy ez alattomos folyamat, amely évtizedek alatt zajlik le. Úgy tűnik, hogy az RV az első térfogat-összetevő, amely a légutak fokozott lezárását tükrözi. Az EELV ezután növekszik, tükrözve az EFL és a tüdőmechanika változásának hatásait, és végül a TLC nő, ahogy a tüdő megfelel. Valószínű azonban, hogy a különböző térfogatrészek változásának időbeli lefolyása a betegek körében nagyon változó.
A P-V görbe eltérő konfigurációt mutat a légzési ciklus alatt, vagyis az inspiráció és a kilégzés során. Ezt a jelenséget hiszterézisnek hívják, és a rugalmas szerkezetek tulajdonsága. A konfigurációbeli különbség abból adódik, hogy az RV közelében (kis tüdőmennyiség) további nyomásra van szükség a belégzés során a kis disztális légutak megnyitásához. Nagyobb tüdőmennyiségekben a hiszterézis jelensége valószínűleg a parenchymában található rugalmas szálak ellenállásának tulajdonítható.
6. Következtetés
A tüdő statikus és dinamikus vizsgálata krónikus obstruktív tüdőbetegségben eltér a betegség kóros aspektusaitól. A tüdő rugalmas visszarúgásának elvesztése befolyásolja az alveolusok belseje és a tüdő pleurális felülete közötti nyomáskülönbséget, vagyis a transzpulmonáris nyomást. Ennek eredményeként a magas kompatibilitású tüdő, mint az emphysematous tüdő, nagyobb mértékben tágul, mint az alacsony kompromisszumú tüdő, amikor mindkettőt azonos transzpulmonalis nyomásnövekedés éri.