要約

慢性閉塞性肺疾患、すなわち肺気腫と慢性気管支炎は、有害粒子に対する気道の慢性炎症反応です。肺に病理学的および病態生理学的変化をもたらすガス。この病気の主な病態生理学的側面は、気流閉塞と過膨張です。呼吸器系とその構成部品の機械的特性は、対応する体積-圧力（P-V）の関係を決定することによって研究されます。肺の構造と機能に対する炎症反応の結果は、体積と圧力の関係に示されています。

1。はじめに

一般的な予防および治療可能な疾患である慢性閉塞性肺疾患（COPD）は、通常は進行性であり、有害粒子に対する気道および肺の慢性炎症反応の増強に関連する持続的な気流制限を特徴とします。またはガス。気道の制限は、3つの異なるメカニズムに起因します：（1）内腔の部分的なブロック（例えば、半固体プラグを形成する過剰な粘液産生による）、（2）浮腫または筋肉肥大のために発生する気道壁の肥厚、および（ 3）気道周囲の組織の異常（実質の破壊および放射状の牽引力の喪失による気道の狭窄）。 COPDの両方の実体、すなわち慢性気管支炎と肺気腫は、前者のメカニズムによって特徴付けられます。慢性気管支炎は、内腔の部分的な閉塞と気道壁の肥厚を特徴とし、肺気腫は放射状の牽引力の喪失を特徴とします。

COPDの世界で最も一般的な危険因子は、タバコの煙です。喫煙者は、非喫煙者よりも呼吸器症状と肺機能異常の有病率が高いことを示しています。結果として、FEV1の年間低下率は、年齢の低下に伴う予想FEV1低下よりも高くなります。煙への受動的な曝露もこの病気の重要な側面です。有機および無機の粉塵、化学薬品、煙などの職業上の曝露、そしてもちろん、換気の悪い家での調理や暖房中のバイオマスによる室内汚染を考慮に入れる必要があります。

2。 COPDの病理学

病理学的変化は、大小の気道、実質および肺血管系に見られ、損傷と修復の繰り返しに起因します。炎症反応は遺伝的に決定される場合もあれば、タバコの煙などの有害な粒子によって引き起こされる場合もあります。ただし、一部の患者はタバコの煙にさらされることなくCOPDを発症します。酸化ストレスとプロテアーゼと抗プロテアーゼの間の不均衡は、結合組織の破壊からの保護に役割を果たし、病気の炎症反応を増幅します。炎症反応は、炎症細胞CD8 +細胞傷害性Tc1リンパ球および炎症メディエーター（走化性因子、炎症誘発性サイトカインおよび成長因子）によって悪化します。

実験的調査中のシナリオでは、LEBCの酸化的DNA損傷と宿主の免疫応答を含む、炎症の開始に関する魅力的なモデルが明らかになっています。それによると、有害粒子は肺上皮バリア細胞（LEBC）の酸化的DNA損傷を誘発し、後天的な突然変異はLEBCのマイクロサテライトDNAレベルで発現します。変更されたLEBCは、樹状細胞（DC）によって「非自己」DCとして認識され、新しい情報とともにリンパ節に移動し、ナイーブTリンパ球に提示されます。その後、主なCD8 +細胞傷害性Tリンパ球の増殖が起こります。CD8+ Tリンパ球はパーフォリンとグランザイムを放出し、変化したLEBCを引き付け、細胞死カスケードを活性化します。

3.COPDの病態生理学的側面

3.1。気流閉塞

呼気中の気流これは、流れを促進する肺の弾性反跳と、流れを制限する気道の抵抗との間のバランスの結果です。内腔の閉塞と抵抗の増加につながる要因は、流れの制限の結果として、分泌物、気管支平滑筋の緊張の増加、粘膜下腺の肥大、および呼気中の気管背部の内腔の内部への突出。これらの要因は、気流に関与しています。管腔内圧と周囲の圧力との大きな差による閉塞。肺実質の弾性組織の減少による、小気道の壁に関する弾性反跳の喪失は、主に肺気腫で明らかである。小さな末梢気道の壁に軟骨がないことは、弾性反跳の喪失にさらに寄与する。COPDの患者は、呼吸中に発生する呼気流量が、その量で生成できる最大の可能な流量を表す場合、流量が制限されていると言われます。流量が制限されている患者では、自発呼吸中の肺排出に利用できる時間（呼気時間）は、呼気終末肺気量（EELV）を自然な弛緩量まで減少させるには不十分なことがよくあります。これは肺の過膨張につながります。

3.2。過膨張

特に肺気腫の場合の弾性反跳の喪失、COPD患者が「より高いレベル」で呼吸するという事実は、機能検査が機能的残気量（FRC）を示すことを意味します。気道を開いたままにし、早期閉鎖中の空気の閉じ込めは、肺の過膨張のすべての側面であるため、予測値を超えています。

正常な被験者では、呼気終了時の肺気量は呼吸器系の弛緩量に近似します。ただし、気流閉塞のある患者では、呼気終末肺気量が予測FRCを超える可能性があります。実際、患者が静的平衡量に達する前に、肺の排出が遅くなり、次の吸気努力によって呼気が中断されます。これは動的過膨張と呼ばれ、VT、呼気時間、抵抗、コンプライアンスの影響を受けます。これは、内因性の正の呼気終末圧（auto-PEEP）とも呼ばれ、1972年にBergmanによって最初に説明されました。 d Johnson etal。 1975年に、呼気の終わりに正の肺内圧を表します。自動PEEPの存在は、吸気の流れが開始される前に、吸気筋が最初に肺と胸壁の結合された内向きの反動を克服しなければならないことを意味します。したがって、自動PEEPは本質的に吸気閾値負荷として機能し、臨床的に安定しているが過膨張したCOPD患者の安静時の静かな呼吸中に6〜9cmH2Oになると測定されています。

重度の気流閉塞エピソードの間、呼気努力の増加は、呼気気流を改善することなく、単に肺胞圧を上昇させます。一回換気量（VT）が増加したり、呼吸数が高いために呼気時間が短い場合、肺は呼吸間の通常の安静時平衡まで収縮できません。この肺胞圧と肺気量の上昇は、肺の動的状態に影響を与えるいくつかのイベントを引き起こします。呼吸は総肺気量の近くで行われます。 COPD患者の増悪時の呼吸は、動的な過膨張の結果として、肺活量全体に近づくように上方にシフトする可能性があります。

過膨張は、横隔膜の機能に悪影響を及ぼし、呼吸の仕事を増やします。まず、横隔膜が平らな位置に移動し、横隔膜と腹壁の間の並置ゾーンが減少します。第二に、平らにされた横隔膜の筋線維はより短く、経肺圧を圧倒する吸気圧を生成する能力が低い。過膨張した肺内の陽圧は平均胸腔内圧を上昇させ、吸気筋を安静時の肺気量よりも高い状態で動作させます。 COPD患者の横隔膜のサルコメアの長さは短く、TLCとRVに間接的に比例します。この調整により、横隔膜が「より高い肺気量」で力を生成する能力が向上します。弛緩時の吸気筋の理想的な長さは、残存容積（RV）のレベルに近いと考えられます。ただし、COPD患者では、過膨張のため、筋線維の長さがさらに短くなります。さらに、相対比率の増加ゆっくりとしたけいれんと疲労に強いタイプI繊維の、ミトコンドリア濃度の増加と酸化能力を改善する電子輸送チェーンの効率は、慢性的な内因性の機械的負荷への他の構造的適応です。その結果、筋肉によって生成される発達力呼吸筋機能をさらに損ない、このようにして横隔膜をより弱くするかなりの機械的不利益を犠牲にしてさらに減少します。

換気筋は部分的に慢性過膨張に適応し、安静時呼吸中の力生成能力を維持します。 。COPDの悪化の間、これらの適応は圧倒される可能性があります。強化された吸気筋は、弾性負荷が増加する可能性があります。つまり、特定の体積変化に対してより大きな労力が必要になります。急性の動的過膨張は、吸気筋、特に横隔膜をさらに短縮し、機能的な筋力低下を引き起こします。酸化ストレスへの曝露とプロテアーゼの局所的活性化はまた、吸気負荷の増加期間中に横隔膜損傷を引き起こし、吸気筋機能障害を引き起こす可能性があります。吸気筋のこの増加した負荷と機能的衰弱の正味の効果は、潮汐吸気に必要な努力が、患者がその肺気量で発達できる最大の可能な努力の比較的高い割合を表すことです。

4 。肺コンプライアンス

呼吸器系は、呼吸筋の機能に対する弾性特性を備えており、呼吸筋は、空気が気道に移動するために必要な圧力差をシステム全体に供給します。呼吸器系とその構成部品の静的な機械的特性は、対応する圧力-体積（P-V）の関係を決定することによって研究されます。容積が残存容積（RV）から総肺気量（TLC）に段階的に変化し、再び戻るときに得られるP-V曲線はループです。肺と胸壁の弾性特性、および膨張と収縮の間の肺単位の変化が、これらのループの存在の原因です。肺の弾力性は、静的な体積-圧力曲線で表されます。 P-V曲線が非線形であるという事実は、実際には、肺気量が増加するにつれて、弾性要素が伸展性の限界に近づくことを意味します。

COPDでは、呼気終末肺気量（EELV）のさらなる増加に等しい安静時および動的過膨張のため、運動一回換気量（VT）は、弾性負荷が増加している呼吸器系のPV曲線。 COPDでは、VTをさらに拡大する能力が低下するため、吸気予備量（IRV）が低下します。健康とは対照的に、COPDの過膨張患者の肺と胸壁の複合反動圧は、安静時と運動時の両方で内向きになります。これにより、呼吸筋に吸気閾値負荷がかかります（図1）。肺内圧はゼロに戻りません。これは、吸気筋に余分な負荷をかける自動PEEPを表しています。その後の呼吸サイクル中に、吸気流を生成するために自動PEEPを克服する必要があります。

（a）

（b）

（a）
（b）

図1

（a）正常および（a）呼吸器系全体の圧力-体積（PV）の関係（b）慢性閉塞性肺疾患（COPD）。安静時および運動時の潮汐P-V曲線が示されています。 COPDの個人では、呼吸器系の弛緩量が健康な個人よりも高いレベルにリセットされます。 COPDのハイパーインフレーションは、通常の状態と比較して、EELV、RVの増加、および対応するIRVの減少につながります。正常な肺とは対照的に、過膨張時の肺と胸壁の複合反動圧は、安静時と運動時に内向きになります。これにより、吸気筋に吸気閾値負荷が生じ、その結果、並置ゾーンが減少します（休息および運動中のP-V曲線（b）に示されています）。 EELV：呼気終末肺気量、RV：残気量、IRV：吸気予備量、TLC：総肺気量。 O’DonnellとLavenezianaから。

肺の静的コンプライアンス（C）は、経肺圧の単位変化あたりの肺気量の変化です。つまり、肺の空気量の特定の変化に影響を与えるために必要な、肺胞の内部と肺の胸膜表面との間の圧力差です。ここで、はコンプライアンス、は肺気量の変化、は変化です。

厳密に言えば、経肺圧は気管内の圧力から胸膜内圧を引いたものに等しくなります。したがって、それは肺全体の圧力差です。ただし、肺胞内の圧力は、各通常の呼吸の開始時または終了時の気道（気管を含む）の圧力と同じです。つまり、呼気終末または吸気終末の肺胞圧は0 cmH2Oです。したがって、各肺の膨張の開始時または終了時に、肺胞膨張圧は経肺圧と呼ばれることがあります。

ゼロ圧（0 cm H2O）に対応する量は、口の高さの圧力が0cmH2Oである呼吸器系。これは、気道に気流がなく、肺活量測定研究を実行するときの口のレベルの圧力が気道と肺胞の圧力（0 cm H2O）に等しい場合の機能的残気量（FRC）のレベルです。 P-V曲線では、点0からの水平距離は、呼吸器系全体の弾性圧力を表し（）、FRCより下では負、FRCレベルより上では正です（図2）。口の高さの圧力と大気圧の圧力差は、呼吸サイクル中に呼吸器系を拡張するために必要な圧力を表します。

図2

呼吸器系の準静的PV曲線、肺気量の細分化を示すスピログラム。 ERV：呼気予備量、IC：吸気容量、VC：肺活量。アゴスティーニとハイアットから改作。

ループ状のPV曲線は、実際には、肺気量が増加すると、弾性要素が伸展性の限界に近づき、経肺圧の特定の変化によって増加がますます小さくなることを意味します。肺気量で。その結果、肺のコンプライアンスは、肺気量が多い場合に最小になり、残気量（RV）に近づくにつれて最大になります。コンプライアンスの高い肺は、両方が同じ肺圧の上昇にさらされると、コンプライアンスの低い肺よりも大きく拡張します。肺の総容量に向けた過膨張と呼吸は、呼吸器系をコンプライアンス曲線のより平坦な部分で動作させます。この部分では、圧力が徐々に増加すると、体積の変化が小さくなります。

通常、肺コンプライアンスは静的として測定されます。肺は静止しています。肺気量と、肺が明らかに静止しているときの吸気と呼気の終わりに行われる食道圧の測定から推定される通常の呼吸中に推定される伸展性は、結果として動的コンプライアンスと呼ばれる指標を持ちます。肺が健康な被験者では、2つの測定で同様の結果が得られます。

肺の圧力-体積曲線では、気道内および肺周辺の圧力を推定する必要があるため、これは食道内圧を測定することで取得できます。カテーテルの端にある小さなバルーンを鼻または口に通し、患者が総肺気量（TLC）からRVまで1リットルずつ息を吐きながら、口と食道の圧力の差を記録します。

静的な肺コンプライアンス（肺気腫を含む）に影響を与えるいくつかの要因を表1に示します。

5。 P-V曲線と肺気腫

COPDのP-V関係を説明する初期の研究のほとんどは、肺気腫の重症度を診断および確立するために行われました。ただし、方法としてはCTの方が便利でした。初期の研究のほとんどは、自発呼吸をしているCOPD被験者を対象に行われました。

Gibson etal。 COPD患者では因子が増加していることがわかりました。この係数は、指数関数的適合の凹面を表し、肺気量とは無関係です。したがって、の増加は、曲線の位置に関係なく、曲線が圧力軸に向かって凹面を持っていることを意味します。これは、正常な肺と気腫性の肺を研究しているグリーブとコレバッチの研究によって確認されました。彼らは、肺気腫が存在する場合、年齢の平均予測値を2標準偏差以上上回っていることを発見しました。彼らはまた、肺胞の平均サイズとの間の直接的な関係を発見しました。オズボーン等。肺切除を受けている気腫性の肺胞サイズと平均肺胞サイズとの関係を研究しました。彼らは、気道閉鎖により曲線の形状への大きな空間の寄与が失われるまで、COPDの重症度と相関することを発見しました。

コンプライアンスは、肺気腫などの閉塞性肺疾患で増加し、喘息では減少します。慢性気管支炎では軽度です。肺気腫では、弾性反跳が減少し、P-V曲線が上下にシフトします。これは、肺胞壁の破壊の結果として弾性組織が失われるためです。ただし、肺気腫のない慢性気管支炎では、実質への影響が最小限であるため、P-V曲線は正常である可能性があります。

実際には、コンプライアンスの測定とその結果の臨床的価値は限られています。前述のように、結果の曲線は非線形であり、コンプライアンスの値は圧力の変化に応じて測定されます。 TLCに近づくFRCのレベルを超える測定では、肺実質のコラーゲン線維が原因でコンプライアンスの値が低くなり、肺の硬さが増加します。これは、大量の肺の膨張に影響を及ぼします。したがって、コンプライアンスの測定はFRCレベルの近くで実行する必要があります。そうしないと、TLCおよびRVレベルの近くで、結果の臨床的価値が制限されます。

肺過膨張の発症の自然史臨床経験によると、COPD患者は、それが数十年にわたって発生する陰湿なプロセスであることを示しています。 RVは、気道閉鎖の増加を反映して、増加する最初のボリュームコンポーネントであるように見えます。その後、EFLの影響と肺力学の変化を反映して、EELVが増加し、最終的には肺コンプライアンスが増加するにつれてTLCが増加します。ただし、さまざまなボリュームコンパートメントの変化の時間経過は患者間で大きく変動する可能性があります。

P-V曲線は、呼吸サイクル中、つまり吸気と呼気の間で異なる構成を示します。この現象はヒステリシスと呼ばれ、弾性構造の特性です。構成の違いは、RV（小さな肺気量）の近くで、小さな遠位気道を開くために吸気中にさらに圧力が必要になるという事実のために発生します。肺気量が多い場合、ヒステリシスの現象は、実質内の弾性線維の抵抗に起因する可能性があります。

6。結論

慢性閉塞性肺疾患における肺の静的および動的研究は、疾患の病理学的側面によって異なります。肺の弾性反跳の喪失は、肺胞の内部と肺の胸膜表面との間の圧力差、すなわち経肺圧に影響を及ぼします。その結果、気腫性肺のようなコンプライアンスの高い肺は、両方が同じ肺圧の上昇にさらされると、コンプライアンスの低い肺よりも大きく拡張します。