폐 순응도 및 만성 폐쇄성 폐 질환
추상
만성 폐쇄성 폐 질환, 즉 폐 폐기종 및 만성 기관지염은 유해한 입자에 대한기도의 만성 염증 반응입니다. 가스, 결과적으로 폐의 병리학 적 및 병리 생리 학적 변화. 질병의 주요 병태 생리 학적 측면은 기류 차단 및과 인플레이션입니다. 호흡기 시스템과 그 구성 요소의 기계적 특성은 해당 체적 압력 (P-V) 관계를 결정하여 연구됩니다. 폐 구조와 기능에 대한 염증 반응의 결과는 용적 압력 관계에 묘사되어 있습니다.
1. 소개
일반적인 예방 및 치료 가능한 질병 인 만성 폐쇄성 폐 질환 (COPD)은 일반적으로 진행되고 유해한 입자에 대한기도 및 폐의 강화 된 만성 염증 반응과 관련된 지속적인 기류 제한이 특징입니다. 또는 가스. 기도 제한은 (1) 루멘의 부분적인 차단 (예 : 반고체 마개를 형성하는 과도한 점액 생성으로 인해), (2) 부종 또는 근육 비대로 인해 발생하는기도 벽의 두꺼워 짐, 및 ( 3)기도를 둘러싼 조직의 이상 (요골 견인력 상실로 인한 실질 파괴 및기도 협착). COPD의 두 개체, 즉 만성 기관지염과 폐기종은 이전 메커니즘이 특징입니다. 만성 기관지염은 내강의 부분적 차단과기도 벽이 두꺼워지는 반면 방사형 견인 손실로 인한 폐기종이 특징입니다.
전 세계적으로 COPD의 가장 일반적인 위험 요소는 담배 연기입니다. 흡연자는 비 흡연자보다 호흡기 증상과 폐 기능 이상이 더 많이 나타납니다. 결과적으로 FEV1의 연간 감소율은 연령이 감소함에 따라 예상되는 FEV1 감소보다 높습니다. 연기에 대한 수동적 노출도 질병의 중요한 측면입니다. 우리는 유기 및 무기 먼지, 화학 작용제 및 흄을 포함한 직업적 노출과 통풍이 잘되지 않는 주택에서 조리 및 난방시 바이오 매스로 인한 실내 오염을 고려해야합니다.
2. COPD 병리학
병리학 적 변화는 반복적 인 부상과 회복으로 인해 크고 작은기도, 실질 및 폐 혈관계에서 발견됩니다. 염증 반응은 유 전적으로 결정되거나 담배 연기와 같은 유해 입자에 의해 유발 될 수 있습니다. 그러나 일부 환자는 담배 연기에 노출되지 않고 COPD가 발생합니다. 결합 조직이 파괴되는 것을 방지하는 역할을하는 프로테아제와 안티 프로테아제 사이의 산화 스트레스와 불균형은 질병의 염증 반응을 증폭시킵니다. 염증 반응은 염증 세포 CD8 + 세포 독성 Tc1 림프구와 염증 매개체 (화학 주성 인자, 전 염증 사이토 카인 및 성장 인자)에 의해 악화됩니다.
실험중인 시나리오는 LEBC의 산화 적 DNA 손상과 숙주 면역 반응을 포함하는 염증의 시작을위한 매력적인 모델을 노출합니다. 이에 따르면 유해 입자는 폐 상피 장벽 세포 (LEBC)의 산화성 DNA 손상을 유도하고, 획득 된 돌연변이는 LEBC의 미세 위성 DNA 수준에서 발현됩니다. 변경된 LEBC는 수지상 세포 (DC)에 의해 “비 자기”DC가 새로운 정보와 함께 림프절로 이동하여 순진한 T 림프구에이를 제시하고 그 후에 우세한 CD8 + 세포 독성 T- 림프구 증식이 발생하는 것으로 인식됩니다. CD8 + T 림프구는 퍼포 린과 그랜 자임을 방출하고 변경된 LEBC를 끌어 당겨 세포 사멸을 활성화합니다.
3. COPD의 병태 생리 학적 측면
3.1. 기류 방해
호기 중 기류 흐름을 촉진하는 폐의 탄성 반동과 흐름을 제한하는기도의 저항 사이의 균형의 결과입니다. 흐름 제한의 결과로 루멘을 막고 저항을 증가시키는 요인은 다음과 같습니다. 분비물, 기관지 평활근의 증가 된 음색, 점막하 땀샘의 비대, 호기 중 기관의 등쪽 내강 내부 부분으로의 돌출. 이러한 요인은 기류에 관여합니다. 관내 압력과 주변 압력의 큰 차이로 인한 손상. 폐 실질의 탄성 조직의 감소로 인해 작은기도의 벽과 관련된 탄성 반동의 손실은 주로 폐기종에서 분명합니다. 작은 말초기도의 벽에 연골이 없으면 탄성 반동이 더 많이 손실됩니다.COPD 환자는 일회 호흡 중에 생성되는 호기 흐름이 해당 볼륨에서 생성 할 수있는 최대 가능한 흐름을 나타낼 때 흐름이 제한된다고합니다. 흐름이 제한된 환자의 경우 자발적 호흡 중 폐 비우기에 사용할 수있는 시간 (호기 시간)은 종종 호 기말 폐 부피 (EELV)가 자연 이완 부피로 감소 할 수 있도록 충분하지 않습니다. 이로 인해 폐과 팽창이 발생합니다.
3.2. 하이퍼 인플레이션
탄력 반동의 손실, 특히 폐기종의 경우 COPD 환자가 “더 높은 수준”으로 호흡한다는 사실은 기능 테스트에서 기능 잔류 용량 (FRC)을 보여줍니다. 기도를 개방 상태로 유지하고 조기 폐쇄시 공기 덫이 폐과 팽창의 모든 측면을 유지하기 위해 예상치를 초과합니다.
정상 환자에서 호기 말기 폐 부피는 호흡기의 이완 부피와 비슷합니다. 그러나 기류가 막힌 환자의 경우 호 기말 폐 부피가 예상 FRC를 초과 할 수 있습니다. 실제로 환자가 정적 평형 부피에 도달하기 전에 다음 흡기 노력에 의해 폐 비우기가 느려지고 호기가 중단됩니다. 동적 하이퍼 인플레이션이라고하며 VT, 호기 시간, 저항 및 컴플라이언스의 영향을받습니다. 내재적 호 기말 기말 압력 (auto-PEEP)이라고도하며 1972 년 Bergman에 의해 처음 설명되었습니다. d Johnson et al. 1975 년에 호기 말기의 양의 폐 내압을 나타냅니다. 자동 PEEP의 존재는 흡기 흐름이 시작되기 전에 흡기 근육이 먼저 폐와 흉벽의 결합 된 내부 반동을 극복해야 함을 의미합니다. 따라서 auto-PEEP는 본질적으로 흡기 역치 부하로 작용하며 임상 적으로 안정하지만과 팽창 된 COPD 환자에서 조용히 쉬는 동안 6–9 cmH2O 정도까지 측정되었습니다.
심각한 기류 막힘 에피소드 동안 증가 된 호기 노력은 호기 기류를 개선하지 않고 단순히 폐포 압력을 높입니다. 일회 호흡량 (VT)이 증가하거나 높은 호흡률로 인해 호기 시간이 짧은 경우, 폐는 호흡 사이의 일반적인 휴식 평형으로 수축 할 수 없습니다. 폐포 압력과 폐 부피의 증가는 폐의 동적 상태에 영향을 미치는 여러 가지 사건을 초래합니다. 호흡은 총 폐활량 근처에서 발생합니다. COPD 환자의 악화 중 조수 호흡은 동적과 팽창의 결과로 전체 폐 용량에 가깝게 위쪽으로 이동 될 수 있습니다.
초 인플레이션은 횡경막의 기능에 해로운 영향을 미쳐 호흡 작업을 증가시킵니다. 우선, 다이어프램이 평평한 위치로 옮겨져 다이어프램과 복벽 사이의 부착 영역이 감소합니다. 둘째, 편평한 횡격막의 근육 섬유는 더 짧고 경 폐압을 압도하는 흡기 압을 생성 할 능력이 적습니다. 과 팽창 된 폐 내의 양압은 평균 흉부 내압을 높이고 흡기 근육이 휴지기 폐 부피보다 더 높게 작동하게합니다. COPD 환자에서 횡격막의 근절 길이는 더 짧으며 TLC 및 RV에 간접적으로 비례합니다. 이 조정은 “더 높은 폐 용적”에서 힘을 생성하는 횡경막의 기능을 향상시킵니다. 이완시 이상적인 흡기 근 길이는 잔존 량 (RV) 수준에 가까운 것으로 간주되지만, COPD 환자의 경우 초 인플레이션으로 인해 근섬유의 길이가 더 짧아지고 상대적인 비율이 증가합니다. 느린 경련과 피로 저항력이 있고 미토콘드리아 농도의 증가와 산화 능력을 향상시키는 전자 수송 사슬의 효율성이 증가하는 유형 I 섬유의 다른 구조적 적응은 만성 내재적 기계적 부하에 대한 다른 구조적 적응입니다. 호흡 근육 기능을 더욱 손상시켜 횡경막을 더 약하게 만드는 상당한 기계적 단점을 희생하여 훨씬 더 감소합니다.
환기 근육은 휴식을 취하는 동안 힘 생성 능력을 보존하기 위해 부분적으로 만성과 팽창에 적응합니다. COPD가 악화되는 동안 이러한 적응은 압도 될 수 있습니다. 경직된 흡기 근육은 증가 된 탄성 하중을 받게되며, 이는 주어진 볼륨 변화에 더 많은 노력이 필요함을 의미합니다. 급성 동적 하이퍼 인플레이션은 흡기 근육, 특히 횡격막을 더욱 단축시키고 기능적 근육 약화를 유발합니다. 산화 스트레스에 노출되고 프로테아제의 국소 활성화는 흡기 부하가 증가하는 기간 동안 횡격막 손상을 일으키고 흡기 근육 기능 장애를 초래할 수 있습니다.흡기 근육의 부하 증가와 기능적 약화의 순 효과는 일회 호흡에 필요한 노력이 환자가 폐 용적에서 개발할 수있는 가능한 최대 노력의 상대적으로 높은 부분을 나타낸다는 것입니다.
4 . 폐 컴플라이언스
호흡기 시스템은 공기가기도로 이동하도록 필요한 압력 차이를 전체 시스템에 공급하는 호흡 근육의 기능에 대한 탄성 특성을 소유합니다. 호흡기 시스템 및 구성 부품의 정적 기계적 특성은 해당 압력-체적 (P-V) 관계를 결정하여 연구됩니다. 체적이 잔류 체적 (RV)에서 총 폐 용량 (TLC)으로 점진적으로 변경되고 다시 되돌아 가면서 얻은 P-V 곡선은 루프입니다. 인플레이션과 수축 사이의 폐 단위의 변화뿐만 아니라 폐와 흉벽의 탄성 특성이 이러한 루프의 존재를 담당합니다. 폐 탄력성은 정적 체적 압력 곡선으로 표시됩니다. P-V 곡선이 비선형이라는 사실은 사실상 폐 부피가 증가함에 따라 탄성 요소가 팽창 한계에 접근한다는 것을 의미합니다.
COPD에서, 호 기말 폐 용적 (EELV)의 추가 증가와 동일한 휴식 및 동적 하이퍼 인플레이션으로 인해 운동 일회 호흡량 (VT)이 탄성 부하가 증가하는 호흡기 계통의 PV 곡선. COPD에서 VT를 추가로 확장하는 능력이 감소하므로 흡기 예비 부피 (IRV)가 감소합니다. 건강과는 대조적으로, COPD가 과도하게 팽창 된 환자의 폐와 흉벽의 결합 된 반동 압력은 휴식과 운동 모두에서 안쪽으로 향합니다. 이로 인해 호흡 근육에 흡기 역치 부하가 발생합니다 (그림 1). 폐내 압력은 0으로 돌아 가지 않으며, 이러한 방식으로 흡기 근육에 추가 부하를 부과하는 자동 PEEP를 나타냅니다. 후속 호흡주기 동안 흡기 흐름을 생성하려면 auto-PEEP를 극복해야합니다.
(a)
(b)
(a)
(b)
폐의 정적 컴플라이언스 (C)는 경 폐압의 단위 변화 당 폐 부피의 변화입니다. 즉, 폐의 공기량의 주어진 변화에 영향을 미치는 데 필요한 폐포 내부와 폐의 흉막 표면 사이의 압력 차이 : 컴플라이언스는 어디에 있고, 폐 부피의 변화이며, 변화는 경 폐압에서.
엄격히 말하면 경 폐압은 기관의 압력에서 흉막 내압을 뺀 것과 같습니다. 따라서 전체 폐에 걸친 압력 차이입니다. 그러나 폐포의 압력은 각 정상 호흡의 시작 또는 끝에서기도 (기관 포함)의 압력과 동일합니다. 즉, 호 기말 또는 흡기 말 폐포 압력은 0cm H2O입니다. 따라서 각 폐 팽창의 시작 또는 끝에서 폐포 팽창 압력을 경 폐압이라고 할 수 있습니다.
0 압 (0cm H2O)에 해당하는 부피는 휴지 부피입니다. 호흡기, 구강 수준의 압력은 0cm H2O입니다. 이것은기도에 기류가없고 폐활량 검사를 수행 할 때 구강 수준의 압력이기도 및 폐포 압력 (0cm H2O)과 같은 기능적 잔류 용량 (FRC) 수준입니다. P-V 곡선에서 점 0으로부터의 수평 거리는 전체 호흡기 시스템 ()의 탄성 압력을 나타냅니다. 이는 FRC보다 음수이고 FRC 수준보다 양수입니다 (그림 2).구강 수준의 압력과 대기압의 압력 차이는 호흡주기 동안 호흡기를 확장하는 데 필요한 압력을 나타냅니다.
루프 형 PV 곡선은 사실상 폐 부피가 증가함에 따라 탄성 요소가 팽창 한계에 접근하고 경 폐압의 주어진 변화가 점점 더 작은 증가를 생성 함을 의미합니다. 폐 용적. 결과적으로 폐의 순응도는 높은 폐 용적에서 가장 적고 잔여 용적 (RV)에 접근할수록 최대입니다. 높은 순응도의 폐는 둘 다 동일한 경 폐압 증가에 노출 될 때 낮은 순응도 중 하나보다 더 크게 확장됩니다. 총 폐 용량에 대한과 팽창 및 조수 호흡은 호흡계가 순응도 곡선의 더 평평한 부분에서 작동하도록 강제합니다. 여기서 점진적인 압력 증가는 더 작은 증분 부피 변화를 생성합니다.
폐 순응도는 일반적으로 정적으로 측정됩니다. 폐는 고정되어 있습니다. 폐가 분명히 정지되어있을 때 흡기 및 호기 말기의 폐 부피 및 식도 압력을 측정하여 정상 일회 호흡 중 추정 된 팽창성은 결과적으로 동적 순응이라고하는 지표를 갖습니다. 건강한 폐를 가진 피험자에서 두 측정 값은 유사한 결과를 산출합니다.
폐의 압력-체적 곡선은기도와 폐 주변의 압력을 추정해야하므로 식도 압력을 측정하여 얻을 수 있습니다. 카테터 끝에있는 작은 풍선이 코나 입을 통해 아래로 전달되고 환자가 총 폐 용량 (TLC)에서 RV까지 1 리터 씩 숨을 내쉴 때 입과 식도 압력의 차이가 기록됩니다.
정적 폐 순응도 (폐기종 포함)에 영향을 미치는 일부 요인은 표 1에 나열되어 있습니다.
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5. P-V 곡선 및 폐기종
COPD의 P-V 관계를 설명하는 대부분의 초기 연구는 폐기종의 심각성을 진단하고 확립하기 위해 수행되었습니다. 그러나 CT는 방법으로 더 편리했습니다. 대부분의 초기 연구는 자발적으로 호흡하는 COPD 피험자를 대상으로 수행되었습니다.
Gibson et al. COPD 환자에서 인자가 증가한다는 것을 발견했습니다. 이 인자는 지수 적합의 오목 함을 설명하며 폐 부피와 무관합니다. 따라서 증가는 곡선이 위치에 관계없이 압력 축 방향으로 오목 함을 의미합니다. 이것은 정상 폐와 폐기종 폐를 연구하는 Greaves와 Colebatch의 연구에 의해 확인되었습니다. 그들은 폐기종이 존재할 때 연령에 대한 평균 예측 값보다 2 표준 편차 이상 증가한다는 것을 발견했습니다. 그들은 또한 평균 폐포 크기와 사이의 직접적인 관계를 발견했습니다. Osborne et al. 폐 절제술을받은 폐기종에서 평균 폐포 크기와의 관계를 연구했습니다. 그들은기도 폐쇄로 인해 곡선 모양에 대한 넓은 공기 공간의 기여가 손실 될 때까지 COPD의 중증도와 상관 관계가 있음을 발견했습니다.
폐 폐기종과 같은 폐쇄성 폐 질환에서 순응도가 증가하고 천식 및 만성 기관지염에서 약간.폐기종에서는 탄성 반동이 감소하고 P-V 곡선이 위아래로 이동합니다. 이것은 폐포 벽 파괴의 결과로 탄성 조직의 손실 때문입니다. 그러나 폐기종이없는 만성 기관지염에서는 실질의 영향을 최소화하기 때문에 P-V 곡선이 정상일 수 있습니다.
실제로 순응도 측정과 그 결과는 임상 적 가치가 제한적입니다. 앞서 언급했듯이 결과 곡선은 비선형이며 컴플라이언스 값은 압력 변화에 따라 측정됩니다. TLC에 근접한 FRC 수준 이상의 측정은 폐 실질의 콜라겐 섬유로 인해 낮은 순응도 값과 증가 된 폐 경직도를 보여 주며 이는 폐 팽창에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 순응도 측정은 FRC 수준에 가깝게 수행해야합니다. 그렇지 않으면 TLC 및 RV 수준에 가깝게 결과는 임상 적 가치가 제한적입니다.
임상 경험에 따르면 COPD 환자는 수십 년에 걸쳐 발생하는 교활한 과정임을 나타냅니다. RV는기도 폐쇄 증가를 반영하여 증가하는 첫 번째 체적 구성 요소 인 것으로 보입니다. EELV는 그 후 EFL의 효과와 폐 역학의 변화를 반영하여 증가하며, 결국 TLC는 폐 순응도가 증가함에 따라 증가합니다. 그러나 다양한 체적 구획의 변화 시간 경과는 환자마다 매우 다양 할 수 있습니다.
P-V 곡선은 호흡주기, 즉 흡기 및 호기 동안 다른 구성을 보여줍니다. 이 현상을 히스테리시스라고하며 탄성 구조의 특성입니다. 구성의 차이는 작은 원위기도를 열기 위해 영감을받는 동안 RV (작은 폐 용적)에 가까운 압력이 필요하다는 사실로 인해 발생합니다. 더 많은 폐 부피에서 히스테리시스 현상은 아마도 실질의 탄성 섬유의 저항 때문일 수 있습니다.
6. 결론
만성 폐쇄성 폐 질환에서 폐에 대한 정적 및 동적 연구는 질병의 병리학 적 측면에 따라 다릅니다. 폐의 탄성 반동의 손실은 폐포 내부와 폐 흉막 표면 사이의 압력 차이, 즉 경 폐압에 영향을 미칩니다. 결과적으로 폐기종 폐와 같이 순응도가 높은 폐는 둘 다 동일한 경 폐압 상승에 노출 될 때 순응도가 낮은 폐보다 더 크게 확장됩니다.