Podatność płuc i przewlekła obturacyjna choroba płuc
Streszczenie
Przewlekła obturacyjna choroba płuc, a mianowicie rozedma płuc i przewlekłe zapalenie oskrzeli, to przewlekła reakcja zapalna dróg oddechowych na szkodliwe cząsteczki lub gazy, powodując patologiczne i patofizjologiczne zmiany w płucach. Głównymi patofizjologicznymi aspektami choroby są obturacja dróg oddechowych i hiperinflacja. Właściwości mechaniczne układu oddechowego i jego części składowych bada się poprzez określenie odpowiednich zależności objętość-ciśnienie (P-V). Konsekwencje odpowiedzi zapalnej na strukturę i czynność płuc są przedstawione na podstawie relacji objętość-ciśnienie.
1. Wprowadzenie
Przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP), powszechna choroba, której można zapobiegać i którą można leczyć, charakteryzuje się utrzymującym się ograniczeniem przepływu powietrza, które jest zwykle postępujące i wiąże się ze zwiększoną przewlekłą reakcją zapalną dróg oddechowych i płuc na szkodliwe cząsteczki lub gazów. Ograniczenie dróg oddechowych przypisuje się trzem różnym mechanizmom: (1) częściowemu zablokowaniu światła (np. Z powodu nadmiernej produkcji śluzu tworzącej półstałe czopy), (2) pogrubieniu ściany dróg oddechowych, które występuje z powodu obrzęku lub przerostu mięśni oraz ( 3) nieprawidłowości tkanki otaczającej drogi oddechowe (zniszczenie miąższu i zwężenie dróg oddechowych z powodu utraty trakcji promieniowej). Obie jednostki POChP, a mianowicie przewlekłe zapalenie oskrzeli i rozedma, charakteryzują się tymi pierwszymi mechanizmami. Przewlekłe zapalenie oskrzeli charakteryzuje się częściowym zablokowaniem światła i pogrubieniem ścian dróg oddechowych, a rozedmą utratą trakcji promieniowej.
Najczęstszym na świecie czynnikiem ryzyka POChP jest dym papierosowy. Palacze papierosów wykazują większą częstość występowania objawów ze strony układu oddechowego i zaburzeń czynności płuc niż osoby niepalące. W konsekwencji roczne tempo spadku FEV1 jest wyższe niż oczekiwany spadek FEV1 wraz z wiekiem. Ważnym aspektem choroby jest również bierne narażenie na dym. Należy wziąć pod uwagę narażenie zawodowe, w tym pyły organiczne i nieorganiczne, środki chemiczne i opary, a także oczywiście zanieczyszczenie wnętrza biomasą podczas gotowania i ogrzewania w słabo wentylowanych domach.
2. Patologia POChP
Patologiczne zmiany występują w dużych i małych drogach oddechowych, w miąższu i układzie naczyniowym płuc, wynikające z powtarzających się urazów i naprawy. Odpowiedź zapalna może być uwarunkowana genetycznie lub może być spowodowana przez szkodliwe cząsteczki, takie jak dym papierosowy. Jednak u niektórych pacjentów POChP rozwija się bez narażenia na dym papierosowy. Stres oksydacyjny i brak równowagi między proteazami i antyproteazami, które odgrywają rolę w ochronie tkanki łącznej przed rozpadem, wzmacniają odpowiedź zapalną choroby. Odpowiedź zapalną nasilają komórki zapalne limfocyty Tc1 cytotoksyczne CD8 + i mediatory zapalenia (czynniki chemotaktyczne, cytokiny prozapalne i czynniki wzrostu).
Scenariusz, który jest badany eksperymentalnie, ujawnia atrakcyjny model inicjacji zapalenia, obejmujący oksydacyjne uszkodzenie DNA LEBC i odpowiedź immunologiczną gospodarza. W związku z tym szkodliwe cząsteczki wywołują oksydacyjne uszkodzenie DNA komórek nabłonka płucnego (LEBC), a nabyte mutacje ulegają ekspresji na poziomie mikrosatelitarnego DNA LEBC. Zmienione LEBC są rozpoznawane przez komórki dendrytyczne (DC) jako „nie-własne” DC podróżujące z nową informacją do węzłów chłonnych, przekazując ją do naiwnych limfocytów T, po czym następuje dominująca proliferacja cytotoksycznych limfocytów T. CD8 +. limfocyty uwalniają perforynę i granzymy oraz przyciągają zmienione LEBC, aktywując kaskady śmierci komórek.
3. Patofizjologiczne aspekty POChP
3.1. Zablokowanie przepływu powietrza
Przepływ powietrza podczas wydechu jest wynikiem równowagi między sprężystym cofaniem się płuc sprzyjającym przepływowi a oporem dróg oddechowych, który ogranicza przepływ. Czynnikami, które prowadzą do zatykania światła i zwiększonego oporu, w konsekwencji ograniczenia przepływu, jest obecność wydzieliny, zwiększone napięcie mięśni gładkich oskrzeli, przerost gruczołów podśluzówkowych oraz występ w kierunku wewnętrznej części światła grzbietowej części tchawicy podczas wydechu. Czynniki te wpływają na przepływ powietrza o budowa z powodu dużej różnicy między ciśnieniem w świetle światła a ciśnieniem w otoczeniu. Utrata odrzutu sprężystego ściany małych dróg oddechowych, spowodowana redukcją tkanki elastycznej w miąższu płucnym, jest widoczna głównie w przypadku rozedmy płuc. Brak chrząstki w ścianie małych obwodowych dróg oddechowych jeszcze bardziej przyczynia się do utraty sprężystego odrzutu.Mówi się, że pacjenci z POChP mają ograniczony przepływ, gdy przepływ wydechowy, który generują podczas oddychania oddechowego, reprezentuje maksymalny możliwy przepływ, jaki mogą wytworzyć przy tej objętości. U pacjentów z ograniczonym przepływem czas dostępny na opróżnienie płuc (czas wydechu) podczas oddychania spontanicznego jest często niewystarczający, aby umożliwić zmniejszenie końcowo-wydechowej objętości płuc (EELV) do ich naturalnej objętości relaksacyjnej. Prowadzi to do hiperinflacji płuc.
3.2. Hiperinflacja
Utrata odrzutu sprężystego, szczególnie w przypadku rozedmy, fakt, że pacjent z POChP oddycha „na wyższym poziomie”, co oznacza, że testy funkcjonalne wykazują funkcjonalną pojemność resztkową (FRC), która przekracza przewidywaną, w celu utrzymania drożności dróg oddechowych i zatrzymania powietrza podczas przedwczesnego zamknięcia są to wszystkie aspekty hiperinflacji płuc.
U zdrowych osób objętość płuc przy końcowym wydechu jest zbliżona do objętości relaksacyjnej układu oddechowego Jednak u pacjentów z niedrożnością dróg oddechowych końcowo-wydechowa objętość płuc może przekroczyć przewidywaną FRC. Rzeczywiście, opróżnianie płuc jest spowolnione, a wydech zostaje przerwany przez kolejny wysiłek wdechowy, zanim pacjent osiągnie statyczną równowagę objętości. nazywana dynamiczną hiperinflacją, na którą wpływa VT, czas wydechu, opór i podatność. Nazywa się to również dodatnim wewnętrznym ciśnieniem końcowo-wydechowym (auto-PEEP) i po raz pierwszy zostało opisane przez Bergmana w 1972 d Johnson i in. w 1975 roku i przedstawia dodatnie ciśnienie śródpłucne pod koniec wydechu. Obecność auto-PEEP oznacza, że mięśnie wdechowe muszą najpierw przezwyciężyć połączone cofanie się do wewnątrz płuc i ściany klatki piersiowej, zanim można będzie rozpocząć przepływ wdechowy. Tak więc auto-PEEP działa zasadniczo jako obciążenie progowe wdechu i zostało zmierzone na 6–9 cmH2O podczas spokojnego oddechu w spoczynku u stabilnych klinicznie, ale hiperinflowanych pacjentów z POChP.
Podczas ciężkich epizodów obturacji dróg oddechowych wzmożony wysiłek wydechowy po prostu podnosi ciśnienie pęcherzykowe bez poprawy przepływu wydechowego. Kiedy objętość oddechowa (VT) jest zwiększona lub czas wydechu jest krótki z powodu dużej częstości oddechów, płuco nie może opróżnić się do swojej zwykłej równowagi spoczynkowej między oddechami. Ten wzrost ciśnienia pęcherzykowego i objętości płuc powoduje szereg zdarzeń, które wpływają na stan dynamiczny płuc. Oddychanie odbywa się w pobliżu całkowitej pojemności płuc. Oddech oddechowy podczas zaostrzenia u pacjenta z POChP może być przesunięty w górę blisko całkowitej pojemności płuc w wyniku dynamicznej hiperinflacji.
Hiperinflacja ma szkodliwy wpływ na funkcję przepony, zwiększając wysiłek oddechowy. Przede wszystkim przepona zostaje przesunięta do pozycji spłaszczonej, co powoduje zmniejszenie strefy przylegania pomiędzy przeponą a ścianą brzucha. Po drugie, włókna mięśniowe spłaszczonej przepony są krótsze i mniej zdolne do generowania ciśnień wdechowych, które przytłaczają ciśnienie wdechowe. Dodatnie ciśnienie w nadmiernie napompowanych płucach podnosi średnie ciśnienie w klatce piersiowej i powoduje, że mięśnie wdechowe pracują przy większej objętości płuc niż spoczynkowa. Długość sarkomeru przepony u chorych na POChP jest krótsza i pośrednio proporcjonalna do TLC i RV. Ta regulacja poprawia zdolność przepony do generowania siły przy „wyższych objętościach płuc”. Uważa się, że idealna długość mięśni wdechowych podczas relaksacji jest zbliżona do poziomu pozostałej objętości (RV). Jednak u pacjentów z POChP, z powodu hiperinflacji, długość włókien mięśniowych jest jeszcze krótsza. Ponadto wzrost proporcji względnej włókien typu I, które są wolnokurczliwe i odporne na zmęczenie oraz wzrost koncentracji mitochondriów i wydajności łańcucha transportu elektronów, co poprawia zdolności oksydacyjne, to inne adaptacje strukturalne do chronicznego samoistnego obciążenia mechanicznego. W rezultacie rozwijająca się siła wytwarzana przez mięśnie jest jeszcze bardziej zredukowany kosztem znacznej mechanicznej wady, która dodatkowo upośledza funkcję mięśni oddechowych, powodując w ten sposób osłabienie przepony.
Mięśnie wentylacyjne częściowo dostosowują się do przewlekłej hiperinflacji, aby zachować zdolność generowania siły podczas oddychania spoczynkowego Podczas zaostrzeń POChP te adaptacje mogą zostać przytłoczone Odczepione mięśnie wdechowe podlegają zwiększonemu obciążeniu elastycznemu, co oznacza, że wymagają większego wysiłku przy danej zmianie objętości. Ostra dynamiczna hiperinflacja dodatkowo skraca mięśnie wdechowe, zwłaszcza przeponę, i powoduje funkcjonalne osłabienie mięśni. Narażenie na stres oksydacyjny i miejscowa aktywacja proteaz może również skutkować uszkodzeniem przepony w okresach zwiększonego obciążenia wdechowego i skutkować dysfunkcją mięśni wdechowych.Efektem netto tego zwiększonego obciążenia i funkcjonalnego osłabienia mięśni wdechowych jest to, że wysiłek wymagany do wdechu pływowego stanowi stosunkowo dużą część maksymalnego możliwego wysiłku, jaki pacjent może rozwinąć przy tej objętości płuc.
4 . Podatność płuc
Układ oddechowy zawdzięcza swoją elastyczność pracy mięśniom oddechowym, które dostarczają całemu systemowi niezbędną różnicę ciśnień, tak aby powietrze przedostało się do dróg oddechowych. Statyczne właściwości mechaniczne układu oddechowego i jego części składowych są badane poprzez określenie odpowiednich zależności ciśnienie-objętość (P-V). Krzywe P-V, które uzyskuje się, gdy objętość zmienia się stopniowo, od objętości resztkowej (RV) do całkowitej pojemności płuc (TLC) iz powrotem, są pętlami. Za obecność tych pętli odpowiadają elastyczne właściwości płuc i ściany klatki piersiowej, a także zmiany jednostek płuc między inflacją a deflacją. Elastyczność płuc jest przedstawiona za pomocą statycznej krzywej objętość-ciśnienie. Fakt, że krzywa P-V jest nieliniowa praktycznie oznacza, że wraz ze wzrostem objętości płuc elementy sprężyste zbliżają się do granic rozciągliwości.
W POChP, z powodu spoczynkowej i dynamicznej hiperinflacji, która jest równa dalszemu wzrostowi końcowo-wydechowej objętości płuc (EELV), wysiłkowa objętość oddechowa (VT) wkracza w górną krzywa PV układu oddechowego, gdzie występuje zwiększone obciążenie sprężyste. W POChP zdolność do dalszego rozszerzania VT jest zmniejszona, co powoduje zmniejszenie objętości rezerwy wdechowej (IRV). W przeciwieństwie do zdrowia, połączone ciśnienie odrzutu płuc i ściany klatki piersiowej u hiperinflowanych pacjentów z POChP jest skierowane do wewnątrz zarówno podczas odpoczynku, jak i ćwiczeń. Powoduje to obciążenie progowe wdechu na mięśnie oddechowe (ryc. 1). Ciśnienia śródpłucne nie wracają do zera, reprezentując w ten sposób auto-PEEP, który nakłada dodatkowe obciążenie na mięśnie wdechowe. Podczas kolejnego cyklu oddechowego należy pokonać auto-PEEP, aby wygenerować przepływ wdechowy.
(a)
(b)
(a)
(b)
Podatność statyczna (C) płuc to zmiana objętości płuc na jednostkę zmiany ciśnienia wdechowego; to znaczy różnica ciśnień między wnętrzem pęcherzyków płucnych a opłucnową powierzchnią płuc wymagana do wpłynięcia na daną zmianę objętości powietrza w płucach: gdzie jest podatność, jest zmianą objętości płuc i jest zmianą w ciśnieniu przezpłucnym.
Ściśle mówiąc, ciśnienie wdechowe jest równe ciśnieniu w tchawicy minus ciśnienie wewnątrzopłucnowe. Zatem jest to różnica ciśnień w całym płucu. Jednak ciśnienie w pęcherzykach płucnych jest takie samo, jak ciśnienie w drogach oddechowych (w tym w tchawicy) na początku lub na końcu każdego normalnego oddechu. Oznacza to, że końcowo-wydechowe lub końcowo-wdechowe ciśnienie pęcherzykowe wynosi 0 cm H2O. Dlatego na początku lub na końcu każdego napełniania płuc ciśnienie rozszerzania pęcherzyków płucnych można nazwać ciśnieniem wdechowym.
Objętość odpowiadająca ciśnieniu zerowemu (0 cm H2O) jest objętością spoczynkową układ oddechowy, gdzie ciśnienie na poziomie jamy ustnej wynosi 0 cm H2O. Jest to poziom funkcjonalnej pojemności resztkowej (FRC), przy którym nie ma przepływu powietrza w drogach oddechowych, a ciśnienie na poziomie jamy ustnej podczas wykonywania badań spirometrycznych jest równe ciśnieniu w drogach oddechowych i ciśnieniu pęcherzykowemu (0 cm H2O). Na krzywej P-V pozioma odległość od punktu 0 reprezentuje ciśnienie sprężyste całego układu oddechowego (), które jest ujemne poniżej FRC i dodatnie powyżej poziomu FRC (Rysunek 2).Różnica ciśnień między ciśnieniem na poziomie jamy ustnej a ciśnieniem atmosferycznym oznacza ciśnienie potrzebne do rozszerzenia układu oddechowego podczas cyklu oddechowego.
Zapętlona krzywa PV praktycznie oznacza, że wraz ze wzrostem objętości płuc elementy elastyczne zbliżają się do granic rozciągliwości, a dana zmiana ciśnienia wdechowego powoduje coraz mniejsze wzrosty w objętości płuc. W rezultacie podatność płuc jest najmniejsza przy dużych objętościach płuc i największa w miarę zbliżania się do objętości resztkowej (RV). Płuco o dużej podatności rozszerza się w większym stopniu niż płuco o niższej podatności, gdy oba są narażone na ten sam wzrost ciśnienia wdechowego. Hiperinflacja i oddech oddechowy w kierunku całkowitej pojemności płuc zmuszają układ oddechowy do działania w bardziej płaskiej części krzywej podatności, gdzie postępujący wzrost ciśnienia powoduje mniejsze przyrostowe zmiany objętości.
Podatność płuc jest zwykle mierzona jako statyczna, gdy płuca są nieruchome. Rozciągliwość oszacowana podczas normalnego oddechu pływowego na podstawie pomiarów objętości płuc i ciśnienia w przełyku wykonanych pod koniec wdechu i wydechu, gdy płuca są pozornie nieruchome, ma w rezultacie wskaźnik, który nazywa się podatnością dynamiczną. U osób ze zdrowymi płucami oba pomiary dają podobne wyniki.
Ponieważ krzywa ciśnienie-objętość w płucach wymaga oszacowania ciśnień w drogach oddechowych i wokół płuc, można to uzyskać poprzez pomiar ciśnienia w przełyku. Mały balonik na końcu cewnika przepuszcza się przez nos lub usta, a różnicę między ciśnieniem w jamie ustnej a ciśnieniem w przełyku rejestruje się podczas wydechu pacjenta w krokach co 1 litr od całkowitej pojemności płuc (TLC) do RV.
Niektóre czynniki wpływające na statyczną podatność płuc (w tym rozedma) wymieniono w tabeli 1.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Źródło:. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5. Krzywa P-V i rozedma
Większość wczesnych badań opisujących związek P-V w POChP przeprowadzono w celu zdiagnozowania i ustalenia ciężkości rozedmy. Jednak CT była wygodniejsza jako metoda. Większość wczesnych badań przeprowadzono na osobach z POChP oddychających samoistnie.
Gibson i in. stwierdzili, że czynnik ten był podwyższony u pacjentów z POChP. Współczynnik opisuje wklęsłość wykładniczego dopasowania i jest niezależny od objętości płuc. Dlatego wzrost oznacza, że krzywa ma wklęsłość w kierunku osi ciśnienia, bez względu na jej położenie. Zostało to potwierdzone w badaniach Greaves i Colebatch, którzy badali prawidłowe i rozedmowe płuca. Okazało się, że gdy występowała rozedma płuc, zwiększała się o ponad dwa standardowe odchylenia powyżej średniej przewidywanej wartości dla wieku. Odkryli również bezpośredni związek między średnim rozmiarem pęcherzyków płucnych. Osborne i in. badali zależność między średnimi rozmiarami pęcherzyków płucnych u pacjentów z rozedmą płuc poddawanych resekcji. Okazało się, że koreluje z ciężkością POChP, dopóki udział dużych przestrzeni powietrznych w kształcie krzywej nie został utracony z powodu zamknięcia dróg oddechowych.
Podatność jest zwiększona w obturacyjnej chorobie płuc, takiej jak rozedma płuc, rzadziej w astmie i w niewielkim stopniu w przewlekłym zapaleniu oskrzeli.W przypadku rozedmy, sprężysty odrzut jest zmniejszony, a krzywa P-V jest przesunięta w górę i w lewo. Wynika to z utraty elastycznej tkanki w wyniku zniszczenia ściany zębodołu. Jednak w przewlekłym zapaleniu oskrzeli bez rozedmy, krzywa P-V może być prawidłowa, ponieważ miąższ jest minimalnie dotknięty.
W praktyce pomiar podatności i jego wynik ma ograniczoną wartość kliniczną. Jak wspomniano wcześniej, wynikowa krzywa jest nieliniowa, a wartość podatności mierzy się zgodnie ze zmianą ciśnienia. Pomiar powyżej poziomu FRC, zbliżający się do TLC, wykazuje niższe wartości podatności i zwiększoną sztywność płuc z powodu włókien kolagenowych w miąższu płuc, co wpływa na rozdęcie płuc w dużych objętościach. Dlatego pomiar podatności powinien być przeprowadzany blisko poziomu FRC, w przeciwnym razie, blisko poziomów TLC i RV, wyniki mają ograniczoną wartość kliniczną.
Naturalna historia rozwoju hiperinflacji płuc w Pacjenci z POChP zgodnie z doświadczeniem klinicznym wskazują, że jest to podstępny proces, który zachodzi od dziesięcioleci. Wydaje się, że RV jest pierwszym składnikiem objętości, który się zwiększa, odzwierciedlając zwiększone zamknięcie dróg oddechowych. Następnie EELV wzrasta, odzwierciedlając skutki EFL i zmiany w mechanice płuc, a ostatecznie TLC wzrasta wraz ze wzrostem podatności płuc. Jest jednak prawdopodobne, że przebieg zmian w czasie w różnych przedziałach objętościowych jest bardzo zmienny u pacjentów.
Krzywa P-V przedstawia różną konfigurację podczas cyklu oddechowego, to znaczy podczas wdechu i wydechu. Zjawisko to nazywane jest histerezą i jest właściwością struktur sprężystych. Różnica w konfiguracji wynika z faktu, że w pobliżu RV (małe objętości płuc) podczas wdechu wymagane jest dodatkowe ciśnienie, aby otworzyć małe dystalne drogi oddechowe. W przypadku większych objętości płuc zjawisko histerezy jest prawdopodobnie przypisywane oporności włókien elastycznych w miąższu.
6. Wniosek
Statyczne i dynamiczne badania płuc w przewlekłej obturacyjnej chorobie płuc różnią się w zależności od patologicznych aspektów choroby. Utrata odrzutu sprężystego płuc wpływa na różnicę ciśnień między wnętrzem pęcherzyków płucnych a opłucnową powierzchnią płuc, czyli ciśnienie wdechowe. W rezultacie płuco o dużej podatności, podobnie jak płuco z rozedmą płuc, rozszerza się w większym stopniu niż płuco o niskiej podatności, gdy oba są narażone na ten sam wzrost ciśnienia wdechowego.