Rezumat

Boala pulmonară obstructivă cronică, și anume emfizemul pulmonar și bronșita cronică, este un răspuns inflamator cronic al căilor respiratorii la particule nocive sau gaze, cu modificări patologice și fiziopatologice rezultate în plămâni. Principalele aspecte fiziopatologice ale bolii sunt obstrucția fluxului de aer și hiperinflația. Proprietățile mecanice ale sistemului respirator și ale componentelor sale sunt studiate prin determinarea relațiilor corespunzătoare volum-presiune (P-V). Consecințele răspunsului inflamator asupra structurii și funcției pulmonare sunt descrise pe relațiile volum-presiune.

1. Introducere

Boala pulmonară obstructivă cronică (BPOC), o boală obișnuită care poate fi prevenită și tratată, se caracterizează printr-o limitare persistentă a fluxului de aer care este de obicei progresivă și asociată cu un răspuns inflamator cronic îmbunătățit în căile respiratorii și plămânul la particulele nocive sau gaze. Limitarea căilor respiratorii este atribuită a trei mecanisme diferite: (1) bloc parțial al lumenului (de exemplu, datorită producției excesive de mucoase care formează dopuri semisolide), (2) îngroșarea peretelui căilor respiratorii, care apare din cauza edemului sau hipertrofiei musculare și 3) anomalie a țesutului care înconjoară căile respiratorii (distrugerea parenchimului și îngustarea căilor respiratorii datorită pierderii tracțiunii radiale). Ambele entități ale BPOC, și anume, bronșita cronică și emfizemul, se caracterizează prin mecanismele anterioare. Bronșita cronică se caracterizează prin blocarea parțială a îngroșării lumenului și a pereților căilor respiratorii, în timp ce emfizemul prin pierderea radială a tracțiunii.

Cel mai frecvent factor de risc pentru BPOC la nivel global este fumul de țigară. Fumătorii de țigări prezintă o prevalență mai mare a simptomelor respiratorii și a anomaliilor funcției pulmonare decât nefumătorii. În consecință, rata anuală de scădere a FEV1 este mai mare decât scăderea așteptată a FEV1 cu scăderea vârstei. Expunerea pasivă la fum este, de asemenea, un aspect important al bolii. Ar trebui să luăm în considerare expunerile ocupaționale, inclusiv praful organic și anorganic, agenții chimici și fumurile și, desigur, poluarea interioară din biomasă în timpul gătitului și încălzirii în case slab ventilate.

2. Patologia BPOC

Modificările patologice se găsesc în căile respiratorii mari și mici, în parenchim și în vasculatura pulmonară, rezultate din leziuni și reparații repetate. Răspunsul inflamator poate fi determinat genetic sau poate fi cauzat de particule nocive, cum ar fi fumul de țigară. Cu toate acestea, unii pacienți dezvoltă BPOC fără expunere la fumul de țigară. Stresul oxidativ și dezechilibrul dintre proteaze și antiproteaze, care au un rol în protecția țesutului conjunctiv împotriva descompunerii, amplifică răspunsul inflamator al bolii. Răspunsul inflamator este agravat de celulele inflamatorii limfocite Tc1 citotoxice CD8 + și de mediatorii inflamatori (factori chimiotactici, citokine proinflamatorii și factori de creștere).

Un scenariu aflat în explorare experimentală expune un model atractiv pentru inițierea inflamației, cuprinzând deteriorarea ADN oxidativ a LEBC și răspunsul imun al gazdei. Conform acestui fapt, particulele nocive induc leziuni ADN oxidative ale celulelor bariere epiteliale pulmonare (LEBC), iar mutațiile dobândite sunt exprimate la nivelul ADN microsatelit al LEBC. LEBC-urile modificate sunt recunoscute de către celulele dendritice (DC) ca DC „nonself” călătoresc cu noile informații către ganglionii limfatici, prezentându-le limfocitelor T naive și după aceea apare o proliferare predominantă a limfocitelor T citotoxice CD8 +. CD8 + T limfocitele eliberează perforină și granzime și atrag LEBC modificate, activând cascadele de moarte celulară.

3. Aspecte fiziopatologice în BPOC

3.1. Obstrucție a fluxului de aer

Flux de aer în timpul expirației este rezultatul echilibrului dintre reculul elastic al plămânilor favorizând fluxul și rezistența căilor respiratorii care limitează fluxul. Factorii care conduc la obstrucția lumenului și rezistența crescută, cu consecința limitării fluxului, sunt prezența secreții, tonusul crescut al mușchiului neted bronșic, hipertrofia glandelor submucoase și proeminența către partea internă a lumenului părții dorsale a traheei în timpul expirației. Acești factori sunt implicați în fluxul de aer bstrucție datorită diferenței mari dintre presiunea intraluminală și presiunea din împrejurimi. Pierderea reculului elastic în ceea ce privește peretele căilor respiratorii mici, datorită reducerii țesutului elastic din parenchimul pulmonar, este evidentă în special în emfizem. Absența cartilajului în peretele căilor respiratorii periferice mici contribuie și mai mult la pierderea reculului elastic.Se spune că pacienții cu BPOC sunt debit limitat atunci când fluxul expirator pe care îl generează în timpul respirației mareelor reprezintă debitul maxim posibil pe care îl pot genera la acel volum. La pacienții cu flux limitat, timpul disponibil pentru golirea plămânilor (timpul expirator) în timpul respirației spontane este adesea insuficient pentru a permite ca volumul pulmonar expirator final (EELV) să scadă până la volumul său natural de relaxare. Acest lucru duce la hiperinflația pulmonară.

3.2. Hiperinflație

Pierderea reculului elastic, în special în cazul emfizemului, faptul că pacientul cu BPOC respiră „un nivel mai ridicat” ceea ce înseamnă că testele funcționale arată o capacitate reziduală funcțională (FRC) care depășește cea prevăzută, pentru a menține căile respiratorii deschise și captarea aerului în timpul închiderii premature sunt toate aspectele hiperinflației pulmonare.

La subiecții normali, volumul pulmonar la expirarea finală aproximează volumul de relaxare al sistemului respirator Cu toate acestea, la pacienții cu obstrucție a fluxului de aer, volumul pulmonar expirator final poate depăși FRC prevăzut. Într-adevăr, golirea pulmonară este încetinită și expirarea este întreruptă de următorul efort inspirator, înainte ca pacientul să atingă volumul de echilibru static. denumită hiperinflație dinamică și este afectată de TV, timp expirator, rezistență și complianță. Se mai numește presiune intrinsecă pozitivă expiratorie finală (auto-PEEP) și a fost descrisă pentru prima dată de Bergman în 1972. d Johnson și colab. în 1975 și reprezintă presiunea intrapulmonară pozitivă la sfârșitul expirării. Prezența auto-PEEP înseamnă că mușchii inspiratori trebuie să depășească mai întâi reculul interior combinat al plămânului și al peretelui toracic înainte ca fluxul inspirator să poată fi inițiat. Astfel, auto-PEEP acționează în esență ca o sarcină de prag inspirator și a fost măsurată până la 6-9 cmH2O în timpul respirației liniștite în repaus la pacienții BPOC clinic stabili, dar hiperinflați.

În timpul episoadelor severe de obstrucție a fluxului de aer, eforturile expiratorii crescute pur și simplu cresc presiunea alveolară fără a îmbunătăți fluxul de aer expirator. Când volumul mareelor (VT) este crescut sau timpul expirator este scurt din cauza unei frecvențe respiratorii ridicate, plămânul nu se poate dezumfla la echilibrul obișnuit de odihnă dintre respirații. Această creștere a presiunii alveolare și a volumului pulmonar are ca rezultat mai multe evenimente care afectează starea dinamică a plămânului. Respirația are loc aproape de capacitatea pulmonară totală. Respirația mareică în timpul unei exacerbări la un pacient cu BPOC poate fi deplasată în sus aproape de capacitatea pulmonară totală ca o consecință a hiperinflației dinamice.

Hiperinflația are efecte dăunătoare asupra funcției diafragmei care mărește activitatea respirației. În primul rând, diafragma este deplasată într-o poziție aplatizată, ceea ce duce la scăderea zonei de apoziție între diafragmă și peretele abdominal. În al doilea rând, fibrele musculare ale diafragmei aplatizate sunt mai scurte și sunt mai puțin capabile să genereze presiuni inspiratorii care vor copleși presiunea transpulmonară. Presiunea pozitivă din plămânul hiperinflat crește presiunea intratoracică medie și determină mușchii inspiratori să opereze la un volum pulmonar mai mare decât cel odihnitor. Lungimea sarcomerului diafragmei la pacienții cu BPOC este mai scurtă și indirect proporțională cu TLC și RV. Această ajustare îmbunătățește capacitatea diafragmei de a genera forța în „volume pulmonare mai mari”. Lungimea ideală a mușchilor inspiratori în timpul relaxării este considerată a fi aproape de nivelul volumului rezidual (RV). La pacienții cu BPOC, totuși, din cauza hiperinflației, lungimea fibrelor musculare este chiar mai scurtă. În plus, o creștere a proporției relative din fibrele de tip I care sunt rezistente la contracție și la oboseală și o creștere a concentrației mitocondriale și a eficienței lanțului de transport al electronilor care îmbunătățește capacitatea oxidativă sunt alte adaptări structurale la încărcarea mecanică intrinsecă cronică. Ca urmare, forța de dezvoltare produsă de mușchi este chiar mai redus în detrimentul unui dezavantaj mecanic considerabil care afectează și mai mult funcția musculară respiratorie, făcând astfel diafragma mai slabă. În timpul exacerbărilor BPOC, aceste adaptări pot deveni copleșite mușchii inspiratori înrăiți sunt supuși unei încărcări elastice crescute, ceea ce înseamnă că necesită un efort mai mare pentru o schimbare dată de volum. Hiperinflația dinamică acută scurtează și mai mult mușchii inspiratori, în special diafragma și provoacă slăbiciune musculară funcțională. Expunerea la stres oxidativ și activarea locală a proteazelor pot duce, de asemenea, la leziuni diafragmatice în perioadele de încărcare inspiratorie crescută și pot duce la disfuncții musculare inspiratorii.Efectul net al acestei încărcări crescute și al slăbiciunii funcționale a mușchilor inspiratori este că efortul necesar pentru inspirația mareelor reprezintă o fracțiune relativ mare din efortul maxim posibil pe care pacientul îl poate dezvolta la acel volum pulmonar.

4 . Respectarea plămânilor

Sistemul respirator deține proprietatea sa elastică asupra funcției mușchilor respiratori, care alimentează întregul sistem cu diferența de presiune necesară, astfel încât aerul să se deplaseze în căile respiratorii. Proprietățile mecanice statice ale sistemului respirator și ale componentelor sale sunt studiate prin determinarea relațiilor corespunzătoare presiune-volum (P-V). Curbele P-V care se obțin pe măsură ce volumul se schimbă în trepte progresive de la volumul rezidual (RV) la capacitatea pulmonară totală (TLC) și înapoi sunt bucle. Proprietățile elastice ale plămânului și ale peretelui toracic, precum și modificările unităților pulmonare între umflare și deflație sunt responsabile pentru prezența acestor bucle. Elasticitatea pulmonară este reprezentată de curba statică volum-presiune. Faptul că curba P-V este neliniar practic înseamnă că odată cu creșterea volumului pulmonar, elementele elastice se apropie de limitele lor de distensibilitate.

În BPOC, din cauza hiperinflației în repaus și dinamică, care este egală cu o creștere suplimentară a volumului pulmonar expirator final (EELV), volumul mareelor de exercițiu (VT) intră în extremitatea alineară superioară a curba PV a sistemului respirator unde există o încărcare elastică crescută. În BPOC, capacitatea de a extinde în continuare TV este redusă, astfel încât volumul de rezervă inspirator (IRV) este redus. Spre deosebire de starea de sănătate, presiunea combinată de retragere a plămânilor și a peretelui toracic la pacienții hiperinflați cu BPOC este direcționată spre interior atât în timpul odihnei, cât și al exercițiului. Acest lucru are ca rezultat o sarcină de prag inspirator asupra mușchilor respiratori (Figura 1). Presiunile intra-pulmonare nu revin la zero, reprezentând astfel auto-PEEP care impune o sarcină suplimentară mușchilor inspiratori. În timpul ciclului respirator ulterior, auto-PEEP trebuie depășit pentru a genera un flux inspirator.

(a)

(b)

(a)
(b)

Figura 1

Relațiile presiune-volum (PV) ale sistemului respirator total în (a) normal și (b) boală pulmonară obstructivă cronică (BPOC). Sunt prezentate curbele T-P în timpul odihnei și în timpul exercițiului. La persoanele cu BPOC, există o resetare a volumului de relaxare al sistemului respirator la un nivel mai ridicat decât la persoanele sănătoase. Hiperinflația în BPOC duce la creșterea EELV, RV și la o reducere corespunzătoare a IRV, în comparație cu starea normală. Spre deosebire de plămânul normal, presiunea combinată de retragere a plămânilor și a peretelui toracic în hiperinflație este direcționată spre interior în timpul odihnei și în timpul exercițiului. Acest lucru are ca rezultat încărcarea pragului de inspirație pe mușchii inspiratori cu scăderea consecutivă a zonei de apoziție (prezentată în curba P-V (b) în timpul odihnei și exercițiului). EELV: volum pulmonar expirator final, RV: volum rezidual, IRV: volum de rezervă inspirator, TLC: capacitate pulmonară totală. De la O’Donnell și Laveneziana.

Conformitatea statică (C) a plămânului este modificarea volumului pulmonar pe unitate de modificare a presiunii transpulmonare; adică diferența de presiune dintre interiorul alveolelor și suprafața pleurală a plămânilor necesară pentru a afecta o anumită modificare a volumului de aer din plămâni: unde este conformitatea, este modificarea volumului pulmonar și este modificarea în presiunea transpulmonară.

Strict vorbind, presiunea transpulmonară este egală cu presiunea din trahee minus presiunea intrapleurală. Astfel, este diferența de presiune pe tot plămânul. Cu toate acestea, presiunea din alveole este aceeași cu presiunea din căile respiratorii (inclusiv traheea) la începutul sau la sfârșitul fiecărei respirații normale. Adică, presiunea alveolară expiratorie sau de inspirație finală este de 0 cm H2O. Prin urmare, la începutul sau la sfârșitul fiecărei inflații pulmonare, presiunea alveolară distensivă poate fi denumită presiune transpulmonară.

Volumul care corespunde presiunii zero (0 cm H2O) este volumul de repaus al sistemul respirator, unde presiunea la nivelul gurii este de 0 cm H2O. Acesta este nivelul capacității reziduale funcționale (FRC) în care nu există flux de aer în căile respiratorii și presiunea la nivelul gurii atunci când se efectuează studii spirometrice este egală cu căile respiratorii și presiunea alveolară (0 cm H2O). În curba P-V, distanța orizontală de la punctul 0 reprezintă presiunea elastică a întregului sistem respirator (), care este negativă sub FRC și pozitivă peste nivelul FRC (Figura 2).Diferența de presiune dintre presiunea la nivelul gurii și presiunea atmosferică reprezintă presiunea necesară pentru a extinde sistemul respirator în timpul ciclului respirator.

Figura 2

Curba PV cvasistatică a sistemului respirator, cu o spirogramă care arată subdiviziuni ale volumului pulmonar . ERV: volum de rezervă expirator, IC: capacitate inspiratorie, VC: capacitate vitală. Adaptat de la Agostini și Hyatt.

Curba PV în buclă înseamnă practic că pe măsură ce volumul pulmonar crește, elementele elastice se apropie de limitele lor de distensibilitate și o modificare dată a presiunii transpulmonare produce creșteri din ce în ce mai mici în volum pulmonar. Ca rezultat, conformitatea plămânului este cea mai mică la volume pulmonare ridicate și cea mai mare pe măsură ce se apropie volumul rezidual (RV). Un plămân cu respectare ridicată se extinde la o extindere mai mare decât unul cu complianță mai mică atunci când ambii sunt expuși aceleiași creșteri a presiunii transpulmonare. Hiperinflația și respirația mareică către capacitatea pulmonară totală forțează sistemul respirator să funcționeze pe partea mai plată a curbei de conformitate, unde creșterea progresivă a presiunii generează modificări ale volumului incremental mai mici.

Complianța pulmonară este măsurată în mod normal ca statică, atunci când plămânii sunt staționari. Distensibilitatea estimată în timpul respirației normale a mareelor din măsurători ale volumului pulmonar și a presiunii esofagiene efectuate la sfârșitul inspirației și expirației atunci când plămânii sunt aparent staționari are ca rezultat un indice, care se numește complianță dinamică. La subiecții cu plămâni sănătoși, cele două măsurători dau rezultate similare.

Deoarece curba presiunii-volum a plămânului necesită estimarea presiunilor în căile respiratorii și în jurul plămânului, aceasta poate fi obținută prin măsurarea presiunii esofagiene. Un mic balon la capătul cateterului este transmis în jos prin nas sau gură, iar diferența dintre gură și presiunile esofagiene este înregistrată pe măsură ce pacientul expiră în trepte de 1 litru de la capacitatea pulmonară totală (TLC) la VD.

Unii factori care influențează complianța statică a plămânilor (inclusiv emfizemul) sunt enumerați în Tabelul 1.

5. Curba P-V și Emfizem

Majoritatea studiilor timpurii care descriu relația P-V în BPOC au fost făcute pentru a diagnostica și a stabili severitatea emfizemului. Cu toate acestea, CT a fost mai convenabilă ca metodă. Majoritatea studiilor timpurii au fost efectuate pe subiecți cu BPOC cu respirație spontană.

Gibson și colab. a constatat că factorul a fost crescut la pacienții cu BPOC. Factorul descrie concavitatea potrivirii exponențiale și este independent de volumul pulmonar. Prin urmare, o creștere înseamnă că curba are concavitate spre axa presiunii, indiferent de poziția sa. Acest lucru a fost confirmat de studiul lui Greaves și Colebatch, care studiază plămânii normali și emfizematoși. Au descoperit că, atunci când emfizemul era prezent, a fost crescut cu mai mult de două abateri standard peste valoarea medie prevăzută pentru vârstă. De asemenea, au găsit o relație directă între dimensiunea alveolară și medie. Osborne și colab. a studiat relația dintre și dimensiunea alveolară medie în emfizematoase supuse rezecției pulmonare. Au descoperit că se corelează cu severitatea BPOC până când s-a pierdut contribuția spațiilor mari de aer la forma curbei din cauza închiderii căilor respiratorii. la un grad minor de bronșită cronică.În emfizem, reculul elastic este scăzut și curba P-V este deplasată în sus și la stânga. Acest lucru se datorează pierderii de țesut elastic ca urmare a distrugerii peretelui alveolar. Cu toate acestea, în bronșita cronică fără emfizem, curba P-V poate fi normală, deoarece parenchimul este minim afectat.

În practică, măsurarea conformității și rezultatul acesteia au o valoare clinică limitată. După cum sa menționat anterior, curba rezultată este neliniară și valoarea conformității este măsurată în funcție de schimbarea presiunii. Măsurarea peste nivelul FRC, apropiindu-se de TLC, arată valori mai mici de conformitate și rigiditate pulmonară crescută datorită fibrelor de colagen din parenchimul pulmonar, care influențează distensia pulmonară în volume mari. Astfel, măsurarea conformității trebuie efectuată aproape de nivelul FRC, în caz contrar, aproape de nivelurile TLC și RV, rezultatele au o valoare clinică limitată.

Istoria naturală a dezvoltării hiperinflației pulmonare în Pacienții cu BPOC conform experienței clinice indică faptul că este un proces insidios care are loc de-a lungul deceniilor. S-ar părea că RV este prima componentă de volum care crește, reflectând o închidere crescută a căilor respiratorii. EELV crește după aceea, reflectând efectele EFL și modificarea mecanicii pulmonare și, în cele din urmă, TLC crește odată cu creșterea conformității pulmonare. Cu toate acestea, este probabil ca evoluția în timp a diferitelor compartimente de volum să fie foarte variabilă la pacienți.

Curba P-V prezintă o configurație diferită în timpul ciclului respirator, adică în timpul inspirației și expirației. Acest fenomen se numește histerezis și este o proprietate a structurilor elastice. Diferența de configurație apare datorită faptului că aproape de RV (volume pulmonare mici) este necesară o presiune suplimentară în timpul inspirației pentru a deschide căile respiratorii mici distale. În volume pulmonare mai mari, fenomenul histerezisului este posibil atribuit rezistenței fibrelor elastice din parenchim.

6. Concluzie

Studiile statice și dinamice ale plămânului în boala pulmonară obstructivă cronică diferă în funcție de aspectele patologice ale bolii. Pierderea reculului elastic al plămânului afectează diferența de presiune dintre interiorul alveolelor și suprafața pleurală a plămânilor, adică presiunea transpulmonară. Ca rezultat, un plămân de înaltă complianță, cum ar fi plămânul emfizematos, se extinde într-o măsură mai mare decât cel de conformitate scăzută, atunci când ambii sunt expuși la aceeași creștere a presiunii transpulmonare.