Patofyziologie dýchacího systému Ústav patologické fyziologie LF MU Respirační systém • kontakt s okolním prostředím • získávání kyslíku • odevzdávání oxidu uhličitého • výměna probíhá v alveolech • vzduch je do nich přiváděn dýchacími cestami = alveolární ventilace • je nutné přivádění a odvádění krve k alveolům = perfuze • výměna plynů = difuze • regulace činnosti respiračního aparátu • centra v mozkovém kmeni • receptory sledující stav vnitřního prostředí Krevní plyny • kyslík (O2) • nutný pro aerobní metabolizmus • jeho spotřeba souvisí s metabolickými nároky • oxid uhličitý (CO2) • vznik při metabolizmu • transport krevních plynů • O2 ve vazbě na hemoglobin • v 1 l arteriální krve je 195 ml O2 • v 1 l smíšené žilní krve je 140 ml O2 • při srdečním výdeji 5 l/min je ve tkáních odevzdáno cca. 275 ml O2 • CO2 ve formě bikarbonátu • parciální tlaky krevních plynů • používají se pro hodnocení krevních plynů v klinické praxi (ne jejich množství) • parciální tlak • podíl na celkovém tlaku směsi plynů, který vyvozuje jeho jedna složka • celkový tlak směsi plynů, jakou je atmosféra nebo vzduch v plicních sklípcích, je roven součtu parciálních tlaků všech složek • při normálním atmosférickém tlaku 101 kPa (při hladině moře) je ve vzduchu parciální tlak kyslíku pO2 asi 21 kPa (v alveolech méně, asi 13 kPa) a parciální tlak oxidu uhličitého pCO2 0,04 kPa Respirační funkce plic • hlavní funkcí plic je oxygenace krve a odstranění CO2 • zajištěno 3 procesy • ventilace = výměna plynů v dýchacím systému • plicní • celková výměna plynů mezi atmosférou a plícemi • alveolární • výměna plynů v příslušné části plic • alveolární ventilace (5250 ml/min) • celková (500 x 15 = 7500) – mrtvý prostor (150 x 15 = 2250) • perfuze = průtok krve plicní kapilární sítí • difuze = pohyb plynů přes alveolo-kapilární mebránu • je ovlivněna • rozdílem tlaků • velikostí povrchu • tloušťkou alveolo-kapilární membrány Ventilačně-perfuzní (ne)rovnováha Rozdělení poruch ventilace • prostá hypoventilace • CNS (úrazy, léky, otravy) • obstrukce horních dýchacích cest • restrikční poruchy • redukce funkčního parenchymu plic nebo omezení dýchacích pohybů • obstrukční poruchy • smíšené Obstrukční a restrikční plicní nemoci • obstrukční • zvýšený odpor proudění vzduchu způsobený obstrukcí dýchacích cest • restrikční • omezená expanze plicního parenchymu a snížená celková kapacita plic • rozlišení pomocí funkčních plicních testů • obstrukce • pokles usilovného výdechového objemu FEV1 a poměru FEV1/FVC • restrikce • současný pokles celkové kapacity plic a FEV1, poměr FEV1/FVC je v normě • hlavní příčiny • poruchy hrudní stěny • chronické intersticiální nemoci Obstrukční nemoci • běžné obstrukční nemoci • chronická bronchitida • emfyzém • astma • bronchiektázie • COPD = bronchitida + emfyzém • často znaky obou • u obou často kouření • COPD u 35 – 50 % těžkých kuřáků • 80 % COPD je způsobeno kouřením • společné pro obstrukční nemoci • omezení průchodnosti, větší odpor • mění ventilační parametry • ventilačně-perfuzní nerovnováha • snížený FEV1 Chronická obstrukční plicní nemoc (COPD) • syndrom s abnormálními výdechovými testy, které progredují a nejsou plně reverzibilní (přes léčbu) • GOLD – Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease • Tiffanyho index < 0.7 • snižuje se s věkem • zohlednění symptomů a FEV1 • spirometrie! • omezení proudění vzduchu • progresivní • abnormální zánětlivá odpověď na škodlivé částice/plyny • z větší části ireverzibilní • kvůli strukturním změnám • epidemiologie • 3. nejčastější příčina úmrtí • častější u mužů • často nediagnostikovaná • mírná obstrukce u 20 % dospělých > 40 let • příčiny/rizikové faktory • kouření • znečištění ovzduší • biomass smoke inhalation • profesionální expozice • infekce dýchacích cest v dětství • genetická predispozice • 4 stadia (GOLD) • mild (FEV1 > 80 %) • moderate (50 – 80 %) • severe (30 – 50 %) • very severe (< 50 %) Patofyziologie COPD • cigaretový kouř • přímé poškození epitelu dýchacích cest • endogenní intracelulární molekuly a DAMP • PRR (TLR2 a 4) • cytokiny (IL-1,8) • makrofágy, neutrofily, dendritické buňky • ROS, proteolytické enzymy • 3 znaky • obstrukční bronchiolitida • emfyzém • hypersekrece hlenu Změny u COPD a její progrese Emfyzém • trvalé zvětšení acinů s destrukcí alveolárních sept bez zjevné fibrózy • změny plicní tkáně • typicky začíná v resp. bronchiolech • primární (1 – 2 %) • deficit α1-antitrypsinu • autozomálně recesivní • homozygoti 70 – 80 % šance • u pacientů pod 40 let a u nekuřáků • sekundární • kouř, znečištění ovzduší • klasifikace • centriacinární • panacinární Patogeneze emfyzému • cigaretový kouř (příp. jiné částice) způsobují poškození a zánět, výsledkem je destrukce parenchymu • hlavní mechanizmy • zánět • epiteliální buňky a makrofágy uvolňují mediátory, které působí • chemotakticky – zapojení zánětlivých buněk z cirkulace • prozánětlivě – amplifikace zánětu • jako růstové faktory – strukturní změny • proteázy/anti-proteázy • proteázy jsou uvolňované zánětlivými a epiteliálními buňkami – odbourávání extracelulární matrix • relativní deficit antiproteáz • oxidační stres • infekce • Neuplatňuje se etiologicky, ale přispívá k progresi nemoci Chronická bronchitida • hypersekrece hlenu a chronický produktivní kašel trvající déle než 3 měsíce v roce min. 2 roky po sobě • etiologie • až 20x vyšší incidence u kuřáků • znečištěné ovzduší • patofyziologie • ↑ hlen, ↑ počet a velikost hlenových žlázek a gobletových buněk • silnější a vazký hlen • bakterie (H. influenzae, S. pneumoniae) • zhoršená ciliární funkce, ↓ clearance hlenu, oslabení obranných mechanizmů • zánět a ztluštění stěny bronchů • edém, zánětlivé buňky • bronchospazmus až permanentní zúžení dýchacích cest • nejprve postiženy velké dýchací cesty • hlen + hypertrofie hladkých svalů → obstrukce, příp. uzavření • air-trapping • hypoventilace, hypoxemie Chronické bronchitida • manifestace • ↓ tolerance námahy • pískot, dyspnoe • produktivní kašel • obstrukce (↓ FEV1) • hypoxemie při námaze • ↑ sputum, infekce • ↓ FVC a FEV1 • ↑ FRC a reziduální objem • ↓ ventilace, ↑ PaCO2 • polycytemie, cyanóza • diagnostika a léčba • plicní testy, krevní plyny • patologické změny jsou ireverzibilní • prevence • léčba • bronchodilatancia • expektorancia Chronická bronchitida vs. emfyzém • pink puffers • převaha emfyzému • kolaps bronchiolů a alveolárních sept • dominuje především mrtvý prostor • dlouho bez respirační insuficience, ale nutné velké dechové úsilí k překonání mrtvého prostoru • deficience α1-antitrypsinu (vrozená či získaná – kouření) • blue bloaters • převaha chronické bronchitidy • obstrukce bronchiolů • dominuje zkrat • parciální, později globální resp. insuficience • dlouho není hyperkapnie – není dechové úsilí • těžká hypoxie – vysoký deoxyHb • většinou kuřáci Systémové manifestace a komorbidity COPD • sdílení rizikových faktorů s chronickými chorobami • př. kouření • ↑ riziko COPD, CVD, rakoviny plic, osteoporózy • nejčastější komorbidity • ICHS, diabetes, osteoporóza • deprese • systémový zánět • cytokiny • TNF-α, IL-6,8 • adipokiny • proteiny akutní fáze Astma • opakující se obstrukce dýchacích cest • reverzibilní • bronchiální hyperreaktivita • zánět • celosvětově 5 – 16 % • zhruba 335 mil. lidí • častější u chlapců a u žen • nejčastěji se objeví v dětství • dědičnost • polygenní • klasifikace • alergické, nealergické • rizikové faktory • rodinný výskyt • expozice alergenu • městské prostředí • znečištění ovzduší • kouření • infekce dýchacích cest • alergická rinitida • hypotéza hygieny Patofyziologie astmatu • zánět • degranulace žírných buněk • IgE nebo iritans • prozánětlivé mediátory • histamin, prostaglandiny, leukotrieny • chemotaktické faktory • infiltrace neutrofily, eozinofily, lymfocyty • zánět vyvolává • bronchospazmus • zvýšená permeabilita cév • edém, vazký mukus • zhoršený mukociliární transport • ztluštění stěny dýchacích cest • zvýšená kontraktilní odpověď bronchiálních hladkých svalů • neléčený zánět • remodelace dýchacích cest • obstrukce dýchacích cest • zvýšený odpor a zpomalení pohybu vzduchu • zhoršený výdech • Hyperinflace, změna dýchací mechaniky • zvýšená práce Manifestace • úplná remise • bez symptomů, dýchací funkce normální • částečná remise • bez symptomů, funkční testy abnormální • slow-onset acute asthma • hodiny až dny, pomalé zhoršování • často po infekcích, zánět dýchacích cest • akutní astmatické ataky • minuty až hodiny s rychlou progresí symptomů • během atak • dyspnoe, zvýšená dechová práce • pískání • arteriální krevní plyny • měření PEF • neproduktivní kašel • prodloužená exspirace • dlouhodobý vliv na kvalitu života • komorbidity • rhinosinusitida, GERD Bronchiektázie • patologická dilatace průdušek (ireverzibilní) spojená s poškozením jejich stěny • doprovázeno zánětlivou reakcí • bronchiektázie je popisný termín, existuje více příčin • jednou z nich je cystická fibróza • závažná infekce (pneumonie) • těžké astma komplikované alergickou reakcí na plísně • chronický produktivní kašel s expektorací většího množství hlenu, hlavně ráno • opakující se respirační infekce • příznaky • kašel • dušnost • bolest na hrudi • únava Obstrukční choroby - souhrn Cystická fibróza • autozomálně recesivní onemocnění • v ČR ročně 20 dětí • porucha transportu chloridů přes membránu epiteliálních buněk • normálně zajišťuje protein CFTR • Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator • exprimován v dýchacích cestách, potních žlázách, slinivce, játrech, střevě • transport chloridů a bikarbonátu z buňky • podmíněna mutací v genu CFTR • více variant, nejčastější je delece fenylalaninu v pozici 508 • tzv. paleolitická mutace • v ČR u 70 % pacientů • dysfunkce až absence CFTR • patogeneze • porucha chloridového kanálu • snížená absorpce NaCl v potních žlázách • vysoká koncentrace chloridů v potu • v ostatních orgánech abnormálně vazký hlen • způsobeno nadměrnou absorpcí sodíku kanálem (ENaC), jehož činnost je za normálních podmínek tlumena CFTR Cystická fibróza • důsledky • plíce • hustý hlen v dýchacích cestách • obstrukce, infekce • destrukce plicní tkáně • pankreas • insuficience zevní sekrece pankreatu • malabsorpce, poruchy výživy • játra • porucha vnitřního prostředí • vysoká koncentrace elektrolytů v potu • pohlavní soustava • klinický obraz je variabilní • klasická forma • atypické formy Restrikční nemoci • společná patogeneze • poškození alveolárního epitelu • zánětlivé a fibrotické změny • postihuje alveoly i intersticium • tuhá plíce, ↓ poddajnost • příznaky • dyspnoe (dušnost), tachypnoe • neproduktivní kašel • povrchové dýchání • ↑ dechová frekvence, ↓ dechový objem • PO2 snížený při zátěži • ↓ FVC Idiopatická plicní fibróza • závažné a nevratné onemocnění nejasné příčiny, které vede k postupnému jizvení plicní tkáně a způsobuje trvalé poškození plic • průběh nemoci • obvykle progredující průběh navzdory léčbě, střední přežití pacientů 2,5–3 roky • někteří pacienti mohou být dlouhodobě stabilní • rizikové faktory • věk • pohlaví (častější u mužů) • kouření • nejčastější příznaky • zhoršující se dušnost • suchý kašel • únava Plicní parametry • statické • TLC – celková kapacita plic • RV – reziduální objem • ERV – expirační rezervní objem • IRV – inspirační rezervní objem • FRC – funkční reziduální kapacita (ERV + RV) • VC – vitální kapacita (TLC – RV) • TV – dechový objem • dynamické • FVC – usilovná vitální kapacita • FEV1 – expirační sekundová kapacita • FEV1/FVC • FEF25-75 % - průměrná rychlost toku ve střední polovině FVC • PEF – vrcholová výdechová rychlost Funkční vyšetření plic • základní • měření vrcholové výdechové rychlosti • spirometrie (screening), křivka průtok- objem • bronchodilatační test • rozšířené • spirometrie, krevní plyny, pulzní oxymetrie • bronchokonstrikční test • speciální • nepřímo měřitelné statické plicní objemy • odpor dýchacích cest • difuzní plicní kapacita • kontraindikace • akutní onemocnění respiračního traktu • neschopnost spolupráce