Respirace - sdílený text

Created by Jiří Kofránek

3. kapitola z učebnice E.Nečas Patologická fyziologie orgánových systémů ćást 1, Karolinum, 2003 Tento text můžete editovat a upravovat Pokud text upravíte (přepíšete, smažete, doplníte) je to pak definitevně změněné pro všechny. Doporučuji proto nejprve toto orgpadovou stránku zkopírovat a dělat nejprve úpravy ve vlastní stránce a pak tyto úpravy postupně zkopírujte do sdíleného textu nebo svou verzi nasdílejte pro ostatní členy týmu.

3 Patofyziologie respiračního aparátu

Respirační aparát ¹ zprostředkovává nepřímý kontakt vnitřního prostředí organismu s atmosférickým vzduchem. Sestává z dýchacích cest, plic, plicní cirkulace, aparátu zajišťujícího plicní ventilaci a z řídicího centra nervového systému včetně systému specifických receptorů.

___

¹Někdy jsou pod pojem „respirační aparát“ řazeny i transportní funkce krve pro kyslík a funkce mitochondrií při tvorbě ATP oxidační forsforylací. Jde o přístup, který směšuje „dýchání makroorganismu“ s „dýcháním tkání a buněk“. Jedná se však o principiálně odlišné fyziologické funkce. Klinický obor zaměřený na respirační onemocnění se zabývá jen patologickými stavy, které narušují „dýchání makroorganismu“. Zde proto chápeme tento pojem z pohledu klinické medicíny jako orgánový systém, který zajišťuje kontakt organismu s atmosférickým vzduchem a výměnu dýchacích plynů mezi vzduchem a krví.

3.1 Fyziologické funkce respiračního aparátu

Na tomto místě jsou připomenuty jen některé principy nezbytné pro vysvětlení syndromů respiračního selhání. Další fyziologické principy jsou obsaženy v podkapitole pojednávající o poruchách mechaniky plicní ventilace (kap. 3.5).

3.1.1 Respirační funkce plic

Respirační funkce plic, zajišťující stálou výměnu kyslíku a oxidu uhličitého mezi zevním a vnitřním prostředím organismu, jsou funkcemi vitálními. Jejich poruchy jsou proto významným zdrojem lidské morbidity a mortality.

3.1.1.1 Změna parciálních tlaků v krvi protékající plícemi

Hlavní cílovou funkcí respiračního aparátu je uskutečnění změny parciálních tlaků krevních plynů v krvi během jejího průchodu plícemi (obr. 3.1). Tato změna parciálních tlaků je automaticky spojena se změnou v obsahu krevních plynů. Při průchodu plícemi se normálně z jednoho litru krve odstraní asi 40 ml CO2 a přijme asi 50 ml O2 (viz obr. 3.1). Primární je však změna parciálních tlaků krevních plynů. Při průchodu krve plicními kapilárami se do ní „přenese“ hodnota parciálního tlaku kyslíku a oxidu uhličitého, která je v plicních alveolech² (obr. 3.2).

Důležitou funkcí respiračního aparátu je proto dosažení a udržování „správných“ hodnot parciálních tlaků krevních plynů v alveolárním vzduchu (pAO2 a pACO2) v jednotlivých částech plic. Respirační aparát toto zajišťuje prakticky nepřerušovaně během celého postnatálního života, včetně těch období, kdy je použit k tvorbě hlasu nebo ke zpěvu³. Pro vyrovnání parciálních tlaků dýchacích plynů mezi alveoly a krví je nezbytné, aby se veškerá krev, která plícemi protéká, dostala do nepřímého kontaktu s alveolárním vzduchem na alveolo-kapilární membráně, a to po dobu dostatečnou pro úplné vyrovnání parciálních tlaků O2 a CO2 mezi alveolárním vzduchem a krví.

___

²Parciální tlaky kyslíku a oxidu uhličitého v alveolárním vzduchu jsou dostačující k tomu, aby se hemoglobin plně saturoval kyslíkem (při paO2 13,3 kPa je SaO2 = 100 %) a množství CO2 rozpuštěného v krvi (tj. koncentrace H2CO3-) odpovídalo pH = 7,4.

___

³Mezilidská komunikace řečí nebo zpěvem jsou činnosti, která závisejí na respiračním aparátu. Patří mezi jeho „nerespirační funkce“. Řeč a zpěv přitom interferují s udržováním homeostázy krevních plynů.

Obr. 3.1

Obr. 3.1 Změna parciálních tlaků krevních plynů v krvi po jejím průchodu plícemi. Vyznačena je také změna obsahu kyslíku v krvi (při 150 g hemoglobinu/litr), která je důsledkem změny parciálního tlaku kyslíku a oxidu uhličitého

Obr. 3.2

Obr. 3.2 Vyrovnání parciálního tlaku kyslíku mezi alveolárním vzduchem a krví protékající stěnou alveolu: A – při dýchání vzduchu, B – při dýchání čistého kyslíku (tučné hodnoty udávají paO2)

3.1.1.2 P licní ventilace

Pro dosažení a udržování správných hodnot pAO2 a pACO2 má klíčový význam plicní alveolární ventilace (VA). Ta je částí celkové plicní ventilace (V), tj. ventilace plicních alveolů a dýchacích cest. Plicní ventilace, a to zvláště přiměřená alveolární ventilace⁴, je proto další „cílovou“ funkcí respiračního aparátu.

Plicní ventilace je výsledkem změn nitrohrudního tlaku vůči tlaku atmosférickému, které vyvolávají dýchací svaly, a mechanických vlastností plic a hrudníku. Tlakové změny musí být takové, aby zajistily výměnu dostatečných objemů vzduchu, tj. aby bylo dosaženo dostatečného dechového objemu (VT), ale současně aby nedošlo k poškození jemné plicní tkáně a dále také aby nedocházelo k nadměrné interferenci tlakových změn uvnitř hrudníku se žilním návratem a diastolickým plněním srdce. V neposlední řadě jde i o to, aby dechová práce vynaložená na plicní ventilaci nebyla nadměrně energeticky náročná. Toto je jistě důležité, protože spolu s činností srdečního svalu je aktivita dýchacích svalů nepřetržitou svalovou činností během celého života.

___

⁴Přiměřená k metabolickému stavu celého organismu, tj. k aktuální produkci CO2 a k aktuální potřebě O2.

3.1.1.3 Průtok krve plícemi

Plíce jsou jediným orgánem, jehož mikrocirkulací protéká při každém oběhu veškerá krev vypuzovaná srdcem. Důležitou funkcí respiračního aparátu je umožnění průtoku krve plícemi, který odpovídá aktuálnímu srdečnímu výdeji (Q = 5–25 l/min), a to při nízkém krevním tlaku. Cévní řečiště proto musí klást průtoku krve malý odpor a tento odpor ještě dále významně snížit při zvýšeném průtoku krve. Průměrná tloušťka tkáně, která odděluje vzduch a krev v plicích, je přitom méně než 2 μm (pro srovnání, průměr erytrocytu je 7,2 μm).

Plicní cévní řečiště se zásadně liší od systémového:

3.1.1.4 Difúze plynů přes alveolo-kapilární membránu

Výměna krevních plynů mezi vzduchem a krví musí dosahovat potřebné intenzity, která odpovídá aktuální spotřebě kyslíku tkáněmi (250–3500 ml/min) a aktuální tvorbě oxidu uhličitého (200–2800 ml/min při respiračním kvocientu 0,8). Difúze těchto dýchacích plynů se uskutečňuje jen v těch oblastech plic, ve kterých přichází do nepřímého kontaktu protékající krev a ventilovaný vzduch a v nichž současně existují rozdíly mezi parciálními tlaky příslušných plynů.

3.1.2 Nerespirační funkce plic

Nerespirační funkce plic zahrnují některé metabolické funkce, např. přeměnu katecholaminů a serotoninu monoamino-oxidázou. Dýchací cesty a plíce musí také poskytovat organismu ochranu před vniknutím infekce a cizorodých dráždivých látek aerogenní cestou. Slouží k tomu funkce epitelu dýchacích cest, imunitní systém spojený s respiračním traktem a obranné dýchací reflexy. K dalším specifickým funkcím patří tvorba hlasu, na které se podílí svaly hrtanu, dále ohřívání a zvlčování vzduchu před vstupem do plic.

Nerespirační funkce plic zahrnují některé metabolické funkce, např. přeměnu katecholaminů a serotoninu monoamino-oxidázou.

 Částečně sem lze řadit i mezilidskou komunikaci hlasem a zpěvem, která spojuje respiraci (ventilaci) s dalšími funkcemi.

3.2 Syndromy respirační insuficience

3.2.1 Definice a klasifikace respirační insuficience

Protože hlavní funkce plic spočívá v dosažení změny parciálních tlaků kyslíku a oxidu uhličitého mezi smíšenou venózní krví a krví arteriální, jsou hlavními kritérii respirační insuficience hodnoty krevních plynů v arteriální krvi: snížení paO2 a eventuálně i zvýšení paCO2 (hyperkapnie). Snížení paO2 je přitom konstantní znak respirační insuficience, zatímco hyperkapnie nemusí být vyjádřena. Nízké paO2 při respiračních onemocněních bývá dokonce často provázeno snížením paCO2, tj. hypokapnií. Protože je snížení paO2 provázeno snížením saturace hemoglobinu kyslíkem, je znakem respirační insuficience také pokles saturace hemoglobinu kyslíkem v arteriální krvi.

!!!začátek petitu!!!

Saturace hemoglobinu kyslíkem v arteriální krvi je méně citlivým ukazatelem respirační insuficience v porovnání s hodnotou paO2, a to zvláště při mírném stupni respirační insuficience. Protože však lze saturaci hemoglobinu kyslíkem v „arteriální krvi“ stanovit s dostatečnou přesností neinvazivně, metodou pulsní oximetrie, mají hodnoty saturace hemoglobinu kyslíkem praktický klinický význam v diagnostice a sledování stavů respirační insuficience.

!!!konec petitu!!!

Na základě přítomnosti buď výlučně hypoxémie, nebo kombinace hypoxémie a hyperkapnie, se stavy respirační insuficience rozdělují do dvou kategorií, označovaných nejednotně následujícími pojmy:

* respirační insuficience I. typu (též hypoxemická nebo parciální), která je charakterizovaná hypoxémií a normálním nebo sníženým paCO2;

* respirační insuficience II. typu (též ventilační nebo globální), charakterizovaná současným výskytem hypoxémie a hyperkapnie (a tedy také kompenzované nebo nekompenzované respirační acidózy).

Snížení paO2 je základním problémem respirační insuficience. Je vždy přítomno, s výjimkou stavu označovaného někdy jako „latentní respirační insuficience“. To je označení pro poruchu funkce respiračního aparátu, při které v tělesném klidu není paO2 snížen, ale sníží se při fyzické námaze⁵.

Nízká hodnota paO2 způsobuje snížení saturace hemoglobinu kyslíkem a v důsledku toho významné snížení obsahu kyslíku v krvi. Klinickým příznakem může být cyanotické zbarvení kůže a sliznic, námahová či klidová dušnost aj. Funkční vztah mezi paO2 a saturací hemoglobinu kyslíkem v oblasti paO2 mezi normálními 13 kPa a 10 kPa je plochý. Následkem toho se saturace hemoglobinu kyslíkem při klesajícím paO2 zpočátku snižuje velmi málo. Klinicky významné stavy respirační insuficience se vyznačují hodnotami paO2 nižšími než 10 kPa (viz obr. 3.10 v Obecné patologické fyziologii, Praha : Karolinum, 2000).

Tabulka 3.1 přiřazuje klesajícím hodnotám paO2 příslušné hodnoty saturace hemoglobinu kyslíkem⁶ a množství kyslíku v jednom litru krve za předpokladu, že koncentrace hemoglobinu v krvi je 150 g/l, a ukazuje dále velikost deficitu kyslíku.

___

⁵U zdravého člověka ani velmi intenzivní fyzická námaha nezpůsobuje snížení paO2.

___

⁶Klasickým způsobem vyjádření tohoto vztahu je disociační křivka kyslíku.

Obr. 3.1 z Obecné PF (2000)

Obr. 3.10 z Obecné Patofyziologie

Pokles parciálního tlaku kyslíku v arteriální krvi o stejnou hodnotu (2 kPa) má odlišný dopad na saturaci kyslíku podle parciálních tlaků kyslíku, kde se tato změna uskutečňuje

Tab. 3.1

Tab. 3.1 Saturace krve (hemoglobinu) kyslíkem a obsah kyslíku v arteriální krvi s koncentrací hemoglobinu 150 g/l při vybraných hodnotách paO2

3.2.2 Příčiny hypoxémie při nemocech respiračního aparátu

Základním principem, který určuje pO2 v krvi protékající plícemi, je ekvilibrace hodnot pO2 v alveolech a v krvi. Snížení pO2 v alveolárním vzduchu pod jeho normální hodnotu 13,3 kPa, nedostatečná doba, po kterou je protékající krev v nepřímém kontaktu s alveolárním vzduchem, nebo nepřítomnost vzduchu v části plic, kterou protéká krev, způsobují hypoxémii (snížení paO2).

Snížení paO2v důsledku nízkého atmosférického pO2 není uvažováno, protože se nejedná o nemoc. Pobyt v atmosféře s nízkým pO2, tj. pobyt ve vysokohorském prostředí, není řazen mezi respirační insuficience, přestože má funkční důsledky stejné jako respirační insuficience I. typu.

!!!začátek petitu!!!

Nízký paO2 zákonitě provází ty srdeční vady, které působí pravo-levý cirkulační zkrat. Tato onemocnění nebývají řazena mezi „respirační insuficience“, protože se jedná o poruchy funkce cirkulačního orgánového systému, ne systému respiračního. Z důvodu snížení paO2, základního znaku respirační insuficience, jsou však tyto srdeční vady významné z diferenciálně-diagnostického hlediska.

!!!konec petitu!!!

Existují čtyři možné mechanismy snížení paO2:

* lokální nebo celková alveolární hypoventilace;

* lokální poruchy ventilačně-perfúzního poměru VA/Q;

* přítomnost pravo-levého „plicního zkratu“ (také cirkulačního);

* ztluštění alveolo-kapilární membrány.

3.2.2.1 Lokální nebo celková alveolární hypoventilace

Lokální nebo celková alveolární hypoventilace způsobí, že v hypoventilovaných alveolech je pAO2 nižší než 13,3 kPa. V krvi, která protéká okolo těchto alveolů, se může pO2 zvýšit nejvíce na hodnotu, která je v příslušných alveolech (obr. 3.3). Navíc se v hypoventilovaných alveolech zvyšuje parciální tlak CO2. To způsobuje další snížení pAO2, protože celkový tlak se nemění (podrobněji viz kap. 3.2.3.2.2). Obr. 3.4 znázorňuje možné příčiny snížené ventilace některých alveolů nebo částí plic.

Obr. 3.3

Obr. 3.3 Parciální tlak kyslíku a obsah kyslíku v krvi, která protekla stěnou různě intenzivně ventilovaných alveolů. Čísla v alveolech udávají hodnotu pAO2 v kPa. Alveoly A1, A2 jsou hypoventilované, alveolus B je hyperventilovaný. Normálně ventilovaný alveolus C má fyziologický parciální tlak kyslíku 13,3 kPa

Obr. 3.4

Obr. 3.4 Příklady možných příčin nestejné ventilace dvou alveolů. Při nezměněném průtoku krve stěnou těchto alveolů způsobí hypoventilace postižených alveolů (vždy levý „alveolus“) lokální poruchu v poměru mezi alveolární ventilací a perfúzí (VA/Q). A – zúžení bronchiolu, B – nedostatek surfaktantu nebo jiné poškození alveolu, C – komprese dýchacích cest při exspiriu, D – fibrotické změny a jiné příčiny snížení poddajnosti v oblasti alveolu

3.2.2.2 Porucha ventilačně-perfúzního poměru (VA/Q)

Na obrázku 3.3 jsou znázorněny čtyři nestejně ventilované alveloly. Vedle normálně ventilovaného alveolu s p_AO₂ 13,3 kPa, jsou dva alveoly hypoventilované, s nízkým pAO2, a alveolus hyperventilovaný, s vysokým pAO2. Hypoventilace snižuje parciální tlak kyslíku v alveolech, a proto i v obtékající krvi. Snižuje tedy i saturaci hemoglobinu kyslíkem a množství kyslíku v této krvi. V krvi odtékající od hyperventilovaného alveolu se však zvýší pouze parciální tlak kyslíku, ne množství kyslíku. Hemoglobin je totiž kyslíkem plně saturován již při 13 kPa. Hyperventilace jednoho alveolu tedy dostatečně nekompenzuje hypoventilaci jiného alveolu, z hlediska množství kyslíku přijatého krví. Po smísení krve odtékající z hypoventilovaného a hyperventilovaného alveolu proto v krvi přetrvává deficit kyslíku, saturace hemoglobinu kyslíkem není úplná a hodnota p_aO₂ odpovídá výsledné saturaci hemoglobinu kyslíkem podle disociační křivky kyslíku.

Porucha v oxygenaci krve protékající plícemi s nerovnoměrnou ventilací alveolů se může ještě dále zvýraznit v případě nerovnoměrnosti perfúze jednotlivých alveolů. Porucha zesílí tehdy, když hypoventilovanými alveoly protéká více krve než alveoly normálně ventilovanými nebo hyperventilovanými. Naopak, snížení průtoku krve hypoventilovanými alveoly a jeho přesměrování k alveolům normálně ventilovaným nebo hyperventilovaným poruchu oxygenace krve zmenšuje. U zdravého člověka jsou tyto poruchy částečně kompenzovány vazokonstrikcí plicních arteriol v oblastech málo ventilovaných („hypoxických“). Pokud se účinnost tohoto fyziologického mechanismu sníží, vzniklé poruchy ve ventilačně-perfúzním poměru snižují tenzi kyslíku v arteriální krvi a působí hypoxémii. Příčinou může být porucha regulace tonu hladkých svalových buněk v medii cév. K takovým poruchám může dojít při septickém šoku nebo při jiných formách vazodilatačního cirkulačního šoku (viz kap. 2.2.3.3.4), ale také u nemocných s poruchami funkce jater, u kterých dojde k rozvoji tzv. hepatopulmonálního syndromu. Snížená schopnost vazokonstrikce v oblasti plicního řečiště se může projevit hypoxémií, která se zhoršuje ve vzpřímené poloze těla, stavem označovaným jako ortodeoxie. Ortodeoxie je vysvětlována zvýšenou perfúzí bazálních částí plic, normálně méně ventilovaných (viz obr. 3.32), v důsledku působení gravitace ve vzpřímené poloze (viz též komentář v následující kazuistice): Kazuistika 3.1 Hepatopuplmonální syndrom

Důsledky nerovnováhy mezi alveolární ventilací a perfúzí bývají v učebnicích znázorněny grafem, který je na obr. 3.5. Jeho didaktický význam je především ve dvou extrémních stavech ventilačně-perfúzní nerovnováhy. Jeden z těchto extrémních stavů představuje situaci, kdy jsou alveoly ventilovány, avšak nejsou perfundovány – jejich ventilace se stává „mrtvou“, protože není spojena s výměnou dýchacích plynů. Druhý extrémní stav představuje situaci, při které alveoly nejsou vůbec ventilovány, avšak v jejich okolí protéká krev. Protože je součet parciálních tlaků v krvi nižší než v alveolu, dojde v takovém alveolu k resorpci vzduchu. Krev, která kolem něho protéká, si zachovává charakter smíšené venózní krve. Proto se tento stav obrazně označuje jako „plicní zkrat“. Úplná nefunkčnost těchto extrémních poruch pro výměnu plynů je znázorněna na obr. 3.6.

Obr. 3.5

Obr. 3.5 Parciální tlak kyslíku a oxidu uhličitého v alveolárním vzduchu při různých hodnotách poměru mezi alveolární ventilací a perfúzí (VA/Q): od nuly (zkrat) přes normální poměr 0,8–1 až po nekonečno (mrtvý prostor)

Obr. 3.6

Obr. 3.6 Alveolární ventilace a plicní perfúze se v plicích „nepotkají“. Průtok krve (QP) se realizuje plně plicí, která není ventilovaná (plicní funkční zkrat).Ventilovaná je druhá plíce (VA), ta však postrádá průtok krve (funkční plicní mrtvý prostor). Nedochází proto vůbec k výměně dýchacích plynů, přestože jak QP, tak i VA mohou být svou velikostí normální

Kazuistika K3.1 Hepatopulmonální syndrom

K3.1 Hepatopulmonální syndrom

Richard W Goodgame. Shortness of Breath in a Patient With Cirrhosis - Medscape - Apr 25, 2001. https://www.medscape.com/viewarticle/405520

51letá pacientka trpěla jaterní cirhózou (viz kap. 5.8.7.4), která byla přičítána důsledkům alkoholismu. Hospitalizována byla z důvodu bolesti na hrudníku a zadýchávání se.

Výsledky vyšetření

Vyšetřením EKG a sérových enzymů, jejichž koncentrace se zvyšuje u infarktu myokardu (viz kap. 2.9.2.3.2 – D.5), byla vyloučena diagnóza infarktu myokardu. Také ostatní vyšetření zaměřená na funkci a stav srdce a plic byla normální. Saturace krve kyslíkem však byla jen 83 % v poloze vleže (stanovená pravděpodobně pulsní oximetrií a při dýchání vzduchu). Vestoje klesla jen na 71 %. Byla patrná cyanóza nehtových lůžek, paličkovité prsty⁷, pavoučkovité névy na hrudníku a pacientka měla zvětšenou slezinu.

Laboratorní vyšetření prokázalo zvýšení koncentrace hemoglobinu na 170 g/l. Vyšetření krevních plynů potvrdilo hypoxémii, kdy paO2 byl 6,1 kPa (46 mmHg), paCO2 byl 4,0 kPa (30 mmHg) a pH krve bylo 7,49.

Embolizace do plic byla vyloučena na základě normálního nálezu ventilačně-perfúzního skenu (viz obr. 3.62). Echokardiografie se zesíleným kontrastem (viz dále) prokázala vazodilataci v plicním řečišti.

!!!začátek petitu!!!

Echokardiografie se zesíleným kontrastem sleduje průchod malých bublinek vzduchu plicním řečištěm. Malé množství vzduchu je rozptýleno ve fyziologickém roztoku intenzivním roztřepáním v injekční stříkačce bezprostředně před jeho intravenózní aplikací v průběhu echokardiografického vyšetření. Bublinky se znázorní v pravé síni a v pravé komoře, ale normálně ne v levé polovině srdce, protože neprojdou plicními kapilárami. V levé polovině srdce se znázorní v případě srdečních pravo-levých cirkulačních zkratů. Se zpožděním se však v levém srdci znázorní i při vazodilataci plicního řečiště. 

Jinými vyšetřeními zaměřenými na průkaz vazodilatace v plicním řečišti mohou být použití makroagregovaného albuminu označeného ⁹⁹Tc nebo plicní angiografie. Makroagregovaný albumin označený ⁹⁹Tc má velikost částic větší než 20 μm. Neprojdou proto normálně plicním řečištěm, jehož kapiláry mají průměr jen 8–15 μm. Po intravenózní aplikaci se proto radioaktivita ⁹⁹Tc prokáže jen nad plícemi. Případná pozitivita nad mozkem nebo ledvinami svědčí pro přítomnost intrakardiálních cirkulačních zkratů nebo pro vazodilataci v plicním řečišti. 

!!!konec petitu!!!

Patofyziologický rozbor

Vazokonstrikce ve ventilačně-perfúzní jednotce plic, která je nedostatečně ventilována, a má proto nízký parciální tlak kyslíku v alveolech (pAO2 < 13,3 kPa), je důležitým mechanismem, který snižuje ventilačně-perfúzní nerovnováhu. Porušení tohoto poměru působí hypoxémii (snížení paO2), ale většinou nepůsobí hyperkapnii. V důsledku zvýšeného ventilačního úsilí bývá naopak hypokapnie. Tak tomu bylo i v popsaném případě, kdy hodnota paCO2 byla jen 4,0 kPa místo očekávaných 5,3 kPa. Zvýšené ventilační úsilí je vyvoláno hypoxémií (viz kap. 3.2.5.1.2).

Při jaterní cirhóze může být zvýšený srdeční výdej (hypercirkulační stav) jako důsledek cévní vazodilatace (kromě portální cirkulace, kde je odpor zvýšený vlivem strukturálních změn jaterního parenchymu). Projevem této cévní vazodilatace je pravděpodobně i výskyt pavoučkovitých névů v kůži. Jedná se o lokálně rozšířené drobné cévy. Tato vazodilatace může postihnout i plicní cirkulaci. Projevuje se pak nejčastěji námahovou dušností, příznakem označovaným jako platypnoe (viz dále) a změnami, které často provázejí chronickou hypoxii: cyanózou, polycytémií a paličkovitými prsty.

Příčina vazodilatace provázející jaterní poškození není dostatečně známa. U pacientů s hepatopulmonálním syndromem byla zjištěna zvýšená tvorba oxidu dusnatého (NO), která se u nich snížila po transplantaci jater.

Komentář

Ortodeoxie bývá často provázena symptomem označovaným jako platypnoe: zadýchávání (dyspnoe) je menší ve vodorovné poloze a zhoršuje se po posazení.

Hepatopulmonální syndrom byl popsán po různých závažných jaterních poškozeních, jako je cirhóza, akutní fulminantně probíhající hepatitida, transplantace jater komplikované silnou odhojovací reakcí aj.

Vazodilatace v plicním řečišti může vést až k tvorbě arteriovenózních spojek, jakési analogie pavoučkovitých névů v kůži. Ty pak mohou být zdrojem plicních zkratů (viz kap. 3.2.2.3). Někteří pacienti s hepatopulmonálním syndromem reagují dobře na oxygenoterapii zvýšením tenze kyslíku v arteriální krvi a saturace krve kyslíkem (ti mají jen ventilačně-perfúzní nerovnováhu). U jiných se při oxygenoterapii zlepší hypoxie jen velmi málo (ti mají vedle ventilačně-perfúzní nerovnováhy ještě plicní zkraty – viz kap. 3.2.2.5).

___

⁷Paličkovité prsty jsou klinickým příznakem, který často provází dlouhotrvající celkovou hypoxii organismu. Proč dochází při chronické hypoxii k rozšíření posledních článků prstů, není známo.

3.2.2.3 Plicní zkrat

Pojem „plicní zkrat“ vyjadřuje patologickou situaci, kdy krev proteče plícemi, avšak nepřijde do nepřímého kontaktu s alveolárním vzduchem. Tato krev si podrží, z hlediska krevních plynů, složení odpovídající smíšené venózní krvi: pO2 zůstane na hodnotě 5,3 kPa (eventuálně nižší) a pCO2 zůstane na hodnotě 6,0 kPa (eventuálně vyšší). Nejedná se tedy o zkrat v anatomickém smyslu⁸, nýbrž o „zkrat“ funkční.

!!!začátek petitu!!!

Fyziologický plicní zkrat je představován nutriční bronchiální cirkulací, která přivádí určité množství venózní krve do plicních vén (ty obsahují arterializovanou krev po jejím průchodu okolím plicních alveolů). Bronchiální cirkulací protéká normálně jen malé množství krve, odpovídající asi 1 % srdečního výdeje. Některé patologické procesy postihující plicní tkáň, především záněty bronchů a bronchiektázie, dále pak plicní nádory, které jsou vyživovány z bronchiální cirkulace, mohou zvýšit příměs venózní krve k arterializované krvi. Funkční důsledky jsou z hlediska dopadu na parciální tlak kyslíku a na saturaci hemoglobinu kyslíkem v arteriální krvi obdobné „plicním zkratům“, které budou dále specifikovány. Jedná se především o malou citlivost arteriální hypoxémie na oxygenoterapii.

!!!konec petitu!!!

Patologické plicní zkraty vznikají v nevzdušné, avšak perfundované oblasti plic. Patologické změny plicního parenchymu, které vyvolávají tuto situaci, jsou oblasti atelektázy, plicního edému (vyplňujícího alveoly tekutinou), plicního zánětu (vyplňujícího alveoly zánětovým exsudátem), primární plicní nádory a nádorové metastázy, kolabovaná plíce při pneumotoraxu. Vzhledem k anatomickému propojení plicní funkční cirkulace a bronchiální nutriční cirkulace spojkami, které ústí do plicních vén, může také zvýšení odporu v některém místě plicní cirkulace „přesměrovat“ část smíšené venózní krve z plicních arterií, prostřednictvím bronchiální cirkulace, do plicních vén. Příčinou bývá embolizace do některé větve plicní arterie.

Důležité je to, že v krvi, která protekla nevzdušnými nebo zcela neventilovanými oblastmi plic, činí deficit kyslíku 50 ml/l krve a případně i více.

!!!začátek petitu!!!

Rozsah pravo-levého zkratu (odhad „venózní příměsi“) lze vypočítat pomocí stanovení obsahu kyslíku ve smíšené venózní krvi (C_vO₂), v krvi odtékajících od ventilovaných alveolů (C_cO₂ – její hodnota se určí nepřímo stanovením ideální alveolární tenze kyslíku, p_AO₂, pomocí rovnice alveolárních plynů, viz kap. 3.2.3.2.2) a obsahu kyslíku v arteriální krvi (C_aO₂). Platí rovnice, ve které množství kyslíku přitékající do levého srdce: Q_S x C_vO₂ + (Q_T - Q_S) . C_cO₂ se rovná množství kyslíku odtékajícího z levého srdce: Q_T . C_aO₂ (obr. 3.7). Úpravami této rovnice lze odvodit její tvar, který udává velikost pravo-levého zkratu jako část (frakci) z celkového srdečního výdeje (Q_T):

O_S/Q_T  =  (C_cO₂  -  C_aO₂) / (C_cO₂  -  C_vO₂)                                                                (3.1).

Vyšetření se provede po 20–30minutovém dýchání kyslíku, kdy se zjistí skutečné procento krve, která se dostane z pravého srdce do aorty, aniž by přišla do styku s alveolárními plyny v důsledku buď srdeční vady, nebo plicního zkratu. Stejné vyšetření provedené s dýcháním vzduchu místo kyslíku může poskytnout vyšší hodnotu „zkratu“, protože se k němu přičte i účinek případné ventilačně-perfúzní nerovnováhy.

!!!konec petitu!!!

Obrázek 3.8 ukazuje důsledek plicního zkratu různého rozsahu na hodnoty parciálních tlaků kyslíku a oxidu uhličitého v arteriální krvi.

___

⁸Anatomickými zkraty jsou pravo-levé cirkulační zkraty, které mohou způsobit některé srdeční vady (viz kap. 2.5.1.2). Dráha cirkulující krve se v tomto případě skutečně zkrátí.

Obr. 3.7

Obr. 3.7 Schematické znázornění pravo-levého zkratu: QT – celkový (totální) srdeční výdej, QS – průtok krve zkratem (angl. shunt), CaO2 – obsah kyslíku v arteriální krvi, CvO2 – obsah kyslíku ve smíšené venózní krvi, CcO2 – obsah kyslíku v arterializované krvi, které se dostala do nepřímého kontaktu s alveolárním vzduchem

Obr. 3.8

Obr. 3.8 Vliv plicního zkratu na parciální tlaky dýchacích plynů v arteriální krvi:* – paCO2 může být ve skutečnosti nižší než normálních 5,3 kPa (může být hypokapnie), vyvolá-li snížení paO2 alveolární hyperventilaci (alveolární hyperventilace je obvyklou reakcí na nízkou hodnotu paO2)

3.2.2.4 Ztluštění alveolo-kapilární membrány a poruchy difúze plynů

Vzdálenost, která odděluje alveolární vzduch od erytrocytů obtékajících alveolus, je důležitá pro možnost vyrovnání parciálních tlaků kyslíku a oxidu uhličitého mezi krví a alveolárním vzduchem během doby vymezené průchodem plazmy a erytrocytu stěnou alveolu. Tento proces se uskutečňuje prostou difúzí, na základě koncentračního gradientu, tj. na základě rozdílu parciálních tlaků příslušného plynu. Při stálém tlakovém rozdílu je množství plynu, které přejde přes alveolo-kapilární membránu, nepřímo úměrné její tloušťce. Intenzita difúze však také závisí na difúzních vlastnostech určitého plynu. Ty jsou do značné míry závislé na rozpustnosti daného plynu ve vodě. Ta je významně vyšší pro oxid uhličitý v porovnání s kyslíkem.

3.2.2.4.1 Difúzní kapacita plic (transfer faktor)

Krev protékající plícemi dospělého člověka potřebuje získat za jednu minutu minimálně 200–250 ml kyslíku. Potom se saturace hemoglobinu kyslíkem zvýší v 5 litrech venózní krve ze 75 na 100 %. Toto je tedy minimální potřebná celková difúzní kapacita plic pro kyslík.

Difúzní kapacita plic vyjadřuje schopnost alveolo-kapilární membrány propouštět krevní plyny při rozdílu jejich parciálních tlaků. Pokud bychom byli schopni vztáhnout tuto přenosovou schopnost alveolo-kapilární membrány na její jednotkovou plochu (např. 1 m²), jednalo by se o specifickou difúzní kapacitu této membrány. Protože však celkovou výměnnou plochu pro krevní plyny nemůžeme změřit, vyjadřuje difúzní kapacita plic přenosovou vlastnost celé alveolo-kapilární membrány, na které se uskutečňuje výměna krevních plynů (A) (viz dále).

Celková difúzní kapacita plic – transfer faktor (faktor přenosu) – závisí především na dvou hlavních vlastnostech alveolo-kapilární membrány. Těmi jsou jednak celková velikost plochy, na které se difúze uskutečňuje (A), a jednak průměrná difúzní vzdálenost (d). Množství kyslíku, který projde z alveolárního vzduchu do protékající krve za časovou jednotku, se rovná spotřebě kyslíku za stejnou dobu (V_O2). Ta je dána rovnicí:

V_O2 = k . A . (p_AO₂ - p_kapO₂)/d                                                          (3.2),

kde k je koeficient difúze pro kyslík (pro oxid uhličitý bude mít jinou, vyšší hodnotu⁹) a p_AO₂ - p_kapO₂ je tlakový gradient kyslíku mezi alveolárním vzduchem a průměrným parciálním tlakem kyslíku v plicní kapiláře (ten se normálně zvyšuje z hodnoty 5,3 kPa, příslušné pro smíšenou venózní krev, na 13,3 kPa, kteréžto hodnoty je dosaženo přibližně již v první třetině dráhy, kterou procházejí erytrocyty v bezprostřední blízkosti alveolu¹⁰).

Difúzní kapacita (D_O2) je pak:

D_O2 = k . A/d                                                                                               (3.3),

čili

V_O2 = D_O2 . (p_AO₂ - p_kapO₂)                                                                (3.4).

D_O2 (ml/min/kPa nebo mmHg) je pak:

D_O2 = VO2/(p_AO₂ - p_kapO₂)                                                               (3.5).

___

⁹Proto projde přes alveolo-kapilární membránu plic za časovou jednotku přibližně stejný objem CO2 jako O2, přestože rozdíl parciálních tlaků mezi krví a alveolárním vzduchem je v případě CO2 podstatně menší než u kyslíku.

___

¹⁰Hodnotu průměrného pO2 v plicní kapiláře (pkapO2) je obtížné stanovit. Není průměrem mezi arteriálním a venózním koncem plicní kapiláry. Proto se k měření difúzní kapacity plic používá místo kyslíku oxid uhelnatý, jehož parciální tlak v plicní kapiláře je zanedbatelně nízký z důvodu jeho vysoké afinity k hemoglobinu (DCO = VCO/pACO). Hodnoty A a k jsou v případě O2 a CO velmi blízké, proto je možná tato substituce.

3.2.2.4.2 Změny difúzní kapacity plic

Při fyzické námaze, která zvyšuje spotřebu kyslíku, musí za jednu minutu projít přes alveolo-kapilární membránu větší množství kyslíku, např. až 3500 ml. Difúzní kapacita plic (transfer faktor neboli přenosový faktor) se při fyzické námaze zvětšuje především tím, že se zvětší celková difúzní plocha. Velké dechové objemy zvětší difúzní plochu větším rozepnutím alveolů a intersticia, které obsahuje plicní kapiláry. Větší rozepnutí plic současně zmenšuje tloušťku alveolo-kapilární membrány, a tím se zmenšuje difúzní vzdálenost. Podstatné pro zvětšení difúzní kapacity plic je však především zvětšení celkové plochy, na které se difúze uskutečňuje. Přispívá k němu také skutečnost, že erytrocyty procházejí okolo alveolů rychleji a k vyrovnání parciálních tlaků mezi alveolárním vzduchem a krví dochází později, až ve druhé nebo třetí třetině kapiláry. Tím je využita větší část povrchu alveolu pro difúzi kyslíku než za klidového stavu. U zdravých lidí proto ani při fyzické námaze značné intenzity neklesá parciální tlak kyslíku v arteriální krvi a saturace hemoglobinu kyslíkem se stále blíží 100 %. 

Malé ztluštění alveolo-kapilární membrány, k jakému může dojít např. při intersticiálním plicním edému nebo při fibrotických změnách v plicním intersticiu, se nemusí projevit poklesem paO₂ z důvodu existence značné funkční rezervy v difúzní kapacitě plic. Pro tento stav difúzní poruchy se používá označení latentní respirační insuficience. Respirační insuficience I. typu se u těchto nemocných může projevovat přechodně jen při fyzické námaze, kdy – na rozdíl od zdravých lidí – klesne p_aO₂ a může se objevit cyanóza a pocit dušnosti. Je pochopitelné, že prodloužení difúzní dráhy může nabýt i takového stupně, že se respirační insuficience projevuje i v tělesném klidu. I v tomto případě se však bude významně zhoršovat během fyzické námahy, z důvodu rychlejšího průtoku krve plícemi (obr. 3.9).

Rozdíl parciálních tlaků kyslíku v alveolech a v arteriální krvi, tzv. alveolo-arteriální diference pO₂, je fyziologicky velmi malý. Tento rozdíl se zvýrazní během dýchání čistého kyslíku. Skutečnost, že během průchodu krve plícemi nedojde k vyrovnání parciálních tlaků mezi alveoly a krví, logicky způsobuje zvětšení těchto rozdílů v parciálních tlacích kyslíku.

Alveolo-arteriální diference pO₂ se vypočte odečtením přímo změřené hodnoty paO2 od hodnoty „ideálního“ alveolárního pO₂. Ten se vypočte pomocí rovnice alveolárních plynů (viz kap. 3.2.3.2.2). Po dvaceti minutách dýchání 100% kyslíku by měla být alveolo-arteriální diference pO₂ menší než 20 kPa. Větší hodnoty svědčí pro přítomnost funkčního plicního zkratu.

Obr. 3.9

Obr. 3.9 Porucha v oxygenaci krve v oblasti alveolu s prodlouženou difúzní dráhou mezi alveolárním vzduchem a krví. A – normální stav, kdy k plné oxygenaci dochází během asi třetiny doby a dráhy průchodu krve okolo alveolu; B – patologický stav, při kterém není oxygenace arteriální krve snížena v tělesném klidu, při námaze a zrychlení průtoku krve se však p_aO₂ sníží a vznikne hypoxémie (latentní porucha v oxygenaci krve); C – patologický stav, při kterém se neuskuteční vyrovnání parciálních tlaků mezi alveolárním vzduchem a protékající krví ani v tělesném klidu. Číselné hodnoty jsou v kPa

3.2.2.5 Oxygenoterapie při hypoxémii způsobené poruchami funkce respiračního aparátu

Základní patofyziologické principy oxygenoterapie již byly zmíněny v kapitole 12.11.1 Obecné patologické fyziologie (Praha : Karolinum, 2000). Z tabulky 3.1 je zjevné, že snížení parciálního tlaku kyslíku v arteriální krvi do 10 kPa nesnižuje významně satuarci hemoglobinu kyslíkem, a proto ani obsah kyslíku v arteriální krvi. Na druhé straně snížení tenze kyslíku na 3,6 kPa sníží saturaci hemoglobinu kyslíkem na 50 % (při teplotě 37 ^oC, pCO₂ = 5,3 kPa, pH = 7,4 a koncentraci 2,3-DPG 5 mmol/l erytrocytů). Přestože je při tomto parciálním tlaku kyslíku v arteriální krvi snížen obsah kyslíku pouze na polovinu, jedná se o velmi těžkou hypoxii, která bude provázena poruchami vědomí s výraznou centrální cyanózou a bude bezprostředně ohrožovat život postiženého¹¹. Při těžké hypoxické hypoxii, způsobené poruchami respiračního aparátu, může proto i relativně malé zvýšení paO₂, dosažené oxygenoterapií, zachránit život postiženého jedince nebo výrazně zlepšit jeho stav (obr. 3.10). Bylo již zmíněno v Obecné patologické fyziologii, že oxygenoterapie je u respiračních onemocnění velmi účinná, nejsou-li v plicích přítomny funkční plicní pravo-levé zkraty. K tomu např. dochází při plicním edému při levostranném kardiálním selhání nebo mitrální stenóze.

Při řadě plicních onemocnění ale dochází k tvorbě funkčních pravolevých zkratů. obtékajících neventilované oblasti plic, což účinek oxygenoterapie na hodnotu paO2 významně snižuje, a to v závislosti na rozsahu zkratu, jak je ukázáno na obr. 3.11.

___

¹¹Užitečné je srovnání s anémií, která také sníží obsah kyslíku v arteriální krvi na polovinu, tj s anémií s koncentrací hemoglobinu 75 g/l krve. Taková anémie bezprostředně neohrožuje život anemického jedince. Anémie totiž zachovává normální parciální tlak kyslíku v arteriální krvi a postihuje proto méně kapilárně-mitochondriální gradienty pO₂ na začátku tkáňové mikrocirkulace než hypoxemická hypoxie při onemocněních respiračního aparátu. Anémie navíc snižuje viskozitu krve a zvyšuje tím průtok krve mikrocirkulací různých tkání.

Obr. 3.10

Obr. 3.10 Malé zvýšení p_aO₂ u nemocného se závažným stupněm arteriální hypoxémie (velmi nízkým p_aO₂) může významně zvýšit saturaci hemoglobinu kyslíkem a množství kyslíku v arteriální krvi

Obr. 3.11

Obr. 3.11 Vliv oxygenoterapie na hodnotu p_aO₂ se progresivně snižuje se zvyšujícím se rozsahem plicního zkratu

Indikátor posouzení oxygenační funkce plic

Pro posouzení oxygenační funkce plic a vlivu oxygenoterapie se u nemocných se závažnými formami plicní dysfunkce se v klinické praxi používá hypoxemický index, nazývaný také Horowitzův index (PFi) jako poměr arteriální tenze kyslíku (paO₂) a frakční koncentrace kyslíku v inspirovaném vzduchu (FiO₂):

• FiO₂ uvádíme jako desetinné číslo
• paO₂ uvádíme v torrech

Tento index mimo jiné ukazuje, jaký vliv má hladina kyslíku ve vdechované směsi na hladinu paO2. Čím nižší je tento index, tím hůře pacient reaguje na kyslíkovou terapii.

Normální hodnoty jsou > 500, hodnoty < 300 představují akutní poškození plic (acute lung injury), hodnoty < 200 jsou jedním z kritérií určujících definici akutní dechové tísně dospělých ARDS (viz kapitolu 3.6.1.10). PFi < 200 odpovídá hodnotě plicního zkratu > 20 %.

3.2.3 Hyperkapnie u respiračního selhání

3.2.3.1 Příčiny hyperkapnie

Množství a tedy i parciální tlak oxidu uhličitého v organismu závisí jednak na jeho množství vytvářeném v metabolismu (asi 200 ml/min v tělesném klidu a až 3000 ml/min při intenzivní fyzické námaze) a jednak na intenzitě jeho vylučování do alveolárního vzduchu a okolní atmosféry, kde prakticky není přítomen (pCO₂ ve vzduchu je jen 0,03 kPa). Při jeho konstantní produkci tkáněmi v tělesném klidu je proto intenzita alveolární ventilace (VA) naprosto převažujícím faktorem, který určuje množství CO₂ v organismu, a tím i jeho parciální tlak. Hyperkapnie má tedy v naprosté většině situací jedinou příčinu, kterou je celková alveolární hypoventilace. Při konstantní metabolické produkci CO₂, tedy v zásadě během tělesného klidu, platí zjednodušená rovnice nepřímé úměrnosti mezi tenzí CO₂ v alveolárním vzduchu a množstvím vzduchu proventilovaným všemi alveoly za časovou jednotku, tzv. alveolární ventilační rovnice¹²:

p_ACO₂ = 1/V_A                                                                                           (3.6).

Hodnota p_ACO₂ určuje parciální tlak oxidu uhličitého v krvi, která obtéká příslušný alveolus. Tato hodnota však může být v případě určitého alveolu značně odlišná od výsledného p_aCO₂ v arteriální krvi, která vznikla smísením veškeré krve, která protekla různými částmi plic. Vysvětlení spočívá v symetričnosti změn v obsahu CO₂ v krvi se sníženým a zvýšeným pCO₂. Na hyperbolické křivce, která je grafickým znázorněním vztahu nepřímé úměrnosti mezi p_ACO₂ a VA, se nachází normální hodnota přibližně uprostřed (viz obr. 4.48, Obecná patologická fyziologie, Praha : Karolinum, 2021). Z tohoto důvodu hypoventilace a adekvátní hyperventilace způsobují přibližně symetrické změny v p_ACO₂ a také, na rozdíl od kyslíku, v množství CO₂ v krvi. Tato symetričnost změn v množství CO₂ způsobuje, že hyperventilace jedněch alveolů kompenzuje (nebo i překompenzuje) hypoventilaci jiných alveolů – z hlediska vylučování CO₂.

!!!začátek petitu!!!

V případě kyslíku tyto změny většinou symetrické nejsou, vzhledem k velkému významu hemoglobinu pro obsah kyslíku v krvi a vzhledem k nelineárnímu tvaru disociační křivky kyslíku. V případě výsledného parciálního tlaku kyslíku v arteriální krvi nízká ventilace některých alveolů (tzv. lokální alveolární hypoventilace) způsobuje hypoxémii i v případě, kdy jiné alveoly jsou nadměrně ventilovány. 

!!!konec petitu!!!

V zásadě lze říci, že hyperkapnie vznikne pouze tehdy, když součet alveolární ventilace všech perfundovaných alveolů, tj. celková sumární alveolární ventilace, bude neadekvátně nízká vzhledem k aktuální produkci CO₂ v tkáňovém metabolismu.

Protože je celková alveolární ventilace (V_A) definována jako rozdíl mezi celkovou ventilací (VE) a ventilací mrtvého prostoru (V_D):

V_A = V_E - V_D                                                                            (3.7),

je zřejmé, že příčinou celkové alveolární hypoventilace může být buď malá celková plicní ventilace, nebo zvětšení podílu ventilace mrtvého prostoru, případně současný výskyt obou poruch. 

Hyperkapnie tedy neprovází lokální alveolární hypoventilaci, pokud je souhrn ventilací všech perfundovaných alveolů adekvátní aktuální produkci CO₂ v tkáňovém metabolismu.

Hyperkapnii proto většinou nezpůsobuje ani ventilačně-perfúzní (V_A/Q) nerovnoměrnost. Také prodloužení difúzní dráhy mezi alveolárním vzduchem a krví nebývá příčinou hyperkapnie, protože CO₂ má asi 20krát vyšší koeficient difúze než kyslík. Dokonce ani pravo-levý funkční plicní zkrat nezpůsobuje většinou hyperkapnii, naopak častěji bývá přítomen určitý stupeň hypokapnie.

Obr. 4.48 Obecná patologická fyziologie

Obr. 4.48 Hyperkapnie a hypokapnie a jejich vztah k alveolárníá venitlaci (VA).

___

¹² Správná podoba této rovnice je: p_ACO₂ = k . VCO₂/VA, kde VCO₂ je souhrnná aktuální produkce CO₂ metabolismem, při zachovalém krevním oběhu a transportu CO₂ do plic.

3.2.3.2 Působení hyperkapnie na organismus

3.2.3.2.1 Acidóza a její účinky na CNS

Hyperkapnie ohrožuje organismus jednak acidifikací vnitřního prostředí a jednak tlumivým, narkotickým účinkem na funkce CNS, který může postihnout i reaktivitu dechových center. To pak může vést ke vzniku bludného kruhu, který způsobuje, že se hyperkapnie progresivně zvyšuje.

Na obrázku 3.12 je znázorněn parciální tlak CO₂ v arteriální krvi jako funkce alveolární ventilace. Současně jsou ukázány očekávané hodnoty pH krve a orientačně některé účinky hyperkapnie při určitých zvýšených hodnotách p_aCO₂.

Hyperkapnie vyvolává vazodilataci. Kůže proto bývá teplá, dobře prokrvená. Zvlášť významná bývá vazodilatace v mozku. Vzniká riziko rozvoje edému mozku, který se může projevit bolestmi hlavy, městnavou papilou na očním pozadí a zvýšením tlaku cerebrospinálního moku. Hyperkapnie může ovlivnit a snížit funkce CNS: může způsobovat snížení mentálního výkonu, neklid, třes, bezděčné škubavé pohyby, setřelou řeč, změny nálady, somnolenci až kóma.

Obr. 3.12

Obr. 3.12 Hyperkapnie (p_aCO₂ > 5,3 kPa) se progresivně zvyšuje při poklesu alveolární ventilace. Normální hodnoty v tělesném klidu jsou na křivce znázorněny plným bodem

3.2.3.2.2 Prohloubení alveolární hypoxie a hypoxémie v krvi

Hyperkapnie znamená, že i v alveolárním vzduchu je zvýšená tenze oxidu uhličitého. Protože v alveolárním vzduchu jsou pouze dvě proměnné plynné složky, kyslík a oxid uhličitý (zastoupení dusíku a vodních par lze považovat za konstantní), působí vyšší tenze oxidu uhličitého snížení alveolární tenze kyslíku. Toto je dobře vidět na tzv. rovnici alveolárních plynů, která je používána k odhadu alveolární tenze kyslíku (p_AO₂). Tato rovnice má tvar:

p_AO₂ = p_iO₂ - p_aCO₂/RQ  + zanedbatelný zbytek                           (3.8)

kde p_iO2 je parciální tlak kyslíku ve vdechovaném vzduchu a p_aCO₂ je parciální tlak CO₂ v arteriální krvi (nahrazuje p_ACO₂).

Podoba této rovnice pro praktickou potřebu, za předpokladu respiračního kvocientu 0,8, je:

p_AO₂ = p_iO₂ - 1,25 . p_aCO₂                                                                      (3.9).

Vidíme tedy, že hyperkapnie může zesilovat alveolární hypoxii. Protože onemocnění, která způsobují hyperkapnii, vždy vyvolávají také hypoxémii svým vlastním patogenetickým mechanismem, hyperkapnie dále zhoršuje stupeň této hypoxémie.

!!!začátek petitu!!!

Rovnice alveolárních plynů byla odvozena následujícím postupem:

Ve vdechovaném vzduchu je prakticky nulová koncentrace CO₂, takže prakticky veškeré CO₂ pochází z alveolů. Proto průměrná frakční koncentrakce CO₂ v alveolech (F_ACO₂) vynásobená objemem, který se v alveolech proventiluje (VA), za rovnovážného stavu odpovídá výdeji CO₂ (V_CO2):

V_CO2 = F_ACO₂ . V_A                                                                                             (3.10),

tedy: F_ACO₂ = V_CO2/V_A                                                                                   (3.11)

a tedy i p_ACO₂ = k . V_CO2/V_A (rovnice pro pCO₂)                               (3.12).

U kyslíku je to složitější. Spotřeba kyslíku (V_O2) je rozdílem mezi kyslíkem, který přichází za minutu do alveolů z vnějšího vzduchu (F_iO₂ . V_Ai), a kyslíkem, který je z alveolů vydýchán (F_AO₂ . V_A). V_Ai a V_A je inspirovaný a exspirovaný objem alveolární ventilace (v klinice měříme exspirované objemy! – V_A proto označuje alveolární ventilaci odpovídající exspiriu).

Tedy V_O2 = F_iO₂ . V_Ai - F_AO₂ . V_A                                                                  (3.13)

a odtud:

F_AO₂ = F_iO₂ . (V_Ai/V_A) - V_O2/V_A                                                                      (3.14).

Pokud pro zjednodušení přijmeme VAi = VA (poměr VAi/VA přesně řečeno ale závisí na RQ), pak:

F_AO₂ = F_iO₂ - V_O2/V_A                                                                                           (3.15).

Přejdeme-li k parciálním tlakům:

p_AO₂ = p_iO₂ - k1 . V_O2/V_A (rovnice pro p_AO₂)                                       (3.16),

proto vzestup alveolární ventilace vede k poklesu p_ACO₂ a vzestupu p_AO₂.

Dosadíme-li V_A = V_CO2/F_ACO₂ do F_AO₂ = F_iO₂ - V_O2/V_A, dostaneme Bohrovu rovnici alveolárních plynů:

F_AO₂ = F_iO₂ - F_ACO₂ . (V_O2/V_CO2) = F_iO₂ - F_ACO₂/RQ                           (3.17).

V parciálních tlacích:

p_AO₂ = p_iO₂ - p_ACO₂/RQ                                                                                   (3.18).

Při přesnějším výpočtu (kdy nepředpokládáme V_Ai = V_A) je výsledkem výše uvedená rovnice 3.8.

!!!konec petitu!!!

Z tohoto odvození je také patrné, že alveolární hypoventilace způsobuje avleolární hyperkapnii a alveolární hypoxii.

3.2.4 Hypokapnie

Parciální respirační insuficienci (typ I, hypoxemická forma respirační insuficience) často provází hypokapnie, která je důsledkem zvýšeného ventilačního úsilí vyvolaného nízkým parciálním tlakem kyslíku v arteriální krvi.

3.2.4.1 Příčiny hypokapnie

Příčinou hypokapnie je vždy nadměrná alveolární ventilace ve vztahu k množství CO₂ produkovaného tkáněmi. Nadměrná alveolární ventilace může být následkem volní hyperventilace, kdy mozková kůra přechodně ovlivní automacii dechových center a zvýší celkovou plicní ventilaci. Nadměrná plicní ventilace může být též způsobena podkorovým ovlivněním činnosti dechových center při hysterické reakci nebo při stresu. Konečně může být následkem nadměrné stimulace dechových center patologickým procesem v centrálním nervovém systému, při metabolické acidóze a při některých otravách způsobujících acidémii. U nemocných lidí s respiračními nemocemi bývá nejčastější příčinou hypokapnie stimulace periferních chemoreceptorů nízkou hodnotou p_aO₂ (viz dále), podobně jako je tomu při pobytu ve vysokohorském prostředí.

3.2.4.2 Působení hypokapnie na organismus

Hypokapnie způsobuje alkalózu vnitřního prostředí. Alkalóza snižuje stupeň ionizace kalcia, což zvyšuje neuromuskulární dráždivost. Hypokapnie se proto může projevit příznaky zvýšené neuromuskulární dráždivosti až generalizovanými křečemi.

Hypokapnie vyvolává vazokonstrikci mozkových cév¹³. Projevem mohou být příznaky nedostatečného zásobení mozku kyslíkem – točení hlavy, závrať aj.

___

¹³ Hypokapnie vyvolaná umělou hyperventilací při řízené plicní ventilaci se používá k prevenci nebo omezení rozvoje mozkového edému.

3.2.5 Řízení plicní ventilace při respirační insuficienci

Fyziologicky, ale i při patologických stavech, které narušují funkce respiračního aparátu, je plicní ventilace optimalizována jednak ve vztahu k výměně krevních plynů a jednak ve vztahu k dechové práci. Ventilační úsilí a plicní ventilace jsou dány stupněm stimulace dýchacích svalů eferentními podněty z dechových center (angl. označováno termínem „respiratory drive“), výkonností těchto svalů a velikostí odporů, které musí být překonány prací dýchacích svalů. Aferentní signály přicházejí do dechových center z několika kategorií receptorových struktur. Ty jsou zásadně důležité pro automacii činnosti dechových center, a tedy pro úroveň signálů, které řídí činnost dýchacích svalů.

3.2.5.1 Receptory, jejichž funkce souvisí s výměnou krevních plynů

Receptory, které ovlivňují aktivitu dechových center, jsou jednak centrální chemoreceptory na ventrální části prodloužené míchy a jednak periferní chemoreceptory v glomus caroticum a v aortálních tělíscích.

3.2.5.1.1 Centrální chemoreceptory

Centrální chemoreceptory jsou v nepřímém kontaktu s mozkomíšním mokem a jejich aktivita je silně ovlivňována změnami pCO₂, ke kterým dochází v mozkomíšním moku. CO₂ dobře proniká do blízkosti těchto buněk – anatomicky stále nedostatečně identifikovaných – a je zde po reakci s vodou zdrojem iontů H⁺. Ty představují vlastní podnět pro tyto receptory. Při akutním zvýšení p_aCO₂ se normálně zvyšuje plicní ventilace asi o 2–3 litry při zvýšení p_aCO₂ o 0,13 kPa (1 mmHg) (obr. 3.13B). Při chronické hyperkapnii se tato stimulace snižuje následkem zvýšení koncentrace HCO₃^- v mozkomíšním moku větší neutralizací iontů H⁺. U jedince, který má normální tenzi kyslíku v arteriální krvi (nebo i zvýšenou tenzi kyslíku v arteriální krvi při dýchání vzduchu obohaceného kyslíkem), je aferentace z centrálních chemoreceptorů určující pro ventilační úsilí. Ventilační úsilí proto reaguje na množství CO₂, které vzniká při metabolismu, a na účinnost jeho vylučování plícemi. Z pochopitelných důvodů stimuluje respirační úsilí i metabolická acidóza, a to jednak přímým účinkem iontů H⁺ na centrální chemoreceptory a jednak snížením koncentrace HCO₃^- v mozkomíšním moku. Koncentrace iontů H⁺ a HCO₃^- v mozkomíšním moku reagují na jejich změny v krvi pomaleji než na změny paCO2, protože jejich výměna mezi plazmou a cerebrospinálním mokem je pomalejší.

!!!začátek petitu!!!

Reakce centrálních chemoreceptorů na chronickou hyperkapnii je menší než na hyperkapnii akutní. Příčinou je již zmíněná nižší průchodnost hematoencefalické bariéry pro HCO3- než pro CO₂.

Vzestup CO₂ v krvi vede k většímu vzestupu bikarbonátů v krvi než v mozkomíšním moku (v krvi je v důsledku pufrace nebikarbonátovými nárazníky, vážícími vodíkové ionty, disociační reakce kyseliny uhličité více posunuta doprava než v mozkomíšním moku). V plazmě je proto zpočátku vyšší koncentrace bikarbonátů než v mozkomíšním moku. Postupně se bikarbonáty přesouvají z plazmy do moku, pufrují tam vodíkové ionty, a tak klesá stimulace centrálních chemoreceptorů.

!!!konec petitu!!!

Další vlastností centrálních chemoreceptorů je to, že se jejich citlivost k iontům H+ zvyšuje při současném snížení tenze kyslíku v arteriální krvi.

Obr. 3.13

Obr. 3.13 Hyperventilace vyvolaná izolovaným snížením hodnoty paO2 (A) nebo izolovaným zvýšením paCO2 (hyperkapnií bez hypoxémie) (B). Izolovaného zvýšení paCO2 je možné dosáhnout pouze experimentálně, buď dýcháním vzduchu se zvýšeným obsahem CO2, nebo hypoventilací za současného dýchání vzduchu obohaceného kyslíkem, které kompenzuje jinak nevyhnutelnou hypoxémii

3.2.5.1.2 Periferní chemoreceptory

Periferní chemoreceptory jsou přímo napojeny na aortu a a. carotis, ze kterých získávají „vzorek“ arteriální krve. Reagují především na tenzi kyslíku v arteriální krvi. Obsahují buňky, jejichž membrána se při snížené dodávce kyslíku depolarizuje následkem poklesu tvorby ATP v mitochondriích. Citlivě proto reagují zvýšením své aktivity také na otravu kyanidy nebo jinými jedy, které inhibují funkci mitochondrií při oxidační fosforylaci. Depolarizace membrány těchto buněk se přenáší aferentními vlákny n. glossopharyngeus (z karotických tělísek) nebo n. vagus (z aortálních tělísek) do dechových center, která jsou tím stimulována (obr. 3.14). Protože periferní chemoreceptory nejsou aktivní při fyziologické nebo zvýšené tenzi kyslíku v arteriální krvi, na stimulaci dýchacích svalů se v takovém případě neuplatňují. Významně aktivovány jsou pouze při snížení paO2, zvláště když se sníží pod 10 kPa (viz obr. 3.13A), a prostřednictvím dechových center pak dýchací svaly stimulují, a zvyšují tím plicní ventilaci.

Reaktivita periferních chemoreceptorů na snížení paO2 je významně modulována hodnotami p_aCO₂. Hyperkapnie jejich reaktivitu zesiluje a hypokapnie tlumí. U pacienta s respirační insuficiencí II. typu (globální) dochází proto k nejsilnější stimulaci dechových center z centrálních i periferních chemoreceptorů.

Obr. 3.14

Obr. 3.14 Aktivace periferních chemoreceptorů a dechových center nízkou hodnotou p_aO₂

3.2.5.2 Reaktivita dechových center

Acidóza, zvýšení tenze CO₂, jakož i tkáňová hypoxie v mozkovém kmeni tlumí reaktivitu dechových center na podněty přicházející z centrálních nebo periferních chemoreceptorů. Ventilační odpověď na vzestup p_aCO₂ se fyziologicky snižuje i během spánku, pravděpodobně rovněž v důsledku snížené reaktivity dechových center na podněty z receptorových struktur. Důležitý je také tlumivý účinek některých léků na reaktivitu dechových center (např. barbiturátů a morfinu).

3.2.5.3 Řízení plicní ventilace

Plicní ventilace, která je dána velikostí dechových objemů a frekvencí dýchání

(V_E = V_T . f), je u zdravých lidí převážně určována množstvím CO₂ ¹⁴ produkovaného metabolismem všech tkání. Automaticky se proto zvyšuje především při zvýšené fyzické námaze. Plicní ventilace je u zdravých lidí primárně užívána k rychlé regulaci acidobazické rovnováhy při metabolických poruchách, tj. k udržování stálé koncentrace iontů H+ ve vnitřním prostředí. Tato regulace plicní ventilace se uskutečňuje prostřednictvím centrálních chemoreceptorů lokalizovaných na ventrální straně prodloužené míchy a citlivých primárně ke koncentraci iontů H⁺.

Nemocní lidé s respirační insuficiencí mají snížený parciální tlak kyslíku v arteriální krvi. To představuje stimul pro periferní chemoreceptory v glomus caroticum a v aortálních tělíscích. Sníží-li se p_aO₂ pod 10 kPa, a zvláště pak pod 8 kPa, jsou tímto periferní chemoreceptory aktivovány. Prostřednictvím n. glossopharyngeus a n. vagus pak stimulují dechová centra¹⁵. Periferní chemoreceptory jsou nízkým p_aO₂ aktivovávy velmi rychle a klesne-li hodnota p_aO₂ do rozmezí 7–5 kPa, je stimulace dechových center touto hypoxémií velmi silná a urgentní¹⁶. Respirační aparát pak vynakládá značné úsilí na udržení vysoké plicní ventilace, často i za cenu narušení acidobazické rovnováhy respirační alkalózou. Toto je významný rozdíl v regulaci plicní ventilace mezi nemocnými s respirační insuficiencí a zdravými jedinci. 

Na rozdíl od zdravých lidí mohou proto lidé s respirační insuficiencí reagovat na dýchání kyslíku nebo na dýchání vzduchu obohaceného kyslíkem snížením plicní ventilace. U těchto nemocných může být proto oxygenoterapie nebezpečná, vede-li k útlumu aktivace periferních chemoreceptorů, tj. ke snížení ventilačního úsilí a následkem toho k prohloubení alveolární hypoventilace. Zhoršení hyperkapnie může způsobit životu nebezpečnou acidémii. Velká hyperkapnie může také snížit reaktivitu dechových center a způsobit tím bludný kruh.

___

¹⁴Na kyslíku, jeho metabolické potřebě a hodnotě pO₂ v alveolech a v arteriální krvi, velikost plicní ventilace u zdravých lidí prakticky nezávisí. Dobře to dokumentuje skutečnost, že inhalace čistého kyslíku nezmění plicní ventilaci. Tradiční spirometry Kroghova typu s uzavřeným systémem bývaly plněny čistým kyslíkem, a přesto byly používány k měření plicní ventilace! Mohlo tomu být jen proto, že kyslík u zdravých lidí činnost dechových center neovlivňuje. U nemocných lidí s arteriální hypoxémií mohly být hodnoty dechových objemů a frekvence dýchání arteficiálně sníženy.

___

¹⁵Je to stejná stimulace, k jaké dochází při pobytu v prostředí s nízkým parciálním tlakem kyslíku ve vzduchu (nejčastěji tedy ve vysokohorském prostředí).

___

¹⁶U lidí, kteří mají od narození nízký parciální tlak kyslíku v arteriální krvi, je tento mechanismus stimulace dechových center z periferních chemoreceptorů potlačen. Jedná se o jedince, kteří se narodili ve vysoké nadmořské výšce, ale také o jedince, kteří se narodili se srdeční vadou způsobující pravo-levý cirkulační zkrat.

3.3 Poruchy alveolo-kapilární membrány

Alveolo-kapilární membrána má klíčový význam pro výměnu dýchacích plynů mezi vzduchem a krví, která se uskutečňuje ve ventilačně-perfúzních jednotkách plic (obr. 3.15). Výměna plynů probíhá v septech oddělujících jednotlivé alveoly (obr. 3.16). Tato septa obsahují síť plicních kapilár, ale obsahují i lymfatické cévy zabezpečující drenáž jejich intersticia. Celková plocha, na které se uskutečňuje výměna plynů, se odhaduje na 60–160 m². Při fyzické námaze, při které se několikanásobně zvětšuje dechový objem (V_T), se tato plocha zvětšuje větším rozvinutím alveolů a alveolárních sept. Zvětšuje se také efektivní výměnná plocha, protože krev proudí okolo alveolů rychleji. Výměna plynů se proto uskutečňuje ve větší části plicní kapiláry, ne jenom v její první třetině, a proto i na větší části alveolárního povrchu. Průměrná tloušťka alveolo-kapilární membrány je normálně jen 1,6 μm. Tato membrána má tři vrstvy: alveolární epitel, kapilární endotel a pojivovou tkáň, která je odděluje.

Poruchy alveolo-kapilární membrány zahrnují redukci její celkové plochy, její ztluštění, zvýšení její permeability pro bílkoviny krevní plazmy a změny jejích fyzikálních vlastností (především poddajnosti).

Obr. 3.15

Obr. 3.15 Znázornění ventilačně-perfúzní plicní jednotky: TB – terminální bronchiolus, RB – respirační bronchiolus, AD – drobný vývod (ductulus alveolaris), A – alveolus. RB, AD a A jsou místa, ve kterých se uskutečňuje výměna dýchacích plynů

Obr. 3.16

Obr. 3.16 Schematické znázornění stavby alveolo-kapilární membrány a intersticia: A – arterie, B – véna

3.3.1 Redukce účinné plochy alveolo-kapilární membrány

Redukce plochy, na které může probíhat výměna plynů, může být následkem chirurgického odstranění části plic, pneumotoraxu, ventilačně-perfúzní nerovnováhy (včetně extrémních stavů, kterými jsou funkční plicní zkrat a zvětšení mrtvého prostoru v oblasti ventilovaných, ale neperfundovaných alveolů), emfyzém a plicní fibróza.

3.3.2 Ztluštění alveolo-kapilární membrány

Ztluštění alveolo-kapilární membrány může způsobit její fibrotizace nebo její prosáknutí tkáňovým mokem při intersticiální formě plicního edému, event. intersticiální plicní zánět (intersticiální pneumonie). Toto ztluštění prodlužuje difúzní vzdálenost, kterou procházejí dýchací plyny při průtoku krve v bezprostředním okolí alveolo-kapilární výměnné membrány.

3.3.2.1 Vyšetření difúzní kapacity plic pro kyslík (transfer faktoru)

!!!začátek petitu!!!

Velikost celkové difúzní plochy a její tloušťku zjišťuje souhrnně vyšetření difúzní kapacity plic pro oxid uhelnatý (D_CO). Jedná se o aplikaci rovnice difúze přes alveolo-kapilární membránu (viz kap. 3.2.2.4, rovnice 3.2). Vyjadřuje se v jedotkách, kterými jsou ml CO/min/0,13 kPa tlakového gradientu.

!!!konec petitu!!!

Mezi faktory, které snižují difúzní kapacitu plic, patří vedle redukce výměnné plochy a ztluštění alveolo-kapilární membrány také změny v koncentraci hemoglobinu v krvi. Difúzní kapacita plic se snižuje při anémii a zvyšuje při polycytémii.

!!!začátek petitu!!!

Důvody pro to nemusí být zcela zřejmé, protože koncentrace hemoglobinu není v rovnici difúze obsažena. Vysvětlením je změna velikosti efektivní části alveolo-kapilární membrány, která je aktivně využívána k přenosu krevních plynů, v tomto případě kyslíku. Snížená kapacita krve přijímat kyslík (a také CO) při anémii způsobuje dřívější vyrovnání parciálních tlaků mezi vzduchem v alveolech a protékající krví, a tedy předčasné ukončení difúze. Efektivní difúzní plocha se proto zmenší. Zvýšená kapacita krve přijímat kyslík (a CO) při polycytémii naopak způsobí, že sycení krve, tedy difúze kyslíku nebo CO, probíhá delší dobu během obtékání krve kolem alveolu, a proto se využívá větší část difúzní membrány.

!!!konec petitu!!!

3.3.2.2 Transfer faktor plic pro kyslík a oxid uhličitý

Transfer faktor (difúzní kapacita) plic pro oxid uhličitý (D_CO2) je méně citlivý ke ztluštění alveolo-kapilární membrány nebo zmenšení její plochy, protože CO₂ má vyšší rozpustnost ve vodném prostředí alveolo-kapilární membrány a má proto vyšší koeficient difúze. Zatímco difúze („transfer“) 250–3500 ml kyslíku za minutu (D_O2) může být problémem, difúze 200–2800 ml CO₂ (při RQ = 0,8) problémem být nemusí. Při redukci alveolo-kapilární membrány nebo jejím ztluštění proto většinou vzniká I. typ respirační insuficience (její hypoxemická forma). Pouze při rozsáhlých poruchách může docházet i k nedostatečnému vylučování oxidu uhličitého a ke vzniku hyperkapnie.

3.3.3 Zvýšení propustnosti alveolo-kapilární membrány pro vodu a proteiny krevní plazmy

Vedle výměny krevních plynů dochází na kapilární straně alveolo-kapilární membrány také k filtraci složek krevní plazmy do jejího intersticia a eventuálně i do vnitřku alveolů. Tato filtrace odpovídá obecným zákonitostem obsaženým ve Starlingově rovnici. Tato rovnice popisuje faktory, které rozhodují o tom, jaké množství tekutiny bude filtrováno a kterým směrem se filtrace (F) uskuteční. Starlingova rovnice má tvar:

F = A . L_p [(P_kap - P_iterst) - σ(π_kap - π_interst)]                                                              (3.19),

kde A je filtrační plocha, L_p je hydraulická vodivost (A . L_p je tzv. hydraulický koeficient filtrace), P_kap je hydrostatický tlak v kapiláře, P_interst je hydrostatický tlak intersticiální tekutiny, π_kap je onkotický tlak v kapiláře a π_interst je onkotický tlak v intersticiální tekutině. Koeficient σ je tzv. reflekční koeficient pro proteiny, který udává míru propustnosti pro proteiny krevní plazmy. Jeho hodnota je 1 při úplné neprostupnosti a 0 při zcela volné prostupnosti.

Pro rovnováhu tekutin v alveolo-kapilární membráně je také důležité odvádění profiltrované tekutiny a proteinů lymfatickými cévami z intersticia této membrány.

Překrvení plic při levostranném srdečním selhávání zvěšuje vedle Pkap také filtrační plochu A. Poškození plicních kapilár může zvýšit hydraulickou vodivost jejich stěny (L_p) a stupeň propustnosti pro plazmatické proteiny (koeficient σ). Hromadění tekutiny v intersticiálním prostoru alveolo-kapilární membrány může dosáhnout takového stupně, že dojde k „prolomení“ epitelové výstelky alveolů a proniknutí tekutiny do alveolů.

Tekutina, která pronikla do alveolů, může být poměrně rychle resorbována zpět do krevního oběhu, jak je vidět na příkladu tonutí ve sladké vodě, kdy voda, která pronikla až do alveolů, je z nich velmi rychle resorbována do krve. Možnost zpětné resorpce je však omezena pro proteiny, které pronikly až do alveolů. Ty z větší části zůstávají v alveolu a jejich koncentrace se resorpcí tekutiny zvyšuje. Dochází k jejich koagulaci na vnitřním povrchu alveolu. Omezeně mohou být odstraněny činností makrofágů přítomných v alveolech a snad i činností pneumocytů II. typu. Mohou však způsobit trvalé ztluštění alveolo-kapilární membrány a nepochybně i zvýšenou rigiditu takových alveolů. Mohou vyvolat druhotnou fibrotizaci takto poškozených alveolů.

Zvýšení propustnosti alveolo-kapilární membrány může být způsobeno jejím poškozením ze strany alveolární nebo ze strany kapilárního endotelu nebo zánětem probíhajícím v septu. Propustnost alveolo-kapilární membrány může zvýšit její poškození vdechnutými toxickými plyny, vdechnutými tekutinami, aspirací žaludečního obsahu, zánětem (který může být zdrojem kyslíkových radikálů a proteolytických enzymů), ale i cirkulujícími zánětovými cytokiny nebo mikrotrombotizací.

3.3.4 Změny fyzik álních vlastností alveolo-kapilární membrány

Snížená poddajnost alveolo-kapilární membrány k jejímu roztažení při působení určitého tlaku může být způsobena nedostatkem surfaktantu na alveolárním povrchu, překrvením plicních kapilár (kongescí plic), její fibrotizací nebo zvýšeným obsahem intersticiální tekutiny. Tato problematika se týká mechaniky plicní ventilace, a proto je podrobněji probírána v kapitole 3.5.5.1.

3.4 Poruchy perfúze plic

3.4.1 Zvětšení fyziologické venózní příměsi

Plíce jsou perfundovány jednak arteriální krví z bronchiálních arterií a jednak smíšenou venózní krví z a. pulmonalis. Mezi těmito dvěma paralelními cévními systémy, z nichž prvý představuje systém nutriční a druhý systém funkční, existuje částečné propojení. Toto fyziologické propojení způsobuje tzv. fyziologickou příměs venózní krve ke krvi arteriální. Velikost příměsi venózní krve¹⁷ se může zvýšit při zánětových procesech probíhajících ve stěnách bronchů, event. při bronchiektáziích. Může se zvýšit také následkem tlakových změn ve funkční plicní cirkulaci vyvolaných např. embolizací do některé její části.

___

¹⁷ Fyziologická venózní příměs je asi 2 %, za zřetelně patologickou se považuje příměs nad 7 %.

3.4.2 Embolizace do plicnice

Závažné poruchy plicní perfúze způsobuje embolizace některých oblastí funkční plicní cirkulace. Vznikají lokální poruchy ventilačně-perfúzního poměru (V_A/Q). Teoreticky se jedná o změnu odpovídající zvětšení mrtvého prostoru, pokud by v části plic postižených embolizací ustal zcela průtok krve a zůstala zachována alveolární ventilace. Lokálně zvýšený odpor plicní cirkulace „přesměruje“ průtok krve do nepostižených oblastí plic, kde se následkem toho zvýší průtok krve a eventuálně i tlak. Stav po plicní embolii provází pravidelně přechodná arteriální hypoxémie způsobená poklesem paO2. Soudí se proto, že změněné tlakové poměry v plicní cirkulaci zvýší množství krve, které se dostává z plicní cirkulace přímo do cirkulace bronchiální, aniž by tato krev byla okysličena a zbavena oxidu uhličitého.

3.4.3 Arteriální hypotenze

Arteriální hypotenze často postihuje též plicní cirkulaci. Jejím důsledkem je zesílení fyziologické nerovnoměrnosti mezi alveolární ventilací a perfúzí závislé na gravitačních silách působících na krev v nízkotlaké plicní cirkulaci. V závislosti na poloze těla nemusejí při arteriální hypotenzi některé části plic obdržet žádnou funkční perfúzi, přestože jsou ventilovány. Průtok krve v méně ventilovaných oblastech plic může, v závislosti na gravitaci, způsobit pokles saturace arteriální krve kyslíkem ve vzpřímené poloze (příznak označovaný jako ortodeoxie – viz kap. 3.2.2.2). Zvětšuje se také tzv. fyziologický mrtvý prostor a hrozí vznik celkové alveolární hypoventilace.

3.4.4 Zvýšení obsahu krve v plicní cirkulaci

Překrvení plic, při zvýšeném tlaku v levé síni, je provázeno zvýšeným intrakapilárním hydrostatickým tlakem krve. To vytváří riziko vzniku plicního edému. Plicní tkáň, která obsahuje zvýšené množství krve v plicních kapilárách, je také méně poddajná vůči působení tlakových změn. Toto zvyšuje práci dýchacích svalů.

3.4.5 Plicní hypertenze

Plicní hypertenze je primární cirkulační porucha a byla probrána v kapitole 2.2.1.1.2. Zde bude jen připomenuta tzv. reaktivní forma plicní hypertenze, která je způsobena arteriální hypoxémií způsobenou nízkou hodnotou paO2, jejíž primární příčinou bývají plicní onemocnění.

Primární plicní hypertenze je způsobena patologickými změnami plicní cirkulace. Příčina sporadických a familiárních forem tohoto progresivního onemocnění je v mutacích genů, jejichž produkty zprostředkují reakci hladkých svalových buněk plicních arteriol na cytokiny příbuzné TGF-β. Proliferace hladkých svalových buněk v medii plicních arteriol a zvýšená tvorba vaziva zvyšují odpor těchto plicních cév průtoku krve (viz též kap. 2.2.1.1.2).

3.5 Změny mechaniky dýchání při patologických stavech

Změny mechanických vlastností respiračního aparátu provázejí většinu jeho patologických stavů. V některých případech jsou jeho dominujícím patofyziologickým rysem. Plicní ventilace je výsledkem vytváření tlakových gradientů v respiračním traktu činností dýchacích svalů a hrudního koše a poddajnosti plic a vůči těmto tlakům a odporu kladenému proudění vzduchu v dýchacích cestách.

!!!začátek petitu!!!

Existují analogie a rozdíly mezi mechanikou plicní ventilace a udržováním oběhu krve. U člověka, jakož obecně u savců a ptáků, se výměna vzduchu mezi alveoly a okolní atmosférou uskutečňuje způsobem, který je připodobňován k mořskému přílivu a odlivu (angl. tide¹⁸). Vzduch se v dýchacích cestách pohybuje způsobem „dovnitř“ a „ven“, přičemž vzduch, který do dýchacích cest vstoupil první, odchází jako poslední. To je zásadní rozdíl oproti pohybu krve v cirkulaci, který je jednoznačně jednosměrný. V dýchacích cestách se proto musí proud vzduchu vždy zastavit, aby mohl změnit směr. Analogie s krevním oběhem je v tom, že pohyb vzduchu je výsledkem tlakových gradientů, a dále v tom, že množství vzduchu vyměněného za časovou jednotku je funkcí velikosti tlakového gradientu (ΔP) a odporu kladenému proudění vzduchu (R), v souladu s Ohmovým zákonem: tok vzduchu = ΔP/R.

!!!konec petitu!!!

Vzhledem k podobnosti základních mechanických principů krevního oběhu a plicní ventilace je zajímavé porovnat některé jejich kvantitativní parametry (tab. 3.2).V tělesném klidu je objem vzduchu přemístěný v respiračním systému dvakrát až třikrát větší než objem krve přemístěný v cirkulaci. Přesto je energetická náročnost plicní ventilace asi desetkrát menší než energetická náročnost udržování oběhu krve. Vysvětlení spočívá v tom, že klidová plicní ventilace se uskutečňuje působením malých tlakových gradientů v porovnání s cirkulací krve. Intenzivní plicní ventilace významně zvýší energetickou náročnost tohoto děje, protože se mnohonásobně zvýší objem vzduchu a významně se zvýší i potřebné tlakové gradienty. Patologické změny v respiračním aparátu, které zvyšují tlakové gradienty nutné pro zabezpečení plicní ventilace a případně současně vyvolávají potřebu vyšší plicní ventilace, mohou významně zvýšit energetickou náročnost plicní ventilace.

Plicní ventilace je závislá na existenci tlakových gradientů mezi alveoly, dýchacími cestami a okolním vzduchem. Zdrojem těchto tlakových gradientů je činnost dýchacích svalů.

___

Proto je dechový objem v anglosaské literatuře označován jako „tidal volume“ s používanou zkratkou V_T.

Tab. 3.2

Tab. 3.2 Porovnání objemů krevního oběhu

3.5.1 Dýchací svaly

3.5.1.1 Inspirační dýchací svaly

Inspiračním dýchacím svalem při klidovém, fyziologickém dýchání je hlavně bránice a jen částečně zevní interkostální svaly, které tím, že „fixují“ hrudní koš, umožňují funkci bránice. Při usilovném dýchání nebo v případě potřeby větších tlakových gradientů pro uskutečnění nádechu při patologických změnách v respiračním systému plní funkci inspiračních svalů ještě zvýšený podíl zevních interkostálních svalů (obr. 3.17) a případně i mm. scaleni a mm. sternocleidomastoidei. Na inspiriu se podílejí ještě další svaly, např. svaly laryngu, které aktivně zprůchodňují dýchací cesty.

Obr. 3.17

Obr. 3.17 Hlavní inspirační a exspirační dýchací svaly. Prodloužení svalových vláken bránice po usilovném výdechu (A) zvyšuje sílu její následné kontrakce, která působí inspiraci (B). Stavy, které „fixují“ bránici v částečně inspirační poloze (zvětšení reziduálního objemu plic, pokročilé těhotenství) snižují proto sílu vyvíjenou bránicí při její kontrakci (viz obr. 3.18)

3.5.1.2 Exspirační dýchací svaly

Klidová exspirace nevyžaduje u zdravého jedince svalovou aktivitu. Zdrojem potřebného tlakového gradientu je energie získaná kontrakcí bránice během inspiria a uložená jako potenciální energie do elastických struktur plic.

Usilovné dýchání u zdravého jedince, nebo vyžaduje-li exspirace větší tlakový gradient než normálně z důvodu patologických změn dýchacích cest, plic či hrudníku, potřebuje aktivní práci exspiračních svalů. Těmi jsou vnitřní svaly interkostální a svaly břišní stěny (obr. 3.17). Na správném časovém a tlakovém průběhu exspiria se uplatňuje také kontrakce bránice a kontrakce svalů v oblasti glottis, které na počátku exspiria působí proti vlivu elastického smrštění natažených elastických struktur a případně proti účinku výše zmíněných exspiračních dýchacích svalů. Kontrakce těchto svalů zpomaluje průběh fyziologicky probíhajícího exspiria. Kontrakce svalů v oblasti glottis působí dále zúžení dýchacích cest v tomto místě a zvýšený odpor proudu vypuzovaného vzduchu. To zvyšuje tlak v distálních dýchacích cestách, což zvětšuje jejich celkový průřez a působí proti jejich stlačení přenesením tlaku z pleurální dutiny, který se při výdechu zvyšuje (viz obr. 3.31 a 3.46). Kontrakce bránice zpomaluje v této fázi výdechu rychlé zmenšování plicního objemu, čímž rovněž napomáhá udržení průchodnosti malých dýchacích cest, které nemají ve své stěně chrupavčité zpevnění. Tyto brzdicí mechanismy se uplatňuji i při klidovém fyziologickém exspiriu.

Bránice se při inspiriu kontrahuje, a tím zplošťuje. Při exspiriu se zakulacuje a prodlužuje.

!!!začátek petitu!!! 

Bránice vykazuje ve své činnosti určité zvláštnosti v porovnání s ostatními kosterními svaly:

• Je zvýšeně odolná proti svalové únavě, protože u většiny jejích svalových vláken převažuje aerobní typ metabolismu. Její činnost je závislá na stálé dodávce kyslíku a může v ní vzniknout jen malý kyslíkový dluh. Při arteriální hypotenzi a redistribuci srdečního výdeje „od kosterních svalů“ zůstává bránice dobře perfundovaná. Při zvýšené svalové práci bránice se může několikanásobně zvýšit průtok krve bránicí.
• Vykazuje největší sílu kontrakce tehdy, je-li výchozí délka jejích svalových vláken asi o 30 % větší, než je jejich délka na konci klidového exspiria (u kosterních svalů je největší síla kontrakce při jejich klidové délce). Usilovný výdech, prováděný se zapojením exspiračních svalů, působí větší vtažení bránice do hrudního koše a prodloužení svalových vláken bránice (viz obr. 3.17). Následná kontrakce bránice, působící inspirium, je proto silnější a vyvine v bránici větší napětí.
• Kontrakce bránice nepůsobí napětí ve směru přímky, nýbrž vyvolá napětí (T) na obvodu kulovitého útvaru. Výsledný vyvinutý tlak pak závisí nejen na vlastní svalové kontrakci (vyvinutém napětí), ale i na poloměru (r) tohoto kulovitého útvaru, a to v zásadě podle Laplaceova zákona: výsledná síla (tlak) P = 2T/r (obr. 3.18).

!!!konec petitu!!!

Z uvedeného vyplývá, že v případě dýchání při zvětšeném reziduálním objemu, tj. při hyperinflaci plic, kdy je výchozí tvar bránice na konci exspiria plošší a kratší, se napětí vytvářené kontrakcí bránice během inspiria snižuje a ještě více se snižuje tlak (podtlak), který kontrakcí bránice vzniká v hrudním koši. Její svalová práce je proto méně účinná. K proventilování jednoho litru vzduchu je proto třeba více energie.

Kontrakce bránice a její zploštění působí rozšíření hrudního koše, vyvolané pohybem dolních žeber. Zvětšení vnitřního objemu hrudního koše způsobí snížení tlaku uvnitř hrudního koše a vzestup tlaku v břišní dutině kaudálním pohybem bránice. Výsledkem kontrakce bránice je proto vznik pozitivního trans-diafragmatického tlaku mezi dutinou hrudní a dutinou břišní (obr. 3.19). Břišní stěna se proto během inspiria normálně vyklenuje. Tento pozitivní tlak nevzniká při oboustranné paralýze bránice nebo při její únavě a podstatném zeslabení jejích kontrakcí. Během inspiria se v takovém případě může bránice pohybovat paradoxně směrem do hrudního koše, kam je „nasávána“ podtlakem vyvolaným zvětšením nitrohrudního objemu činností dalších inspiračních svalů. Břišní stěna pak může být během inspiria „zatahována“.

Přičinou oboustranné paralýzy bránice mohou být onemocnění CNS, která postihnou jádra frenických nervů, přerušení míchy v oblasti segmentů C1–C4, různá demyelinizační onemocnění postihující periferní nervy (např. syndrom Guillainův-Barrého) nebo nervo-svalové spojení (např. myasthenia gravis), primární svalová onemocnění (svalové dystrofie).

Obr 3.18

Obr. 3.18 Stejné napětí v bránici vyvolané její kontrakcí (T) vyvolá různou tlakovou změnu (P) při různé geometrii bránice. Snížení zakřivení bránice snižuje účinnost kontrakce bránice při plicní ventilaci

Obr. 3.19

Obr. 3.19 Důsledkem kontrakce bránice je zvýšení intraabdominálního tlaku (Pab)

3.5.1.3 Zvýšená produkce CO2 dýchacími svaly při jejich zvýšené činnost

Činnost dýchacích svalů je zdrojem CO₂, který je z organismu odstraňován alveolární ventilací. Vyžaduje-li plicní ventilace zvýšené úsilí dýchacích svalů, vzniká v nich zvýšené množství CO₂, a zvyšují se proto i nároky na alveolární ventilaci. Tyto vztahy vytvářejí základ pro pozitivní zpětnou vazbu, kdy větší množství vytvářeného CO₂ dýchacími svaly zvyšuje potřebnou velikost alveolární ventilace a její dosažení může vyžadovat další zvýšení práce dýchacích svalů, a tedy i produkce CO₂. Zvýšená činnost dýchacích svalů tak může přispívat ke vzniku hyperkapnie při některých onemocněních respiračního aparátu.

3.5.1.4 Únava dýchacích svalů

Práce dýchacích svalů může být významně zvýšena následkem změněných mechanických vlastností ventilačního aparátu, např. při pneumonii a plicním edému, někdy i dlouhodobě: při plicní fibróze, chronické bronchitidě, plicním emfyzému aj. Spotřeba kyslíku dýchacími svaly pak může být také mnohonásobně zvýšena. To může způsobit, společně s dalšími nedostatečně známými faktory, stav označovaný jako „únava dýchacích svalů“. Klinicky se projeví rychlým mělkým dýcháním, paradoxním pohybem bránice a břišní stěny (ta se během inspiria vtahuje, místo aby se vyklenovala). Zcela logicky hrozí hromadění CO₂ v organismu, akutní vznik hyperkapnie nebo její zhoršení. Respirační insuficience I. typu (parciální, hypoxemická) může přejít, z důvodu únavy dýchacích svalů, v respirační insuficienci II. typu (globální) (viz kap. 3.2.1).

3.5.1.2.3 Vyšetření funkce inspiračních a expiračních svalů

Schéma oslabení respiračních svalů a jeho dopady na respiraci

3.5.2 Dechová práce

Dechová práce závisí na množství ventilovaného plynu a na tlacích, které musí být vytvářeny činností dýchacích svalů k překonání statických a dynamických ventilačních odporů. Práce (W) vynaložená na jeden dechový cyklus při dvou různých dechových objemech (V_T1 a V_T2) v případě, kdy výdech je výsledkem smrštění při inspiraci rozepnutých struktur respiračního aparátu, a nevyžaduje proto práci exspiračních svalů, je graficky znázorněna na obr. 3.20. V těchto případech je dechová práce výsledkem svalové práce inspiračních dýchacích svalů. Protože je výsledkem svalové práce, lze ji kvantitativně hodnotit také množstvím kyslíku spotřebovaným dýchacími svaly na zajištění plicní ventilace, jako tzv. metabolickou nebo biologickou práci. Výsledky takových měření jsou ukázány na obr. 3.21. Dechová práce obézních jedinců a nemocných s levostranným srdečním selháním nebo s plicním emfyzémem je relativně málo zvýšená při plicní ventilaci v tělesném klidu. Významně se však zvyšuje při zvýšení plicní ventilace, a to z důvodu větších statických a dynamických dýchacích odporů, které musí být překonávány (viz kap. 3.5.5.3).

Obr. 3.20

Obr. 3.20 Svalová práce (W₁ a W₂) potřebná k uskutečnění jednoho dechového cyklu odpovídá velikosti vyšrafované plochy. Zvětšuje se s velikostí dechového objemu (V_T2>V_T1). Znázornění dechové práce je zjednodušeno tím, že nádech vychází ze stejného plicního objemu (FRC) a předpokládá, že v obou případech je výdech energeticky pasivní proces. Ve skutečnosti větší dechový objem (V_T2) bude vyžadovat práci exspiračních dýchacích svalů, zatímco při menším dechovém objemu může být výdech pasivní

Obr. 3.21

Obr. 3.21 Velikost dechové práce, hodnocené zvýšením spotřeby kyslíku (VO2), při volní hyperventilaci (V), která není provázena zvýšenou fyzickou aktivitou, kromě zvýšené činnosti dýchacích svalů. Spotřeba kyslíku potřebná k dosažení určité plicní ventilace je větší u nemocných s plicním emfyzémem, levostranným srdečním selháním a u obézních jedinců

3.5.2.1 Receptory respiračního aparátu, které optimalizují velikost dechové práce a vyvolávají protektivní změny plicní ventilace

Jedná se jednak o mechanoreceptory, které reagují na napětí v příslušné tkáni a dále o receptory, které reagují na chemické dráždivé podněty. Tyto receptory optimalizují velikost dechové práce a vyvolávají protektivní změny plicní ventilace.

Mechanoreceptory se nacházejí v plicním parenchymu a ve stěně hrudníku. Reagují na změny mechanického napětí během nádechu i výdechu a ovlivňují tím velikost dechových objemů, polohu v oblasti celkové kapacity plic, ve které je ventilace realizována, a nepřímo i frekvenci dýchání. Zprostředkují tzv. Heringův-Breuerův reflex, který normálně přibrzďuje inspirium při větším rozepnutí plic a zesiluje inspirium v jeho počáteční fázi při malém objemu plic. Aferentní signalizace je z nich přenášena převážně senzorickými vlákny (n. vagus). Změny mechanických vlastností plic a hrudníku při některých patologických stavech vyžaduji větší tlakové změny k zajištění plicní ventilace, což však zvýšeně stimuluje tyto receptory. Jejich zvýšená stimulace je důležitým faktorem vzniku subjektivního pocitu dyspnoe (dušnosti).

Tzv. J-receptory, nacházející se v plicním parenchymu v blízkosti plicních kapilár (v juxtakapilárání pozici, proto „J“), jsou citlivé k překrvení plic nebo k hromadění intersticiální tekutiny. Zmenšují v takovém případě dechové objemy za současného zvýšení frekvence dýchání. Velké dechové objemy v plíci, která je rigidní vůči objemovým změnám (je méně poddajná) následkem překrvení nebo edému, by bylo možné dosáhnout jen velkým zvětšením tlakových rozdílů. To by vyžadovalo velké zvýšení práce dýchacích svalů, která by zvyšovala spotřebu kyslíku v organismu a produkci CO₂ a event. i produkci kyseliny mléčné. Tomuto aktivace J-receptorů částečně zamezuje.

Receptory obranných reflexů. Receptory v nosní sliznici, laryngu a dalších dýchacích cestách vyvolávají dočasnou zástavu plicní ventilace (apnoe), laryngospazmus, bronchospazmus a kašel při podráždění různými dráždivými plyny nebo při vniknutí tekutiny nebo potravy do dýchacích cest. V tabulce 3.3 jsou přehledně uvedeny receptory respiračního aparátu, které reagují na mechanické nebo chemické podněty.

Eferentní inervace plicního parenchymu. Plicní parenchym je bohatě inervován parasympatickým (n. vagus), sympatickým a necholinergním, neadrenergním autonomním nervovým systémem. Eferentní inervace zahrnuje:

• cholinergní parasympatická vlákna působící přes acetylcholinové receptory muskarinového typu a vyvolávající bronchokonstrikci, zvýšenou sekreci a vazodilataci;
• sympatická vlákna vyvolávající bronchodilataci, snížení sekrece a vazokonstrikci;
• neadrenergní, necholinergní vlákna (neurotransmitery jsou vazoaktivní intestinální peptid – VIP, substance P, NO aj.) vyvolávají brochodilataci.

Tab 3.3

Tab. 3.3 Receptory respiračního aparátu

3.5.3 Tlaky a tlakové gradienty

Jedná se o následující tlaky a tlakové rozdíly, které podmiňují proudění vzduchu v dýchacích cestách a změny objemu plic (obr. 3.22):

• tlak na tělesném povrchu (P_bs) (většinou tlak atmosferický);
• tlak na začátku dýchacích cest (P_ao) (většinou tlak atmosférický);
• tlak uvnitř alveolů (P_alv), ten je součtem tlaku v pleurální dutině a tlaku vyvíjeného elasticitou plicní tkáně spolu s povrchovým napětím na alveolárním povrchu (P_alv = P_el + P_pl);
• tlak vyvíjený elasticitou plicní tkáně a povrchovým napětím na stěnách alveolů (P_el);
• tlak v pleurální dutině (P_pl);
• tlakový rozdíl mezi tlakem v alveolech a v pleurální dutině, tzv. transpulmonální tlak (P_L= P_alv - P_pl);
• tlakový rozdíl mezi tlakem v pleurální dutině a na tělesném povrchu (P_w = P_pl - P_bs);
•  tlakový rozdíl mezi alveoly a tělesným povrchem, tzv. transtorakální tlak (P_rs = P_alv - P_bs).

Tlak v pleurální dutině (P_pl) je ovlivňován činností dýchacích svalů prostřednictvím změn vnitřního objemu hrudníku. Hodnota P_pl je proto proměnlivá během dechového cyklu. Proměnlivé jsou pak pochopitelně i ty tlakové rozdíly, do kterých vstupuje pleurální tlak jako jeden z určujících tlaků: P_w a především P_L (tlak transpulmonální). V případě transpulmonálního tlaku se během dechového cyklu mění nejen hodnota tlaku pleurálního (P_pl), nýbrž i tlaku vyvíjeného elasticitou plicní tkáně, který ovlivňuje tlak v alveolech (P_alv).

Tlak transpulmonální (P_L) je určujícím faktorem pro stupeň rozepnutí plic, společně s poddajností plicní tkáně.

Tlak transtorakální (P_rs) určuje, zda probíhá ispirium nebo exspirium, a spolu s odporem dýchacích cest určuje intenzitu proudu vzduchu.

Eventuální tlakové rozdíly mezi sousedními alveoly, které jsou vzájemně propojeny, budou zákonitě způsobovat proudění vzduchu z alveolu s vyšším tlakem do alveolu s nižším tlakem. Toto se označuje jako „kolaterální ventilace“ (obr. 3.23). Nepřispívá sice přímo k potřebné výměně vzduchu mezi alveoly a vnější atmosférou, ale zlepšuje účinnost ventilace alveolů, které jsou nedostatečně ventilovány přímo. Tlakové rozdíly mezi sousedními alveoly vznikají v důsledku rozdílů v elastických vlastnostech plicní tkáně v bezprostředním okolí daného alveolu (např. ztráta elastických vláken) nebo v důsledku rozdílů v přítomnosti surfaktantu. Kolaterální ventilace je považována za jev patologický.

Absolutní hodnoty tlaku a tlakových rozdílů mají velký význam pro velikost tzv. dechové práce, tj. energie vynakládané dýchacími svaly na uskutečnění plicní ventilace (viz kap. 3.5.2).

Obr. 3.23

Obr. 3.23 Kolaterální ventilace. Alveolus s vyšším povrchovým napětím (A₁) „vydechuje“ při exspiriu částečně do alveolu s nižším povrchovým napětím (A₂). Tento fenomén se zvýrazní při zúžení bronchiolu během výdechu. Kuličky na stěnách alveolů znázorňují molekuly surfaktantu. Jejich množství („koncentrace“) je nižší v alveolu A₁, proto je v něm povrchové napětí vyšší

Obr. 3.22

Obr. 3.22 Tlaky (P) a tlakové gradienty (ΔP) v respiračním aparátu (bs–z body surface, ao–z airway opening, alv–alveolus, pl–pleurální dutina, rs–respirační systém, el–elastičnost). Šipky s patkami ukazují tlaky na rozhraních. Pokud jsou proti sobě působící tlaky stejné, nedochází ke změně objemu plic ani alveolů. Tento stav odpovídá konci inspiria, exspiria nebo apnoe (tak je tomu na obrázku). V případě, že jsou tlaky působící proti sobě na rozhraních různé, dochází ke zvětšování nebo zmenšování objemu plic a alveolů. Pružiny znázorňují kontrakční síly v plicní tkáni. Při zvětšování objemu plic v důsledku poklesu P_pl (fyziologicky) nebo v důsledku zvýšení P_alv a přeneseně i tlaku na pleurálním rozhraní (při dýchání pomocí respirátoru), se vzdálenosti všech bodů vzájemně zvětšují. Dochází proto k většímu napnutí elastických struktur v plicní tkáni. Při otevřeném pneumotoraxu se všechny tlaky vyrovnají a plíce kolabují následkem smrštění pružin na jejich klidovou úroveň.

3.5.4 Plicní objemy

Po maximálním nádechu obsahují plíce množství vzduchu, které označujeme jako celková plicní kapacita (TLC). Na konci pasivního výdechu obsahují množství vzduchu označované jako funkční reziduální kapacita (FRC). Na konci maximálního usilovného výdechu obsahují množství vzduchu označované jako reziduální objem (RV). Rozdíl mezi TLC a RV je vitální kapacita plic (VC). Objem odpovídající vitální kapcitě lze ještě rozdělit na dechový objem (VT), inspirační rezervní objem (IRV) a exspirační rezervní objem (ERV)¹⁹. Změny objemu plic, které jsou součástí plicní ventilace, se uskutečňují v rozsahu menším nebo rovném vitální kapacitě plic. Patologické změny mohou způsobit zvětšení (např. při emfyzému) nebo zmenšení (např. po plicní lobektomii) TLC. Mohou také způsobit zmenšení kapacity plic při normálním nebo zvětšeném TLC, zvětší-li se reziduální objem (viz obr. 3.40).

Reziduální objem je fyziologicky určen nejmenším možným vnitřním objemem hrudníku. Vedle konstitučních faktorů je dán i fixací žeber ke sternu. Jeho fyziologický význam je značný:

• zabraňuje kolabování alveolů na konci exspiria – znovuotevření kolabovaných alveolů při nádechu by bylo podstatně energeticky náročnější než pouhé zvětšení jejich objemu;
• krev, která by protékala na konci exspiria kolem kolabovaných alveolů, by si podržela složení smíšené venózní krve z hlediska krevních plynů, představovala by tedy příměs venózní krve ke krvi arteriální, tzv. plicní (funkční) zkrat.

K patologickému zmenšení reziduálního objemu dochází při pneumotoraxu nebo po chirurgickém odstranění části plic. Naopak k jeho patologickému zvětšení dochází např. při plicním emfyzému nebo během astmatického záchvatu.

__

¹⁹Veškeré plicní a ventilační objemy jsou měřeny jako „exspirační“ objemy. Ty jsou při RQ = 0,8 menší než objemy inspirační. Jsou stanovovány pro aktuální tělesnou teplotu, atmosférický tlak vzduchu a nasycenost vodními parami (BTPS – body temperature pressure saturation). Naproti tomu spotřeba kyslíku nebo výdej oxidu uhličitého jsou přepočítávány na standardizovanou teplotu, atmosférický tlak a nulovou přítomnost vodních par (STPD – standard temperature pressure dry), pokud jsou vyjádřeny v objemových jednotkách (ml/min).

3.5.5 Mechanické odpory

Odpory, které musí dýchací svaly překonávat při vytváření nebo udržování tlakových gradientů v respiračním aparátu potřebné pro dosažení alveolární ventilace, se dělí na tzv. odpory statické a odpory dynamické.

3.5.5.1 Statické odpory

Jako statické jsou tyto odpory označovány proto, že působí nejen během proudění vzduchu dýchacími cestami, nýbrž i na konci inspiria a na konci exspiria, kdy se proudění vzduchu dočasně přeruší. Působí tedy i během volního nebo reflektorického zadržení dechu. Statické odpory jsou normálně vektorovým součtem napětí v plicním parenchymu a v anatomických strukturách hrudního koše.

Elastické napětí v plicích a v hrudním koši může působit proti sobě nebo souhlasně, záleží na fázi dechového cyklu. Na konci klidového exspiria, když v plicích zůstává funkční reziduální objem vzduchu (FRC), se protisměrné působení elasticity hrudního koše a plic vyrovná. Dýchací pohyby ustanou a dýchací svaly nemusí vykonávat žádnou práci (viz obr. 3.24B). Nádech vyžaduje překonání stažlivosti plic, čemuž zpočátku napomáhá tendence hrudního koše k elastickému rozpínání. Při hlubokém inspiriu však i hrudní koš přesáhne bod, do kterého se samovolně rozpíná, a jeho další rozpínání pak vyžaduje aktivní práci inspiračních dýchacích svalů, stejně jako rozpínání plic. Také poddajnost plic k dalšímu rozpínání se během inspiria progresivně snižuje (elastické síly, které musí být překonány, se progresivně zvětšují), a to nakonec omezí horní mez inspiria. Schematicky jsou elastické síly hrudního koše a plic znázorněny v různých fázích dechového cyklu na obr. 3.24.

Při pojednání o změnách statických odporů dýchání při některých patologických stavech je třeba odděleně pojednat o změnách statických odporů plicní tkáně a hrudního koše. Elastické síly vznikající v hrudním koši a v plicích při různém jejich rozepnutí se znázorňují statickou křivkou²⁰ znázorňující vztah mezi tlakem a objemem (tlak-objem). Tyto křivky pro normální izolovanou plíci, pro izolovaný normální hrudní koš a společně pro plíce a hrudní koš jsou znázorněny na obr. 3.25.

___

²⁰Po změně tlaku, který vyvolá změnu objemu, je dostatek času pro dosažení konečné změny objemu a nového bodu křivky (srovnej s obr. 3.35, kde tomu tak z časových důvodů není).

Obr. 3.24

Obr. 3.24 Síly vyvolané aktivní svalovou kontrakcí (silné šipky) a elastické síly v plicích a v hrudním koši (slabé šipky) při třech různých objemech plic: A – objem na konci maximálního výdechu odpovídající reziduálnímu plicnímu objemu (RV); B – objem na konci klidového výdechu odpovídající funkční reziduální kapacitě (FRC); C – objem na konci maximálního inspiria odpovídající objemu plic označovanému jako celková plicní kapacita (TLC). Ppl je tlak v pleurální dutině

Obr. 3.25

Obr. 3.25 Statické křivky tlak–objem znázorňují statickou poddajnost (C_stat). Samostatně jsou nakresleny křivky pro izolovaný hrudní koš (přerušovaná křivka) , izolované plíce (čerchovaná křivka) a společná křivka pro plíce a hrudní koš (plná křivka). V místě, které odpovídá objemu plic (FRC) je stejně velkými, ale od sebe směřujícími šipkami ukázáno, že síly působící v plicní tkáni a v hrudním koši jsou stejné, ale protichůdné. Tlaky na ose x odpovídají situaci, kdy jsou změny objemu vyvolány tlakem působícím z dýchacích cest a jejich zdrojem není činnost dýchacích svalů

3.5.5.1.1 Změny statických odporů plicní tkáně

Nepůsobí-li na plicní parenchym žádný roztažný tlak, kterým je fyziologicky negativní tlak v pleurální dutině oproti tlaku vzduchu uvnitř alveolů (transpulmonální tlak) a v případě ventilace pomocí respirátoru uměle vyvolaný pozitivní tlak v alveolech, plíce kolabují směrem k plicnímu hilu, avšak i potom v nich zůstává malé množství vzduchu (významně menší než reziduální objem). Tento kolaps je způsoben vnitřní elasticitou plicní tkáně. Fyzikálním opakem vlastnosti plicní tkáně zmenšovat svůj objem je její poddajnost. Mírou poddajnosti (compliance) plic je velikost změny jejich objemu při roztažení silou odpovídající 1 cmH₂O (ΔV/cmH₂O). U zdravé plíce je její poddajnost v oblasti dechového cyklu a v jejím okolí (tj. při plicních objemech, ve kterých se normálně uskutečňuje výměna vzduchu – oblast okolo dechového objemu) charakterizována změnou objemu plic o 200 ml při změně rozpínacího tlaku o 1 cmH₂O. Zmenšuje se v oblasti velkých plicních objemů, při hyperinflaci plic (viz křivku tlak-objem pro izolované plíce na obr. 3.25).

Stupeň poddajnosti plic závisí nejen na stavu jejich intersticia, tj. na množství elastických vláken v pojivové tkáni, množství kolagenu, množství krve v plicních kapilárách, množství tkáňového moku v plicním intersticiu aj., nýbrž i na roztažnosti jejich alveolů. V alveolech vyplněných vzduchem působí povrchové síly, které mají tendenci zmenšovat vnitřní povrch alveolu, a tedy i jeho objem. Přispívají tím k tendenci plic se smršťovat, zmenšovat samovolně svůj objem, a vypuzovat vzduch obsažený v respirační části dýchacích cest. Povrchové síly uvnitř alveolů tedy působí souhlasně s elastickými silami intersticia při zmenšování objemu plic v situaci, kdy na plíce působí z pleurální dutiny menší roztažná síla.

Povrchové síly uvnitř alveolů jsou významně snižovány přítomností surfaktantu, komplexu lipidů a specifických proteinů, které v alveolech produkují a secernují pneumocyty II. typu. Při zmenšování alveolu se molekuly surfaktantu na jeho povrchu koncentrují, a stávají se tím účinnějšími. Naopak při značném roztažení alveolu se jejich koncentrace na povrchu alveolu zmenšuje a jejich účinek při snižování povrchového napětí klesá. Přítomnost surfaktantu v alveolech tak významně zvyšuje poddajnost plicní tkáně k rozepnutí, a to zvláště při malých objemech plic, tj. na konci exspiria. Významně se tím snižuje velikost práce inspiračních svalů při nádechu. Surfaktant dále snižuje tlakové rozdíly mezi různě rozepjatými alveoly, a zmenšuje tím kolaterální ventilaci mezi sousedními propojenými alveoly, tj. vyprázdnění malých alveolů do alveolů velkých (viz obr. 3.23).

Rozdělení nejdůležitějších složek poddajnosti plicní tkáně na plicní intersticium a povrchové napětí alveolů pomůže při identifikaci patologických stavů, u kterých můžeme předpokládat změnu mechanických vlastností plic.

Změnou, která zvyšuje poddajnost plicní tkáně, je ztráta elastických pojivových vláken v plicním intersticiu následkem jejich proteolytické degradace, která převažuje nad jejich tvorbou. K tomu dochází při plicním emfyzému. Protože elasticita a poddajnost jsou fyzikálně opačné charakteristiky, znamená to, že při emfyzematických změnách plicního parenchymu se snižuje jeho elasticita a že plíce mají po svém rozpětí menší tendenci k samovolnému smrštění. Již klidové exspirium proto může vyžadovat zapojení exspiračních dýchacích svalů, takže celková svalová práce se obvykle zvýší. Snižují se také radiálně působící roztažné síly na drobné dýchací cesty, jejichž průměr se proto může, zvláště během exspiria, zmenšit.

Poddajnost plicní tkáně naopak snižují fibrotické změny v jejím intersticiu. Poddajnost plicní tkáně snižuje také rozšíření intersticia nahromaděnou tekutinou při intersticiálním plicním edému. Podobně působí i zvýšený objem krve v plicních kapilárách při tzv. kongesci plic, nejčastěji v důsledku selhávání levého srdce.

Na obrázku 3.26 je znázorněn objem plic s normální, sníženou (plicní fibróza) a zvýšenou (emfyzém) poddajností, při různém roztažném transpulmonálním tlaku.

Celá řada stavů snižuje obsah surfaktantu v plicních alveolech, a tím snižuje poddajnost plic vůči změnám tlaku. Tvorbu surfaktantu může narušit poškození plic vdechnutím toxických plynů (to může být i kyslík při dlouhodobé expozici jeho vysokému parciálnímu tlaku), vdechnutí vody nebo částí potravy a zvratků, jakož i zánět plicní tkáně. Odpovídající klinický a patofyziologický stav bývá označován jako syndrom ARDS (viz kap. 3.6.1.10). K rozepnutí takto změněné plicní tkáně je pak zapotřebí větších tlakových změn, což může významně zvýšit dechovou práci.

Elastické vlastnosti plicního parenchymu jsou důležité nejen pro mechaniku plicní ventilace, nýbrž i pro velikost průsvitu zvláště drobných dýchacích cest, které ve své stěně neobsahují chrupavčité zpevnění. Elastická vlákna uvnitř plicního intersticia, mají tendenci jeho objem zmenšovat. Svým zakotvením do stěn bronchiolů přispívají k jejich dilataci. Zvětšují tím průsvit dýchacích cest a působí proti jejich kolabování v případě, že na ně působí tlak z okolí (obr. 3.27).

Obr. 3.27

Obr. 3.27 Elastické síly v plicní tkáni zvětšují průsvit dýchacích cest a snižují tím odpor dýchacích cest proudění vzduchu (A). Se zvětšujícím se objemem plic se tyto síly zvětšují (B). Při poškození struktur plicního parenchymu, které snižuje jeho elasticitu, se účinek změn objemu plic na odpor dýchacích cest kladený vzduchovému proudu snižuje

Obr. 3.26

Obr. 3.26 Poddajnost izolovaných plic (C_stat) vůči působení tlaku. Tlak v pleurální dutině (P_pl) je negativní, proto se přičítá svou absolutní hodnotou k tlaku alveolárnímu (transpulmonální tlak P_L = P_alv - (-P_pl) = P_alv + P_pl je proto pozitivní; viz obr. 3.22): plíce normální, plíce postižená fibrózou (viz kap. 3.6.2.2) a plíce postižená emfyzémem (viz kap. 3.6.2.4.2)

3.5.5.1.2 Změny statických odporů hrudního koše

Mechanické vlastnosti hrudního koše mohou být ovlivněny změnami v pohyblivosti žeber, změnami parietální pleury, změnami podkoží včetně nadměrné obezity a změnami kůže (rozsáhlé jizvy a difúzní fibrotické změny). Většina těchto změn snižuje poddajnost hrudního koše, a zvyšuje proto energetické nároky na inspirium. Mechaniku plicní ventilace na úrovni hrudního koše ovlivňuje také poloha těla.

3.5.5.1.3 Společná statická křivka tlak-objem pro plíce a hrudní koš

Oddělená analýza statických křivek tlak-objem (poddajnosti) plic a hrudního koše je zajímavá především z patofyziologického (analytického) hlediska. V klinické praxi je velmi důležitá společná statická křivka tlak-objem, protože ta vypovídá o aktuální poddajnosti (Cstat) respiračního aparátu tlakovým změnám (vyvolaným činností buď dýchacích svalů, nebo mechanických respirátorů) a o elastických silách, které při změnách objemu v respiračním aparátu vznikají. Tato společná křivka je znázorněna na obr. 3.28 ve vztahu k různým plicním objemům. Poddajnost respiračního aparátu vůči tlakovým změnám charakterizuje sklon křivky v oblasti, ve které se uskutečňují objemové změny. Jak je patrno z esovitého tvaru statické křivky tlak-objem, snižuje se tato poddajnost při dýchání v oblasti inspiračního (IRV) nebo exspiračního (ERV) rezervního objemu. Poddajnost respiračního aparátu vůči tlakovým změnám se mění (většinou se snižuje) při celé řadě patologických procesů postihujících plíce nebo hrudní koš. Větší tlakové změny jsou pak potřebné také pro dosažení normálních dechových obejmů v normální oblasti celkové plicní kapacity (TLC). Sklon křivky se totiž zmenšuje ve všech jejích částech (obr. 3.28). Při zvýšení poddajnost respiračního aparátu bude třeba k dosažení normálního výdechu (objemu FRC) použít práce exspiračních dýchacích svalů.

Obr. 3.28

Obr. 3.28 Změna statické poddajnosti (C_stat) respiračního aparátu (plic a hrudního koše) v oblasti celé vitální kapacity (celá křivka) a v oblasti dechového objemu (silná část křivky). Poddajnost normálního respiračního aparátu je znázorněna plnou křivkou

3.5.5.2 Dynamické odpory

Dynamické odpory vznikají jen při proudění vzduchu dýchacími cestami a při probíhajících změnách objemu plic a hrudního koše. Během apnoe nebo na vrcholu inspiria a exspiria jsou nulové. Příčinou těchto odporů je tření vrstev vzduchu navzájem a o stěnu dýchacích cest²¹ a dále tření různých tkání (např. pleur) při jejich vzájemném pohybu.

!!!začátek petitu!!!

Tlak potřebný k překonání statických a dynamických odporů dýchání vyjadřuje tzv. pohybová rovnice plic (P_tot), kde V je velikost objemu vzduchu:

P_tot = (E . ΔV) + (R . V´) + (I . V´´)                                                                             (3.20),

ve které představuje první člen (E . ΔV) statickou komponentu odporů, druhý člen (R . V´) představuje tlak potřebný k překonání odporů kladených proudění dýchaného plynu (V´) a třetí člen (I . V´´) je tlak potřebný k překonání odporů uvnitř pohybujících se tkání, kde V´´ je objemová změna těchto tkání. Druhý a třetí člen tedy reprezentují dynamické odpory dýchání.

Vztah mezi prouděním vzduchu dýchacími cestami, odporem kladeným tomuto proudění (R) a potřebným tlakem, je dán analogií Ohmova zákona, kdy:

V´= P/R neboli P (potřebný tlak) = R . V´                                                                (3.21).

!!!konec petitu!!!

___

²¹Dynamický odpor v dýchacích cestách, ve kterých má proudění vzduchu turbulentní charakter, lze snížit nahrazením dusíku ve vdechované plynné směsi heliem, protože helium má nižší viskozitu než dusík.

3.5.5.2.1 Laminární a turbulentní proudění plynů v dýchacích cestách

!!!začátek petitu!!!

Analogie Ohmova zákona však platí jen v případě, že má proudění dýchacích plynů laminární charakter. V případě turbulentního proudění je potřebný tlak větší. Platí pak, že:

P = R . V²                                                                                                   (3.22).

Protože odpor proudění plynu v trubici je přímo úměrný viskozitě plynu η a délce trubice d a nepřímo úměrný čtvrté mocnině jejího poloměru (R = 8ηd/πr⁴), platí pro laminární proudění, že tlak P potřebný k udržení průtoku V je:

P = 8dV´/πr⁴                                                                                          (3.23).

V případě turbulentního proudění dojde při stejném tlaku (tlakovém gradientu) k proventilování menšího objemu plynu, bude to jen druhá odmocnina z jeho objemu V.

To, zda bude mít proudění laminární, nebo turbulentní charakter, lze určit na základě vypočtení tzv. Reynoldsova čísla (Re):

Re = 2rhV´/η                                                                                          (3.24),

kde r je poloměr trubice, h je hustota plynu, V´ je průměrná rychlost proudění a η je viskozita plynu. Překročí-li Reynoldsovo číslo určitou hodnotu, změní se proudění z laminárního na turbulentní.

!!!konec petitu!!!

Reynoldsovo číslo snižuje pomalá rychlost proudění a malý poloměr trubice. V dýchacích cestách proto laminární proudění převažuje v distálních větvích bronchů a zvláště v bronchiolech. Turbulentní proudění převažuje naopak v laryngu, trachei a velkých bronších. 

Při zvětšených objemech ventilovaného plynu se turbulentní proudění propaguje i do distálnějších částí dýchacích cest, protože se zvyšuje rychlost proudění. To zákonitě zvyšuje dynamický dýchací odpor. Proti tomu však působí zvětšení poloměru dýchacích cest při jejich celkovém rozšíření. Protože odpor proudění plynu klesá se čtvrtou mocninou poloměru trubice (viz rovnici 3.25), převažuje při bronchodilataci snížení dynamického odporu respiračního systému.

3.5.5.2.2 Odpor dýchacích cest kladený proudu ventilovaného plynu

Odpor dýchacích cest sice závisí na délce dýchací trubice (d) a na viskozitě ventilovaného plynu (η), ale především závisí na vnitřním průsvitu (poloměru r) dýchacích cest podle závislosti:

R = 8ηd/πr⁴                                                                                                                           (3.25).

Odpor tedy citlivě závisí na poloměru dýchacích cest, protože zmenšení poloměru na polovinu způsobí 16násobné zmenšení jejich průsvitu. Poloměr dýchacích cest se může zmenšit následkem jejich:

• konstrikce (bronchokonstrikce),
• edému sliznice,
• obliterace sekrety,
• stlačení dýchacích trubic okolním plicním parenchymem,
• snížením radiálního tahu elastických vláken plicního intersticia.

Protože se celkový průměr dýchacích cest zvětšuje s větvením bronchiálního stromu (obr. 3.29) a protože turbulentní proudění převažuje ve velkých dýchacích cestách, zatímco v distálních dýchacích cestách je proudění vzduchu laminární, je zřejmé, že převaha dynamických odporů vznikajících při proudění vzduchu v dýchacích cestách je situována na jejich začátku a ve velkých bronších. Při klidném dýchání nosem představuje toto místo u dospělého člověka až 50 % z celkového dynamického odporu. Při dýchání ústy je asi 25 % celkového dynamického odporu situováno v nosohltanu a v laryngu, při hyperventilaci to však může být až 50 %. Zbývající část dynamického odporu se dělí mezi proximální (velké) a distální (malé) dýchací cesty. Z tohoto odporu asi 80 % vzniká v trachee a v lobulárních a segmentálních bronších. Dýchací cesty, jejichž průměr je menší než 2 mm, způsobují normálně jen 20 % tohoto zbytku dynamického odporu proudění vzduchu dýchacími cestami. Mají tedy jen velmi malý podíl na celkovém dynamickém odporu dýchání.

Na obrázku 3.29 je také vynesen odpor proudění vzduchu dýchacími cestami (vyjádřený tlakem potřebným k proventilování jednoho litru vzduchu za jednu sekundu) ve vztahu k větvení bronchiálního stromu. Je zřejmé, že po asi 12 rozvětveních je proudový odpor již jen zlomkem (asi 1/10) odporu kladeného na začátku dýchacích cest.

Dynamický proudový odpor je tedy převážně situován do počátečních částí dýchacích cest. Zvýšení dynamického proudového odporu lze proto očekávat především při patologických změnách, které postihují tuto část dýchacích cest (edém bronchiální sliznice, částečná obliterace slizničními sekrety, vdechnutí cizích těles, laryngospazmus, bronchospazmus, zúžení bronchů jejich stlačením z okolí nebo obliterací zevnitř bronchogenním karcinomem). Naopak patologické procesy postihující převážně distální části dýchacích cest (plicní edém, pneumonie, atelektáza) a plicní parenchym nezvyšují významně dynamický dýchací odpor.

Emfyzém, při kterém se snižuje elasticita plicního parenchymu, zvyšuje proudový odpor dýchacích cest, protože jsou zmenšeny roztažné radiální síly parenchymu na velikost dýchacích cest a jejich průsvit se proto s nádechem nezvětšuje tolik jako u zdravých jedinců.

!!!začátek petitu!!!

Někdy se místo odporu dýchacích cest (R_aw – má rozměr „cmH₂O/l vzduchu/s“, v oblasti FRC je asi 15 cmH₂O/l/s) používá jeho převrácené hodnoty (1/R_aw), která se označuje jako vodivost (průchodnost) dýchacích cest (G_aw – má rozměr „litrů vzduchu/s/cmH₂O“). Pro ilustraci vztahu odporu dýchacích cest a jejich vodivosti jsou na obr. 3.30 znázorněny oba tyto parametry v závislosti na aktuálním plicním objemu. Je vidět, že se zvětšujícím se nádechem klesá odpor dýchacích cest přibližně podle hyperboly. Tento pokles je způsoben zvětšováním průsvitu dýchacích cest. Vodivost dýchacích cest se zvyšuje se zvětšujícím se nádechem lineárně.

!!!konec petitu!!!

Důležité je, že mnohé fyzikální faktory, které ovlivňují odpor dýchacích cest, působí různě během exspiria a během inspiria.

Obr. 3.29

Obr. 3.29 Velikost průřezu dýchacích cest ve vztahu k jejich větvení a velikost dynamického odporu, který je v příslušné části dýchacích cest kladen proudění vzduchu

Obr. 3.30

Obr. 3.30 Odpor dýchacích cest proudění vzduchu (R_aw) se snižuje se zvyšujícím se rozepětím (objemem) plic. Průchodnost („vodivost“) dýchacích cest (G_aw) se naopak zvětšuje přímo úměrně a lineárně s objemem plic

3.5.5.2.3 Omezení exspiria

Z měření závislosti intenzity průtoku vzduchu během exspiria a inspiria při stoupajícím dechovém úsilí je zřejmé, že pouze na začátku exspiria stoupá průtok úměrně s výdechovým úsilím, následné tři čtvrtiny nebo druhá polovina výdechu jsou na výdechovém úsilí nezávislé (viz obr. 3.43 znázorňující křivky průtok-objem při různém ventilačním úsilí). V případě inspiria je intenzita průtoku vzduchu závislá na inspiračním úsilí během celé fáze nádechu.

Je třeba zde připomenout, že průřez dýchacích cest se zvětšuje během inspiria a při dýchání v oblasti inspiračního rezervního objemu (při hyperinflaci plic), a to z důvodu zesíleného radiálního tahu plicního intersticia na stěnu bronchů, hlavně bronchiolů, jejichž stěna neobsahuje chrupavčité zpevnění. Naopak během exspiria se průřez dýchacích cest zmenšuje, což je zvláště výrazné v případě usilovného a rychlého výdechu. V tomto případě totiž vzniká v intersticiu plicní tkáně silný pozitivní tlak, který primárně vytlačuje vzduch z alveolů, ale současně také komprimuje především ty dýchací cesty, které nemají ve své stěně chrupavčité zpevnění nebo je toto patologickým procesem, např. chronickým zánětem, poškozeno (obr. 3.31). Na zúžení dýchacích cest během exspiria se podílí i zrychlení proudění vzduchu v místě, kde je menší průsvit dýchacích cest. Rychlejší proudění vzduchu snižuje tlak, kterým vzduch působí na stěny dýchacích cest.

Komprese dýchacích cest během exspiria znemožní vytlačení vzduchu z alveolů, což je fenomén označovaný anglickým výrazem „air trapping“. Zadržení vzduchu v plicích, „air trapping“, může mít kumulativní průběh. Zvláště při fyzické námaze provázené zvýšenou frekvencí dýchání a zvýšenými tlakovými změnami v hrudníku může docházet k postupnému nárůstu plicního objemu odpovídajícímu FRC. Plicní ventilace se progresivně posunuje do oblasti inspiračního rezervního objemu, kde jsou větší statické odpory dýchání. To začne omezovat dechové objemy a zvětšovat dechovou práci. Dušnost, která se zákonitě dostaví, ustoupí po vydýchání nahromaděného vzduchu.

Během exspiria klesá tlak uvnitř dýchacích cest směrem od alveolů k dutině ústní²². V některém místě dýchacích cest se proto může vyrovnat tlak uvnitř dýchací trubice s tlakem působícím její kompresi z okolního parenchymu. To se označuje jako „místo stejného tlaku“. Proximálněji od tohoto místa, směrem k dutině ústní, převýší tlak komprimující dýchací trubici nad tlakem plynu uvnitř této trubice, což způsobí její zúžení až uzavření (viz obr. 3.31). Zužování a uzavírání dechových cest tlakem z intersticia se významněji uplatňuje v bázích plic oproti jejich středním a horním částem. Příčina je v nižších hodnotách negativního intrapleurálního tlaku v oblastí plicních bází z důvodu hmotnosti plic a působení gravitačních sil (obr. 3.32) a z důvodu elastického tahu směřujícího k plicním hilům.

Zúžení dýchacích cest během exspiria popsaným mechanismem zesilují následující faktory:

• usilovný a rychlý výdech s účastí exspiračních dýchacích svalů,
• snížení radiálního roztažného působení plicního parenchymu na stěnu dýchacích trubic,
• zúžení nebo zvýšení poddajnosti stěny dýchacích trubic v intratorakální oblasti (viz obr. 3.46), např. v důsledku chronických zánětových změn.

___

²²Za předpokladu spojení dýchacích cest s okolním vzduchem. Při náhle vytvořené překážce výdechu se tlak v dýchacích cestách a v alveolech vyrovná, což se používá ke změření aktuálního alveolárního tlaku během určité faze výdechu nebo nádechu. Taková vyšetření slouží ke stanovení výdechových tlaků, event. výkonnosti dýchacích svalů.

Obr. 3.31

Obr. 3.31 Tlaky v alveolech a v dýchacích cestách v porovnání s tlakem v plicním intersticiu (čísla udávají hodnoty cmH2O): A – na konci inspiria; B – při pasivním exspiriu, které je důsledkem relaxace dýchacích svalů; C – při aktivním exspiriu s kontrakcí exspiračních svalů. Při aktivním exspiriu (zvláště usilovném) jsou dýchací cesty částečně komprimovány a kladou proudění vzduchu zvýšený odpor

Obr. 3.32

Obr. 3.32 Rozdílný tlak v pleurální dutině ve vzpřímené poloze v důsledku gravitační síly působící na plíce. Hodnoty tlaku odpovídají přibližně fyziologickému objemu plic na konci pasivního výdechu (FRC). Plicní tkáň je méně rozvinutá v plicních bázích, protože je zde menší negativní tlak v pleurální dutině

3.5.5.2.4 Omezení inspiria

Inspirium je přirozeně omezeno dosažením určitého napětí v anatomických strukturách respiračního aparátu. Inspirium může být patologicky omezeno bolestí, kterou může vyvolávat. To může vést k mělkému dýchání posunutému do oblasti exspiračního rezervního objemu.

Inspirium je provázeno snížením tlaku v dýchacích cestách, které se proto zužují. Toto je však uvnitř hrudní dutiny kompenzováno zvětšováním průsvitu dýchacích cest v důsledku expanze plicní tkáně. V oblasti velkých dýchacích cest, které se nacházejí extratorakálně, taková kompenzace není. Tato část dýchacích cest má proto tendenci se během inspiria zužovat. Významnému zúžení však normálně zabraňuje jejich chrupavčité zpevnění. Je-li však v této části dýchacích cest patologické zúžení nebo jsou-li dýchací trubice nadměrně poddajné změnám tlaku²³, pak jejich zúžení během inspiria může způsobit významné zvýšení dynamického dýchacího odporu a vyžádat si zvýšené úsilí inspiračních svalů k uskutečnění nádechu (viz obr. 3.47).

___

²³Například požití alkoholu před spánkem může snížit svalový tonus v oblasti nosohltanu během spánku a narušit tím fyziologické dýchání během spánku. To se může projevit chrápáním během inspiria.

3.5.5.2.5 Vliv zvětšeného dynamického odporu

Tlakové gradienty, které překonávají dynamické odpory a vyvolávají pohyb vzduchu dýchacími cestami, se přičítají k tlakům překonávajícím při změně objemu respiračního aparátu odpory statické. Během inspiria i exspiria jsou proměnlivé a lze je charakterizovat jejich maximální hodnotou (P_peak). Tlakové gradienty vznikající mezi dutinou ústní a alveoly v průběhu inspiria (P_al se následkem zvětšování objemu hrudníku a následně i alveolů sníží) jsou superponovány na statickou křivku tlak-objem (obr. 3.33). Patologické zvětšení dynamických odporů během inspiria nemění poddajnost respiračního aparátu, ale zvětšuje odpor proudu vzduchu kladený dýchacími cestami. Následkem toho je maximální hodnota dosaženého tlakového gradientu (P_peak-insp) zvětšená.

Analogická situace je při exspiriu. Fyziologické klidové exspirium využívá ke zvýšení tlaku v alveolech a následně i v dýchacích cestách stažlivost elastických struktur. Svalové práce dýchacích svalů proto není pro vznik exspiračního tlakového gradientu potřeba, dostačující je relaxace inspiračních svalů. Při zvýšeném exspiračním odporu je zapotřebí aktivní práce exspiračních dýchacích svalů (obr. 3.34).

Obr. 3.33

Obr. 3.33 Zvýšený dynamický odpor během inspiria. P_peak-insp je nejvyšší dosažený tlak během inspiria

Obr. 3.34

Obr. 3.34 Zvýšený dynamický odpor projevující se během exspiria. P_peak-exsp je nejvyšší dosažený tlak během exspiria

3.5.5.3 Dynamická poddajnost plic

Dynamickou poddajností (compliance – C_dyn) respiračního aparátu rozumíme vztah mezi tlakem a objemem respiračního aparátu v situaci, kdy z důvodu krátce trvajícího inspiria a exspiria nebo v důsledku patologických změn plicního parenchymu nejsou na konci inspiria a exspiria zcela dosaženy hodnoty ležící na statické křivce tlak-objem (obr. 3.35). Není pro to dostatek času. Sklon přímky, která charakterizuje vztah mezi tlakem a objemem, se proto stane méně strmý. Dynamická poddajnost je nižší než statická. Pro dosažení potřebného dechového objemu je zapotřebí většího tlaku, než by odpovídalo statické poddajnosti respiračního aparátu (C_stat na obr. 3.35).

Také regionální zúžení dýchacích cest (obr. 3.36), jakož i postižení bronchů s průměrem pod 2 mm, se mohou projevit tím, že při zvýšené frekvenci dýchání (tachypnoe) se bude respirační aparát chovat podobně, jako by se snížila jeho poddajnost, protože některé části plic nedokončí zcela změnu svého objemu.

Poměr C_dyn/C_stat je ideálně 1,0 a ani při zvýšené frekvenci dýchání se významně nesnižuje (je vyšší než 0,8). Při zúžení dýchacích cest se může tento poměr při zvýšené frekvenci dýchání snižovat (obr. 3.37). Hodnoty C_stat a C_dyn lze stanovit pomocí kontinuálního záznamu objemových změn hrudníku a tlaku měřeného v jícnu, který odráží tlak v pleurální dutině.

Obr. 3.35

Obr. 3.35 Dynamická poddajnost respiračního aparátu (C_dyn) v porovnání se statickou poddajností (C_stat). Zvýšení frekvence dýchání vede ke zkrácení trvání inspiria a exspiria. A, B – z časových důvodů objemově nedokončené exspirium a inspirium. To způsobí snížení sklonu závislosti tlak-objem, což se projeví jako snížení poddajnosti. Při nezměněných tlacích na konci exspiria (P_e) a inspiria (P_i) to způsobí zmenšení dechového objemu (V´_T < V_T)

Obr. 3.36

Obr. 3.36 Zúžení dýchacích cest může způsobit nedostatečnou ventilaci části plic v případě zkrácení trvání dechového cyklu, tj. při zvýšení frekvence dýchání (tachypnoe) (B). Při pomalé frekvenci dýchání se nemusí zúžení na vztahu tlak-objem projevit (A)

Obr. 3.37

Obr. 3.37 Poměr C_dyn/C_stat u zdravých lidí a u nemocných s asthma bronchiale v závislosti na frekvenci dýchání (J Clin Invest, 1969, 48, p. 1100)

3.5.5.4 Zvětšení dechové práce při patologicky zvýšených statických a dynamických odporech

Svalová práce potřebná pro jeden dechový cyklus odráží vytvoření tlakových rozdílů v respiračním aparátu potřebných pro dosažení příslušných objemových změn (viz obr. 3.20).

Zvětšení statických odporů zmenšuje sklon statické křivky tlak-objem a posunuje celou křivku doprava. Tím se při zachování konstantního dechového objemu zvětšuje práce inspiračních svalů, a proto i „dechová práce“, a to při každém dechovém cyklu (obr. 3.38).

Zvětšení dynamických odporů zvyšuje dechovou práci při uskutečnění buď inspiria, nebo exspiria (obr. 3.39), nebo jak inspiria, tak i exspiria. Kombinace zvýšení dechové práce v důsledku snížené poddajnosti respiračního aparátu a zvětšení dynamických dýchacích odporů může zvýšit dechovou práci velmi významně zvláště během fyzické aktivity. Proto může patologické zvětšení dechové práce postiženého značně omezovat v jeho schopnosti fyzické činnosti. Terapie by měla zahrnovat snahu o zmenšení dýchacích odporů a dechové práce a někdy i použití mechanické podpůrné nebo řízené ventilace (viz kap. 3.5.11).

Obr, 3.38

Obr. 3.38 Zvětšení dechové práce jednoho dechového cyklu (tečkovaná plocha), při konstantním dechovém objemu V_T, následkem snížení poddajnosti respiračního aparátu

Obr. 3.39

Obr. 3.39 Zvětšení dechové práce jednoho dechového cyklu při konstantním dechovém objemu V_T, následkem zvětšení inspiračního (A) nebo (B) exspiračního odporu proudění vzduchu

3.5.6 Vyšetření zaměřená na posouzení změn plicní mechaniky

Poruchy mechaniky plicní ventilace lze diagnostikovat pomocí vyšetření objemových změn plic, změn tlaku v dýchacích cestách a hrudní dutině, časového průběhu objemových změn a analýzou dechového proudu v průběhu dechového cyklu. O mechanice plicní ventilace tak vypovídají statická nebo dynamická vyšetření, při kterých jsou současně zaznamenávány:

• časový průběh plicní ventilace, tj. křivka objem-čas; 
• stupeň naplnění plic vzduchem a tok vzduchu dýchacími cestami, tj. křivka průtok-objem; 
• změny pleurálního tlaku a stupně naplnění plic vzduchem, tj. křivka tlak-objem.

Vedle těchto vyšetření existují další vyšetření speciální.

3.5.6.1 Křivky objem-čas (spirogram a křivka rozepsaného usilovného výdechu)

Klasické spirografické vyšetření zaznamenává objemové změny plic během klidového dechového cyklu, jakož i během usilovného dýchání (obr. 3.40) a dalších speciálních manévrů. Umožňuje tak stanovit následující ukazatele: V_T, V_C, IRV, ERV, f, V a V_max. Modifikace spirografického vyšetření, při které je detailně zaznamenán časový průběh usilovného výdechu po předchozím maximálním nádechu, umožní stanovit vydechnutý objem během první²⁴ sekundy usilovného výdechu (FEV₁) a jeho podíl z celkového vydechnutého množství vzduchu (FVC), vyjádřený většinou v procentech (FEV₁/FVC . 100). Jedná se o velmi užitečné a dobře reprodukovatelné vyšetření. Zdraví lidé mají FEV₁ více než 70 %, nemocní s obstrukčním plicním onemocněním mohou mít FEV₁ jen 20–30 %. Vyhodnocován bývá ještě průměrný vzduchový proud v prostřední části výdechu FEF_25-75 (forced expiratory flow) (obr. 3.41). Lze také stanovit maximální průtok vzduchu (MEF – maximum expiratory flow) během usilovného výdechu v místech křivky odpovídající exspiraci 75 %, 50 % a 25 % FVC.

Obecně se jedná o záznamy objemových změn v závislosti na čase, tedy o křivky „objem-čas“. Praxe ukazuje, že nejčastěji jsou poruchy plicní funkce diagnostikovány analýzou exspirační části dechového cyklu.

Stanovení FRC a RV vyžaduje jiná vyšetření, buď celotělovou pletysmografii („body box“), nebo diluci helia, nebo vyplavení dusíku během inhalace čistého kyslíku.

Průkaz nerovnoměrnosti plicní ventilace také vyžaduje speciální vyšetření. Tím může být stanovení dynamické poddajnosti (C_dyn) při zvyšující se frekvenci dýchání (viz kap. 3.5.5.3), inhalace radioaktivního plynu (¹³³Xe) a plicní sken, nebo záznam koncentrace N₂ ve vydechovaném vzduchu po jednom maximálním nádechu čistého kyslíku.

___

²⁴Eventuálně 2, 3 a více sekund.

25

²⁵FVC (forced vital capacity) je vitální kapacita plic zjištěná při usilovném maximálním výdechu po předchozím maximálním nádechu. Je menší než VC (vitální kapacita stanovená, aniž by byl výdech prováděn s maximálním úsilím). Důvodem je především komprese dýchacích cest nacházejících se v hrudním koši při velkém zvýšení tlaku v prostoru hrudního koše během usilovného výdechu. Někdy se také používá zkratky FEC (forced expiratory capacity) ve stejném významu.

Obr. 3.40

Obr. 3.40 Křivka čas-objem. Záznam objemových změn respiračního aparátu formou spirogramu. Vedle stanovení plicních objemů, frekvence dýchání a minutové plicní ventilace (V) může být její součástí i 20sekundový záznam volní ventilace prováděné maximální intenzitou (není na obrázku znázorněn), který umožňuje stanovit maximální plicní minutovou ventilaci(V_max). Poměr maximální plicní ventilace ke klidové plicní ventilaci (V_max/V) je označován jako dechová rezerva

Obr. 3.41

Obr. 3.41 Časový záznam průběhu exspiria prováděného s maximálním úsilím (FEV – forced expiratory volume) je také křivkou čas-objem. Vedle hodnoty FEV dosažené během první sekundy usilovného výdechu (FEV₁) je znázorněn průtok vzduchu dosahovaný mezi 25 a 75 % usilovného výdechu (FEF_25-75 – forced expiratory flow). Na obrázku A je záznam od zdravého jedince a na obrázku B je záznam od jedince s obstrukčním typem plicního onemocnění. Na tomto záznamu je zřetelný fenomén označovaný jako „air trapping“, který je důsledkem usilovného výdechu a komprese respiračních a terminálních bronchiolů

3.5.6.2 Křivky průtok-objem

3.5.6.2.1 Normální křivka průtok-objem

Moderní spirometrické vyšetření detailně monitoruje průběh nádechu a výdechu. Zaznamenává přitom velikost proudu vzduchu v průběhu inspiria a exspiria – tzv. křivky průtok-objem. Na těchto křivkách je vynášen vzduchový proud v litrech za sekundu proti příslušné oblasti vitální kapacity (VC) nebo, při znalosti reziduálního objemu (RV), proti příslušné oblasti celkového objemu plic (TLC). Na obrázku 3.42 je znázorněna příkladná křivka průtok-objem s vyznačením jejích částí PEF, V_max50 a MIF₅₀, které bývají vyhodnocovány při její analýze. Na obrázku 3.43 je znázorněn soubor křivek průtok-objem při dechových cyklech odpovídajících VC, ale prováděných s různým úsilím (různě rychle). Na exspirační části křivek je vidět, že druhé dvě třetiny výdechu jsou minimálně ovlivněny svalovou činností a uskutečňují se vždy se srovnatelnou intenzitou.

Obr. 3.43

Obr. 3.43 Křivky průtok-objem zaznamenané u zdravého jedince provádějícího maximální nádech a výdech s různým úsilím. Zatímco během inspirace závisí průtok v celém svém průběhu na úsilí inspiračních dýchacích svalů, v případě exspiria je tomu tak pouze na jeho začátku

Obr. 3.42

Obr. 3.42 Křivka průtok-objem při dechovém cyklu prováděném s maximálním úsilím: insp. –konec maximálního inspiria odpovídajícího objemu plic TLC; exsp. – konec maximálního exspiria odpovídajícího plicnímu objemu RV; MIF₅₀ (maximal inspiratory flow) – průtok v polovině inspiria (v polovině inspiria bývá průtok největší); PEF (peak expiratory flow) – maximální průtok dosažený během exspiria; V_max50 – průtok při polovině maximální změny objemu plic

3.5.6.2.2 Patologické změny křivky průtok-objem

K patologickým změnám křivky průtok-objem dochází jednak jejím posunutím do oblasti menších nebo větších plicních objemů a jednak snížením intenzity proudu vzduchu²⁶ během inspiria nebo exspiria.

Posun křivky do oblasti menších plicních objemů nastává při tzv. restrikčních plicních onemocněních, při kterých se zmenšuje celková vzdušnost plic (např. plicní fibróza, atelektáza, plicní lobektomie). Naopak posun do oblasti větších plicních objemů nastává při zvětšení reziduálního plicního objemu, při hyperinflaci plic (např. během astmatického záchvatu nebo při plicním emfyzému) (obr. 3.44). U obstrukčních onemocnění se mění i tvar křivky během inspirace nebo exspirace nebo během obou těchto dechových fází (viz dále).

Snížení intenzity vzduchového proudu může být způsobeno menšími tlakovými změnami, např. v důsledku nízké výkonnosti dýchacích svalů nebo snížené elasticity plic, event. v důsledku slabé motivace vyšetřované osoby. Jinou příčinou může být zvětšení odporů kladených proudění vzduchu.

Neuromuskulární onemocnění, které zeslabuje výkonnost dýchacích svalů, nebo nedostatek spolupráce nebo motivace vyšetřované osoby mohou napodobovat při spirografickém vyšetření a stanovení křivky průtok-objem plicní onemocnění restrikčního typu. Užitečné pak může být změření maximálních tlaků, které vyšetřovaná osoba může vytvořit inspiračními nebo exspiračními svaly při izometrickém výdechu maximálním úsilím proti překážce. Zjišťují se maximální dosažené tlaky při inspiriu vycházejícím z polohy odpovídající RV a při exspiriu vycházejícím z polohy odpovídající TLC. Tyto tlaky odrážejí výkonnost dýchacích svalů.

Celkovou ventilační výkonnost respiračního aparátu, včetně výkonnosti dýchacích svalů, odráží výsledek vyšetření maximální dosažitelné volní plicní ventilace (V_max). Vyšetřovaná osoba dýchá po 12 sekund s maximálním úsilím a frekvencí a dosažená plicní ventilace je přepočtena na jednu minutu. Takto změřená V_max (nebo též MVV – maximal voluntary volume) by měla být 35–40násobkem hodnoty FEV₁. Při tomto vyšetření se také může znázornit případný „air trapping“ – během usilovné ventilace se progresivně zmenšují dechové objemy v jejich exspirační části.

___

²⁶Zvýšení intenzity proudu je možné při záměně vzduchu za směs helia a kyslíku, která má nižší viskozitu než vzduch.

Obr. 3.44

Obr. 3.44 Změna výdechové části křivky průtok-objem při dvou typech poruch funkce respiračního aparátu: při poruchách obstrukčních a restrikčních (viz kap. 3.5.8). U obstrukčních poruch je zvětšený celkový objem plic a je velký reziduální objem (RV_o). Proud vzduchu je při výdechu snížený během všech fází výdechu přes velký objem vzduchu v plicích. U restrikčních poruch je celkový objem plic zmenšený (TLC_r), proto je malý maximální dosažený průtok (PEF). Vztaženo ke stejnému objemu plic je však průtok oproti normální křivce zvýšený

3.5.6.2.3 Vliv zúžení v horních dýchacích cestách na křivku průtok-objem

Zúžení, které má stálou geometrii, tj. fixní obstrukce, omezuje proudění vzduchu během inspiria i během exspiria. Na křivce průtok-objem proto snižuje jak hodnotu MIF50, tak i hodnoty PEF a MEF (obr. 3.45).

Zúžení, které se mění v průběhu dechového cyklu, omezuje rozdílně exspirium nebo inspirium v závislosti na tom, zda se nachází vně nebo uvnitř hrudního koše.

Nachází-li se zúžení uvnitř hrudníku, omezuje více průběh exspiria (obr. 3.46), protože pozitivní tlak v okolí dýchacích cest je během výdechu komprimuje a zvětšuje proto i jejich patologické zúžení. Odpor proudu vzduchu se proto selektivně zvyšuje během exspiria. Bylo již uvedeno, že zmenšení poloměru trubice, kterou proudí plyn, na polovinu zvýší odpor proudění vzduchu 16krát.

Nachází-li se zúžení ve velkých dýchacích cestách vně hrudníku, dochází ke zvýšení odporu dechovému proudu během inspiria (obr. 3.47), kdy tlak v dýchacích cestách klesá. Naopak během exspiria jsou pozitivním tlakem tyto části dýchacích cest rozšířeny. Více je proto postižena inspirační část křivky průtok-objem a je snížena hodnota MIF₅₀.

Obr. 3.4.5

Obr. 3.45 Změna křivky průtok-objem při zúžení horních dýchacích cest zůstává svým rozsahem konstantní v průběhu inspiria i exspiria. V tomto případě nezáleží na tom, je-li zúžení lokalizováno v intratorakální nebo extratorakální části dýchacích cest (srov. s obr. 3.46 a 3.47)

Obr. 3.46

Obr. 3.46 Změna křivky průtok-objem při dynamickém zúžení horních dýchacích cest (tj. velikost zúžení se mění během dechového cyklu). Zúžení je lokalizováno intratorakálně – tj. zvětšuje se během exspiria a zmenšuje během inspiria

Obr. 3.47

Obr

Obr. 3.47 Změna křivky průtok-objem při dynamickém zúžení horních dýchacích cest (tj. jeho velikost se mění během dechového cyklu). Zúžení je lokalizováno extratorakálně – tj. zvětšuje se během inspiria a zmenšuje se během exspiria

3.5.6.3 Křivky tlak-objem

Současně prováděný záznam objemových změn plic a tlakových změn v pleurální dutině (přímo nebo nepřímo sondou zavedenou do jícnu) umožňuje stanovit statickou nebo dynamickou poddajnost plic.

Statická poddajnost plic (C_stat) je vztahem mezi objemem plic a transpleurálním tlakem stanoveným v různých fázích dechového cyklu při zastavení dýchacích pohybů, tj. během volní apnoe provedené v různých oblastech vitální kapacity (nebo celkové kapacity) plic. Dynamická poddajnost plic (C_dyn) je stejný vztah zaznamenaný během proudění vzduchu a často vyšetřený ještě při různých dýchacích frekvencích.

Tato měření jsou dnes nejčastěji prováděna pomocí zařízení spojujících celotělovou pletysmografii se spirometrickým vyšetřením s možností měření tlaků („body box“). Přístroj kontinuálně zaznamenává a analyzuje smyčku tlak-objem během jednotlivých dechových cyklů.

Na obrázku 3.48 jsou ukázány statické křivky znázorňující vztah tlak-objem v rozsahu velké části vitální kapacity a dynamické křivky znázorňující tento vztah v rozsahu dechového objemu. Tyto křivky byly stanoveny jednak u zdravého jedince a také při některých onemocněních, při kterých se mění plicní poddajnost a celkový objem plic.

Obr. 3.48

Obr. 3.48 Křivk

Obr. 3.48 Křivky znázorňující objemovou změnu plic, ke které dochází v důsledku změn transpulmonálního tlaku. Na křivky znázorňující statickou poddajnost v rozsahu vitální kapacity (plné křivky) jsou přidány křivky dynamické (přerušované) v rozsahu přibližně stejného dechového objemu. Znázorněny jsou také typické hodnoty FRC u zahrnutých patologických stavů, kterými jsou plicní emfyzém (viz kap. 3.6.2.4.2), asthma bronchiale (viz kap. 3.6.2.3), plicní fibróza (viz kap. 3.6.2.2) a syndrom dechové tísně – ARDS (viz kap. 3.6.1.10)

3.5.6.4 Stanovení dynamického odporu dýchacích cest

Celkový odpor dýchacích cest (R_aw) umožňuje stanovit vyšetření pomocí „body boxu“ a pneumotachografu. Odpor dýchacích cest se mění v průběhu dechového cyklu, především vlivem změn v průsvitu dýchacích cest. Na obrázku 3.49 jsou ukázány hodnoty Raw u zdravého jedince a během záchvatu bronchiálního astmatu (viz kap. 3.6.2.3).

Obr. 3.49

Obr. 3.49 Odpor dýchacích cest (R_aw) a průchodnost dýchacích cest (G_aw) v závislosti na objemu plic u nemocného s bronchiálním astmatem před podáním bronchodilatačně působící látky (silná křivka) a po něm (tečkovaná křivka)

3.5.7 Farmakologické ovlivnění dynamického odporu dýchacích cest

Cílem těchto vyšetření je buď zjištění hyperreaktivity bronchů na látky s parasympatomimetickým a bronchokonstrikčním účinkem (acetylcholin, metacholin, histamin, specifický alergen). Ty jsou podávány ve formě aerosolu ve zvyšující se koncentraci a je sledován pokles exspiračních ukazatelů, jako jsou FEV₁ (obr. 3.50), PEF, FEF_25-75, průběh exspirační části křivky průtok-objem, případně vzestup odporu proudění vzduchu. Jedná se o bronchokonstrikční test.

Vyšetřením s opačným cílem je test bronchodilatační. Jeho cílem je prokázání funkční bronchokonstrikce podáním bronchodilatačních látek opět v aerosolu (sympatomimetický beta-agonista, teofyliny, anticholinergika). Reakce je sledována pomocí stejných ukazatelů jako v předchozím případě (viz obr. 3.49).

Obr. 3.50

Obr. 3.50 Snížení FEV₁ po podání bronchokonstrikčně působící látky (histaminu nebo metacholinu) u zdravého jedince (plná silná křivka) a u nemocných s různým stupněm bronchiální hyperreaktivity u bronchiálního astmatu (přerušované křivky)

3.5.8 Výsledky vyšetření svědčící pro restrikční nebo obstrukční plicní onemocnění

V tabulce 3.4 jsou porovnány očekávané výsledky nejběžnějších vyšetření zaměřených na posouzení plicní ventilace u respiračního onemocnění restrikčního a obstrukčního typu. Restrikčním onemocněním rozumíme ty patologické stavy, při kterých se zmenšují plicní objemy odvozené od VC a TLC. Obstrukčními onemocněním pak rozumíme ty patologické stavy, u kterých se zvyšuje odpor proudění vzduchu (R_aw).

U restrikčních onemocnění je zmenšený celkový objem plic ve všech svých strukturních složkách (viz obr. 3.48). Statické odpory mohou být zvýšeny z důvodu změny ve složení plicního parenchymu, které ho činí méně poddajným (např. fibrotické změny). Jiným důvodem může být to, že již klidový dechový objem (V_T) zaujímá velkou část celkového plicního objemu (TLC). Dynamické odpory zvětšeny nejsou.

Obstrukčnímu typu onemocnění dominuje zvětšení dynamických odporů, avšak změněné bývají i odpory statické. Celkový objem plic (TLC) může být zvětšený, typicky jsou zvětšené plicní objemy RV a FRC. Ventilace se uskutečňuje v oblasti inspiračního rezervního objemu (viz obr. 3.59). Často bývá ztížený výdech, jehož průběh je prodloužen a k jehož uskutečnění je zapotřebí větších tlakových změn.

Tab. 3.4

Tab. 3.4 Vliv plicního onemocnění restrikčního nebo obstrukčního typu na výsledky vyšetření plicních objemů a usilovného výdechu

3.5.9 Dyspnoe

Dyspnoe (dušnost) je pocit uvědomění si potřeby dýchat, pocit nedostatečného dýchání, uvědomění si dechové práce.

Činnost respiračního aparátu probíhá automaticky během celého života a není vědomou činností. Dyspnoe je z tohoto pohledu pocit varovný, pocit poutající pozornost k životně důležité funkci dýchání, která je nějak ohrožena. Dyspnoe obsahuje silný prvek úzkosti a naléhavosti, je proto pro pacienta pocitem trýznivým.

Mnoho úsilí bylo věnováno pochopení patogenetických souvislostí dyspnoe. Na vzniku pocitu dyspnoe se významně podílí zvýšená aferentace z různých mechanoreceptorů nalézajících se v plicní tkáni, v dýchacích svalech a v hrudním koši. Zvýšené úsilí dýchacích svalů, zvětšení tlakových rozdílů v dutině hrudní a v plicích (tj. zvětšení dechové práce) je důležitým patogenetickým faktorem při vzniku pocitu dyspnoe. Namítá se ovšem, že ke zvětšení dechové práce dochází i při hyperventilaci jak volní, tak provázející zvýšenou fyzickou aktivitu, a že v těchto případech většinou pocit dyspnoe nevzniká. Pocit dyspnoe vzniká tehdy, když silné eferentní stimuly z dýchacích center nevyvolávají příslušné zvětšení plicní a zvláště alveolární ventilace, protože to z nějakého důvodu není možné (např. je snížena plicní poddajnost). Vznikne tedy rozpor mezi řídicími pokyny dechových center a výsledným ventilačním efektem.

Pocit dyspnoe však provází i některé stavy, při kterých není výrazně zvětšená dechová práce, např. po embolii do plicnice. Pokles arteriální tenze kyslíku a hyperkapnie též vyvolávají pocit dyspnoe. Účast těchto dvou faktorů v patogenezi dyspnoe však není všeobecně uznávána.

Intenzita dyspnoe může být značně rozdílná u pacientů s přibližně stejným stupněm postižení funkcí respiračního aparátu. Je nepochybné, že na intezitě dyspnoických obtíží se podílejí blíže neznámé děje v centrálním nervovém systému. Je také známo, že při současné psychické depresi nebo při úzkostných stavech nabývá pocit dyspnoe větší nalehavosti.

3.5.10 Ventilační selhání

Tento pojem je někdy užíván k označení stavu celkové alveolární hypoventilace, kdy vzniká II. typ respirační insuficience s hyperkapnií a respirační acidózou. Protože je u těchto stavů zároveň hypoxie a zvýšená práce dýchacích svalů, bývá nezřídka respirační acidóza kombinovaná s metabolickou acidózou v důsledku hromadění kyseliny mléčné.

3.5.11 Přístroje podporující nebo zajišťující plicní ventilaci nebo výměnu plynů.

Přístroje (respirátory), které pomáhají dosáhnout dostatečné plicní ventilace, jsou konstruovány na dvou rozdílných principech.

3.5.11.1 Železné plíce

!!!začátek petitu!!!

Zařízení nazývané obrazně „železné plíce“ bylo používáno hlavně k udržení plicní ventilace u nemocných s poliomyelitidou, u kterých došlo k ochrnutí dýchacích svalů. Trup nemocného je vzduchotěsně uzavřen ve válci, ve kterém je rytmicky vytvářen podtlak. Ten působí rozepnutí hrudníku, a tím inspirium. Exspirium je pasivní a proběhne po přerušení podtlaku ve válci.

Tento typ respirátoru nemění zásadně tlakové poměry v hrudním koši a v plicích, které odpovídají přirozenému dýchání. Během inspiria klesá tlak v pleurální dutině a dochází k rozepnutí plic a ostatních orgánů nalézajících se v hrudním koši, včetně venae cavae. Během inspiria se proto normálně zvyšuje žilní návrat. Proud vzduchu směřující do plicních acinů a alveolů je způsoben poklesem tlaku v rozpínajících se alveolech oproti tlaku okolní atmosféry, tedy stejně, jako je tomu při přirozeném dýchání. Respirátory typu „železné plíce“ se již neužívají.

!!!konec petitu!!!

3.5.11.2 Plicní respirátory

V současné době používané plicní respirátory dosahují inspiria zvýšením tlaku vzduchu v dýchacích cestách. Jedná se o nefyziologický princip pro uskutečnění nádechu. Dnes se používá převážně tento typ plicních respirátorů, a to v několika modifikacích.

Použití těchto respirátorů vyžaduje intubaci nemocného nebo tracheostomii. Trubice, kterou je do dýchacích cest vháněn zvlhčený a teplý vzduch²⁷, musí být v trachee utěsněna, aby zde mohl být činností respirátoru zvýšen tlak. Toto zvýšení tlaku se propaguje do plicních acinů a alveolů, kde způsobí jejich rozepnutí (a tedy inspirium). Výdech je většinou pasivní. Pozitivní tlak je v dýchacích cestách vytvořen respirátorem přechodně, aby bylo dosaženo rozepnutí plic a tedy inspiria. Proto se tento způsob přístrojové ventilace označuje zkratkou IPPV (intermittent – přechodný – positive pressure ventilation). Modifikací IPPV je řízená plicní ventilace, při které je v dýchacích cestách udržován vyšší tlak, než je tlak atmosférický (pozitivní tlak), i na konci výdechu, kdy se normálně tlaky v dýchacích cestách a v atmosféře vyrovnávají (tzv. PEEP – viz dále).

Plicní ventilace pozitivním tlakem umožňuje ovlivnit nebo zcela určit faktory, které jsou významné pro oxygenaci krve procházející plícemi, odvětrávání CO₂ produkovaného metabolismem a pro ochranu plicního parenchymu před barotraumatem. Faktory, které lze určit nebo ovlivnit, jsou:

• FiO2,
• dechový objem,
• frekvence dýchání,
• časový poměr mezi inspiriem a exspiriem,
• maximální tlak v dýchacích cestách,
• průtok vzduchu během inspiria,
• maximální průtok vzduchu během inspiria,
• PEEP a jeho úroveň (fyziologicky je 0 cmH₂O).

Inspirium může být zahájeno spontánním inspiračním úsilím nemocného, kdy počáteční pokles tlaku v dýchacích cestách spustí ventilační mechanismus přístroje, který vžene plyn²⁸ do dýchacích cest. V případě, kdy je spontánní inspirační úsilí příliš slabé nebo se nedostaví vůbec, uskuteční se nádech prostřednictvím přístroje časovým mechanismem. Frekvenci dýchání proto v tomto případě převážně určuje činnost dechových center nemocného. Jedná se o podpůrnou, asistovanou plicní ventilaci. V případě, kdy je frekvence dýchání plně závislá na nastavení časového mechanismu respirátoru, hovoříme o řízené plicní ventilaci.

Inspirium (inspirační cyklus) je ukončeno podle různých principů. V přístroji může být vhánění plynu do dýchacích cest ukončeno po dosažení nastaveného dechového objemu. V případě, kdy by se u nemocného v průběhu ventilace snižovala poddajnost plic, nebo tato byla od počátku příliš nízká, bylo by třeba k dosažení nastaveného dechového objemu příliš velkého tlaku a hrozilo by poškození plic barotraumatem²⁹. Proto lze omezit maximální tlak, který respirátor vyvine. Inspirium může být také ukončeno po dosažení určitého tlaku, časového limitu nebo určité hodnoty průtoku plynu. Na obrázku 3.51 jsou ukázány průběhy tlaku na začátku dýchacích cest a změna plicního objemu při několika typech plicní ventilace zajišťované mechanickými respirátory.

!!!obr. 3.51.!!!

!!!začátek petitu!!!

Na obrázku 3.52 je příklad podpůrné plicní ventilace odpovídající modu IPPV s pozitivním inspiračním tlakem 20 cmH₂O působícím po spontánním zahájení inspirace po dobu asi 1,3 sekundy. Byla zaznamenána elektrofyziologická aktivita bránice, která je patrná před zahájením inspirace a na jejím začátku, jakož i elektrofyziologická aktivita exspiračního svalu m. abdominalis transversus. Záznam také ukazuje průtok vzduchu dýchacími cestami během dechového cyklu. Přestože zůstává pozitivní tlak v dýchacích cestách blízký 20 cmH₂O během fáze inspiria, tok vzduchu do plic se během inspiria progresivně snižuje, což je dáno zvětšujícími se elastickými silami v rozpínajících se plicích a eventuálně i v hrudníku.

!!!obr. 3.52.!!!

!!!konec petitu!!!

Při nízké poddajnosti plic, která může významně zmenšit celkovou kapacitu plic (TLC) (viz obr. 3.48 – ARDS), může normální dechový objem zasahovat i do okrahových částí statické křivky tlak-objem, jejichž dosažení vyžaduje vysokých tlaků. Z důvodu prevence barotraumatu může být v takovém případě vhodné použití ventilace s malými dechovými objemy a vyšší frekvencí dechových cyklů. Toto je znázorněno na obr. 3.53, který ukazuje, že v takovém případě je vhodné použít jen optimální části křivky tlak-objem odrážející poddajnost respiračního aparátu v celém rozsahu patologicky zmenšené celkové kapacity plic.

!!!obr. 3.53.!!!

Mechanický respirátor může udržovat stálý pozitivní tlak v systému dýchacích cest vůči atmosférickému tlaku, který se jen přechodně dále zvyšuje k provedení inspiria. Takový ventilační modus se označuje jako PEEP (positive end-expiratory pressure). Respirátor umožní volní průběh začátku exspiria, avšak před koncem exspiria vytvoří výdechovou překážku, která zabrání vyrovnání tlaků v dýchacích cestách s tlakem atmosférickým (nastavuje se většinou v rozmezí 5–20 cmH₂O). V dýchacích cestách zůstane na konci exspiria pozitivní tlak, který rozpíná dýchací cesty, zvláště drobné dýchací cesty bez chrupavčitého zpevnění jejich stěny, jakož i vzdušné prostory alveolů. Je to účinný prostředek proti vzniku atelektáz a pravo-levých plicních zkratů. Plicní ventilace se „přesune“ do oblasti inspiračního rezervního objemu, při stálém větším rozepnutí plic. Vedle lepší průchodnosti dýchacích cest a potlačování plicních funkčních zkratů se proto také zvětší difúzní kapacita plic.

Pozitivní tlak v dýchacích cestách rozepínající dýchací cesty a alveoly se přenáší i na jiné orgány v dutině hrudní, které jsou naopak tímto stlačovány. Komprese velkých dutých žil způsobující snížení žilního návratu a následně i srdečního výdeje může být nežádoucí komplikací, která omezuje hodnotu použitelného PEEP.

Důležitými ukazateli účinnosti oxygenoterapie a mechanické ventilace jsou dosažené hodnoty krevních plynů v arteriální krvi. Hodnota p_aO₂ by měla být nad 8 kPa (60 mmHg, saturace hemoglobinu kyslíkem > 90 %) a hodnota p_aCO₂ by měla být nižší než 5,85 kPa (44 mmHg)³⁰.

Specifický problém může představovat ukončení mechanické podpory plicní ventilace, protože je třeba ověřit, že pacient bude schopen dostatečné spontánní plicní ventilace. Při většině ventilačních modů je významně snížena až zcela potlačena činnost dýchacích svalů, což může způsobit jejich přechodné oslabení. Při ukončení mechanické ventilace se někdy používá ventilační modus označovaný zkratkou CPAP (continuous positive airway pressure).

Přenosné domácí respirátory fungující na principu CPAP jsou také používány k léčbě ventilační poruchy u osob trpících syndromem noční apnoe (hypopnoe) (viz kap. 3.6.1.5). V tomto případě se jedná o stálý proud vzduchu, který zabraňuje ochabnutí nosohltanu a následné obstrukci ve spánku.

___

²⁷To samozřejmě zvyšuje riziko vzniku nozokomiálních plicních infekcí, které se zvyšuje s trváním mechanické plicní ventilace.

___

²⁸Může se jednat o 100% kyslík nebo vzduch obohacený kyslíkem.

___

²⁹Bartotrauma hrozí při tlacích přesahujících 50 cmH₂O. Barotrauma se může projevit vnitřním pneumotoraxem, intersticiálním emfyzémem, pneumomediastinem nebo podkožním emfyzémem.

___

³⁰Pokud není zvýšena hladina bikarbonátů následkem předchozí kompenzace dlouhodobé respirační acidózy.

Obr. 3.51

Obr. 3.51 Průběh tlaku na začátku dýchacích cest a změna plicního objemu při několika typech plicní ventilace uskutečňované mechanickými ventilátory. A – spontánní dýchání se stálým pozitivním tlakem v dýchacích cestách (CPAP – continuous positive airway pressure); B – podpůrné dýchání zahajované spontánním inspiriem pacienta; C – řízené dýchání s omezením maximální hodnoty tlaku z důvodu prevence barotraumatu

Obr. 3.52

Obr. 3.52 Záznam průtoku vzduchu a tlaku v dýchacích cestách u nemocného s chronickým plicním obstrukčním onemocněním při podpůrné plicní ventilaci typu IPPV s inspiračním pozitivním tlakem 20 cmH₂O (přerušovaná křivka). Skutečný tlak (plná křivka) je výsledkem kontrakce bránice (viz záznam její elektrofyziologické aktivity) a působení přístroje. Spontánní výdech s aktivní účastí exspiračních svalů (viz elektrofyziologický záznam) je zahájen ještě v období pozitivního tlaku vytvářeného přístrojem. Průtok vzduchu se během inspiria snižuje, přestože tlak v dýchacích cestách je vysoký. To je způsobeno natahováním elastických struktur respiračního aparátu při inspiriu, které zvyšuje tlak v plicních alveolech (podle New Engl J Med, 2001, 344, p. 1987)

Obr. 3.53

Obr. 3.53 Šetřící způsob plicní ventilace malými dechovými objemy u nemocného s ARDS. Křivka statické poddajnosti (uprostřed) ukazuje, že vitální kapacita plic nedosahuje u tohoto 70kilového jedince ani 1000 ml. Použití dechových objemů blízkých jeho vitální kapacitě (850 ml, 12 ml/kg t. hm. – obrázek vlevo) působí velké roztažení ventilovaných alveolů na konci inspiria a jejich uzavírání (kolabování) na konci exspiria. Plicní parenchym je mechanicky poškozován uzavíráním a otevíráním alveolů, jakož i jejich nadměrným rozepětím. Zmenšení dechových objemů (6 ml/kg t. hm.) a jejich „umístění“ do střední části křivky statické poddajnosti (použitím PEEP 2 cmH₂O nad hodnotou dolního inflekčního bodu křivky), při současném zvýšení frekvence dechů, představuje šetřící způsob ventilace, šetrné vůči plicnímu parenchymu (podle New Engl J Med, 2001, 344, p. 1991).

3.5.11.3 Extrakorporáloní membránová oxygenace - ECMO

Extrakorporální membránová oxygenace je metoda  intenzivní medicíny umožňující dočasně nahradit funci plic a srdce a poskytnout čas k řešení kauzální říčiny selhání respirace nebo oběhu.

Odkysličená žilní krev je z těla odváděna drenážní kanylou a pomocí krevní pumpy se vhání do membránového oxygenátoru, kde se krev okysličí a zbaví nadbytku oxidu uličitého. Krev se poté se druhým katetrem vrací do krevního oběhu pacienta. Podle toho, zda se navrací zpět do venózního nebo do systémového arteriálního řečiště rozlišujeme ECMO na venovovenózní nebo venoarteriální.

!!!začátek petitu!!!

Základem přístroje ECMO (obr. ECMO-1) je krevní pumpa, ovládaná pomocí řídíci jednotky na které nastavujeme požadovaný počet otáček. V systémech ECMO je dnes nejčastěji používána centrifugální odstředivá pumpa, která pracuje na principu odstředivé síly. Vlastní výkon tohoto čerpadla závisí nejen na nastaveném počtu otáček a přítoku do pumpy, ale i na odporu za pumpou, a proto je nutné po celou dobu monitorovat přesnou hodnotu průtoku pumpou.

Další součástí ECMO okruhu je membránový oxygenátor, kterým tenkými vlákny protéká krev a z druhé strany membrány plynná směs. Průtok a složení plynné směsi se reguluje tzv. směšovačem (gas blender). Na některé oxygenátory lze připojit tepelný výměnník, kterým lze regulovat tělesnou teplotu nemocného. U nemocných po srdeční zástavě lze nastavit terapeutickou hypotermii 33 °C, (a tím snížit spotřebu kyslíku a tím i nároky na dodávku kyslíku do tkání).

!!!konec petitu!!!

Obr. ECMO-1

Obr. ECMO-1 Schéma zapojení krevní pumpy a oxygenátoru.

Venovenózní ECMO

ECMO-2

Obr. ECMO-2

VV ECMO, jugulární kanyla s dvojitám lumen

(upraveno podle Oštádala a spol. : ECMO, Maxdorf, Jesenius, 2018)

ECMO-3

Obr. ECMO-3

VV ECMO. A: femoro-jugulární, B: femoro-femorální, C: femoro-jugulo-femorální

(upraveno podle Oštádala a spol. : ECMO, Maxdorf, Jesenius, 2018)

Venoarteriální ECMO

VA ECMO využívá nasávání žilní krve z pravé síně, odkud je pak krev extrakorporální pumpou vhíněna do oxygenátoru, kde dochhází k výměně krevních plynů (oxygenaci a odstranění CO₂) a okyskičená krev se pak velkými tepnami vrací dokrevního oběhu. VA ECMO tak nahrazuje nejen výměnu krevních plynů v plicích, ale může zastoupit nebo i úplně nahradit čerpací funkce srdece.

VA ECMO se nejčastěji používá u kardiogenního šoku refrakterního ke standardní léčbě, a u refrakterní srdeční zástavy, kdy se nedaří obnovit krevní oběh standardními resuscitačními technikami. Používá se také u hemodynamicky závažných komorových tachykardií kdy se nedaří udržet hemodynamicky účinný rytmus při použití standardních farmakologických a nefarmakologických metod.

VA ECMO se využívá i k podpoře některých rizikových intervencí, kde hrozí během výkonu rychlé zhroucení oběhu.

VA ECMO se také používá v kardiochirurgii jako dočasná metoda k překlenutí pooperačních komplikací a stabilizaci orgánových funkcí.

Podle způsobu zavedení nasávací (žilní) a výpustní (arteriální) kanyly se VA ECMO dělí na centrální (používané v kardiochirurgii) a periferní (využívající kanyly k napojení periferních tepen a žil).

Centrální VA ECMO

Centrální VA ECMO se využívá v kardiochirurgii a kanyly se zpravidla našívají na velké tepny nebo srdeční oddíly při otevřeném hrudníku.Nasávací kanylu lze při otevřeném hrudníku zavést nejen do velkých žil a pravostranných srdečních oddílů, ale také i do levé síně nebo do hrotu levé komory, což umožňuje po zlepšení plicních funkcí vyřazení oxygenátoru z okruhu a pak zůstává připojená pouze krevní pumpa zajišťující levokomprovou srdeční podporu. U kardiochirurgických operací, při nemožnposti odpojit pacienta od mimotělního oběhu, lze propojovací hadice na VA ECMO, které byly zavedeny pro mimotělní oběh.

Obr. ECMO-4

Obr. ECMO-4. Centrální VA ECMO. A: VA ECMO pravá síň-aorta. B: VA ECMO levá síň-aorta (v podstatě jde o levostrannou srdečné oporu s oxygenátorem.

(upraveno podle Oštádala a spol. : ECMO, Maxdorf, Jesenius, 2018)

Periferní VA ECMO

Periferní VA ECMO znamená zevedení kanyl cestou periferních tepen a žil (obr. ECMO-6) Nasávací žilní kanyla se zpravidla zavádí do v. femoralis. Někdy se používá přístup sezhora - punkční přístup přes v. nebo chirurgický přístup zkrz. v. subclavia. Konec žilní kanyly u VA ECMO se umisťuje nejčastěji do pravé síně. Při nedostatečném nasávání přes v. femoralis se používá další kanyla např. z v. jugularis, která se z femorální kanylou propojí pomocí Y spojky. Výpustní, arteriální kanyla se zavádí nejčastěji do a. femoralis.  Alternativně se využívá punkční přístup přes a. axilaris nebo chirurgický přístup zavedením kanyly do a. subclavia.

V případě femorálně zavedeného VA ECMO máme dva krevní oběhy, které se setkávají v průběhu aorty. Konstantní krevní přítok a ECMO a systolický přítok z levé komory. Oba proudy se stýkají v oblouku aorty. Pokud levá komora má nedostatečně velký výdej (obr. ECMO-6 A), pak celý arteriální oběh je zajišťuje přítok krve z ECMO přístroje. V závislosti na velikosti tlakových poměrů jsou koronární arterie zásobovány z levé komory nebo z ECMO přístroje. Pokud ale systolický výdej levé komory v levé části oblouku aorty převýší přítok z ECMO pak pravá a. carotis je zásobena z levé komory, zatímco levá je zásobena retrogádním proudem z ECMO (obr. ECMO-6 D).  V případě, že  levá komora má dostatečně velký systolický výdej, který stačí zásobovat velké tepny  v oblouku aorty, a zbytek těla je zásobován oxygenovanou krví z ecmo přístroje (obr. ECMO-6 C).

Obr. ECMO-5

Obr. ECMO-5. A  Nejčastější přístupy zavedení kanyl v periferním VA ECMO. A: femoro-femorální (používá se i varianta stanostranného zavedená kanyl). B: jugulo.femorální, C: femoro-jugulo-femorální. D: femoro-axilární/sublaviální.

(upraveno podle Oštádala a spol. : ECMO, Maxdorf, Jesenius, 2018)

Obr. ECMO-6

Obr. ECMO 6 Zásobení velkých tepen oblouku aorty při femoro-femorálním VA ECMO a podstata potenciální mozkové hypoxie.

(upraveno podle Oštádala a spol. : ECMO, Maxdorf, Jesenius, 2018)

3.6 Etiologie a patogeneze nemocí respiračního aparátu

3.6.1 Akutně vzniklé poruchy funkce respiračního aparátu

Akutní poruchy činnosti respiračního aparátu náhle přerušují nebo omezují plicní ventilaci nebo průtok krve plícemi. Jedná se často o stavy, které bezprostředně ohrožují život postiženého jedince.

3.6.1.1 Zadržení dechu a potápění se zadrženým dechem

!!!začátek petitu!!!

Nejedná se o patologické stavy. Plicní ventilace je přerušena volním zásahem vyšších center CNS do automatické činnosti dýchacích center v prodloužené míše.

Po přerušení plicní ventilace je v organismu zásoba kyslíku asi na dvě minuty. Předcházelo-li zadržení dechu dýchání čistého kyslíku, je v plicích zásoba kyslíku až na dvacet minut. Oxid uhličitý se hromadí v tkáních, což v krvi způsobuje zvýšení jeho parciálního tlaku asi o 0,7 kPa za minutu. Volní apnoe je ukončena především silnými podněty z centrálních a periferních receptorů. U netrénovaných osob se apnoe přeruší při poklesu p_aO₂ na hodnoty mezi 10,0 a 6,6 kPa a po zvýšení p_aCO₂ na 6,0–6,6 kPa. Zpomalení poklesu p_aO₂ předchozím dýcháním kyslíku prodlužuje délku trvání apnoe, která je pak ukončena po zvýšení p_aCO₂ na 6,6–8,0 kPa. Trvání volní apnoe lze také prodloužit předchozí hyperventilací, která sníží výchozí množství CO₂ v organismu. V případě potápění se zadrženým dechem je však tento manévr považován za nebezpečný. Hypoxický podnět nemusí apnoi sám přerušit a následkem toho může paO2 klesnout pod hodnotu, kdy dojde ke ztrátě vědomí (pod 4 kPa). Rychlost poklesu paO2 může značně urychlit fyzická aktivita. 

Při potápění do větších hloubek jsou parciální tlaky kyslíku a oxidu uhličitého ovlivněny okolním tlakem. Během ponořování se zvyšuje p_AO₂, což umožňuje více využít kyslíkových rezerv. Během vynořování však může p_aO₂ velmi rychle klesat, protože se prudce snižuje p_AO₂. Oxid uhličitý se hromadí v krvi a ve tkáních. Po rychlém vynoření se dostane do alveolů až s určitým zpožděním.

!!!konec petitu!!!

3.6.1.2 Uzávěr dýchacích cest

Nejčastější příčinou uzávěru dýchacích cest je bezvědomí při nevhodné poloze těla, kdy překážku v dýchacích cestách způsobí „zapadnutí jazyka“. Jinou příčinou může být aspirace cizího tělesa, nejčastěji špatně rozkousané potravy, a laryngospazmus.

Ke ztrátě vědomí dochází během 2 minut, k zástavě srdeční činnosti za 5–10 minut. Obrázek 3.54 ukazuje změny parciálních tlaků krevních plynů a pH arteriální krve po akutním přerušení plicní ventilace.

!!!obr. 3.54.!!!

Obr. 3.54

Obr. 3.54 Parciální tlak kyslíku v arteriální krvi (p_aO₂) a ve smíšené venózní krvi (p_vO₂) po zástavě plicní ventilace při zachovalém krevním oběhu. Je ukázán také rozvoj hyperkapnie a s ním související pokles pH krve (podle Anesthesiology, 1967, 28, p. 488). Na ose parciálního tlaku kyslíku je kroužkem a šipkou označena hodnota, při které dochází ke ztrátě vědomí

3.6.1.3 Dýchání plynné směsi neobsahující kyslík

Tato situace by mohla nastat při záměně tlakové láhve užívané k plicní ventilaci nebo její náplně. Obrácení gradientu parciálních tlaků kyslíku v tomto případě působí „vymývání“ kyslíku z plic, krve a tkání do ventilovaného plynu. Ke ztrátě vědomí dojde do 10 sekund – při poklesu p_aO₂ pod 4 kPa. Náhle vzniklá a intenzivní hypoxie mozku (mozkového kmene) způsobí velké zvýšení tonu sympatiku a přechodný vzestup krevního tlaku (tzv. Cushingův reflex). K zástavě srdeční činnosti dochází po akutním poklesu p_aO₂ pod 2,7 kPa (snížení saturace hemoglobinu na asi 50 %).

3.6.1.4 Náhlý velký pokles atmosférického tlaku vzduchu

Tato situace může nastat při porušení těsnosti kabiny letadel letících ve velkých výškách. Podobně jako v předchozím případě může dojít k obrácení směru gradientu parciálních tlaků kyslíku mezi atmosférou a tkáněmi. Při zachovalé plicní ventilaci proto hrozí poměrně brzy bezvědomí³¹.

___

³¹V nadmořské výšce 10 000 m je celkový barometrický tlak 26 kPa a parciální tlak kyslíku je 5,3 kPa. „Vymývání“ kyslíku z těla proto bude pomalejší než v případě dýchání plynu neobsahujícího žádný kyslík.

3.6.1.5 Spánková apnoe

V průběhu REM-spánku jsou i u zdravých osob dýchací pohyby nepravidelné a mohou se vyskytnout krátká období zástavy dechu, během kterých klesá saturace hemoglobinu kyslíkem v arteriální krvi až na 70 %, což odpovídá poklesu paO2 na hodnoty mezi 6 a 5 kPa. U některých osob, častěji mužů s anatomickou predispozicí danou krátkým krkem a určitým stupněm obezity, se zástavy dechu vyskytují pravidelně a mnohočetně (třeba i 200–400krát) během noci (spánku). Apnoe může trvat 15–90 sekund. Následuje většinou krátké probuzení. Porucha se označuje jako syndrom spánkové apnoe (obr. 3.55). Nejčastěji je její příčinou vznik přechodné obstrukce dýchacích cest v důsledku ochabnutí svalů v oblasti nosohltanu během spánku („obstrukční forma“). Vzácně je příčinou porucha regulace plicní ventilace během spánku („funkční forma“).

!!!obr. 3.55.!!!

Klinickými důsledky syndromu noční apnoe je silná denní ospalost, snížení kognitivních funkcí, zhoršení paměti. Syndrom noční apnoe může být pravděpodobně příčinou vzniku plicní hypertenze, dále jsou u postižených osob popisovány častější výskyty ischemické choroby srdeční a mozkových cévních příhod. Léčba dnes nejčastěji využívá domácích přenosných respirátorů na principu CPAP (viz kap 3.5.11.2), případně chirurgické úpravy anatomie v oblasti horních dýchacích cest, léčbu obezity a vystříhání se požívání alkoholu před spánkem.

Obr. 3.55

Obr. 3.55 Opakovaná hypoxémie a výskyt chrápání u pacienta s těžkým syndromem spánkové apnoe obstrukčního typu během spánku v poloze na zádech (podle New Engl J Med, 2002, 347, p. 498)

3.6.1.6 Pneumotorax

Při tzv. otevřeném pneumotoraxu vnikne do pleurální dutiny vzduch buď porušenou hrudní stěnou, nebo prasklou ventilovanou částí plic. Plíce na postižené straně kolabuje směrem k hilu a zůstává v ní malý objem vzduchu. Objem plíce se během dýchacích pohybů nemění, postižená plíce přestává být ventilovaná. Retrakce plicní tkáně postihne i plicní kapiláry, jejichž celkový průřez se zmenší, cirkulace v postižené plíci proto klade proudění krve vysoký odpor, a většina krve vypuzované pravou srdeční komorou do plic proto protéká druhou, ventilovanou plicí. Nevzniká proto těžká hypoxemická forma respirační insuficience, kterou by bylo možné jinak očekávat v důsledku vzniku funkčního pravo-levého plicního zkratu.

Ventilovaná plíce přijímá celý dechový objem. Změny jejího objemu jsou proto větší, což si vyžaduje i zvětšení tlaků, které zajišťují plicní ventilaci. Podstatně je snížena ventilační rezerva.

Závažná porucha může vzniknout při tzv. ventilovém nebo tenzním pneumotoraxu. Na postižené straně se pleurální tlak stává pozitivním. Dochází proto nejen ke kolabování plíce na postižené straně těla, nýbrž i ke kompresi druhostranné plíce, dýchacích cest a horní a dolní duté žíly. Stupeň hypoxémie při tenzním pneumotoraxu je větší než při pneumotoraxu otevřeném a navíc se k němu může přidružit pokles srdečního výdeje. Hrozí proto celková těžká hypoxie organismu.

3.6.1.8 Tonutí

K rychlé ztrátě vědomí dochází, je-li příčinou tonutí srdeční zástava. Zvýšená spotřeba kyslíku provázející intenzivní svalovou činnost topícího se jedince může také způsobit brzkou ztrátu vědomí.

V 10–20 % případů vznikne u tonoucího silný laryngospazmus, který trvá až do zástavy dýchacích pohybů. Nedojde proto k aspiraci podstatného množství vody. V takovém případě se mluví o „suchém“ utopení. Má vyšší naději na úspěšnou kardiopulmonální resucitaci než utopení „mokré“, při kterém vnikne voda do dýchacích cest.

Pohyb tekutiny v plicích je určován rozdílem osmotických tlaků. Sladká voda je rychle resorbována do oběhu, u mořské vody záleží na jejím osmotickém tlaku. Je-li vyšší než osmotický tlak plazmy, způsobuje proniklá tekutina nasávání vody z plazmy do plic. V každém případě dochází k narušení alveolo-kapilární membrány a ke snížení koncentrace surfaktantu na alveolárním povrchu. Osoby, které přežily akutní fázi tonutí, jsou proto ještě stále ohroženy vznikem respirační insuficience (hypoxemické, I. typu). Snížení p_aO₂ a hypoxémie může vzniknout již po aspiraci asi 2 ml H₂O/kg tělesné hmotnosti. Příčinou hypoxémie je ventilačně-perfúzní nerovnováha a event. vznik pravo-levého funkčního zkratu.

Těžké respirační selhání, charakteru ARDS (viz dále), se může rozvinout se zpožděním 15 a více minut, ale i jednoho či více dnů. Protože je jeho podkladem plicní edém, mluví se obrazně o „sekundárním“ utopení.

3.6.1.7 Embolizace do a. pulmonalis

Teoreticky by embolizace do některé větve a. pulmonalis měla z hlediska funkce respiračního aparátu znamenat jen zvětšení funkčního mrtvého prostoru, které by mohlo být plně kompenzováno zvýšenou plicní ventilací. Ve skutečnosti však při embolizaci a. pulmonalis dochází vždy k určitému stupni snížení p_aO₂ (hypoxické formě respirační insuficience). Soudí se, že by zvýšení tlaku v a. pulmonalis mohlo způsobit otevření normálně uzavřených arterio-venózních spojek, kterými by část krve protekla, aniž by se dostala do nepřímého kontaktu s alveolárním vzduchem. Za hlavní příčinu hypoxémie se však považuje vznik ventilačně-perfúzní nerovnováhy jako následek obliterace části plicní cirkulace a zvýšeného průtoku krve zbývajícími oblastmi plic.

Po vzduchové embolii (množství vzduchu větší než 40 ml) klesne p_aO₂ během 10 sekund a během jedné minuty dosáhne nejnižšího stupně. Ke značnému zlepšení hypoxémie dojde po deseti minutách. Při tukové embolii, která často provází úrazy s mnohočetnými frakturami kostí, bývá hypoxémie pravidelně přítomna v prvních 3–4 dnech. Při tromboembolii do a. pulmonalis může být hypoxémie přítomna ještě měsíc po akutní embolii. Na jejím dlouhém přetrvávání se podílí vznik atelektatických ložisek, která způsobují pravo-levý funkční plicní zkrat. Atelektáza vzniká pravděpodobně následkem úbytku surfaktantu v postižené části plic.

Respirační insuficience bývá typicky I. typu, hypoxemická, bez retence CO₂. Naopak, může být přítomna hypokapnie z nadměrné celkové alveolární ventilace. Embolizace do a. pulmonalis působí samozřejmě především cirkulační poruchu, která se vyznačuje pulmonální hypertenzí až akutní dilatací a selháním pravého srdce, podle rozsahu embolie.

K3.2 Plicní embolie

Důvodem pro přijetí 52leté pacientky na kliniku byla náhle vzniklá dušnost s dráždivým suchým kašlem s malou příměsí krve, doprovázená „tlakem na hrudi, bušením srdce a motáním hlavy“.

Přehled některých potíží v poslední době

V posledních 4 dnech pozorovala pacientka otok levého lýtka, bolest v lýtku a v chodidle při došlápnutí, postupně až klidovou bolest, pozorovala lehké zarudnutí lýtka.

Výsledky vyšetření

TK 90/70 mmHg, pulsová frekvence 98/min, tělesná tepolta 36,8 oC, tachypnoe (počet dechů nebyl zaznamenán). Byla patrná zvýšená náplň krčních žil, játra +1 cm pod oblouk žeberní; otok a lehké zarudnutí levého lýtka a nohy, obvod lýtka vlevo 54 cm, vpravo 46 cm.

• FW: 65/125.
• EKG: sinusový rytmus, 100/min, PQ 145 ms, QRS 100 ms.
• Krevní plyny a acidobazická rovnováha (arteriální krev): p_aO₂ 7,2 kPa, saturace hemoglobinem 91 %, p_aCO₂ 5,3 kPa, standardní HCO₃^- 28,8 mmol/l, aktuální HCO₃^- 28,5 mmol/l, BE +4,9.
• Koagulační vyšetření: protrombinový čas (PT, „Quick“) INR 0,94, aPTT 30 s (kontrola 34 s), trombinový čas (TT) 12,6 s (kontrola 12,7 s), fibrinogen 7,1 … 5,7 g/l, etanolový test negativní, antitrombin III 78 %, D-dimer > 2000 μg/l.
• Rtg hrudníku: elevace stínu bránice vpravo, zastřený kostofrenický úhel vpravo, výraznější plicní hily, stín srdeční nápadněji nezvětšen.
• Perfúzní plicní scintigrafie (i.v. aplikace 99mTc-makroagregátu albuminu): známky redukce kapilární perfúze prakticky v celém horním laloku a v bazálních partiích dolního laloku pravé plíce.
• Ventilační plicní scintigrafie (¹³³Xe): normální nález v obou plicních křídlech.
• Echokardiografie: nezvětšená levá komora s normální klidovou systolickou funkcí, středně zvětšená levá síň. Dilatovaná pravá komora, lehká (1/4) regurgitace trikuspidální chlopně. Ejekční frakce pravé komory byla 0,35.
• Katetrizace plicnice: střední tlak v plicnici 35 mmHg, v zaklínění 10 mmHg.
• Srdeční výdej (termodiluční metoda): 3,4 l/min, srdeční index (CI) 1,71 l/min/m2.
• Dopplerovské vyšetření žil dolních končetin: uzávěr vena tibialis anterior vlevo, normální nález vpravo.

Vývoj onemocnění

Pacientka byla přijata v těžkém stavu s obrazem rozsáhlé plicní embolizace na koronární jednotku. Po přijetí byl podáván kontinuálně heparin infúzní pumpou. V dalších dnech již hemodynamicky stabilizována se samovolnou úpravou kardiopulmonálních funkcí. Antikoagulační terapie byla změněna na podávání léku působícího proti vitaminu K (warfarin).

Patofyziologický rozbor

Masivní tromboembolizace, která obliteruje bifurkaci a. pulmonalis, vede k akutnímu pravostrannému srdečnímu selhání a k náhlé smrti. Embolizace do některé části plicního řečiště se může projevit náhle vzniklými příznaky: prudkou bolestí na hrudníku, dušností, suchým kašlem, hemoptýzou, příznaky pravostranného i levostranného srdečního selhání. Pacientka udávala mezi svými potížemi „motání hlavy“. Tento příznak byl pravděpodobně způsoben nízkým srdečním výdejem (pozdější měření srdečního výdeje ukázalo srdeční index jen 1,71 místo normální hodnoty 3,1) a arteriální hypotenzi (systolický tlak jen 90 mmHg). Příznak „bušení srdce“ je často způsoben srdeční arytmií, ta však nebyla u pacientky zjištěna.

V postižených částech plic je nižší perfúze krve při zachovalé alveolární ventilaci. To potvrdila měření pomocí plicní perfúzní a ventilační scintigrafie. Takto vzniklá ventilačně-perfúzní nerovnováha odpovídá „zvětšení mrtvého prostoru“ v postižených partiích plic (postižené oblasti plic jsou ventilovány, ale nejsou perfundovány). Tato změna by teoreticky neměla způsobovat hypoxémii, ta se však pravidelně při embolizaci do plic projevuje. Také u pacientky byla zřetelná hypoxémie (p_aO₂ 7,2 kPa, S_aO₂ 91 %). Zvětšení mrtvého prostoru „ukusuje“ z celkové alveolární ventilace, což vytváří předpoklad pro retenci CO₂ a vznik hyperkapnie. Pacientka měla normální hodnotu p_aCO₂ 5,3 kPa. Hyperkapnie skutečně nepatří mezi změny provázející plicní embolii. Hypoxémie s nízkým p_aO₂ a dráždění receptorů v plicní tkáni, jejíž fyzikální vlastnosti se v důsledku embolizace změní, stimulují dechová centra a zvyšují ventilační úsilí často do té míry, že CO₂ je z organismu nadměrně vylučován a vzniká hypokapnie.

Klinické známky akutně vzniklého (bez vzniku periferních edémů) pravostranného srdečního selhávání (zvýšená náplň krčních žil, hepatomegalie) jsou v souladu s nálezy zvětšené pravé komory s částečnou regurgitací trikuspidální chlopně, změn zjištěných při echokardiografii. Příčinou těchto změn je zvýšení rezistence průtoku krve v plicním řečišti, které se u pacientky projevilo plicní arteriální hypertenzí se středním tlakem v plicnici 35 mmHg (normální hodnota je 12 mmHg). Důvod pro hraničně zvýšený tlak „v zaklínění“, tj. nepřímo změřený tlak v levé srdeční síni (při echokadiografii potvrzovaný zvětšením levé síně), není zřejmý, protože levá síň by měla být méně plněna, což potvrzuje nízký srdeční výdej a systolická hypotenze (malé systolické objemy).

Zvýšená hladina D-dimeru je dokladem zvýšené fibrinolýzy a pozitivní výsledek tohoto vyšetření je očekávaným nálezem u tromboembolické nemoci.

Hemoptýza svědčí pro poškození plicního cévního systému, při kterém dojde k proniknutí krve do alveolů a dýchacích cest. Příčinou hemoptýzy a narušení celistvosti cévního systému může být náhlé zvýšení tlaku v plicní cirkulaci (při středním arteriálním tlaku v plicnici 35 mmHg může hodnota systolického tlaku dosahovat 50 i více mmHg) a určité poškození alveolo-kapilární membrány v ischemizované části plic.

Komenář

Pacientka měla několik rizikových faktorů pro vznik tromboembolické nemoci: byla obézní (BMI = 31,2), byla kuřačka, měla hyperfibrinogenémii a nízkou hladinu antitrombinu III. Možný zdroj embolizace byl při prováděných vyšetřeních ještě hledán v oblasti venózního systému malé pánve, s negativním výsledkem. U žen ve fertilním věku je rizikovým faktorem hormonální antikoncepce.

Při embolizaci do plic bývá plicní parenchym postižen vzniklou ischémií méně než v jiných orgánech a tkáních (myokardu, mozku, ledvině aj.), protože plicní tkáň je zásobena kyslíkem i prostřednictvím alveolární ventilace, která v plicní tkáni zajišťuje vysoký parciální tlak kyslíku (13,3 kPa v alveolárním vzduchu). Intenzita spotřeby kyslíku je přitom v plicní tkáni relativně malá. Zásobování ventilované plicní tkáně kyslíkem proto není tolik závislé na průtoku krve, jak je tomu v jiných orgánech a tkáních. Přesto k určitému hypoxickému poškození plicní mikrocirkulace může dojít.

Proniknutí krve do alveolů a dýchacích cest se může projevit hemoptýzou a po několika dnech přítomností hemosiderinu v makrofázích získaných při bronchoalveolární laváži (BAL). Provedení BAL nebylo u pacientky indikováno.

3.6.1.9 Aspirace žaludečního obsahu

Aspirace i malého množství žaludečního obsahu, okolo 50 ml, může vyvolat rozvoj akutní a progresivní respirační insuficience, je-li pH vdechnuté tekutiny nižší než 2,5. V takovém případě může i během několika minut vzniknout v plicích rozsáhlá atelektáza způsobená poškozením alveolo-kapilární bariéry a buněk secernujících surfaktant. Může proto poměrně rychle vzniknout rozsáhlý pravo-levý funkční zkrat a těžká hypoxémie. Významně se také může snížit poddajnost plic.

K3.3 Aspirace potravy

(Emergency Medicine, 1998, 9, p. 97–104)

65letý muž prodělal před pěti lety operaci v oblasti faryngu při léčbě karcinomu.

Potíže v posledních letech

Pacient trpí častými záchvaty kašle po jídle. Před dvěma týdny se intenzita kašle zvýšila a začal se cítit dušný, měl zvýšenou teplotu.

Výsledky vyšetření

Při přijetí má teplotu 39,7 oC, TK 100/65 mmHg, srdeční frekvenci 100/min, 40 dechů za minutu prováděných s námahou. Fyzikální nález zahrnoval bronchiální dýchací poslechové fenomény, poklepové ztemnění v pravém dolním laloku. Celkový počet bílých krvinek: 32 000/mm³ s posunem doleva, p_aO₂ 8,6 kPa (65 mmHg), p_aCO₂ 2,8 kPa (21 mmHg), bikarbonáty 15,5 mmol/l a pH krve 7,22³². Rentgen plic ukázal konsolidaci a mnohočetné kavitární léze s tekutinou a vzduchem v pravém dolním laloku. Tekutina získaná z pravého laloku při bronchoskopii obsahovala viditelné částice potravy. Byla přítomna infekce grampozitivními i gramnegativními bakteriemi.

Vývoj onemocnění

Stav pacienta se zhoršoval, dýchání bylo ještě namáhavější, hypoxémie se prohloubila a vyvinula se respirační acidóza. Byl podáván kyslík, zavedena umělá plicní ventilace s PEEP a podávána širokospektrá antibiotika. Stav se po 3 dnech této léčby zlepšil, počet bílých krvinek klesl na 14 000/mm³ a PEEP mohl být snížen na 3 cmH₂O.

Patofyziologický rozbor

Údaje jednoznačně svědčí pro poškození plic aspirovavou potravou. Konsolidace plic, zjištěná při rentgenologickém vyšetření, odpovídá stavu atelektázy. Zvýšená tělesná teplota a leukocytóza s posunem doleva svědčí pro zánět. Oblastmi plic postiženými atelektázou nebo pneumonií je zachován průtok krve, ale není zde přítomen vzduch a plicní (alveolární) ventilace. Toto způsobuje plicní zkrat, jehož následkem je snížení p_aO₂ a hypoxémie. Nízká hodnota p_aO₂ stimuluje dechová centra prostřednictvím periferních chemoreceptorů, a proto se zvyšuje ventilační úsilí. U pacienta se na stimulaci dechových center mohla podílet také acidémie. Zvýšení ventilačního úsilí může být (obvykle je) natolik silné, že dochází k nadměrné ventilaci těch částí plic, které nejsou postiženy atelektázou. Důsledkem je nadměrné vylučování CO₂ produkovaného metabolismem, což se u pacienta projevilo hypokapnií s p_aCO₂ 2,8 kPa (21 mmHg) (normální hodnota je 5,3 kPa, tj. 40 mmHg)).

Porucha acidobazické rovnováhy očekávaná při hypokapnii je respirační alkalóza. Pacient však měl při přijetí acidémii (pH 7,22) a měl výrazně sníženou koncentraci bikarbonátů (15,5 mmol/l při normální hodnotě 24 mmol/l). Příčinou acidémie proto musel být nadměrný přívod silné kyseliny (silných kyselin) do vnitřního prostředí extracelulární tekutiny. Touto kyselinou mohla být kyselina mléčná zvýšeně produkovaná usilovně pracujícími dýchacími svaly v situaci celkové hypoxémie.

Tachypnoe a namáhavé dýchání jsou způsobeny změněnými fyzikálními vlastnostmi plicní tkáně postižené atelektázou a současnou zvýšenou stimulací dýchacích svalů z dechových center. Atelektáza způsobuje snížení poddajnosti postižené plicní tkáně. Pro dosažení změn jejího objemu musí být proto vytvořeny větší tlakové změny. Tyto větší tlakové změny v plicích a v hrudním koši dráždí několik typů zde přítomných proprioreceptorů. Vzniká tísnivý pocit dyspnoe, a postižený proto zmenšuje dechové objemy a zvyšuje frekvenci dýchání. To umožní uskutečnit plicní ventilaci při zmenšených objemových změnách plic, a proto i zmenšených tlakových změnách. Alveolární ventilace dosažená velkým počtem malých dechových objemů je zvýšeně citlivá na případný další pokles velikosti dechových objemů, protože se zvýrazní podíl ventilace mrtvého prostoru. Zmenšení dechových objemů může způsobit další snížení poddajnosti plicní tkáně nebo únava dýchacích svalů, případně i snížené úsilí dýchacích svalů po zahájení oxygenoterapie a zvýšení p_aO₂.

Je uvedeno, bez bližších údajů, že u pacienta se stupeň hypoxémie zhoršoval a vyvinula se respirační acidóza. Pacient měl pravděpodobně při přijetí metabolickou acidózu. Údaj, že se u něho vyvinula respirační acidóza, odráží skutečnost, že se hypokapnie změnila v hyperkapnii, docházelo k hromadění CO₂ v organismu a zvýšení hodnoty p_aCO₂ na její fyziologickou hodnotu. Příčinou tohoto stavu může být prakticky jen celková alveolární hypoventilace. Zda tato u pacienta nastala v důsledku únavy dýchacích svalů, dalšího snižování poddajnosti plicní tkáně nebo zahájení oxygenoterapie, nelze z uvedených údajů určit.

Celková alveolární hypoventilace s hyperkapnií často vyžaduje zahájení mechanické plicní ventilace za účelem dostatečného odstraňování CO₂ produkovaného metabolismem. Jeho celková produkce může být u pacienta s „namáhavým dýcháním“ celkově zvýšena v důsledku zvýšené práce dýchacích svalů. U tohoto pacienta zvyšovalo produkci CO₂ také zvýšení tělesné teploty. CO₂ může být z vnitřního prostředí organismu odstraněn pouze alveolární ventilací.

Komentář

Poruchy polykání, dysfagie, predisponují k aspiraci části přijímané potravy, což se může projevovat kašlem po požití jídla. O stupni poškození plicní tkáně rozhoduje množství aspirované tekutiny a eventuálně její pH. Závažné poškození způsobuje aspirace více než 25–50 ml tekutin. Poškození plic zvyšuje acidita pod pH 2,5. Vdechnutý materiál se v plicích distribuuje v závislosti na gravitačních silách a poloze postiženého.

Po experimentální inhalaci tekutiny s pH < 2,5 pokusným psům se atelektáza vyvinula během 3 minut. Za 3 hodiny byla patrná deskvamace bronchiálního epitelu a rozvoj plicního edému a místní krvácení. Za 4 hodiny byly v postiženém místě přítomny neutrofilní granulocyty a fibrinové sraženiny. Infiltrace zánětovými buňkami pokračovala v prvních 24–36 hodinách. Tyto patologické změny se začaly upravovat po 72 hodinách. Epitelové buňky regenerují, dochází k proliferaci fibroblastů. Po několika týdnech může vzniknout plicní jizva.

Je třeba si uvědomit, že po aspiraci více než 100 ml žaludečního obsahu může vzniknout těžká, život ohrožující hypoxie během několika minut. Dalšími příznaky mohou být kašel, cyanóza, tachypnoe, bronchiální poslechový nález a zvýšení tělesné teploty. Atelektáza také predisponuje ke vzniku sekundární infekce a pneumonie.

Použití mechanické plicní ventilace v modu označovaném jako PEEP je u nemocného indikováno aspiračním poškozením plicní tkáně. V poškozené části plic je snížený obsah surfaktantu, a alveoly jsou proto zvýšeně náchylné k úplnému kolabování. Respirátor s modem PEEP zabraňuje vydechnutí konečné části dechového objemu. Plíce proto zůstávají „hyperinflatované“ i na konci exspiria, a tím se snižuje riziko úplného kolabování, úplného uzavření alveolů. PEEP se „dávkuje“ v cmH₂O, což vyjadřuje velikost tlakové překážky, která se uměle vytvoří, když se výdech blíží svému konci. V článku není uvedena hodnota PEEP, která byla z počátku použita, je pouze uvedeno, že v průběhu léčby byl PEEP snížen na 3 cmH₂O. I tak však víme, že PEEP pravděpodobně nebyl vyšší než 20 cmH₂O. To je totiž hranice, kdy tento způsob plicní ventilace začne snižovat srdeční výdej, protože zvýšený nitrohrudní tlak na konci exspiria již významně stlačuje horní a dolní dutou žílu (v jejich části nacházející se v hrudníku). Snižuje se proto žilní návrat a diastolické plnění srdce.

___

Podle Hendersonovy-Hasselbalchovy rovnice by měla být, při uvedené hodnotě pCO₂ a pH krve, aktuální koncentrace bikarbonátů nižší, asi jen 8,5 mmol/l. Je proto možné, že se jedná o koncentraci „standardních bikarbonátů“, jejichž koncentrace byla upravena k pCO₂ 5,3 kPa.

3.6.1.10 Syndrom dechové tísně dospělých (ARDS)

Plicní tkáň se vyznačuje jemnou strukturou alveolo-kapilární membrány, která má velkou plochu vystavenou alveolárnímu vzduchu na jedné straně a na druhé straně skoro stejnou plochu exponovanou protékající krvi. Alveolo-kapilární membrána proto může být poškozena za různých situací. Zvýšená propustnost kapilární stěny a alveolárního epitelu pro bílkoviny může způsobit rozšíření intersticia a pronikání tekutiny s vysokou koncentrací proteinů i do alveolů (koncentrace proteinů > 70 % jejich plazmatické koncentrace). Poškození výstelky alveolů může akutně snížit množství přítomného surfaktantu a případně snížit jeho produkci poškozením pneumocytů II. typu. Tato poškození plicní tkáně, na úrovni alveolů, mohou vzniknout relativně rychle, během desítek minut až několika hodin. Mohou způsobit akutní plicní selhání, které se projevuje tzv. syndromem ARDS (adult/acute respiratory distress syndrome).

Z hlediska patologických změn v plicní tkáni i patofyziologie jejich vzniku a funkčních důsledků je syndrom ARDS formou plicního edému (viz kap. 3.6.1.12), pro který je však charakteristická zvýšená propustnost poškozené alveolo-kapilární membrány pro proteiny krevní plazmy a vodu. Plíce jsou edematózní a těžké, exsudát, který obsahují, je hemoragický, dochází k infiltraci rozšířeného intersticia zánětovými buňkami a erytrocyty. Pneumocyty I. typu jsou poškozeny a odhalené intersticium je překryto hyalinními membránami, které obsahují koagulované plazmatické proteiny včetně fibrinu. Může dojít k následné úplné regeneraci alveolárního epitelu proliferací a diferenciací pneumocytů typu II. Jindy může poškození alveolů indukovat fibrotický proces s trvalým postižením plicní funkce.

Dvě základní patofyziologické poruchy, které charakterizují syndrom ARDS, jsou vznik plicního zkratu a snížení plicní poddajnosti.

Plicní zkrat je příčinou hypoxémie způsobené snížením p_aO₂. Tato hypoxémie se jen velmi málo zlepšuje při inhalaci vzduchu obohaceného kyslíkem³³. Její hlavní příčinou jsou atelektatická ložiska, jako důsledek nedostatku surfaktantu, plicního edému a exsudativně-zánětových procesů. Rozsah atelektázy v nestabilní a poškozené plicní tkáni se může rychle zvětšovat, a proto i stav pacienta se může rychle zhoršovat.

Snížení plicní poddajnosti způsobuje, že při poklesu tlaku v pleurální dutině během inspiria se do plic nasaje méně vzduchu. K dosažení určitých dechových objemů proto musí dýchací svaly vytvářet větší tlakové změny než normálně³⁴. Zvýšená dechová práce potřebná k zajištění plicní ventilace je jednou z příčin dyspnoe. Hypoxémie a zvýšená tenzní aferentace z plic a z hrudního koše jsou při syndromu ARDS obvykle natolik silným stimulem pro dechová centra, že nedochází k celkové alveolární hypoventilaci. Postižení jedinci mají obvykle respirační insuficienci I. typu, tj. hypoxemickou formu, s normálním nebo lehce sníženým p_aCO₂, v důsledku trvale zvýšeného ventilačního úsilí.

V tabulce 3.5 jsou uvedeny některé možné situace, které mohou způsobit syndrom ARDS nebo být komplikovány jeho rozvojem. První skupina možných příčin vzniku ARDS zahrnuje noxy, které mohou poškodit alveolo-kapilární membránu ze strany alveolární. Jsou to inhalační nebo aspirační poškození. Druhá skupina zahrnuje generalizovaný zánět při sepsi a septickém šoku, kdy se předpokládá poškození plicních endotelií cirkulujícími zánětovými cytokiny, především TNF, a stejný mechanismus poškození se předpokládá i u velkých popálenin. Diseminovaná intravaskulární koagulace může jednak částečně obliterovat plicní kapiláry a jednak může významně snížit perfúzi některých částí plic a způsobit lokální ischémii³⁵. V případě plicního zánětu se předpokládá poškození plicní tkáně také kyslíkovými radikály a proteolytickými enzymy uvolňovanými z aktivovaných zánětových buněk, především z neutrofilních granulocytů. V případě posttransfúzních plicních komplikací může způsobit poškození plicního parenchymu přítomnost neutrofilních granulocytů v převáděné krvi nebo erytromase.

!!!tab. 3.5.!!!

Ne vždy je příčina poškození plicního parenchymu způsobující vznik atelektatických ložisek zřejmá, jako např. při lokálních poraněních hlavy. Uvažuje se o vyvolaných poruchách plicní perfúze, které poškodí plicní parenchym.

V patogenezi syndromu ARDS má významnou roli nedostatek surfaktantu v plicních alveolech a zvýšené povrchové napětí alveolů. V tomto směru je tento patologický stav podobný syndromu dechové tísně nezralých novorozenců, kde byl dříve než u dospělých rozpoznán a označen jako syndrom dechové tísně (RDS – respiratory distress syndrome).

___

³³Jedním z klinických kritérií syndromu ARDS je p_aO₂ nižší než 6,6 kPa při inhalaci 60% kyslíku (tj. při F_iO2 0,6). U zdravého člověka by se měla hodnota p_aO₂ zvýšit na asi 45 kPa.

___

³⁴Dalším klinickým kritériem pro syndrom ARDS je menší změna v objemu plic (hrudníku) než 50 ml (místo normálních 100 ml) při změně tlaku v pleurální dutině o 1 cmH₂O.

___

³⁵Ischémie však poškozuje plicní tkáň méně v porovnání s ostatními orgány, protože plicní parenchym je významně zásobován kyslíkem z alveolárního vzduchu jeho difúzí.

Tab. 3.5

Tab. 3.5 Možné vyvolávající příčiny syndromu akutního plicního selhání (ARDS)

3.6.1.11 Syndrom dechové tísně novorozenců (RDS)

Syndrom dechové tísně novorozenců je způsoben nedostatkem surfaktantu v plicních alveolech. Surfaktant je vytvářen a secernován pnemocyty II. typu a obsahuje několik specifických proteinů společně s fosfolipidy. V alveolech významně snižuje povrchové napětí, především když se velikost alveolu zmenší, tedy při exspiriu. Surfaktant tím významně snižuje statické dechové odpory a umožňuje plicní ventilaci při malých transpulmonálních tlakových změnách. Snižuje také riziko úplného kolabování alveolu ke konci exspiria. U novorozenců usnadňuje první rozvinutí alveolů a jejich naplnění vzduchem po porodu. Protože je surfaktant vytvářen v plicích až v pozdějších obdobích těhotenství, jsou RDS ohroženi především novorozenci nezralí (často předčasně porození).

3.6.1.12 Plicní edém

Obrázek 3.56 schematicky ukazuje složení plicní tkáně na konci normálního výdechu. Zvýší-li se v plicní cirkulaci množství krve, mluvíme o překrvení neboli kongesci plic. Zvýší-li se množství tekutiny v plicním intersticiu nebo v plicních intersticiu a současně i v alveolech, mluvíme v obou případech o plicním edému.

!!!obr. 3.56.!!!

Intersticiální tekutina vzniká filtrací plazmy v plicních kapilárách podle zákonitostí popsaných Starlingovou rovnicí (viz rovnici 3.19). Intenzita této filtrace tedy závisí jednak na hydrostatickém tlakovém gradientu mezi krví v plicních kapilárách a intersticiální tekutinou v alveolo-kapilární membráně, jednak na rozdílu onkotických tlaků mezi těmito dvěma systémy tělních tekutin a dále na propustnosti kapilární stěny pro vodu a proteiny. Množství plazmy, které proteče plícemi za hodinu, je asi 150 litrů. Intenzita filtrace, nebo spíše prosakování tekutiny z plicních kapilár do intersticia, je normálně velmi malá. Při normálních tlakových poměrech a normálních vlastnostech alveolo-kapilární membrány představuje jen 10–20 ml/h, tedy jen asi 0,01 % z celkového objemu plazmy, která protekla systémem plicních kapilár³⁶. Většina profiltrované tekutiny je odváděna z intersticia plic zpět do venózní krve lymfatickým systémem, který vyúsťuje jako ductus lymfaticus do pravé srdeční síně. Vlastní alveolo-kapilární membrána sice lymfatické cévy neobsahuje, ale ty jsou přítomny v blízkosti alveolů perikapilárně.

___

³⁶Srovnej s asi 25 % v ledvinových glomerulech.

Obr. 3.56

Obr. 3.56 Objemové složení plic na konci pasivního výdechu (FRC). Při překrvení plic nebo při plicním edému (také atelektáze a pneumonii) přibývá v plicích tekutin na úkor vzduchu. Při emfyzému nebo během astmatického záchvatu přibývá relativního zastoupení vzduchu při celkově zvětšeném objemu plic

3.6.1.12.1 Patogeneze plicního edému

Posune-li se rovnováha mezi filtrací tekutiny do intersticia a jejím odváděním ve prospěch filtrace, začne se zvětšovat obsah tekutiny v intersiciu, které se rozšiřuje nad svoji normální průměrnou tloušťku < 2 μm. Edém, který takto vzniká, je nejdříve perikapilární a většinou asymetricky lokalizovaný na jedné straně kapiláry, k níž z obou stran přiléhají plicní alveoly. Pokud se zvyšuje množství tekutiny jen v intersticiu, a tato tekutina neproniká do alveolů, označujeme tento stav jako intersticiální plicní edém. Při nepoškozené epitelové části alveolo-kapilární membrány má tekutina hromadící se v intersticiu tendenci nešířit se dále do alveolů, protože epitelová výstelka alveolů je prakticky zcela neprostupná pro proteiny. V intersticiální tekutině je normálně relativně vysoká koncentrace proteinů, uvádí se, že dosahuje asi 75 % plazmatické koncentrace, což vytváří mohutný osmotický gradient mezi alveoly a intersticiem, který velmi účinně „vysušuje“ alveolární prostor. Plicní edém si proto může zachovat charakter intersticiálního edému, při kterém se rozšíří alveolo-kapilární membrána a zvětší prostor zaujímaný intersticiem, úměrně se zmenší zbývající plicní prostory, především vzdušnost plic, zvýší se hmotnost plic a sníží se jejich poddajnost vůči tlakovým změnám. Alveoly však zůstávají „suché“.

Tekutina, která se hromadí v intersticiálním prostoru, se volně šíří do perivaskulární a peribronchiální tkáně, kde je normálně nižší hydrostatický intersticiální tlak. Tekutina se tak přesunuje směrem k plicním hilům a je odváděna od alveolů. Až 500 ml tekutiny se zde může nahromadit při současném jen velmi malém zvýšení jejího hydrostatického tlaku v intersticiu. V tomto prostoru dochází také k její zvýšené resorpci zpět do krve. Perivaskulární a peribronchiální intersticium komunikuje též s interlobálními septy a s viscerální pleurou. Tekutina, která takto ve zvýšené míře proniká do pleurální dutiny, je odtud odváděna lymfatickým systémem parietální pleury. Nahromadění tekutiny v pleurální dutině, vznik nezánětového pleurálního výpotku, sice omezuje objemové změny plic, ale méně, než kdyby byla tato tekutina v plicním intersticiu.

Nahromadění tekutiny v intersticiálním plicním prostoru zde zvyšuje hydrostatický tlak. V případě kardiogenního plicního edému, způsobeného zvýšeným nitrokapilárním tlakem, zvýšený intersticiální hydrostatický tlak snižuje další filtraci tekutiny z plazmy. Působí tedy proti primární příčině vzniku plicního edému.

!!!začátek petitu!!!

Při normálním objemu intersticiální tekutiny závisí tlak v intersticiu jednak na přítomnosti pevných struktur pojivové tkáně a jednak na hydrostatickém tlaku přítomné tekutiny. Tlak pevných struktur je vůči atmosférickému tlaku vzduchu v alveolech pozitivní. Naproti tomu tlak tekutiny přítomné v intersticiu je vůči atmosférickému tlaku v alveolech negativní (v důsledku negativního tlaku v hrudním koši). Výsledný tlak je normálně blízký nule vůči tlaku vzduchu v alveolech (atmosférickému tlaku). Nahromadění tekutiny rozvolňuje pevné struktury a současně zvyšuje hydrostatický tlak tekutiny. Proto se zpočátku nemění příliš celkový tlak vůči tlaku atmosférickému. Při určitém objemu nahromaděné intersticiální tekutiny jsou pevné struktury natolik od sebe navzájem vzdáleny, že se přestanou uplatňovat, a dominujícím faktorem celkového tlaku se stane objem intersticiální tekutiny a její hydrostatický tlak. Hydrostatický tlak se proto začne s postupujícím se hromaděním intersticiální tekutiny zvyšovat. Když se zvýší nad hodnotu atmosférického tlaku vzduchu v alveolech, začne intersticiální tekutina pronikat do prostoru alveolů. Obrazně se mluví o „prolomení“ epitelové bariéry alveolů. Mechanismy proniknutí intersticiální tekutiny do alveolů v nepřítomnosti primárního poškození jejich epitelové výstelky však nejsou podrobněji známy.

!!!konec petitu!!!

Plicní edém, při kterém pronikla tekutina z intersticia až do alveolů, je označován jako alveolární plicní edém. Na obrázku 3.57 je znázorněno, že tekutina může být v alveolech přítomna jen na stěnách alveolů, nebo může vyplňovat celý vnitřní objem alveolu.

!!!obr. 3.57.!!!

Faktory, které zvyšují pronikání tekutiny z krevní plazmy do plicního intersticia, jsou:

• zvýšení hydrostatického kapilárního tlaku,
• zvýšení hydraulické propustnosti kapilární stěny,
• zvýšení povrchového napětí alveolů, což snižuje hydrostatický tlak v intersticiu,
• snížení onkotického tlaku krevní plazmy.

Zdaleka nejčastější příčinou plicního edému je zvýšení hydrostatického kapilárního tlaku při poruchách plicní cirkulace, zvláště levostranném srdečním selhávání (selhání) a jiných příčinách zvýšeného tlaku v levé srdeční síni, a dále při zvětšení objemu krve a jiných tělesných tekutin, tj. při hypervolémii (např. při některých formách a fázích renálního selhání nebo následkem nadměrného objemu podávaných infúzí). Často se v takovém případě mluví o kardiogenním plicním edému (též „vysokotlakém“ nebo „hydrostatickém“ edému).

Plicní edém, jehož primární příčinou je poškození alveolo-kapilární membrány a její zvýšená propustnost pro vodu a proteiny, bývá označován též jako nízkotlaký plicní edém nebo nekardiogenní plicní edém. Je-li poškozena i epitelová výstelka alveolů, proniká do alveolů tekutina s vysokou koncentrací proteinů, která se může blížit koncentraci plazmatických proteinů. Tento patofyziologický stav se blíží nebo splývá se syndromem ARDS, popsaným v kapitole 3.6.1.10.

Je pochopitelné, že na vzniku a rozvoji plicního edému se může podílet více příčin, které se mohou ve svém účinku potencovat. Vznik kardiogenního plicního edému ze zvýšeného nitrokapilárního hydrostatického tlaku bude samozřejmě pravděpodobnější při současné zvýšené permeabilitě plicních kapilár, snížené koncentraci plazmatických proteinů, zvýšeném povrchovém napětí alveolů nebo zhoršeném odtoku lymfy.

Obr. 3.57

Obr. 3.57 Plicní edém – možnosti distribuce transsudátu v plicním parenchymu. A – normální plíce;, B – intersticiální plicní edém; C – prosakování tekutiny do alveolů; D – alveolární plicní edém působící plicní zkrat

3.6.1.12.2 Funkční důsledky plicního edému

Plicní edém má mnohočetné negativní účinky na funkci respiračního aparátu, které lze shrnout následovně:

• zvětšení vzdálenosti mezi alveolárním vzduchem a krví a určité zmenšení celkové difúzní plochy sníží množství kyslíku, které může alveolo-kapilární membránou difundovat do krve za časovou jednotku;
• vyplnění alveolů tekutinou se zachovaným průtokem krve v bezprostředním okolí zaplavených alveolů způsobí vznik pravo-levého plicního zkratu;
• zvýšení obsahu tekutiny v plicích a event. poškození alveolů provázené snížením koncentrace surfaktantu snižují poddajnost plicní tkáně – zvýší se proto dechová práce.

Plicní edém se může vyvíjet latentně, kdy zpočátku jediným příznakem může být námahová dušnost (dyspnoe). Plicní edém může také vzniknout náhle, především z důvodu náhlého zvýšení nitrokapilárního plicního tlaku nebo akutního poškození alveolo-kapilární membrány.

Dominujícím klinickým příznakem plicního edému je dyspnoe, především z důvodu zvýšené dechové práce a větších tlakových změn a napětí v hrudním koši a v plicním parenchymu. Dýchání se stává povrchnějším a rychlejším, čímž jsou omezeny požadavky na zvýšení tlakových změn potřebných pro plicní ventilaci. Zvýšená stimulace plicních J-receptorů nejen snižuje velikost dechových objemů a přispívá k celkovému zvýšenému ventilačnímu úsilí (zvýšenou frekvencí dýchání), ale může vyvolávat i suchý dráždivý kašel. Posléze může být kašel „vlhký“ a postižený může vykašlávat „růžové sputum“. Příměs krve je z bronchiální cirkulace, ve které se zvýšil tlak, ne z alveolů. Dalším možným symptomem je cyanóza způsobená nízkým p_aO₂ a následkem toho sníženou saturací hemoglobinu kyslíkem v arteriální krvi. Hyperkapnie při plicním edému nebývá, protože zvýšené ventilační úsilí v naprosté většině případů kompenzuje difúzní a ventilační poruchy. Častějším nálezem je dokonce hypokapnie a určitý stupeň respirační alkalózy. Plicní edém může také zvyšovat odpor dýchacích cest kladený proudění vzduchu. Vysvětlení je jednak v omezení průsvitu drobných bronchiolů peribronchiálním edémem a jednak v možném reflexním bronchospazmu.

3.6.2 Subakutní a chronické poruchy funkce respiračního aparátu

3.6.2.1 Pneumonie

Pnemonie může být způsobena rozličnými živočišnými patogeny: bakteriemi, viry, mykoplazmaty, chlamydiemi, rickettsiemi, houbami a parazity. Může probíhat jako intersticiální zánět nebo zánět exsudační s vyplněním alveolů zánětovým exsudátem. Bývá provázena horečkou. Pnemonie způsobuje snížení poddajnosti postižené části plicní tkáně, může prodlužovat difúzní dráhu pro dýchací plyny a způsobovat pravo-levý plicní funkční zkrat. Způsobuje proto hypoxémii, která může málo reagovat na oxygenoterapii. Respirační insuficience bývá I. typu, hypoxemická, bez hromadění CO2. V arteriální krvi může být hypokapnie z důvodu tachypnoe a nadměrné celkové alveolární ventilace. Cyanóza a dyspnoe jsou dalšími možnými klinickými symptomy zkratu. Těžká pneumonie může vyústit v ARDS.

3.6.2.2 Plicní fibróza

Při plicní fibróze se zvyšuje zastoupení vaziva v plicním parenchymu, následkem čehož se tento stává méně poddajným vůči tlakovým změnám. Příčinou fibrotického procesu je intersticiální chronický zánět a alveolitida, které jsou však často natolik pozvolné procesy, že se neprojeví jako intersticiální pneumonie. Vedle plicní fibrózy vyvolané známými příčinami plicního zánětu (např. azbestóza, silikóza a jiné pneumokoniózy, exogenní alergická alveolitida, sarkoidóza, ozáření plic velkými dávkami ionizujícího záření, akutní poškození plic kouřem a toxickými plyny, aspirační pnemonie a ARDS) existuje i idiopatická forma plicní fibrózy.

Fibrotický proces je následkem zvýšené aktivity zánětových buněk v prostoru intersticia alveolo-kapilární membrány a uvnitř alveolů. Výsledkem této aktivity je i pomnožení fibroblastů, které produkují kolagen a fibronektin.

Prvním klinickým projevem je nejdříve námahová dušnost, s progresí onemocnění i klidová. Změny intersticia způsobují poslechový nález – „krepitaci“. Hypoxémie může být zpočátku také vázána pouze na období zvýšené fyzické aktivity (tzv. latentní respirační insuficience), aby později byla stálá, a v konečných stadiích onemocnění může být i II. typu s hyperkapnií. Jedná se o typické „restrikční plicní onemocnění“, pro které je charakteristické snižování TLC, VC, FEV₁ a RV, při normálním poměru FEV₁/FEV (není exspirační porucha). Difúzní kapacita (D_CO) je snížena o více než 30 %. Práce dechových svalů je zvýšená, protože k dosažení potřebného dechového objemu je třeba větších tlakových změn během inspiria.

3.6.2.3 Bronchiální astma

Asthma bronchiale bývá někdy řazeno mezi chronická obstrukční plicní onemocnění (CHOPN, viz kap. 3.6.2.4), a to z důvodu některých společných patofyziologických rysů – zvýšení odporu dýchacích cest proudu vzduchu, zvýšení FRC a RV (během záchvatu) a chronického zánětu bronchů. Záchvatovitým průběhem, kdy v mezidobí mezi záchvaty mohou být funkce respiračního aparátu a mechanika plicní ventilace normální, se však toto onemocnění odlišuje od chronické bronchitidy a plicního emfyzému, hlavních reprezentantů CHOPN.

Astma je chronické zánětlivé onemocnění dýchacích cest, kde hrají roli mnohé buňky (mastocyty, eozinofily, T-lymfocyty) a buněčné částice. Chronický zánět je spojen s průduškovou hyperreaktivitou a vede k opakujícím se epizodám pískotů, dušnosti, tíže na hrudi a kašle, zvláště v noci nebo časně ráno. Tyto epizody jsou obvykle spojeny s variabilní obstrukcí, která je často reverzibilní buď spontánně nebo vlivem léčby. Pro asthma bronchiale je charakteristické záchvatovité a varaiabilní zúžení dýchacích cest, které nerovnoměrně postihuje plíce. Toto zúžení je převážně způsobeno bronchokonstrikcí, edémem bronchiální sliznice, jejím překrvením a zesílenou sekrecí bronchiálních žláz. Za podstatu tohoto onemocnění se dnes považuje chronický bronchiální zánět s významnou účastí eozinofilních granulocytů a žírných buněk (mastocytů) a s hyperreaktivitou bronchiálních hladkých svalů.

Tab. Th2 high a Th2 low astma

3.6.2.3.1 Chronický zánět a hyperreaktivita bronchiální svaloviny

Chronický zánět bronchiální sliznice při asthma bronchiale nezpůsobuje významné fibrotické změny ve stěně postižených bronchů. Zánět je udržován aktivitou lymfocytů Th2.

!!!začátek petitu!!!

Th2-lymfocyty jsou zdrojem cytokinů IL-4 a IL-5. IL-4 je růstovým faktorem pro B-buňky, které mohou být po senzibilizaci organismu zdrojem specifických protilátek IgE. IL-5 je růstovým faktorem eozinofilních granulocytů. Chemokinem, který do bronchiální sliznice přitahuje lymfocyty Th2 a eozinofilní granulocyty, je eotaxin, který též vyvolává degranulaci eozinofilních a bazofilních granulocytů. Eotaxin působí prostřednictvím transmembránové molekuly, chemokinového receptoru CCR3. Ten je přítomen na lymfocytech Th2 a na eozinofilních a bazofilních granulocytech. U astmatiků je v bronchiální sliznici přítomno více buněk, které jsou zdrojem eotaxinu. 

!!!konec petitu!!!

Podněty, které iniciují záchvaty akutního zúžení dýchacích cest, jsou jednak imunologické povahy s účastí protilátek třídy IgE (I. typ alergické reakce) a jednak nealergické povahy, zprostředkované bronchiální hyperreaktivitou. Pokud je příčinou bronchiálního astmatu alergen, označuje se takové astma jako atopické nebo zevní („extrinsic“). V případě, že alergen není prokázán, označuje se astma jako neatopické neboli vnitřní („intrinsic“).

V případě atopického astmatu vyvolá často alergen dvoufázovou reakci zúžení dýchacích cest. Bezprostřední reakce se dostaví do 15 minut po expozici a pozdní odpověď za 4–8 hodin (obr. 3.58), avšak někdy i za více než 24 hodin. V tekutině získané z brochů při bronchoalveolární laváži jsou přítomny látky z granulí eozinofilních granulocytů (hlavní bazický protein a kationický protein), dále leukotrieny C₄, D₄ a E₄, což jsou aktivátory zánětu, vyvolávající též zvýšenou permeabilitu kapilár, vedle mohutného bronchokonstrikčního a sekretogenního účinku³⁷. Pozdní odpověď je vyvolána chemotaxí zánětových buněk chemoatraktanty uvolněnými v bronchiální sliznici během první ataky. Mediátory s chemotaktickými vlastnostmi jsou LTB₄, PAF (faktor aktivující destičky), IL-5 a IL-8. IL-1 a TNF zvyšují přítomnost adhezivních molekul ICAM-1 a ELAM-1 na endoteliích v místě zánětu.

!!!obr. 3.58.!!!

Podstata bronchiální hyperreaktivity³⁸ spočívá ve více faktorech. Zánětem poškozená epitelová výstelka bronchů zpřístupní nervová zakončení zvýšenému účinku dráždivých podnětů. Astmatický záchvat proto může vyvolat i dýchání studeného vzduchu, zvláště ve spojení se zvýšenou plicní ventilací, dýchání vzduchu znečištěného cigaretovým kouřem ap. Sliznice bronchů obsahuje zvýšené množství zánětových buněk, žírných buněk (mastocytů) a eozinofilních granulocytů, které se mohou po aktivaci uvolnit a vytvářet řadu látek vyvolávajících stah hladkých svalových vláken ve stěně bronchů. Bronchokonstrikčně působí histamin, LTC₄, PGD₂, PGF₂ a acetylcholin. V hladkých svalových vláknech bronchů snižují tyto podněty koncentraci cAMP což predisponuje svalovou buňku ke kontrakci³⁹. Za možnou příčinu bronchokonstrikce je též považováno snížení tvorby fyziologických bronchodilatačních působků, NO a PGE₂, poškozeným epitelem bronchů.

___

³⁷Narušení funkce cyklooxygenázy kyselinou acetylosalicylovou („aspirin“) zvyšuje tvorbu leukotrienů. Podání látek obsahující inhibitory cyklooxygenázy může u astamatika vyvolat astmatický záchvat.

___

³⁸Bronchiální hyperreaktivita se projeví snížením FEV1 o více než 10 % po expozici alergenu. Během ataky pak inhalační podání bronchodilatačně působících látek zvýší FEV1 o 20 % nebo i více.

___

³⁹Látky, které zvyšují koncentraci cAMP v buňkách hladkých svalů, vyvolávají bronchodilataci. Nejznámější jsou adrenalin a teofylin. Adrenalin zvyšuje aktivitu adenylátcyklázy, a tím i vznik cAMP. Teofylin blokuje fosfodiesterázu, což zpomaluje degradaci cAMP.

Obr. 3.58

Obr. 3.58 Dvojfázová bronchokonstrikční reakce na alergen u asthma bronchiale

Obr.

Obr.

3.6.2.3.2 Funkční důsledky astmatického záchvatu

Astmatický záchvat je provázen zvýšenou prací dýchacích svalů, pocitem dyspnoe, zvětšením RV a FRC (inspirační polohou hrudníku a dýcháním v oblasti IRV), arteriální hypoxémií. Klasický astmatický záchvat nezpůsobuje hyperkapnii, naopak častější bývá mírný stupeň hypokapnie. Ten je způsobený značným ventilačním úsilím dýchacích svalů, které převáží nad důsledky obstrukce dýchacích cest z hlediska udržení dostatečné celkové alveolární ventilace.

Příčinou hypoxie a hypokapnie je nerovnoměrnost ventilace-perfúze. Při astmatickém záchvatu nebývají obstrukcí postiženy najednou všechny bronchioly. Tam kde je obstrukce, je i větší rezistence při distribuci inspirovaného vzduchu, a ten se proto více dostává do „vedlejších“ alveolů, které jsou relativně hyperventilovány. Hypoxémie a podněty z plic způsobí zvýšené ventilační úsilí – výsledkem je pak mírná hypokapnie. Relativní hyperventilace části alveolů, ve kterých je zvýšený p_AO₂, ale nestačí kompenzovat sníženou saturaci krve kyslíkem v těch alveolech, které jsou v důsledku bronchokonstrikce, edému sliznice a nadměrné tvorby hlenu hypoventilovány.

Během záchvatu klesá FEV₁, FEV₁% (tj. FEV₁/FEV . 100), PEF, FEF_25-75, často se sníží FVC z důvodu předčasného uzavírání bronchiolů při zvýšeném tlaku v hrudním koši, způsobeném činností exspiračních svalů⁴⁰. Může se zvýšit FRC, RV a TLC. Často se také zvýší D_CO, protože plíce jsou zvýšeně rozepnuté. Klesá C_dyn při zvýšené frekvenci dýchání (viz obr. 3.37).

Během záchvatu může při inspiriu klesat systolický krevní tlak a zeslabí se intenzita pulsové vlny. To se označuje jako pulsus paradoxus, klesne-li během inspiria systolický tlak o více než 10 mmHg.

Viskózní hlen produkovaný během záchvatu může zcela obliterovat některé drobné bronchy, hovoří se o hlenových zátkách. Toto však nebývá provázeno projevy plicního zkratu, který je pro asthma bronchiale netypický. Příčinou hypoxémie je především ventilačně-perfúzní nerovnováha, zhoršení poměru V_A/Q.

___

⁴⁰Proto je lepší pomalý výdech, při kterém se tolik nezvýší nitrohrudní tlak, nebo výdech proti určitému odporu, vytvořenému např. sešpulením rtů.

3.6.2.3.3 Těžký astmatický záchvat (status asthmaticus)

Generalizovaná bronchokonstrikce, která je dlouhodobá a nedostatečně reaguje na klasickou léčbu, může zůsobit globální respirační insificienci, kdy je arteriální hypoxémie provázena hyperkapnií a respirační acidózou. Je to životu nebezpečný stav, který z důvodu postupné únavy dýchacích svalů, při přetrvávající bronchiální obstrukci, může způsobovat progresivní respirační insuficienci II. typu s hyperkapnií a acidózou. Mechanická ventilační podpora se může stát nezbytnou součástí léčby takového stavu.

K3.4 Těžký astmatický záchvat

(John Hopkins Medical Journal, 1978, 143, p. 19–23)

39letá žena byla hospitalizována z důvodu čtyři dny trvajícího namáhavého pískavého dýchání. Od 9 let trpěla bronchiálním astmatem.

Přehled některých potíží pacientky při přijetí

Pacientka byla při příjmu dobře orientována, dyspnoická.

Výsledky vyšetření

Dechová frekvence 30/min, bylo patrné používání přídavných dýchacích svalů (m. sternocleidomastoideus) a zatahování nadklíčkových a podklíčkových jamek během inspiria (obr. 3.59). Trvání exspiria bylo prodlouženo. Během inspiria i exspiria byly slyšitelné difúzní pískoty.

Pulsová frekvence byla 120/min, TK byl 130/86 mmHg, ale během inspiria klesal systolický tlak o 50 mmHg.

Při dýchání vzduchu byla hodnot p_aO₂ 7,7 kPa (58 mmHg), p_aCO₂ byl 3,9 kPa (29 mmHg), pH krve bylo 7,37 a koncentrace HCO₃^- byla 20 mmol/l⁴¹.

Rentgen plic ukázal hyperinflaci plic s úrovní bránice sníženou až ke 12. žebru. Na rentrgenu plic ani na EKG nebyly známky tlakového přetížení pravé srdeční komory.

Vývoj onemocnění

Léčba mimo jiné zahrnovala oxygenoterapii prováděnou inhalací vzduchu obohaceného kyslíkem (4 l/min maskou). Po dvou hodinách došlo ke vzestupu p_aCO₂ na 7,2 kPa (54 mmHg) a pH arteriální krve se snížilo na 7,24. Pacientka byla proto intubována a byla zahájena plicní ventilace pomocí přístroje. Vitální kapacita plic pacientky byla v tomto období jen 600–500 ml. Ventilací pomocí přístroje byl p_aCO₂ snížen na 6,0 kPa (45 mmHg). Po třech dnech se vitální kapacita plic zvýšila na 1000 ml, p_aO₂ byl 12 kPa (při F_iO₂ 0,28) a p_aCO₂ klesl na 4,7 kPa (35 mmHg). Později byla pacientka převedena na spontánní dýchání.

Patofyziologický rozbor

Příčinou silného záchvatu bronchiálního astmatu, velmi málo reagujícího na léčbu (status asthmaticus), je generalizované a dlouhodobé zúžení bronchů a bronchiolů v důsledku bronchokonstrikce, slizničního edému a zvýšené bronchiální sekrece. Zvětšuje se reziduální plicní objem a klesá proto vitální kapacita plic. Hyperinflace plic pomáhá udržet dýchací cesty částečně průchodné celkovým zvýšeným rozepětím plic. Zbytková vitální kapacita je z větší části využívána k plicní ventilaci, která se uskutečňuje v horní části inspiračního rezervního objemu (obr. 3.60). Poddajnost plic ke změnám objemu je již v této horní oblasti celkového objemu plic (TLC) přirozeně nižší, a ventilace proto vyžaduje větší tlakové změny pro uskutečnění inspiria. Toho se dosahuje zapojením rezervních inspiračních dýchacích svalů, mezi která patří i m. sternocleidomastoideus. Významně nižší tlak v hrudním koši během inspiria se projevuje vtahováním nadklíčkových a podklíčkových jamek. Potřeba vyšších tlakových změn pro zajištění plicní ventilace je hlavní příčinou vzniku pocitu dyspnoe.

Snížení intrapleurálního (intratorakálního) tlaku, potřebné pro udržení stálé hyperinflace plic, a zvýšení intraalveolárního tlaku během exspiria, potřebné pro překonání zvýšeného výdechového odporu zúžených dýchacích cest, mohou mít negativní důsledky na cirkulaci krve. Normální tlak v a. pulmonalis a v plicních arteriích se v porovnání s velmi nízkým nitrohrudním tlakem stává plicní hypertenzí. Nadměrně rozepnutými alveoly hyperinflatovaných plic jsou dále stlačovány tenkostěnné plicní kapiláry ve alveolo-kapilární membráně. Oba faktory působí vznik plicní hypertenze a zvýšení afterloadu pravé srdeční komory. Během těžkého astmatického záchvatu proto mohou být na rtg plic rozšířené plicní arterie a případně zvětšená pravá srdeční komora, na EKG pak známky přetížení pravé komory (sklon srdeční osy doprava, P pulmonale, známky hypertrofie pravé komory). U pacientky nebyly tyto možné změny pozorovány.

Snížení systolického arteriálního tlaku během inspiria o více než 10 mmHg se též označuje jako pulsus paradoxus. Velký pokles nitrohrudního tlaku během inspiria sníží žilní návrat roztažením velkých dutých žil v jejich části nacházející se v hrudním koši. Zvýšeně rozepjaté alveoly současně stlačují plicní kapiláry, což zvyšuje afterload pravé srdeční komory. Diastolické plnění levé srdeční komory proto během inspiria klesá, zmenšuje se systolický objem, a to způsobuje snížení systolického krevního tlaku v systémové cirkulaci.

Pacientka měla při přijetí hypokapnii svědčící pro respirační alkalózu (snížený p_aCO₂). Protože stimulace ventilačního úsilí trvala již několik dnů, byla tato respirační alkalóza kompenzována tím, že ledviny snížily koncentraci HCO₃^- na 20 mmol/l. Inhalace vzduchu obohaceného kyslíkem po přijetí do nemocnice snížila ventilační úsilí (snížením hypoxické stimulace periferních chemoreceptorů) pacientky natolik, že se u ní během dvou hodin vyvinula hyperkapnie a acidémie. Pro zajištění dostatečné alveolární ventilace, potřebné pro odventilování CO₂ vznikajícího v organismu, bylo třeba použít respirátoru, který si vyžádal intubaci trachey. Celková vitální kapacita plic však byla příliš malá (jen 500–600 ml) a její plné využití by vyžadovalo použití příliš velkých ventilačních tlaků. Hyperkapnie byla proto zpočátku jen snížena ze 7,2 kPa na 6,0 kPa (p_aCO₂), ne zcela odstraněna.

Komenář

Záchvaty bronchiálního astmatu jsou typicky provázeny hypokapnií, což znamená, že celková alveolární ventilace je nadměrná vzhledem k množství CO₂, které je produkováno tkáňovým metabolismem. Snížení hypoxické stimulace dechových center nebo únava dýchacích svalů či jiná komplikace ztěžující plicní ventilaci (např. vnitřní pneumotorax nebo pneumomediastinum) mohou způsobit vznik hyperkapnie a acidémie.

Vyšší stupeň hypoxémie může též způsobit centrální cyanózu a případně poruchy vědomí.

___

⁴¹Podle Hendersonovy-Hasselbalchovy rovnice by měly být aktuální koncentrace bikarbonátů (HCO₃^-) nižší, asi 16,6 mmol/l. Jedná se tedy pravděpodobně o koncentraci (HCO₃^-) přislušnou k hodnotě pCO2 5,3 kPa (tzv. standardní bikarbonáty).

Obr. 3.59

Obr. 3.59 Vtažení nadklíčkových a podklíčkových jamek ukazuje silně negativní tlak v pleurální dutině (P_pl) při inspiriu (B) během těžkého záchvatu bronchiálního astmatu. Zřetelná je také kontrakce m. sternocleidomastoideus, pomocného inspiračního svalu. A ukazuje inspirium po odeznění záchvatu (podle John Hopkins Med J, 1978, 143, p. 19)

Obr. 3.60

Obr. 3.60 Plicní ventilace se během astmatického záchvatu (také při emfyzému) uskutečňuje v horní části křivky tlak-objem, kde je fyziologicky menší poddajnost respiračního aparátu

3.6.2.4 Chronická obstrukční plicní nemoc

Chronická obstrukční plicní nemoc (CHOPN, angl. COPD4²) je léčitelné onemocnění, kterému lze předcházet. CHOPN má významné mimoplicní účinky, které přispívají k celkové závažnosti onemocnění. Její plicní složka je charakterizována omezením průtoku vzduchu v průduškách (bronchiální obstrukcí), který není úplně reverzibilní. Bronchiální obstrukce obvykle progreduje a je spojena s abnormální zánětlivou odpovědí plic na škodlivé částice a plyny. Bronchiální obstrukce typická pro CHOPNvzniká společným postižením drobných dýchacích cest (obstrukční bronchiolitidou) a destrukcí plicního paenchymu (emfyzemém).  skupina respiračních nemocí, jejichž společným znakem je trvalé snížení výdechové rychlosti. Projevují se snížením FEV₁% a jiných ukazatelů průběhu výdechu. Příčinou je zvýšený odpor dýchacích cest, snížená elasticita plicního parenchymu nebo obě změny.

Mezi CHOPN bývají vždy řazeny nozologické jednotky chronická bronchitida, onemocnění periferních nebo malých dýchacích cest („peripheral airway disease“) (obr. 3.61) a plicní emfyzém. DEFINICE JASNĚ ODDĚLUJE CHOPN a chronickou bronchitidu

Zánět postihuje velké i malé bronchy i plicní parenchym. Zánětlivé změny zahrnují metaplazii pohárkových buněk, zmnožení a hypertrofii hlenových žlázek, hypervaskularizacia hypertrofii haldké svaloviny a změny v extraclulární matrix společně s hromaděním zánětlivých buněk. Tyto změny vedou k projevům jako je kašel, a hypersekrece hlenu, nikoliv ke vzniku obstrukčníventialční poruchy. Malé bronchy jsou hlavní příčinouzvýšení odporů v dýchacích cestách. Malé bronchy jsou infiltrovány zánětlivými buňkami, stěna je edematózní. Epitel bývá metaplastický a mohou se zde hromadit hlenové zátky. Bronchiální stěny jsou fibrotické, dochází k nahromadění myofibroblastů a kolegenu a ke kontrakci.

Zúžení dýchacích cest je způsobeno chronickým zánětem provázeným hypertrofií slizničních hlenových žláz, hypersekrecí hlenu, změnou epitelové výstelky v mnohovrstevnou (metaplazie cylindrického epitelu), edémem a event. peribronchiální fibrózou. Na zúžení dýchacích cest se může podílet i jejich kolaps při poškození jejich stěny a oslabení radiálně působících roztažných sil okolního plicního parenchymu. K jejich zúžení až úplnému uzavření dochází přednostně v plicních bázích při exspiriu, zvláště je-li provázeno rychlým prouděním vydechovaného vzduchu a velkým zvýšením tlaku v plicním parenchymu.

Destrukce plicního parenchymu  vede ke ztrátě spojení alveolů s malými dýchacími cestami, a tím ke snížení elastického napětí plic. Tyto změny tedy snižují schopnost dýchacích cest, aby zůstaly otevřené v průběhu výdechu. Vzniklé zúžení je pravděpodobně hlavní příčinou fixované bronchiální obstrukce.

VzSnížení elasticity plicní tkáně je způsobeno úbytkem elastické komponenty její pojivové tkáně. Je to strukturální změna plicního parenchymu, která je charakteristická pro plicní emfyzém.  Tyto

Vznik CHOPN

Protože spolu často chronická bronchitida a emfyzém patogeneticky souvisejí, bývá rozlišována bronchitická a emfyzematózní forma chronické obstrukční choroby plicní. Klinická manifestace se částečně liší, jak bude ještě dále rozvedeno. Zde jsou formou tabulky (tab. 3.6) srovnány odlišné a shodné projevy a rysy těchto dvou forem CHOPN.hh

___

⁴²COPD z angl. chronic obstructive pulmonary disease.

3.61

Obr. 3.61 Síly působící na bronchy a bronchioly: A – normální stav, kdy elasticita okolní plicní tkáně zvětšuje průsvit malých dýchacích cest; B – stav při záchvatu bronchiálního astmatu, kdy dochází k bronchokonstrikci a zduření sliznice, ale v důsledku ventilace v oblasti inspiračního rezervního objemu se zvětšují roztažné síly plicního parenchymu, které udržují dýchací cesty průchodné; C – stav při chronické bronchitidě, kdy je zduřená sliznice, a proto zúžený průsvit dýchacích cest, avšak z důvodu narušení stěny dýchacích cest a okolního plicního parenchymu chronickým zánětem nejsou roztažné síly okolního parenchymu dostatečně účinné při udržení průchodnosti postižených částí dýchacích cest

Tab. 3.6

Tab. 3.6 Srovnání některých rysů bronchitické a emfyzematózní formy chronické obstrukční plicní nemoci (CHOPN)

3.6.2.4.1 Chronická bronchiolitida

!!!začátek petitu!!!

Bronchiální sliznice i terminální části dýchacích cest včetně alveolů mají přirozené mechanismy, které je chrání před infekčním zánětem. Přestože nazofarynx je přirozeně kolonizován řadou bakterií, dolní dýchací cesty jsou většinou sterilní. Řasinkový epitel dýchacích cest obsahuje asi 200 řasinek na jedné buňce. Tyto řasinky jsou ponořeny v 5–10 μm silné vrstvě viskózní tekutiny, do jejíhož povrchu se zachycují bakterie a jiné patogeny a částice. Rychlým koordinovaným pohybem řasinek na sousedících buňkách směrem orálním, s frekvencí asi 1000 kmitů za minutu, jsou tyto cizí patogeny posunovány směrem k nazofaryngu a jsou pak buď vykašlány, nebo spolknuty. V terminálních částech dýchacích cest jsou přítomny vedle imunoglobulinů třídy A i zánětové buňky, makrofágy/monocyty, granulocyty a lymfocyty T a B. V tekutině získané při bronchoalveolární laváži tvoří 80 % buněk alveolární makrofágy a zbytek jsou lymfocyty (převažují lymfocyty T podobně jako v periferní krvi, tj. představují asi 70–80 % všech lymfocytů) a různé druhy granulocytů (polymorfonukleárů).

!!!konec petitu!!!

Nelze nezmínit skutečnost, že nejčastější příčinou chronické bronchitidy je kouření cigaret. Bronchiální zánět je chronický, s akutními exacerbacemi při akutních nasedajících infekcích. Zánět je provázen nahromaděním zánětových buněk a jejich aktivací. Makrofágy a neutrofilní granulocyty jsou zdrojem řady proteolytických enzymů, např. elastázy, gelatinázy, kolagenázy a jiných, které poškozují dýchací cesty a okolní plicní parenchym. Mezibuněčná hmota je v oblasti zánětu dále poškozována matrixovými metaloproteázami (MMP) a buňky i mezibuněčná hmota jsou poškozovány kyslíkovými radikály. Zánět působí ztrátu řasinek na epitelové výstelce postižených bronchů a bronchiolů a je provázen hyperplazií žlázek, Gobletových pohárkových buněk a hypersekrecí hlenu.

Patologické změny charakteristické pro CHOPN postihují proximální dýchací cesty, periferní průdušky tj. pod 2 mmv prměru,  plicní parenchym a plicní cévy. Chronický zánět bronchů a bronchiolů a eventuální strukturní změny plicního parenchymu při současném plicním emfyzému způsobují ventilačně-perfúzní nerovnováhu. Ta je převažující příčinou arteriální hypoxémie, jejímž projevem je cyanotické zbarvení kůže a sliznic. Porucha poměru V_A/Q je často u chronické bronchitidy posunuta směrem k plicnímu funkčnímu zkratu (obr 3.62).

Chronická arteriální hypoxémie s nízkým paO2 způsobuje plicní hypertenzi v důsledku vazokonstrikce plicních arteriol a event. jejich strukturální přestavby. Následně tak způsobuje hypertrofii, dilataci a selhávání pravého srdce (cor pulmonale). Chronicky zvýšená práce dýchacích svalů je často příčinou nedostatečné celkové alveolární ventilace, jejímž důsledkem je hyperkapnie a respirační acidóza. Často tedy bývá přítomna globální respirační insuficience s arteriální hypoxémií⁴³, která dosahuje značného stupně a významně omezuje fyzickou aktivitu pacienta. Z důvodu časté cyanózy a celkových otoků bývají tito pacienti označováni v anglosaské literatuře jako „blue bloaters“.

Rozsah plicního parenchymu není u čisté chronické bronchitidy redukován, proto hodnota D_CO bývá normální.

___

⁴³Při těžké hypoxémii dosahuje paO2 jen 6,7–5,3 kPa (50–40 mmHg), při středně těžké hypoxémii je mezi 6,7 a 8,0 kPa (50–60 mmHg).

Obr. 3.62

Obr. 3.62 Porucha poměru V_A/Q při chronickém plicním obstrukčním onemocnění, kdy se část plicní perfúze uskutečňuje oblastmi plic s velmi nízkou ventilací (a má proto charakter zkratu) a část plicní ventilace se naopak uskutečňuje v oblastech nedostatečně perfundovaných (mrtvá ventilace). Pouze části plicní perfúze a plicní ventilace se „setkají“ v přiměřených kvantitativních poměrech (vyšrafovaná a současně tečkovaná část) a je účinná při výměně krevních plynů. Perfúze a ventilace byla měřena v jednotlivých částech plic pomocí radioaktivních látek – tzv. perfúzní a ventilační sken

3.6.2.4.2 Plicní emfyzém

Plicní emfyzém je změna plicního parenchymu, pro kterou je charakteristická ztráta části alveolárních stěn uvnitř plicních acinů⁴⁴. Drobné vzdušné prostůrky, alveolární dukty a alveoly, splývají ve větší vzdušné útvary, kterými neprocházejí plicní kapiláry. Ty zanikly spolu se septy.

Splývání alveolů, původně rozdělených septy, ve větší vzdušné prostory může postihnout celý acinus. Tento typ plicního emfyzému je označován jako panacinární (obr. 3.63C). Je typický pro emfyzém vznikající na základě vrozeného defektu α1-antitrypsinu. Postihne-li emfyzém převážně začátek acinu v oblasti respiračních bronchiolů a jeho distální konečné části si zachovají velký výměnný povrch normálním rozčleněním prostřednictvím sept, označuje se emfyzém jako centrilobulární (obr. 3.63B). Je to forma typická pro emfyzém vznikající v příčinné souvislosti s kouřením cigaret. Důležitým patogenetickým mechanismem při jeho rozvoji se zdá být chronický „air trapping“ způsobený kolabováním zánětem poškozených respiračních a terminálních bronchiolů během výdechu. Třetí formou plicního emfyzému je distální acinární emfyzém. Typická změna parenchymu je převážně v konečných částech plicních acinů. Tento patologicko-anatomický typ plicního emfyzému nejvíce predisponuje ke vzniku pnemotoraxu, protože patologické vzdušné prostory umístěné pod viscerální pleurou mohou při větších změnách tlaku (např. při kašli) perforovat do pleurální dutiny.

Za příčinu postupného zániku sept plicních acinů je považována nerovnováha mezi proteolytickou a antiproteolytickou aktivitou v plicním parenchymu, posunutá ve prospěch proteolýzy. Významným zdrojem proteáz v plicním parenchymu jsou neutrofilní granulocyty. Elastáza uvolňovaná z jejich granul může degradovat elastin přítomný v plicním parenchymu. Normálně je její proteolytická aktivita inhibována α1-antitrypsinem, substrátem, ke kterému se váže, ale který není schopna štěpit. Také plicní makrofágy mohou být zdrojem matrixových metaloproteáz, které degradují elastická pojivová vlákna. Významnou úlohu v poškození plicního parenchymu má chronické poškozování kyslíkovými radikály, jejichž zdrojem jsou především neutrofilní granulocyty.

Degradace plicních sept působí zmenšení výměnné plicní plochy. Na rozdíl od „čisté“ chronické bronchitidy je proto difúzní kapacita plic zmenšená. Ztráta části elastických vláken je provázena snížením elasticity plicního parenchymu s důsledky, které byly probrány v souvislosti s poruchami mechaniky plicní ventilace a udržováním průchodnosti drobných dýchacích cest.

!!!začátek petitu!!!

Zdrojem α₁-antitrypsinu, který je účinným inhibitorem proteáz (trypsinu, elastázy aj.), jsou játra. Je to protein, který patří do skupiny proteinů akutní fáze, a jeho hladina se zvyšuje při zánětových onemocněních. Jeho koncentrace v plazmě je normálně vyšší než 2,5 g/l. Gen pro α1-antitrypsin má více alel, z nichž alely Z a S způsobují, že se u homozygotů s těmito alelami vytváří α₁-antitrypsinu málo. Jeho koncentrace je nižší než 0,5 g/l, často je neměřitelná. Přítomnost takové alely predisponuje jejího nositele k rozvoji plicního emfyzému. Ten pravidelně vzniká u homozygotů ZZ nebo SS. V bělošské populaci se homozygoti ZZ vyskytují s frekvencí asi 0,04 %. Frekvence heterozygotů je odhadována mezi 5 a 14 %. Hladina α1-antitrypsinu je u nich mezi 0,5 a 2,5 g/l plazmy, tedy nižší než u jedinců se dvěma plně funkčními alelami M (typ dědičnosti označovaný jako kodominance). Zatímco u homozygotů ZZ nebo SS se vyvine panacinární emfyzém ve třetí až čtvrté dekádě života pravidelně, a to i u nekuřáků, není přesvědčivě dokázán jeho vyšší výskyt u heterozygotů s jednou alelou M.

!!!konec petitu!!!

Ventilace těchto patologických vzdušných útvarů je proto velmi málo účinná z hlediska výměny krevních plynů mezi vzduchem a krví. V emfyzematózně změněném plicním parenchymu převažuje ventilace nad perfúzí. Tato ventilace má proto charakter „mrtvé ventilace“.

Funkční důsledky plicního emfyzému jsou mnohočetné. Mechanika plicní ventilace je více postižena během exspirace, která vyžaduje účast exspiračních svalů i při klidové ventilaci. Plicní ventilace se posunuje více do oblasti inspiračního rezervního objemu (IRV), protože se zvětšuje jak FRC, tak i RV z důvodu zhoršeného průběhu exspirace. Ventilace v oblasti IRV vyžaduje větší tlakové změny pro uskutečnění nádechu než normální ventilace. To zvyšuje práci dýchacích svalů během inspiria. Odpor dýchacích cest vzduchovému proudu během exspiria se zvyšuje z důvodu předčasného zúžení až uzavírání bronchiolů. To je způsobeno zvýšeným tlakem vytvářeným činností exspiračních svalů a menším rozpínáním poškozeným plicním parenchymem. Ztráta sept v plicních acinech způsobuje zmenšení celkové difúzní kapacity plic (D_CO), která je však částečně kompenzována větším rozepnutím plic. FRC, RV a TLC bývají zvýšené. TLC může u muže dosahovat 6–8 litrů. Inspirační poloha hrudníku je základem klinického symptomu „soudkovitého hrudníku“. Bránice je snížená, plochá. Exspirium je prodloužené a pacient při výdechu může špulit rty, čímž zvyšuje průsvit drobných dýchacích cest, protože udržuje v dýchacích cestách vyšší tlak.

Hypoxémie bývá mírnější než u chronické bronchitidy, a proto i cyanóza není tak častá jako u nemocných s chronickou bronchitidou. Hyperkapnie je převážně způsobena zvětšením funkčního mrtvého prostoru. Celková alveolární hypoventilace může být částečně kompenzována zvýšeným ventilačním úsilím, větší celkovou zevní plicní ventilací. Plicní hypertenze bývá méně závažná než u chronické bronchitidy a na jejím vzniku se podílí nejen vazokonstrikce indukovaná alveolární hypoxií, nýbrž i zánik části kapilární sítě při zániku mezialveolárních sept.

Pokud tito pacienti nejsou cyanotičtí a charakteristicky zpomaleně vydechují s úsilím exspiračních svalů, bývají v anglosaské literatuře označováni jako „pink puffers“ („růžoví odfukovači“).

Plicní emfyzém je tedy v zásadě nezánětové plicní onemocnění, manifestující se pocitem dyspnoe, progresivní nereverzibilní exspirační obstrukcí, arteriální hypoxémií a hyperkapnií různého stupně. Tyto poruchy se zhoršují při fyzické zátěži.

Poměrně často se u nemocného současně vyskytuje jak plicní emfyzém, tak i chronická bronchitida. Je to dáno již tím, že oba tyto stavy mohou mít příčinu v kouření cigaret. Cigaretový kouř způsobuje chronický zánět bronchů a zvyšuje počet makrofágů a neutrofilních granulocytů v plicních acinech. Může také zvyšovat jejich aktivitu projevující se zvýšenou tvorbou kyslíkových radikálů vedle uvolňování proteáz. Nepřekvapuje proto, že asi u 10–15 % kuřáků se vyvine některá forma chronické plicní obstrukční nemoci.

Obr. 3.63

Obr. 3.63 Znázornění plicní struktury normální plíce (A) a plíce s centroacinárním (B) a panacinárním (C) emfyzémem

___

⁴⁴Plicní acinus, též primární lobulus, označuje vzdušné prostůrky navazující na jeden terminální bronchiolus.

3.6.2.5 Cystická fibróza

Cystická fibróza je vrozené onemocnění vyvolané mutacemi genu pro transmembránový regulátor vodivosti (CFTR).  CFTR protein je cAMP regulovaný chloridová kanál, jehož funkce vede k postižení žláz s vnější sekrecí.

poznámka :

původně zde byl odkaz na učebnici Obecná patologická fyziologie, kap. 6.2.1.1.3 (Praha : Karolinum, 2000).

… (ve vydání Obecné patologické fyziologieale z roku 2021 to chybí)

3.6.3 Nádorová plicní onemocnění

Může se jednat o primární nádory plic a bronchů nebo o metastázy šířící se do plic nejčastěji hematogenní cestou. Jednou z endogenních příčin může být zvýšená aktivita cytochromu P450, snížená aktivit glutathion-S-transferázy, dále chromozomální aberace např. delece 3p21, mutace genu p53. Z exogenních faktorů je to kouření, expozice radonu, azbestu, sloučeninám chromu,  ionizujícímu záření.

V obou případech mohou nádory narušit plicní funkci změnami fyzikálních vlastností plicní tkáně, které vyžadují zvýšenou dechovou práci a projevují se námahovou dušností a vznikem plicního pravo-levého zkratu projevujícího se hypoxémií až cyanózou. Způsobují místní zúžení dýchacích cest a mohou se projevit chrapotem, dysfágií, kašlem, hemoptýzou v důsledku invaze do bronchiálních cév, opakovanými pneumoniemi,  bolestí na hrudníku při invazi do parietální pleury, postižením plexus brachialis a tzv. Hornerovou trias (mióza-ptóza-enoftalmus) z postižení krčního sympatiku,  syndromem horní duté žíly nebo paraneoplastickým či karcinoidovým syndromem.

3.7 Hydrotorax

Zvětšení objemu tekutiny v pleurální dutině označujeme jako hydrotorax. Může se jednat o transsudát, exsudát nebo krev. Transsudát nebo exsudát se v pleurální dutině nahromadí tehdy, zvýší-li se přívod tekutiny do pleurální dutiny nad kapacitu lymfatického systému, přítomného v parietální pleuře, tekutinu odvádět. Odhaduje se, že kapacita lymfatického systému odvádět tekutiny z pleurální dutiny je asi 20násobkem jejich normální produkce. Tekutina je do pleurální dutiny filtrována z kapilár parietální pleury, proniká sem z intersticia plicního parenchymu a existují i drobná transdiafragmatická spojení s dutinou abdominální, kterými se do pleurální dutiny může dostávat ascitická tekutina. Plicní a pleurální záněty (ale i nádory) mohou zvýšit množství tekutiny, která se dostává do pleurální dutiny, při současném zvýšení perfúze a permeability kapilár v místě postiženém zánětem. V tomto případě se může charakter pleurální tekutiny změnit z transsudátu v zánětový exsudát.

Abychom pleurální tekutinu označili za exsudát, měla by mít koncentraci bílkovin, která přesahuje 50 % koncentrace plazmatických bílkovin a aktivita laktát-dehydrogenázy by měla být více než 60 % její aktivity v krevním séru. Další vyšetření tekutiny získané z pleurální dutiny mohou zahrnovat stanovení hladiny glukózy, cytologické vyšetření, stanovení „hematokritu“ v případě přítomnosti krve a diferenciálního rozpočtu přítomných leukocytů, bakteriologické vyšetření aj.

Nejčastější příčinou hromadění transsudátu v pleurální dutině je levostranné srdeční selhání.