Patogeneza obrzęku płuc – mechanizmy powstawania płynu w pęcherzykach

Obrzęk płuc to patologiczny stan charakteryzujący się nieprawidłowym gromadzeniem płynu pozanaczyniowego w miąższu płucnym¹. Mechanizmy prowadzące do tego stanu są złożone i wymagają zrozumienia delikatnej równowagi fizjologicznej, która w normalnych warunkach zapobiega nadmiernemu gromadzeniu się płynu w płucach.

Podstawowe mechanizmy patogenezy

Patogeneza obrzęku płuc opiera się na zaburzeniu różnych złożonych procesów fizjologicznych, które w normalnych warunkach utrzymują delikatną równowagę filtracji płynu i substancji rozpuszczonych przez błonę włośniczkową płucną¹. To zaburzenie równowagi może wynikać z jednego lub kilku następujących czynników: zwiększenia wewnątrznaczyniowego ciśnienia hydrostatycznego przenoszonego w sposób wsteczny do mikronaczyń płucnych, zwiększenia śródmiąższowego ciśnienia hydrostatycznego, uszkodzenia śródbłonka i zaburzenia barier nabłonkowych, zmniejszenia ciśnienia onkotycznego w wyniku chorób wątroby, nerek, niedożywienia i innych stanów powodujących utratę białka, niewystarczalności limfatycznej oraz zwiększonego ujemnego ciśnienia śródmiąższowego¹.

Równanie Starlinga i siły determinujące przepływ płynów

Związek między siłami hydrostatycznymi i onkotycznymi w odniesieniu do filtracji płynu najlepiej wyjaśnia równanie Ernesta Starlinga². Szybkość filtracji płynu jest determinowana przez różnice w ciśnieniach hydrostatycznych i onkotycznych między włośniczkami płucnymi a przestrzenią śródmiąższową². W płucach istnieją dwa ciśnienia hydrostatyczne i dwa ciśnienia onkotyczne (białkowe), które determinują ruch płynu w przestrzeniach powietrznych płuc (pęcherzykach)³. Zaburzenie równowagi którejkolwiek z tych sił może spowodować ruch płynu (lub brak ruchu), powodując gromadzenie się płynu tam, gdzie normalnie nie powinien się znajdować³.

Ilość płynu w płucach jest regulowana przez wiele sił i można ją zobrazować za pomocą równania Starlinga³. Według prawa Starlinga, ciśnienie musi wzrosnąć powyżej normalnej wartości ciśnienia osmotycznego koloidalnego osocza, aby doszło do obrzęku⁴. Wydajność funkcjonalna układu limfatycznego w usuwaniu nadmiaru płynu różni się u poszczególnych pacjentów i zależy od ciężkości choroby⁴.

Podział obrzęku płuc na kardiogenny i niekardiogenny

Obrzęk płuc ma wiele przyczyn i tradycyjnie jest klasyfikowany jako kardiogenny (spowodowany przez serce) lub niekardiogenny (wszystkie inne typy niespowodowane przez serce)³. Obrzęk płuc kardiogenny jest spowodowany zwiększonym ciśnieniem hydrostatycznym powodującym zwiększenie płynu w śródmiąższu płucnym i pęcherzykach³. Przyczyny niekardiogenne są związane z ciśnieniem onkotycznym, powodującym nieprawidłowe funkcjonowanie barier w płucach (zwiększoną przepuszczalność mikronaczyniową)⁵.

Istnieją dwa główne podstawowe mechanizmy rozwoju obrzęku: zwiększone ciśnienie hydrostatyczne we włośniczkach płucnych („obrzęk wysokociśnieniowy”) i zwiększona przepuszczalność naczyniowa („obrzęk niskociśnieniowy”)⁶⁷. Obrzęk wysokociśnieniowy jest zwykle wtórny do lewostronnej niewydolności serca zastoinowej i często nazywany jest obrzękiem płuc kardiogennym, podczas gdy obrzęk płuc niskociśnieniowy określa się mianem niekardiogennego⁶⁸.

Mechanizmy kardiogenne

Obrzęk płuc kardiogenny jest definiowany jako obrzęk płuc spowodowany zwiększonym włośniczkowym ciśnieniem hydrostatycznym wtórnym do podwyższonego ciśnienia żylnego płucnego⁹. Najczęściej występuje wtórnie do zaburzeń odpływu z lewego przedsionka lub dysfunkcji lewej komory¹⁰. Aby doszło do rozwoju obrzęku płuc wtórnego do zwiększonego ciśnienia włośniczkowego płucnego, ciśnienie włośniczkowe płucne musi wzrosnąć do poziomu wyższego niż ciśnienie osmotyczne koloidalne osocza¹⁰. Zobacz więcej: Mechanizmy kardiogenne obrzęku płuc – jak serce wpływa na płuca

W większości przypadków problemy z sercem powodują obrzęk płuc¹¹. Gdy chora lub przeciążona lewa dolna komora serca (lewa komora) nie może wypompować wystarczającej ilości krwi, którą otrzymuje z płuc, ciśnienia w sercu wzrastają. Zwiększone ciśnienie wypycha płyn przez ściany naczyń krwionośnych do pęcherzyków powietrznych¹¹.

Mechanizmy niekardiogenne

Obrzęk płuc niekardiogenny jest spowodowany różnymi zaburzeniami, w których czynniki inne niż podwyższone ciśnienie włośniczkowe płucne są odpowiedzialne za gromadzenie się białka i płynu w pęcherzykach¹². W obrzęku płuc niekardiogennym najczęstszym mechanizmem wzrostu filtracji przezkłośniczkowej jest zwiększenie przepuszczalności włośniczkowej¹³. To zwiększenie przepuszczalności uszkadza błonę pęcherzykowo-włośniczkową, powodując zwiększony ruch wody i białek z przestrzeni wewnątrznaczyniowej do przestrzeni śródmiąższowej¹⁴. Zobacz więcej: Mechanizmy niekardiogenne obrzęku płuc – uszkodzenie bariery płucnej

Zwiększona przepuszczalność naczyniowa może wystąpić w szerokiej gamie chorób płucnych i ogólnoustrojowych, w tym zapaleniu naczyń, zespole ostrej niewydolności oddechowej, porażeniu prądem, obrzęku neurogennym i zapaleniu płuc mocznicowym⁸¹⁵.

Rola układu limfatycznego

Układ limfatyczny odgrywa ważną rolę w utrzymywaniu odpowiedniej równowagi płynów w płucach poprzez usuwanie substancji rozpuszczonych, koloidów i płynu z przestrzeni śródmiąższowej w tempie około 10-20 ml/h¹⁰. Ostry wzrost ciśnienia w tętniczkach włośniczkowych płucnych (tj. do 18 mm Hg) może zwiększyć filtrację płynu do śródmiąższa płuc, ale usuwanie limfatyczne nie zwiększa się odpowiednio¹⁰. W rezultacie obrzęk płuc może wystąpić przy ciśnieniu włośniczkowym płucnym tak niskim jak 18 mmHg⁴.

Zaburzenia na poziomie molekularnym

Aktywny transport przeznabłonkowy sodu z przestrzeni powietrznych do śródmiąższowej przestrzeni płuc jest podstawowym mechanizmem napędzającym usuwanie płynu pęcherzykowego¹⁶. Znaczna część tworzenia się obrzęku płuc kardiogennego wynika z aktywnego wydzielania chloru przez nabłonek i wtórnego przepływu płynu do przestrzeni pęcherzykowej¹⁶. Regulacja pompy sodowo-potasowej (Na-K-ATPaza) jest wywołana przez stymulację receptorów dopaminergicznych, β2-adrenergicznych i aldosteronu, a hamowana przez związki podobne do oabainy¹⁶.

Znaczenie rozmieszczenia płynu

Rozkład płynu determinuje kliniczne znaczenie obrzęku¹⁷. Obrzęk o zwiększonej przepuszczalności, z bardziej obwodowym rozkładem płynu, jak obserwuje się w zespole ostrej niewydolności oddechowej dorosłych, może być wynikiem zmian w macierzy śródmiąższowej i błonie podstawnej, a nie po prostu większej liczby „dziur” w błonie śródbłonkowej¹⁷. Znaczenie obrzęku ponownie zależy od jego rozkładu, przy czym płyn śródmiąższowy okołowrótny ma znacznie mniejsze znaczenie niż zalanie pęcherzykowe¹⁷.

Postępujące etapy rozwoju obrzęku

Progresję gromadzenia się płynu w obrzęku płuc kardiogennym można zidentyfikować jako trzy odrębne etapy fizjologiczne¹⁰¹⁸. W etapie 1 podwyższone ciśnienie w lewym przedsionku powoduje rozszerzenie i otwieranie małych naczyń płucnych. W etapie 2 płyn i koloidy przenikają do śródmiąższa płuc z włośniczek płucnych, ale początkowy wzrost odpływu limfatycznego skutecznie usuwa płyn¹⁹. W etapie 3, gdy filtracja płynu nadal wzrasta i następuje wypełnienie luźnej przestrzeni śródmiąższowej, płyn gromadzi się w stosunkowo mało podatnej przestrzeni śródmiąższowej¹⁹.