Patogeneza zapalenia płuc – mechanizmy rozwoju choroby

Patogeneza zapalenia płuc stanowi złożony proces biologiczny, w którym patogeny pokonują naturalne mechanizmy obronne organizmu i kolonizują dolne drogi oddechowe, prowadząc do charakterystycznej reakcji zapalnej¹. Proces ten nie jest jednolity – różni się w zależności od rodzaju patogenu, stanu układu immunologicznego pacjenta oraz obecności czynników predysponujących². Zrozumienie mechanizmów patogenetycznych jest kluczowe dla właściwego leczenia i zapobiegania powikłaniom tej choroby.

Mechanizmy obronne organizmu i ich zaburzenia

W warunkach fizjologicznych płuca są chronione przez wielopoziomowy system obronny, który skutecznie zapobiega kolonizacji przez patogeny. Główne mechanizmy obronne obejmują bariery mechaniczne, takie jak śluz i płyn wyścielający drogi oddechowe, funkcjonowanie rzęsek nabłonka oddechowego oraz aktywność makrofagów pęcherzykowych³. Dodatkowo, surfaktant płucny pełni nie tylko funkcję zmniejszania napięcia powierzchniowego, ale także zawiera składniki przeciwdrobnoustrojowe, które stanowią pierwszą linię obrony przed infekcją.

Zapalenie płuc rozwija się, gdy dochodzi do zakłócenia tej delikatnej równowagi między organizmami zasiedlającymi dolne drogi oddechowe a miejscowymi i systemowymi mechanizmami obronnymi¹. Czynniki predysponujące do zaburzenia mechanizmów obronnych są różnorodne i mogą mieć charakter zewnętrzny lub wewnętrzny. Do czynników zewnętrznych należą ekspozycja na patogeny, działanie drażniących substancji na płuca lub bezpośrednie uszkodzenie tkanki płucnej⁴.

Czynniki wewnętrzne związane są z gospodarzem i obejmują ogólne upośledzenie odpowiedzi immunologicznej, które może wystąpić w przebiegu zakażenia HIV, chorób przewlekłych, w podeszłym wieku, oraz dysfunkcję mechanizmów obronnych spowodowaną paleniem tytoniu, przewlekłą obturacyjną chorobą płuc, nowotworami, wdychaniem toksyn czy aspiracją⁴.

Drogi kolonizacji patogenów

Patogeny mogą dostać się do płuc różnymi drogami, przy czym najczęstszą jest aspiracja małych ilości drobnoustrojów zasiedlających gardło lub nos⁵. W normalnych warunkach mechanizm ten jest kontrolowany przez naturalne bariery obronne, jednak w przypadku ich uszkodzenia lub osłabienia może dojść do kolonizacji dolnych dróg oddechowych przez patogeny.

Inną istotną drogą zakażenia jest rozprzestrzenianie się patogenów przez układ krwionośny. Patogeny krążące we krwi mogą przemieszczać się przez organizm, aż dotrą do krążenia płucnego, gdzie wnikają do łożyska naczyniowego płuc i osiedlają się najczęściej w dolnych partiach płuc⁶. Ten mechanizm jest szczególnie istotny w przypadku sepsy pochodzącej z ognisk pozapłucnych.

W warunkach szpitalnych, szczególnie u pacjentów wentylowanych mechanicznie, istnieją dodatkowe drogi kolonizacji. Cztery główne mechanizmy odpowiadają za dostęp drobnoustrojów do dolnych dróg oddechowych: aspiracja z jamy ustno-gardłowej lub z żołądka, rozprzestrzenianie się zakażenia z sąsiadujących struktur, wdychanie skażonego powietrza lub aerozoli oraz zakażenia związane z cewnikami naczyniowymi lub moczowymi z rozsiewem do płuc⁷.

Reakcja zapalna i rola makrofagów

Po kolonizacji dolnych dróg oddechowych przez patogeny, makrofagi rezydujące w tkance płucnej odgrywają kluczową rolę w inicjacji odpowiedzi immunologicznej. Paradoksalnie, to właśnie reakcja zapalna wywołana przez te same makrofagi, które mają chronić płuca przed obcymi patogenami, jest odpowiedzialna za zmiany histopatologiczne i objawy kliniczne obserwowane w zapaleniu płuc⁸.

Makrofagi fagocytują patogeny i uruchamiają molekuły sygnałowe, czyli cytokiny takie jak TNF-α, IL-8 i IL-1, które rekrutują komórki zapalne, głównie neutrofile, do miejsca zakażenia⁸. Proces ten prowadzi również do prezentacji antygenów limfocytom T, co uruchamia zarówno komórkowe, jak i humoralne mechanizmy obronne, aktywuje układ dopełniacza i stymuluje produkcję przeciwciał przeciwko patogenom.

Konsekwencją tej reakcji jest zapalenie miąższu płucnego i zwiększenie przepuszczalności naczyń włosowatych, co prowadzi do wysięku zapalnego i stanowi podstawę patogenezy zapalenia płuc⁸. W przypadku infekcji bakteryjnych następuje ostra reakcja zapalna charakteryzująca się migracją neutrofili z naczyń włosowatych do przestrzeni powietrznych⁹.

Zaburzenia wymiany gazowej

Patogeny, po osiągnięciu pęcherzyków płucnych, powodują stan zapalny, w wyniku którego niektóre pęcherzyki wypełniają się gęstym wysiękiem, który zakłóca wymianę tlenu i dwutlenku węgla⁶. Organizm naturalnie próbuje zwalczyć infekcję, wysyłając neutrofile do pęcherzyków, ale tym samym wypełnia ostatnie wolne przestrzenie powietrzne w pęcherzykach. Następnie śluzówka zaczyna puchnąć, powodując obrzęk śluzówki i częściową niedrożność oskrzeli, a w niektórych przypadkach, jeśli pacjent ma inne choroby układu oddechowego, może wystąpić skurcz oskrzeli.

Wszystkie te czynniki ograniczają pobór tlenu do dotkniętego płuca i tworzą zaburzenie równowagi wentylacyjno-perfuzyjnej¹⁰. Ponieważ płuca nie mają wystarczającej ilości tlenu, nie mogą w pełni dotlenić krwi żylnej wchodzącej do krążenia płucnego. Słabo dotleniona krew następnie wpływa do lewej strony serca i jest pompowana po całym organizmie, ale ponieważ ma bardzo mało tlenu do rozprowadzenia, rozwija się niedotlenienie tętnicze.

Wymiana gazowa może być upośledzona w zapaleniu płuc przez gromadzenie się płynu w pęcherzykach płucnych lub przez pogrubienie przestrzeni między pęcherzykami a naczyniami włosowatymi¹¹. Zapalenie płuc może powodować obrzęk płuc poprzez mechanizmy zapalne, zwiększając przepuszczalność naczyń krwionośnych w odpowiedzi na infekcję i uszkodzenie tkanki w płucach, powodując wyciek płynu do płuc.

Rodzaje i wzorce zapalenia

W zależności od lokalizacji i rozległości procesu zapalnego, zapalenie płuc może przyjmować różne wzorce anatomiczne. Jeśli proces atakuje dużą część jednego lub więcej płatów, nazywa się go zapaleniem płuc płatowym. Jeśli natomiast atakuje wiele różnych obszarów wzdłuż oskrzeli i rozciąga się na najbliższy miąższ, nazywa się go zapaleniem oskrzelowo-płucnym¹⁰.

Wzorzec reakcji zapalnej może się różnić w zależności od atakującego patogenu, ale wszystkie mogą prowadzić do charakterystycznych objawów gorączki/dreszczów, zmęczenia i duszności¹¹. W zapaleniu płuc płatowym kaszel prowadzi do wytwarzania plwociny poprzez płyn uwięziony w pęcherzykach. Ponieważ w zapaleniu śródmiąższowym nie ma gromadzenia się płynu w przestrzeni powietrznej pęcherzyków, powstaje kaszel suchy¹².

Reakcja zapalna w ścianach pęcherzykowych powoduje podrażnienie, a także uruchamia odruch kaszlowy¹¹. Proces patologiczny w zapaleniu płuc płatowym przechodzi przez charakterystyczne stadia: przekrwienie, obecność wysięku białkowego i często bakterii w pęcherzykach, czerwone wątrobienie z obecnością erytrocytów w komórkowym wysięku wewnątrzpęcherzykowym oraz szare wątrobienie, gdzie neutrofile są komórkami dominującymi¹³.

Powikłania i rozprzestrzenianie się infekcji

Infekcja płuc i uszkodzenie tkanki mają potencjał do zainicjowania wielu szlaków programowanej śmierci komórki, które wpływają na ciężkość choroby¹⁴. Mechanizmy regulujące miejscowe versus rozlane uszkodzenie w zapaleniu płuc pozostają niejasne, chociaż prawdopodobnie obejmują zarówno czynniki gospodarza, jak i patogenu, z wieloma drogami, które mogą prowadzić do załamania bariery pęcherzykowo-włosowatej.

Zapalenie płuc może powodować niewydolność oddechową poprzez wywołanie ostrego zespołu niewydolności oddechowej (ARDS), który wynika z kombinacji infekcji i odpowiedzi zapalnej⁵. Podczas gdy odpowiedź gospodarza w zapaleniu płuc jest zawarta w przestrzeni pęcherzykowej, nienaruszony nabłonek i bariera pęcherzykowo-włosowata zapobiegają zalewaniu przestrzeni pęcherzykowej białkami o wysokiej masie cząsteczkowej, które charakteryzują środowisko pęcherzykowe ARDS¹⁵.

Infekcja może rozprzestrzeniać się do krwiobiegu, powodując bakteriemię i sepsę, do opłucnej, wywołując ropniak opłucnej, lub do innych narządów, takich jak mózg w przypadku zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych¹⁶. Zobacz więcej: Mechanizmy bakteryjnej patogenezy w zapaleniu płuc W przypadkach ciężkich, szczególnie u pacjentów z czynnikami ryzyka, może dojść do rozwoju powikłań systemowych wymagających hospitalizacji i intensywnego leczenia.