Independentemente da condição subjacente, o pulmão fibrótico tem alterações estruturais, bioquímicas e anatômicas particulares resultando em alterações profundas na mecânica da respiração.
A matriz extracelular no pulmão fibrótico
A matriz extracelular (ECM) consiste de uma complexa rede de estruturas proteicas (colágeno, fibronectina, elastina, glicoproteínas e proteoglicanos), que desempenham um papel crucial na determinação da estabilidade mecânica e recuo elástico do pulmão. O ECM é uma estrutura dinâmica, constantemente remodelada por processos enzimáticos. No pulmão fibrótico, há uma desregulação deste processo de remodelação, com desequilíbrio entre a secreção de proteínas e a degradação, com aumento da deposição de colágeno, elastina, proteoglicanos e fibronectina. Considerando que os principais constituintes de tensão do tecido pulmonar são as fibras de colágeno e elastina, sua modificação quantitativa e arquitetônica pode influenciar a reabsorção elástica do pulmão. A elastina e o colágeno diferem significativamente em suas propriedades mecânicas. Na verdade, a elastina é responsável pela elasticidade, especialmente em baixos níveis de tensão, e pode ser esticada em mais de 250% do seu comprimento original antes de quebrar, enquanto o colágeno é mais rígido e significativamente menos extensível, sendo extensível apenas em 1-2% em comparação com o comprimento inicial. As fibras de colágeno, que na posição de repouso são dobradas, são estiradas apenas em volumes pulmonares elevados, próximos à capacidade pulmonar total, e atuam como um sistema de bloqueio que determina a limitação da distensão pulmonar e a origem da relação tensão-tensão curvilínea (Fig. 1). Portanto, as fibras de elastina são os principais determinantes do volume pulmonar máximo que pode ser alcançado durante a inflação, além do qual há risco de barotrauma e volutrauma devido à quebra das fibras de colágeno. Este conceito pode ser aplicado não apenas ao pulmão inteiro, mas também às diferentes regiões pulmonares que têm sua capacidade regional total máxima. Isto é particularmente relevante no pulmão fibrótico, onde a composição do ECM tem uma alta heterogeneidade regional. Na IPF, as fibras de colágeno se acumulam em torno de miofibroblastos em focos fibroblásticos, endurecendo as regiões correspondentes .
Relação entre estresse e tensão em pulmões saudáveis, SDRA e fibróticos. O elastômero específico (K) é a inclinação da curva em sua porção linear. Embora os pulmões da SDRA sejam caracterizados por baixa complacência, suas propriedades elásticas seguem as dos pulmões saudáveis, desde que a deformação induzida pela ventilação tidal seja normalizada até o volume pulmonar expiratório final. Na SDRA, o “pulmão bebê” (área cinza) influi até um certo nível onde ocorre hiperinflação e a linearidade da relação tensão-deformação se perde, aproximando-se do limite de ruptura dos constituintes da matriz extracelular (relâmpago). Nos pulmões fibróticos, a elastância específica é maior, portanto, a curva tensão-deformação é mais acentuada. Durante a inflação, as regiões saudáveis sobressaem através das paredes fibróticas, como ilustrado pela mão que aperta progressivamente a “bola esponjosa”. Em comparação com a SDRA, a ruptura é atingida com menor tensão e menor deformação. SDRA síndrome do desconforto respiratório agudo, VT volume corrente, EELV volume pulmonar expiratório final, PL pressão transpulmonar
Características histopatológicas do pulmão fibrótico
Padrões histopatológicoseversais podem caracterizar o pulmão durante a SDRA-EA; entre estes, a manifestação mais grave e comum é a coexistência de DAD sobreposto a um padrão UIP. As marcas histopatológicas do padrão UIP são heterogeneidade espacial, heterogeneidade temporal com focos fibroblásticos e micro-honeycombing. A heterogeneidade espacial é definida como a presença de áreas de tecido normal interpostas a áreas com alterações fibróticas. A heterogeneidade temporal é a presença concomitante de áreas com apenas ligeiras modificações da estrutura do ECM e agregados proliferativos de fibroblastos e miofibroblastos, adjacentes a áreas de fibrose intensa composta de colágeno acelular denso, indicando diferentes estágios coexistentes da doença. As lesões do favo de mel são áreas constituídas por espaços aéreos dilatados com paredes anelásticas de tecido fibroso revestido por epitélio. Dadas essas premissas, fica claro como as propriedades mecânicas do pulmão fibrótico devem refletir essa heterogeneidade histológica.
Propriedades mecânicas do pulmão fibrótico
O pulmão é comumente modelado como um corpo elástico caracterizado por pequenas distorções durante a inflação. No pulmão não-fibrótico, as propriedades do parênquima podem ser descritas usando dois módulos elásticos independentes, que são uma função da pressão transpulmonar (PL). O módulo de massa descreve o comportamento do pulmão durante a expansão uniforme, enquanto o módulo de cisalhamento (G) descreve o comportamento de distorção não-uniforme. O módulo de cisalhamento se modifica aproximadamente linearmente como uma função da pressão transpulmonar de acordo com a seguinte equação:
onde α representa a constante de proporcionalidade que é variável de acordo com as espécies de mamíferos.
A relação entre tensão e deformação é determinada pela relação:
Onde a constante de proporcionalidade Y é o módulo do Young. A tensão é a força igual e oposta que se desenvolve num material elástico quando é aplicada uma força externa, nomeadamente a pressão transpulmonar (PL), enquanto que a tensão é a deformação resultante comparada a partir da posição de repouso, portanto a razão entre o volume corrente (VT) e o volume pulmonar expiratório final (EELV). A equação 2 pode assim ser reescrita da seguinte forma:
onde K corresponde à elastância específica (Fig. 1), um coeficiente que descreve as propriedades elásticas do pulmão cujo valor em humanos saudáveis é de cerca de 13,5 cmH2O . Ele pode ser interpretado como o PL resultando na duplicação do volume pulmonar em comparação com o EELV. Quando o PL resulta em um volume pulmonar acima da capacidade pulmonar total, ocorre o estiramento das fibras de colágeno, causando o VILI. Portanto, tensão e tensão são os principais determinantes do VILI, respectivamente, envolvidos em barotrauma e volutrauma.
Este modelo simples não é aplicável na presença de grave distorção do parênquima pulmonar, onde a PL não é mais uma função dos módulos de elasticidade linear, como ocorre no pulmão fibrótico, onde as inomogenias anatômicas resultam em um comportamento anisotrópico: a aplicação de PL em um pulmão com uma manta de retalhos de propriedades mecânico-elásticas tem consequências imprevisíveis no acoplamento tensão-deformação das várias áreas do pulmão, com alta distorção parenquimatosa durante a insuflação e conseqüente aumento do risco de VILI. Nos pulmões fibróticos, as elevadas forças de retracção devidas à maior rigidez parenquimatosa podem traduzir-se numa tensão global reduzida. No entanto, dada a heterogeneidade parenquimatosa, as zonas pulmonares sem fibrose podem estar sujeitas a uma deformação intensa. De fato, na presença de não homogeneidades relevantes, os parâmetros da mecânica macroscópica pulmonar não refletem necessariamente o que acontece na microescala, onde as não homogeneidades atuam como agentes de estresse local e aumentam o PL local .
A teoria do pulmão em esfera esponjosa
Nos pulmões fibróticos, o efeito da PEEP pode determinar a protrusão das áreas pulmonares mais distensíveis através de círculos densos de tecido fibrótico anelástico, causando aumento da rigidez e facilitando a quebra do tecido. O efeito que é determinado em algumas áreas do pulmão é semelhante ao mostrado nas bolas de stress chamadas ‘squishy balls’ (Figs. 1 e 2). Quando a bola esponjosa é comprimida, o aumento da pressão dentro do objeto provoca o estrangulamento da parte elástica do corpo através da rede inelástica que envolve a bola. O resultado é a formação de vesículas que se projetam para fora da malha da rede, até atingir o limite elástico. O “efeito bola esponjosa” em algumas áreas do pulmão pode ser a causa de desvantagens mecânicas conseguidas usando alto Parirway e PL nos pulmões com fibrose e pode confirmar o papel da tensão estática na geração de VILI. Além disso, quando as áreas mais recrutáveis estão sujeitas a PL alto, a subseqüente superinflação é exacerbada pela geometria mecânica do pulmão fibrótico, uma vez que as áreas anelásticas atuam como agentes de estresse.
a Evidência histológica de heterogeneidade espacial com espaços alveolares relativamente poupados rodeados por áreas fragmentadas de fibrose com múltiplos focos fibroblásticos em um paciente com IPF. b Aspecto CT do padrão UIP em um paciente com IPF. c Aspecto gráfico de uma “bola esponjosa” retratando as características elásticas do pulmão fibrótico em posição de repouso. d Esfera esponjosa sujeita à aplicação de uma pressão interna: o aumento da pressão dentro do objeto provoca estrangulamento da parte elástica do corpo através da rede inelástica que envolve a esfera determinando uma desvantagem mecânica durante a expansão
>
Aplicações clínicas
As referidas características fisiopatológicas e histológicas da AE-ILD têm implicações na aplicação da VM, titulação da PEEP e monitorização respiratória.
Ventilação mecânica e desfecho clínico em pacientes com AE-ILD
Válvula protetora de baixo volume corrente é amplamente reconhecida como a pedra angular no tratamento de pacientes com SDRA, enquanto em pacientes com AE-ILD admitidos na UTI, estudos ainda não estabeleceram a melhor estratégia ventilatória. Como ilustrado acima, pacientes que recebem VM para AE-IPF apresentam graves alterações na mecânica respiratória com aumento da elastância do sistema respiratório, principalmente devido a uma elastância pulmonar anormal enquanto a elastância da parede torácica pode ser normal (Tabela 1) . Com base nos conceitos derivados de estudos fisiológicos, os especialistas recomendam manter a PL estática na inspiração final abaixo de 15-20 cmH2O em parênquima pulmonar homogêneo e abaixo de 10-12 cmH2O em parênquima pulmonar não homogêneo, como na SDRA.
Embora vários estudos mostrem que em pacientes com IPF a necessidade de VM está associada a alta mortalidade, pouco se sabe sobre o impacto prognóstico da VM em DPI que não seja IPF . Em um recente estudo de coorte em pacientes com DPI de diferentes etiologias hospitalizados por insuficiência respiratória aguda, a sobrevida aos 60 meses foi comparável em pacientes com IPF e não IPF e a admissão na UTI e o uso de VM foram os únicos preditores independentes de morte hospitalar. No entanto, quando pacientes com DILE-EN de etiologia diferente recebem VM, a presença de hipertensão pulmonar e a evidência de fibrose difusa na tomografia computadorizada estão associadas a pior prognóstico, enquanto a extensão radiológica da fibrose pulmonar está diretamente correlacionada com pior mecânica respiratória e aumento da mortalidade .
Interessantemente, em uma série de casos de pacientes ventilados mecanicamente com pneumonia intersticial com características auto-imunes, a mortalidade foi menor quando comparada a pacientes com SDRA de causa conhecida . Esses dados podem parecer surpreendentes, mas podem estar ligados aos padrões radiológicos peculiares relatados na série, já que nenhum dos pacientes apresentou padrão UIP na tomografia computadorizada, enquanto os sinais de doença alveolar inflamatória e opacidades de vidro fosco foram predominantes. Essas observações sugerem que o prognóstico do paciente com DPI em VM está relacionado à extensão da fibrose pulmonar e à presença de um padrão de PIU na tomografia computadorizada, e não à etiologia da DPI.
Efeitos da PEEP em AE-ILD
Na SDRA, a proteção pulmonar é fornecida usando baixos volumes correntes, baixas pressões transpulmonares e de direção, mas também um nível positivo de pressão expiratória final (PEEP) suficiente para manter a oxigenação enquanto evita a abertura-fechamento de unidades alveolares causando tensão de cisalhamento ao longo do ciclo respiratório. Ensaios clínicos na SDRA investigaram o efeito de uma estratégia de pulmão aberto, nomeadamente envolvendo o uso de níveis de PEEP superiores aos estritamente necessários para manter uma oxigenação aceitável, muitas vezes em conjunto com manobras de recrutamento para maximizar a aeração pulmonar. Tais estudos não foram capazes de mostrar vantagens claras em termos de resultados em comparação com a ventilação com níveis de PEEP mais baixos. Além disso, uma estratégia agressiva de recrutamento utilizada em um estudo resultou até mesmo em aumento da mortalidade . Alguns autores começaram a sugerir que as pressões pulmonares, incluindo a PEEP, deveriam ser minimizadas para reduzir o VILI em pacientes com pulmões lesionados e não lesionados; estes conceitos parecem ser promissores também para pulmões fibróticos onde a susceptibilidade ao VILI é particularmente alta.
Interessantemente, nos pacientes com pulmão fibrótico e DAD sobreposto, os dados retrospectivos mostraram uma associação entre níveis mais altos de PEEP e mortalidade . Comparada à SDRA, a fisiologia da VM em pacientes com IPF é muito menos conhecida, e não está claro se ocorre abertura e fechamento de unidades alveolares durante a respiração maremotriz, pois qual é exatamente o papel da PEEP no recrutamento alveolar.
Monitoramento da PL através da avaliação da pressão esofágica foi proposto para identificar pacientes com colapso alveolar regional no final da expiração, sugerido por uma PL expiratória final negativa. Estudos fisiológicos confirmaram que a PL estimada pela manometria esofágica reflete a PL regional das áreas pulmonares dependentes onde predominam as atelectasias. A titulação da PEEP para uma PL positiva ao final da expiração maximiza o recrutamento pulmonar e melhora a mecânica respiratória e a oxigenação na SDRA, mas não melhora a sobrevivência na SDRA quando comparada à PEEP empírica elevada. Esta técnica em particular é um dos métodos propostos para alcançar uma “abordagem pulmonar aberta”. Entretanto, apesar de décadas de intensa pesquisa clínica na SDRA, as estratégias ventilatórias visando alcançar um “pulmão aberto” (abrir o pulmão e mantê-lo aberto) com o uso da PEEP não conseguiram traduzir esses achados no cenário clínico, e algum autor sugeriu a estratégia de “repouso pulmonar” (fechar o pulmão e mantê-lo em repouso).
Apesar da falta de dados fisiológicos em pacientes com TEVE, pode-se assumir que o desrecrutamento expiratório ocorre em áreas parenquimatosas poupadas de fibrose com elasticidade preservada. Apesar de um possível papel da PEEP incremental no recrutamento dessas áreas, a associação relatada entre níveis mais altos de PEEP e mortalidade em AE-ILD, indica um papel crítico da deformação estática na determinação de VILI em pacientes com pulmões fibróticos, e pode sugerir que a limitação das pressões das vias aéreas, incluindo a PEEP, poderia ser preferível.