Indiferent de afecțiunea de bază, plămânul fibrotic prezintă alterări structurale, biochimice și anatomice particulare care au ca rezultat modificări profunde în mecanica respirației.
Matricea extracelulară în plămânul fibrotic
Matricea extracelulară (ECM) este formată dintr-o rețea complexă de structuri proteice (colagen, fibronectină, elastină, glicoproteine și proteoglicani), care joacă un rol crucial în determinarea stabilității mecanice și a reculului elastic al plămânului. ECM este o structură dinamică, remodelată în mod constant prin procese enzimatice. În plămânul fibrotic, există o dereglare a acestui proces de remodelare, cu un dezechilibru între secreția și degradarea proteinelor, cu o creștere a depunerii de colagen, elastină, proteoglicani și fibronectină . Având în vedere că principalii constituenți ai țesutului pulmonar care suportă tensiuni sunt fibrele de colagen și elastină, modificarea cantitativă și arhitecturală a acestora poate influența reculul elastic al plămânului. Elastina și colagenul diferă semnificativ în ceea ce privește proprietățile lor mecanice. De fapt, elastina este responsabilă pentru elasticitate, în special la niveluri scăzute de stres, și poate fi întinsă cu mai mult de 250% din lungimea sa inițială înainte de a se rupe, în timp ce colagenul este mai rigid și semnificativ mai puțin extensibil, fiind extensibil doar cu 1-2% față de lungimea inițială . Fibrele de colagen, care în poziție de repaus sunt pliate, sunt întinse numai la volume pulmonare mari, apropiate de capacitatea pulmonară totală, și acționează ca un sistem de blocare care determină limitarea distensiei plămânului și originea relației curbilinii tensiune-tensiune (Fig. 1). Prin urmare, fibrele de elastină sunt principalii determinanți ai volumului pulmonar maxim care poate fi atins în timpul umflării, dincolo de care există riscul de barotraumatism și volutraumatism din cauza ruperii fibrelor de colagen. Acest concept poate fi aplicat nu numai la întregul plămân, ci și la diferitele regiuni pulmonare care au capacitatea lor regională totală maximă . Acest lucru este deosebit de relevant în cazul plămânilor fibrotici, unde compoziția ECM are o mare eterogenitate regională. În IPF, fibrele de colagen se acumulează în jurul miofibroblastelor în focare fibroblastice, rigidizând regiunile corespunzătoare .
Relația dintre stres și tensiune în plămânii sănătoși, ARDS și fibrotici. Elastanța specifică (K) este panta curbei în porțiunea sa liniară. Deși plămânii cu SDRA se caracterizează printr-o complianță scăzută, proprietățile sale elastice le urmează pe cele ale plămânilor sănătoși, cu condiția ca deformarea indusă de ventilația tidală să fie normalizată la volumul pulmonar expirator final. În SDRA, „plămânul copilului” (zona gri) se umflă până la un anumit nivel la care apare hiperinflația și se pierde liniaritatea relației tensiune-deformație, apropiindu-se de limita de rupere a constituenților matricei extracelulare (fulger). În plămânii fibrotici, elastanța specifică este mai mare, astfel încât curba tensiune-deformație este mai abruptă. În timpul umflării, regiunile sănătoase ies în evidență prin pereții fibrotici, așa cum este ilustrat de mâna care stoarce progresiv „mingea moale”. În comparație cu SDRA, ruptura este atinsă la tensiuni și tensiuni mai mici. ARDS sindromul de detresă respiratorie acută, VT volumul curent, EELV volumul pulmonar expirator final, PL presiunea transpulmonară
Caracteristici histopatologice ale plămânului fibrotic
Diverse modele histopatologice pot caracteriza plămânul în timpul AE-ILD; dintre acestea, cea mai severă și comună manifestare este coexistența DAD suprapusă unui model UIP. Semnele histopatologice distinctive ale tiparului UIP sunt eterogenitatea spațială, eterogenitatea temporală cu focare fibroblastice și micro-honeycombing. Eterogenitatea spațială este definită ca prezența unor zone de țesut normal interpuse unor zone cu alterări fibrotice. Eterogenitatea temporală este prezența concomitentă a unor zone cu doar ușoare modificări ale structurii ECM și agregate proliferative de fibroblaste și miofibroblaste, adiacente unor zone de fibroză intensă compusă din colagen acelular dens, indicând diferite stadii coexistente ale bolii. Leziunile în formă de fagure de miere sunt zone constituite din spații aeriene dilatate cu pereți anelastici de țesut fibros acoperit cu epiteliu . Având în vedere aceste premise, este clar cum proprietățile mecanice ale plămânului fibrotic trebuie să reflecte această eterogenitate histologică.
Proprietăți mecanice ale plămânului fibrotic
Plămânul este în mod obișnuit modelat ca un corp elastic caracterizat prin distorsiuni minore în timpul umflării. În plămânul non-fibrotic, proprietățile parenchimului pot fi descrise folosind două module elastice independente, care sunt o funcție a presiunii transpulmonare (PL). Modulul de volum descrie comportamentul plămânului în timpul expansiunii uniforme, în timp ce modulul de forfecare (G) descrie comportamentul de distorsiune neuniformă . Modulul de forfecare se modifică aproximativ liniar în funcție de presiunea transpulmonară în conformitate cu următoarea ecuație:
unde α reprezintă constanta de proporționalitate care este variabilă în funcție de speciile de mamifere.
Relația dintre tensiune și deformație este determinată de relația:
unde constanta de proporționalitate Y este modulul lui Young. Tensiunea este forța egală și opusă care se dezvoltă într-un material elastic atunci când se aplică o forță externă, și anume presiunea transpulmonară (PL), în timp ce deformația este deformarea rezultată în comparație cu poziția de repaus, deci raportul dintre volumul curent (VT) și volumul pulmonar de sfârșit de expirație (de repaus) (EELV). Ecuația 2 poate fi astfel rescrisă după cum urmează:
unde K corespunde elastanței specifice (Fig. 1), un coeficient care descrie proprietățile elastice ale plămânilor a cărui valoare la oamenii sănătoși este de aproximativ 13,5 cmH2O . Acesta poate fi interpretat ca fiind PL care duce la dublarea volumului pulmonar în comparație cu VELV. Atunci când PL are ca rezultat un volum pulmonar mai mare decât capacitatea pulmonară totală, are loc o întindere a fibrelor de colagen, provocând VILI. Prin urmare, stresul și tensiunea sunt factori determinanți majori ai VILI, implicați în barotraumatism și, respectiv, în volutraumatism.
Acest model simplu nu este aplicabil în prezența unei distorsiuni severe a parenchimului pulmonar, unde PL nu mai este o funcție a modulelor de elasticitate liniară, așa cum se întâmplă în plămânul fibrotic, unde neomogenitățile anatomice determină un comportament anizotropic: aplicarea PL într-un plămân cu un mozaic de proprietăți mecano-elastice are consecințe imprevizibile asupra cuplării tensiune-deformație a diferitelor zone ale plămânului, cu distorsiuni ridicate ale parenchimului în timpul insuflării și, în consecință, un risc crescut de VILI. În cazul plămânilor fibrotici, forțele mari de retracție datorate rigidității crescute a parenchimului s-ar putea traduce printr-o tensiune globală redusă. Cu toate acestea, având în vedere eterogenitatea parenchimului, zonele pulmonare fără fibroză ar putea fi supuse unei deformări intense. De fapt, în prezența unor neomogenități relevante, parametrii macroscopici ai mecanicii pulmonare nu reflectă neapărat ceea ce se întâmplă la micro-scală, unde neomogenitățile acționează ca factori de creștere a tensiunilor locale și cresc PL-ul local .
Teoria plămânului cu bilă moale
În plămânii fibrotici, efectul PEEP poate determina proeminența celor mai distensibile zone pulmonare prin cercurile dense de țesut fibrotic anelastic, determinând o rigiditate crescută și facilitând degradarea țesutului. Efectul care se determină în unele zone ale plămânilor este similar cu cel prezentat în bilele de stres numite „bile strivite” (Fig. 1 și 2). Atunci când mingea squishy este comprimată, creșterea presiunii din interiorul obiectului determină gâtuirea părții elastice a corpului prin intermediul plasei inelastice care înfășoară mingea. Rezultatul este formarea de vezicule care ies în afara ochiului de plasă, până la atingerea limitei elastice. „Efectul de bilă moale” în unele zone ale plămânului poate fi cauza dezavantajelor mecanice obținute prin utilizarea Pairway și PL ridicate în plămânii cu fibroză și ar putea confirma rolul tensiunii statice în generarea VILI. Mai mult, atunci când zonele cele mai recrutabile sunt supuse unui PL ridicat, suprainflația ulterioară este exacerbată de geometria mecanică a plămânului fibrotic, deoarece zonele anelastice acționează ca ridicătoare de tensiune.
a Dovada histologică a eterogenității spațiale cu spații alveolare relativ cruțate, înconjurate de zone parcelare de fibroză cu focare fibroblastice multiple la un pacient cu FPI. b Aspectul CT al modelului UIP la un pacient cu FPI. c Aspectul grafic al unei „mingi ghemuite” care descrie caracteristicile elastice ale plămânului fibrotic în poziție de repaus. d Squishy ball supus aplicării unei presiuni interne: creșterea presiunii în interiorul obiectului determină strangularea părții elastice a corpului prin intermediul plasei inelastice care înfășoară bila determinând un dezavantaj mecanic în timpul expansiunii
Implicații clinice
Caracteristicile fiziopatologice și histologice menționate ale AE-ILD au implicații pentru aplicarea MV, titrarea PEEP și monitorizarea respiratorie.
Ventilația mecanică și rezultatul clinic la pacienții cu AE-ILD
VMV protectoare cu volum curent redus este recunoscută pe scară largă ca fiind piatra de temelie în tratamentul pacienților cu SDRA, în timp ce la pacienții cu AE-ILD internați în secția de terapie intensivă, studiile nu au stabilit încă cea mai bună strategie ventilatorie. După cum s-a ilustrat mai sus, pacienții cărora li se administrează MV pentru SA-IPF prezintă modificări severe ale mecanicii respiratorii, cu o creștere a elastanței sistemului respirator, în principal din cauza unei elastanțe pulmonare anormale, în timp ce elastanța peretelui toracic poate fi normală (tabelul 1) . Pe baza conceptelor derivate din studiile fiziologice, experții recomandă menținerea PL statice la sfârșitul inspirației sub 15-20 cmH2O în cazul parenchimului pulmonar omogen și sub 10-12 cmH2O în cazul parenchimului pulmonar neomogen, cum ar fi în SDRA.
În timp ce mai multe studii arată că la pacienții cu FPI nevoia de MV este asociată cu o mortalitate ridicată, se cunosc puține lucruri despre impactul prognostic al MV în alte boli pulmonare interstițiale decât FPI . Într-un studiu recent de cohortă la pacienții cu ILD de diferite etiologii spitalizați pentru insuficiență respiratorie acută, supraviețuirea la 60 de luni a fost comparabilă la pacienții cu FPI și la cei fără FPI, iar admiterea la terapie intensivă și utilizarea MV au fost singurii predictori independenți ai decesului în spital . Cu toate acestea, atunci când pacienții cu EA-ILD de etiologie diferită primesc MV, prezența hipertensiunii pulmonare și evidențierea fibrozei difuze pe tomografia computerizată sunt asociate cu un prognostic mai prost, în timp ce extensia radiologică a fibrozei pulmonare este direct corelată cu o mecanică respiratorie mai proastă și o mortalitate crescută .
În mod interesant, într-o serie de cazuri de pacienți ventilați mecanic cu pneumonie interstițială cu caracteristici autoimune, mortalitatea a fost mai mică în comparație cu pacienții cu SDRA de cauză cunoscută . Aceste date pot părea surprinzătoare, dar pot fi legate de modelele radiologice particulare raportate în serie, deoarece niciunul dintre pacienți nu a prezentat un model UIP pe tomografia computerizată, în timp ce semnele de boală inflamatorie alveolară și opacitățile de sticlă măcinată au fost predominante. Aceste observații sugerează că prognosticul pacientului cu ILD în MV este legat de extinderea fibrozei pulmonare și de prezența unui model UIP pe tomografia computerizată, mai degrabă decât de etiologia ILD.
Efectele PEEP în AE-ILD
În SDRA, protecția pulmonară este asigurată prin utilizarea unor volume curente scăzute, a unor presiuni transpulmonare și de conducere cu platou scăzut, dar și a unui nivel de presiune pozitivă de capăt de expirație (PEEP) suficient pentru a menține oxigenarea, prevenind în același timp deschiderea-închiderea unităților alveolare care cauzează stres de forfecare pe tot parcursul ciclului respirator . Studiile clinice în SDRA au investigat efectul unei strategii de plămâni deschiși, și anume implicarea utilizării unor niveluri de PEEP mai mari decât cele strict necesare pentru a menține o oxigenare acceptabilă , adesea împreună cu manevre de recrutare pentru a maximiza aerisirea plămânilor . Astfel de studii nu au putut demonstra avantaje clare în ceea ce privește rezultatele în comparație cu ventilația cu niveluri mai scăzute de PEEP. Mai mult, o strategie agresivă de recrutare utilizată într-un studiu a dus chiar la creșterea mortalității . Unii autori au început să sugereze că presiunile pulmonare, inclusiv PEEP, ar trebui să fie minimizate pentru a reduce VILI la pacienții cu plămâni lezați și ne-lezați ; aceste concepte par a fi promițătoare și pentru plămânii fibrotici, unde susceptibilitatea la VILI este deosebit de mare.
În mod interesant, la pacienții cu plămân fibrotic și DAD suprapusă, datele retrospective au arătat o asociere între niveluri mai mari de PEEP și mortalitate . Comparativ cu SDRA, fiziologia MV la pacienții cu FPI este mult mai puțin cunoscută , și nu este clar dacă are loc deschiderea și închiderea unităților alveolare în timpul respirației tidal, ca și care este exact rolul PEEP asupra recrutării alveolare.
Monitorizarea PL prin evaluarea presiunii esofagiene a fost propusă pentru a identifica pacienții cu colaps alveolar regional la sfârșitul expirației, sugerat de o PL negativă la sfârșitul expirației. Studiile fiziologice au confirmat că PL estimată prin manometrie esofagiană reflectă PL regională a zonelor pulmonare dependente în care predomină atelectaziile . Titrarea PEEP pentru a viza o PL pozitivă la sfârșitul expirației maximizează recrutarea plămânilor și îmbunătățește mecanica respiratorie și oxigenarea în SDRA , dar nu a îmbunătățit supraviețuirea în SDRA în comparație cu PEEP empirică ridicată . Această tehnică particulară este una dintre metodele propuse pentru a realiza o „abordare cu plămân deschis”. Cu toate acestea, în ciuda deceniilor de cercetare clinică intensă în SDRA, strategiile ventilatorii care vizează realizarea unui „plămân deschis” (deschideți plămânul și păstrați-l deschis) cu utilizarea PEEP nu au reușit să transpună aceste constatări în mediul clinic , iar unii autori au sugerat strategia „repaus pulmonar” (închideți plămânul și păstrați-l în repaus) .
În ciuda lipsei de date fiziologice la pacienții cu AE-ILD, s-ar putea presupune că derecrutarea expiratorie are loc în zonele parenchimatoase scutite de fibroză cu elasticitate păstrată. În ciuda unui posibil rol al PEEP incrementală în recrutarea acestor zone, asocierea raportată între niveluri mai mari de PEEP și mortalitate la AE-ILD , indică un rol critic al tensiunii statice în determinarea VILI la pacienții cu plămâni fibrotici și ar putea sugera că limitarea presiunilor în căile respiratorii, inclusiv PEEP, ar putea fi preferabilă.
.