Таблица 2. Постулируемые механизмы бронхиальной гиперреактивности при астме
1. Уменьшение базального калибра дыхательных путей Патологические изменения в гладких мышцах бронхов (гипертрофия, гиперплазия)
2. Увеличение количества тучных клеток Увеличение синтеза медиаторов Снижение порога чувствительности рецепторов Повреждение эпителиальных клеток дыхательных путей (облегчение доступа раздражающего агента к субэпителиальным возбудимым рецепторам)
3. Изменения или дисбаланс в регуляции вегетативной нервной системы:
· Возросшая парасимпатическая активность
· Сниженная бета-адренергическая реактивность
· Повышенная альфа-адренергическая реактивность
· Сниженная реактивность неадренергической (пуринергической) ингибиторной системы
По сравнению с ПСНС симпатическая нервная система (СНС) весьма негусто иннервирует гладкую мускулатуру дыхательных путей, ограничиваясь мелкими дыхательными путями. Роль СНС в поддержании тонуса гладкой мускулатуры дыхательных путей представляется незначительной. Ее прямое влияние гораздо слабее, чем воздействие циркулирующих катехоламинов. Бета-адренергическая стимуляция вызывает расширение бронхов на периферии легких в большей степени, чем в центральных дыхательных путях, тогда как альфа-адренергическая стимуляция может вызывать бронхоконстрикцию.
Недавно был открыт третий компонент вегетативной нервной системы. Эти нервные волокна предположительно проходят к дыхательным путям вместе с веточками блуждающего нерва, но трансмиттер(ы) пока не удалось идентифицировать. Эта неадренергическая (пуринергическая) ингибиторная система не допускает констрикции гладкой мускулатуры бронхов, вероятно, являясь антагонистом парасимпатической нервной системы.
Механизмы бронхоспазма
Физиологические реакции в клетках-мишенях у астматиков (бронхиальные гладкомышечные клетки, тучные клетки, секреторные клетки слизистых желез, клетки блуждающего нерва и воспалительные клетки) являются кальцийзависимыми, т. е. активизация этих клеток требует мобилизации свободных ионов кальция с их трансмембранным передвижением по направлению к межклеточному цитоплазматическому матриксу. Независимо от инициирующего стимула оказывается, что ток ионов кальция представляет конечный общий путь для клеточного ответа.
Факторы, способные запустить астматическую реакцию, весьма многочисленны (см. табл. 1), известных же механизмов бронхоспазма сравнительно немного. Наиболее известным из них (но отнюдь не превалирующим) является иммунологическая реакция. В реакции немедленной гиперсенситивности (I тип аллергической реакции) принимают участие IgE-антитела, прикрепленные к поверхности многочисленных тучных клеток (рассеянных по пучкам гладкой мускулатуры, в подслизистом слое дыхательных путей и в прилегающих к этому слою железах). При экспозиции специфического антигена возникает бивалентная перекрестная реакция, что приводит к дегрануляции тучных клеток. Высвобождаются уже сформированные медиаторы (гистамин, эозинофильные хемотаксические факторы анафилаксии, нейтрофильные хемотаксические факторы, серотонин и др.); другие же медиаторы быстро синтезируются и затем высвобождаются (лейкотриены, простагландины, тромбоксаны, фактор, активирующий тромбоциты). Медиаторы действуют непосредственно на гладкую мускулатуру дыхательных путей, вызывая бронхоконстрикцию. Кроме того, усугубляя воспаление и увеличивая сосудистую проницаемость, медиаторы могут вызвать отек слизистой оболочки и, следовательно, еще большую обструкцию воздушного потока. Они могут также усиливать бронхоспазм непрямым путем, стимулируя субэпителиальные возбудимые рецепторы и создавая опосредованный вагусом рефлекторный ответ.
Вегетативная нервная система может непосредственно вызывать сокращение гладкой мускулатуры бронхов. Холинергический невральный выход (из центральной нервной системы или как часть рефлекторного ответа возбудимых рецепторов) вызывает бронхоконстрикцию. Бронхоспазм может быть и результатом дисбаланса в регуляции вегетативной нервной системы (ослабление бета-адренергической стимуляции, усиление альфа-адренергической стимуляции или уменьшение пуринергической стимуляции).
Сравнительно недавно был выяснен механизм бронхоспазма, индуцируемого физической нагрузкой. Гипервентиляция большими объемами холодного, сухого воздуха способствует охлаждению дыхательных путей, что и запускает бронхоспастическую реакцию. Вызываемая физической нагрузкой потеря тепла слизистой оболочкой дыхательных путей, по-видимому, способствует высвобождению медиаторов, поскольку ответ (бронхоспазм) наиболее воспроизводимо блокируется предварительным введением динатрия-хромогликата, ингибитора дегрануляции тучных клеток.
Таблица 3. Патофизиологические последствия обструкции воздушного потока
1. Повышение сопротивляемости дыхательных путей Снижение максимальной скорости потока на выдохе Задержка воздуха в легких Повышение давления в дыхательных путях
2. Баротравма
3. Неблагоприятные гемодинамические эффекты
4. Дисбаланс в системе вентиляция — перфузия
5. Гипоксемия
6. Гиперкарбия
7. Увеличенная работа дыхания
8. Парадоксальный пульс
9. Утомление дыхательных мышц при вентиляторной недостаточности
У некоторых астматиков бронхоконстрикция может быть вызвана медикаментами, ингибируюшими циклооксигеназу (например, ацетилсалициловой кислотой и нестероидными противовоспалительными препаратами). Предполагаемый здесь механизм включает изменение метаболизма арахидоновой кислоты по липоксигеназному пути с образованием большего количества лейкотриенов. Лейкотриены (некогда известные как медленно реагирующая субстанция анафилаксии) включает в себя целую группу взаимосвязанных соединений, являющихся мощными бронхоконстрикторами.
Последствия обструкции дыхательных путей
Патофизиологические последствия обструкции воздушного потока перечислены в табл. 3. Начальной аномалией является повышение сопротивления в дыхательных путях, что обусловлено сочетанием бронхоконстрикции, отека слизистой оболочки и гиперсекреции слизи. Эти состояния приводят к снижению максимальной скорости воздушного потока на выдохе, что лучше всего определяется при объективной оценке легочной функции (измерение дыхательных объемов).
С прогрессированием нарушения экспираторной фазы вентиляции выдыхается неполный дыхательный объем и воздух задерживается в легких.
Этот процесс, отражающийся увеличением остаточного объема и функциональной остаточной емкости легких, оказывает как положительное, так и отрицательное влияние на легочную механику. Задержка (накопление) воздуха в легких имеет тенденцию к поддержанию дыхательных путей в проходимом состоянии за счет предельного воздействия на них, что снижает их сопротивляемость. Однако увеличение остаточного объема способствует расположению диафрагмы в механически невыгодной позиции и (для всех дыхательных мышц) увеличивает эластическую работу дыхания.
Повышение сопротивляемости дыхательных путей в сочетании с задержкой воздуха вызывает увеличение давления в дыхательных путях, что может привести к баротравме (развитие подкожной эмфиземы, пневмомедиастинума или пневмоторакса) и нарушению сердечной деятельности посредством ряда механизмов. Острый астматический приступ также обусловливает неравномерное распределение вентиляции, что в свою очередь приводит к вентиляционно-перфузионному дисбалансу. В то время как гиперкарбия наблюдается лишь в крайне тяжелых случаях, гипоксемия встречается довольно часто. Усугубление гипоксемии, как было показано, происходит на ранних стадиях лечения острой астмы; этот эффект связывают с вазоактивной природой бета-адренергических бронходилататоров (способствующих увеличению перфузии плохо вентилируемых участков легких).
Поскольку большинство астматиков на начальном этапе лечения получают дополнительный кислород, описанное выше последствие не является клинически значимым.
Во время острых приступов астмы сочетание повышенной резистентности дыхательных путей, повышенной респираторной возбудимости и задержки воздуха в легких создает повышенную нагрузку для дыхательных мышц. Усиленные сокращения этих мышц (во время вдоха и, по неизвестным причинам, во время выдоха) и увеличенная в целом работа дыхания способствуют появлению у больного ощущения диспноэ. Теперь уже хорошо известно, что дыхательные мышцы могут утомляться. Когда энергетическое снабжение этих мышц снижается и не соответствует их потребностям, возникает молочнокислый ацидоз с последующим выраженным расстройством вентиляции. Когда основные дыхательные мышцы, правая и левая диафрагма, начинают уставать, дополнительные дыхательные мышцы принимают на себя большую часть работы. Сокращение грудино-ключично-сосцевидных мышц (добавочные мышцы шеи) тесно коррелирует с тяжестью астмы и обычно не наблюдается до тех пор, пока FEV, не упадет ниже 1,0 л.
С тяжелой астмой ассоциируется парадоксальный пульс (> 20 мм рт.ст.). Для его объяснения был предложен двойственный механизм, связанный с чрезмерными колебаниями отрицательного внутригрудного давления. Во время усиленной работы дыхания избыточное отрицательное внугригрудное давление увеличивает постнагрузку левого желудочка и ускоряет венозный возврат к правому сердцу, сдвигая межжелудочковую перегородку и еще больше нарушая выброс крови из левого желудочка. Суммарным эффектом является временное снижение минутного объема и систолического артериального давления.