Dr hab. med. Dominika Kanikowska

Adiunkt w Katedrze Patofizjologii Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu. Lekarz. Zdobywczyni stypendium rządu Japonii oraz Fundacji Heiwa Nakajima dla młodych naukowców. Przez ponad 8 lat pracowała na uniwersytetach w Nagoi i Narze (Japonia). Autorka kilkunastu publikacji z dziedziny chronobiologii, termoregulacji oraz fizjologii adaptacji do środowiska.

Prof. dr hab. med. Janusz Witowski

Profesor w Katedrze Patofizjologii Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu. Autor ponad 100 prac naukowych z dziedziny patofizjologii eksperymentalnej i dializoterapii otrzewnowej. Laureat nagród naukowych Fundacji Nauki Polskiej, PAN i Ministra Zdrowia. Członek wielu międzynarodowych towarzystw naukowych oraz rad redakcyjnych czasopism poświęconych nefrologii i dializoterapii.

© Copyright by PZWL Wydawnictwo Lekarskie, Warszawa 2018

Wszystkie prawa zastrzeżone.

Przedruk i reprodukcja w jakiejkolwiek postaci całości bądź części książki bez pisemnej zgody wydawcy są zabronione.

Wydawca: Jolanta Jedlińska

Redaktor merytoryczny: Agnieszka Gruszka

Korekta: Barbara Staśkiewicz

Producent: Magdalena Preder

Projekt okładki i stron tytułowych: Lidia Michalak-Mirońska

Ilustracja na okładce: vege/Fotolia

Skład wersji elektronicznej na zlecenie PZWL Wydawnictwa Lekarskiego: Marcin Kapusta / konwersja.virtualo.pl

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2018 r., (wyd. I)

Warszawa 2018

ISBN 978-83-200-5504-7

PZWL Wydawnictwo Lekarskie

02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 695 43 21

www.pzwl.pl

Księgarnia wysyłkowa:

tel. 42 680 44 88; infolinia: 801 33 33 88

e-mail: wysylkowa@pzwl.pl

PRZEDMOWA

Patofizjologia (z gr. πάθος – cierpienie, φύσις – natura, λόγος – nauka) to dyscyplina naukowa badająca działanie organizmu w warunkach choroby. U podstaw patofizjologii leży fizjologia, czyli nauka o mechanizmach rządzących przebiegiem czynności życiowych w warunkach zdrowia lub – jak to może lepiej opisuje język japoński (生 – życie, 理 – teoria, 学 – nauka) – nauka o logice życia.

Pod pojęciem mechanizmów fizjologicznych można rozumieć takie regulacje czynności ustroju, jakie pozwalają utrzymać stałość jego środowiska wewnętrznego i integralność organizmu jako całości. Zaburzenia działania mechanizmów fizjologicznych leżą u podstawy chorób człowieka i patofizjologia zajmuje się opisem natury tych zaburzeń i ich konsekwencjami. Wykorzystując wiedzę nauk podstawowych, patofizjologia tworzy pomost do nauk klinicznych i uczy prawideł myślenia klinicznego.

Celem niniejszej książki jest pokazanie, jak zaburzenie jednego mechanizmu fizjologicznego może wywołać ciąg zdarzeń prowadzący do choroby. Tempo rozwoju medycyny wymusza zmiany w metodyce jej nauczania i stwarza problemy z wyborem materiału do podręczników. W czternastu rozdziałach autorzy starali się przedstawić zwięźle i w przystępny sposób mechanizmy patofizjologiczne najistotniejsze dla rozwoju chorób. Podręczniki z patofizjologii są w większości adresowane do studentów medycyny, a problemem w nauczaniu studentów innych kierunków medycznych jest brak odpowiednio sprofilowanych źródeł informacji. Dlatego też niniejsze repetytorium zostało specjalnie przygotowane dla studentów kierunków paramedycznych i jest skierowane szczególnie do nich.

Autorzy mają nadzieję, że nauka lub powtórka materiału z tego podręcznika sprawi Czytelnikowi dużo zadowolenia i pozwoli zrozumieć, że żywy organizm jest czymś więcej niż tylko sumą poszczególnych jego elementów.

Z życzeniami sukcesów w nauce

Dominika Kanikowska

Janusz Witowski

Katedra i Zakład Patofizjologii

Centrum Biologii Medycznej

Uniwersytet Medyczny w Poznaniu

SPIS TREŚCI

1. Patofizjologia układu krążenia

Niewydolność serca i krążenia

Wstrząs

Choroba niedokrwienna serca

Nadciśnienie tętnicze

Przerost mięśnia sercowego

Zaburzenia rytmu serca

Migotanie komór

Wady zastawkowe

2. Patofizjologia układu oddechowego

Zaburzenia oddychania o charakterze obturacyjnym

Przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP)

Astma oskrzelowa

Zaburzenia oddychania o charakterze restrykcyjnym

3. Patofizjologia krwi i układu krwiotwórczego

Niedokrwistość (anemia)

Niedokrwistość z niedoboru żelaza

Niedokrwistość chorób przewlekłych

Niedokrwistość z niedoboru witaminy B₁₂ i kwasu foliowego

Niedokrwistość hemolityczna

Niedokrwistość aplastyczna

Nadkrwistość (czerwienica)

Patofizjologia krwinek białych

Skazy krwotoczne

Zakrzepica

4. Patofizjologia układu odpornościowego

Odporność nieswoista

Zapalenie

Gojenie

Odporność swoista

Niedobory odporności

Reakcje nadwrażliwości

5. Patofizjologia układu pokarmowego

Zaburzenia połykania (dysfagia)

Refluks żołądkowo-przełykowy

Choroba wrzodowa

Zespół złego wchłaniania

Biegunki

Zaparcia

Wymioty

6. Patofizjologia wątroby i funkcji zewnątrzwydzielniczej trzustki

Ostre zapalenie trzustki

Przewlekłe zapalenie trzustki

Choroby wątroby

Marskość wątroby

7. Patofizjologia odżywiania

Regulacja uczucia głodu i sytości

Otyłość

Utrata masy ciała

8. Patofizjologia układu endokrynnego

Zaburzenia układu podwzgórzowo-przysadkowego

Patofizjologia części gruczołowej przysadki

Niedoczynność przysadki

Nadczynność przysadki

Patofizjologia części nerwowej przysadki

Choroby tarczycy

Nadczynność tarczycy

Niedoczynność tarczycy

Choroby nadnerczy

Nadczynność kory nadnerczy

Niedoczynność kory nadnerczy

Guz chromochłonny (pheochromocytoma)

Patofizjologia przytarczyc i gospodarki wapniowej

Wapń

Hipokalcemia

Hiperkalcemia

Nadczynność przytarczyc

Niedoczynność przytarczyc

Choroby metaboliczne kości

Cukrzyca

9. Rytmy biologiczne

Podstawy chronobiologii

Zaburzenia rytmów biologicznych

10. Patofizjologia gospodarki wodno-elektrolitowej

Zaburzenia uwodnienia ustroju

Odwodnienie izotoniczne

Odwodnienie hipertoniczne

Odwodnienie hipotoniczne

Przewodnienie izotoniczne

Przewodnienie hipertoniczne

Przewodnienie hipotoniczne

Hipernatremia i hiponatremia

Obrzęki

Zaburzenia gospodarki potasowej

Hiperkaliemia

Hipokaliemia

11. Patofizjologia gospodarki kwasowo-zasadowej

Zaburzenia równowagi kwasowo-zasadowej

Kwasica oddechowa

Kwasica metaboliczna

Zasadowica oddechowa

Zasadowica metaboliczna

Ogólnoustrojowe następstwa kwasicy i zasadowicy

12. Patofizjologia nerek

Niewydolność nerek

Ostra niewydolność nerek

Przewlekła niewydolność nerek

Konsekwencje niewydolności nerek

Zespół nerczycowy i zespół nefrytyczny

Zespół nerczycowy

Zespół nefrytyczny

Kamica moczowa

13. Ból

14. Termoregulacja

Mechanizmy termoregulacji

Gorączka

Hipertermia

Hipotermia

Słowniczek pojęć

Polecane piśmiennictwo

1
PATOFIZJOLOGIA UKŁADU KRĄŻENIA

NIEWYDOLNOŚĆ SERCA I KRĄŻENIA

• Układ krążenia jest systemem dwóch połączonych szeregowo układów: (1) krążenia płucnego i (2) krążenia systemowego (ryc. 1.1).

Rycina 1.1. Anatomia czynnościowa układu krążenia. Odtlenowana krew powraca z tkanek do serca żyłami głównymi i napełnia prawy przedsionek, a potem prawą komorę serca. Skurcz prawej komory pompuje krew przez tętnicę płucną do płuc. W płucach krew ulega utlenowaniu i powraca żyłami płucnymi do lewego przedsionka, a potem do lewej komory serca. Skurcz lewej komory pompuje krew przez aortę do krążenia systemowego oraz wszystkich narządów i tkanek ustroju. Z uwagi na powiązania czynnościowe prawy przedsionek i prawą komorę oraz lewy przedsionek i lewą komorę nazywa się odpowiednio (choć nieściśle pod względem anatomicznym) „sercem prawym” i „sercem lewym”.

• Rolą układu krążenia jest zapewnienie przepływu krwi na takim poziomie, aby zaspokajał on potrzeby tkanek i narządów ustroju (na tlen, składniki odżywcze, usuwanie produktów przemiany materii itd.).

• Czynnikiem napędzającym przepływ krwi jest ciśnienie tętnicze wytwarzane przez serce. Serce składa się z dwóch części – prawej i lewej, a w skład każdej z nich wchodzą przedsionek i komora, oddzielone zastawkami.

• Na każdy cykl pracy serca składa się faza rozkurczu i faza skurczu. W fazie rozkurczu krew z żył wpływa do serca; w fazie skurczu dochodzi do wyrzutu krwi z serca do aorty i do tętnicy płucnej.

• Miarą sprawności układu krążenia jest pojemność minutowa serca, tj. ilość krwi przepompowywana przez serce w czasie jednej minuty. W normalnych warunkach pojemność minutowa serca jest dostosowana do potrzeb metabolicznych tkanek; u zdrowej dorosłej osoby wynosi ona w spoczynku około 5 l/min.

Pojemność minutowa serca zależy od ilości krwi wyrzucanej przez komorę serca w czasie pojedynczego skurczu (objętość wyrzutowa) i liczby tych skurczów w czasie jednej minuty (szybkość rytmu serca):

pojemność minutowa = objętość wyrzutowa serca × szybkość rytmu

• Objętość wyrzutowa zależy przede wszystkim od (1) kurczliwości mięśnia sercowego, (2) jego obciążenia wstępnego i (3) obciążenia następczego; objętość wyrzutowa w spoczynku wynosi u zdrowej osoby około 70 ml.

• Kurczliwość serca jest zależna od:

○ prawidłowej budowy mięśnia sercowego,

○ aktywności układu autonomicznego (przede wszystkim układu współczulnego, który zwiększa kurczliwość serca),

○ dostępności jonów wapnia.

• Obciążenie wstępne to siła, z jaką krew rozciąga ściany serca w momencie maksymalnego rozkurczu. Ta siła zależy przede wszystkim od (1) powrotu żylnego, czyli od ilości krwi powracającej do serca z narządów obwodowych i od (2) długości fazy rozkurczu, kiedy serce wypełnia się krwią.

• Zwiększenie rozciągnięcia włókien mięśniowych serca (w fizjologicznych granicach) przez większe obciążenie wstępne w fazie rozkurczu zwiększa siłę skurczu serca. Mechanizm ten pozwala dostosować siłę skurczu serca do jego napełniania i jest znany jako prawo Franka–Starlinga (ryc. 1.2).

Rycina 1.2. Mechanizm Franka–Starlinga. Krzywe pokazują zależność między rozciągnięciem mięśnia sercowego pod wpływem napełniania w rozkurczu a siłą, jaką ten mięsień może wytworzyć w czasie skurczu. W sercu zdrowym mechanizm ten umożliwia sercu opróżnianie się z napływającej krwi. W sercu uszkodzonym o upośledzonej kurczliwości rozciągnięcie serca nie przekłada się na efektywny wzrost kurczliwości, serca nie opróżnia się całkowicie i dochodzi do zastoju krwi i obrzęków.

• Obciążenie następcze to opór, jaki musi przezwyciężyć serce, wyrzucając krew z komór w czasie skurczu. To obciążenie wynika przede wszystkim z oporu stawianego przez naczynia krwionośne, a ten zależny jest głównie od ich przekroju (im mniejszy promień naczynia, tym większy opór).

• Szybkość rytmu serca zależy przede wszystkim od aktywności układu autonomicznego, a szczególnie od równowagi pomiędzy układem współczulnym (który przyspiesza akcję serca) i przywspółczulnym (który zwalnia akcję serca). Inne ważne czynniki regulujące szybkość rytmu serca to metabolizm i temperatura ustroju oraz stężenie hormonów, a zwłaszcza hormonów rdzenia nadnerczy (adrenaliny i noradrenaliny) oraz tarczycy (tyroksyny). Szybkość rytmu serca w spoczynku wynosi 60–100 uderzeń/min.

• Niewydolność krążenia to stan, gdy przepływ krwi nie zaspokaja potrzeb metabolicznych tkanek. Główną przyczyną niewydolności krążenia jest niewydolność serca (ryc. 1.3).

Rycina 1.3. Typowa sekwencja zdarzeń prowadzących do niewydolności krążenia.

• Przyczyny niewydolności serca i krążenia można podzielić ze względu na dominujący mechanizm patofizjologiczny, np.:

○ upośledzenie kurczliwości serca (np. na skutek niedotlenienia i zawału serca),

○ przeciążenie serca (np. przez nadciśnienie tętnicze),

○ zaburzenia napełniania serca (np. w wadach zastawek serca),

○ zaburzenia rytmu serca,

○ szczególną przyczyną niewydolności krążenia może być patologiczne zwiększenie potrzeb metabolicznych tkanek, tak że serce (nawet zwiększając maksymalnie swą pracę) nie jest w stanie ich zaspokoić; występuje np. w nadczynności tarczycy.

• Inny podział przyczyn niewydolności serca może się odnosić do głównej struktury serca uszkodzonej przez chorobę:

○ choroby mięśnia sercowego,

○ choroby zastawek,

○ choroby osierdzia,

○ choroby układu bodźcoprzewodzącego serca,

○ choroby naczyń wieńcowych zaopatrujących serce.

• Następstwem niewydolności serca są (ryc. 1.4 i 1.5):

○ obniżenie rzutu i pojemności minutowej poniżej poziomu wymaganego dla zaspokojenia potrzeb tkankowych. Powoduje to męczliwość i nietolerancję wysiłku (co wynika z niezdolności uszkodzonego serca do zwiększenia objętości wyrzutowej w czasie wysiłku), a także zawroty głowy i omdlenia (co wynika z niedokrwienia układu nerwowego). Krytyczne zmniejszenie ciśnienia krwi i ukrwienia narządów prowadzi do wstrząsu kardiogennego;

○ upośledzenie opróżniania się lewego serca i zaleganie krwi w lewej komorze, a następnie w krążeniu płucnym, co prowadzi do wzrostu ciśnienia w naczyniach płucnych, przesączania płynu do płuc i ostatecznie do obrzęku płuc. Następstwem tego jest upośledzenie wymiany gazowej w płucach i duszność;

○ zastój krwi w naczyniach płucnych powoduje nadciśnienie płucne, co utrudnia pracę prawej komorze serca i ostatecznie powoduje jej przeciążenie;

○ następstwem niewydolności prawej komory serca jest zastój krwi w dorzeczu żył głównych i powstawanie obrzęków w tkankach obwodowych.

• Reakcją ustroju na rozwijającą się niewydolność krążenia jest uruchomienie mechanizmów kompensujących, które mają utrzymać pracę serca, prawidłowe krążenie krwi i perfuzję narządów (przede wszystkim układu nerwowego). Należą do nich:

○ aktywacja układu współczulnego prowadząca do przyspieszenia akcji serca, skurczu naczyń krwionośnych i utrzymania krążenia w narządach życiowo najważniejszych (tzw. centralizacja krążenia);

Rycina 1.4. Kolejne etapy i konsekwencje niewydolności serca. A. Stan prawidłowy. B. Niewydolność lewej komory serca powoduje spadek ukrwienia narządów i zastój krwi w płucach. C. Krew zalegająca w płucach utrudnia pracę prawej komory serca. D. Przeciążenie prawej komory serca powoduje jej niewydolność, co prowadzi do zastoju krwi w narządach obwodowych.

Rycina 1.5. Patomechanizm głównych objawów niewydolności serca.

○ aktywacja wydzielania reniny, angiotensyny i aldosteronu powodująca skurcz naczyń krwionośnych oraz zatrzymanie sodu i wody w ustroju i w rezultacie lepsze wypełnienie naczyń i ukrwienie tkanek;

○ przerost i przemodelowanie mięśnia sercowego.

• Działanie mechanizmów kompensujących stabilizuje układ krążenia, jednak w dłuższej perspektywie stanowi dodatkowe i niekorzystne obciążenie, m.in. dlatego, że skurcz naczyń zwiększa opór dla przepływającej krwi i wymaga większej pracy serca, a przerosły mięsień sercowy staje się mało podatny na rozciąganie. W leczeniu niewydolności krążenia wykorzystuje się leki, które zmniejszają niepożądane efekty działania mechanizmów kompensujących.

• Należy jednak pamiętać, że podstawą leczenia niewydolności krążenia jest leczenie jego pierwotnej przyczyny. W skali globalnej do najczęstszych przyczyn niewydolności krążenia należą choroba niedokrwienna serca i nadciśnienie tętnicze.

• W praktyce przydatna jest klasyfikacja niewydolności serca w skali NYHA (New York Heart Association), za pomocą której ocenia się tolerancję wysiłku i pojawianie się dolegliwości, takich jak zmęczenie, duszność, kołatanie serca, ból w klatce piersiowej (tab. 1.1).

Tabela 1.1. Klasyfikacja niewydolności serca w skali NYHA (według Nowojorskiego Towarzystwa Kardiologicznego)

Klasa I

Zwykłe codzienne czynności nie powodują dolegliwości

Klasa II

Umiarkowane upośledzenie aktywności fizycznej; przeciętny wysiłek może powodować dolegliwości

Klasa III

Znaczne upośledzenie aktywności fizycznej; mały wysiłek powoduje dolegliwości, ale nie występują one w spoczynku

Klasa IV

Najmniejszy wysiłek powoduje nasilone dolegliwości i często pojawiają się one również w spoczynku

WSTRZĄS

• Wstrząs to szczególna forma niewydolności krążenia powodująca niedostateczną perfuzję tkanek i tak głębokie zaburzenia metabolizmu i funkcji komórek, że prowadzą one nieuchronnie do niewydolności wielu narządów i śmierci.

• Wstrząs może mieć wiele przyczyn, ale wszystkie one wywołują ostatecznie zaburzenia krążenia włośniczkowego, niedostateczną podaż tlenu i glukozy do tkanek i krytyczne upośledzenie funkcji komórek (ryc. 1.6).

• Komórki pozbawione tlenu i glukozy nie są w stanie wytworzyć odpowiednio dużo energii, aby utrzymać swe podstawowe funkcje, a zwłaszcza kontrolować przepływ jonów i wody przez błonę komórkową, kwasowość wewnątrzkomórkową, aktywność enzymów i integralność organelli komórkowych. W rezultacie dochodzi do uszkodzenia i martwicy komórek, co wyzwala reakcję zapalną.

Rycina 1.6. Kluczowe etapy wstrząsu.

• Efektem reakcji zapalnej jest m.in. rozszerzenie i wzmożona przepuszczalność naczyń krwionośnych, co nasila zaburzenia perfuzji tkanek.

• Zużywszy zapasy glukozy, ustrój zaczyna wykorzystywać inne substraty do produkcji energii, m.in. białka. To prowadzi do degradacji białek tkankowych, ich niedoborów oraz gromadzenia się toksycznych produktów ich rozpadu.

• Uszkodzenie błon komórkowych powoduje przenikanie płynu z przestrzeni zewnątrzkomórkowej do wewnątrzkomórkowej, co zmniejsza objętość krążącej krwi i pogłębia niedokrwienie tkanek.

• Objawem najbardziej typowym dla wstrząsu jest spadek średniego ciśnienia tętniczego (< 60 mm Hg). Poza tym występują skąpomocz, przyspieszenie rytmu serca i oddychania, zaburzenia świadomości. Inne objawy są zależne od przyczyny wstrząsu.

• W przebiegu wstrząsu można wyróżnić następujące kluczowe etapy:

1) wstrząs niepostępujący – jest to faza wyrównana wstrząsu, gdy uruchomione mechanizmy kompensujące są wydolne i obwodowy przepływ krwi jest zachowany;

2) wstrząs postępujący – jest to faza, w której mechanizmy kompensujące stają się niewydolne i obwodowy przepływ krwi ulega zmniejszeniu;

3) wstrząs nieodwracalny – jest to faza, gdy dochodzi do krytycznego spadku perfuzji narządów życiowo ważnych i ich uszkodzenia.

• Do wejścia wstrząsu w fazę nieodwracalną przyczyniają się:

1) uszkodzenie komórek śródbłonka, aktywacja układu krzepnięcia i upośledzenie przepływu krwi przez tworzące się zakrzepy;

2) zaburzenie krążenia trzewnego i niedokrwienie jelit umożliwiające przenikanie toksyn i bakterii ze światła przewodu pokarmowego;

3) dysfunkcja mięśni gładkich naczyń krwionośnych powodująca trwałe rozszerzenie naczyń i niezdolność do utrzymania ciśnienia tętniczego;

4) niedokrwienie komórek mięśnia sercowego upośledzające pracę serca.