© 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.

Autorzy i Wydawnictwo dołożyli wszelkich starań, aby wybór i dawkowanie leków w tym opracowaniu były zgodne z aktualnymi wskazaniami i praktyką kliniczną. Mimo to, ze względu na stan wiedzy, zmiany regulacji prawnych i nieprzerwany napływ nowych wyników badań dotyczących podstawowych i niepożądanych działań leków, Czytelnik musi brać pod uwagę informacje zawarte w ulotce dołączonej do każdego opakowania, aby nie przeoczyć ewentualnych zmian we wskazaniach i dawkowaniu. Dotyczy to także specjalnych ostrzeżeń i środków ostrożności. Należy o tym pamiętać, zwłaszcza w przypadku nowych lub rzadko stosowanych substancji.

Recenzent: prof. dr hab. n. med. Władysław Pierzchała

Wydawca: Sylwia Chrabałowska

Redaktor merytoryczny: Beata Cynkier, Barbara Kowalska, Elżbieta Michalska

Producent: Monika Wichowska

Projekt okładki i stron tytułowych: Lidia Michalak-Mirońska

Ilustracja na okładce: pabijan/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 978-83-200-5608-2

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

WYKAZ AUTORÓW

Dr n. med. Witold Bartosiewicz

Klinika Pneumonologii i Alergologii Wieku Dziecięcego, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Dr n. med. Teresa Bielecka

Klinika Pneumonologii i Alergologii Wieku Dziecięcego, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Dr n. med. Krystyna Bober-Olesińska

Klinika Neonatologii, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Lek. Stanisław Bogusławski

Klinika Pneumonologii i Alergologii Wieku Dziecięcego, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Dr n. med. Michał Brzewski

Zakład Radiologii Pediatrycznej, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Lek. Julita Chądzyńska

Klinika Pneumonologii i Alergologii Wieku Dziecięcego, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Dr hab. n. med. Wojciech Feleszko

Klinika Pneumonologii i Alergologii Wieku Dziecięcego, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Dr hab. n. med. Katarzyna Grzela

Klinika Pneumonologii i Alergologii Wieku Dziecięcego, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Lek. Justyna Komarnicka

Zakład Radiologii Pediatrycznej, Samodzielny Publiczny Dziecięcy Szpital Kliniczny w Warszawie

Lek. Anna Komorowska-Piotrowska

Klinika Pneumonologii i Alergologii Wieku Dziecięcego, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Dr hab. n. med. Katarzyna Krenke

Klinika Pneumonologii i Alergologii Wieku Dziecięcego, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Prof. dr hab. n. med. Marek Kulus

Klinika Pneumonologii i Alergologii Wieku Dziecięcego, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Dr n. med. Joanna Lange

Klinika Pneumonologii i Alergologii Wieku Dziecięcego, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Lek. Honorata Marczak

Klinika Pneumonologii i Alergologii Wieku Dziecięcego, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Dr n. med. Agnieszka Mazur

Klinika Pneumonologii i Alergologii Wieku Dziecięcego, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Dr hab. n. med., prof. nadzw. Henryk Mazurek

Klinika Pneumonologii i Mukowiscydozy, Instytut Gruźlicy i Chorób Płuc – Oddział Terenowy w Rabce-Zdroju

Mgr fizjoterapii Sandra Osipiuk

Samodzielny Publiczny Dziecięcy Szpital Kliniczny, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Dr hab. n. med. Joanna Peradzyńska

Zakład Epidemiologii i Biostatystyki, Warszawski Uniwersytet Medyczny;

Klinika Pneumonologii i Alergologii Wieku Dziecięcego, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Mgr Michał Popielarz

Zakład Radiologii Pediatrycznej, Samodzielny Publiczny Dziecięcy Szpital Kliniczny w Warszawie

Lek. Marcin Sanocki

Klinika Pneumonologii i Alergologii Wieku Dziecięcego, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Lek. Agnieszka Strzelak

Klinika Pneumonologii i Alergologii Wieku Dziecięcego, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Dr n. med. Wioletta Zagórska

Klinika Pneumonologii i Alergologii Wieku Dziecięcego, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Dr n. med. Anna Zawadzka-Krajewska

Klinika Pneumonologii i Alergologii Wieku Dziecięcego, Warszawski Uniwersytet Medyczny

1. BUDOWA I CZYNNOŚĆ UKŁADU ODDECHOWEGO

1.1. ROZWÓJ PŁUC I KRĄŻENIA
Marek Kulus

Rozwój układu oddechowego rozpoczyna się w 24.–26. dniu po zapłodnieniu, kiedy zarodek ma około 4 mm długości. W jelicie pierwotnym, na powierzchni brzusznej gardła pierwotnego, powstaje bruzda krtaniowo-tchawicza, z której następnie rozwija się pączek płucny.

Na kolejnych etapach rozwoju powstają:

– z endodermy – nabłonki krtani, tchawicy, oskrzeli, oskrzelików i pęcherzyków płucnych, gruczoły tchawicy i oskrzeli,

– z mezenchymy – chrząstki, mięśnie i naczynia,

– z ektodermy – unerwienie układu oddechowego.

Zdolność do tworzenia kolejnych generacji drzewa oskrzelowego powstających z endodermy podczas wczesnych etapów rozwoju jest możliwa przy obecności mezenchymy. Z kolei różnicowanie mezenchymy jest uwarunkowane obecnością komórek nabłonka. Wzajemne interakcje podczas rozwoju tkanek i narządów są synchronizowane i sterowane przez czynniki wzrostu.

Okres rozwoju płuc można umownie podzielić na 5 etapów:

– faza embrionalna – 4.–6. tydzień,

– faza rzekomogruczołowa – 6.–16. tydzień,

– faza kanalikowa – 16.–26. tydzień,

– faza woreczków końcowych – 26.–36. tydzień,

– faza pęcherzykowa – > 36. tygodnia (od porodu do 8 rż.).

Ostatni etap rozciąga się na okres wczesnego wieku dziecięcego i w zasadzie może być nazywany okresem dojrzewania płuc.

W tabeli 1.1 przedstawiono kolejne fazy rozwoju układu oddechowego i osiągnięte w nich etapy rozwoju.

Tabela 1.1. Fazy rozwoju układu oddechowego

Fazy rozwoju układu oddechowego

Czas trwania

Osiągnięte etapy rozwoju układu oddechowego

Faza embrionalna

4.–6. tydzień

24.–28. dzień

Kieszonka w jelicie pierwotnym – zawiązek tchawicy

4. tydzień

Dwa boczne uchyłki – zawiązki głównych oskrzeli

5. tydzień

Podział na oskrzela płatowe

6. tydzień

Podział na oskrzela segmentowe

Rozwój z mezenchymy tkanki łącznej, mięśni, chrząstek, naczyń krwionośnych i limfatycznych

Powstanie opłucnej trzewnej z mezotelium

Rozwój żył płucnych z przedsionka serca

Faza rzekomogruczołowa

6.–16. tydzień

7. tydzień

Z septum transversum oddzielającej pierwotne jamy opłucnej i otrzewnej rozwija się przepona

13. tydzień

Obecność rzęsek w proksymalnych drogach oddechowych

14. tydzień

Uwidaczniają się pierścienie chrzęstne w tchawicy

Rozwój naczyń, opłucnej

16. tydzień

Zakończone tworzenie strefy przewodzącej (do 17 generacji drzewa oskrzelowego)

Płuca przypominają narząd gruczołowy

Podział płuc na płaty

Obecna opłucna, naczynia limfatyczne

Gronko ma 1 generację dróg oddechowych i długość około 0,1 mm

Faza kanalikowa

16.–26. tydzień

Utrata gruczołowej budowy płuca na rzecz kanalikowej

Intensywny rozwój strefy wymiany

Waskularyzacja miąższu płucnego

Spłaszczenie nabłonka dróg oddechowych

Gronko ma 3 generacje oskrzelików oddechowych i długość około 0,2 mm

W tchawicy śladowe ilości surfaktantu wykrywane od 22.–24. tygodnia

Faza woreczków końcowych

26.–36. tydzień

Woreczki końcowe są poprzednikiem przewodów pęcherzykowych

3 generacje woreczków powstają dystalnie do 2–3 generacji oskrzelików końcowych

Nabłonek woreczków końcowych stopniowo staje się cieńszy

Rozwój pneumocytów 1 i 2 typu

Grubość przegrody pęcherzykowo-włośniczkowej około 36. tygodnia wynosi 6 μm (pod koniec 1 rż. 0,5–2 μm)

Długość gronka zwiększa się z około 0,6 mm w 7. miesiącu do około 1,1 mm pod koniec ciąży

Faza pęcherzykowa

> 36. tygodnia

W chwili porodu gronko nadal nie jest całkowicie rozwinięte, składa się z: 3 generacji oskrzelików oddechowych, 3 woreczków i woreczka końcowego

Woreczki posiadają w swoich ścianach wyrośla, które są prekursorami pęcherzyków płucnych

Po urodzeniu – alweolaryzacja następuje po około 2 miesiącach

Dalszy rozwój układu oddechowego – m.in. zwiększenie ilości i wielkości pęcherzyków płucnych

Proces organogenezy płuc wymaga precyzyjnych mechanizmów sterujących, które stymulują do przemian komórki endodermy i mezodermy, regulują czas ich trwania, wzajemne interakcje, kierunek różnicowania i pełnienia przyszłej roli w układzie oddechowym. Ponieważ w proces rozwoju płuc zaangażowanych jest ponad 40 rodzajów komórek, sieć wzajemnych oddziaływań pomiędzy nimi jest niezwykle skomplikowana. Poznano wiele czynników istotnych dla powstawania kolejnych generacji dróg oddechowych oraz rozwoju strefy wymiany. Mediatorami związanymi z rozwojem układu oddechowego są m.in. czynniki wzrostu: FGF (fibroblast growth factor), SHH (sonic hedgehog), TGF-β (transforming growth factor β), PDGF (platelets-derived growth factor), VEGF (vascular endothelial growth factor), Wnt (wingless/int) czy kwas retynowy (RA). Dla struktur rozwijających się z endodermy najistotniejsze znaczenie mają czynniki TTF-1 (thyroid transcription factor-1), β-catenina, rodzina białek FOX, GATA, SOX i ETS. Mezenchyma, z której powstają naczynia i mięśnie gładkie oskrzeli, poddana jest działaniu innych czynników, takich jak FOXF1, POD1, geny GLI i HOX. Dla prawidłowej morfogenezy płuc konieczne są jednak sygnały płynące z obu układów.

Rycina 1.1. Udział czynników wzrostu w morfogenezie płuc.

Do zainicjowania rozwoju zawiązka płuca z endodermy poprzez czynnik TTF-1 oprócz jego obecności konieczny jest pochodzący z rozwijającej się mezenchymy sygnał, jakim jest udział czynników m.in. z rodziny FGF (fibroblast growth factor). Brak lub niedobór czynników transkrypcyjnych modyfikuje ekspresję genów i skutkuje – w zależności od czasu i znaczenia danego czynnika – zahamowaniem rozwoju morfologicznego lub czynnościowego płuc na różnych etapach. Wcześnie występujące zaburzenia są zazwyczaj związane z procesami organogenezy, np. z agenezją płuc. Występowanie nieprawidłowości na końcowych etapach rozwoju układu oddechowego wiąże się z zaburzeniami jego dojrzewania, takimi jak: dysfunkcja białek surfaktantu czy upośledzona alweolaryzacja. Wskazuje się również na możliwe związki z etiopatogenezą niektórych nowotworów, zwłóknieniem płuc czy astmą.

Znajomość etapów rozwoju układu oddechowego pomaga w lepszym zrozumieniu występowania wad układu oddechowego, niektórych chorób płuc oraz zmian im towarzyszących. W tabeli 1.2 przedstawiono fazy rozwoju płuc, w których powstają niektóre wady układu oddechowego.

Tabela 1.2. Fazy rozwoju układu oddechowego a powstawanie wad

Faza rozwoju układu oddechowego

Wada

Faza embrionalna

(4.–6. tydzień)

Agenezja płuca

Aplazja płuca

Przetoka przełykowo-tchawicza (atrezja przełyku)

Torbiel oskrzelopochodna

Faza rzekomogruczołowa

(6.–16. tydzień)

Hipoplazja płuc

Sekwestracja

Torbiele płuc

Wrodzona torbielowatość gruczolakowata (CCAM)

Naczyniakowatość chłonna płuc

Malacja tchawicy lub oskrzeli

Przepuklina przeponowa

Faza kanalikowa

(16.–26. tydzień)

Hipoplazja płuc

Dysplazja pęcherzykowo-włośniczkowa

Niedojrzałość płuc i niedobór surfaktantu

Faza woreczków końcowych

(26.–36. tydzień)

Hipoplazja płuc

Niedobór surfaktantu

Nadciśnienie płucne

Faza pęcherzykowa

(> 36. tygodnia)

Zespół zaburzeń oddychania noworodków (RDS)

Przejściowe tachypnoë noworodków

Dysplazja oskrzelowo-płucna

Rozedma płatowa

Nadciśnienie płucne

1.1.1. Rozwój krążenia płucnego

Równolegle do rozwoju dróg oddechowych przebiega unaczynienie miąższu płucnego. Jest ono szczególnie intensywne w okresie kanalikowym. Na kolejnych etapach rozwoju naczynia zbliżają się do przyszłych pęcherzyków płucnych, aby ułatwić wymianę gazową. Ponieważ przed porodem płuca nie zawierają powietrza, najsilniejszy bodziec regulujący przepływ płucny, jakim jest ciśnienie parcjalne tlenu wewnątrz pęcherzyków, doprowadza do skurczu naczyń płucnych. Wzrost ciśnienia w tętnicach płucnych przekierowuje krew z krążenia płucnego przez przewód tętniczy do krążenia systemowego. Na rycinie 1.2 przedstawiono niektóre wskaźniki charakteryzujące krążenie płodowe.

Po urodzeniu dochodzi do wypełnienia powietrzem pęcherzyków płucnych, rozkurczu błony mięśniowej naczyń płucnych (w którym bierze udział tlenek azotu – NO), spadku ciśnienia tętniczego krwi w krążeniu małym, zamknięcia przewodu tętniczego i uruchomienia właściwej perfuzji płucnej. Mechanizm regulacyjny przepływu krwi zależny od hipoksji, związany z NO, kieruje krew do obszarów płuc dobrze wentylowanych w celu zachowania jak największej efektywności wymiany gazowej. Zaburzenia funkcjonowania tego mechanizmu mogą prowadzić do utrzymywania się wysokiego ciśnienia w tętnicach płucnych, podtrzymania drożności przewodu tętniczego i w konsekwencji do przecieku nieutlenowanej krwi do krążenia systemowego. Ten stan, nazywany do niedawna przetrwałym krążeniem płodowym, a obecnie przetrwałym nadciśnieniem płucnym, prowadzi w konsekwencji do niedotlenienia i upośledzenia dostarczania tlenu tkankom.

1.2. BUDOWA UKŁADU ODDECHOWEGO
Marek Kulus

Płuca noworodka zaledwie w czasie kilku sekund po urodzeniu muszą podjąć czynność oddechową, która w pełni zapewni mu właściwą wymianę gazową. Chociaż z oczywistych względów płuca są mniejsze, to liczba płatów, segmentów płuc oraz rozgałęzień przewodzących dróg oddechowych jest już stała. Nie znaczy to, że układ oddechowy dziecka nie zmienia się z wiekiem. Ze względu na niedojrzałość strefy wymiany gazowej rozwija się ona nadal po urodzeniu, a najbardziej intensywne zmiany następują w pierwszych miesiącach życia.

Rycina 1.2. Krążenie płodowe. IVC – żyła główna dolna, SVC – żyła główna górna, PV – żyła płucna, RA – prawy przedsionek, LA – lewy przedsionek, RV – prawa komora, LV – lewa komora, DA – przewód tętniczy.

Górne drogi oddechowe

Szparę głośni uznaje się za umowne miejsce podziału na górne i dolne drogi oddechowe. Istnieje wiele odrębności fizjologicznych wieku rozwojowego, dotyczących mechanizmu oddychania, związanych z górnymi drogami oddechowymi. Przykładem jest „przymus” oddychania noworodków przez nos. Przy niedrożności nozdrzy tylnych istnieje możliwość wystąpienia ostrych zaburzeń oddychania u dzieci, które w późniejszym wieku bez większych problemów są zdolne do „przełączenia się” na oddychanie przez usta. Jednym z powodów braku takiej umiejętności jest niedojrzałość mechanizmów koordynujących oddychanie z bodźcami pochodzącymi z jamy ustnej i gardła. Zaburzenia mogą ulegać poprawie przy wymuszonej wentylacji przez usta, jak ma to miejsce podczas płaczu dziecka. Około 40% donoszonych noworodków szybko nabywa umiejętność swobodnego „przełączania” sposobu oddychania z nosowego na ustny. Brak takich zdolności powoduje, że nawet stosunkowo niewielkie upośledzenie drożności nosa przez wydzielinę lub obrzęk zaburza sprawność wentylacji i powoduje niewspółmiernie silniej wyrażone objawy i wpływ na stan ogólny niż ma to miejsce w późniejszym wieku.

Znaczące odrębności wieku rozwojowego charakteryzują również krtań. U dzieci młodszych jest ona położona wysoko, na poziomie kręgów C2–C4. Znajduje się tutaj najwęższe miejsce dla przepływu powietrza, co fizjologicznie ułatwia fonację. Jednocześnie stwarza to poważne ryzyko dla stosunkowo łatwego upośledzenia drożności mogącego stanowić bezpośrednie zagrożenie życia. Specyfika budowy anatomicznej krtani, która w tym wieku charakteryzuje się lejkowatym kształtem ze stosunkowo długą, wygiętą nagłośnią i fizjologicznie węższą okolicą podgłośniową, predysponuje do występowania zaburzeń drożności. Dodatkowo szkielet tego odcinka zbudowany jest z chrząstki typu szklistego i we wczesnym dzieciństwie może być często bardzo wiotki. Z czasem część chrząstek przekształca się w chrząstkę sprężystą, chrząstka nagłośni częściowo w chrząstkę włóknistą, a chrząstki pierścieniowata, tarczowata i nalewkowa, zachowując typ chrząstki szklistej, mogą wapnieć i kostnieć.

Dolne drogi oddechowe

Wielkość płuc noworodka w stosunku do objętości klatki piersiowej jest mniejsza niż u dzieci starszych, a śródpiersie, serce i grasica zajmują proporcjonalnie większą przestrzeń niż ma to miejsce w późniejszym okresie. Krótsze są drogi przewodzące, w tym przede wszystkim tchawica i oskrzela główne. Obwodowe drogi oddechowe u najmłodszych dzieci, nawet w stosunku do proporcji ich ciała, są bardzo wąskie, co bezpośrednio powoduje skłonność do łatwiejszego upośledzania przepływu powietrza. Średnica oskrzeli płatowych u noworodków jest niewiele większa od kalibru, który uznawany jest u dorosłych za strefę drobnych oskrzeli. Dlatego u dzieci zamiast terminu „drobne oskrzela” bardziej logiczne jest używanie pojęcia „oskrzela obwodowe”, które obejmuje drogi oddechowe poniżej 12. generacji.

Strefa przewodząca i strefa oddechowa

Drogi oddechowe podlegają 23 dychotomicznym podziałom, a na ich końcu znajdują się pęcherzyki płucne. Pod względem czynnościowym układ oddechowy można podzielić na dwie strefy: przewodzącą i oddechową (nazywaną także strefą wymiany lub dyfuzji).

Tchawica dzieli się na 2 oskrzela główne przeprowadzające powietrze odpowiednio do prawego i lewego płuca. W płucu prawym oskrzele główne ulega podziałowi na 3 oskrzela płatowe, a płucu lewym na 2. Do 10 segmentów płuc po stronie prawej prowadzą oskrzela segmentowe, podczas gdy po stronie lewej jest ich 9. Segmenty płuc są takimi jednostkami podziału, które mogą podlegać resekcji bez naruszenia struktury jednostek sąsiadujących. Pod względem anatomiczno-funkcjonalnym najmniejszą jednostką podziału miąższu płuc jest gronko. Powietrze do gronka doprowadza oskrzelik końcowy. Kilkanaście gronek tworzy zrazik, który jest oddzielony od pozostałego miąższu płucnego łącznotkankowymi przegrodami międzyzrazikowymi. Oskrzeliki doprowadzające powietrze do zrazika znajdują się wraz z tętnicami płucnymi w jego centrum, podczas gdy żyły płucne przebiegają w przegrodach międzyzrazikowych.

Rycina 1.3. Schemat dróg oddechowych z podziałem na strefę przewodzącą i wymiany.

Strefa przewodząca (generacje 1.–16.)

Strefa przewodząca sięga oskrzelików końcowych, to jest 16. generacji drzewa oskrzelowego i odpowiada za dostarczenie powietrza do tych części płuc, w których odbywa się wymiana gazowa. Jej sumaryczne pole przekroju jest wielokrotnie mniejsze od strefy wymiany, co wiąże się z większą prędkością i turbulentnym charakterem przepływu powietrza. Powoduje to zwiększenie oporów oddychania w tym obszarze w stosunku do dolnych dróg oddechowych. Jeżeli przyjmiemy, że średnica oskrzela głównego w 1. rż. wynosi 4 mm, to jednomilimetrowy obrzęk spowoduje zmniejszenie pola przekroju o 75% i 16-krotny wzrost oporu przy przepływie laminarnym, a 32-krotny przy przepływie burzliwym. W wieku szkolnym, kiedy średnica oskrzela głównego sięga około 8 mm, przy jednomilimetrowym obrzęku pole powierzchni zmniejsza się o 44%, a opory wzrastają odpowiednio już „jedynie” 3- i 5-krotnie.

Rycina 1.4. Pole przekroju dróg oddechowych w zależności od ich generacji.

Budowa histologiczna tchawicy i oskrzeli jest podobna. Błona śluzowa pokryta jest nabłonkiem wielorzędowym urzęsionym. Oprócz komórek urzęsionych odpowiedzialnych przede wszystkim za transport śluzowo-rzęskowy występują tutaj komórki kubkowe, surowicze, ziarniste (endokrynowe, neuroendokrynne) oraz podstawne. Komórki podstawne stanowią pulę komórek progenitorowych, z których powstają inne komórki nabłonka. Specyfika wieku dziecięcego dotyczy głównie liczby komórek ziarnistych i kubkowych. Komórki neuroendokrynne są bardzo liczne w życiu płodowym, a ich liczba zmniejsza się stopniowo po urodzeniu. Także liczba komórek kubkowych jest wielokrotnie większa u noworodków i niemowląt niż u dorosłych. U człowieka dorosłego stosunek liczby komórek urzęsionych do kubkowych jest bardziej korzystny i wynosi w warunkach prawidłowych od 5 do 1. Za wydzielanie śluzu odpowiadają głównie gruczoły śluzowe z nielicznymi komórkami surowiczymi, znajdujące się w błonie podśluzowej. Liczba gruczołów śluzowych może wynosić nawet do 17 na mm² u najmłodszych dzieci, podczas gdy u dorosłych jedynie 1 na mm². Wydzielina gruczołów śluzowych pokrywa powierzchnię nabłonka, umożliwiając ruch rzęsek i transport zawieszonych w śluzie zanieczyszczeń w kierunku jamy ustnej. Jego skład nie jest jednorodny. Bardziej płynna warstwa śluzu, nazywana zolem, otacza bezpośrednio rzęski, podczas gdy na powierzchni znajduje się warstwa żelu, będąca wydzieliną o większej lepkości.

Zaburzenia jakości i proporcji wydzielanego śluzu o różnej lepkości mogą wpływać na transport śluzowo-rzęskowy, który dokładniej został opisany w rozdziałach dotyczących zespołu dyskinetycznych rzęsek i mukowiscydozy. Stanem, w którym może również dochodzić do zaburzeń transportu śluzowo-rzęskowego, jest odwodnienie, gdzie zmniejsza się warstwa zolu, a rzęski zatopione w żelu nie mogą się efektywnie poruszać. Zwiększenie ilości zolu, związane np. z hipersekrecją śluzu wskutek stosowania leków wykrztuśnych, skutkuje natomiast brakiem kontaktu szczytowej części rzęsek z żelem, co również upośledza efektywność oczyszczania dróg oddechowych.

U małych dzieci istnieje naturalna skłonność do nadprodukcji śluzu nakładająca się na nieefektywny odruch kaszlowy. Efektem tego są problemy związane z ewakuacją śluzu, co w praktyce przekłada się na nasilenie zaburzeń i złą tolerancję leków stymulujących jego wydzielanie, obserwowanych szczególnie u niemowląt.

Szkielet tchawicy i oskrzeli stanowi błona podśluzowa z zawartymi w niej chrząstkami. Mające kształt podkowiasty chrząstki tchawicy są skierowane częścią otwartą ku tyłowi. Część tylna składa się oprócz błony włóknistej z ułożonych poprzecznie i podłużnie licznych pęczków włókien mięśniowych. Struktura szkieletu ulega zmianie wraz z kolejnymi podziałami drzewa oskrzelowego. Zamknięte pierścienie chrzęstne oskrzeli zastępowane są stopniowo przez chrzęstne płytki. Mięśnie gładkie położone pomiędzy strukturami chrzęstnymi regulują średnicę światła tchawicy i oskrzeli.

Oskrzeliki w swojej ścianie nie zawierają już chrząstki. Funkcję podtrzymującą spełniają mięśnie gładkie oraz elementy sprężyste otaczającego miąższu płuc. Zbliżając się do strefy wymiany, nabłonek wielorzędowy przechodzi stopniowo w urzęsiony jednowarstwowy nabłonek sześcienny, zanikają gruczoły śluzowe i komórki kubkowe, a pojawiają się nieurzęsione komórki maczugowate (d. Clara). Funkcją tych ostatnich jest m.in. produkcja surfaktantu w oskrzelikach oraz udział w procesach detoksykacyjnych układu oddechowego. Średnica oskrzelików ze względu na i tak już mały kaliber pozostaje względnie stała. Zwiększające się wraz z kolejnymi generacjami sumaryczne pole przekroju w istotny sposób wpływa na wentylację płuc. Zwalnia się przepływ powietrza i ma on charakter laminarny. Obfitość elementów kurczliwych oraz łatwość reagowania obrzękiem na mediatory zapalenia sprawiają jednak, że obszar ten odgrywa znaczącą rolę w patogenezie chorób obturacyjnych płuc.

Strefa oddechowa (17.–23. generacja)

W strefie oddechowej dochodzi do wymiany gazowej. U dorosłych oskrzeliki końcowe rozgałęziają się poprzez oskrzeliki oddechowe do około 100 przewodów pęcherzykowych i 2000 pęcherzyków. Końcową jednostkę oddechową stanowi gronko utworzone przez kilka lub kilkanaście oskrzelików oddechowych oraz ich kolejne rozgałęzienia wraz z pęcherzykami płucnymi. Pęcherzyki płucne zaczynają się pojawiać już bezpośrednio w oskrzelikach oddechowych, tj. między 17. a 19. generacją drzewa oskrzelowego. W przewodach pęcherzykowych i woreczkach pęcherzykowych, które stanowią kolejne podziały od 20. do 22., pęcherzyki stanowią już część składową ich ściany.

Oskrzeliki oddechowe początkowo pokrywa nabłonek urzęsiony sześcienny, który staje się coraz bardziej płaski i pozbawiony rzęsek. Nadal obecne są komórki maczugowate, a włókna mięśniowe są rozsiane i mniej liczne, chociaż sięgają aż do wejścia pęcherzyków płucnych.

Pęcherzyki płucne swoim kształtem przypominają ³/₄ kuli. U człowieka dorosłego jest ich około 300 mln, co sumarycznie tworzy powierzchnię wymiany gazowej bliską 70 m². U noworodka liczba pęcherzyków wynosi około 24 mln, a ich łączna powierzchnia liczy około 2,8 m². Pęcherzyk jest zbudowany głównie z płaskich pneumocytów I typu, które mimo że stanowią 20–40% składu komórkowego, to tworzą blisko 90% powierzchni pęcherzyków. Znacznie liczniejsze są ziarniste, sześcienne pneumocyty II typu, których główną funkcją jest produkcja surfaktantu. Są one ponadto multipotencjalne i mogą przekształcać się w komórki typu I. Pęcherzyki oplata sieć naczyń krwionośnych, w których odbywa się wymiana gazowa, oraz mniej licznych naczyń limfatycznych. Pęcherzyki płucne oddzielają od siebie łącznotkankowe przegrody międzypęcherzykowe, które zbudowane są z włókien kolagenowych i elastynowych. Sąsiadujące pęcherzyki mogą być ze sobą połączone otworami zlokalizowanymi w ich przegrodach, które noszą nazwę porów Kohna. Najmniej licznymi komórkami znajdującymi się w świetle pęcherzyków płucnych są makrofagi płucne pełniące ważne funkcje odpornościowe.

U dzieci bezpośrednio po porodzie pęcherzyki płucne nie są jeszcze w pełni wykształcone. Następuje to około 2 miesiące po urodzeniu. U niemowlęcia pęcherzyki są nadal mniejsze niż u dorosłego, ale z wiekiem zwiększa się ich wielkość i liczba. Do pełnej alweolaryzacji płuc dochodzi stopniowo w czasie pierwszych 4.–8. lat życia, kiedy to następuje około 10-krotne zwiększenie liczby pęcherzyków płucnych, obecne są pory Kohna i kanały Lambert, a powierzchnia wymiany w 8. rż. zbliża się do 30 m².

Opłucna

Od strony zewnętrznej płuco otacza opłucna, która jest błoną surowiczą zbudowaną głównie z tkanki łącznej zawierającej naczynia krwionośne i chłonne. Na opłucną składają się 2 blaszki błony, które tworzą jamę opłucnej, pokryte od wewnątrz nabłonkiem mezotelialnym. Jedna z blaszek pokrywająca bezpośrednio płuco nazywana jest opłucną płucną, a druga, przylegająca do ściany klatki piersiowej, opłucną ścienną. Jama opłucnej stanowi małą przestrzeń wypełnioną niewielką ilością płynu surowiczego będącego zasadniczo przesiękiem, który ułatwia wzajemne przesuwanie się blaszek podczas oddychania. W stanach patologicznych w jamie opłucnej może gromadzić się znacząca ilość płynu lub powietrza, powodując ucisk płuca i zaburzając jego prawidłowe rozprężenie.

Unaczynienie płuc

Krążenie płucne (krążenie małe) odpowiada głównie za efektywne przeprowadzenie wymiany gazowej w płucach. Krew dopływająca do płuc pochodzi z pnia płucnego, rozgałęziającego się na prawą i lewą tętnicę płucną oraz kolejne rozgałęzienia zgodne z podziałem anatomicznym płuc na płaty, segmenty itd. Jest to krew odtlenowana, która przechodząc następnie przez sieć naczyń pęcherzyków płucnych, ulega utlenowaniu. Żyły płucne odprowadzają krew wysyconą tlenem do lewego przedsionka, która jest de facto krwią tętniczą. Inny rodzaj unaczynienia stanowią tętnice oskrzelowe, odchodzące od aorty oraz tętnicy piersiowej wewnętrznej. Dostarczana przez nie krew ma znaczenie odżywcze dla zaopatrywanych obszarów i nie bierze udziału w wymianie gazowej. Spływ żylny odbywa się do krążenia systemowego poprzez żyły nieparzyste lub ramienno-głowowe. Czasami część żył oskrzelowych uchodzi do żył płucnych wprowadzając domieszkę krwi żylnej do krwi już utlenowanej, dostającej się do lewego przedsionka.

Śródpiersie

Jest zawartą w klatce piersiowej przestrzenią znajdującą się pomiędzy płucami, mostkiem i kręgosłupem. Od dołu śródpiersie ogranicza przepona, a od góry otwór górny klatki piersiowej. Śródpiersie podzielono umownie na górne i dolne, które z kolei podzielono na przednie, środkowe i tylne (tab. 1.3).

Odrębności morfologiczno-czynnościowe układu oddechowego u dzieci

Układ oddechowy w różnych okresach rozwoju dziecka wykazuje wiele odrębności w stosunku do układu oddechowego dzieci starszych i dorosłych.

Tabela 1.3. Śródpiersie – granice i zawartość

Lokalizacja

Granice

Zawartość

Śródpiersie górne

Przód – mostek

Tył – kręgi piersiowe

Góra – otwór górny klatki piersiowej

Dół – powyżej linii – połączenie rękojeści mostka z trzonem i IV kręg piersiowy

Grasica

Żyły ramienno-głowowe

Żyła główna górna

Łuk aorty

Nerwy błędne z nerwami krtaniowymi wstecznymi

Pień współczulny

Przełyk

Tchawica

Węzły chłonne przytchawicze i tchawiczo-oskrzelowe

Przewód piersiowy

Śródpiersie dolne

Przednie

Przód – mostek

Tył – worek osierdziowy

Góra – poniżej linii – połączenie rękojeści mostka z trzonem i IV kręg piersiowy

Dół – przepona

Więzadło mostkowo-osierdziowe

Gałęzie śródpiersiowe tętnic piersiowych wewnętrznych

Węzły chłonne śródpiersiowe przednie, przedosierdziowe

Środkowe

Przód – przednia ściana worka osierdziowego

Tył – tylna ściana worka osierdziowego

Góra – poniżej linii – połączenie rękojeści mostka z trzonem i IV kręg piersiowy

Dół – przepona

Serce, osierdzie

Aorta wstępująca

Żyła główna górna

Żyła nieparzysta

Rozdwojenie tchawicy

Oskrzela główne

Pień płucny

Tętnice i żyły płucne

Żyła główna dolna

Węzły chłonne tchawiczo-oskrzelowe

Nerwy przeponowe

Naczynia osierdziowo-przeponowe

Tylne

Przód – tylna ściana worka osierdziowego

Tył – tylna ściana klatki piersiowej

Góra – poniżej linii – połączenie rękojeści mostka z trzonem i IV kręg piersiowy

Dół – przepona

Przełyk

Nerwy błędne

Część zstępująca aorty

Przewód piersiowy

Żyła nieparzysta krótka

Węzły śródpiersiowe tylne i przedkręgowe

Tabela 1.4. Odrębności rozwojowe układu oddechowego u dzieci

Klatka piersiowa

Strefa przewodząca

Strefa wymiany

– klatka piersiowa noworodka o zwiększonym wymiarze przednio-tylnym i horyzontalnym położeniu żeber – wzrost wentylacji przez zwiększenie częstości, a nie pogłębienie oddechu

– klatka piersiowa noworodka m.in. ze względu na obecność chrząstek bardziej podatna na deformacje

– przepona o mniejszej ilości masy mięśniowej

– płaska pozycja przepony

– światło obwodowych oskrzeli do 4. rż. bardzo wąskie (szybszy rozwój strefy wymiany niż strefy przewodzącej)

– obniżona ilość elementów sprężystych

– niedojrzała struktura szkieletu chrzęstnego

– skłonność błony śluzowej do obrzęku

– większa liczba gruczołów śluzowych, komórek kubkowych – nadprodukcja śluzu

– podatność nabłonka na uszkodzenie podczas infekcji

– niedojrzałość nieswoistych mechanizmów obronnych

– nieefektywny odruch kaszlowy – problemy z drenażem zakażonej wydzieliny dróg oddechowych podczas infekcji

– upośledzona wentylacja oboczna do 8. rż. (rozwój kanałów Lambert i porów Kohna) – łatwość powstawania niedodmy i rozedmy

– niepełny rozwój pęcherzyków

– większa objętość zamykania

– zaburzenia stosunku wentylacji do przepływu (V/Q)

– niższe ciśnienia parcjalne tlenu we krwi tętniczej u noworodków i niemowląt

1.3. FIZJOLOGIA I PATOFIZJOLOGIA ODDYCHANIA

1.3.1. Wymiana gazowa i kontrola oddychania
Marek Kulus

Podstawową funkcją układu oddechowego jest wymiana gazowa. Podczas oddychania dochodzi do pobierania tlenu z powietrza i dostarczania go do krwi i tkanek oraz do wydalania ze krwi wytworzonego w organizmie dwutlenku węgla. Zdrowy człowiek w trakcie przemian metabolicznych zużywa nieco więcej tlenu niż wydala dwutlenku węgla, a współczynnik wymiany (R CO₂/O₂) wynosi 0,7–1,0, zazwyczaj 0,8.

Powietrze atmosferyczne składa się z 2 głównych składników – około 21% tlenu i 79% azotu. Azot jako gaz obojętny nie bierze udziału w wymianie gazowej. Stężenia tlenu i dwutlenku węgla ulegają natomiast zmianie w zależności od miejsca pomiaru i faz cyklu oddechowego. W tabeli 1.5 przedstawiono skład gazów w układzie oddechowym i ich ciśnienia parcjalne.

Podczas wdechu powietrze atmosferyczne, zanim dostanie się do pęcherzyków płucnych, przechodzi przez część przewodzącą dróg oddechowych. W przestrzeni martwej, na którą składają się: jama ustna, nosowo-gardłowa, krtań, tchawica, oskrzela i oskrzeliki, nie dochodzi do wymiany gazowej, powietrze ulega natomiast wysyceniu parą wodną. Ciśnienie parcjalne nasyconej pary wodnej (pH₂O) wynosi 47 mm Hg. Objętość anatomicznej przestrzeni martwej liczy 25–30% objętości oddechowej (TV), to jest w przybliżeniu: u dorosłych 130–180 ml, a u dzieci około 2 ml/kg mc.

Tabela 1.5. Ciśnienia parcjalne gazów w układzie oddechowym

Powietrze atmosferyczne

Powietrze wdychane (wartości średnie) [pi]

Powietrze pęcherzykowe

(wartości średnie) [pA]

Powietrze wydychane (wartości średnie) [pe]

%

mm Hg

mm Hg

%

mm Hg

mm Hg

O₂

20,93

159

149,2

14,6

104

120

CO₂

0,04

0,3

0,3

5,6

40

27

N₂ i inne gazy

79

600,6

563,5

79

569

566

H₂O

0

47

47

47

Rycina 1.5. Stężenie gazów w powietrzu wdychanym, pęcherzykowym i wydychanym.

Stężenie dwutlenku węgla w powietrzu pęcherzykowym zależy wprost proporcjonalnie od jego ilości wytworzonej w organizmie i odwrotnie proporcjonalnie od wentylacji pęcherzykowej. Różnice w średnich ciśnieniach parcjalnych tlenu i dwutlenku węgla w powietrzu wdychanym, pęcherzykowym i wydychanym wynikają z mieszania się z powietrzem pochodzącym z przestrzeni martwej. Oprócz anatomicznej przestrzeni martwej istnieją w płucach obszary, które nie mają odpowiedniego przepływu krwi dla efektywnej wymiany gazowej i stanowią fizjologiczną przestrzeń martwą. W płucach na stałe znajduje się pewna ilość powietrza niepozwalająca na zapadanie się pęcherzyków podczas wydechu, którą nazywamy czynnościową pojemnością zalegającą (FRC). Objętość oddechowa (TV) powietrza, która podczas każdego wdechu dostaje się do pęcherzyków, miesza się z zalegającym tam powietrzem. Ponieważ TV stanowi tylko około 15% FRC, dlatego w wyniku „buforowania” przez FRC zmiany ciśnień parcjalnych tlenu i dwutlenku węgla w pęcherzykach płucnych (pAO₂ i pACO₂) podczas wdechu i wydechu są stosunkowo niewielkie; pAO₂ zmienia się jedynie o 2–4 mm Hg wokół wartości 104 mm Hg.

Rycina 1.6. Wpływ przestrzeni martwej na wentylację pęcherzykową.

Wymiana gazowa pomiędzy krwią w kapilarach płucnych a powietrzem pęcherzykowym odbywa się na zasadzie dyfuzji, zgodnie z gradientem ciśnień. W tętnicach płucnych ciśnienie parcjalne CO₂ (paCO₂) wynosi 46 mm Hg, podczas gdy tlenu (paO₂) 40 mm Hg. W pęcherzykach płucnych ciśnienia parcjalne dwutlenku węgla (pACO₂) i tlenu (pAO₂) wynoszą odpowiednio 40 mm Hg i 104 mm Hg. Oba gazy dyfundując w przeciwnych kierunkach przez barierę pęcherzykowo-włośniczkową osiągają stan równowagi ciśnień po około 0,25 s. Chociaż dyfuzja dwutlenku węgla jest ponad 20 razy szybsza niż tlenu, to jednak ze względu na różnice gradientów ciśnień, które wynoszą dla CO₂ około 5 mm Hg, a dla O₂ 60 mm Hg, szybkość transferu obu gazów pozostaje podobna. Ponieważ krew w kapilarach płucnych w warunkach zwykłej aktywności przebywa około 0,75 s, istnieje dość znaczna fizjologiczna rezerwa umożliwiająca utrzymanie właściwej wymiany gazowej nawet w stanach patologicznych. Krew w żyłach płucnych, po dokonanej wymianie gazowej ma cechy krwi tętniczej i pvO₂ wynosi 100 mm Hg, podczas gdy pvCO₂ 40 mm Hg.

U zdrowych stężenie dwutlenku węgla w pęcherzykach płucnych znajduje się w równowadze ze stężeniem CO₂ we krwi tętniczej. Znaczące zwiększenie wentylacji może więc powodować hipokapnię (< 35 mm Hg), a hipowentylacja może skutkować hiperkapnią (> 45 mm Hg). Jeżeli wentylacja dwukrotnie wzrasta, to ciśnienie parcjalne CO₂ dwukrotnie się zmniejsza. Przy dwukrotnym zmniejszeniu wentylacji dochodzi do dwukrotnego zwiększenia ciśnienia paCO₂. Hipowentylacja może być pochodzenia centralnego lub obwodowego. Do zaburzeń ośrodka regulacji oddychania może dochodzić np. w zespole hipowentylacji ośrodkowej czy wskutek stosowania leków hamujących jego działanie. W zaburzeniach obwodowych zmniejszenie wentylacji pęcherzykowej jest spowodowane upośledzeniem drożności dróg oddechowych, nieprawidłową czynnością efektorową przepony, mięśni biorących udział w oddychaniu, a także zaburzeń ze strony ściany klatki piersiowej.

Rycina 1.7. Ciśnienia gazów podczas wymiany gazowej.

Z równania gazu pęcherzykowego wynikają wzajemne zależności pomiędzy ciśnieniem parcjalnym tlenu w powietrzu wdechowym a ciśnieniami tlenu i dwutlenku węgla w powietrzu pęcherzykowym (pAO₂ i pACO₂).

piO₂ = pAO₂ + pACO₂/R

Współczynnik wymiany R w warunkach prawidłowych wynosi 0,8.

W warunkach prawidłowych pAO₂ wynosi 104 mm Hg, a pACO₂ 40 mm Hg. Suma ciśnień obu gazów jest zatem równa 144 mm Hg. Przy zwiększeniu stężenia tlenu w powietrzu wdychanym dochodzi do zwiększenia ciśnienia parcjalnego tlenu w powietrzu pęcherzykowym i w efekcie sumy ciśnień pO₂ i pCO₂. Przybliżone ciśnienie parcjalne tlenu w powietrzu wdechowym (piO₂) można wyliczyć, mnożąc stężenie O₂ razy 7. Przykładowo, przy oddychaniu 30 lub 40% tlenem piO₂ wynosi odpowiednio około 210 mm Hg lub 280 mm Hg. Przy braku zaburzeń wymiany gazowej można oczekiwać, że ciśnienia pęcherzykowe pAO₂ będą równe 160 mm Hg lub 230 mm Hg.

Oddychanie tlenem o stężeniu 30% (Fi = 0,3)

pAO₂ = piO₂ – pACO₂/R 30 × 7 – 40/0,8 = 210 – 50 = 160 mm Hg

Oddychanie tlenem o stężeniu 40% (Fi = 0,4)

pAO₂ = piO₂ – pACO₂/R 40 × 7 – 40/0,8 = 280 – 50 = 230 mm Hg

Oddychanie tlenem o stężeniu 100% (Fi = 1,0)

pAO₂ = piO₂ – pACO₂/R 100 × 7 – 40/0,8 = 700 – 50 = 650 mm Hg

Ciśnienie parcjalne tlenu w pęcherzyku płucnym (pAO₂), pomimo odpowiednich warunków do wymiany gazowej, nie jest tożsame z ciśnieniem parcjalnym we krwi tętniczej (paO₂). Po wymianie przez błonę pęcherzykowo-włośniczkową ciśnienia tlenu we krwi tętniczej są nieco niższe niż w pęcherzykach płucnych. Różnicę tę nazywa się gradientem pęcherzykowo-tętniczym (paO₂-pAO₂). Jego przyczyną jest obecność domieszki nieutlenowanej krwi żylnej stanowiącej tzw. przeciek fizjologiczny oraz czynniki wpływające na dyfuzję tlenu. W warunkach prawidłowych wielkość przecieku nie przekracza 3–5%.

Przeciekiem uwarunkowanym anatomicznie jest spływ krwi pochodzącej z żył oskrzelowych do żył płucnych, bezpośrednich połączeń tętniczo-żylnych w łożysku naczyniowym płuc, a także żył wieńcowych uchodzących bezpośrednio do lewej komory (żył Tebezjusza). Przeciek fizjologiczny polega głównie na przepływie krwi przez obszary płuc niedostatecznie wentylowane. W warunkach prawidłowych stosunek wentylacji pęcherzykowej (VA) do przepływu krwi w płucach (Q) wynosi średnio 0,8 i jest dość znacznie zróżnicowany pomiędzy różnymi obszarami płuc. Zmniejszenie wentylacji w stosunku do przepływu, powodujące przeciek wewnątrzpłucny, może mieć miejsce w zapaleniach płuc czy niedodmie i wpływać na nieprawidłowe utlenowanie krwi. Hipoksemia w takiej sytuacji po zwiększeniu zawartości tlenu we wdychanym powietrzu nie ulegnie poprawie w takim stopniu, jak wynikałoby to z równania gazu pęcherzykowego, ponieważ pęcherzyki w obszarze przecieku wewnątrzpłucnego nadal pozostaną źle wentylowane, a „wzbogacone” w tlen powietrze do nich nie dotrze. paO₂ mniejsze niż 500 mm Hg podczas oddychania 100% tlenem, które w warunkach prawidłowych powinno wynosić około 650 mm Hg, może wskazywać na znaczący przeciek wewnątrzpłucny. Przeciek prawo-lewy nie wpływa w istotny sposób na paCO₂. Duży, 30% przeciek spowoduje wzrost paCO₂ o 30% różnicy pomiędzy krwią tętniczą a żylną, czyli jedynie o 2 mm Hg. Przy niedostatecznej wentylacji obszaru płuc o prawidłowym przepływie podczas oddychania powietrzem atmosferycznym pAO₂ zmniejsza się w kierunku wartości 40 mm Hg, podczas gdy pACO₂ ulega zwiększeniu w kierunku 46 mm Hg, to jest wartości charakteryzujących krew żylną.

Transport dwutlenku węgla i tlenu przez krew

Dwutlenek węgla jest transportowany we krwi głównie w formie jonów wodorowęglanowych (około 90%), w postaci fizycznie rozpuszczonej w osoczu (około 5%) oraz po związaniu z grupami aminowymi białek krwi, w tym z hemoglobiną jako karbaminohemoglobina (około 5%). Przemiany CO₂ do kwasu węglowego i dwuwęglanów zachodzą głównie wewnątrz erytrocytów przy udziale znajdującej się tam anhydrazy węglanowej i odgrywają jednocześnie zasadniczą rolę w gospodarce kwasowo-zasadowej organizmu. Dwutlenek węgla jest 20-krotnie bardziej rozpuszczalny we krwi od tlenu. 100 ml krwi przenosi przy ciśnieniu parcjalnym CO₂ 40 mm Hg około 48 ml dwutlenku węgla, z czego 2,4 ml to postać gazu fizycznie rozpuszczonego we krwi. Krzywa dysocjacji dwutlenku węgla ma przebieg zbliżony do liniowego i stąd bezpośrednia zależność pomiędzy jego wymianą a sprawnością wentylacji płuc w obszarach o dobrej perfuzji i gradientem pęcherzykowo-włośniczkowym.

Tlen po przejściu przez błonę pęcherzykowo-włośniczkową jest transportowany przez krew do tkanek docelowych. Zasadnicza jego część jest przenoszona po związaniu z hemoglobiną, a jedynie niewielka ilość w wyniku fizycznego rozpuszczenia w osoczu. W warunkach prawidłowych 100 ml krwi zawiera 0,3 ml fizycznie rozpuszczonego tlenu. Przy oddychaniu czystym tlenem ta wartość wzrasta do 2 ml. Znacznie bardziej efektywne jest przenoszenie tlenu przez hemoglobinę. 1 g hemoglobiny przy 100% wysyceniu wiąże 1,34 ml tlenu, czyli przy stężeniu hemoglobiny we krwi 15,0 g/100 ml 100 ml krwi przenosi około 20 ml tlenu.

Rycina 1.8. Wymiana gazowa w erytrocytach.

Cząsteczka hemoglobiny jest białkiem składającym się z 2 par podjednostek będących łańcuchami peptydowymi, w których skład wchodzą cząsteczki hemu. Hemoglobina u osób dorosłych (HbA) składa się z 2 podjednostek α i 2 podjednostek β. Jedna grupa hemowa zawierająca w warunkach prawidłowych dwuwartościowy atom żelaza posiada zdolność wiązania jednej cząsteczki tlenu. Dlatego jedna cząsteczka hemoglobiny może wiązać 4 cząsteczki tlenu. Opisano ponad 1000 rodzajów hemoglobiny, wśród których do najczęściej występujących oprócz HbA zalicza się hemoglobinę płodową (HbF) i hemoglobinę S (HbS). Hemoglobina u płodu zbudowana jest z 2 podjednostek α i 2 podjednostek γ i stopniowo ulega wymianie w ciągu pierwszych 100 dni po urodzeniu na HbA. Hemoglobina S osób chorujących na niedokrwistość sierpowatokrwinkową ma nieprawidłową budowę łańcucha β, spowodowaną punktową mutacją warunkującą zamianę kwasu glutaminowego na walinę. Ze zmianami budowy hemoglobiny wiąże się zmiana zdolności wiązania z tlenem. HbF ma zwiększone powinowactwo do tlenu, podczas gdy HbS zmniejszone. Oznacza to, że przy zwiększonym powinowactwie tlen łatwiej wiąże się z Hb, ale jest trudniej uwalniany do tkanek. Wartością charakteryzującą tę zdolność jest P₅₀, tj. ciśnienie parcjalne tlenu, przy którym hemoglobina jest w 50% wysycona tlenem. Dla HbA P₅₀ wynosi 27 mm Hg. Zdolność wiązania i uwalniania tlenu przez hemoglobinę nie jest liniowa i ma charakter krzywej sigmoidalnej. Krzywa dysocjacji oksyhemoglobiny przedstawiająca zależność pomiędzy ciśnieniem parcjalnym tlenu a stężeniem utlenowanej hemoglobiny zależy nie tylko od typu hemoglobiny, ale także warunków, w których dochodzi do wymiany gazowej. Zmniejszenie powinowactwa Hb do tlenu, a więc ułatwienie oddawania tlenu tkankom powoduje zwiększona temperatura ciała, zwiększone ciśnienie parcjalne CO₂ i stężenie bifosfoglicerynianu (2,3-DPG) oraz zmniejszone pH. W standardowych warunkach krew tętnicza jest wysycona w 97,5% tlenem (saturacja, SaO₂ = 97,5%) przy ciśnieniu równym 100 mm Hg (paO₂ = 100 mm Hg), a dla wartości charakteryzującej krew żylną (paO₂ = 40 mm Hg) saturacja wynosi 75%. Istotną informacją wynikającą z tej krzywej jest również punkt „wydolności oddychania”, w którym ciśnienie parcjalne tlenu pozwalające na rozpoznanie niewydolności oddychania paO₂ = 60 mm Hg odpowiada saturacji poniżej 92% (SaO₂ < 92%). Sigmoidalny przebieg krzywej wskazuje ponadto, że zwiększanie ciśnienia tlenu we krwi tętniczej powyżej 100 mm Hg nie wpływa istotnie na zawartość tlenu. Przy paO₂ = 100 mm Hg saturacja wynosi 97,5%, a przy paO₂ = 150 mm Hg, SaO₂ = 98,8%.

Niedokrwistość nie wpływa na przebieg krzywej dysocjacji oksyhemoglobiny. Ma jednak znaczenie dla ilości tlenu przenoszonego przez krew. Zmniejszenie stężenia hemoglobiny o połowę spowoduje dwukrotne zmniejszenie zawartości tlenu we krwi.

Methemoglobina jest postacią hemoglobiny A, w której atom żelaza został utleniony do trójwartościowego. Najczęściej dzieje się tak w wyniku ekspozycji na niektóre leki i związki chemiczne, takie jak np. nitroprusydek sodu, fenacetyna, sulfonamidy, azotyny czy anilina. Skutkuje to utratą zdolności hemoglobiny do przenoszenia tlenu. Methemoglobinemia może mieć także charakter wrodzony, kiedy hemoglobina ma nieprawidłową budowę (HbM) lub stwierdza się niedobór reduktaz methemoglobiny (reduktazy cytochromu b5).

Karboksyhemoglobina (HbCO) powstaje w wyniku połączenia hemoglobiny z tlenkiem węgla. Ponieważ powinowactwo CO do hemoglobiny jest ponad 200 razy większe od tlenu, reakcja związania przebiega wielokrotnie szybciej i blokuje miejsce przyłączania tlenu. W przypadku zatrucia tlenkiem węgla nie obserwuje się sinicy, w przeciwieństwie do methemoglobinemii. Objawy zatrucia występują zazwyczaj przy 20% stężeniu HbCO.

Tabela 1.6. Wartości prawidłowe badania gazometrycznego krwi tętniczej u dzieci

Niemowlęta

Dzieci w wieku szkolnym

paO₂

> 75 mm Hg

> 85 mm Hg

pH

7,32–7,45

7,35–7,45

paCO₂

25–43

35–45

HCO₃–

15–24

21–27

BE

(–6,6)–(–0,2)

(–2,5)–(2,5)

BE – nadmiar lub niedobór zasad, paCO₂ – ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla we krwi tętniczej, paO₂– ciśnienie parcjalne tlenu we krwi tętniczej.

Mechanizm działania tlenu pod zwiększonym ciśnieniem polega m.in. na wykorzystaniu zwiększenia ilości leczniczego tlenu fizycznie rozpuszczonego we krwi i dostarczenia go tkankom w sytuacji kiedy hemoglobina nie przenosi tlenu, jak np. w zatruciu tlenkiem węgla. Ciśnienie 2,5 atm. podczas oddychania 100% tlenem powoduje 20-krotne zwiększenie zawartości tlenu rozpuszczonego w 100 ml krwi do wartości 5,6 ml. Taka ilość zabezpiecza podstawowe potrzeby metaboliczne organizmu w stanie spoczynku. Dodatkowo w przypadku zatrucia CO w warunkach hiperbarycznych dochodzi do skrócenia okresu półtrwania karboksyhemoglobiny oraz przyspieszenia odłączania CO od mioglobiny i oksydazy cytochromowej.

Kontrola oddychania

Regulacja oddychania odbywa się poprzez współdziałanie szeregu procesów przebiegających na różnych piętrach układu nerwowego: w pniu mózgu z ośrodkiem oddechowym, w korze mózgowej z zachodzącymi w niej procesami kontroli snu, czuwania i świadomości, w ośrodkowych i obwodowych chemoreceptorach, a także receptorach płuc i mięśni. Ośrodkowy układ nerwowy poprzez ośrodek oddechowy w cykliczny sposób aktywuje czynność oddechową. Informacje docierające do ośrodka w sposób zwrotny modyfikują tę funkcję. Przykładowo stymulacja nerwu trójdzielnego wskutek pobudzenia zakończeń nerwowych znajdujących się na twarzy i błonie śluzowej nosa może zmniejszyć częstość oddechu, a nawet doprowadzić do jego zatrzymania. Wraz z wiekiem ten mechanizm stopniowo zanika. Także podrażnienie receptorów czuciowych krtani i nagłośni roztworem soli o niskim stężeniu może skutkować bezdechem. Wolno i szybko adaptujące się receptory drzewa tchawiczo-oskrzelowego i śródmiąższu płuc dostarczają ośrodkowemu układowi nerwowemu informacje o objętości płuc, stanie oskrzeli i siłach rozciągania na nie działających. Jeżeli dochodzi do rozciągnięcia i pobudzenia receptorów podczas wdechu, następuje wydłużenie wydechu i opóźnienie rozpoczęcia kolejnego wdechu. Receptory J są stymulowane m.in. podczas obrzęku płuc, co skutkuje przyspieszeniem oddechu z naprzemiennymi okresami krótkiego bezdechu.

Ośrodek oddechowy otrzymuje również informacje dotyczące ciśnień O₂, CO₂ i pH z receptorów znajdujących się w układzie krążenia, oddechowym i nerwowym. Stymulacja ośrodkowych chemoreceptorów przez zwiększone ciśnienie pCO₂ i stężenie H⁺ powoduje nasilenie wentylacji. Reakcja ta jest modulowana przez chemoreceptory obwodowe, wśród których najważniejsze są kłębki szyjne i kłębki aortalne. Bodźcem dla nich są z kolei głównie zmiany ciśnienia parcjalnego tlenu. U noworodków mechanizmy regulacyjne nie są w pełni wykształcone. Chociaż odpowiedź na zwiększone ciśnienia parcjalne CO₂ jest prawidłowa, to hipoksja nie powoduje wystarczającej stymulacji wentylacji. Stwierdzono, że zwiększenie wentylacji w pierwszych 12 godz. życia może być jedynie krótkotrwałe, a po nim następuje jej zmniejszenie, nawet poniżej wartości wyjściowych.

Tabela 1.7. Prawidłowa częstość oddechów u dzieci

Wiek

Prawidłowa częstość oddechów/min

Tachypnoë 1/min

Noworodki

30–50

> 60

Niemowlęta

25–40

> 50

Dzieci 2–5 lat

24–30

> 40

Dzieci > 6 lat

20–24

> 30

Nastolatki

12–20

1.3.2. Surfaktant i jego rola w układzie oddechowym
Marek Kulus

Surfaktant (SF) jest złożoną substancją lipidowo-białkową pokrywającą cienką warstwą płyn znajdujący się na powierzchni pęcherzyków płucnych i zmniejszającą jego napięcie powierzchniowe. Zapobiega w ten sposób zapadaniu się pęcherzyków podczas cyklu oddechowego i przesiękowi płynów do ich światła. Jest także czynnikiem pozwalającym na utrzymanie drożności drobnych oskrzeli – wpływa na znajdującą się tam wydzielinę i bierze udział w transporcie śluzowo-rzęskowym. Surfaktant odgrywa również w układzie oddechowym istotną rolę związaną z mechanizmami odporności i naprawy.

Synteza surfaktantu, który w około 90% składa się z lipidów i blisko w 10% z białek, jego wydzielanie i reabsorbcja odbywają się w pneumocytach II typu (PCII). Komórki te mają nie tylko unikalne zdolności do syntezy substancji o bardzo zróżnicowanych właściwościach, jakimi są białka hydrofilne i hydrofobowe, fosfolipidy i lipidy obojętne, ale także posiadają specyficzne organella komórkowe, jakimi są ciała lamelarne (CL). W nich właśnie, oprócz lipidów surfaktantu, gromadzone są białka surfaktantu B i C (SP-B, SP-C), a także wewnątrzkomórkowa frakcja białka A (SP-A). Transport zsyntetyzowanych w retikulum endoplazmatycznym fosfolipidów do ciał lamelarnych odbywa się przy udziale białka transportowego ABCA3 (ATP-binding cassette class A3). Zawartość ciał lamelarnych uwalniana jest w wyniku egzocytozy do wnętrza pęcherzyków płucnych, natomiast główna pula białka A i białko D wydzielana jest niezależnie od tego procesu. Tubularna mielina o charakterystycznej dwuwarstwowej strukturze uwolniona w obecności hydrofobowych białek SP-B i SP-C oraz białka SP-A podlega „rozpakowaniu” i przekształceniu się w funkcjonalnie aktywną postać monowarstwy fosfolipidów, odgrywając dalej kluczową rolę w czynności płuc. Cyklowi oddechowemu związanemu ze zmniejszaniem i powiększaniem się objętości pęcherzyka płucnego towarzyszy zmiana napięcia powierzchniowego, od < 2 mN/m do maksymalnie 20–25 mN/m. W uproszczeniu można przyjąć, że zmniejszenie średnicy pęcherzyków płucnych wiąże się z pogrubieniem warstwy surfaktantu na wewnętrznej powierzchni pęcherzyka, co powoduje zmniejszenie napięcia powierzchniowego, podczas gdy zwiększenie średnicy skutkuje ścieńczeniem warstwy surfaktantu i zwiększeniem napięcia powierzchniowego. Zmniejszenie napięcia powierzchniowego w małych pęcherzykach zapobiega ich zapadaniu się i opróżnianiu zawartości do dużych pęcherzyków, gwarantując stabilność wentylacji i wymiany gazowej. Główną rolę w tym procesie odgrywają fosfolipidy z dipalmitylofosfatydylocholiną (DPPC) na czele, przy udziale SP-B i SP-C.

Znajdujący się na powierzchni pęcherzyków surfaktant jest bardzo dynamicznie metabolizowany. 10–20% jego puli co 1 godz. ulega odnowieniu. 25–85% jest reabsorbowane przez pneumocyty II typu i ponownie magazynowane w ciałach lamelarnych lub podlega degradacji w lizosomach. Około 15% ulega katabolizmowi przez makrofagi płucne regulowanemu przez GM-CSF (granulocyte-macrophage colony-stimulating factor). Stosunkowo niewielka ilość wydostaje się z pęcherzyków płucnych do dróg oddechowych, a śladowe ilości do naczyń limfatycznych lub krążenia.

Skład surfaktantu

Skład surfaktantu przedstawiono w tabeli 1.8.

Tabela 1.8. Skład surfaktantu

Składnik

Zawartość (%)

Fosfolipidy

85

– Fosfatydylocholina

76,3

dipalmitylofosfatydylocholina

47,0

nienasycona fosfatydylocholina

29,3

– Fosfatydyloglicerol

11,6

– Fosfatydyloinozytol

3,9

– Fosfatydyloetanolamina

3,3

– Sfingomielina

1,5

– Inne

3,4

Lipidy obojętne

5

– Cholesterol, wolne kwasy tłuszczowe

Białka

10

– SP-A, SP-B, SP-C, SP-D

– Inne

Lipidy

Lipidy stanowią główny składnik surfaktantu – 85% to fosfolipidy, a 5% lipidy obojętne. Pośród fosfolipidów fosfatydylocholina jest podstawowym komponentem, a blisko 50% postaci tego związku to dwunasycona dipalmitylofosfatydylocholina (DPPC). DPPC uważana jest za główny związek warunkujący właściwości obniżające napięcie powierzchniowe surfaktantu nawet do wartości poniżej 1 mN/m. Fosfatydyloglicerol (PG) współdziała z białkami surfaktantu w jego homeostazie, wykazując właściwości hamujące zakażenia wirusowe i proces zapalny. Zmniejszenie jego ilości jest wczesnym i czułym wskaźnikiem zaburzeń funkcji płuc. Przy niedoborze PG część jego funkcji może podjąć fosfatydyloinozytol.

Białka

Białka surfaktantu można podzielić na dwie grupy: hydrofilowe SP-A i SP-D oraz hydrofobowe SP-B i SP-C. Białka A i D są glikoproteinami kolagenowymi pełniącymi funkcję zależnych od wapnia lektyn (stąd nazwa kolektyny). Chociaż SP-A bierze udział w tworzeniu tubularnej mieliny, to białka A i D jako kolektyny są ważnymi elementami wrodzonej odporności przeciw zakażeniom, mając jednocześnie mniejsze znaczenie dla podstawowej roli surfaktantu związanej z regulacją napięcia powierzchniowego. Hydrofobowe białka B i C są natomiast czynnościowo związane z fosfolipidami, ich rozmieszczaniem i gromadzeniem w ciałach lamelarnych oraz tworzeniem i utrzymywaniem warstwy surfaktantu na powierzchni pęcherzyków płucnych.

Białko surfaktantu A (SP-A) – jest kodowane przez 2 geny znajdujące się na chromosomie 10. Synteza rozpoczyna się w II trymestrze ciąży i ma miejsce w pneumocytach II typu, komórkach maczugowatych oraz komórkach wydzielniczych nabłonka tchawicy i oskrzeli, a poza układem oddechowym w gruczołach ślinowych, łzowych i żeńskich drogach rodnych. SP-A bierze udział w tworzeniu tubularnej mieliny, przyspiesza dystrybucję surfaktantu na powierzchni pęcherzyków płucnych i reguluje jego wydzielanie. Jego rola dla tych mechanizmów nie jest jednak kluczowa, ponieważ niedobór lub brak tego białka nie powoduje zazwyczaj znaczących zaburzeń metabolizmu surfaktantu i jego funkcji związanej z wymianą gazową. Główny mechanizm działania polega na udziale w procesach odpornościowych polegających na wiązaniu drobnoustrojów, w tym wirusów grypy, RSV i herpes simplex typu 1, bakterii, prątków i grzybów. Aktywuje fagocytozę Streptococcus pneumoniae, Streptococcus z grupy A, Staphylococcus aureus i Klebsiella. SP-A i SP-D mogą wykazywać bezpośrednią aktywność bakteriobójczą w stosunku do bakterii Gram-ujemnych, w wyniku zwiększania przepuszczalności ich błony komórkowej. Niedobór SP-A zwiększa podatność na zakażenia m.in. Streptococcus z grupy B, Pseudomonas aeruginosa, Haemophilus influenzae, RSV i Pneumocystis jiroveci. SP-A hamuje wydzielanie cytokin prozapalnych przez makrofagi w prawidłowych warunkach, a zwiększa ich produkcję w zakażeniach i uszkodzeniu płuc. Bierze udział w procesie apoptozy, z tym że jego aktywność jest mniejsza niż SP-D. Glikokortykosteroidy w małych dawkach stymulują, a w wysokich hamują syntezę SP-A.

Białko surfaktantu B (SP-B) – jako jedyne spośród wszystkich białek surfaktantu jest niezbędne dla podtrzymania funkcji oddechowej surfaktantu, brak tego białka u homozygot prowadzi do ciężkiej niewydolności oddychania i śmierci. SP-B odpowiada za gromadzenie fosfolipidów w ciałach lamelarnych, tworzenie tubularnej mieliny i wydzielanie na powierzchnię pneumocytów. Gen dla SP-B znajduje się na chromosomie 2. Produkcja tego białka u heterozygot mniejsza niż 25% prowadzi do niewydolności oddychania i podatności na uszkodzenie płuca. SP-B jest niezbędne również do aktywowania SP-C.

Białko surfaktantu C (SP-C) – z 4 białek surfaktantu SP-C jako jedyne jest syntetyzowane wyłącznie w pneumocytach II typu. Gen dla niego znajduje się na chromosomie 8. Zadaniem SP-C jest ułatwienie gromadzenia się i rozmieszczenia fosfolipidów. Niedobór tego białka nie jest krytyczny dla funkcji surfaktantu, może jednak powodować przewlekający się stan zapalny i brać udział w rozwoju chorób śródmiąższowych płuc. Identyczne mutacje białka C mogą dawać odmienne obrazy histopatologiczne i różne objawy kliniczne.

Białko surfaktantu D (SP-D) – jest kodowane przez gen znajdujący się na chromosomie 10, w pobliżu genów dla SP-A, i wytwarzane w pneumocytach II typu oraz w komórkach maczugowatych. Białko to jest lektyną zależną od wapnia i ważną składową odporności wrodzonej. Funkcja ta jest na tyle mocno wyrażona, że rekombinowane SP-D było badane jako czynnik terapeutyczny w zakażeniach układu oddechowego. Wiąże wirusy grypy A, SARS-CoV, RSV, bakterie Gram-dodatnie i Gram-ujemne. Wykazano jego aktywność przeciwko bakteriom z gatunku Mycoplasma, Pseudomonas i Klebsiella, niedobór SP-D nie upośledza odporności w stosunku do zakażeń Streptococcus pneumoniae i Haemophilus influenzae. Odgrywa ważną rolę w obronie przeciwko zakażeniom grzybiczym, co wykazano w zakażeniach Aspergillus, Histoplasma i Saccharomyces. Pomimo wiązania z Pneumocystis jiroveci, nie zwiększa jego fagocytozy przez makrofagi. Powoduje aglutynację Mycobacterium tuberculosis, jednak hamuje jego fagocytozę przez makrofagi. SP-D współdziała ponadto z makrofagami w procesie apoptozy. Bierze udział w procesie homeostazy surfaktantu, dlatego zaburzenie funkcji tego białka lub jego niedobór mogą prowadzić do proteinozy oraz zwiększenia wewnątrzkomórkowej puli surfaktantu, a także rozedmy i przewlekłego procesu zapalnego. W odróżnieniu od pozostałych białek surfaktantu nie angażuje się bezpośrednio w czynność polegającą na obniżeniu napięcia powierzchniowego, występuje głównie w postaci rozpuszczonej w płynie, na powierzchni pęcherzyków płucnych.

Białko transportujące ABCA3 (ATP-binding cassette class A3) – nie jest składnikiem surfaktantu. Rodzina tych białek bierze udział w transporcie przez błony komórkowe różnych stubstratów – zarówno małych jonów (np. Cl– – ABCC7 – znany jako CFTR – cystic fibrosis transmembrane conductance regulator), jak i dużych cząsteczek (np. cholesterolu – ABSA1). Gen kodujący ABCA3 znajduje się na 16. chromosomie. Samo białko występuje poza pneumocytami II typu również w wielu innych tkankach znajdujących się w przewodzie pokarmowym czy mózgu. W pneumocytach II typu odpowiada za transport lipidów przez błonę ciał lamelarnych i homeostazę surfaktantu. Znanych jest ponad 200 mutacji genu dla ABCA3 wiążących się z niedoborem surfaktantu, niewydolnością oddychania, a także chorobami śródmiąższowymi płuc u dzieci i dorosłych.

1.3.3. Odporność swoista i nieswoista
Wojciech Feleszko

W ciągu 1 min. przez drogi oddechowe dziecka w wieku przedszkolnym przepływa 5–6 l powietrza, co czyni je wrotami zakażenia dla licznych drobnoustrojów. Za zapobieganie zakażeniom w tym obszarze odpowiedzialna jest tkanka limfatyczna związana z błonami śluzowymi układu oddechowego (w oskrzelach BALT – bronchus-associated lymphoid tissue). Większość drobnoustrojów jest tolerowana i jako niepatogenna tworzy mikrobiom układu oddechowego.

Około 9. rż. dziecko uzyskuje zbliżony do dorosłego stan kompetencji immunologicznej. Do tego momentu odporność tworzy się w oparciu o nieunikniony kontakt z drobnoustrojami („trening immunologiczny”), w trakcie którego kształtuje się BALT, a usuwanie drobnoustrojów staje się coraz sprawniejsze.

Pierwsze lata życia dziecka charakteryzują się częstymi infekcjami za sprawą niedojrzałych mechanizmów obrony nieswoistej układu oddechowego. Średnia liczba infekcji w ciągu roku w grupie zdrowych dzieci w pierwszych 5–6 latach życia kształtuje się na poziomie 6–8 zakażeń w ciągu roku. Wykazano, że u dzieci uczęszczających do żłobka lub przedszkola może być nawet dwukrotnością tej liczby (12–15 zakażeń układu oddechowego na rok).

Stan równowagi między czynnikami zakaźnymi a układem odpornościowym uzyskuje się w 8.–9. rż. i może on zostać zaburzony wskutek:

– załamania się mechanizmów obronnych (np. leczenia cytostatycznego lub immunosupresyjnego),

– zwiększonej ekspozycji na drobnoustroje chorobotwórcze (skupiska ludzkie, epidemie, endemie, zachorowania wśród osób z bliskiego otoczenia).

Mechanizmy obronne tkanki BALT są zróżnicowane w zależności od piętra układu oddechowego: górnych dróg oddechowych (nos i nosogardło), dróg przewodzących (tchawica i oskrzela) oraz przestrzeni pęcherzykowej. Uzasadnieniem dla takiego podziału jest m.in. wielkość antygenu docierającego do poszczególnych segmentów dróg oddechowych.

Część drobnoustrojów wytworzyła mechanizmy interferujące z funkcjami obronnymi nabłonka.

Rycina 1.9. Związek wielkości antygenu z lokalizacją objawów chorobowych na poszczególnych piętrach układu oddechowego.

Górne drogi oddechowe (nos, jama ustna, gardło, nosogardło)

Oddychanie przez nos to podstawowa droga wentylacji w okresie noworodkowym i niemowlęcym. Podczas prawidłowego oddychania przez nos noworodek pobiera w ciągu 1 min. około 0,5 l powietrza, które przechodzi przez przewody nosowe, ponad podniebieniem miękkim, następnie przez otwartą nagłośnię do tchawicy.

W warunkach prawidłowych przepływ turbulentny powietrza między małżowinami nosowymi:

– filtruje powietrze z większych cząsteczek (> 10 μm),

– nawilża je,

– klimatyzuje (ociepla); w chłodne dni powietrze zewnętrzne jest ocieplane od temperatury około 8°C do około 30°C (przy tylnej ścianie gardła).

Rycina 1.10. Interakcje drobnoustrojów z mechanizmami obronnymi układu oddechowego.

Funkcję bariery mechanicznej dla drobnoustrojów spełnia nabłonek oddechowy, którego kluczowymi cechami są ścisłe połączenia międzykomórkowe oraz powierzchniowa warstwa śluzu.

Nabłonek dróg oddechowych

Drogi oddechowe (z wyjątkiem drobnych oskrzelików) wyściela nabłonek wielorzędowy urzęsiony.

Posiada on 4 funkcje (tab. 1.9).

Wczesne uruchomienie mechanizmów nieswoistych odporności przebiega szlakiem aktywacji receptorów PRR (pattern recognition receptors, np. TLR – toll-like receptor, NLR – NOD-like receptor), z napływem komórek zapalnych, głównie neutrofili i komórek NK (natural killers) do światła dróg oddechowych. Neutrofile są głównym składnikiem wydzieliny ropnej i jednocześnie wydzielają liczne mediatory reakcji zapalnej oraz enzymy działające destrukcyjnie na otaczające tkanki. Przedłużający się stan zapalny i nasilona produkcja enzymów neutrofilowych dodatkowo uszkadza elementy elastyczne ściany oskrzeli i może prowadzić do zmian o charakterze rozstrzeni.

W wyniku stymulacji antygenami drobnoustrojów komórki nabłonka wytwarzają cytokiny (IL-22, TSLP – thymic stromal lymphopoietin), które równocześnie promują rozwój odpowiedzi swoistej polegającej na prezentacji antygenów oraz aktywacji limfocytów pomocniczych (głównie Th1 oraz Th17).

Tabela 1.9. Funkcje obronne nabłonka dróg oddechowych

Bariera mechaniczna

– Ciasne połączenia międzykomórkowe powstrzymujące potencjalną inwazję drobnoustrojów

– Wydzielanie śluzu, tworzącego pierwszą barierę zatrzymującą drobnoustroje i antygeny

– Mechaniczne usuwanie mikroorganizmów

Samooczyszczanie

– Skoordynowany ruch rzęsek na powierzchni komórek w świetle dróg oddechowych („winda śluzowo-rzęskowa”)

– Generowanie odruchu kaszlowego (receptory kaszlowe na wszystkich piętrach dróg oddechowych)

Obronna

– Współdziałanie w odporności:

– ekspresja receptorów rozpoznających wzorce drobnoustrojów, tzw. PRR (pattern-recognition receptors), np. TLR, MyD, MBL, służące szybkiej reakcji w warunkach zagrożenia infekcją

– wydzielanie cytokin o charakterze przeciwwirusowym (np. IFN-α)

– zabijanie mikroorganizmów przez białka o szerokim zakresie działania bakteriobójczego

– mobilizacja nieswoiście działających komórek układu odpornościowego

Neuroregulacja aktywności oddechowej

– Dostosowanie aktywności oddechowej do zmian stężenia O₂ i CO₂ we wdychanym powietrzu (aktywność ciałek neuroepitelialnych, wydzielających neuroprzekaźniki)

Rycina 1.11. Elementy mechanizmów obronnych dróg oddechowych przewodzących: nabłonek urzęsiony pokryty warstwą śluzu, w którym znajdują się immunoglobuliny klasy A, czynniki przeciwbakteryjne oraz komórki (limfocyty i makrofagi). Między komórkami nabłonka w kierunku światła oskrzeli penetrują komórki dendrytyczne, zdolne do interakcji z patogenami.

Migdałki i zgrupowania grudek chłonnych

Migdałki są skupiskami grudek limfatycznych leżącymi tuż pod nabłonkiem, które znajdują się na skrzyżowaniu górnych dróg oddechowych z przewodem pokarmowym i stanowią fragment pierścienia Waldeyera. To migdałki: językowy, gardłowy, trąbkowy oraz 2 migdałki podniebienne. Ich rolą jest prezentacja antygenów znajdujących się w pokarmie oraz w śluzie dróg oddechowych. Antygeny są zasysane do krypt migdałków, gdzie tworzy się odpowiedź immunologiczna wobec patogenów górnych dróg oddechowych i z tego powodu ulegają powiększeniu u dzieci ulegających częstym zakażeniom. Niekiedy może to skutkować hiperplazją migdałka gardłowego i upośledzeniem drożności nosogardła.

Śluz

Śluz pokrywa nabłonek dwiema warstwami o łącznej grubości 50–100 μm: warstwą okołorzęskową (rzadką, umożliwiającą nieskrępowany ruch rzęsek) oraz powierzchowną warstwę śluzu gęstego, który „ślizga się” po warstwie rzadkiej z prędkością 7–20 mm/min i ma zdolność do wychwytywania większych cząsteczek (> 10 μm). Ruch rzęsek przesuwa śluz wraz z nagromadzonymi w nim drobnoustrojami i zanieczyszczeniami w kierunku gardła, skąd jest połykany – mechanizm ten nazywa się oczyszczaniem śluzowo-rzęskowym.

Dym tytoniowy i inne zanieczyszczenia powietrza znacznie upośledzają transport rzęskowy, a zwiększona tym samym koncentracja drobnoustrojów zwiększa ryzyko infekcji. Inne przyczyny upośledzonego ruchu rzęsek zamieszczono w tabeli 1.10.

Zewnętrzna warstwa śluzu zawiera głównie mucyny, wodę i jony. Wydzielina śluzowa jamy nosowo-gardłowej oraz dalszych odcinków dróg oddechowych zawiera także wiele substancji o silnym, wzajemnie synergistycznym działaniu bakteriostatycznym (lizozym, defensyny, kolektyny, katelicydyny).

Rycina 1.12. Schemat funkcji „windy śluzowo-rzęskowej”.

Mucyny

Mucyny to rodzina glikoprotein zapewniających lepkość śluzu. Mają odpowiednio długą cząsteczkę, zakotwiczoną jednym końcem w komórkach nabłonka, drugi „lepki” koniec znajduje się w śluzie. Często cząsteczki mucyn są powiązane między sobą mostkami dwusiarczkowymi, tworząc ogromne sieci. Ekspresja mucyn zwiększa się każdorazowo wskutek kontaktu z antygenami bakteryjnymi albo w trakcie przedłużającego się stanu zapalnego (astma). Mucyny wychwytują mikroorganizmy „lepkim” końcem, zanim przybliżą się one do komórek nabłonka, a następnie drobnoustroje są szybko usuwane za pomocą aparatu rzęskowego. Wprawdzie mechanizm ten zapobiega zakażeniu komórek nabłonka, lecz jednocześnie zapobiega aktywacji mechanizmów odporności swoistej.

Tabela 1.10. Stany lub choroby charakteryzujące się upośledzonym ruchem rzęsek

Przyczyny

Czynniki wywołujące

Leczenie przyspieszające ruchomość rzęsek

Genetyczne

Zespół dyskinetycznych rzęsek

Mukowiscydoza

Leki mukoaktywne (np. enzymy rozkładające DNA [α-dornaza], ambroksol)

Czynniki zakaźne

Wirusy RSV, paragrypy

Chlamydophila pneumoniae

Pseudomonas aeruginosa

Nebulizacja z soli hipertonicznej (3–5%)

Zanieczyszczenie powietrza

Pyły PM₁₀, PM2,5

Dym tytoniowy

Unikanie dymu tytoniowego, smogu, edukacja rodziców i opiekunów

Inne

Odwodnienie

Astma (hiperplazja komórek kubkowych)

Nawodnienie

Leki β-mimetyczne

Kolektyny

Kolektyny to cząsteczki polipeptydowe mające zdolność aglutynacji drobnoustrojów patogennych (zarówno bakterii, jak i wirusów, np. wirusów grypy czy RS). Najbardziej znanymi cząsteczkami tej grupy są hydrofilowe białka surfaktantu A i D (SP-A i SP-D), które w odróżnieniu od cząsteczek SP-B i SP-C wykazują silną aktywność przeciwbakteryjną i immunostymulującą. Wykazano, że inaktywują szereg wirusów, usuwając je poza drogi oddechowe w wyniku zwiększenia aktywności żernej neutrofilów oraz makrofagów. Więcej na temat surfaktantu znajduje się w podrozdziale „Surfaktant i jego rola w układzie oddechowym”.

Lizozym i laktoferryna

Lizozym jest produkowanym przez komórki nabłonka enzymem, głównym czynnikiem przeciwbakteryjnym śluzu, zdolnym do rozkładania glikoprotein ściany komórkowej bakterii Gram-ujemnych. Działa synergistycznie z laktoferryną, glikoproteiną wydzielaną przez granulocyty obojętnochłonne oraz komórki egzokrynne nabłonka, której rola polega na destabilizacji błony komórek bakterii oraz na chelatowaniu kationów żelaza (Fe³⁺), koniecznych dla optymalnego wzrostu wielu bakterii. Ponadto wykazuje ona aktywność przeciwwirusową przeciwko szerokiemu zakresowi wirusów: HSV, HIV, HCV, CMV, rotawirusom, RSV i wielu innych.

Defensyny

Defensyny to w istocie antybiotyki o bardzo małej masie cząsteczkowej, będące produktami pojedynczych genów, niezwykle rozpowszechnione w przyrodzie (począwszy od organizmów roślinnych), które skutecznie wzmacniają odporność nieswoistą w drogach oddechowych u człowieka. Najlepiej poznane to ludzka β defensyna-1 (HBD-1) i -2 (HBD-2). Ich rola polega na działaniu bakteriobójczym wobec bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych oraz grzybów Candida albicans czy Aspergillus fumigatus, a działanie opiera się na tworzeniu porów w błonie komórkowej drobnoustroju. Wykazują także aktywność przeciwwirusową (zaburzają strukturę samego wirionu oraz blokują replikację wirusów w zainfekowanej komórce) oraz mają działanie chemotaktyczne i aktywujące wobec makrofagów i limfocytów. HBD-1 jest wydzielana konstytutywnie prze komórki nabłonka, podczas gdy HBD-2 powstaje w neutrofilach w odpowiedzi na zakażenie.

Pozostałe czynniki przeciwbakteryjne znajdujące się w śluzie to:

– Inhibitor proteaz serynowych leukocytów (SLPI) – poza aktywnością przeciwko szczepom bakteryjnym chroni nabłonek przed szkodliwą aktywnością elastazy neutrofilowej i tym samym działa ochronnie w stosunku do komórek nabłonka.

– Fosfolipaza A2 (PLA2) – czynnik regulujący odpowiedź immunologiczną w układzie oddechowym (bierze udział w powstawaniu eikozanoidów). Jest wydzielana głównie przez makrofagi i pobudzone procesem zapalnym komórki nabłonka.

– Katelicydyny – rodzina białek o właściwościach przeciwbakteryjnych, produkowanych przez aktywowane makrofagi, neutrofile oraz komórki nabłonka. Wydzielanie katelicydyn zwiększa się pod wpływem bakterii, grzybów, wirusów oraz 1,25(OH)₂D₃.

Mechanizmy odporności swoistej – przeciwciała

Przeciwciała IgA stanowią główny izotyp przeciwciał obecnych w górnych drogach oddechowych (podczas gdy w dolnych drogach stwierdza się głównie obecność przeciwciał IgG i IgM) i występują tam w formie dimerów (2 cząsteczki przeciwciała połączone są łańcuchem łączącym J). Dimery wydzielniczego IgA (s-IgA) wiążą 2 antygeny jednocześnie, tworząc duże kompleksy antygen–przeciwciało, które bez trudu są usuwane przez oczyszczanie rzęskowe. Część wydzielanych cząsteczek IgA podczas zakażenia wiąże inwazyjne antygeny podśluzówkowo, „pozbywając się” ich do światła oskrzeli. Wiele drobnoustrojów będących przyczyną zakażeń inwazyjnych (Neisseria meningitidis, Haemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae) posiada proteazy rozkładające IgA, co odpowiada za ich inwazyjność.

Wrodzony niedobór IgA rzadko objawia się nawracającymi infekcjami dróg oddechowych, gdyż pozostałe klasy przeciwciał (IgM i IgG) kompensacyjnie chronią błony śluzowe. Niedobory przeciwciał w klasie IgG oraz IgM skutkują nawracającymi zakażeniami dróg oddechowych i często objawiają się pod postacią rozstrzeni oskrzeli.

Drogi oddechowe przewodzące

Powietrze dociera do pęcherzyków płucnych drogą kilkunastu podziałów drzewa oskrzelowego, spowalniając pęd cząsteczek zawartych w powietrzu i wymuszając dalsze oczyszczanie. Drobnoustroje, zanieczyszczenia i alergeny wychwytywane są przez śluz powlekający nabłonek oskrzeli, a cykliczny ruch rzęsek i odruch kaszlowy przesuwa materiał w kierunku gardła, do góry, działając na zasadzie „windy śluzowo-rzęskowej”.

Przestrzeń pęcherzykowa

Końcowe odcinki układu oddechowego, prowadzące bezpośrednio do pęcherzyków płucnych, wytwarzają znacznie mniej śluzu, który zastępowany jest przez surfaktant. W przestrzeni nabłonkowej obserwuje się zwiększony odsetek makrofagów oraz limfocytów T (makrofagi stanowią aż 90% ogółu komórek uzyskiwanych w czasie płukania oskrzelowo-pęcherzykowego). Drobnoustroje docierające do przestrzeni pęcherzykowej drogą powietrznopochodną zazwyczaj adsorbowane są na niewielkich drobinach aerozolu < 5 μm (prątki gruźlicy).

Obrona przed drobnoustrojami przebiega w 2 mechanizmach: opsonizacji, która ułatwia fagocytozę przez makrofagi, oraz zabijania przez komórki wielojądrzaste i makrofagi. Skutecznymi opsoninami w pęcherzykach płucnych są: białka SP-A, SP-D, fibrynogen i przeciwciała IgG (głównie IgG1 i IgG3).

Makrofagi pęcherzykowe

W pęcherzyku płucnym na stałe rezyduje 50–100 makrofagów. Populacja ta odnawiana jest przez napływ monocytów pochodzenia szpikowego, ale niektóre czynniki wzrostowe (G-CSF, GM-CSF) mogą lokalnie zwiększać liczebność tych komórek poprzez stymulację podziałów komórkowych. Makrofagi charakteryzują się mobilnością, a po aktywacji wykazują ekspresję receptorów, są zdolne do fagocytozy oraz wydzielają cytokiny. Ich aktywność polega na wychwytywaniu i zabijaniu drobnoustrojów (zjawisko to nasila uprzednia opsonizacja) oraz na inicjowaniu odpowiedzi immunologicznej.

Do aktywacji makrofagów dochodzi wskutek kontaktu z antygenami drobnoustrojów, np. z endotoksyną bakteryjną (LPS) lub bakteryjnym DNA. Zdolności zabójcze makrofagów zależą przede wszystkim od produkcji anionów nadtlenkowych (O₂–), nadtlenku wodoru (H₂O₂) oraz rodników wodorotlenowych (OH•). Cząsteczki te mogą pełnić jednak niekorzystną rolę, przyczyniając się do niszczenia miąższu płuc i włóknienia.

Makrofagi ulegają aktywacji pod wpływem cytokin z limfocytów pomocniczych (IFN-γ), same produkują też wiele cytokin działających chemotaktycznie na limfocyty oraz neutrofile. Kooperację pomiędzy komórkami immunokompetentnymi w pęcherzykach ilustruje kontakt z prątkami gruźlicy. Bakterie są szybko zwalczane, jeżeli w pęcherzyku znajdują się makrofagi aktywowane przez cytokiny pochodzące z innych komórek. Baterie są chronione przez „dziewicze” (nieaktywne) makrofagi stają się obiektem inwazji ze strony prątków.

Neutrofile

Granulocyty obojętnochłonne są obok komórek NK najszybciej mobilizowanymi komórkami w odpowiedzi zapalnej. W odpowiedzi na zakażenie dochodzi do napływu granulocytów do wnętrza pęcherzyków, a powstająca w ten sposób wydzielina ropna wypełnia i skleja ścianki pęcherzyków płucnych. Komórki te zużywają się szybko, wskutek zabijania drobnoustrojów w mechanizmie wybuchu tlenowego i żyją 1–2 dni w tkance zapalnej. Neutrofile rozpoznają drobnoustroje opsonizowane, czyli oznakowane wcześniej białkami dopełniacza, surfaktantu lub przeciwciałami.

2. DIAGNOSTYKA CHORÓB UKŁADU ODDECHOWEGO

2.1. BADANIE PACJENTA

2.1.1. Objawy
Joanna Lange

Kaszel

Definicja

Kaszel to mimowolny lub świadomy, natężony manewr wydechowy będący mechanizmem obronnym, którego zadaniem jest oczyszczanie dróg oddechowych z zalegającej wydzieliny i ich ochrona przed czynnikami zewnętrznymi (np. ciałem obcym, substancjami drażniącymi).

Ze względu na czas trwania kaszel można podzielić na:

– ostry – trwający do 2–4 tygodni,

– przewlekły – powyżej 4–8 tygodni.

Niektóre klasyfikacje wyróżniają kaszel podostry trwający 4–8 tygodni.

Etiologia i patogeneza

Kaszel jest złożonym odruchem, który pojawia się jako skutek podrażnienia receptorów kaszlowych zlokalizowanych w nabłonku górnych i dolnych dróg oddechowych, osierdziu, przełyku, żołądku, przeponie, a nawet w uchu zewnętrznym. Do ich pobudzenia dochodzi: mechanicznie (ciało obce, wydzielina w drogach oddechowych), chemicznie (np. dym tytoniowy, zanieczyszczenia środowiska) lub fizycznie (np. zimne powietrze). Impulsy zainicjowane w receptorach kaszlowych przenoszone są włóknami dośrodkowymi nerwu błędnego do ośrodka centralnego położonego w rdzeniu przedłużonym. Włókna odśrodkowe przewodzą je przez gałązki ruchowe nerwu błędnego i przeponowego oraz nerwów rdzeniowych do narządów efektorowych, jakimi są mięśnie wydechowe. Równoczesne pobudzenie do skurczu mięśni zwieraczy miednicy mniejszej zapobiega nietrzymaniu moczu podczas epizodów kaszlu.

Kaszel ostry towarzyszy ponad połowie dzieci z przeziębieniem i zapaleniem oskrzeli. Kaszel przewlekły występuje zdecydowanie rzadziej. W populacji dzieci przedszkolnych szacuje się, że 5–7% przewlekle kaszle. Dzieci starsze prezentują ten objaw nawet w 12–15%.

Najczęstszą przyczyną kaszlu ostrego jest zakażenie wywołane przez wirusy (m.in. rinowirusy, RSV, adenowirusy). Ponadto kaszel ostry może występować m.in. w: zaostrzeniach astmy, zapaleniu oskrzelików, krztuścu, zapaleniach płuc oraz zachłyśnięciu się ciałem obcym.

Najczęstsze przyczyny kaszlu przewlekłego zebrano w tabeli 2.1.

W ustaleniu przyczyny kaszlu pomocna jest ocena towarzyszących objawów podmiotowych i przedmiotowych.

Wywiad musi uwzględniać:

– wiek dziecka,

– okoliczności pojawienia się kaszlu, np. ostry, napadowy, duszący – przy zachłyśnięciu się ciałem obcym, po narażeniu np. na alergeny u dzieci z astmą, poprzedzony ostrym bólem w klatce piersiowej – u pacjentów z odmą opłucnej,

– charakter kaszlu – suchy, produktywny, napadowy,

– porę dnia i roku,

– reakcję na podawane leki, np. glikokortykosteroidy wziewne lub β-mimetyki krótkodziałające,

– obecność objawów dodatkowych.

Objawy alarmowe, tzw. czerwone flagi, wymagające szybkiej diagnostyki i leczenia zebrano w tabeli 2.2.

Diagnostyka

Odchylenia w badaniu przedmiotowym zależą od przyczyny kaszlu. W przypadku przeziębienia oraz zapalenia oskrzeli można nie stwierdzać żadnych nieprawidłowości. Szczególną uwagę należy zwrócić na: stan ogólny dziecka, gorączkę, cechy duszności, świszczący oddech.

Tabela 2.1. Najczęstsze przyczyny kaszlu przewlekłego

Nieswoisty kaszel poinfekcyjny

Zespół kaszlu z górnych dróg oddechowych

Astma

Przewlekające się bakteryjne zapalenie oskrzeli

Rozstrzenie oskrzeli

Mukowiscydoza

Wady wrodzone układu oddechowego/krążenia

Zespół dyskinetycznych rzęsek

Dysplazja oskrzelowo-płucna

Ciało obce w drogach oddechowych

Refluks żołądkowo-przełykowy

Śródmiąższowe choroby płuc

Narażenie na dym tytoniowy i inne zanieczyszczenia

Kaszel nawykowy

Tabela 2.2. Objawy alarmowe – czerwone flagi

Charakter kaszlu

Nagły epizod zachłyśnięcia się lub podejrzenie aspiracji ciała obcego

Kaszel u noworodka

Kaszel produktywny trwający dłużej niż 3–4 tygodnie

Nasilanie się objawów

Objawy towarzyszące

Zły stan ogólny dziecka, krwioplucie, utrata masy ciała, poty nocne (podejrzenie gruźlicy), zaburzenia rozwojowe

Nawracające zapalenia płuc

Duszność (przewlekła, napadowa)

Problemy z połykaniem mające związek z deformacjami części twarzowej czaszki lub choroby nerwowo-mięśniowe

Badanie przedmiotowe ma uwzględniać szczegółowe badanie górnych dróg oddechowych (jam nosowych, błony śluzowej jamy ustnej i gardła).

Ustalenie przyczyny ostrego kaszlu opiera się na wywiadzie i badaniu przedmiotowym. Rzadko konieczne jest wykonywanie badań dodatkowych. Kaszel przewlekły oraz stwierdzenie objawów alarmowych wymaga przeprowadzenia rozszerzonej diagnostyki.

Badania obrazowe

Zdjęcie przeglądowe klatki piersiowej wykonuje się przy podejrzeniu: aspiracji ciała obcego, odmy, powikłań w przebiegu zaostrzenia astmy lub w zapaleniach płuc.

Badania czynnościowe

Badania czynności układu oddechowego, do których należą: spirometria z testem odwracalności obturacji, próba prowokacji oskrzeli, ocena stężenia NO w powietrzu wydychanym, są przydatne w rozpoznawaniu astmy.

Badania bakteriologiczne, reakcja łańcuchowa polimerazy (polymerase chain reaction – PCR) i badania serologiczne powinny być wykonywane u dzieci, u których są wskazania do ustalenia etiologii zakażeń układu oddechowego.

Bronchoskopia jest badaniem z wyboru przy podejrzeniu aspiracji ciała obcego, ponieważ prawidłowe zdjęcie przeglądowe klatki piersiowej nie zawsze wyklucza obecność ciała obcego w drogach oddechowych.

Leczenie

Postępowanie w ostrym kaszlu powinno uwzględniać przede wszystkim jego etiologię. Konieczne jest unikanie czynników drażniących, zapewnienie drożności górnych dróg oddechowych oraz właściwe nawodnienie dziecka.

Leczenie farmakologiczne zależy od charakteru kaszlu i wieku dziecka. Powinno ograniczać się do leczenia suchego, uporczywego kaszlu, o znacznym nasileniu. Złagodzenie objawów można uzyskać poprzez stosowanie: inhalacji z soli fizjologicznej oraz podawanie miodu u dzieci powyżej 1. rż. Leki przeciwkaszlowe u dzieci w wieku przedszkolnym w wielu krajach są niezalecane. W leczeniu farmakologicznym w pierwszej kolejności powinno się wykorzystywać leki o działaniu obwodowym. Należy do nich lewodropropizyna hamująca czynność i wydzielanie neuropeptydów z włókien C, które są składową łuku odruchowego kaszlu. Leki o działaniu ośrodkowym dzieli się na nieopioidowe, np. butamirat i dekstrometorfan, oraz opioidowe, np. kodeina. Ze względu na ich małą skuteczność i duże ryzyko działań niepożądanych nie powinny być stosowane.

Leczenie kaszlu produktywnego polega na ułatwieniu usuwania nadmiaru wydzieliny i normalizacji transportu śluzowo-rzęskowego.

Leki wykrztuśne można umownie podzielić na:

– sekretolityki – roztwory soli hipertonicznej, gwajafenezyna,

– mukoregulatory – karbocysteina,

– mukolityki – erdosteina, N-acetylocysteina i dornaza α,

– mukokinetyki – bromheksyna, ambroksol.

Leków mukoaktywnych nie powinno się podawać dzieciom ze znacznym zwężeniem dróg oddechowych oraz w przypadkach zmniejszonej zdolności odkrztuszania.

W leczeniu kaszlu ostrego stosowanie leków rozszerzających oskrzela nie jest efektywne. Wyjątek stanowi obturacyjne zapalenie oskrzeli, podejrzenie lub zaostrzenie astmy.

Glikokortykosteroidy wziewne mają zastosowanie:

– w leczeniu astmy,

– jako próba leczenia przy podejrzeniu astmy,

– w podgłośniowym zapaleniu krtani.

Świszczący oddech (stridor, wheezing)

Definicja

Świszczący oddech można zdefiniować jako oddech, któremu towarzyszy ciągły, muzyczny dźwięk stwierdzany podczas osłuchiwania klatki piersiowej trwający ponad 250 ms. Ton dźwięku jest zazwyczaj wysoki. Może być na tyle głośny, że nie wymaga użycia stetoskopu.

Patogeneza

Świsty powstają dzięki drganiom powietrza pojawiającym się podczas jego przepływu przez zwężone drogi oddechowe. Świsty słyszalne w fazie wydechowej pojawiają się w przypadku zwężenia wewnątrztorakalnego odcinka tchawicy oraz oskrzeli dużego i małego kalibru. Przy bardzo ciężkiej obturacji świsty występują również podczas fazy wdechowej. Świst wdechowy (stridor) pojawia się przy patologii zlokalizowanej w górnych drogach oddechowych lub w przypadku zewnątrztorakalnego zwężenia tchawicy. Świst monofoniczny sugeruje obturację w obrębie centralnych dróg oddechowych, a polifoniczny przemawia za obturacją obwodową.

Tabela 2.3. Wybrane przyczyny świszczącego oddechu w zależności od wieku dziecka

Przyczyna

Niemowlęta

Dzieci starsze

Nastolatki

Astma oskrzelowa

+

+++

+++

Malacja dróg oddechowych

++

+

–

Mukowiscydoza

+++

+

±

Ciało obce

++

+++

±

Zakażenie dróg oddechowych

+++

++

+

Dysplazja oskrzelowo-płucna

+++

+

+

Nowotwory

±

±

±

Zespół dyskinetycznych rzęsek

+

++

+

Rozstrzenie oskrzeli

+

+

+

Wady wrodzone

+++

+

–

Dysfunkcja strun głosowych

–

±

++

Zespoły aspiracyjne

+

±

±

Wady wrodzone serca

+

+

±

– niewystępujące w danej grupie wiekowej,

+++ bardzo często występujące w danej grupie wiekowej

Objaw ten częściej występuje u dzieci najmłodszych, w 1. rż. u około 30%. W populacji dzieci do 6. rż. pojawia się chociaż raz nawet u 50%.

Przyczyny pojawienia się świszczącego oddechu w zależności od wieku przedstawiono w tabeli 2.3.

Świszczący oddech może być objawem stanów zagrażających życiu, do których należą: aspiracja ciała obcego, zaostrzenie astmy, nagła duszność wynikająca z ucisku z zewnątrz (np. szybko powiększające się masy nowotworowe), zakażenie układu oddechowego (przede wszystkim u niemowląt, dzieci z niedoborami immunologicznymi, w zapaleniu nagłośni) oraz anafilaksja. Jednorazowy epizod świszczącego oddechu ma najczęściej związek z zakażeniem układu oddechowego. Przewlekłe lub nawracające epizody wymagają rozszerzenia diagnostyki. Szczególnej uwagi wymaga sytuacja, gdy świsty są zlokalizowane ogniskowo lub towarzyszy im wysoka gorączka.

Diagnostyka

Ocena dziecka ze świszczącym oddechem musi uwzględniać: liczbę oddechów, cechy duszności, wciąganie międzyżebrzy, dołka jarzmowego oraz użycie dodatkowych mięśni oddechowych. Osłuchiwaniem poza świstami można stwierdzić inne nieprawidłowe dźwięki, takie jak furczenia, rzężenia oraz trzeszczenia.

Rozpoznanie przyczyny świszczącego oddechu ustala się na podstawie wywiadu, badania przedmiotowego oraz wybranych metod diagnostycznych.

U każdego dziecka ze świszczącym oddechem należy dokonać pomiaru saturacji. Zdjęcie przeglądowe klatki piersiowej może być przydatne przy podejrzeniu zapalenia płuc, niedodmy lub aspiracji ciała obcego do dróg oddechowych. Podanie środka kontrastowego do przełyku może ułatwić rozpoznanie pierścienia naczyniowego. W uzasadnionych przypadkach należy wykonać tomografię komputerową (podejrzenie nowotworu, wady wrodzone układu oddechowego).

Bronchoskopia jest badaniem z wyboru przy podejrzeniu wiotkości dróg oddechowych oraz aspiracji ciała obcego. Echokardiografia może wykluczyć patologię serca i początkowych odcinków dużych naczyń. Badaniami pomagającymi w ustaleniu rozpoznania jest również oznaczenie stężenia chlorków w pocie oraz ocena ruchomości i struktury rzęsek. Rynolaryngoskopia powinna być wykonana przy podejrzeniu dysfunkcji strun głosowych. Badania czynnościowe układu oddechowego u dzieci współpracujących mogą być przydatne przy rozpoznawaniu astmy.

Leczenie

Postępowanie terapeutyczne zależy od przyczyny świszczącego oddechu. W przypadkach zagrażających życiu konieczna jest tlenoterapia. W zaostrzeniu astmy lekami z wyboru są β-mimetyki krótkodziałające. Lekiem z wyboru w leczeniu anafilaksji jest adrenalina podawana w dawce 0,1 mg/10 kg mc. (maks. 0,3–0,5 mg).

Ból w klatce piersiowej (chest pain)

Definicja

Ból w klatce piersiowej to subiektywne, przykre wrażenie zmysłowe i emocjonalne powstające pod wpływem bodźców uszkadzających lub zagrażających uszkodzeniem tkanek, które może być przyczyną znacznego dyskomfortu. Ból może być ostry lub przewlekły.

Etiologia i patogeneza

Dolegliwości mogą pochodzić z narządów zlokalizowanych w klatce piersiowej lub położonych poza nią. Ich charakter ma bezpośredni związek z unerwieniem ściany klatki piersiowej oraz narządów wewnętrznych. Unerwienie czuciowe ściany klatki piersiowej pochodzi od nerwów międzyżebrowych, a przepony od nerwów szyjnych (C3–C5). Narządy wewnętrzne unerwione są przez włókna pnia współczulnego i nerwu błędnego.

Bóle ściany klatki piersiowej pojawiają się przy podrażnieniu nocyceptorów lub mechanoceptorów struktur mięśniowo-szkieletowych przez czynniki zapalne lub ich mediatory. Bóle trzewne mają związek z drażnieniem nocyceptorów narządów trzewnych klatki piersiowej lub narządów sąsiednich zlokalizowanych w śródpiersiu. Bóle odniesione są przewodzone przez nerwy trzewne i somatyczne do tych samych komórek nerwowych rogów tylnych rdzenia kręgowego. Bóle międzyżebrowe mają charakter ostry, kłujący, a bóle naczyniowe i współczulne są zazwyczaj tępe i palące.

Wśród 3 najczęstszych przyczyn wystąpienia dolegliwości bólowych wymienić należy: urazy, zaburzenia ze strony układu mięśniowo-szkieletowego oraz zaburzenia ze strony układu oddechowego. Bóle wywodzące się z przewodu pokarmowego oraz psychogenne pojawiają się u 4–30% dzieci. Patologie układu krążenia jako przyczyna dolegliwości bólowych występują jeszcze rzadziej (1–6%) i najczęściej związane są z wysiłkiem. U dzieci do 12. rż. dominują organiczne przyczyny bólu, podczas gdy powyżej tego wieku częściej należy brać pod uwagę przyczyny psychogenne.

Dla ustalenia rozpoznania konieczna jest ocena zaburzeń występujących również poza układem oddechowym. Zakres dolegliwości, które ułatwiają diagnostykę u dziecka z bólem w klatce piersiowej, zebrano w tabeli 2.5.

Ustalenie przyczyny bólu musi uwzględniać:

– okoliczności związane z jego pojawieniem się,

– czas trwania,

– czynniki wywołujące, nasilające lub łagodzące ból (np. zmiana pozycji ciała),

– umiejscowienie, charakter i stopień nasilenia dolegliwości,

– współistnienie objawów dodatkowych,

– osobniczy wywiad chorobowy (z uwzględnieniem chorób genetycznych, zabiegów chirurgicznych, stosowania używek),

– rodzinny wywiad chorobowy (np. nagłe zgony, kardiomiopatie, zaburzenia rytmu).

Tabela 2.4. Przyczyny bólu w klatce piersiowej

Narząd lub układ

Patologia

Niekardiologiczne

Mięśniowo-szkieletowy

15–31%

Zapalenie chrząstek żebrowych, uraz ściany klatki piersiowej, przeciążenie mięśni klatki piersiowej (np. kaszel), nieprawidłowości w obrębie układu chrzęstnego lub kręgosłupa piersiowego, zespół Tietze’a, zespół ślizgających się żeber, zespół kłucia w klatce piersiowej (precordial catch syndrome – PCS, Texidor’s twinge)

Oddechowy

12–21%

Astma, zapalenie płuc, zapalenie tchawicy i oskrzeli, odma opłucnej lub śródpiersia, wysięk w jamie opłucnej, pleurodynia, zator płucny

Pokarmowy

4–7%

Choroba wrzodowa żołądka/dwunastnicy, refluks żołądkowo-przełykowy, przepuklina rozworu przełykowego, ciało obce w przełyku, zapalenie pęcherzyka żółciowego, zapalenie trzustki, zapalenie wątroby, ropień podprzeponowy

Psychogenne

17–30%

Wynikające z sytuacji stresowych, hiperwentylacja, nerwice konwersyjne, zaburzenia somatyczne, depresja, Bbulimia, zespół Münchhausena

Różne

4–21%

Guzy zlokalizowane w śródpiersiu (np. chłoniak), niedokrwistość sierpowatokrwinkowa, patologie gruczołu sutkowego, półpasiec, ucisk na nerwy rdzeniowe, wypadnięcie krążka międzykręgowego, poprzeczne zapalenie rdzenia

Idiopatyczne 12–85%

Kardiologiczne

Zaburzenia czynności komór wynikające z niedokrwienia

Wady serca, zespół wypadania płatka zastawki mitralnej (20–30% chorych ma niespecyficzne bóle w klatce piersiowej), wady naczyń wieńcowych, uzależnienie od kokainy, tętniaki aorty

Choroby zapalne

Zapalenie osierdzia, zespół po perikardiotomii, zapalenie mięśnia serca, zespół Kawasakiego

Zaburzenia rytmu serca

Zaburzenia nadkomorowe, zaburzenia komorowe

Tabela 2.5. Ocena kliniczna dziecka z bólem w klatce piersiowej

Zakres zaburzeń i dolegliwości

Przykładowe rozpoznanie

Cechy niewydolności oddychania

Odma opłucnej

Nieprawidłowe czynności życiowe

Odwodnienie, niewydolność serca, zapalenie: płuc, mięśnia serca, osierdzia

Cechy wskazujące na chorobę przewlekłą

Chłoniak, choroby układowe tkanki łącznej, zespół Marfana

Zmiany na skórze

Choroby układowe tkanki łącznej, uraz

Zmiany w obrębie przewodu pokarmowego

Choroba wrzodowa żołądka i dwunastnicy, zapalenie trzustki, zapalenie pęcherzyka żółciowego

Układ kostno-stawowy

Choroby układowe tkanki łącznej

Diagnostyka

Zakres badań dodatkowych jest uzależniony od nasilenia objawów, wieku oraz wyniku badania podmiotowego i przedmiotowego dziecka. Do podstawowych badań w diagnostyce bólów w klatce piersiowej należą zdjęcie przeglądowe klatki piersiowej oraz badanie elektrokardiograficzne. Kwalifikacja do innych badań powinna uwzględniać przyczyny zebrane w tabeli 2.4.

Hospitalizacji wymagają dzieci z: cechami niewydolności narządowej, po urazie, z chorobami układu krążenia, podejrzeniem ciała obcego w przełyku, odmy lub wysięku w jamie opłucnej, bólem, który pojawił się podczas wysiłku, z towarzyszącymi zaburzeniami rytmu serca oraz zasłabnięciem.

Leczenie

Postępowanie terapeutyczne zależy od przyczyny bólu i zawsze powinno uwzględniać najbardziej prawdopodobną etiologię do czasu ustalenia rozpoznania. W przypadku bólów mięśniowo-szkieletowych lub idiopatycznych jest to głównie leczenie przeciwbólowe i przeciwzapalne. Bóle psychogenne wymagają objęcia dziecka i jego rodziców poradnictwem psychologicznym.

Krwioplucie, krwotok płucny (hemoptysis, pulmonary hemorrhage)

Definicja

Krwioplucie to odkrztuszanie krwi lub plwociny podbarwionej krwią pochodzącej z dolnych dróg oddechowych. Krwotok płucny jest stanem bezpośredniego zagrożenia życia. O masywnym krwotoku u dorosłego świadczy utrata ponad 500 ml krwi w ciągu 24 godz. lub ponad 100 ml w ciągu 1 godz. U dzieci kryteria nie zostały ustalone.

Krwioplucie u chorych na mukowiscydozę klasyfikuje się jako:

– niewielkie – < 5 ml,

– łagodne – umiarkowane – od 6 do 240 ml,

– ciężkie – > 240 ml.

Etiologia i patogeneza

Krew może pochodzić zarówno z tętnic płucnych (układ niskociśnieniowy, nieprzekraczający zwykle 40 mm Hg), jak i tętnic oskrzelowych (odchodzących od aorty lub naczyń międzyżebrowych – układ wysokociśnieniowy).

Przyczyny krwioplucia z uwzględnieniem częstości ich występowania:

– częste – zapalenie płuc, ropień płuc, zapalenie oskrzeli, rozstrzenie oskrzeli w przebiegu mukowiscydozy, ciało obce,

– umiarkowanie częste – urazy płuca, uszkodzenia jatrogenne (np. bronchoskopia, tracheostomia), wady serca (z nadciśnieniem i zastojem płucnym), gruźlica, zespół dyskinetycznych rzęsek,

– rzadkie – nowotwory płuc, naczyniaki układu oddechowego, skazy krwotoczne, zakażenia grzybicze, zakażenia pasożytnicze (np. bąblowica), nadciśnienie płucne, zatorowość płucna, zapalenia naczyń (np. ziarniniakowatość z zapaleniem naczyń, zespół Goodpasture’a), zespół Heinera, leki (amiodaron, metotreksat, nitrofurantoina, fenytoina, jod i środki kontrastujące), choroby układowe tkanki łącznej (np. toczeń układowy), samoistna hemosyderoza płuc, toksyny egzogenne.

Diagnostyka

Objawami podmiotowymi towarzyszącymi krwawieniu mogą być: trudności w oddychaniu, duszność, niepokój, ból w klatce piersiowej i kaszel. W masywnym krwotoku płucnym pojawia się bladość powłok skórnych, tachykardia oraz objawy wstrząsu hipowolemicznego. Przy przewlekłym niewielkim krwawieniu można obserwować bladość, zmęczenie i zmniejszoną tolerancję wysiłku.

Szczegółowy wywiad i badanie przedmiotowe często pozwalają na różnicowanie pomiędzy krwiopluciem i krwawieniem z przewodu pokarmowego. W badaniu przedmiotowym należy zwrócić uwagę na wykluczenie przyczyny krwawienia z górnych dróg oddechowych (jamy nosowe, błona śluzowa jamy ustnej i gardła).

Podstawowe różnicowanie obejmuje wykluczenie krwawienia z przewodu pokarmowego i górnych dróg oddechowych. Badania dodatkowe obejmują ocenę morfologii krwi i układu krzepnięcia. Konieczne jest oznaczenie grupy krwi. Zdjęcie przeglądowe klatki piersiowej może umożliwić wstępne rozpoznanie przyczyny krwawienia (np. zapalenie płuc, rozstrzenie oskrzeli w przebiegu mukowiscydozy, krwawienie pęcherzykowe, podejrzenie ciała obcego w drogach oddechowych). Tomografia komputerowa płuc ułatwia ustalenie rozpoznania w wielu chorobach mogących powodować krwioplucie.

U dzieci z krwiopluciem, szczególnie umiarkowanym i masywnym, konieczne jest wykonanie bronchoskopii w celu diagnostyki i ewentualnej terapii. Podejrzenie wady układu krążenia lub malformacji naczyniowych wymaga rozszerzonej diagnostyki kardiologicznej. Inne badania diagnostyczne wykonuje się w zależności od wysuniętych podejrzeń.

Leczenie

Leczenie krwioplucia polega na zabezpieczeniu drożności dróg oddechowych, zahamowaniu krwawienia oraz leczeniu chorób będących przyczyną krwawienia. W masywnym krwawieniu podczas bronchoskopii można dokonać udrożnienia dróg oddechowych, zlokalizowania miejsca krwawienia i embolizacji naczynia. W przypadku niepowodzenia embolizacji konieczna może być resekcja części płuca.

Duszność (dyspnea)

Definicja

Duszność to subiektywne uczucie braku powietrza lub trudności w oddychaniu zgłaszane przez dziecko. Duszność może być spoczynkowa lub wysiłkowa, ostra, bądź przewlekła. Z punktu widzenia klinicznego u dzieci ważny jest podział na duszność wdechową, wydechową lub wdechowo-wydechową.

Etiologia

Wśród przyczyn ostrej duszności wymienić można m.in. infekcje układu oddechowego, zaostrzenie astmy, odmę lub płyn w jamie opłucnej. Do pojawienia się duszności przewlekłej prowadzą przede wszystkim przewlekłe choroby układu oddechowego, np. mukowiscydoza, śródmiąższowe choroby płuc, wady anatomiczne. Poza tym duszność może towarzyszyć także niedokrwistości, deformacjom klatki piersiowej, niewydolności krążenia, uciskowi narządów jamy brzusznej oraz chorobom nerwowo-mięśniowym.

Obraz kliniczny

Do objawów klinicznych duszności należą:

– tachypnoë,

– orthopnoë,

– uruchamianie przez dziecko dodatkowych mięśni oddechowych,

– wciąganie dołka jarzmowego, przestrzeni międzyżebrowych lub podżebrzy,

– poruszanie skrzydełkami nosa,

– postękiwanie,

– trudności w karmieniu u dzieci młodszych i mówieniu u dzieci starszych,

– sinica.

Duszności mogą towarzyszyć:

– wdechowe ustawienie klatki piersiowej,

– asymetria ruchów klatki piersiowej, np. powłóczenie przy obecności płynu w jamie opłucnej,

– świszczący oddech,

– kaszel,

– palce pałeczkowate.

Rozpoznanie

Rozpoznanie duszności opiera się przede wszystkim na obrazie klinicznym. Przeprowadzenie badań dodatkowych pozwala na ustalenie ostatecznego rozpoznania.

Badania pomocnicze

Zakres badań dodatkowych zależy od podejrzewanej przyczyny duszności. Wyniki badania gazometrycznego pozwalają na wczesne rozpoznanie niewydolności oddychania.

Badania przydatne w różnicowaniu przyczyn duszności:

– gazometria, saturacja,

– badania obrazowe klatki piersiowej – RTG, USG (ewentualnie TK, MR),

– badania czynnościowe układu oddechowego,

– bronchoskopia,

– EKG i echo serca,

– morfologia i badania biochemiczne.

Może być także wskazana konsultacja neurologiczna i psychologiczna.

Leczenie

Postępowanie terapeutyczne zależy od ustalonej przyczyny duszności.

PIŚMIENNICTWO

1. Broaddus V.C., Mason R.J., Ernst J.D. i wsp. (red.). Murray and Nadel’s Textbook of Respiratory Medicine. Elsevier 2016

2. Erber E., Midulla F. (red.). Paediatric Respiratory Medicine. European Respiratory Society 2013.

3. Wilmott R., Bush A., Boat T i wsp. Kendig and Chernick’s Disorders of the Respiratory Tract in Children. Saunders 2012.