Όπως σημειώνεται και αλλού στο παρόν ΘΕΜΑΤΟΛΟΓΙΟ ΠΝΕΥΜΟΝΟΛΟΓΙΑΣ, η επιφάνεια του πνευμονικού παρεγχύματος, εκτάσεως 70 m2, την οποία προσεγγίζουν ~10000 l αέρος, που ένας μέσος ενήλικας αναπνέει, την ημέρα, οι πνεύμονες αντιμετωπίζουν διαρκεί απειλή από παρασυρόμενα παθογόνα μικόβια, ιούς, δυνητικά βλαπτικά σωματίδια. Δεν πρέπει, επίσης, να διαφεύγει της προσοχής οι σε υψηλές συγκεντρώσεις (108 /mL), λαθροβιούντες στην στοματοφαρυγγική κοιλότητα, μικροοργανισμοί και η εισρόφηση αυτών μπορεί να αποτελούν δυνητικό κίνδυνο λοιμώξεων (πνευμονία εξ εισρορφήσεως-σύνοψη).Επομένως, στους πνεύμονες έχει εγκατασταθεί σειρά πολύ ισχυρών, δομικών αμυντικών συστημάτων, που σχεδιάζονται τόσο για την ελαχιστοποίηση του αριθμού των μικροβίων-εισβολέων, όσο και για την αδρανοποίηση των υπολοίπων, πριν καταστούν ικανοί να προκαλέσουν λοίμωξη του αναπνευστικού.
Eισαγωγή | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
To μέγεθος των αιωρούμενων σωματιδίων είναι κρίσιμος παράγοντας που καθορίζει το βαθμό διεισδύσεως των αιωρουμένων σωματιδίων στο εισπνεόμενο αέρα, προς τους πνεύμονες.
Tα πολύ μεγάλα σωματίδια, αναχαιτίζονται από τα τριχίδια των ρουθυνιών, ενώ σωματίδια ø~ 30 μm κατακρατώνται επί του ρινικού βλεννογόνου, με τη βοήθεια της στροβιλώδους ροής που προσλαμβάνει το εισπνεόμενο αερόρρευμα στις ρινικές κόγχες. Εάν η ρινική εισπνοή παρακαμφθεί, λόγω αναπνοής από το στόμα, ή ιατρικής παρακάμψεως (π.χ, διασωλήνωση), τότε η αμυντική λειτουργία της ρινικής κοιλότητας καταργείται. Τα περισσότερα σωματίδια μεγέθους μεταξύ 30-10 μm θα αποσυρθούν στις ρινικές κοιλότητες, ή, έστω, μέχρι την κυρία τρόπιδα και τους μεγάλους αεραγωγούς. Το σύστημα διαδοχικής διοτομήσεως του τραχειοβρογχικού δένδρου εισφέρει δύο, επιπλέον, μηχανισμούς καθάρσεως: [α] Οι δευτερεύουσες, τριτεύουσες και αμέσως επόμενες τρόπιδες, όπου σημειώνεται περιοχική μεταβολή της γραμμικής ροής του εισπνεόμενου αερορεύματος σε στροβιλώδη, εξωθούν τα σωματίδια προς την περιφέρεια της εγκάρσιας διατομής του αεραγωγού, όπου προσκολλώνται στον βλεννογόνο και παγιδεύονται εκεί. Με τον τρόπο αυτό, εμποδίζεται η προώθησή τους προς τις πλέον ευαίσθητες περιοχές του πνευμονικού παρεγχύματος. [β] Η μείωση της ροής που προκαλείται με τις αλληλοδιάδοχες διχοτομήσεις επιβάλλει στα περισσότερα σωματίδια ø>2 μm να καθιζάνουν, υποκείμενα σε καθίζηση λόγω δράσεως βαρητικών δυνάμεων. Σωματίδια, ø<0.2-0.5μm τείνουν να παραμένουν αιωρούμενα ως νεφαλοποιήματα και, τελικά, να επανεκπνέονται. Τα περισσότερα μικρότερα σωματίδια, ø<0.1μm μπορεί να εναποτίθενται ως αποτέλεσμα της κινήσεως Brown (δηλαδή της τυχαίας συγκρούσεώς τους με τα μόρια των εισπνεόμενων αερίων. Επομένως, μόνο σωματίδια ø2-0.2μm αναμένεται να φτάσουν μέχρι τις κυψελίδες. Ατυχώς, τα περισσότερα από τα παθογόνα μικρόβια έχουν μέγεθος μεταξύ 0.5-2 μm και, ειπσνεόμενα, μπορεί να προωθηθούν μέχρι τα τελικά βρογχιόλια όπου απειλούν να προκαλέσουν λοίμωξη. Μερικά ιδιαίτερα παθογόνα μικρόβια χρειάζονται ιδιαίτερα μικρές συγκεντρώσεις (σχεδόν μόλις 2-50 μικροοργανισμούς) προκειμένου να προκαλέσουν αναπνευστική λοίμωξη. Εκτός από τη κρίσιμη σημασία του αεροδυναμικού μεγέθους των εισπνεόμενων σωματιδίων, άλλοι παράγοντες, όπως το σχήμα τους, η ηλεκτρική τους φόρτιση η κατάσταση της υγρεασίας, μπορεί να επηρεάσουν, αρνητικά ή θετικά, την διείεδυση τους. Π.χ., η Αlternaria μπορεί να διεισδύσει βαθύτερα στους πνεύμονες, παρ΄ότι θα αναμενόταν με βάση το αεροδυναμικό τους μέγεθος. |
μέγεθoς σωματιδίου | αποτέλεσμα |
---|---|
ø>>>30 μm | διηθούνται από τις τρίχες των ρουθουνιών |
ø>30 μm | ρινοφαρυγγική καθήλωση |
ø10-30 μm | καθήλωση στο ρινοφάρυγγα, την τραχεία και τους μεγάλους βρόγχους |
ø 2-10 μm | καθίζηση στους αεραγωγούς |
ø 0.2-2 μm | προώθηση στις κυψελίδες |
ø 0.2-0.5 μm | εκπνεκπνοή |
ø <0.2 μm | επανεκπνοή ή καθίζηση |
Οι αντιδράσεις των ιστών του αναπνευστικού συστήματος στα εισπνεόμενα σωματίδια εξαρτώνται από τη σύνθεσή τους, τον τύπο της καθηλώσεως, την ταχύτητα και την παροχή του εισπνεομένου αερορρεύματος[i]. Μερικά από τα σταγονίδια ή τα διαμερισμένα σωματίδια που, υπό μορφή αεροσολών, παρασύρονται με το εισπνεόμενο ρεύμα αέρος δεν επανεκπνέονται, αλλά είτε καθηλώνονται, προσφυόμενα στην επιθηλιακή επιφάνεια του βλεννογόνου του τραχειοβρογχικού δένδρου ή των τοιχωμάτων των “εν τω βάθει” αεροχώρων ή αραιώνονται στο μη επανεκπνεόμενο όγκο του πνεύμονα (υπολειπόμενο όγκο) και, με τον τρόπο αυτό, κατακρατούνται[ii]. Παρά το γεγονός ότι οι παλαιότεροι συγγραφείς υποστήριζαν ότι ο πνεύμονας συγκρατεί τα αιωρούμενα σωματίδια και τους μικροοργανισμούς που αιωρούνται στο εισπνεόμενο ρεύμα αέρα, έχει, σήμερα, αποδειχθεί ότι η μεγαλύτερη αναλογία σωματιδίων και διαμερισμένης ύλης επανεκπνέεται. Η πιθανότητα ενός σωματιδίου να καθηλωθεί, εισπνεόμενο στους πνεύμονες εξαρτάται από τις αεροδυναμικές του ιδιότητες, την ανατομία του αναπνευστικού συστήματος, τον τύπο της ροής και το βαθμό μίξεως που συντελείται στους αεραγωγούς. Οι χαρακτήρες της καθηλώσεως των εισπνεομένων αεροσολών στις διάφορες ανατομικές περιοχές του πνεύμονα επηρεάζουν το βαθμό της ενδεχόμενης βλαπτικής επιδράσεως των παρασυρομένων σωματιδίων τα οποία μπορεί να αποτελούνται από τοξικές, ερεθιστικές, ή αντιγονικές ουσίες ή να φέρουν προσκολλημένα πάνω στην επιφάνειά τους μικρόβια ή άλλα ανοσοαντιδραστικά σωματίδια ή, ακόμη και διαλυμένα, τοξικά αέρια.
Ο όρος καθήλωση αναφέρεται ειδικά στην ποσότητα ή την αναλογία των εισπνεομένων σωματιδίων που ουδέποτε επανεκπνέονται, αλλά εναποτίθενται οριστικά στις επιφάνειες του αναπνευστικού συστήματος Η τελική αποβολή τους από το αναπνευστικό σύστημα ή τον οργανισμό εξαρτάται από την αποτελεσματικότητα άλλων -εκτός της εκπνοής- μηχανισμών καθάρσεως. Ο όρος κάθαρση αναφέρεται στην επακόλουθη μετακίνηση ή στο βιολογικό μετασχηματισμό και την αποβολή των καθηλωμένων σωματιδίων από το αναπνευστικό σύστημα ή από τον οργανισμό. Το ποσό των μη αποκαθαιρομένων σωματιδίων τα οποία επαναδιανέμονται, αλλά δεν αποβάλλονται από τον οργανισμό ονομάζεται κατακράτηση. Έτσι, τόσο ο όρος κατακράτηση, όσο και ο όρος κάθαρση είναι χρονικές συναρτήσεις των συνθηκών εκθέσεως και των μηχανισμών αποβολής των σωματιδίων (à693). Για μια σύντομη έκθεση σε εισπνοή αεροσόλης, η σχέση των τριών προηγουμένων εννοιών περιγράφεται από τη σχέση:
Κατακράτηση (t)=καθήλωση-κάθαρση(t)
Η τελική αποβολή τους από το αναπνευστικό σύστημα ή τον οργανισμό εξαρτάται από την αποτελεσματικότητα άλλων -εκτός της εκπνοής- μηχανισμών καθάρσεως. Ο όρος κάθαρση αναφέρεται στην επακόλουθη μετακίνηση ή στο βιολογικό μετασχηματισμό και την αποβολή των καθηλωμένων σωματιδίων από το αναπνευστικό σύστημα ή από τον οργανισμό. Το ποσό των μη αποκαθαιρομένων σωματιδίων τα οποία επαναδιανέμονται, αλλά δεν αποβάλλονται από τον οργανισμό ονομάζεται κατακράτηση. Έτσι, τόσο ο όρος κατακράτηση, όσο και ο όρος κάθαρση είναι χρονικές συναρτήσεις των συνθηκών εκθέσεως και των μηχανισμών αποβολής των σωματιδίων (à693). Για μια σύντομη έκθεση σε εισπνοή αεροσόλης, η σχέση των τριών προηγουμένων εννοιών περιγράφεται από τη σχέση:
Κατακράτηση (t)=καθήλωση-κάθαρση(t)
όπου, t ο χρόνος μετά την καθήλωση της αεροσόλης στις επιφάνειες του αναπνευστικού συστήματος.
Παρ΄όλο ότι πολλοί ερευνητές έχουν χρησιμοποιήσει ραδιογραφικές τεχνικές για την εκτίμηση του ρυθμού κατακρατήσεως και του συνολικού φορτίου ενός εισπνεομένου υλικού στο αναπνευστικό σύστημα, ο θεωρητικός υπολογισμός της τελικής κατακρατήσεως προϋποθέτει τη μέτρηση του ρυθμού καθηλώσεως και του ρυθμού αποβολής των εισπνεομένων σωματιδίων. Ο ρυθμός μεταβολής του συνολικού φορτίου σωματιδίων στους πνεύμονες μετά την έκθεση αποδίδεται από τη σχέση:
DF/dt
όπου F, το συνολικό φορτίο των σωματιδίων.
Ο όρος καθήλωση αναφέρεται ειδικά στην ποσότητα ή την αναλογία των εισπνεομένων σωματιδίων που ουδέποτε επανεκπνέονται, αλλά εναποτίθενται οριστικά στις επιφάνειες του αναπνευστικού συστήματος. Η τελική αποβολή τους από το αναπνευστικό σύστημα ή τον οργανισμό εξαρτάται από την αποτελεσματικότητα άλλων -εκτός της εκπνοής- μηχανισμών καθάρσεως. Ο όρος κάθαρση αναφέρεται στην επακόλουθη μετακίνηση ή στο βιολογικό μετασχηματισμό και την αποβολή των καθηλωμένων σωματιδίων από το αναπνευστικό σύστημα ή από τον οργανισμό. Το ποσό των μη αποκαθαιρομένων σωματιδίων τα οποία επαναδιανέμονται, αλλά δεν αποβάλλονται από τον οργανισμό ονομάζεται κατακράτηση. Έτσι, τόσο ο όρος κατακράτηση, όσο και ο όρος κάθαρση είναι χρονικές συναρτήσεις των συνθηκών εκθέσεως και των μηχανισμών αποβολής των σωματιδίων (à693). Για μια σύντομη έκθεση σε εισπνοή αεροσόλης, η σχέση των τριών προηγουμένων εννοιών περιγράφεται από τη σχέση:
Κατακράτηση (t)=καθήλωση-κάθαρση(t)
όπου, t ο χρόνος μετά την καθήλωση της αεροσόλης στις επιφάνειες του αναπνευστικού συστήματος.
Παρ΄όλο ότι πολλοί ερευνητές έχουν χρησιμοποιήσει ραδιογραφικές τεχνικές για την εκτίμηση του ρυθμού κατακρατήσεως και του συνολικού φορτίου ενός εισπνεομένου υλικού στο αναπνευστικό σύστημα, ο θεωρητικός υπολογισμός της τελικής κατακρατήσεως προϋποθέτει τη μέτρηση του ρυθμού καθηλώσεως και του ρυθμού αποβολής των εισπνεομένων σωματιδίων. Ο ρυθμός μεταβολής του συνολικού φορτίου σωματιδίων στους πνεύμονες μετά την έκθεση αποδίδεται από τη σχέση:
DF/dt
όπου F, το συνολικό φορτίο των σωματιδίων.
καθήλωση, κάθαρση και δυσμενείς επιδράσεις τοξικών αεροσολών στο αναπνευστικό |
|||
ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ |
ΡΙΝΟΦΑΡΥΓΓΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ |
ΤΡΑΧΕΙΟΒΡΟΓΧΙΚΟ ΔΕΝΔΡΟ |
ΒΟΤΡΥΔΙΑΚΗ ΔΕΞΑΜΕΝΗ |
ΚΑΘΗΛΩΣΗ |
πρόσκρουση, διάχυση,αναχαίτηση,ηλεκτροστατική έλξη |
πρόσκρουση, καθίζηση, διάχυση, αναχαίτηση, ηλεκτροστατική έλξη |
διάχυση, καθίζηση,ηλεκτροστατική έλξη, αναχαίτηση |
ΚΑΘΑΡΣΗ |
βλεννοκροσσωτή συσκευή, πταρμός, εκφύσηση, λύση |
βλεννοκροσσωτή συσκευή, βήχας, λύση |
|
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ |
φλεγμονή, συμφόρηση, εξέλκωση, καρκίνος |
βρογχόσπασμος, αντιδράσεις υπερευαισθησίας Ι, ΙΙΙ, αντανακλαστικοί μηχανισμοί, συμφόρηση, βρογχικός καρκίνος |
φλεγμονή, οίδημα, ίνωση, εμφύσημα καρκίνος |
[i] Brain, JD., Valberg, PA.: Deposition of aerosol in the respiratory tract. State of the art. Am. Rev. Respir. Dis. 1977· 130:1325-1373
[ii] Raabe, O., G.: Deposition and clearance of inhaled aerosols. In: Witschi, H., Nettesheim, P., (eds.): MeEsch JL, Spektor DM, Lippmann M. Effect of lung airway branching pattern and gas composition on particle deposition. II Experimental studies in human and canine lungs. Exp Lung Res. 1988;14:321–348chanisms in respiratory toxicology. CRS-press, 1982
Η ποσοτική εκτίμηση της βλεννοκροσσωτής καθάρσεως επιχειρείται με διάφορες τεχνικές που ταξινομούνται σε δύο ομάδες, δηλαδή στη μέτρηση της ταχύτητας της τραχειακής βλέννης (tracheal mucus velocity) και στην τραχειοβρογχική κάθαρση. Η TMV έχει εκτιμηθεί με την εισαγωγή μικρών πλαστικών δίσκων στην τραχεία με τη βοήθεια βρογχοσκοπίου ή με ραδιοϊσοτοπικές τεχνικές. Με τις τελευταίες τεχνικές, εισάγεται μιά δόση ραδιενεργού υλικού στην τραχεία και ανιχνεύεται ο ρυθμός μεταγωγής του προς το φάρυγγα με τη βοήθεια γ-κάμερας.
Η βλεννοκροσσωτή κάθαρση των αεραγωγών καθορίζεται από την επιμέρους κάθαρση πολλών επιμέρους βρόγχων, που ευρίσκονται σε παράλληλη και κατά σειρά θέση. Ο ρυθμός καθάρσεως, επομένως, καθορίζεται από τα μορφομετρικά χαρακτηριστικά του τραχειοβρογχικού δένδρου και αναμένεται να εκφράζεται με μιά εκθετική συνάρτηση της μορφής στην εικόνα. Έτσι, η καμπύλη καθάρσεως εμφανίζει δύο φάσεις:
δυσλειτουργία βλεννοκροσσωτής καθάρσεως
Η κυστική ίνωση και η πρωτοπαθής δυσκινησία κροσσών χαρακτηρίζονται από σύμφυτα ελλείμματα στο σύστημα βλεννοκροσσωτής μεταγωγής που συνεπάγονται σοβαρές εκπτώσεις της υγείας του ανώτερου και κατώτερου αναπνευστικού συστήματος. Στους ασθενείς με πρωτοπαθή δυσκινησία κροσσών, η ρινίτιδα αποτελεί πρόβλημα εφ΄όρου ζωής, συχνά από τις πρώτες ημέρες της ζωής. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη δυσκολία θηλασμού, λόγω αποφράξεως των ρινικών κοιλοτήτων. Στα επόμενα στάδια της ζωής, οι ασθενείς με πρωτοπαθή δυσκινησία κροσσών, επίσης, εμφανίζουν χρόνια παραρινοκολπίτιδα, συνήθως απουσία ρινικών πολυπόδων. Εάν η κατάσταση συνυπάρχει με άτυπο άσθμα, βρογχεκλτασίες, χρόνιο παραγωγικό βήχα, και σοβαρή μέση ωτίτιδα, ο ασθενής πρέπει να ελεγχθεί για πρωτοπαθή δυσκινησία κροσσών.
~Το 79% των ασθενών με κυστική ίνωση, πάσχουν από χρόνια παραρινοκολπίτιδα, συχνά με ευμεγέθεις πολύποδες, και έχει εντοπιστεί συσχέτιση μεταξύ της βαρύτητας των ανώτερων και κατώτερων αναπνευστικών λοιμώξεων. Έχει σημασία να υπογραμμιστεί ότι οι ετεροζυγώτες φορείς μεταλλάξεων της κυστικής ινώσεως εμφανίζοονται να έχουν αυξημένη επίπτωση χρόνιας παραρινοκολπίτιδας, θέτοντας την υπόνοια ότι οι μετλλάξεις αυτές θα μπορούσαν να συσχετίζονται με την ανάπτυξη χρόνιας παραρινοκολπίτιδας στον γενικό πληθυσμό.