Анатомия и физиология дыхательной системы

В понятие системы органов дыхания включаются:

§ верхние дыхательные пути (полость носа, носоглотка, ротоглотка, гортань);

§ нижние дыхательные пути (трахея и бронхи);

§ легочная паренхима, плевра и ее полость;

§ аппарат, обеспечивающий дыхательные движения (ребра с прилегающими костными образованиями, дыхательные мышцы).

Рисунок 1. Строение органов дыхания.

 

Главные бронхи

Ротоглотка

Трахея начинается от нижней границы гортани на уровне VI–VII шейных позвонков и заканчивается на уровне IV–V грудных позвонков, где происходит ее деление на правый и левый главные бронхи. Следует помнить, что правый главный бронх отходит от трахеи под углом 15–40^о, и его длина не превышает 3 см. Левый главный бронх отходит от трахеи под углом 50–70^о и имеет длину 4–5 см.

 

Рисунок 2. Строение бронхиального дерева.

 

В состав бронхиального дерева (arbor bronchialis) входят главные бронхи, долевые бронхи, сегментарные бронхи, многочисленные ветвления сегментарных бронхов, дольковые бронхи и терминальные бронхиолы (рис.2.). Бронхиальное дерево, осуществляющее в основном функцию проводящих воздухоносных путей, в среднем насчитывает 16 дихотомических делений бронхов, основная часть которых приходится на ветвления сегментарных бронхов. Дольковые бронхи имеют хрящевой каркас, тогда как концевые (терминальные) бронхиолы в своих стенках хрящ не содержат. Каждая концевая терминальная бронхиола(рис. 3)делится дихотомически на дыхательные (респираторные) бронхиолы (17–19-я генерации бронхов), которые на своих стенках содержат легочные альвеолы. От каждой респираторной бронхиолы отходят альвеолярные ходы (20–22-я генерации), заканчивающиеся альвеолярными мешочками (23-я генерация воздухоносных дыхательных путей). Стенки этих мешочков состоят из альвеол.

Дыхательные (респираторные) бронхиолы, альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки с альвеолами образуют главную структурно-функциональную единицу легкого — ацинус, в котором происходит газообмен между воздухом и кровью.

Рисунок 3. Строение стенок проводящих воздухоносных путей.

 

 

Строение стенок проводящих воздухоносных путей схематически представлено на рис. 3. Слизистая оболочка трахеи и бронхов состоит из покровного высокого призматического мерцательного эпителия, базальной мембраны и собственной пластинки, мышечного и подслизистого слоев. Эпителий представлен четырьмя видами клеток. Основную массу клеток составляют реснитчатые клетки (1). Они имеют неправильную призматическую форму. На свободной поверхности клетки, обращенной в просвет бронха, расположены короткие микроворсинки и большое количество ресничек (около 200). Реснички ритмично колеблются в направлении носоглотки, перемещая защитный слой слизи и тем самым способствуя «очищению» воздухоносных путей.

Количество бокаловидных клеток эпителия (2) в 4–5 раз меньше, чем реснитчатых. Основная функция бокаловидных клеток — выделение слизистого секрета. В состав секрета входят макрофаги и гуморальные факторы – лизоцим, лактоферрин, протеазы. В мелких бронхах и бронхиолах бокаловидные клетки отсутствуют, хотя могут появляться там при патологии.

Базальные (3) и промежуточные (4) клетки расположены в глубине эпителия и не достигают поверхности. За счет этих малодифференцированных клеток осуществляется физиологическая регенерация эпителия.

Под покровным эпителием располагаются базальная мембрана, собственная пластинка, мышечный и подслизистый слои. Последний содержит большое количество бронхиальных желез, выделяющих в просвет трахеи и бронхов слизистый или серозный секрет. Часть бронхиальных желез располагается между хрящами фиброзно-хрящевой оболочки и в наружной оболочке.

Бронхи крупного калибра имеют хрящевую основу, которая обеспечивает постоянную доступность дыхательных путей для воздуха. В состав главных бронхов также входят гладко-мышечные волокна, изменение тонуса которых приводит к изменению просвета дыхательных путей. При активации симпатического отдела вегетативной нервной системы происходит уменьшение тонуса гладкой мускулатуры и расширение просвета бронхов (бронходилатация), а при активации парасимпатического отдела – обратные процессы (повышение тонуса мускулатуры, сужение просвета бронхов – бронхоконстрикция, увеличение количества бронхиального секрета).

 

Определение

Основная концепция бронхиальной астмы была сформирована к началу 90-х годов прошлого столетия и представлена в докладе экспертов ВОЗ «Глобальная инициатива по борьбе с бронхиальной астмой» 1995 года, который был положен в основу российской национальной программы по бронхиальной астме. Тактика ведения пациентов с БА ежегодно уточняется согласно Global strategy for asthma management and prevention (GINA).

Согласно этой концепции дано определение бронхиальной астмы. (БА) - хроническое воспалительное заболевание дыхательных путей, протекающее с участием разнообразных клеток, особой ролью эозинофилов, Т-лимфоцитов и тучных клеток, с развитием генерализованной бронхиальной обструкции различной степени выраженности, полностью или частично обратимой, спонтанно или под влиянием лечения, возникающее преимущественно под воздействием внешних и внутренних стимулов у предрасположенных лиц (с генетически обусловленной или приобретенной гиперреактивностью бронхов и атопией).

Большое значение в развитии бронхиальной астмы отводится атопии – IgE обусловленным аллергическим реакциям. Воспалительный процесс в дыхательных путях обусловливает такие клинические признаки заболевания как кашель, хрипы в грудной клетке, ощущение затрудненности дыхания, перерастающее в удушье.

 

Эпидемиология

БА представляет серьезную медицинскую, социальную и экономическую проблему. В США астмой страдают 14-15 млн. человек. В России, как и в большинстве стран Европы, астма распространена среди взрослых у 5% и более чем у 7% детей, т.е. в стране около 7 млн. больных БА. В среднем, 4-10% населения планеты страдают БА различной степени выраженности. В детской популяции этот показатель выше 10-15%. Пациенты, страдающие БА, имеют в общей сложности ежегодно более 100 млн. дней ограниченной активности, 470 000 госпитализаций в год, в РФ ежегодная частота БА составляет 3-5% на каждые 100 000 вызовов скорой медицинской помощи. Каждый год от астмы погибает 5 000 человек.

В 2007 г. заболеваемость болезнями органов дыхания в Иркутске на 100000 населения составила 14997 человек, а смертность – 71 на 100000 постоянного населения. Основная структура смертности – пневмония (51) и ХОБЛ (13), 7 человек умерло от других причин, в том числе от БА.

Большой проблемой является поздняя диагностика БА и недостаточный уровень контроля над течением заболевания. У 3-х из пяти больных БА диагноз устанавливается на поздних стадиях, когда лечение становиться малоэффективным. Более 40% больных вынуждены обращаться за неотложной помощью в связи с обострением заболевания, более половины имеют ограничение физической активности, каждый третий больной, как минимум, один раз в месяц просыпается ночью в связи с симптомами болезни. Возможно, в основе поздней диагностики БА лежат и объективные трудности - наличие большой группы гетерогенных заболеваний со сходной клинической симптоматикой, что приводит и к неправильному выбору лечения. Поэтому более соответствующим утверждением можно считать следующее: «все, что сопровождается свистящими хрипами, следует считать астмой до тех пор, пока не будет доказано обратное».

БА может развиваться в любом возрасте, однако примерно в половине случаев начинается в детстве и еще у 30% до 40 лет.

 

Этиология

БА полиэтиологическое заболевание. Основная роль в его развитии принадлежит аллергенам неинфекционной природы.

К этой группе этиологических факторов относят: бытовые аллергены- домашняя пыль, компонентом которой являются дерматофогоидные клещи, размножающиеся осенью (октябрь - ноябрь) и весной (март - апрель), перо подушки, аллергены книжной, библиотечной пыли; аллергены растительного и животного происхождения - пыльца деревьев и трав, шерсть животных, сухие останки насекомых, животных (хитин тараканов и др.); лекарственные вещества - антибиотики, сульфаниламиды и т.д.; пищевые аллергены - молочные продукты., рыба, шоколад, клубника и другие; продукты химической промышленности - моющие средства, косметические товары, искусственные волокна, клеи и т.д. Бронхиальная астма, обусловленная этими причинами, относится к атопической (аллергической) БА.

Вторая группа этиологических факторов, не являющихся аллергенами, весьма разнородна, чаще всего это триггерные факторы, выявляющие генетические дефекты иммунного ответа или нейро-гуморальной регуляции тонуса мускулатуры бронхов, а так же аэрополлютанты. Бронхиальная астма, развившаяся в результате этих причин, является неатопической (неаллергической) БА.

Предрасполагающие факторы

1) Наследственная предрасположенность - выявляется у 40-50%, больных при этом вероятность заболевания БА составляет 20-30%, если болен один родитель, и увеличивается до 75% при заболевании обоих. Генетическими маркёрами вероятности заболевания БА являются антигены гистосовместимости В13, BW21, W35.

Врождённые и приобретенные биологические дефекты: снижение активности β2-адренорецепторов бронхов, дефицит секреторного IgА в бронхах и высокий уровень IgE в сыворотке крови, снижение функции Т-супрессоров и альвеолярных макрофагов, дефицит депрессорных простагландинов в связи с генетическим нарушением обмена арахидоновой кислоты, повышенная чувствительность бронхов к воздействию различных стимулов - аллергенов, ирритантов, полютантов, нарушение функции сурфактанта.

2) Атопии различного типа: аллергический дерматит, отёк Квинке, крапивница, анафилактический шок.

Способствующие факторы

Первая группа: частые ОРВИ, физические и метеорологические факторы - изменение температуры, влажности воздуха, колебания атмосферного давления, магнитного поля земли, нервно-психические стрессовые воздействия, гормональные нарушения, интенсивное физическое усилие, приём аспирина и других нестероидных противовоспалительных препаратов (НПВП).

Вторая группа: пассивное и активное курение, воздействие агрессивных факторов внешней среды (диоксиды азота, серы, озон и др.), производственные факторы (пары кислот, щелочей, дым, взвешенные частицы, аллергены и др.).

В большинстве случаев перечисленные факторы являются триггерами, способствуя развитию БА при наличии предрасположенности. При этом первая группа - ирританты, приводят, в основном, к развитию эндогенной БА ( по этиологическому признаку - дисгормональной, нервно-психической, холодовой, физического усилия, на фоне респираторных инфекций); аспириновой (на фоне приема НПВП). Вторая - преимущественно аэрополлютанты, способствуют первичной астме - профессиональной (аэрополютантной). Вдыхание холодного воздуха, прием НПВП являются триггерами, выявляющими дефект обмена арахидоновой кислоты (генетически обусловленный дефицит депрессорных простагландинов, в связи с чем эту астму иногда называют простогландиновой).

Патогенез

Патогенетически выделяют два вида БА – атопическую (аллергическую) – это однородная группа и неатопическую (неаллергическую) БА - это варианты БА с разными механизмами развития (эндогенная, аспириновая или НПВП-индуцированная, профессиональная или аэрополютантная).

В развитии атопической БА выделяют три стадии.

В иммунологическую фазу атопической БА под влиянием аллергенов и в условиях врожденного или приобретенного дефицита Т-супрессоров, В-лимфоцитами продуцируются реагиновые IgE - антитела, фиксирующиеся на тучных клетках.

В патохимической стадии при повторном контакте с аллергеном происходит его связывание с IgE на поверхности тучных клеток слизистой оболочки бронхов, дегрануляция тучных клеток, активный секреторный процесс (экзоцитоз) с высвобождением медиаторов, обладающих бронхоспастическим и вазоактивным эффектом (гистамин, лейкотриены, медленно действующая субстанция, основным компонентом которой также являются лейкотриены, каллекриин-подобное вещество, простагландины F2α, G2, D2, тромбоксан А2); хемотаксическим действием (эозинофильный и нейтрофильный хемотаксические факторы); выделением протеолитических и лизосомальных ферментов, фактора активации тромбоцитов.

В патофизиологической стадии под влиянием медиаторов развивается гиперреактивность бронхов, что проявляется бронхоспазмом, отеком слизистой оболочки бронхов, гиперкринией и дискринией (гиперсекрецией и повышением вязкости слизи).

Развитию гиперреактивности бронхов способствует врожденный или приобретенный дефицит в бронхах фермента аденилат-циклазы, вследствие чего недостаточно стимулируется β2-адренорецепторы, снижается уровень депрессорных простагландинов Е2, повышается количество прессорного F2α.

Воспалительный процесс при БА условно можно подразделить на острое, хроническое воспаление и стадию необратимых морфологических изменений (ремоделирование). В острую фазу происходит выделение провоспалительных медиаторов в результате активации тучных клеток, макрофагов, а также базофилов, развивается обструкция дыхательных путей. В дальнейшем в воспалительный процесс вовлекаются эозинофилы, Т-лимфоциты, нейтрофилы, макрофаги, нарастает выделение провоспалительных медиаторов и цитокинов – это свидетельствует о развитии хронической фазы. При этом бронхоконстрикция свойственна острой фазе, отек слизистой и гиперсекреция – хронической. Хронической фазе воспаления при БА свойственно вовлечение в патологический процесс слизистых глаз, носа, ЖКТ, что сопровождается слезотечением, метеоризмом, ринореей, наряду с затруднением дыхания. Продлению жизни клеток в очаге воспаления способствуют цитокины (ИЛ3, ИЛ5), апоптоз и др. Клетки воспаления, выделяя цитотоксические медиаторы, цитокины, инициируют повреждение эпителиальных клеток и гладких мышц бронхов, приводя к ремодулированию дыхательных путей. Повреждение эпителиального барьера сопровождается повышением гиперчувствительности дыхательных путей к воздействию внешних стимулов, в т.ч. поллютантов. В этом процессе участвуют арахидоновая кислота и её метаболиты, оксид азота, нарушается синтез депрессорных простагландинов, что ведет к бронхоспазму, развитию удушья (варианты простагландиновой астмы – аспириновая, холодовая, физического усилия, где этиологические факторы выступают в качестве триггеров, выявляя генетический дефект обмена арахидоновой кислоты и синтеза простагландинов). Репаративные процессы могут идти как по пути регенерации эпителия, так и по пути образования фиброзной ткани. Большинство клеток воспаления потенцируют пролиферативную активность фибробластов, способствуют ангиогенезу в стенке бронхов, гипертрофии гладких мышц, стимулируемой эндотелинами.

В развитии БА важную роль играют нейрогенные механизмы, т.к. медиаторы воспаления могут способствовать высвобождению нейротрансмиттеров с активацией афферентных нейронов, что усиливает бронхоконстрикцию и локальную продукцию слизи. Универсальными медиаторами воспаления являются цистеиновые лейкотриены, высвобождаемые практически всеми клетками участвующими в воспалении, особенно эозинофилами. Особую патогенетическую роль лейкотриены играют при развитии НПВП-индуцированной (аспириновой) БА.

Внутриклеточным трансмиттером центрального и периферического отделов нервной системы является оксид азота, что ухудшает мукоцилиарный клиренс и способствует обструкции бронхов.

Хроническое воспаление играет ведущую роль при аллергической - атопической, а также неаллергической - эндогенной, профессиональной и аспириновой формах БА. Состав клеток, вовлеченных в патологический процесс при разных формах БА практически одинаков, но активность некоторых цитокинов может меняться. Так, при неаллергической БА редко повышается уровень ИЛ4. Однако фенотипической зависимости между клиническими проявлениями и характером морфологических изменений в бронхах установить не удается.

Клиника

Течение БА характеризуется повторяющимися эпизодами бронхиальной обструкции – приступы экспираторной одышки, которые обычно обратимы спонтанно или под влиянием соответствующего лечения. В момент приступа появляются дистанционные хрипы, багрово - синюшная окраска кожных покровов, бочкообразная грудная клетка за счет острого вздутия легких, свистящие хрипы над всей поверхностью легких, приступ заканчивается отхождением вязкой стекловидной мокроты. Приступы возникают в связи с воспалением в бронхах, их гиперреактивностью в ответ на различные стимулы. Количество приступов и их тяжесть нарастает в период обострения БА. У большинства больных астму можно эффективно контролировать, используя адекватное лечение, однако вылечить её не удается.

Для подбора эффективной схемы контроля БА необходимо правильно определить степень тяжести болезни.

Оценка тяжести БА осуществляется в соответствии с положениями, определенными « Глобальной инициативой по профилактике и лечению БА - GINA»и базируется на следующих показателях:

-количество дневных симптомов в неделю, в день

-количество ночных симптомов в месяц, в неделю, в сутки

-выраженность нарушения физической активности, сна

-объем форсированного выдоха за одну секунду (ОФВ1) и пиковая скорость выдоха (ПСВ) в процентном соотношении с должными или наилучшими значениями для больного

-суточные колебания величин ОФВ1 и ПСВ

-эффективность В2-агонистов.

 

Классификация

 

По этиопатогенезу

· атопическая (аллергическая)

· неатопическая (неаллергическая)

o эндогенная

o аспириновая

o профессиональная

· смешанная;

По тяжести течения

I. Лёгкая эпизодическая (интермиттирующая)

-кратковременные симптомы днём реже 1-го раза в неделю

-ночные симптомы реже 2-х раз в месяц

-короткие обострения (от нескольких часов до нескольких дней)

-отсутствие симптомов и нормальная функция внешнего дыхания между обострениями

-ОФВ1 и ПСВ ≥ 80% от должного

-колебания ПСВ < 20%

II. Лёгкая персистирующая

-симптомы днём от 1-го раза в неделю до 1-го раза в день

-ночные симптомы 2 раза в месяц

-обострения могут снижать физическую активность, могут нарушать сон

-ОФВ1 и ПСВ ≥ 80% от должного

-колебания ПСВ ≤ 20-30%

III. Средней степени тяжести

-ежедневные симптомы

-ночные симптомы >1 раза в неделю

-обострения могут снижать физическую активность, могут нарушать сон

-ОФВ1 и ПСВ 60-80% от должного

-колебания ПСВ > 30%

IV. Тяжёлая

-постоянное наличие симптомов

-частые ночные симптомы

-ограничение физической активности из-за симптомов астмы

-ОФВ1 и ПСВ ≤ 60% от должного

-колебания ПСВ > 30%

По уровню контроля

· контролируемая

· частично контролируемая

· неконтролируемая

 

Таблица 1. Критерии контроля астмы.

Признак	Контролируемая	Частично контролируемая	Неконтролируемая
Дневные симптомы	≤ 2 раза в неделю	> 2 раз в неделю	≥ 3 признаков частично контролируемой астмы в любую неделю
Ночные симптомы	нет	любые
Ограничение активности	нет	любое
Необходимость лечения(в-2 агонисты короткого действия)	≤2 раза в неделю	>2 раз в неделю
ПСВ1	>80%	≤80%
Обострения	нет	≥1 в год	1 в любую неделю

Классификация БА по степени тяжести необходима для выбора тактики ведения больного согласно схеме ступенчатой терапии на начальном этапе ведения (до назначения ГКС), а также применяется в исследовательских целях.

Определение степени контролируемости БА необходимо для оценки эффективности базисной терапии и коррекции лечения у каждого конкретного пациента.

В идеале для контроля БА должны использоваться показатели воспаления – биопсийный материал, оксид азота в выдыхаемом воздухе, эозинофилы мокроты, но на данном этапе это сложно.

Важное значение имеет диагностика обострения БА и оценка его степени тяжести.

Обострение астмы – это эпизоды прогрессивного нарастания одышки, кашля, появления свистящих хрипов и чувство нехватки воздуха, сдавления грудной клетки, или различные сочетания этих симптомов, определяемые как приступы удушья различной степени тяжести – от легкой до жизнеугрожающей (фатальной).

Таблица 2. Классификация тяжести обострения.

Признаки	Легкая	Средней тяжести	Тяжелая	Жизнеугрожающая (фатальная)
Физическая активность	сохранена	ограничена	резко снижена, вынужденное положение	резко снижена или отсутствует
Сознание	не изменено	возбуждение	возбуждение, испуг «дыхательная паника»	спутанность, коматозное состояние
Речь	сохранена -предложения	ограничена - фразы	затруднена- слова	отсутствует
Частота дыхания	в норме или учащено < 25 в мин.	экспираторная одышка < 30 в мин	резко выраженная экспира-торная одышка- более 30 в мин.	брадипноэ или тахипноэ более 30 в мин.
Одышка	при нагрузке	при разговоре	в покое
Участие вспомогательных мышц	не резко выражено	выражено	резко выражено	парадоксальное торако-абдоминальное дыхание
Дыхание при аускультации	свистящие хрипы в конце выдоха	выраженное свистящее на вдохе и на выдохе (мозаичное)	резко выраженное свистящее или ослабление проведения	отсутствие дыхательных шумов «немое лёгкое»
Частота пульса	увеличена - менее 100 в мин.	увеличена –100-110 в мин.	резко увеличена - более 120 в мин.	брадикардия
ПСВ - % от нормы или лучшего показателя	более 80%	60-80%	менее 60% (менее 100 мл/мин)	менее 33%
Прием бронхолитиков последние 4-6 часов	не использовались или использовались низкие/средние дозы, возросшая потребность приема по сравнению с индивидуальной дозой	использовались высокие дозы, терапия неэффективна
Pa CO2			35-45	более 45
Sa O2 %	Более 95%	91-95%	90-95%	менее 90%
Pa O2			80 - 60	менее 60

На тяжесть обострения БА указывает наличие хотя бы нескольких параметров.

Если сатурация О2 более 92%, определение газов в крови необязательно.

 

Классификация БА по МКБ-10

Астма J45

Астма с преобладанием аллергического компонента J45.0

(атопическая астма, экзогенная аллергическая астма)

Неаллергическая астма J45.1 (идиосинкратическая астма, эндогенная астма)

Смешанная астма J45.8 (рубрики J45.0, J45.1)

Астма неуточненая J45.9

Астматический статус J45.6 (острая тяжелая астма)

 

Диагностика

Таблица 3. Диагностика БА.

Клиника	Приступы экспираторной одышки (с затрудненным выдохом), чувство сдавления грудной клетки, приступообразный кашель, ощущение свиста в груди, причем симптомы исчезают спонтанно или под влиянием лечения
Анамнез	Наличие БА или атопических заболеваний у родственников (наследственный фактор), связь приступов одышки с одной или несколькими причинами – контакт с аллергеном, вирусная инфекция, изменение температуры среды, пищевые продукты, чрезмерная эмоциональная или физическая нагрузка, воздействие поллютантов, аэрозольных химикатов, прием некоторых лекарств (салицилаты, β - блокаторы), усугубление симптомов в ночные часы, сезонная вариабельность симптомов.
Физикальное обследование	Прерывистая речь, возбуждение, положение ортопноэ, учащение или урежение дыхания, сухие свистящие хрипы, усиливающиеся на выдохе, однако вне обострения болезни характерных признаков может и не быть.
Функция внешнего дыхания	Снижение ОФВ1 ниже должных величин, снижение ФЖЕЛ ниже должных величин, снижение и выраженная вариабельность ПСВ, при этом характерна обратимость бронхиальной обструкции (более 15 %) при проведении бронходилятационного теста – после ингаляции β2-агониста или спонтанно. Коэффициент бронходилятации (КБД) рассчитывается по формуле: ОФВ1 дил.- ОФВ1 исх x 100% ОФВ1 исх. Должный прирост определяется: ОФВ1 дил.- ОФВ1 исх. x 100% ОФВ1 должн. КБД более 15% свидетельствует в пользу БА согласно стандартам Европейского респираторного общества и позволяет исключить ХОБЛ (в совокупности с другими критериями).
Аллергологическое исследование	Для выявления аллергена – кожные пробы, для уточнения специфичности аллергена – назальные, конъюктивальные, ингаляционные пробы которые проводятся только в фазе полной и стойкой ремиссии, радиоаллергосорбентный тест, для уточнения роли атопии в развитии БА – определение уровня общего и специфичного IgE. Обследование проводит врач аллерголог в условиях аллергологического кабинета,
Другие методы обследования	ЭКГ, рентгенография органов грудной клетки – по показаниям для выявления осложнений, особенно при тяжелом приступе БА, астматическом статусе (выявление пневмоторакса!), газовый состав крови, кислотно-щелочное состояние определяются при тяжелом обострении, общий анализ мокроты – эозинофилия, общеклинический скрининг – ОАК, ОАМ.

 

Необходимо отметить, что оценка степени тяжести и тяжести обострения БА возможна только до начала лечения.

Наличие хотя бы одного из критериев более тяжелой степени БА позволяет отнести больного к более высокой категории.