Dyskusja
Pacjenci z POChP, którzy byli hiperkapniczni osiągali prawie całkowitą aktywację przepony podczas maksymalnych wysiłków dobrowolnych, podczas gdy pacjenci z normokapnią wykazywali mniejszą i bardziej zmienną aktywację.
Oddechowa odpowiedź motoryczna na ostry wzrost zapotrzebowania na wentylację, oceniana przez obliczenie stosunku spoczynkowego P0.1 do P0.1 zarejestrowanego na końcu oddychania CO2, była podobnej wielkości w obu grupach pacjentów, ze znacznym nakładaniem się pomiędzy pacjentami z normokapnią i hiperkapnią. Dane te sugerują, że rezerwa ośrodka oddechowego jest rzeczywiście równoważna u pacjentów hiperkapnicznych i normokapnicznych lub, że stosunek spoczynkowego P0.1 do P0.1 na końcu hiperkapnicznego wyzwania nie jest wystarczająco czuły dla zidentyfikowania różnicy w rezerwie.
Innym podobnym podejściem do oceny odpowiedzi wyjścia motorycznego układu oddechowego na ostry wzrost zapotrzebowania na wentylację jest pomiar odpowiedzi P0.1 na CO2 podczas manewru ponownego oddychania. Większość badaczy donosi, że nachylenie tej odpowiedzi jest obniżone u pacjentów z hiperkapnią 6, ale niektórzy, jak obecni autorzy (ryc. 1⇑), znaleźli nachylenie równe temu u pacjentów z normokapnią. Poważnym ograniczeniem tego wskaźnika napędu oddechowego jest to, że ciśnienie w drogach oddechowych może znacznie niedoszacować ciśnienie wewnątrz klatki piersiowej u pacjentów z POChP, ponieważ stała czasowa układu oddechowego jest zwiększona. Problem ten pogłębia się podczas oddechu z powodu postępującego wzrostu objętości płuc, powodującego zmniejszenie długości mięśnia wdechowego, oraz z powodu dodatniego zwijania się układu oddechowego przy końcu wydechu 9. Bardziej podstawowym problemem jest to, że nachylenie pacjenta może przekroczyć linię normalnej odpowiedzi 19; punkty danych, które leżą na lewo od przecięcia sugerują, że napęd jest ponadnormalny, podczas gdy punkty na prawo sugerują stępienie napędu.
Nerwowy napęd przepony podczas obciążenia może być oceniony przy użyciu techniki interpolacji drgawek 10, 11, 20, 21. U królików Ferguson 10 stwierdził, że pomiary stopnia aktywacji przepony, określone ilościowo techniką interpolacji skurczów, były ściśle skorelowane z zapisami elektroneurogramu nerwu przeponowego (r2=0,80-0,96). Technika interpolacji drgań jest niezwykle czuła i przy starannym wykonaniu może wykryć nawet 1% zmianę ciśnienia drgań 22. Dodatkową atrakcją jest to, że wartości aktywacji przepony są niezależne od zmiany objętości płuc powyżej funkcjonalnej pojemności resztkowej 23. W związku z tym pomiar aktywacji przepony, w postaci wskaźnika dobrowolnej aktywacji, ma kilka zalet w porównaniu z częściej stosowanymi wskaźnikami napędu oddechowego, w tym P0,1 i jego odpowiedzią na ponowne oddychanie CO2.
W 10 zdrowych osobach Allen i wsp. 11 stwierdzili, że średnia±sd wartość wskaźnika dobrowolnej aktywacji przepony wynosiła 88±12%. Średnia wartość tego wskaźnika u normokapnicznych pacjentów objętych niniejszym badaniem (88,5±1,9%) odpowiadała wartościom u osób zdrowych, natomiast u pacjentów hiperkapnicznych była wyższa (94,5±0,7%). Wartości podczas kilku maksymalnych wysiłków u dobrze zmotywowanych osób z badania Allena i wsp. 11 wykazywały znaczny rozrzut wewnątrzprzedmiotowy (zakres wartości wskaźnika 40-100%). Rozrzut wartości był mniejszy u pacjentów normokapnicznych (zakres, 71,3-97,9%) niż u osób zdrowych w badaniu Allena i wsp.11, a mniejszy u pacjentów hiperkapnicznych (zakres, 85,4-100%; p=0,01). Mniejszy rozrzut u chorych w cięższym stanie (z hiperkapnią i zwiększonym obciążeniem mechanicznym) jest podobny do obserwowanego zmniejszenia naturalnej zmienności rytmu serca i rytmu oddychania w stanach chorobowych 24, 25.
Kilka zmiennych moduluje zakres dobrowolnej aktywacji przepony. Ból powstający w mięśniach lub skórze może zmniejszać dobrowolną aktywację 26, ale nie ma powodu, aby podejrzewać ten czynnik u pacjentów w niniejszym badaniu. Mała objętość płuc zmniejsza dobrowolną aktywację 23, ale objętości płuc w badanych grupach pacjentów były takie same (tabela 1⇑). Hipoksemia moduluje napęd oddechowy 9, 27 i chociaż pacjenci z hiperkapnią byli bardziej hipoksemiczni, nie zaobserwowano istotnej korelacji między wskaźnikiem dobrowolnej aktywacji a Pa,O2. Wskaźnik dobrowolnej aktywacji był dodatnio skorelowany z Pa,CO2 i ujemnie z pH (ryc. 4⇑). Podobnie wykazano, że wskaźnik dobrowolnej aktywacji wzrasta wraz z napięciem dwutlenku węgla (PCO2) podczas wdechowego obciążenia oporowego 28. Obserwacje te sugerują, że przewlekła kwasica oddechowa może umożliwić hiperkapnicznym pacjentom z POChP wygenerowanie zwiększonej dobrowolnej aktywacji przepony.
To, że zarówno wskaźnik dobrowolnej aktywacji jak i Pa,CO2 były dodatnio skorelowane z Edyn/Pdi,max (ryc. 4⇑) sugeruje, że zdolność hiperkapnicznych pacjentów do pełniejszej rekrutacji przepony podczas ostrego obciążenia stanowi adaptacyjną odpowiedź na chronicznie zwiększone obciążenie mechaniczne. Istnieją dowody na poparcie obserwacji, że napęd oddechowy nie jest upośledzony u pacjentów z hiperkapnią. U pacjentów z POChP najwyższe częstotliwości wyładowań motorycznych przepony podczas oddychania spoczynkowego występowały u pacjentów z najwyższymi poziomami Pa,CO2, chociaż autorzy nie ustalili, czy częstotliwości wyładowań różniły się między pacjentami hiperkapnicznymi i normokapnicznymi 29. McKenzie i wsp.28 zauważyli, że u zdrowych osób poddawanych wdechowemu obciążeniu oporowemu rozwojowi hiperkapnii towarzyszył wzrost wskaźnika dobrowolnej aktywacji przepony.
Nie jest jasne, jaką korzyść, jeśli w ogóle, przynosi zwiększona dobrowolna aktywacja przepony u pacjentów z POChP poddawanych hiperkapnii. W obliczu zwiększonego obciążenia mechanicznego, zwiększona aktywacja mięśni predysponuje do uszkodzenia mięśni przepony.30. Postuluje się, że downregulation of respiratory motoneuronal output has been postulated as a useful adaptive strategy to avoid structural injury in the face of an elevated load 9, 13, and such disfacilitation has even been termed by „central wisdom”. Pacjenci z POChP, którzy nie są w stanie zwiększyć napędu neuronalnego podczas pogorszenia choroby, są jednak podatni na hipowentylację i śmiertelną hipoksemię. W niedawno przeprowadzonym badaniu pacjentów z POChP, u których nie powiodła się próba odzwyczajenia od wentylacji mechanicznej, stwierdzono, że u pacjentów nastąpił >40% wzrost wysiłku mięśni wdechowych w miarę rozwoju postępującej niewydolności oddechowej 13. Oznacza to, że w obliczu ostrego wzrostu obciążenia mechanicznego, pacjenci z POChP nie zmniejszają aktywacji mięśni wdechowych, pomimo teoretycznej korzyści z tego wynikającej. Niemniej jednak, ludzie poddawani ekstremalnym obciążeniom mogą mieć coraz większe trudności z utrzymaniem pełnej dobrowolnej aktywacji mięśni w miarę postępującego zmęczenia, tj. doświadczają zmęczenia centralnego 21. Badania na zwierzętach 27, 31 również sugerują, że ekstremalne obciążenie powoduje depresję napędu do mięśni wdechowych.
Pomimo, że trudno jest oddzielić udział dobrowolnego i mimowolnego napędu do motoneuronów oddechowych podczas zewnętrznego obciążenia, niektóre dowody sugerują, że bulbopontynowe ośrodki oddechowe nie aktywują w pełni przepony nawet wtedy, gdy chemiczny napęd do oddychania jest wysoki 27, 32. Ludzka kora ruchowa oddziałuje bezpośrednio i szeroko na przeponę 33 i jest zaangażowana w produkcję dobrowolnych wysiłków wdechowych 34. Tak więc, jak zauważyli Allen i wsp. 11, dobrowolny napęd przepony może być ważną obroną przed rozwojem hipowentylacji podczas ekstremalnego obciążenia układu oddechowego, co może mieć miejsce w zaostrzeniu POChP. Jeśli u niektórych chorych z ciężkim zaostrzeniem POChP dojdzie do postępującego zmęczenia ośrodkowego, to ci, u których wskaźnik dobrowolnej aktywacji jest już niski, znajdą się w gorszej sytuacji niż chorzy z wyższym, wcześniej istniejącym wskaźnikiem dobrowolnej aktywacji, ponieważ w pierwszym przypadku wahania ciśnienia wdechowego mogą szybko zmniejszyć się do poziomu niewystarczającego do podtrzymania wentylacji pęcherzyków płucnych. Sytuacja ta jest analogiczna do pacjentów z przebytym poliomyelitis, którzy wykazywali zmniejszoną wytrzymałość mięśni kończyn podczas protokołu zmęczeniowego w porównaniu do osób zdrowych, częściowo z powodu większego stopnia zmęczenia centralnego, które z kolei wydaje się wynikać z upośledzenia dobrowolnej aktywacji mięśni 35. Innymi słowy, pacjenci z większym obciążeniem mięśni oddechowych mogli nauczyć się, jak w pełni aktywować przeponę w sposób przerywany. Ta zdolność do osiągnięcia pełnej aktywacji przepony prawdopodobnie zapewnia przewagę przeżycia pacjentowi z POChP, który stoi w obliczu zwiększonego obciążenia mechanicznego i pogarszającej się wymiany gazowej.
Pośrednie dowody sugerują, że stopień dobrowolnej aktywacji przepony, jaki mogą osiągnąć pacjenci z POChP, przy stabilnej sytuacji klinicznej, może wpływać na ich zdolność do utrzymania wentylacji pęcherzyków płucnych podczas zaostrzenia. Po pierwsze, stwierdzono, że wzrost Pa,CO2 podczas zaostrzenia POChP jest większy u pacjentów, którzy byli normokapniczni, gdy byli stabilni klinicznie, niż u pacjentów, którzy byli hiperkapniczni, gdy byli stabilni klinicznie 36. Obserwacja ta sugeruje, że regulator oddechu w mniejszym stopniu rekrutuje mięśnie wdechowe u pacjentów, którzy byli normokapniczni niż u tych, którzy byli hiperkapniczni (gdy obaj byli stabilni klinicznie). Po drugie, hipoksemia w momencie przyjęcia do szpitala z powodu zaostrzenia była mniej poważna u pacjentów, którzy byli normokapniczni, gdy byli stabilni klinicznie, niż u pacjentów, którzy byli hiperkapniczni, gdy byli stabilni klinicznie 36. Obserwacja ta potwierdza tezę, że wymiana gazowa jest bardziej upośledzona u pacjentów, którzy są hiperkapniczni niż u tych, którzy są normokapniczni. W związku z tym, gdy chorzy z długotrwałą hiperkapnią doświadczają ostrego zaostrzenia POChP, ich jedyną opcją jest maksymalna rekrutacja mięśni wdechowych lub stawienie czoła zagrażającej życiu hipoksemii. Po trzecie, śmiertelność wtórna do zaostrzenia nie jest związana z bezwzględnym poziomem hiperkapnii, ale ze stopniem kwasicy 37, 38. Obserwacje te sugerują, że niezdolność do utrzymania odpowiedniej wentylacji pęcherzyków płucnych przez prawie całkowitą rekrutację mięśni oddechowych może przyczyniać się do śmiertelności.
W podsumowaniu, podczas ostrego wzrostu obciążenia wdechowego, pacjenci z przewlekłą obturacyjną chorobą płuc i hiperkapnią byli w stanie aktywować przeponę w pełniejszy sposób niż pacjenci z chorobą i normokapnią. Czy większa rekrutacja przepony podczas ciężkich zaostrzeń przewlekłej obturacyjnej choroby płuc zapewnia przewagę przeżycia, pozostaje do ustalenia.
.