Ostre uszkodzenie płuc (ALI – acute lung injury) oraz zespół ostrej niewydolności oddechowej (ARDS – acute respiratory distress syndrome) powstają na skutek uszkodzenia pęcherzyków płucnych. Po raz pierwszy zespół ARDS opisał Ashbaugh, w 1967 roku (1). ALI/ARDS jest zespołem objawów klinicznych spowodowanych zwiększoną przepuszczalnością płucnych naczyń włosowatych, będąc w swojej istocie niekardiogennym obrzękiem płuc. Charakterystyczne cechy ALI/ARDS to oporna na tlenoterapię hipoksemia oraz rozsiane zmiany niedodmowe w radiogramie płuc. ALI i ARDS obejmują objawy kliniczne, gazometryczne i radiologiczne, które nie mogą być wytłumaczone jedynie wzrostem ciśnienia w lewym przedsionku.

Czynnik uszkadzający płuca może być bezpośredni (skierowany wprost przeciwko śródmiąższowi płuc, jak np. aspiracja treści pokarmowej, proces zapalny), albo pośredni (atakujący narządy odległe od płuca, np. ostre zapalenie trzustki). W obu tych sytuacjach ostre uszkodzenie płuc jest konsekwencją uogólnionego procesu zapalnego (SIRS – systemic inflamatory response syndrome). Czynniki etiologiczne prowadzą do zmian płucnych obejmujących szerokie spektrum objawów klinicznych niewydolności oddechowej oraz nieprawidłowości gazometrycznych i radiologicznych.

Definicja ALI/ARDS opiera się o kryteria ustalone przez Amerykańsko-Europejską Konferencję Uzgodnieniową (The American-European Consensus Conference on ARDS – 1994, uaktualnione we wrześniu 2001) (2). Kryteria rozpoznawcze dla ALI i ARDS podano w tabeli 1.

Pomimo olbrzymiego postępu w poznawaniu etiopatogenezy zespołu ostrej niewydolności oddechowej (ARDS) oraz rozwoju technik intensywnej terapii, ARDS pozostaje wyzwaniem dla współczesnej medycyny i należy do częstszych przyczyn zgonów w oddziale intensywnej terapii (3).

Szereg badań wskazuje, iż niezależnie od pierwotnej etiologii zaburzenia surfaktantu są jednym z czynników rozwoju zaburzeń funkcji płuc związanych z ostrym uszkodzeniem płuc (ALI – acute lung injury) oraz zespołu ostrej niewydolności oddechowej (ARDS – acute respiratory distress syndrome) (Miller et al.).

Analiza materiału pobranego od chorych, u których rozwinął się zespół ostrej niewydolności oddechowej, przy pomocy płukania oskrzelowo-pęcherzykowego (BAL) oraz od zwierząt w doświadczalnym uszkodzeniu płuc, wykazuje zmiany składu systemu endogennego surfaktantu i potwierdza związek tych zaburzeń z dysfunkcją płuc (Miller et al.).

Wraz z rozwojem i ugruntowywaniem się naszej wiedzy na temat patogenezy i patofizjologii rozlanego uszkodzenia pęcherzyków płucnych wkrótce będzie możliwe farmakologiczne modyfikowanie ARDS. Obecnie swoiste markery uszkodzenia płuc, w tym elementy składowe surfaktantu płucnego, ocena funkcji endogennego surfaktantu umożliwiają wczesne rozpoznawanie stanów prowadzących do rozwinięcia się ARDS oraz mogą służyć do monitorowania procesów zachodzących w miąższu płuc w trakcie leczenia (6).

Uzasadnia to zainteresowanie zaburzeniami struktury, funkcji i możliwościami ewentualnej suplementacji surfaktantu egzogennego w przebiegu zespołu ostrej niewydolności oddechowej.

Zespół ostrej niewydolności oddechowej (ARDS) – zgodnie z definicją – określany jest jako morfologiczna i czynnościowa ekspresja uszkodzenia płuc spowodowana przez cały szereg różnorodnych czynników etiologicznych. Do ostrego uszkodzenia płuc dochodzi w wyniku uogólnionej reakcji zapalnej spowodowanej bezpośrednim uszkodzeniem płuc (czynnik uszkadzający skierowany wprost przeciwko miąższowi płuca) lub pośrednim uszkodzeniem płuc (czynnik uszkadzający atakujący pierwotnie narządy odległe od płuca).

Wzrasta zainteresowanie rozróżnieniem patofizjologii bezpośrednich i pośrednich przyczyn ARDS. Pojawiają się opinie, że ostre uszkodzenie płuc (ALI) z przyczyn pierwotnie płucnych i pozapłucnych nie są równoważne.

Przyczynę mogą stanowić odrębności leżące u podstaw zmian patologicznych – przewaga nacieczenia miąższu płucnego w ARDS pochodzenia płucnego oraz przewaga zmian o charakterze obrzęku śródmiąższowego i cechach niedodmy w ARDS pochodzenia pozapłucnego. W wyniku działania bodźca bezpośrednio na płuca, pierwotnie uszkodzeniu ulega nabłonek dróg oddechowych i pęcherzyków płucnych. Zmiany obejmujące nabłonek w większym stopniu prowadzą do uruchomienia kaskady czynników zapalnych, nacieczenia miąższu płucnego, zmniejszenia syntezy i obrotu metabolicznego surfaktantu na skutek uszkodzenia pneumocytów typu II (7, 8, 9, 10).

W wyniku uszkodzenia płuc z przyczyn pierwotnie pozapłucnych dominuje uszkodzenie komórek śródbłonka płucnego, pneumocyty typu II pozostają względnie nieuszkodzone. Ponadto, stopień uszkodzenia płuc w ALI z przyczyn pierwotnie płucnych i przyczyn pierwotnie pozapłucnych o porównywalnych wartościach określanych na podstawie wskaźników stopnia hipoksji tętniczej oraz LIS mogą nie być równoważne, może wynikać z tego, iż wiele z pozapłucnych przyczyn ALI zmniejsza podatność zarówno ściany klatki piersiowej jak i miąższu płuc (11) (tab 2.). W konsekwencji, kliniczne wskaźniki ciężkości ALI/ARDS, będące składnikiem Lung Injury Score, takie jak podatność i stosunek PaO₂/FIO₂, a ulegające wpływowi patologii brzusznej i patologii ściany klatki piersiowej, mogą nie odzwierciedlać precyzyjnie ciężkości rozlanego uszkodzenia pęcherzyków płucnych u pacjentów z pośrednim uszkodzeniem płuc. Ostatnie badania wskazują na różnicę w klinicznych następstwach pomiędzy obydwoma tymi rodzajami uszkodzenia płuc. Bezpośrednie uszkodzenie płuc obarczone jest większą śmiertelnością, większymi wymaganiami oddechowymi i większym naciekaniem miąższu płucnego (Miller et al.).

Generalnie uważano, że ARDS jest krańcową postacią szerokiego spektrum uszkodzeń płuc spowodowanych jednorodnym mechanizmem zapalnym niezależnym od czynników przyczynowych. Takie hipotezy formułowano głównie na podstawie badań histopatologicznych wskazujących, iż niezależnie od wstępnej przyczyny, odpowiedź płuc na uszkodzenie jest stereotypowa, z przejściem od ostrego uszkodzenia włośniczek pęcherzykowych do późnej fazy proliferacyjnej (12). Niestety, większość z badań histopatologicznych to doniesienia dotyczące zdarzeń późnych lub terminalnych, a właściwości patologiczne wczesnej fazy ARDS, takie jak obrzęk śródmiąższowy i niedodma pęcherzykowa, nie są łatwe do rozpoznania.

W przeprowadzonym niedawno badaniu zaobserwowano różnice morfologiczne pomiędzy uszkodzeniem płuc w ARDS pochodzenia płucnego i pozapłucnego (13). W ARDS pochodzenia płucnego stwierdzono przewagę niedodmy pęcherzykowej, wysięku włóknikowego oraz obrzęk ściany pęcherzyka płucnego. Różnice morfologiczne pomiędzy ARDS pochodzenia płucnego i pozapłucnego w odniesieniu do schorzenia będącego przyczyną ARDS oraz w odniesieniu do zakresu i rozmieszczenia zmian, bywają głównie ilościowe (13). W obrazie z mikroskopu świetlnego we wczesnym okresie ARDS, zarówno pochodzenia płucnego, jak i pozapłucnego, obserwowano podobne zwiększenie niedodmy pęcherzykowej i śródmiąższowej liczby komórek („komórkowości”) (14). W obrazach uzyskanych w mikroskopie elektronowym w ARDS typu płucnego zaobserwowano poważne uszkodzenie nabłonka pęcherzyków, obrzmiałe i ulegające fragmentacji komórki typu I i II, nadmiernie rozszerzone kanaliki, sekwestrację granulocytów obojętnochłonnych w przestrzeni pęcherzykowej, proliferacje fibroblastów do wnętrza przegrody pęcherzykowej, obecność włókien kolagenu typu III i błon hialinowych, podczas gdy w ARDS pochodzenia pozapłucnego obserwowano głównie cechy obrzęku śródmiąższowego i nieuszkodzone komórki typu I oraz II (15, 16). Ponadto, w ARDS pochodzenia płucnego, w porównaniu do ARDS pochodzenia pozapłucnego zaobserwowano większą ilość krwinek białych, które ulegały apoptozie.

W ostatnich latach, w wielu badaniach eksperymentalnych i klinicznych doniesieniach w tomografii komputerowej opisywano różnorodność obrazu morfologicznego stwierdzanego u pacjentów z ARDS (Miller et al.). Na podstawie badań tomografii komputerowej klatki piersiowej (TK) w sposób rozstrzygający stwierdzono, że ALI/ARDS jest procesem niehomogenicznym, a obraz morfologiczny różni się w zależności od przypadku, trybu wentylacji i ułożenia ciała pacjenta. Porównując wczesną fazę ARDS płucnego i pozapłucnego (porównano 22 pacjentów we wczesnej fazie ARDS płucnego i 11 pacjentów z ARDS pozapłucnym) zaobserwowano, że w opisach ARDS pochodzenia pozapłucnego dominowała symetryczna utrata przejrzystości o charakterze „sproszkowanego szkła” i zlokalizowane głównie w okolicy grzbietowej nacieczenia miąższu płucnego z cechami niedodmy, podczas gdy w ARDS pochodzenia płucnego zmiany wykazywały tendencję do asymetrii, z mieszaniną gęstości naciekania o charakterze przestrzeni miąższowej i naciekami o wyglądzie „sproszkowanego szkła” (17). Stwierdzono, że tylko u części pacjentów z ARDS (7 z 25 pacjentów z ARDS pozapłucnym i 5 z 16 pacjentów z ARDS płucnym) w badaniu TK występowały typowe cechy radiologiczne (18). Tym samym, samo badanie TK nie zapewnia rozróżnienia pomiędzy ARDS pochodzenia płucnego i pozapłucnego, ponadto żadna wyodrębniona pojedyncza cecha w badaniu TK nie pozwala precyzyjnie określić, czy ARDS jest typu płucnego, czy pozapłucnego.

W badaniach klinicznych opisywano odszukiwanie i wykrywanie różnic pomiędzy uszkodzeniem płuc z przyczyn pierwotnie płucnych i przyczyn pierwotnie pozapłucnych w badaniach radiologicznych, czynnościowych i w odpowiedzi na stosowane postępowanie lecznicze (m.in. strategię wentylacyjną, PEEP, wentylację w ułożeniu chorego na brzuchu – „prone position” oraz zastosowane leki).

W ARDS płucnym i pozapłucnym obserwowano różnice w danych dotyczących mechaniki oddechowej (19). Różnice odzwierciedlają odmienne procesy leżące u ich podłoża, a wynikające z różnych czynników etiopatogenetycznych. Tradycyjnie wysoki opór sprężysty układu oddechowego w ARDS przypisuje się płucom, a tylko w niewielkim stopniu mechanice ściany klatki piersiowej. Albaiceta i wsp., podobnie jak Gattinoni, wykazali, że ściana klatki piersiowej ma istotny wpływ na mechanikę układu oddechowego w ARDS pochodzenia pozapłucnego (20, 21). Autorzy analizowali fazę wydechu krzywej ciśnienie – objętość i zaobserwowali różne objętości przy tym samym ciśnieniu i różną kinetykę wydechu w ARDS płucnym i pozapłucnym. Ponadto, również mechanika płuc różniła się, w ARDS pochodzenia pozapłucnego stwierdzano większe objętości płuc przy każdym z ciśnień przezpłucnych.

Odmienna mechanika oddychania w ARDS płucnym i pozapłucnym może wpływać na ciśnienie przezpłucne – to znaczy, przy zastosowaniu danego ciśnienia oddechowego – wyższe ciśnienie przezpłucne występuje w ARDS pochodzenia płucnego niż pozapłucnego. Odrębności leżące u podstaw zmian patologicznych (przewaga naciekania miąższu płucnego lub przewaga zmian niedodmowych) i różne ciśnienia przezpłucne dla zastosowanych tych samych ciśnień w drogach oddechowych prowadzą do zastosowania różnych strategii wentylacyjnych (22). Wykazano, że potencjał rekrutacyjny pęcherzyków płucnych jest większy w przypadku zmian niedomowych, a mniejszy w przypadku zagęszczeń miąższowych. Natomiast, stosowane ciśnienia otwarcia, wymagane do rekrutacji pęcherzyków płucnych, mogą prowadzić w zależności od oporu sprężystego (elastancji) ściany klatki piersiowej do różnych ciśnień przezpłucnych.

W ARDS pochodzenia płucnego i pozapłucnego stwierdzono różną odpowiedź mechaniki oddechowej (11). W ARDS płucnym, zwiększając PEEP do 15 cm H₂O indukowano głównie nadmierne rozciągnięcie pęcherzyków, zwiększając opór sprężysty układu oddechowego, podczas gdy w ARDS pozapłucnym PEEP indukował rekrutację pęcherzyków płucnych, tym samym zmniejszając elastancję. Określano wpływ zastosowania westchnień o ciśnieniu plateau 45 cm H₂O na utlenowanie i rekrutację pęcherzyków płucnych (23). W ARDS płucnym, zmiany niedodmowe występują w niewielkiej ilości, przeważającym uszkodzeniem jest naciekanie pęcherzyków płucnych. Wskutek tego, dla danego ciśnienia plateau, zmiany ciśnienia przezpłucnego są relatywnie duże, co oznacza, że w ARDS płucnym płuca są „sztywne”, o małym potencjale rekrutacyjnym, a ciśnienie przezpłucne niezbędne do otwarcia płuca trudne do osiągnięcia. Natomiast w ARDS pozapłucnym ilość zmian niedomowych ma istotne znaczenie, ciśnienie przezpłucne pozostaje niskie, a ogólnie płuca wydają się być bardziej podatne na strategię rekrutacyjną (23). Średni wzrost PaO₂ uzyskany manewrem rekrutacyjnym był prawie pięciokrotnie większy w ARDS pozapłucnym (130%), niż w ARDS płucnym (27%), co potwierdza powyższe obserwacje (24). Ponadto, zaobserwowano, że zastosowanie westchnienia o ciśnieniu 45 cm H₂O przez 30 sekund i po westchnieniu PEEP o wartości 16 cm H₂O może poprawiać utlenowanie zarówno w ARDS pochodzenia płucnego, jak i pozapłucnego (25). Jednakże, w odpowiedzi na stosowaną strategię wentylacyjną statyczna podatność płuc wzrastała tylko w ARDS pozapłucnym. Stwierdzono również, że reakcja na zastosowanie wentylacji w ułożeniu chorego na brzuchu różniła się między ARDS płucnym i pozapłucnym. Odpowiedź na zastosowanie „prone position” (definiowana jako wzrost PaO₂ / FiO₂> 40% w stosunku do wartości wyjściowej) była bardziej nasilona w ARDS pozapłucnym, niż płucnym, kinetyka wzrostu utlenowania była mniejsza w ARDS płucnym, wzrost podatności układu oddechowego był większy w ARDS pozapłucnym, a zagęszczenia określane w badaniu radiologicznym klatki piersiowej zmniejszały się w większym stopniu w ARDS pozapłucnym (26). W przeprowadzonych dużych prospektywnych badaniach obejmujących 51 pacjentów z ARDS pochodzenia płucnego i 22 pacjentów z ARDS pochodzenia pozapłucnego, po 6 godzinach wentylacji w ułożeniu na brzuchu, stwierdzono lepszą oksygenację w ARDS pozapłucnym, niż płucnym (27).

Strategia wentylacyjna ma wpływ na wyniki leczenia ARDS, ponadto na wynik prowadzonego leczenia mogą wpłynąć także inne potencjalne sposoby postępowania terapeutycznego (Miller et al. S39-S40). W tym, ale nie tylko, zastosowanie wysokich wartości ciśnienia końcowo – wydechowego (PEEP), westchnienia, wentylacja w ułożeniu chorego na brzuchu – „prone position”, środki wziewne, w tym tlenek azotu (NO), prostacyklina (PGI₂) podawana w nebulizacji, egzogenny surfaktant. Prawdopodobnie korzystny efekt powyższych strategii postępowania leczniczego będzie zależny od stadium ALI /ARDS, w którym zostaną zastosowane (wcześnie, czy późno) oraz przyczyn leżących u podstaw ARDS (28).

Przesłanki teoretyczne zapowiadały skuteczność tlenku azotu (NO) w zwalczaniu ARDS (Miller et al.). Tlenek azotu rozprowadzany inhalacyjnie, kierowany jest preferencyjnie do dobrze wentylowanych obszarów i tylko w ich obrębie rozkurcza naczynia płucne. Powoduje to redystrybucję przepływu krwi do pęcherzyków powietrznych i zmniejszenie zaburzeń stosunku wentylacji do perfuzji, a tym samym prowadzi do poprawy oksygenacji tętniczej. Do innych korzyści inhalacji NO należy zaliczyć poprawę funkcji obu komór serca ze wzrostem wskaźnika sercowego, hamowanie przesączania przez śródbłonek płucny oraz osłabianie pobudzenia zapalnego neutrofili. Jednakże wyniki opublikowanych wieloośrodkowych, prospektywnych, randomizowanych badań II fazy nad zastosowaniem NO w różnych dawkach (1-40 ppm) we wczesnej fazie ARDS nie były na tyle zachęcające by uzasadniać przeprowadzenie badań fazy III (nie stwierdzono wpływu na częstość najcięższych powikłań (odma), ani na śmiertelność (29). Określano, czy odpowiedź na wziewne podawanie NO może zależeć od przyczyny ARDS (30). Porównywano wymianę gazową i efekty hemodynamiczne indukowane przez zastosowanie kombinacji tlenku azotu i „prone position” i analizowano, czy wyniki u pacjentów z ARDS płucnym i pozapłucnym różnią się (31). Zaobserwowano, iż zastosowanie „prone position” wiązało się z wyraźną poprawą utlenowania niezależnie od przyczyny ARDS, a dodatkowe efekty związane z podaniem NO obserwowano głównie u pacjentów z ARDS płucnym. Uzyskane wyniki przypisywano redystrybucji wentylacji, wzrostowi rekrutacji pęcherzyków płucnych w „prone position” i tym samym lepszą dostępnością NO do mikrokrążenia płucnego o niskim stosunku wentylacji do przepływu. Inni autorzy nie zaobserwowali różnicy we wpływie NO w zależności od pochodzenia ARDS (19).

Badano też hipotezę, czy wpływ na zmiany oksygenacji i parametrów hemodynamiki płuc w odpowiedzi na podawaną drogą wziewną prostacyklinę może zależeć od typu ARDS (32). Prostacyklinę (PGI₂) podano wziewnie 15 pacjentom. Pacjentów określano jako odpowiadających na leczenie, jeśli po zastosowaniu PGI₂ stwierdzono wzrost PaO₂, o co najmniej o 7,5 mm Hg lub wzrost stosunku PaO₂/FiO₂ o 10%. Wzrostem utlenowania zareagowało na leczenie 8 pacjentów (53%), a 7 (47%) nie zareagowało. Wszyscy pacjenci, u których doszło do poprawy utlenowania to pacjenci z ARDS pochodzenia płucnego, natomiast u pacjentów z ARDS pozapłucnym (plus jednego z ARDS pochodzenia płucnego) zaliczono do grupy bez reakcji na leczenie. W ARDS płucnym, podana w nebulizacji PGI₂ była dystrybuowana bardziej rozlegle, głównie do nie aktywnych czynnościowo przestrzeni pęcherzykowych, podczas gdy w ARDS pozapłucnym, PGI₂ docierała do bardziej dostępnych pęcherzyków, z powodu mniej rozproszonego naciekania płuc (głównie zależnego od siły grawitacji). Autorzy uważają, iż rozpoznanie kliniczne dwóch rodzajów ARDS, łącznie z analizą dystrybucji zmian w TK może stanowić o prognozowaniu wpływu nebulizacji PGI2 na utlenowanie krwi.

W ostatnich latach zaprezentowano wyniki prac klinicznych i eksperymentalnych sugerujących korzystny efekt terapii suplementacyjnej kortykosteroidami (Miller et al.). W doświadczalnym modelu ARDS indukowanego lipopolisacharydami Escherichia coli porównywano wpływ kortykosteroidów. Stwierdzono, iż wpływ kortykosteroidów na mechanikę oddychania, obraz histologiczny płuc i poziom cytokin był bardziej nasilony w ARDS płucnym, niż pozapłucnym (Miller et al.).