Az elhízás fiziológiája és a tüdő működésére gyakorolt ​​hatás

Woolcock Orvosi Kutató Intézet, Glebe;

Sydney Egyetem, Sydney; és

Az újranyomtatási kérelmek és egyéb levelezés címe: C. Salome, Woolcock Orvosi Kutató Intézet, P.O. Box M77, Missenden Rd. NSW 2050, Ausztrália (e-mail: [e-mail védett]).

Woolcock Orvosi Kutató Intézet, Glebe;

Sydney Egyetem, Sydney; és

Légzőszervi Osztály, Royal North Shore Kórház, St. Leonards, Új-Dél-Wales, Ausztrália

Woolcock Orvosi Kutató Intézet, Glebe;

Sydney Egyetem, Sydney; és

Absztrakt

az elhízott embereknél fokozottan fennáll a légzési tünetek, például a légszomj kockázata, különösen edzés közben, még akkor is, ha nincs nyilvánvaló légúti betegségük (4, 45). Az elhízás egyértelműen képes közvetlen hatást gyakorolni a légzés jólétére, mivel növeli az oxigénfogyasztást és a széndioxid termelést, ugyanakkor merevíti a légzőrendszert és növeli a légzéshez szükséges mechanikai munkát. Az elhízás és az asztma közötti összefüggés új aggályokat vetett fel azzal kapcsolatban is, hogy az elhízás légzőrendszerre gyakorolt ​​mechanikus hatásai hozzájárulnak-e a légúti diszfunkcióhoz, amely asztmát válthat ki vagy súlyosbíthat. Ez az áttekintés az elhízás [testtömeg-index (BMI) ≥ 30 kg/m 2] hatásait vizsgálja a „normális” tüdőfiziológiára. Az elhízás-hipoventilációs szindrómához kapcsolódó jelentősebb rendellenességek egy másik áttekintés tárgyát képezik ebben a sorozatban.

Az elhízás leggyakrabban beszámolt hatása a tüdőfunkcióra a funkcionális maradék kapacitás (FRC) csökkenése (28, 40). Ez a hatás az inflációs és a deflációs nyomás egyensúlyának változását tükrözi a tüdőn a zsírszövet tömeges terhelése miatt a borda és a has körül, valamint a zsigeriüregben (52). A BMI és az FRC között exponenciális kapcsolat van (28, 40), az FRC csökkenése kimutatható még túlsúlyos egyéneknél is (28). Elhízás esetén az FRC csökkenése annyira markánssá válhat, hogy az FRC megközelíti a maradék térfogatot (RV).

Az elhízás azonban a tüdőmennyiség szélsőségeire, a teljes tüdőkapacitás (TLC) és az RV hatására, szerény. Számos tanulmány összefüggést jelent a növekvő testtömeg és a csökkenő TLC között (11, 28, 42); a változások azonban kicsiek, és a vékonyréteg-kromatográfia általában a normál érték alsó határa felett is fennmarad, még súlyos elhízás esetén is (11, 28, 63). Az RV általában jól megőrzött (5, 11, 48, 63, 67), és az RV/TLC arány normális marad, vagy kissé megnő (5, 28). A TLC mérsékelt csökkenésének és a jól megőrzött RV jelenlétében az FRC csökkenése a belégzési kapacitás növekedésével és a kilégzési tartalék térfogatának (ERV) nagyon jelentős csökkenésével nyilvánul meg (28).

A TLC csökkenésének okai nem ismertek, de valószínűleg a zsírszövet mechanikai hatásának tudhatók be, mivel a TLC-t súlycsökkenés növeli mind az enyhe (64), mind a kórosan elhízott (60) egyéneknél. A rekeszizom lefelé irányuló mozgásának csökkenése a megnövekedett hasi tömeg miatt valószínűleg csökkenti a TLC-t azáltal, hogy korlátozza a tüdő expanziójának lehetőségét az infláción. Alternatív megoldásként a zsír lerakódása a szubpleurális terekben (49) közvetlenül csökkentheti a tüdő térfogatát a mellüreg térfogatának csökkentésével, bár nincs közvetlen bizonyíték a szubpleurális zsír és a testzsír vagy a tüdő térfogata közötti összefüggésre. Bizonyíték arra, hogy a légzőizom ereje, valamint a maximális belégzési és kilégzési nyomás hasonló az elhízott és normál testsúlyú személyeknél (29, 48, 65), arra utal, hogy a mellkasi fal megmerevedése valószínűleg nem a TLC fő meghatározója.

Az elhízást a teljes légzőrendszer megmerevedése jellemzi (35), amely feltételezhetően a tüdő és a mellkas falának megfelelőségére gyakorolt ​​hatások kombinációjának tudható be (41). A legtöbb tanulmány kimutatta az elhízott egyének (21, 40, 41, 53) tüdőkompatibilitásának csökkenését, amely exponenciálisan összefügg a BMI-vel (40). A tüdő-megfelelés csökkenése a megnövekedett pulmonális vérmennyiség, a függő légutak bezáródásának következménye lehet, ami kis területű atelectasist eredményez (21), vagy megnövekedett alveoláris felületi feszültség az FRC csökkenése miatt.

Az elhízás mellkasfal-megfelelésre gyakorolt ​​hatásának bizonyítékai tanulmányok szerint eltérnek, valószínűleg a módszertani különbségek eredményeként. A mellkasfal megfelelőségének mérése nehéz, mivel a légzőizmoknak lazának és inaktívnak kell lenniük a pontos méréshez. Tudatos, spontán lélegző alanyok vizsgálata azt sugallta, hogy csökken az elhízás mellkasfal-megfelelősége (35 Ugyanakkor a mellkasfal normális megfeleléséről beszámoltak az altatott, megbénult alanyok enyhe (40) vagy súlyos (21) elhízásban, valamint tudatos alanyok különböző mérési technikákat alkalmazó tanulmányaiban (53, 55). Sharp és mtsai. (52) megállapította, hogy a mellkas tömeges terhelése normál testsúlyú, tudatos vagy altatott/bénult alanyokban a mellkasfal nyomás-térfogat görbéjének párhuzamos, jobbra tolódását eredményezi, anélkül, hogy ez befolyásolná a megfelelőséget. Az elhízott alanyok mellkasfal nyomás-térfogat görbéje hasonlított a mellkas tömegét terhelő normál alanyokhoz. A túlzott testtömeg egyszerű elhízás esetén belégzési küszöbterhelésként működhet, és a küszöb túllépése után a mellkas fala normálisan viselkedik.

A spirometriai változók, például az 1 másodperc alatt végrehajtott kényszerített kilégzési térfogat (FEV1) és a kényszerített vitális kapacitás (FVC), a BMI növekedésével általában csökkennek (51, 54, 67). A hatás azonban kicsi, és mind a FEV1, mind az FVC egészséges, elhízott felnőtteknél (51, 54) és gyermekeknél (50) általában a normális tartományba esik. A FEV1/FVC arány általában jól megőrzött vagy megnövekedett (31, 44, 51, 54, 67), még a kóros elhízásban is (5), ami azt jelzi, hogy a FEV1 és az FVC egyaránt érintett. Ez a megállapítás azt jelenti, hogy az elhízás fő hatása a tüdőmennyiségre van, nincs közvetlen hatása a légutak elzáródására.

Hasonlóképpen, a kilégzési áramlás csökken a súly növekedésével (5, 44), a tüdő térfogatának arányában (67). A kilégzési áramlás csökkenése elhízott egyénnél valószínűleg nem jelzi a hörgőelzáródást, hacsak az áramlásméréseket nem normalizálták az életképesség csökkenése érdekében. Az 1. ábra egy egészséges elhízott nő áramlási térfogatát mutatja, jelentősen csökkentve a tüdőmennyiséget, de nagyon jól megőrizve a kilégzési áramlást. Azonban a csökkent vitális kapacitás 50% -ánál a kilégzési áramlás a megjósolt vitális kapacitás alapján az előre jelzett értékhez képest alacsony. Az elhízott és normál testsúlyú nemdohányzók nagy mintájában Rubenstein és mtsai. (44) az elhízott férfiaknál jelentősen csökkentette a kilégzési áramlást, de az elhízott nőknél nem. Az elhízott és normál testsúlyú férfiak közötti különbség a csökkent életfontosság 50% -ánál a kilégzési áramlásban eltűnt a vitális kapacitás normalizálása után. Azonban a csökkent életfontosságú kapacitás 25% -ánál a kilégzési áramlás jelentős különbségei fennmaradtak a normalizálódást követően, ami arra utal, hogy elhízott férfiak perifériás légutak elzáródhatnak.

elhízás

1. ábra.Áramlási térfogatú hurkok egészséges, elhízott nőstől, 35 éves, BMI = 43 kg/m 2, csökkent teljes tüdőkapacitással (TLC), funkcionális maradék kapacitással (FRC) és létfontosságú kapacitással, de jól megőrzött kilégzési áramlásokkal. A szaggatott vonal mutatja a várható áramlás-térfogat hurokot; a folytonos vonal a tényleges hurok. Az előrejelzett tüdőmennyiség a sávon látható, a függőleges nyíl az előre jelzett áramlást mutatja az 50% -os létfontosságú kapacitásnál, a vízszintes nyíl pedig a tényleges értéket. RV, maradék térfogat.

Az árapály mennyisége súlyos elhízás esetén gyakran csökken, és a légzés gyors, sekély mintát követ (48). Ez a minta valószínűleg válasz a légzőrendszer megnövekedett merevségére, mivel a gyors, sekély légzésminta tipikus válasz egy rugalmas terhelésre (1), amely normál testsúlyú személyeknél a mellkas rugalmas pántolásával indukálható. (8) A testmozgás során az elhízott alanyok előnyösebben növelik a légzési gyakoriságukat és az árapály mennyiségüket kevesebbet, mint a nem elhízottak (15, 38). Hasonló változások következnek be a hörgőszűkület során a növekvő rugalmas terhelésekkel összefüggésben, amelyet a légzőrendszer növekvő rugalmassága jelent (47). Enyhe-közepes elhízás esetén azonban az árapály térfogata nyugalmi állapotban gyakran a normál tartományban van (6, 38, 47, 62), és a rendszeres sóhajok és mély inspirációk gyakorisága és nagysága hasonlónak tűnik a normál testsúlyú alanyokénál (6, 38, 47, 62). 62). Ez azt sugallja, hogy a légúti simaizom kontraktilitásának szabályos árapály-nyújtással és mély inspirációkkal történő módosítása (19) enyhe-közepes elhízás esetén nem sérülhet.

Mivel az FRC csökken, ameddig az megközelíti az RV-t, az elhízott egyénnek fokozott a kockázata a légutak bezárásának és a szellőzés eloszlásának rendellenességei miatt. A gázcsapda és a légutak bezárásának mutatói, mint például a lakóautó (48, 63) és a zárókapacitás (22), általában nem növekszenek az elhízott nyugalmi állapotban. Van azonban állandó bizonyíték arra, hogy mivel az FRC olyan alacsony, a záróképesség meghaladja az FRC-t, és a légutak elzáródása történhet az árapály lélegzetén belül (17, 20, 22, 34). A záróképesség és különösen az a dagadás, amely a dagályos légzés tartományában történik, összefüggésben van az artériás P o 2-vel (17, 22), felvetve annak lehetőségét, hogy az árapályos légzés során a légutak lezárása összefügg a tüdő.

Enyhe hipoxémiáról és megnövekedett alveoláris-artériás oxigénkülönbségről gyakran beszámolnak, még az elhízott eukapnikus egyéneknél is (21, 22, 27, 40, 60), és a hasi elhízással társultak a kórosan elhízottaknál (66). A súlycsökkenés hatása a gázcserére azonban változó, mivel egyes tanulmányok javulást mutatnak az artériás oxigénfeszültségekben (43, 60), míg mások szerint a zárókapacitás egyidejű csökkenése ellenére nincs változás (20, 64). A legtöbb tanulmány szerint a tüdő CO-diffúziós képessége normális (15, 42, 53, 57), még kóros elhízás esetén is (5). Egyes tanulmányok azonban azt sugallják, hogy rendkívül elhízott személyeknél fokozódhat (42, 44), valószínűleg a vérmennyiség növekedésének eredményeként (42).

Nyugalmi lélegzetvételről elhízott egyének is beszámolhatnak (4, 45), de nem világos, hogy ez teljes egészében az elhízásnak köszönhető-e. Sahebjami és Gartside (45, 46) megállapította, hogy 23 egészséges, elhízott férfi közül azoknak a 15-nek, akik nyugalmi légzési nehézségeket jelentettek, alacsonyabb a maximális önkéntes szellőzés és alacsonyabb a maximális kilégzési áramlás alacsony tüdőmennyiség mellett. A dyspneás csoportba a dohányzók nagyobb aránya is beletartozott, ami a tüdő működésének néhány tünetét és különbségét okozhatja. A légszomj és a maximális önkéntes szellőzés tesztjének gyenge teljesítménye közötti kapcsolat azonban összefüggésbe hozható a légzés oxigénköltségének növekedésével, mivel a légzés oxigénköltsége parabolikusan növekszik a légzési gyakorisággal (33).

Bár az elhízás fiziológiáját és a tüdőfunkcióra gyakorolt ​​hatásait az elmúlt 50 évben intenzíven vizsgálták, az asztma és az elhízás közötti összefüggés közelmúltbeli megfigyelése új kérdéseket vetett fel az elhízás tüdőre gyakorolt ​​mechanikai hatásaival és az mechanizmusok, amelyek az elhízottakban fellélegzik a légszomjjal, még mindig nincsenek jól megértve.

Még mindig nem ismert, hogy az elhízás befolyásolja-e a légutak szerkezetét, akár megváltozott lipidlerakódással, akár átalakítással. Bár ezekre a kérdésekre a légutak patológiájának közvetlen vizsgálata adhatja a legjobb választ, a súlycsökkenés térfogat-korrigált áramlásra és ellenállásra gyakorolt ​​hatásának fiziológiai vizsgálata is hasznos.

A kilégzési áramlás korlátozása az elhízottak potenciálisan fontos meghatározója a légszomjnak, bár a negatív kilégzési nyomást alkalmazó tanulmányok azt sugallják, hogy az áramlás korlátozása nem az elhízás általános jellemzője. A negatív kilégzési nyomás technika azonban nem megfelelő módszer lehet az áramláskorlátozás detektálására az árapályos légzés során alacsony FRC esetén az elhízottaknál. Árapályos légzésen alapuló méréssel végzett vizsgálatok (13) hasznosak lennének az elhízott populációk áramláskorlátozásának prevalenciájának, valamint a tüdő térfogatához és a légszomjhoz való viszonyának meghatározásához.

A hörgőszűkület fokozhatja az elhízás egyes hatásait, például a légutak lezárását, amelyek ezután befolyásolhatják a szellőzés eloszlását. Annak jobb megértése, hogy az elhízás milyen mértékben módosítja a hörgőszűkület fiziológiai hatásait, javíthatja az asztma és az elhízás kapcsolatának megértését.