CPE jest spowodowany podwyższonym ciśnieniem hydrostatycznym w kapilarach płucnych prowadzącym do przesączania płynu do śródmiąższu płucnego i pęcherzyków płucnych. Zwiększone ciśnienie w LA zwiększa płucne ciśnienie żylne i ciśnienie w mikrokrążeniu płucnym, powodując obrzęk płuc.
Mechanizm CPE
Krew kapilarna płucna i gaz pęcherzykowy są oddzielone przez błonę pęcherzykowo-kapilarną, która składa się z trzech anatomicznie różnych warstw: (1) śródbłonka kapilarnego; (2) przestrzeni śródmiąższowej, która może zawierać tkankę łączną, fibroblasty i makrofagi; oraz (3) nabłonka pęcherzyków płucnych.
Wymiana płynu normalnie zachodzi między łożyskiem naczyniowym a śródmiąższem. Obrzęk płuc występuje, gdy zwiększa się strumień netto płynu z naczyń do przestrzeni śródmiąższowej. Zależność Starlinga określa równowagę płynów pomiędzy pęcherzykami płucnymi a łożyskiem naczyniowym. Przepływ netto płynu przez membranę jest określany za pomocą następującego równania:
Q = K(Pcap – Pis) – l(Pcap – Pis),
gdzie Q to filtracja netto płynu; K to stała zwana współczynnikiem filtracji; Pcap to ciśnienie hydrostatyczne w kapilarze, które ma tendencję do wymuszania płynu z kapilary; Pis to ciśnienie hydrostatyczne w płynie śródmiąższowym, które ma tendencję do wymuszania płynu do kapilary; l jest współczynnikiem odbicia, który wskazuje skuteczność ściany kapilary w zapobieganiu filtracji białka; drugi Pcap jest koloidowym ciśnieniem osmotycznym osocza, które ma tendencję do wciągania płynu do kapilary; a drugi Pis jest koloidowym ciśnieniem osmotycznym w płynie śródmiąższowym, które wyciąga płyn z kapilary.
Filtracja netto płynu może wzrosnąć ze zmianami w różnych parametrach równania Starlinga. CPE występuje głównie wtórnie do upośledzenia odpływu z LA lub dysfunkcji LV. Aby doszło do rozwoju obrzęku płuc na skutek wzrostu ciśnienia w kapilarach płucnych, ciśnienie w kapilarach płucnych musi wzrosnąć do poziomu wyższego niż ciśnienie osmotyczne koloidów w osoczu. Ciśnienie w kapilarach płucnych wynosi zwykle 8-12 mm Hg, a ciśnienie osmotyczne koloidu 28 mm Hg. Wysokie ciśnienie zaklinowania kapilar płucnych (PCWP) nie zawsze może być widoczne w ustalonym CPE, ponieważ ciśnienie kapilarne mogło powrócić do normy w momencie wykonywania pomiaru.
Limfatyka
Limfatyka odgrywa ważną rolę w utrzymaniu odpowiedniej równowagi płynów w płucach poprzez usuwanie rozpuszczalników, koloidu i płynu z przestrzeni śródmiąższowej w tempie około 10-20 ml/h. Ostry wzrost ciśnienia w kapilarach tętnicy płucnej (tj. do >18 mm Hg) może zwiększyć filtrację płynu do śródmiąższu płuc, ale usuwanie limfy nie zwiększa się odpowiednio. W przeciwieństwie do tego, w obecności przewlekle podwyższonego ciśnienia w LA, szybkość usuwania limfy może wynosić nawet 200 ml/h, co chroni płuca przed obrzękiem płuc.
Etapy
Postęp gromadzenia się płynu w CPE można określić jako trzy odrębne etapy fizjologiczne.
Etap 1
W etapie 1, podwyższone ciśnienie w LA powoduje rozciągnięcie i otwarcie małych naczyń płucnych. Na tym etapie wymiana gazowa krwi nie ulega pogorszeniu, a nawet może ulec nieznacznej poprawie.
Stopień 2
W stopniu 2 płyn i koloid przesuwają się do śródmiąższu płuc z naczyń włosowatych płuc, ale początkowy wzrost odpływu chłonki skutecznie usuwa płyn. Ciągła filtracja płynu i rozpuszczalników może przewyższać możliwości drenażowe naczyń limfatycznych. W takim przypadku płyn początkowo gromadzi się w stosunkowo zgodnym przedziale śródmiąższowym, którym jest na ogół tkanka okołonaczyniowa dużych naczyń, zwłaszcza w strefach zależnych.
Kumulacja płynu w śródmiąższu może zagrażać małym drogom oddechowym, prowadząc do łagodnej hipoksemii. Hipoksemia na tym etapie rzadko jest wystarczającej wielkości, aby stymulować tachypnea. Tachypnea na tym etapie jest głównie wynikiem stymulacji receptorów kapilarnych (typu J), które są niemielinizowanymi zakończeniami nerwowymi zlokalizowanymi w pobliżu pęcherzyków płucnych. Receptory typu J biorą udział w odruchach modulujących oddychanie i częstość akcji serca.
Faza 3
W fazie 3, gdy filtracja płynu nadal się zwiększa i dochodzi do wypełnienia luźnej przestrzeni śródmiąższowej, płyn gromadzi się w stosunkowo mało elastycznej przestrzeni śródmiąższowej. Przestrzeń śródmiąższowa może zawierać do 500mL płynu. Przy dalszym gromadzeniu płyn przekracza nabłonek pęcherzyków płucnych i przedostaje się do pęcherzyków płucnych, prowadząc do ich zalania. Na tym etapie zauważalne są zaburzenia w wymianie gazowej, pojemność życiowa i inne objętości oddechowe są znacznie zmniejszone, a hipoksemia staje się bardziej nasilona.
Zaburzenia serca manifestujące się jako CPE
Zaburzenia odpływu z przedsionków
Mogą być spowodowane zwężeniem zastawki mitralnej lub, w rzadkich przypadkach, śluzakiem przedsionka, zakrzepicą protezy zastawki lub wrodzoną błoną w lewym przedsionku (np. cor triatriatum). Zwężenie zastawki mitralnej jest najczęściej następstwem gorączki reumatycznej, po której może stopniowo prowadzić do obrzęku płuc. Inne przyczyny CPE często towarzyszą zwężeniu mitralnemu w ostrym CPE; przykładem może być zmniejszone napełnianie LV z powodu tachykardii w arytmii (np. migotanie przedsionków) lub gorączki.
Dysfunkcja skurczowa LV
Dysfunkcja skurczowa, częsta przyczyna CPE, jest definiowana jako zmniejszona kurczliwość mięśnia sercowego, która zmniejsza rzut serca. Spadek rzutu serca stymuluje aktywność współczulną i rozszerzenie objętości krwi poprzez aktywację układu renina-angiotensyna-aldosteron, co powoduje pogorszenie stanu zdrowia poprzez skrócenie czasu napełniania LV i zwiększenie ciśnienia hydrostatycznego w kapilarach.
Przewlekła niewydolność LV jest zwykle wynikiem zastoinowej niewydolności serca (CHF) lub kardiomiopatii. Przyczyny ostrych zaostrzeń obejmują następujące czynniki:
-
Ostry zawał mięśnia sercowego (MI) lub niedokrwienie
-
Nieprzestrzeganie przez pacjenta ograniczeń dietetycznych (np. ograniczenia soli w diecie)
-
Nieprzestrzeganie przez pacjenta leków (np, leki moczopędne)
-
Szeroka niedokrwistość
-
Sepsa
-
Tyrotoksykoza
-
Zapalenie mięśnia sercowego
-
Toksyny w mięśniu sercowym (np, alkohol, kokaina, chemioterapeutyki takie jak doksorubicyna, trastuzumab)
-
Przewlekła choroba zastawkowa, zwężenie aorty, niedomykalność aortalna, i niedomykalność mitralna
Dysfunkcja rozkurczowa LV
Dokrwienie i zawał mogą powodować dysfunkcję rozkurczową LV oprócz dysfunkcji skurczowej. W podobnym mechanizmie stłuczenie mięśnia sercowego wywołuje dysfunkcję skurczową lub rozkurczową.
Dysfunkcja rozkurczowa sygnalizuje zmniejszenie rozkurczowej podatności (compliance) LV. Z powodu zmniejszonej podatności, aby uzyskać podobną objętość wyrzutową, konieczne jest zwiększenie ciśnienia rozkurczowego. Pomimo prawidłowej kurczliwości LV, zmniejszony rzut serca w połączeniu z nadmiernym ciśnieniem końcoworozkurczowym generuje hydrostatyczny obrzęk płuc. Nieprawidłowości rozkurczowe mogą być również spowodowane przez zaciskające zapalenie osierdzia i tamponadę.
Dysrytmie
Noworozpoczęte szybkie migotanie przedsionków i częstoskurcz komorowy mogą być odpowiedzialne za CPE.
Przerost LV i kardiomiopatie
Mogą one zwiększać sztywność LV i ciśnienie końcoworozkurczowe, z obrzękiem płuc wynikającym ze zwiększonego ciśnienia hydrostatycznego we włośniczkach.
Przeciążenie objętościowe LV
Przeciążenie objętościowe LV występuje w różnych stanach kardiologicznych i niekardiologicznych. Do stanów kardiologicznych należą: pęknięcie przegrody międzykomorowej, ostra lub przewlekła niedomykalność aortalna oraz ostra lub przewlekła niedomykalność mitralna. Zapalenie wsierdzia, rozwarstwienie aorty, urazowe pęknięcie, pęknięcie wrodzonej fenestracji zastawki i przyczyny jatrogenne są najważniejszymi przyczynami ostrej niedomykalności aortalnej, która może prowadzić do obrzęku płuc.
Pęknięcie przegrody międzykomorowej, niedomykalność aortalna i niedomykalność mitralna powodują wzrost ciśnienia końcoworozkurczowego LV i ciśnienia w LA, co prowadzi do obrzęku płuc. Niedrożność odpływu LV, taka jak spowodowana stenozą aortalną, powoduje wzrost ciśnienia końcoworozkurczowego, wzrost ciśnienia w LA i wzrost ciśnienia w kapilarach płucnych.
Pewne zatrzymanie sodu może wystąpić w związku z dysfunkcją skurczową LV. Jednak w niektórych stanach chorobowych, takich jak pierwotne zaburzenia czynności nerek, główną rolę może odgrywać retencja sodu i przeciążenie objętościowe. CPE może wystąpić u pacjentów z niewydolnością nerek zależną od hemodializy, często w wyniku nieprzestrzegania ograniczeń dietetycznych lub nieprzestrzegania sesji hemodializy.
Zawał serca
Jednym z mechanicznych powikłań zawału może być pęknięcie przegrody międzykomorowej lub mięśnia brodawkowatego. Te powikłania mechaniczne znacznie zwiększają obciążenie objętościowe w ostrym okresie i dlatego mogą powodować obrzęk płuc.
Zaburzenia odpływu z zastawki aortalnej
Ostra niedrożność zastawki aortalnej może powodować obrzęk płuc. Jednak zwężenie zastawki aortalnej spowodowane zaburzeniami wrodzonymi, zwapnieniem, dysfunkcją protezy zastawki lub chorobą reumatyczną ma zwykle przebieg przewlekły i wiąże się z adaptacją hemodynamiczną serca. Adaptacja ta może obejmować koncentryczny przerost LV, który sam w sobie może powodować obrzęk płuc poprzez dysfunkcję rozkurczową LV. Kardiomiopatia przerostowa jest przyczyną dynamicznej niedrożności odpływu LV.
Podwyższone systemowe ciśnienie tętnicze krwi można uznać za czynnik etiologiczny niedrożności odpływu LV, ponieważ zwiększa ono opór systemowy przeciwko funkcji pompującej lewej komory.