Институт за медицински изследвания Woolcock, Glebe;

Университет в Сидни, Сидни; и

Адрес за заявки за повторно отпечатване и друга кореспонденция: C. Salome, Институт за медицински изследвания Woolcock, P.O. Box M77, Missenden Rd. NSW 2050, Австралия (имейл: [имейл защитен]).

Институт за медицински изследвания Woolcock, Glebe;

Университет в Сидни, Сидни; и

Отделение по респираторна медицина, болница Royal North Shore, Сейнт Леонардс, Нов Южен Уелс, Австралия

Институт за медицински изследвания Woolcock, Glebe;

Университет в Сидни, Сидни; и

Резюме

затлъстелите хора са изложени на повишен риск от респираторни симптоми, като задух, особено по време на тренировка, дори ако нямат очевидно дихателно заболяване (4, 45). Затлъстяването има ясен потенциал да има пряк ефект върху респираторното благосъстояние, тъй като увеличава консумацията на кислород и производството на въглероден диоксид, като същевременно засилва дихателната система и увеличава механичната работа, необходима за дишането. Връзката между затлъстяването и астмата също поражда нови опасения относно това дали механичните ефекти на затлъстяването върху дихателната система допринасят за дисфункция на дихателните пътища, която може да предизвика или влоши астмата. Този преглед ще изследва ефектите от затлъстяването [индекс на телесна маса (ИТМ) ≥ 30 kg/m 2] върху „нормалната“ белодробна физиология. По-съществените нарушения, свързани със синдрома на затлъстяването и хиповентилацията, са предмет на друг преглед в тази поредица.

Най-последователно докладваният ефект от затлъстяването върху белодробната функция е намаляване на функционалния остатъчен капацитет (FRC) (28, 40). Този ефект отразява промяна в баланса на инфлационния и дефлационния натиск върху белия дроб поради масовото натоварване на мастната тъкан около гръдния кош и корема и във висцералната кухина (52). Съществува експоненциална връзка между ИТМ и FRC (28, 40), с намаляване на FRC, откриваемо дори при лица с наднормено тегло (28). При затлъстяване намаляването на FRC може да стане толкова изразено, че FRC да се доближи до остатъчния обем (RV).

Въпреки това, ефектите от затлъстяването върху крайните обеми на белите дробове, при общ белодробен капацитет (TLC) и RV, са умерени. Много проучвания съобщават за връзка между увеличаване на телесното тегло и намаляване на TLC (11, 28, 42); обаче промените са малки и TLC обикновено се поддържа над долната граница на нормата, дори при тежко затлъстяване (11, 28, 63). RV обикновено е добре запазен (5, 11, 48, 63, 67), а съотношението RV към TLC остава нормално или леко увеличено (5, 28). При наличие на умерено намаляване на TLC и добре запазена RV, намаляването на FRC се проявява чрез увеличаване на капацитета за вдишване и много значително намаляване на обема на резерва за издишване (ERV) (28).

Причините за намаляването на TLC не са известни, но вероятно се дължи на механичен ефект на мастната тъкан, тъй като TLC се увеличава чрез загуба на тегло както при леки (64), така и при болни със затлъстяване (60) пациенти. Намаляването на движението на диафрагмата надолу, поради увеличената коремна маса, вероятно ще намали TLC чрез ограничаване на пространството за разширяване на белите дробове при надуване. Алтернативно, отлагането на мазнини в субплевралните пространства (49) може директно да намали обема на белите дробове чрез намаляване на обема на гръдната кухина, въпреки че няма пряко доказателство за някаква връзка между субплевралната мастна тъкан и обема на телесните мазнини или белите дробове. Доказателствата, че силата на дихателните мускули и максималното налягане при вдишване и издишване са сходни при лица със затлъстяване и с нормално тегло (29, 48, 65), показват, че втвърдяването на гръдната стена вероятно не е основен фактор, определящ TLC.

Затлъстяването се характеризира с втвърдяване на цялата дихателна система (35), което се предполага, че се дължи на комбинация от ефекти върху спазването на белите дробове и гръдната стена (41). Повечето проучвания показват намаляване на белодробното съответствие при затлъстели индивиди (21, 40, 41, 53), което изглежда е експоненциално свързано с ИТМ (40). Намаляването на белодробното съответствие може да бъде резултат от увеличен обем на белодробната кръв, затваряне на зависими дихателни пътища, водещо до малки области на ателектаза (21) или повишено алвеоларно повърхностно напрежение поради намаляването на FRC.

Доказателствата за ефект на затлъстяването върху съответствието на гръдната стена варират в различните проучвания, вероятно в резултат на методологични разлики. Измерването на съответствието на гръдната стена е трудно, тъй като дихателните мускули трябва да са отпуснати и неактивни, за да позволят точно измерване. Изследванията на съзнателни, спонтанно дишащи субекти предполагат, че има намаляване на съответствието на гръдната стена при затлъстяване (35). Съобщава се обаче за нормално съответствие на гръдната стена при проучвания на обезболени, парализирани субекти с леко (40) или тежко (21) затлъстяване, както и при проучвания на съзнателни субекти, използващи различни техники за измерване (53, 55). Sharp и сътр. (52) установи, че масовото натоварване на гръдния кош при пациенти с нормално тегло или анестезирани/парализирани дава паралелно изместване вдясно на кривата на налягането-обем на гръдната стена, без да се засяга съответствието. Кривата на налягане-обем на гръдната стена при затлъстели лица прилича на тази при нормални субекти с масово натоварване на гръдния кош. Излишната телесна маса при обикновено затлъстяване може да действа като натоварващ праг на вдишване и след като прагът бъде преодолян, гръдната стена се държи нормално.

Спирометричните променливи, като обем на принудително издишване за 1 s (FEV1) и принудителен жизнен капацитет (FVC), са склонни да намаляват с увеличаване на ИТМ (51, 54, 67). Ефектът обаче е малък и както FEV1, така и FVC обикновено са в нормалните граници при здрави, затлъстели възрастни (51, 54) и деца (50). Съотношението FEV1 към FVC обикновено е добре запазено или увеличено (31, 44, 51, 54, 67), дори при болестно затлъстяване (5), което показва, че както FEV1, така и FVC са засегнати в еднаква степен. Това откритие предполага, че основният ефект от затлъстяването е върху обема на белите дробове, без пряк ефект върху запушването на дихателните пътища.

По същия начин експираторните потоци намаляват с увеличаване на теглото (5, 44), пропорционално на белодробните обеми (67). Намаляването на експираторните потоци при затлъстел човек е малко вероятно да показва бронхиална обструкция, освен ако измерванията на потока не са нормализирани за намаляване на жизнената способност. Фигура 1 показва вериги с обем на потока от здрава затлъстела жена със значително намаляване на обема на белите дробове, но много добре запазени експираторни потоци. Въпреки това, потокът на издишване при 50% от намалената жизнена способност е нисък в сравнение с предсказаната стойност, въз основа на прогнозираната жизнена способност. В голяма извадка от непушачи със затлъстяване и нормално тегло, Rubenstein et al. (44) установи значително намаляване на експираторните потоци при затлъстелите мъже, но не и при затлъстелите жени. Разликата между мъжете със затлъстяване и нормалното тегло при издишване при 50% от намалената жизнена способност изчезва след нормализиране на жизнената способност. Въпреки това, значителни разлики в експираторния поток при 25% от намаления жизнен капацитет се запазват и след нормализиране, което предполага възможността за обструкция на периферните дихателни пътища при затлъстели мъже.

затлъстяването

Фиг. 1.Цикли с обем на потока от здрава затлъстела жена, на възраст 35 години, BMI = 43 kg/m 2, с намален общ белодробен капацитет (TLC), функционален остатъчен капацитет (FRC) и жизненоважен капацитет, но добре запазени експираторни потоци. Прекъснатата линия показва предвидения контур на обема на потока; плътната линия е действителният цикъл. Предвидените обеми на белите дробове са показани на лентата, вертикалната стрелка показва предвиден поток с 50% жизнена мощност, а хоризонталната стрелка показва действителната стойност. RV, остатъчен обем.

Дихателните обеми често се намаляват при тежко затлъстяване и дишането следва бърз, плитък модел (48). Този модел вероятно ще бъде отговор на повишената скованост на дихателната система, тъй като бързото, плитко дишане е типичен отговор на еластично натоварване (1), което може да се предизвика при лица с нормално тегло с еластична лента на гърдите (8). По време на тренировка, затлъстелите субекти за предпочитане увеличават честотата на дишането си повече и дихателните обеми по-малко, отколкото небъдещите (15, 38). Подобни промени се случват по време на бронхоконстрикция във връзка с нарастващи еластични натоварвания, представени от увеличаване на еластичността на дихателната система (47). Въпреки това, при леко-умерено затлъстяване, дихателните обеми в покой често са в нормални граници (6, 38, 47, 62), а честотата и големината на редовните въздишки и дълбоки вдишвания изглеждат подобни на тези при лица с нормално тегло (6, 62). Това предполага, че модулацията на контрактилитета на гладката мускулатура на дихателните пътища чрез редовно приливно разтягане и дълбоки вдъхновения (19) може да бъде нарушена при леко-умерено затлъстяване.

Тъй като FRC е намален до степен, която се доближава до RV, затлъстелият човек е изложен на повишен риск от затваряне на дихателните пътища и аномалии на разпределението на вентилацията. Индикаторите за улавяне на газ и затваряне на дихателните пътища, като RV (48, 63) и капацитет на затваряне (22), обикновено не се увеличават при затлъстелите в покой. Съществуват обаче постоянни доказателства, че тъй като FRC е толкова нисък, капацитетът на затваряне надвишава FRC и затварянето на дихателните пътища може да възникне в рамките на приливните дишания (17, 20, 22, 34). Затварящият капацитет и по-специално степента, до която затварянето се случва в обхвата на приливното дишане, е корелирано с артериалния P o 2 (17, 22), повишавайки възможността затварянето на дихателните пътища по време на приливно дишане да е свързано с подвентилация на някои региони бял дроб.

Често се съобщава за лека хипоксемия и повишена алвеоларно-артериална разлика в кислорода, дори при евкапнични затлъстели лица (21, 22, 27, 40, 60), и са свързани с коремно затлъстяване при болестно затлъстелите (66). Въпреки това, ефектът от загубата на тегло върху обмяната на газ е променлив, тъй като някои проучвания показват подобрения в артериалното напрежение на кислорода (43, 60), докато други не съобщават за промяна (20, 64), въпреки едновременното намаляване на капацитета на затваряне (20). Повечето проучвания предполагат, че капацитетът за дифузия на белодробен CO е нормален (15, 42, 53, 57), дори при болестно затлъстяване (5). Въпреки това, някои проучвания предполагат, че може да се увеличи при изключително затлъстели лица (42, 44), вероятно в резултат на увеличаването на обема на кръвта (42).

Задух в покой може да се съобщава и от затлъстели индивиди (4, 45), но не е ясно дали това се дължи изцяло на затлъстяването. Sahebjami и Gartside (45, 46) установяват, че сред 23 здрави мъже със затлъстяване, 15-те, които съобщават за затруднено дишане в покой, имат по-ниска максимална доброволна вентилация и по-ниски максимални експираторни потоци при ниски белодробни обеми. Групата с диспнеи включва и по-голяма част от пушачите, което може да обясни някои от симптомите и разликите в белодробната функция. Връзката между задух и лошо представяне при тест за максимална доброволна вентилация може да бъде свързана с увеличаване на разходите за дишане на кислород, тъй като разходите за дишане на кислород се увеличават параболно с честотата на дишането (33).

Въпреки че физиологията на затлъстяването и неговите ефекти върху белодробната функция са обект на интензивни изследвания през последните 50 години, неотдавнашното наблюдение на връзката между астмата и затлъстяването повдигна нови въпроси относно механичните ефекти на затлъстяването върху белите дробове и механизмите, които задвижват задуха при затлъстелите, все още не са добре разбрани.

Все още не е известно дали затлъстяването оказва някакво влияние върху структурата на дихателните пътища, било чрез променено отлагане на липиди или чрез ремоделиране. Въпреки че на тези въпроси може да се отговори най-добре чрез директни проучвания на патологията на дихателните пътища, физиологичните проучвания на ефектите от загубата на тегло върху регулирания по обем поток и устойчивост също биха били полезни.

Ограничаването на издишвания поток е потенциално важен фактор за задух при затлъстяване, въпреки че проучвания, използващи отрицателно налягане на издишване, показват, че ограничаването на потока не е обща характеристика на затлъстяването. Въпреки това, техниката на отрицателно издишателно налягане може да бъде неподходящ метод за откриване на ограничение на потока по време на приливно дишане при ниска FRC при затлъстелите. Изследвания, използващи измерване въз основа на приливно дишане (13), биха били полезни за определяне на разпространението на ограничението на потока при затлъстели популации и връзката му с обема на белите дробове и задуха.

Бронхоконстрикцията има потенциал да засили някои от ефектите на затлъстяването, като затваряне на дихателните пътища, което след това може да повлияе на разпределението на вентилацията. По-доброто разбиране на степента, до която затлъстяването променя физиологичните ефекти на бронхоконстрикцията може да подобри нашето разбиране за връзката между астма и затлъстяване.