2.2. Morfologická přestavba plicního řečiště

Významnou funkční odlišností plicního řečiště od systémového je několikanásobně nižší periferní odpor a schopnost pasivně pojmout značné zvýšení srdečního výdeje bez podstatného vzestupu tlaku [1]. Morfologickým korelátem těchto vlastností je malý podíl hladké svaloviny a poměrně vysoký podíl pojiva na stavbě stěny plicních cév [2]. Existují 3 typy perialveolárních arteriol [3, 4]. Největší, muskularizované, mají v médii tenkou vrstvu hladké svaloviny ohraničenou z vnější i luminální strany elastickou laminou. Distálním směrem přecházejí v tzv. částečně muskularizované. Ty mají svalovinu v menší části obvodu. I ta s postupem cévy do periférie mizí a nejmenší arterioly ji vůbec nemají. Jejich médie je tvořena jedinou elastickou vrstvou. Ve všech cévách jsou intermediální buňky a pericyty [4]. Jde o málo diferencované buňky s kontraktilními elementy, které snad mohou přispívat k cévnímu tonu [2].

Chronická hypoxie mění hlavní složky stěny všech plicních cév [5], nejvýrazněji arteriol [6]. Nejdříve hypertrofií a po několika dnech hyperplázií hladkého svalu tloustne médie muskularizovaných arteriol [7, 8]. Napomáhá tomu také transformace fibroblastů na hladký sval [9]. Médie roste "dovnitř" a zmenšuje lumen cévy [10, 11]. Tím se podílí na vzestupu periferního cévního odporu. Tento rys nemusí být vždy výrazně vyznačen u lidí aklimatizovaných na velkou nadmořskou výšku [12].

Pericyty a intermediální buňky při chronické hypoxii rychle proliferují [8, 13] a diferencují na hladké svaly [14, 8]. Tím se mnohé dosud částečně muskularizované arterioly stávají úplně muskularizovanými a nemuskularizované se mění na částečně muskularizované [36]. Hladký sval se tedy objevuje v perifernějších cévách než při normoxii. Tento proces začíná na úrovni respiračních bronchiolů a postupuje směrem k periférii [15].

Proliferativní, degenerativní a edematózní změny při chronické hypoxii byly morfologickými metodami prokázány i v endotelu plicních cév [16, 14, 8, 9, 17]. Nemusí sice plicní cévní odporovlivňovat mechanicky, ale pravděpodobně se uplatňují nepřímo působením na ostatní buněčné typy cévní stěny (viz dále).

Při chronické hypoxii proliferují fibroblasty cévní stěny a tloustne adventicie větších i malých plicních artérií [14, 8]. Přibývá v ní i v médii kolagenu a elastinu [18, 19, 20, 21] díky zvýšené syntéze ve fibroblastech, hladkých svalech i endotelu [21]. U telat je nejvíce zvýšena syntéza kolagenu typu IV, i když značně potencována je i syntéza kolagenu typu I, III a V [21]. Metabolický obrat kolagenu a elastinu se zvyšuje [37, 21, 39]. Elastinová vlákna jsou vzájemně více provázána [21]. Tento proces nejspíš významně přispívá k větší tuhosti plicních cév při chronické hypoxii [11]. Napomáhá také fixaci plicní hypertenze. Ta je totiž u potkanů slabší, inhibuje-li se u nich syntéza kolagenu [22].

Přibývání plicních perivaskulárních žírných buněk při chronické hypoxii, které svého času bylo dáváno do kauzální souvislosti s mechanismem hypoxické plicní hypertenze, je asi spíše důsledkem poškození plicní tkáně hypoxií [23, 24, 25]. Žírné buňky zřejmě plicní hypertenzi tlumí. Je jich totiž více u lamy, která má hypoxickou plicní hypertenzi mírnou, než u krav, které jsou na chronickou hypoxii velmi citlivé [26]. Počet žírných buněk vzrůstá velmi dramaticky bezprostředně po ukončení chronické hypoxické expozice [27]. Kolagenáza, kterou obsahují, možná přispívá k pozvolné obnově normální morfologie plicních cév [27]. Při chronické hypoxii se zvyšuje i množství neuroendokrinních buněk [28]. Jejich význam není jasný.

V některých případech byl během chronické hypoxie zjištěn úbytek plicních arteriol [7, 29]. Je však možné, že šlo o artefakt [30]. V jiných studiích žádné změny poctu perialveolárních arteriol zjištěny nebyly [5, 8, 31, 10, 32, 11] a jejich úbytek se nepovažuje za typický pro patologicko-anatomický obraz hypoxického typu plicní hypertenze [6].

Změnou, která se netýká plic, ale s rozvojem hypoxické plicní hypertenze bezprostředně a významně souvisí, je hypertrofie a změna biochemického složení stěny pravé srdeční komory [40]. V klinické praxi je časté používat pro komplex plicní hypertenze s pravostrannou srdeční hypertrofií při chronických plicních chorobách pojem cor pulmonale. V pravé komoře přibývá myosinu typu V a kolagenu [33]. Hypertrofie se u potkanů objevuje po 2-5 dnech hypoxie [7, 29]. Není známo, zda obdobně rychlý nástup je i u pacientů s cor pulmonale. U potkanů koreluje při chronické hypoxii hodnota tlaku v plícnici s váhou stěny pravé komory [34, 35]. Při intermitentní hypoxii je tomu tak pouze u mladých, ne však u starších potkanů [41]. To může být jedním z důvodu, proč u pacientů s cor pulmonale (jehož rozvoj bývá intermitentní) není jednoznačný vztah mezi výškou tlaku krve v plícnici a klinickými známkami hypertrofie pravého srdce.

Literatura k části 2.2

1. Grover RF, Wagner WW, McMurtry IF, Reeves JT: Pulmonary circulation. In: Shepherd JT, Abboud FM, Eds. Handbook of Physiology. Section 2: The Cardiovascular System, vol. III. Bethesda, American Physiological Society, 1983; 103-136.

2. Meyrick B: The structure and ultrastructure of the pulmonary microvasculature. In: Will JA, Dawson CA, Weir EK, Buckner CK, Eds. The Pulmonary Circulation in Health and Disease. Orlando, Academic Press, 1987; 27-39.

3. Hislop A, Reid L: Normal structure and dimensions of the pulmonary arteries in the rat. J Anat 1978; 125: 71-83.

4. Reid LM: Structure and function in pulmonary hypertension: new perceptions. Chest 1986; 89: 279-288.

5. Dingemans KP, Wagenvoort CA: Pulmonary arteries and veins in experimental hypoxia. Am J Pathol 1978; 93: 353-368.

6. Wagenvoort CA: The pathology of human pulmonary hypertension pattern recognition and specificity. In: Will JA, Dawson CA, Weir EK, Buckner CK, Eds. The Pulmonary Circulation in Health and Disease. Orlando, Academic Press, 1987; 15-25.

7. Hislop A, Reid L: New findings in pulmonary arteries of rats with hypoxia-induced pulmonary hypertension. Br J Exp Pathol 1976; 57: 542-554.

8. Meyrick B, Reid L: Hypoxia and incorporation of 3H-thymidine by cells of the rat pulmonary arteries and alveolar wall. Am J Pathol 1979; 96: 51-70.

9. Sobin SS, Tremer HM, Hardy JD, Chiodi HP: Changes in arterioles in acute and chronic hypoxic pulmonary hypertension and recovery in rat. J Appl Physiol 1983; 55: 1445-1455.

10. Barer GR, Finlay M, Bee D, Wach RA: Pulmonary hypertension of chronic hypoxia in a rat model: anatomical and rheological factors. Bull Eur Physiopathol Respir 1982; 18: 69-73.

11. Finlay M, Suggett AJ, Barer GR: Quantitative changes in the rat pulmonary vasculature in chronic hypoxia: relation to hemodynamic changes. Q J Exp Physiol 1986; 71: 151-163.

12. Heath D, Smith P, Rios Dalenz J, Williams D, Harris P: Small pulmonary arteries in some natives of La Paz, Bolivia. Thorax 1981; 36: 599-604.

13. Harmon KR, Hertz MI, Bitterman PB: Cellular hypertrophy and hyperplasia in disorders of the pulmonary circulation. Am Rev Respir Dis 1989; 140: 1093=1096.

14. Meyrick B, Reid L: The effect of continued hypoxia on rat pulmonary arterial circulation: an ultrastructural study. Lab Invest 1978; 38: 188-200.

15. Hislop A, Reid L: Changes in the pulmonary arteries of the rat during recovery from hypoxia-induced pulmonary hypertension. Br J Exp Pathol 1977; 58: 653-662.

16. Jeanke RS, Alexander AF: Fine structural alterations of bovine peripheral pulmonary arteries in hypoxia-induced hypertension. Am J Pathol 1973; 73: 377-398.

17. Hung KS, McKenzie JC, Mattioli L, Klein RM, Menon CD, Poulose AK: Scanning electron microscopy of pulmonary vascular endothelium in rats with hypoxia-induced hypertension. Acta Anat 1986; 126: 13-20.

18. Davies P, Maddalo P, Reid L: Effects of chronic hypoxia on structure and reactivity of rat lung microvessels. J Appl Physiol 1985; 58: 795-801.

19. Kerr JS, Ruppert CL, Tozzi CA, Neubauer JA, Frankel HM, Yu SY, Riley DJ: Reduction of chronic hypoxic pulmonary hypertension in the rat by an inhibitor of collagen production. Am Rev Respir Dis 1987; 135: 300-306.

20. Mecham RP, Whitehouse LA, Wren DS, Parks WC, Griffin GL, Senior RM, Crouch EC, Stenmark KR, Voelkel NF: Smooth muscle-mediated connective tissue remodeling in pulmonary hypertension. Science 1987; 237: 423-426.

21. Crouch EC, Parks WC, Rosenbaum JL, Chang D, Whitehouse L, Wu L, Stenmark KR, Orton EC, Mecham RP: Regulation of collagen production by medial smooth muscle cells in hypoxic pulmonary hypertension. Am Rev Respir Dis 1989; 140: 1045-1051.

22. Kerr JS, Riley DJ, Frank MM, Trelstad RL, Frankel HM: Reduction of chronic hypoxic pulmonary hypertension in the rat by beta-aminopropionitrile. J Appl Physiol 1984; 57: 1760-1766.

23. Kay JM, Waymire JC, Grover RF: Lung mast cell hyperplasia and pulmonary histamine-forming capacity in hypoxic rats. Am J Physiol 1974; 226: 178-184.

24. Mungall IPF: Hypoxia and lung mast cells: influence of disodium cromoglycate. Thorax 1976; 31: 94-100.

25. Tucker A, McMurtry IF, Alexander AF, Reeves JT, Grover RF: Lung mast cell density and distribution in chronically hypoxic animals. J Appl Physiol 1977; 42: 174-178.

26. Williams A, Heath D, Harris P, Williams D, Smith P: Pulmonary mast cells in cattle and llamas at high altitude. J Pathol 1981; 134: 1-6.

27. Tozzi CA, Thakker-Varia S, Yu SY, Bannett RF, Peng BW, Poiani GJ, Wilson FJ, Riley DJ: Mast cell collagenase correlates with regression of pulmonary vascular remodeling in the rat. Am J Respir Cell Mol Biol 1998; 18: 497-510.

28. Taylor W: Pulmonary argyrophil cells at high altitude. J Pathol 1977; 122: 137-144.

29. Rabinovitch M, Gamble W, Nadas AS, Miettinen OS, Reid L: Rat pulmonary circulation after chronic hypoxia: hemodynamic and structural features. Am J Physiol 1979; 236: H818-H827.

30. Kay JM: The pulmonary vasculature and experiemntal pulmonary hypertension in animals. In: Will JA, Dawson CA, Weir EK, Buckner CK, Eds. The Pulmonary Circulation in Health and Disease. Orland, Academic Press, 1987; 41-56.

31. Emery CJ, Bee D, Barer GR: Mechanical properties and reactivity of vessels in isolated perfused lungs of chronically hypoxic rats. Clin Sci 1981; 61: 569-580.

32. Kay JM, Suyama KL, Keane PM: Failure to show decrease in small pulmonary blood vessels in rats with experimental pulmonary hypertension. Thorax 1982; 37: 927-930.

33. Pelouch V, Ošťádal B, Procházka J, Urbanová D, Widimský J: Effect of high altitude hypoxia on the protein composition of the right ventricular myocardium. In: Widimsky J, Herget J, Mlczoch J, Eds. Pulmonary Circulation in Chronic Lung Diseases. Basel, Karger, 1985; 41-48.

34. Herget J, Suggett AJ, Leach E, Barer GR: Resolution of pulmonary hypertension and other features induced by chronic hypoxia in rats during complete and intermittent normoxia. Thorax 1978; 33: 468-473.

35. Raffestin B, Adnot S, Mercadier JJ, Levame M, Duc P, Braquet P, Viossat I, Chabrier PE: Synthesis and secretion of atrial natriuretic factor during chronic hypoxia: a study in the conscious instrumented rat. Clin Sci 1990; 78: 597-603.

36. Urbanová D, Widimský J, Ressl J, Ošťádal B, Pelouch V, Procházka J: Vliv intermitentní výškové hypoxie na morfologii plicního oběhu u krys. Čas Lék Čes 1973; 112: 1389-1393.

37. Poiani GJ, Tozzi CA, Yohn SE, Pierce RA, Belsky SA, Berg RA, Yu SY, Deak SB, Riley DJ: Collagen and elastin metabolism in hypertensive pulmonary arteries of rats. Circ Res 1990; 66: 968-978.

39. Novotná J, Herget J: Exposure to chronic hypoxia induces qualitative changes of collagen in the walls of peripheral pulmonary arteries. Life Sci 1998; 62: 1-12.

40. Ošťádal B, Miřejovská E, Hurych J, Pelouch V, Procházka J: Effect of intermittent high altitude hypoxia on the synthesis of collagenous and non-collagenous proteins of the right and left ventricular myocardium. Cardiovasc Res 1978; 12: 303-308.

41. Kolář F, Ošťádal B, Procházka J, Pelouch V, Widimský J: Comparison of cardiopulmonary response to intermittent high-altitude hypoxia in young and adult rats. Respiration 1989; 56: 57-62.