Poškodenie mozgového kmeňa ako príčina porúch dýchania

Dýchanie je jedinou funkciou v našom tele, ktorá je riadená plne automaticky, no zároveň ju môžeme ovplyvňovať vôľou. O nezastupiteľnej úlohe výmeny dýchacích plynov sa nedá pochybovať. Porušenie správnej činnosti dýchacej sústavy nielenže spôsobuje znateľný diskomfort, ale zásadne ohrozuje kvalitu života a v tých dramatickejších scenároch aj život sám.

Úvod do neuroanatómie a fyziológie kontroly dýchania na úrovni mozgového kmeňa

Dýchacie centrá sú uložené v kortexe (vôľové) a v mozgovom kmeni (mimovoľné). Celkový rozsah výskytu dýchacích centier v rámci kortexu je stále predmetom diskusie. Vieme už, že nie sú významne obmedzené na primárny motorický kortex, premotorický kortex a suplementárny motorický kortex, ale zároveň je zrejmá lateralizácia na ľavú hemisféru. Kortex má v súvislosti s dýchaním spojenia s kaudálnym hypotalamom a bazálnymi gangliami. Ich aktivita sa prejavuje hlavne znížením frekvencie a prehĺbením dýchania.

V mozgovom kmeni sa dýchacie centrum nachádza v ponse a medulle oblongate. Tvoria ho tri základné skupiny neurónov respiračnej siete: 1.) pontínna respiračná skupina (pneumotaktické centrum), 2.) dorzálna respiračná skupina (DRS) a 3.) ventrálna respiračná skupina (VRS). VRS a DRS sú esenciálne skupiny neurónov nevyhnutné pre generovanie základného respiračného rytmu.

DRS je anatomicky lokalizovaná do ventrolaterálnej časti nucleus tractus solitarius (NTS). Obsahuje inspiračné neuróny, ktoré sú zodpovedné za vznik respiračnej aktivity. Vysielajú podnety smerom k dýchacím svalom a nadradenému pneumotaxickému centru. Zároveň však spracovávajú signály z rozličných receptorov dýchacích ciest a pľúc.

VRS majú svoje miesto vo ventrolaterálnej časti predĺženej miechy. Prednú porciu VRS tvorí Bötzingerov komplex exspiračných interneurónov, ktoré inhibujú inspiračné neuróny VRS a miechy. Stredná porcia VRS obsahuje pre-Bötzingerov komplex a inspiračné bulbospinálne neuróny. Tiež sa tu nachádzajú propriobulbárne neuróny, ktoré majú hlavnú úlohu v generovaní respiračného rytmu. Kaudálna porcia VRS obsahuje vysoký počet bulbospinálnych exspiračných neurónov, ktoré vedú do interkostálnych a abdominálnych motorických neurónov.

Dýchacie centrum v predĺženej mieche samostatne nedokáže udržiavať adekvátnu a rytmickú ventiláciu. Pri lézii lokalizovanej v centre generujúcom respiračný rytmus alebo v pontomedulárnej junkcii sa dýchanie prejavuje nepravidelnosťou s rôznymi amplitúdami. Hovoríme o ataktickom dýchaní. Poškodenie medully oblongaty sa môže prejaviť tiež lapavým dýchaním s jednotlivými hlbokými lapavými vdychmi nasledovanými rôzne dlhými apnoickými pauzami. Tento typ dýchania väčšinou predchádza respiračnú zástavu – apnoe. Morfologickým korelátom k apnoe je poškodenie oblongaty a rostrálnej C miechy po úroveň C4.

V dolnej časti ponsu, v oblasti tuberculi acustici, je skupina neurónov regulujúca inspiračno-exspiračnú časť dýchacieho centra, apneustické centrum. Stimuluje inspiračné neuróny v predĺženej mieche. Apneustické dýchanie charakterizuje dlhotrvajúca kontrakcia inspiračných svalov, takzvaný inspiračný kŕč. Je spôsobené léziou v dorzolaterálnej časti stredného a kaudálneho ponsu. Poškodenie kaudálnej časti ponsu sa môže prejaviť epizódou niekoľkých dychov prerušenou fázou apnoe bez predchádzajúceho poklesu amplitúdy. Vtedy hovoríme o takzvanom Biotovom dýchaní.

V hornej časti ponsu je pontínna regulačná sieť (PRS), konkrétne nucleus parabrachialis a Kőlliker-Fuse jadro. Má tlmivý účinok na apneustické centrum a umožňuje striedanie inspíria a exspíria. Tejto časti hovoríme aj pneumotaktické centrum. Nevplýva na základný rytmus dýchania, skôr stabilizuje dýchací vzorec, spomaľuje tempo a vplýva na časovanie respiračných fáz. Zároveň o tejto štruktúre môžeme uvažovať ako o spojení respiračných neurónov predĺženej miechy k suprapontínnym štruktúram (amygdala, hypotalamus a iné).

O lézii v hornej časti ponsu je možné uvažovať pri ventilácii so 40-70 dychmi za minútu. Ide o centrálnu neurogénnu hyperventláciu (centrálne reflexné hyperpnoe), ktorá patrí medzi vzácne poruchy dýchania.

Prerušenie kortikospinálnych dráh nad týmto centrom alebo až po úroveň krčnej miechy vyvolá vznik autorytmického eupnoe. V tomto prípade frekvenciu a rytmus dýchania ovplyvnia iba metabolické zmeny.

Automatické regulovanie dýchania je závislé od hladiny CO2 a O2 v krvi, resp. mozgovomiešnom moku. Karotické chemoreceptory detegujú pO2 , tiež pCO2 v krvi a zabezpečujú tonickú excitáciu respiračných neurónov mozgového kmeňa za normálnych podmienok. V prípade, že hladina pO2 poklesne, dochádza k excitácii respiračného centra. Centrálne chemoreceptory sú primárne lokalizované na ventrolaterálnom okraji meduly. Sú senzitívne na zmeny pCO2, resp. pH v mozgovomiešnom moku. Zabezpečujú tonickú stimuláciu respiračnej siete neurónov a spätnú odozvu z hladiny pCO2 v krvi, na základe čoho vplývajú na upravenie dýchania na dosiahnutie požadovaných metabolických potrieb.

Ďalšie chemosenzitívne neuróny sú lokalizované aj na ventrálnom okraji meduly, nucleus arcuatus. Tieto jadrá aktivuje hyperkapnia. Deplécia muskarínových receptorov v nucleus arcuatus bola zistená u detí so syndrómom náhleho úmrtia dojčiat.

Klinický obraz 

Klinické prejavy ochorení centrálneho nervového systému varírujú v závislosti od postihnutej anatomickej lokalizácie a primárneho chorobného procesu. U pacienta sa rozvinú známky dysfunkcie horného motorického neurónu (spasticita, hyperreflexia) pri poraneniach nad úrovňou buniek predných rohov miechy. Tento stav sa môže prejaviť náhlym začiatkom slabosti (ischémia, krvácanie), postupným nástupom slabosti (nádory) alebo zmenami správania a tremorom (neurodegeneratívne ochorenia). Demyelinizačné ochorenia sa obyčajne prejavujú fluktuujúcim a periodickým výskytom symptómov a častejšie u mladých ľudí. Lézie vyskytujúce sa pod predným rohom miechy patria do kategórie periférnych lézii.

Podnety pre vôľové ovládanie dýchania sú na úrovni mozgového kmeňa vedené cez tractus corticospinalis. Príkladom porušenia tohto traktu je „locked-in syndrome“, keď dochádza k strate vôľovej kontroly dýchania a kompletnej paralýze svalstva okrem horizontálnych a vertikálnych pohybov očí.

Choroby ovplyvňujúce mimovôľovú kontrolu dýchania sú častejšie a sú ovplyvnené ďalšími procesmi, ktoré vedú k zhoršenej vôľovej kontrole. Medzi geneticky podmienené ochorenia s poruchou dýchania patrí centrálna alveolárna hypoventilácia (Ondinina kliatba). Pre centrálnu hypoalveolárnu hypoventiláciu sú príznačné ranné bolesti hlavy, prerušovaný nočný spánok a v dôsledku tohto nadmerná únava a ospalosť počas dňa. Cyanóza je pozorovateľná počas noci. Nepravidelný vzorec dýchania je viditeľný ako počas spánku tak aj počas bdenia. Zaujímavým momentom je absencia dyspnoe počas fyzickej námahy. Polysomnografia s monitorovaním krvných plynov demonštruje centrálne apnoe a hyperkapniu najvýraznejšiu počas non-REM fázy a najnižšiu počas bdenia. Apnoe sa môže predĺžiť pred koncom noci.

Niektoré štrukturálne a neurodegeneratívne ochorenia postihujúce mozgový kmeň sa môžu prejavovať napríklad aj poruchou dýchania. Tie sa mnohokrát spájajú so zhoršením kardiovaskulárnych mechanizmov.

Štrukturálne lézie

Ischémia
Ischémia postihujúca medullu oblongatu bilaterálne s výslednou bilaterálnou deštrukciou pyramíd zhoršuje vôľové, ale nie automatické dýchanie. Naopak, postihnutie zahŕňajúce medullárne tegmentum je zodpovedné za zlyhanie automatickej kontroly dýchania, zhoršenú ventilačnú odpoveď k CO2 a spánkovému apnoe. Dokonca jednostranné ventrolaterálne postihnutie tegmenta zasahujúce DRS, VRS a ich spojenia môže spôsobiť zhoršenie automatického dýchania a spánkové apnoe, dokonca aj pri zachovaní kortikospinálnej dráhy.

Jednostranné postihnutie laterálnej časti medully so zavzatím VRS, ako pri Wallenbergovom syndróme, vedie k otupeniu odpovede na CO2. Laterálny medulárny infarkt môže viesť tiež k syndrómu spánkového apnoe. Cheyne-Stokesovo dýchanie typicky sprevádza bilaterálny infarkt mozgových hemisfér, ale môže nastať aj pri infratentoriálnom infarkte.

Skleróza multiplex
Pri skleróze multiplex sa môže vyvinúť obraz respiračnej insuficiencie ako dôsledok demyelinizačných lézií lokalizovaných v medulla oblongata alebo v hornej krčnej mieche. Transverzálna myelitída s bilaterálnym postihnutím kortikospinálneho traktu môže spôsobiť autorytmické eupnoe. Akútna demyelinizačná lézia postihujúca dorzolaterálne medullu oblongátu spôsobí stratu automaticity dýchania. Medulárne lézie môžu viesť k lapavému dýchaniu a lézie v dorzolaterálnej časti ponsu vedú k apneustickému dýchaniu.

Syringomyelia a syringobulbia
Poruchy dýchania v prípade syringomyelie sú častejšie v dôsledku svalovej slabosti v dôsledku oslabnutia spinálneho motoneurónu spôsobeného tlakom od syrinx. Pri kompresii descendentnej a ascendentnej aferentnej ventrolaterálnej spinálnej dráhy (súčasť pre automatické dýchanie) cervikálnou syrinx alebo pri Chiariho malformácii typ I sa môže v vyvinúť spánkové apnoe.

Pri syringobulbii sú rázštepy lokalizované v dorzolaterálnej oblasti medully, s rozsahom od dna štvrtej mozgovej komory ventrolaterálnym smerom. NTS sú často zavzaté, čo môže viesť k respiračným abnormalitám. Lézia môže zasiahnuť DRS, VRS alebo obe a tiež ich medzispojenia na úrovni retikulárnej formácie. Ak lézia pokračuje viac rostrálnejšie, zasiahnuté môžu byť aj centrálne chemoreceptory a vazomotorické neuróny.

Niektorí pacienti tolerujú prolongované apnoe so závažnou hypoxémiou bez symptómov, kardiálnych arytmií alebo srdcového zlyhania. Apnoické pauzy nebývajú spojené s bradykardiou.

Chiariho malformácia
Chiariho malformácia je vývojová chyba mozočka. Morfologicky ju charakterizuje pokles mozočkových štruktúr a prípadne mozgového kmeňa do foramen magnum a spinálneho kanála. Rozlišujeme štyri typy podľa zostupu jednotlivých štruktúr mozočka a mozgového kmeňa cez foramen magnum. Typ II sa spája väčšinou so spina bifida. Typ III je zriedkavý, ale má najzávažnejšie neurologické komplikácie. V prípade jednoznačného nálezu Chiariho malformácie je mechanizmus respiračného zlyhania nasledovný: mechanická kompresia meduly alebo hornej krčnej miechy s obmedzením krvného zásobenia a strata funkcie periférnych chemoreceptorov natiahnutím IX a X. hlavového nervu, čo spôsobuje poruchy dýchania. Stretávame sa s apnoickými epizódami a centrálnym spánkovým apnoe. Epizódy sa často spájajú s bolesťami hlavy, červeňou v tvári, paroxyzmami arteriálnej hypertenzie, po ktorej príde nečakane k náhlej výraznej hypotenzii. Spojenie spánkového apnoe a zmeny v arteriálnom tlaku sú vysoko rizikové pre úmrtie. Dekompresia meduly vedie k zlepšeniu syndrómu centrálneho spánkového apnoe a k zníženiu počtu obštrukčných epizód a strate výkyvov arteriálneho tlaku.

Iné lézie ovplyvňujúce autonómne dýchanie

Nádory a metastatické postihnutie mozgového kmeňa, lymfómy alebo kompresia cievnou kľučkou svojim tlakom, prípadne infiltráciou mozgového kmeňa v niektorých prípadoch navodzujú vznik centrálnej neurogénnej hyperventilácie, centrálneho spánkového apnoe, nepravidelného dýchania, apneustického dýchania. Zriedkavo sú abnormality kontroly dýchania spojené aj so zástavou srdca. Chirurgickým ošetrením lézie môže dôjsť k úprave porúch dýchania.

Niektoré ochorenia miechy, napríklad poranenia hornej časti krčnej miechy, cervikálna chordotómia, spinálne výkony predným prístupom, poliomyelitída, tumory miechy, zápalové myelopatie môžu zhoršiť kontrolu respirácie. Akútna poliomyelitída môže tiež ovplyvniť spodnú časť mozgového kmeňa. Poruchy dýchania ako iniciálna manifestácia ochorenia sa vyskytujú pri tuberóznej skleróze. Abnormality dýchacieho vzorca, spánkové apnoe v dôsledku ovplyvnenia systému pre autonómnu kontrolu dýchania boli opísané aj u familiárnej dysautonómie a pri Leighovom syndróme.

Pacienti s vážnym poranením mozgového kmeňa alebo hornej časti krčnej miechy môžu stratiť vôľovú ale aj automatickú kontrolu dýchania. Títo pacienti si následne vyžadujú ventilačnú podporu, pri dlhodobej podpore najčastejšie cez tracheostomickú kanylu.

Neurodegeneratívne ochorenia

Multisystémová atrofia
Respiračné ťažkosti môžu byť jednou zo známok klinických prejavov ochorenia. Môže sa manifestovať širokým spektrom respiračných abnormalít (centrálne, ale aj obštrukčné dýchacie problémy počas bdenia ale aj počas spánku, mimovôľový gasping, nepravidelný gasping, abnormálne hypoxické a hyperkapnické respiračné odpovede, respiračné zlyhanie a stridor). Tieto abnormality sa pripisujú degenerácii ventrálnej časti nucleus arcuatus a pre-Bötzingerovho komplexu, čo vysvetľuje dysfunkciu rytmickej modulácie dýchania. Náhle hyperkapnické respiračné zlyhanie môže spôsobiť smrť v dôsledku hypoxie. Agresívny manažment nielen zlepšuje kvalitu života, ale môže zachrániť život.

Parkinsonova choroba
Parkinsonova choroba (PCH) je ochorenie charakteristické bradykinéziami, rigiditou, pokojovým tremorom a posturálnou instablitou. Respiračná dysfunkcia býva dôsledkom kombinácie reštriktívnych zmien (rigidita steny hrudníka, redukcia vitálnej kapacity pľúc v dôsledku kyfoskoliózy), obštrukcie horných dýchacích ciest, abnormálnych ventilačných pomerov, vplyvu medikácie, ale aj poškodenia CNS. Centrálnou príčinou môže byť porucha percepcie dyspnoe. U PCH je zhoršená reflexná odpoveď na hladinu CO2. Jedna hypotéza hovorí, že u pacienta s PCH dochádza k selektívnej degenerácii dopaminergných buniek v medule, ktoré príjímajú signály z karotických teliesok. Tie sú vysoko dopaminergné a podieľajú sa vo veľkej miere na odpovedi na hypoxiu a hyperkapniu. Druhá skupina autorov túto teóriu nepotvrdzuje. Napriek tomu sa zdá byť pravdepodobné, že progresia PCH v zmysle straty dopaminergných buniek v bazálnych gangliách, mesencefale a v medule tak môžu viesť ku zhoršenej regulácii dýchania. Zvládnutie týchto ťažkostí môže pacientovi zásadne zlepšiť kvalitu života.

Amyotrofická laterálna skleróza (ALS)
ALS je devastujúce neurodegeneratívne ochorenie motorického neurónu, charakteristické rapídnou progresiou straty vôľového ovládania pohybu svalov, vedúcej ku smrti v dôsledku katastrofálneho respiračného zlyhania. Postihnutie motorického neurónu zhoršuje vôľové ovládanie dýchania. Častý výskyt centrálneho spánkového apnoe u ALS poukazuje na možné postihnutie mozgového kmeňa so zasiahnutím generátora respiračného rytmu (pre-Bötzingerov komplex). Respiračná slabosť a spánkové poruchy dýchania u tohto ochorenia zásadne určujú dĺžku života. V istom bode progresie ochorenia dochádza k bunkovej smrti inspiračného motorického neurónu, prekročí sa kapacita kompenzácie, čo vedie k ventilačnému zlyhaniu a smrti. Pre ALS je charakteristická nočná alveolárna hypoventilácia, centrálne spánkové apnoe, obštrukčné spánkové apnoe a periodické desaturácie kyslíkom. Včasná detekcia a neinvazívna ventilácia (BIPAP) predlžuje prežívanie a zlepšuje kvalitu života.

Myotonická dystrofia
V prípade niektorých myopatií, ktoré sa manifestujú respiračným zlyhávaním, nie je príčinou len samotná slabosť svalov, ale aj primárna dysfunkcia centrálneho nervového systému. Názorným príkladom je strata katecholaminergných neurónov v medulárnej časti retikulárnej formácie, ktorá sa spája s hypoventiláciou u myotonickej dystrofie.

Diagnostika

Klinické prejavy poruchy dýchania u vyššie uvedených ochorení vo väčšine prípadov nie sú prvými príznakmi, pre ktoré by pacient vyhľadal lekára. Skôr naopak, pri už diagnostikovaných ochoreniach treba aktívne myslieť aj na porušenie správnej funkcie dýchacieho centra. Základom je dobre odobratá osobná anamnéza, objektívne neurologické vyšetrenie. Zo zobrazovacích metód je základom CT a najmä MR vyšetrenie mozgu a hornej časti krčnej miechy. Z funkčného hľadiska polysomnografia, mechanika dýchania a laboratórne vyšetrenie hodnôt dýchacích plynov v krvi. V prípade predpokladu na chorobu vychádzajúcu z genetickej záťaže je potrebné aj genetické vyšetrenie.

Liečba

Liečba je v prvom rade zameraná na základné ochorenie. Ak je porucha dýchania v štádiu, keď pacientova schopnosť vlastnými silami udržať požiadavky organizmu na dostatočnú výmenu dýchacích plynov nestačí, využívajú sa neinvazívne podporné ventilačné metódy (napr. BIPAP, CPAP a pod). V niektorých prípadoch iba na preklenutie akútnej fázy respiračného zlyhávania, ale často aj ako chronická podporná liečba. Poúrazové stavy, nádorové ochorenia a malformácie často vyžadujú operačné riešenie.

Záver

Diagnostika respiračnej dysfunkcie ako dôsledok neurologického ochorenia je náročná v dôsledku celkovej neurologickej morbidity, ktorá môže prekrývať typické neurologické symptómy. Pri menovaných ochoreniach je potrebné aktívne myslieť na tieto ťažkosti. Ich včasná diagnostika a liečba zlepšuje kvalitu života a dokáže oddialiť úmrtie.


Literatúra

  1. JAVORKA Kamil. Fyziológia dýchacieho systému. In: Javorka Kamil et al. Lekárska fyziológia, 1. vydanie, Martin: Osveta, 2001. p.215-273, ISBN 80-8063-023-2
  2. BEDNAŘÍK Jozef. Poruchy vědomí. In: Ambler Zdeněk. Klinická neurologie, část obecní, 2. vydanie, Praha: TRITON, 2008. p.399-443. ISBN 978-80-7387-157-4
  3. URFY, Mian Zain; SUAREZ, Jose I. Breathing and the nervous system. In: Biller Jose et al. Handbook of clinical neurology. 1. edition, Elsevier, 2014. p. 241-250. ISBN 978-0702040863
  4. NOGUÉS, Martín A.; RONCORONI, Aquiles J.; BENARROCH, Eduardo. Breathing control in neurological diseases. Clinical Autonomic Research, 2002, 12.6: 440-449
  5. BENARROCH, Eduardo E. Brainstem respiratory control: substrates of respiratory failure of multiple system atrophy. Movement disorders: official journal of the Movement Disorder Society, 2007, 22.2: 155-161.
  6. TORSNEY, K. M.; FORSYTH, Duncan. Respiratory dysfunction in Parkinson’s disease. 2017.
  7. BRAAK, Heiko; BRAAK, Eva. Pathoanatomy of Parkinson’s disease. Journal of neurology, 2000, 247.2: II3-II10.
  8. SECCOMBE, Leigh M., et al. Abnormal ventilatory control in Parkinson’s disease—Further evidence for non-motor dysfunction. Respiratory physiology & neurobiology, 2011, 179.2-3: 300-304.
  9. NICHOLS, Nicole L., et al. Ventilatory control in ALS. Respiratory physiology & neurobiology, 2013, 189.2: 429-437.
  10. ONO, S., et al. Loss of catecholaminergic neurons in the medullary reticular formation in myotonic dystrophy. Neurology, 1998, 51.4: 1121-1124.
Hodnotenie článku
inVitro 1/2020 Poruchy dýchania

inVitro 1/2020

Poruchy dýchania

Tento článok sa nachádza v čísle InVitro 1/2020 Poruchy dýchania. Ak máte záujem o časopis v tlačenej verzii, ozvite sa nám.
Objednať inVitro