만성 폐쇄성 기관지염 - 원인과 발병 기전

만성 폐쇄성 기관지염의 원인 요인으로는 흡연(능동적 및 수동적), 대기 오염(환경적 공격), 산업(직업적) 위험, 중증 선천성 α1-항트립신 결핍증, 호흡기 바이러스 감염, 기관지 과민증 등이 있습니다. 만성 폐쇄성 기관지염 발생에는 절대적 위험 요인과 발생 가능 위험 요인이 있습니다.

가장 중요한 병인은 흡연입니다. 하지만 흡연 자체가 만성 폐쇄성 폐질환(COPD)을 유발하는 데 충분하지 않다는 점에 유의해야 합니다. 만성 폐쇄성 폐질환은 장기 흡연자의 15%에서만 발생하는 것으로 알려져 있습니다. "더치 가설"에 따르면, 흡연 시 만성 폐쇄성 기관지염이 발생하려면 호흡기 손상에 대한 유전적 소인이 필수적입니다.

만성 폐쇄성 기관지염의 위험 요인

만성 폐쇄성 폐질환(COPD) 발병의 주요 위험 요인은 80~90%로, 흡연이 주요 원인입니다. 흡연자는 비흡연자보다 만성 폐쇄성 폐질환(COPD) 발병률이 3~9배 더 높습니다. COPD 사망률은 흡연 시작 연령, 흡연량, 그리고 흡연 기간에 따라 결정됩니다. 특히 우크라이나의 경우 흡연 문제가 심각하며, 남성의 경우 흡연 유병률이 60~70%, 여성의 경우 17~25%에 달합니다.

이 경우, 담배 연기가 폐에 미치는 영향은 점액섬모 수송계, 즉 기관지의 정화 및 보호 기능을 저해하는 가장 중요한 요인 중 하나일 뿐만 아니라, 기관지 점막의 만성 염증 발생 요인으로서도 중요합니다. 담배 연기가 폐포 조직과 계면활성제계에 미치는 장기적인 자극 효과는 폐 조직의 탄력성을 저해하고 폐기종을 유발합니다.

만성폐쇄성폐질환(COPD) 발병의 두 번째 위험 요인은 직업적 위험, 특히 카드뮴, 실리콘 및 기타 물질이 포함된 먼지를 흡입하는 생산 작업입니다.

만성 폐쇄성 폐질환 발병 위험이 높은 전문가 그룹은 다음과 같습니다.

• 광부들;
• 건축업자;
• 야금 기업의 근로자들;
• 철도 노동자;
• 곡물, 면화, 종이 생산 등에 종사하는 노동자들.

세 번째 위험 요인은 급성 호흡기 바이러스 감염(ARVI)의 반복입니다. 이는 기관지의 정화 및 보호 기능을 저해하여 기관지 점막에 병원성 및 기회성 미생물을 증식시켜 기관지 만성 염증 과정을 유발합니다. 이미 만성 폐쇄성 폐질환(COPD)이 발생한 환자의 경우, ARVI의 반복은 폐환기 장애 발생을 가속화하고 기관지폐쇄증후군 및 호흡부전의 발생을 촉진합니다.

만성 폐쇄성 폐질환에 대한 유전적 소인 또한 중요한 역할을 합니다. 현재 COPD 발병을 유발하는 것으로 입증되고 잘 연구된 유일한 유전적 병리는 α1-항트립신 결핍증으로, 폐기종과 만성 폐쇄성 증후군을 유발합니다. 그러나 만성 폐쇄성 기관지염과 COPD 환자에서 이러한 유전적 결핍은 1% 미만에서 발생합니다. 기관지 폐쇄성 증후군, 폐기종 및 호흡 부전 발생에 기여하는 아직 연구되지 않은 다른 유전적 결함이 있을 가능성이 높습니다. 이는 특히 모든 흡연자나 직업적 위험이 있는 사람들에게서 COPD가 발생하는 것은 아니라는 사실에서 드러납니다.

열거된 요인 외에도 남성, 40~50대, 국소 및 전신 면역 체계 장애, 다양한 자극 및 손상을 주는 요인에 대한 기관지의 과민 반응 등이 COPD 발병에 일정한 중요성을 갖는 것으로 보입니다. 그러나 이러한 요인 중 다수가 COPD 발병에 미치는 역할은 아직 증명되지 않았습니다.

유럽 호흡기 학회(ERS, GOLD, 2000)의 표준에 제시된 COPD 발병의 위험 요소 목록입니다.

COPD의 위험 요인(ERS, GOLD, 2000에 따름)

요인의 가치 확률	외부 요인	내부 요인
설치됨	흡연. 직업적 위험(카드뮴, 실리콘)	α1-항트립신 결핍증
키가 큰	주변 공기 오염(특히 SO₂, NJ₂, O₂). 기타 직업적 위험, 빈곤, 낮은 사회경제적 지위. 아동기 간접흡연	미숙아. 높은 IgE 수치. 기관지 과민증. 가족력.
가능한	아데노바이러스 감염. 비타민 C 결핍	유전적 소인[A형(II), IgA 없음]

만성 폐쇄성 기관지염의 주요 병인 요인은 국소 기관지폐 방어 체계의 기능 장애, 기관지 점막의 구조적 재편(점액선과 漿液腺의 비대, 섬모 상피가 잔세포로 대체), 고전적 병인 삼원 현상(과분비, 이상분비, 점막증)의 발달, 염증 매개체와 사이토카인의 방출입니다.

또한, 기관지 폐쇄의 기전도 포함됩니다. 기관지 폐쇄는 가역적 폐쇄와 비가역적 폐쇄의 두 가지 유형으로 나뉩니다.

그룹 I - 기관지 폐쇄의 가역적 메커니즘:

• 기관지 경련은 m-콜린성 수용체와 비아드레날린성, 비콜린성 신경계의 수용체의 흥분으로 인해 발생합니다.
• 염증성 부종, 기관지의 점막 및 점막하막 침윤
• 객담 장애로 인한 점액성 호흡기 폐쇄. 질병이 진행됨에 따라 기관지의 섬모 상피가 점액을 형성하는 세포(즉, 술잔세포)로 변하면서 이러한 기전이 점점 더 심해집니다. 술잔세포의 수는 질병이 5~10년 동안 10배 증가합니다. 점차적으로 기관지에 점액이 매일 축적되는 속도가 점액 제거 속도를 초과하게 됩니다.

그룹 II - 기관지 폐쇄의 비가역적 메커니즘(이러한 메커니즘은 형태학적 장애에 기초함):

• 기관지 내강의 협착, 변형 및 폐쇄
• 기관지 벽의 섬유성 변화
• 표면활성제 생산 감소와 점진적으로 진행되는 폐기종으로 인해 소기관지의 호기 붕괴
• 기관과 큰 기관지의 막 부분이 루멘으로 탈출하는 호기성 탈수.

폐쇄성 폐질환의 은밀한 점은 체계적인 치료가 없을 경우 가역적인 메커니즘이 돌이킬 수 없는 메커니즘으로 대체된다는 것입니다. 환자와 의사가 이를 알아차리지 못하고, 질병은 12~15년 후에 통제 불능 상태가 됩니다.

만성 폐쇄성 기관지염의 병태생리

큰 기관지에서는 특징적인 변화가 관찰됩니다.

• 점막하선의 확대
• 잔세포 과형성
• 점막에 단핵구와 호중구가 우세함
• 질병이 진행됨에 따라 연골이 위축됩니다.

소기관지와 세기관소도 특징적인 형태학적 변화를 겪습니다.

• 잔세포의 출현 및 수의 증가
• 기관지 내강의 점액량이 증가함
• 염증, 근육막의 질량 증가, 섬유화, 소멸, 루멘의 협착.

만성폐쇄성폐질환(COPD)의 형성

질병 초기 단계에서, 흡연, 산업 및 가정 먼지, 감염 등 병인학적 요인에 기인할 수 있는 상기 요인들이 기관지 점막, 간질 조직, 폐포에 미치는 영향으로, 나열된 모든 구조에 영향을 미치는 만성 염증 과정이 형성됩니다. 이 경우, 호중구, 대식세포, 비만세포, 혈소판 등의 모든 세포 요소가 활성화됩니다.

염증 발생에서 주요 역할을 하는 것은 호중구이며, 기관지 점막의 만성 자극 부위에서 호중구의 농도는 몇 배로 증가합니다. 호중구는 세포간 공간으로 침투하여 사이토카인, 프로스타글란딘, 류코트리엔 및 기타 염증 유발 물질을 분비하여 기관지 점막의 만성 염증 및 술잔세포 과형성을 유발하는데, 이는 호중구가 일반적으로 위치하는 곳이 아닌 원위부(소기관지)에서도 발생합니다. 다시 말해, 위에서 설명한 과정들은 신체의 보편적인 반응, 즉 기관지 점막의 만성 자극에 대한 염증 반응을 유발합니다.

따라서 질병 발생 초기 단계에서 병인학적 기전은 만성 비폐쇄성 기관지염의 발생 기전과 유사합니다. 만성 폐쇄성 폐질환(COPD)의 근본적인 차이점은 다음과 같습니다.

1. 염증은 가장 작은 세기관지를 포함한 다양한 크기의 기관지에 영향을 미칩니다.
2. 만성 비폐쇄성 기관지염보다 염증 활동이 훨씬 더 높습니다.

폐기종의 형성

폐기종의 형성은 만성 폐쇄성 폐질환(COPD)의 발병 및 이 질환의 특징인 호흡 부전 진행에 있어 중요한 단계입니다. 세포간 공간에 대량으로 축적되는 호중구의 병적인 작용으로 인해 주로 발생하는 폐 조직의 탄력섬유 파괴는 이 과정에서 결정적인 역할을 합니다.

담배 연기 및 기타 휘발성 오염물질의 장기적인 자극 효과와 바이러스 및/또는 미생물의 점막 침투로 인해 호흡기 말단 부위의 호중구 함량이 10배 증가합니다. 동시에 호중구에서 분비되는 단백질 분해효소(엘라스타제)와 자유 산소 라디칼은 조직의 모든 분자 구성 요소에 강력한 손상(파괴) 효과를 미치고 세포병리학적 효과를 나타냅니다. 이와 동시에 국소적인 항단백질분해효소 및 항산화 능력이 빠르게 고갈되어 폐포 구조 요소의 파괴와 폐기종 발생으로 이어집니다. 또한, 담배 연기의 다양한 성분은 알파1-항단백질분해효소 억제제를 불활성화시켜 조직의 항단백질분해효소 능력을 더욱 감소시킵니다.

폐 조직의 탄력적 틀이 파괴되는 주요 원인은 폐의 말단부에 대량으로 축적되는 호중구의 병적인 기능으로 인해 발생하는 프로테아제-항프로테아제 및 산화제-항산화제 시스템의 심각한 불균형입니다.

또한, 손상과 회복 과정 간의 관계 변화도 중요한데, 이는 알려진 바와 같이 다수의 염증 촉진 및 항염증 매개체에 의해 조절됩니다. 이러한 과정의 균형이 깨지면 폐 조직의 탄력 구조가 파괴됩니다.

마지막으로, 점액섬모 청소 기능 장애, 점액 과다분비 및 점액 이상증은 미생물총의 식민지화를 위한 조건을 만들어 호중구, 대식세포 및 림프구를 더욱 활성화시키고, 이로 인해 염증 세포 요소의 파괴적 잠재력이 커집니다.

만성 염증의 설명된 모든 요소는 폐포 벽과 폐포간 중격의 파괴, 폐 조직의 통기성 증가 및 폐기종의 형성으로 이어진다.

만성 폐쇄성 폐질환(COPD)에서 염증은 주로 말단 세기관지와 호흡 세기관지에 영향을 미치므로, 폐포 파괴와 폐 조직의 공기 밀도 증가는 종종 국소적으로 나타나며, 주로 선방(acinus)의 중심부에 국한되고, 이 부위는 육안적으로 약간 변화된 폐 실질로 둘러싸여 있습니다. 이러한 중심선방형 폐기종은 기관지염(bronchitis) 유형의 만성 폐쇄성 기관지염 환자에게서 전형적으로 나타납니다. 다른 경우에는 폐기종성(emphysematous) 유형의 만성 폐쇄성 기관지염 환자에게서 전형적으로 나타나는 전선방형 폐기종이 형성됩니다.

기관지폐쇄증후군

만성 폐쇄성 기관지염과 만성 폐쇄성 폐질환(COPD)의 특징적이고 필수적인 징후인 기관지폐쇄증후군은 기관지 폐쇄의 가역적 및 비가역적 요소에 의해 발생합니다. 질병 초기에는 기관지 폐쇄의 가역적 요소가 우세하며, 이는 세 가지 주요 기전에 의해 발생합니다.

• 기관지 점막의 염증성 부종
• 점액의 과다 분비
• 소기관지의 평활근 경련.

만성 폐쇄성 폐질환(COPD) 환자, 특히 급성기에는 직경 2mm 미만의 소기관지와 세기관지의 내강이 현저히 좁아지고, 각 말초 기도가 점액성 폐포로 막히는 증상이 나타납니다. 또한 소기관지 평활근의 비대와 경직성 수축 경향이 나타나 기도의 전체 내강이 더욱 감소하고 기관지 저항이 전반적으로 증가합니다.

만성 폐쇄성 기관지염, 기관지 천식 또는 기타 기도 질환에서 기관지 경련의 원인과 기전은 서로 다릅니다. 그러나 세균 및 바이러스-세균 감염 자체와 기관지의 만성 염증 과정은 일반적으로 베타2-아드레날린 수용체의 민감도 감소 및 소실을 동반하며, 베타2-아드레날린 수용체의 자극은 기관지 확장 효과를 동반하는 것으로 알려져 있습니다.

또한, 만성 폐쇄성 폐질환(COPD) 환자는 휘파람 소리(wandering pepper)가 증가합니다. 기관지 경련 경향은 기관지 천식 환자에게 더 흔하게 나타납니다. 그러나 만성 폐쇄성 기관지염 환자의 경우, 소기관지의 과민성 또한 기관지폐쇄증후군의 발병 기전에 중요한 영향을 미칩니다. 하지만 과거에 널리 사용되었던 "천식성" 기관지염이나 "천식성 성분"을 가진 기관지염이라는 용어는 현재로서는 권장되지 않습니다.

질병이 더 진전될수록 기관지 폐쇄의 비가역적 요소가 점점 더 우세해지는데, 이는 폐 폐기종과 호흡 기관의 구조적 변화, 주로 기관지 주변 섬유증에 의해 결정됩니다.

만성 폐쇄성 기관지염과 폐기종 환자에서 비가역적인 기관지 폐쇄의 가장 중요한 원인은 기관지의 조기 호기 폐쇄 또는 소기관지의 호기 붕괴입니다. 이는 주로 탄성을 잃은 폐 실질의 지지 기능 저하로 인해 발생합니다. 소기관지, 즉 세기관지는 폐 조직에 잠겨 있고 폐포는 세기관지 벽에 밀착되어 있어, 일반적으로 들숨과 날숨 동안 기관지의 탄성 반동으로 인해 기도가 열린 상태를 유지합니다. 따라서 폐기종 환자의 폐 조직 탄성 감소는 호기 중간 또는 호기 초기에 소기관지의 붕괴로 이어지며, 이때 폐의 용적이 감소하고 폐 조직의 탄성 반동이 빠르게 떨어집니다.

또한, 기관지폐포 표면활성제 부족이 중요한데, 흡연을 남용하는 만성 폐쇄성 폐질환(COPD) 환자에서는 표면활성제 합성이 현저히 감소합니다. 표면활성제 부족은 알려진 바와 같이 폐포 조직의 표면장력을 증가시키고 소기도의 "불안정성"을 더욱 심화시킵니다.

마지막으로 만성폐쇄성폐질환(COPD) 환자의 만성 염증으로 인해 발생하는 기관지 주변 섬유증과 기도의 다른 구조적 변화(기관지 벽의 두꺼워짐과 변형)도 기관지 폐쇄 증후군의 발생과 진행에 매우 중요하지만, 폐쇄의 비가역적 구성 요소 형성에 있어서의 역할은 폐기종의 역할에 비해 적습니다.

일반적으로 COPD 환자에서 기관지 폐쇄의 비가역적 요소가 상당히 우세하다는 것은 대개 호흡 및 폐-심장 기능 부전이 빠르게 진행되는 것을 특징으로 하는 질병의 최종 단계가 시작되었음을 의미합니다.

호흡 부전

호흡 부전의 느린 진행은 만성 폐쇄성 폐질환(COPD)의 세 번째 필수 징후입니다. 만성 폐쇄성 호흡 부전은 궁극적으로 심각한 가스 교환 장애를 초래하며, COPD 환자의 운동 내성, 운동 수행 능력 저하 및 사망의 주요 원인입니다.

실제적인 관점에서 호흡부전에는 두 가지 주요 형태가 있다는 점을 상기해 보자.

실질성(저산소증)은 주로 폐의 급격한 환기-관류 관계와 혈액의 폐내 우심장에서 좌심장으로의 단락 증가로 인해 발생하며, 이로 인해 동맥 저산소증(PaO2 < 80 mm Hg)이 발생합니다.

호흡 부전의 환기성(고탄산혈증) 형태는 효과적인 폐 환기의 기본적 장애(폐포 저환기)로 인해 발생하며, 신체에서 CO2 제거 감소(고탄산혈증)와 혈액 산소 공급 중단(저산소증)이 모두 동반됩니다.

특정 질병 단계에 있는 만성 폐쇄성 폐질환(COPD) 환자의 경우, 가장 전형적인 증상은 동맥 저산소증과 고탄산혈증의 조합, 즉 호흡 부전의 혼합 형태입니다. COPD 환자의 가스 교환 및 환기 장애를 결정하는 몇 가지 주요 기전은 다음과 같습니다.

1. 폐기종이 동반된 환자에서 기관지 점막 부종, 기관지 경련, 점액 과분비 및 소기관지의 호기 허탈로 인한 기관지 폐쇄. 기도 폐쇄는 저환기 또는 완전 비환기 구역을 발생시키고, 이로 인해 해당 구역을 흐르는 혈류에 산소 공급이 부족해져 PaO2가 감소하고, 즉 동맥 저산소증이 발생합니다. 따라서 기관지 폐쇄 증후군 자체가 폐포 환기를 심각하게 복잡하게 만들며, 이는 심각한 기관지 협착 부위에 미세 무기폐가 발생함으로써 더욱 악화됩니다.
2. 중증 폐기종 환자에서 기능하는 폐포-모세혈관막의 총 면적이 감소합니다. 폐포간 격막의 파괴로 인해 폐포의 부피가 증가하고 총 표면적이 크게 감소합니다.
3. 폐 기종 환자에게 일반적으로 나타나는 현상으로, 흡입 예비량이 감소하여 환기량이 감소합니다. 이는 흉부 구조의 변화, 흉부 용적의 증가, 흉부 경직의 증가로 인해 발생합니다.
4. 기관지 폐쇄 증후군과 폐기종 환자의 호흡 근육에 가해지는 부하가 크게 증가하면서 주로 횡격막을 중심으로 호흡 근육에 심각한 피로가 발생합니다.
5. 폐 기종 환자에게서 흔히 나타나는 횡격막의 평평화로 인한 횡격막 기능 저하
6. 폐포-모세혈관 막이 두꺼워지고, 미세순환이 손상되고, 말초혈관이 황폐해져서 폐포-모세혈관 막 수준에서 가스 확산이 저하됩니다.

이러한 기전 중 일부가 작동하면 폐의 환기-관류 관계가 교란되어 산소가 부족한 혈액이 폐 밖으로 유출되고, 이는 PaO2 감소를 동반합니다. 실제로, 호흡기의 파괴는 저환기 또는 완전 비환기 구역의 발생으로 이어지고, 이로 인해 해당 구역을 흐르는 혈액의 산소 공급이 부족해집니다. 결과적으로 PaO2가 감소하고 동맥 저산소증이 발생합니다.

폐의 구조적, 기능적 변화가 더 진행되면 폐환기 효율성이 감소합니다(예: 호흡근 기능 장애로 인해). 이와 함께 호흡 부전의 환기 형태가 증가하고 고탄산혈증(PaCO2가 45mmHg 이상 증가)이 발생합니다.

혼합형 호흡부전은 특히 질병이 악화되는 기간 동안 두드러지는데, 한편으로는 기관지 개통성이 급격히 손상되고, 다른 한편으로는 호흡 근육(횡격막)의 약화(피로)가 심해지며, 이는 호흡 근육에 가해지는 부하가 급격히 증가하는 상황에서 발생합니다.

호흡부전의 심각도는 일반적으로 동맥혈의 산소 분압(PaO2)과 이산화탄소(PaCO2)를 기준으로 평가됩니다.

호흡 부전의 심각도 평가(동맥혈 가스 장력(mm Hg)으로 표현)

DN의 정도	실질성 DN	환기 DN
보통의	라0 2 > 70	RaCO2 < 50
중등도	Ra0 2 = 70-50	RaCO2 = 50-70
무거운	Ra0 2 < 50	라코 2 > 70 고탄산혈증 혼수상태

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