Hjem » Pulmonal patofysiologi » Astma
Akut astma
Ligesom Hippocrates fandt på, at han vil komme til gavn for de syge i de huse, hvor han kom, fandt han også på at kalde den tilstand, hvor man hiver efter vejret for astma: Det græske ord for at puste. Hvor Hippocrates mente, at astmaanfald hos børn var et udtryk for, at guderne kom på besøg, har den moderne medicin taget en lidt anden tilgang: Gudsbesøget skal holdes for døren med den hellige treenighed af steroid, beta-2-agonister og antikolinergika.
Basal patologi ved astma
Det er værd at rekapitulere den basale patogenese ved astma: Astma er kendetegnet ved:
- Inflammation i den bronkiale slimhinde, der giver anledning til kontraktion af den glatte muskulatur og derfor bronkokonstriktion og øget luftvejsmodstand
- Inflammation giver ødem og slimdannelse.
- Bronkierne bliver hyperreagerende på eksterne stimuli (fx røg eller støv) og kontraherer sig også her.
Det altoverskyggende problem ved astma er altså den øgede luftvejsmodstand som følge af bronkial kontraktion.
Symptomer ved akut astma exacerbation
Den akutte astma exacerbations kardinalsymptomer og -fund er:
- Dyspnø
- Takypnø
- Brug af accessorisk vejrtrækningsmuskulatur
- Bronkospasmer ved stetoskopi
- Trykken for brystet
- Hoste, ofte med ekspektorat.
.
Svær livstruende astma er forbundet med hudtrætning, hyperkapni, acidose, vedvarende hypoxi, tyst thorax, mv.
Hvordan kan man forklare sådan et sæt af symptomer?
Patofysiologisk baggrund for symptomer ved astma exacerbation
I ikke-prioriteret rækkefølge kommer her en række af de patofysiologiske mekanismer, der giver anledning til den ballade, der er astma. De er udvalgt af your’s truly, og man har forsøgt at lægge illustrationer og lidt algebra til for at bryde med et i øvrigt dysleksi-inducerende stykke tekst. Det skal handle om:
- Stigende luftvejsmodstand
- Dynamisk hyperinflation
- Negativ påvirkning af respirationsmusklerne
- Afklemning af konduktive luftveje og dårlig gasudskiftning
- Afklemning af konduktive luftveje og bronkospastiske mislyde
- V/Q-ubalancer
- Arterielle blodgasser ved astma exacerbation.
- Kardio-pulmonale sammenhænge
Modstanden i luftvejene stiger rapidt med faldende radius
Ligesom blodkarrene i kroppen kan de konduktive luftveje betragtes som et rør (heraf – luftrøret), og luftens bevægelse igennem sådan et rør kan heldigvis beskrives. Problemet for astmatikere er, at modstanden mod bevægelse af luft igennem luftrørene stiger helt vildt, når radius af luftrøret falder. Den bronkiale konstriktion sænker netop radius og modstanden i et rør er omvendt proportionel med den fjerde potens af radius. Den opmærksomme læser vil huske noget med “fjerde potens” og en eller anden franskmand; et c’est ca, le loi de monsiuer Poisseuilles:
Hvis konsekvens det er, at falder radius med 50 %, så stiger modstanden 16 gange. Et lille 10 %’s fald øger modstanden med 50 %. For at sikre det samme luftflow kræver det altså et betragteligt højere drivtryk. Det højere drivtryk kan kun komme ét sted fra: Astmatikerens hårde arbejde for at trække vejret.
Øget luftvejsmodstand giver dynamisk hyperinflation
Ved normal vejrtrækning, fx en frekvens på 16 inspirationer i minuttet, når man at trække sin tidalvolumen ind længe før den næste inspiration starter. Man har ca 4 sekunder til at gennemføre en vejtrækning, og det er alt rigeligt til at nå både inspiration og ekspiration. Det er så meget rigeligt, at hvis man øger respirationsfrekvensen i raske lunger til fx 30 og derved sænker inspirationstiden, så når man stort set sit tidalvolumen stadigvæk. Det er illustreret i nedenstående figur, som godt nok har påtegnet tal og enheder og som derfor illuderer empirisk realitet, men snarere skal ses som en form for teoretisk model:
Problemet ved astma er den store luftvejsmodstand, og det betyder, at kurven fra ovenfor forskydes nedad. I figuren vist ovenfor når man slet ikke tidalvolumen ved en inspirationstid på 2 sekunder, og ved hurtigere respiration når man endnu kortere vej mod sin tidalvolumen.
Bliver man først hypoxisk og stiger ens hypoxiske drive, og trækker man vejret hurtigere og hurtigere, er effektiviteten af hver vejtrækning grundlæggende dårligere og dårligere. Man kan også forstå det som en form for faldende compliance: At den samme trykforskel imellem alveoler og det interpleurale rum producer en mindre volumenændring ved højere respirationsfrekvenser hos astmatikere. Hos lungeraske er compliance uforandret i et stort rum af respirationsfrekvenser: Den samme trykændring producerer den samme volumenændring uanset om man trækker vejret hurtigt eller langsomt. Det ses af den øverste kurve ovenfor: Inspirationen er ret kort og når stort set altid til ende fraset ved meget høje respirationsfrekvenser. Med andre ord: Trykforskellen producerer den samme tidalvolumen.
Hvorfor kaldes det dynamisk hyperinflation? Man hentyder nok her til forskellen mellem statisk og dynamisk compliance. Statisk compliance er altså lungevævets compliance målt ved bestemte volumina (altså hvor meget rykker lungen sig ved denne volumen og ved dette tryk?). Statisk compliance er modsat lungevævets compliance under hensyntagen til, at der faktisk er modstand mod flow, og at inspirationen derfor foregår over et tidsrum. Havde der ikke været modstand mod flow, kunne volumenændringer indtræde momentant – situationen ved statisk compliance.
Hyperinflaterede lunger mindsker respirationsmusklernes effekt
Hvis man forestiller sig den normale, ikke-hyperinflaterede respirationssituation, så har man et fornuftigt diafragma, der skifter mellem at være strakt (inspiration) og afslappet (ekspiration). Det samme gælder for så vidt de accessoriske respirationsmuskler, der, ved hårdt fysisk arbejde, bevæger sig mellem fuld kontraktion og fuld relaksation og afkortning. Se for eksempel billedet herunder af en patient i status asthmaticus:
Hvis man ikke er til StatPearls, kan man i Vejen et al. (2014) i Ugeskriftet også finde et rigtig nydeligt røntgen thorax hos en patient med akut livstruende astma.
Man kan måske huske sin muskelfysiologi og problemet med længde og spænding: At den kraft skeletmusklen genererer er størst, når der er et optimalt overlap imellem aktin og myosin, mens den er lav, når der er et meget begrænset overlap. I hjertemuskulaturen kan Frank-Starling-mekanismen illustrere det.
Når man er bange for det tavse eller tyste thorax i svær akut astma, så er det situationen her, man er bange for. Normalt larmer den astmatiske vejrtrækning, men det gør den selvfølgelig kun, hvis luftskiftet fortsætter. Fuldstændigt udstrukkent skeletmuskulatur, der ikke engang kan generere kraft nok til et enkelt luftskifte: Altså et fuldstændigt fladt diafragma, der bare står og vibrerer og nærmest ikke producerer et volumenskifte.
Situationen der er illustreret ovenfor er formentlig et resultat af langvarig astma: Normalt giver akutte astmaanfald øgninger i den funktionelle residuale kapacitet (FRC) – se lige nedenfor – og ikke i den totale lungevolumen.
Hyperinflaterede alveoler afklemmer konduktive luftveje
Under det akutte astmaanfald er lungerne fyldt med hyperinflaterede alveoler. Alveoler der inflateres kan ikke udstrække sig for evigt (de har en finit komplians), og det betyder, at trykket i alveolerne også stiger. Et stigende alveolært tryk er et problem for de omkringliggende konduktive luftveje. Hos unge, raske lunger med stærke konduktive luftveje er det formentlig et mindre problem end hos ældre, ikke-så-friske lunger. Helt grundlæggende er der tale om et intraalveolært thorakalt overtryk, der principielt forværres for hver gang man tager en indånding og luftvejene kollapser ved udåndningen.
Konsekvensen er, at dele af den konduktive luftveje kollapser og stopper luftudvekslingen. Det kan illustreres med følgende:
Man kan selvfølgelig undgå problemet ved at øge lufttrykket i de konduktive luftveje, for eksempel ved at trække vejret igennem tilspidsede læber. Det betyder, at trykket i de konduktive luftveje stiger, men med den pris, at luftflowet igennem de tilspidsede læber falder og man derfor må yde et større arbejde for at sikre en højere trykforskel til at drive vejrtrækning.
Astma giver ekspiratorisk bronkospastiske mislyde
Helt generelt er de vesikulære lungelyde et resultat af turbulent flow. Den bronkospasme man hører hos patienter med astma skyldes ikke turbulent flow, men formentlig vibrationer i bronkie- og bronkiolerne, når de pga. dynamisk luftvejskollaps hele tiden åbner og lukker.
Når den vanlige mekaniske tethering på grund af den dynamiske hyperinflation er ophørt, betyder det, at de konduktive luftveje bliver presset sammen og de har lettere ved at lukke af. Man kan illustrere situationen med Bernoullis ligning og det, at der igennem luftrøret skal flyttes den samme volumen luft hele tiden.
\[ p_{statisk} + \frac{1}{2} \rho v^2 + \rho g h = konstant \]
Hvis man forestiller sig et relativt bredt stykke luftrør, der pludselig snævrer ind på grund af de store, hyperinflaterede alveoler: Igennem luftrøret skal konstant flyttes den samme mængde luft. Det vil sige, at når rørets radius falder, så bliver hastigheden nødt til at stige. Hvis vi forestiller os en liggende patient (i virkelighedens verden er det selvfølgelig bedre at have patienten op at sidde!), så kan vi ignorere den potentielle energi fra luftsøjlens tryk i Bernoullis ligning:
\[ p_{statisk} + \frac{1}{2} \rho v^2 = konstant \]
Når hastigheden stiger, så bliver det statiske tryk nødt til at falde: Det giver et trykfald umiddelbart før modstanden stiger. Nogle konduktive luftveje vil lukke af. Imidlertid vil det statiske tryk nu igen kunne stige indtil den kollaberede luftvej igen kan åbnes. Sådan kan luftvejene stå og vibrere, og de vibrationer overføres til det omkringliggende væv og kan høres med stetoskopet som piben/wheezing/sonore ronchi på ekspirationen.
Kardio-pulmonale interaktioner
Det øgede intratorakale tryk er ikke kardielt gratis, men sammenhængen er temmelig kompleks; jeg har til gode at finde en god kilde, der virkelig pinder situationen ud, og jeg er heller ikke sikker på, at patofysiologien er helt afklaret. Så her følger mit gæt på, hvordan den dynamiske hyperinflation ved akut, svær astma exacerbation påvirker hjertet. For real-world data kan man rette opmærksomheden mod Jardin (1982), der måler hæmodynamik og øsofagustryk hos 9 patienter med svær astma, og for et review (med temmelig stort fokus på normalfysiologien) kan man ty til Caplan & Hamzaoui (2023).
Et par basale påstande for
- Den øgede luftvejsmodstand, dels som følge af bronkokonstriktion, dels som følge af hyperinflation betyder, at patienterne skal generere et meget stort, negativt intrathorakalt tryk for at skabe et luftflow. Pleuratrykket ved inspiration hos Jardins 9 patienter var -24,4 mmHg / 33 cm vand. Normalfysiologisk kan man inspirere med et negativt tryk på -7 cm vand.
- Patienterne auto-PEEP’er, det vil sige, at under ekspirationen er det intratorakale tryk positivt og det er det også slutekspiratorisk. Dette står i modsætning til normaltilstanden hvor det negative tryk ved FRC er let negativt, mellem -2,5 og -10 cm vand afhængig af højden. Hos patienterne hos Jardin var det ekspiratoriske tryk 7,6 mmHg / 10 cm vand.
.
For højre ventrikel kan det give følgende ændringer:
- Øget preload. Under inspirationen producerer patienten et meget stort negativt intratorakalt tryk, der nærmest suger blod fra de tilførende kar og ind i højre atrium. Hvis det centrale venetryk for eksempel er 7 mmHg og man producerer et negativt tryk på -24,4 mmHg (som Jardins patienter gjorde), så kan man forestille sig, hvordan bloodflow fra venerne til hjertekamrene stiger. Det øger preload.
- Sænket preload. Under ekspirationen er det intratorakale tryk imidlertid steget (hos Jardin til 7,6 mmHg), og det har som biprodukt at komprimere de centrale vener, hvis trykket overstiger det centrale venetryk. Det sænker preload.
- Øget afterload. Den dynamiske hyperinflation og det høje alveolære tryk forplanter sig til det pulmonale vaskulatur. Det betyder, at modstanden som højre ventrikel skal pumpe imod stiger, med andre ord, afterload stiger. Under inspirationen er et intratorakale tryk svært negativt, og det betyder (med LaPlace’s lov), at forskellen imellem det intraventrikulære og det ekstraventrikulære (det intratorakale) tryk stiger. Trykket i højre ventrikel er positivt, mens det intratorakale tryk er negativt, således at forskellen imellem de to stiger, da (Phv – (- Pit) > 0). Afterload kan også forstås som den transmurale vægstress, og den stiger altså under inspirationen. Det sidste kan man se af Jardins tabel 2, hvor det transmurale tryk stiger til 21,4 mmHg under inspirationen, mens det blot er 4,3 under ekspirationen.
- Sænket afterload. Det høje post-ekspiratoriske tryk betyder imidlertid omvendt, at afterload under ekspirationen er lavere end ellers. Igen kan man forstå afterload som det transmurale vægstress, altså den vægstress som hjertemuskulaturen skal overkomme for at lave en kontraktion, og når der er et positivt tryk på ydersiden af ventriklen, bliver den så at sige hjulpet på vej.
- Konklusivt er det altså temmelig umuligt at sige noget definitivt om effekten på højre ventrikel. Det skyldes selvfølgelig variationen med respirationen, og det skyldes selvfølgelig også den kompleksitet der indtræder med et øget adrenergt spejl og deraf øget kontraktilitet. Falder slagvolumen? Stiger cardiac output? Svaret blæser i vinden – Kaplan & Hamzaoui kommer det heller ikke nærmere.
.
På venstre hjerteside og i det systemiske kredsløb er situationen lidt anderledes.
- Afterload er fortsat øget under inspiration på grund af det høje negative intratorakale tryk og sænket under ekspiration på grund af det positive slutekspiratoriske tryk. Omvendt skriver Caplan & Hamzaoui, at set i gennemsnit over en hel respirationscyklus er det intrathorakale tryk negativt, hvilket betyder et øget afterload.
- Øget preload. Den dynamiske hyperinflation afklemmer de intrapulmonale kar i thorax, og da de fungerer som kapacitanskar for venstre hjertehalvdel betyder det øget preload.
- Sænket preload. Omvendt betyder det øgede pulmonale vaskular tryk og det øgede afterload på højre ventrikel, at den ballonerer op og påvirker fyldningen af venstre ventrikel, så der kommer en grad af diastolisk dysfunktion, hvilket sænker preload.
- I Jardins studie fra 1982 var venstre ventrikels slagvolumen lavere, men cardiac output forhøjet på grund af takykardi. Alle ni patienter var i status og var hypoxæmiske (fraset to der fik ilttilskud), så deres adrenerge spejl har formentlig været ganske højt og kontraktiliteten god – så enten har preload været lav, afterload høj eller begge i kombination.
.
Astma giver V/Q-ubalancer, der giver hypoxæmi og åndenød
Astma giver ubalancer mellem ventilationen af lungerne og deres perfusion.
Når cardiac output falder, så falder også den pulmonale gennemblødning. Samtidig giver det øgede intratorakale tryk øget modstand i det pulmonale kredsløb, og hvis der er lokale forskelle i mængden af intrinsisk PEEP betyder det også, at der er varierende perfusion. Det vil sige, at der er en generel nedsættelse af Q, blodflow, og en lokal variation i Q.
Den varierende perfusion mødes af en ligeså varierende ventilation. Patienten hyperventilerer, så nogle områder af lungerne vil være velventilerede og have ilttryk, der nærmer sig de atmosfæriske tryk. Omvendt vil andre områder have stor luftvejsmodstand og en høj grad af dynamisk luftvejskollaps og derfor gradvist have ilttryk, der nærmer sig det venøse blods ilttryk. Helt grundlæggende er der altså tale om shunts: At venøst blod sendes forbi dårligt ventilerede lungeafsnit og sender deoxygeneret blod ud i det systemiske kredsløb. Resultatet er hypoxæmi.
Hypoxæmi giver åndenød, som overtegnede har brugt allerede har skrevet om med flere ord end godt er.
Arterielle blodgasser ved astma exacerbation
Tager man en arteriel blodprøve, så vil et alvorligt, men ikke-livstruende astmaanfald vise hypoxæmi og hypokapni. Hypoxæmien er et resultat af ovenstående V/Q-ubalancer, mens hypokapni skyldes generaliseret alveolær hyperventilation. Det kan man overbevise sig selv om, hvis man husker den alveolære ventilationsligning:
\( \dot{V}_A = k \times \frac{\dot{V}_{\text{CO}_2}}{{P_{a}{CO}}_2} \)
Der helt grundlæggende siger, at det arterielle CO2-tryk er inverst korreleret med ventilationen: Når man trækker vejret hurtigere og har et større luftskifte falder CO2-trykket i arterielt blod.
Hyperkapni er altså et alvorligt faresignal: Det er et tegn på, at patienten er ved at være udtrættet og derfor pludselig har generel alveolær hypoventilation.
Kilder
Ellul-Micalle R. Asthma: a look at the past. Br J Dis Chest. 1976 Apr;70(2):112-6. doi: 10.1016/0007-0971(76)90016-4. PMID: 782496. (For den historisk interesserede.)
Chen RJ, Launico MV. Status Asthmaticus. [Updated 2024 Feb 9]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2025 Jan-. [Figure, Asthma Radiography. This chest x-ray…].
Vejen M et al. (2014) Ekstrakorporal membranoxygenering til en patient med livstruende astma. På Ugeskriftet.dk. Tilgået d. 27/9-2025.
Yartsev A (2024). Ventilation strategies for Status Asthmaticus. På DerangedPhysiologi.com. Tilgået d. 19/9-2025.
Yartsev A (2024). Intrinsic PEEP and positive pressure ventilation. På DerangedPhysiologi.com. Tilgået d. 19/9-2025.
Nickson C (2024). Intrinsic PEEP. På litfl.com/ccc. Tilgået d. 19/9-2025.
Gong H JR.. Wheezing and Asthma. In: Walker HK, Hall WD, Hurst JW, editors. Clinical Methods: The History, Physical, and Laboratory Examinations. 3rd edition. Boston: Butterworths; 1990. Chapter 37. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK358/ (Free of charge, fin lille gennemgang af “the basic sciences”).
Kristiansen Bo et al. Astma – Akut. Dansk Lungemedicinsk Selskab. På lungemedicin.dk. Tilgået d. 16/9-25
Kardio-pulmonære sammenhænge
Hamzaoui O, Monnet X, Teboul JL. Pulsus paradoxus. Eur Respir J. 2013 Dec;42(6):1696-705. doi: 10.1183/09031936.00138912. Epub 2012 Dec 6. PMID: 23222878.
Jardin F, Farcot JC, Boisante L, Prost JF, Gueret P, Bourdarias JP. Mechanism of paradoxic pulse in bronchial asthma. Circulation. 1982 Oct;66(4):887-94. doi: 10.1161/01.cir.66.4.887. PMID: 7116605.
Caplan M, Hamzaoui O. Cardio-respiratory interactions in acute asthma. Front Physiol. 2023 Sep 15;14:1232345. doi: 10.3389/fphys.2023.1232345. PMID: 37781226; PMCID: PMC10540856.