COPD I

Definition of COPD
Disease state characterized by airflow limitation that is not fully reversible. The airflow limitation is progressive and associated with an abnormal inflammatory response of the lungs to noxious particles or gases.

① Airflow limitation이란 clinical하게 사용되는 term으로, FEV1/FVC〈0.7 를 말합니다.
② Airflow limitation이 있는 환자에게 bronchodilator를 처리했을 때, ΔFEV1이 200㎖ AND 12% 이상 증가하면 이
환자의airflow는 fully reversible하다고 합니다.또한 airflow limitation의 reversible 여부는 asthma와 COPD를
구분하는 결정적인 feature입니다. 나이가 아주 많거나 특별한 case의 환자를 제외한 대부분은 reversible 여부에
따라 COPD와 asthma를 DDx합니다.
③ Airflow limitation이 progressive하고, asthma와 같이 abnormal inflammatory response가 관여합니다.

Classification of COPD
COPD의 underlying Dz.로는 emphysema와 chronic bronchitis가 있습니다.요즈음에는 small airway Dz.라는 제3의 카테고리를 만들어 구분하기도 합니다. 임상적으로는 두 원인질환이 같이 진행되는 mixed type patient가 대부분이지만, 어떤 질환이 우세한지에 따라 clinical manifestation과 Tx가 달라지기 때문에 두 type을 구분하게 됩니다

1. Pink Puffer(분홍빛 숨찬사람) - Emphysema dominant type (A)

Emphysema는 anatomical하게 정의된 질병으로, terminal bronchiole 이하의 airspace가 영구적으로 파괴, 확장되는 질병입니다. Lung parenchyma와 관련된 질병이므로, 공기의 출입에는 chronic bronchitis 보다 문제가 훨씬 적습니다. 그러므로 청진시 별다른 소리가 들리지 않죠.
다만 ventilation/perfusion ratio가 낮아지기 때문에, 이 ratio를 맞추기 위한 보상기전으로 Respiratory drive가 증가하므로arterial PO2 및 PCO2가 비교적 정상에 가깝습니다.

그러므로 Cyanosis 가 일어나지 않아 얼굴빛이 창백해지지 않고, cor pulmonale도 일어나지 않습니다. 다만 emphysema와 과도한 호흡근의 사용으로 인해 chest wall의 AP diameter가 증가한 barrel chest(Hoover sign)가 관찰됩니다.

2. Blue Bloater(창백하게 부푼사람) - Chronic Bronchitis dominant type (B)

Chronic bronchitis는 지난 2년간 적어도 3개월 이상 sputum-productive cough가 관찰되는 것으로 정의되는 clinical term입니다. chronic bronchitis 환자들은 공기의 출입(특히 공기의 배출)이 힘들어져 Respiratory drive가 감소하게 되므로, 종종cyanosis 를 보이며 PO2가 감소하고, PCO2가 증가합니다. airway가 좁아져 있으므로 청진시에 rales, rhonchi를 들을 수 있습니다. 정의에서도 볼 수 있듯이 기침과 가래도 심하겠죠.

계속된 염증반응은 폐의 혈관을 손상시켜서 폐혈관의 혈압을 증가시킵니다. 따라서 type B COPD가 진행되면 cor pulmonale가 일어나고, 그 결과로 peripheral edema가 일어나 온 몸이 붓게 됩니다.

Epidermiology
COPD는 다른 질병에 비해 굉장히 incidence가 증가하고 있는 질병입니다. COPD는 대부분의 경우 45세 이상, 20 pack•year 이상의 smoking history를 갖고 있는 사람에게서 발병합니다. 그러므로 젊은 나이에, 혹은 비흡연자에게 COPD가 발병했다면 다른 genetic Dz.가 있는지, 혹은 직업적/환경적 host factor가 있는지 의심해 보아야 합니다.

Risk Factor
1. Host Factors
1) Genes ; α1-antitrypsin deficiency

2) Airway Hyper-responsiveness

Lung Growth Defect
Lung은 terminally differentiated organ이므로 18~20세에 maximum function을 보이도록 성장한 뒤, 나이가 들어갈수록 점차그 기능이 감소하게 됩니다. Lung이 한참 성장할 시기에 Ryanovirus 등에 의해 lung 의 functional growth에 장애가 생기면, 특별히 lung의 function을 decline시키는 요인이 없더라도 COPD와 같은 증상을 보일 수 있습니다.

2. Environmental Factor
1) TOBACCO SMOKE - Most Important cause of COPD
Smoking intensity는 FEV1의 감소정도와 밀접한 관련이 있는 것이 연구결과로 증명되었습니다. 하지만 모든 흡연자에서 COPD가 발병하는 것은 아니라서, 흡연이 major caused이긴 하지만 underlying gene defect도 COPD의 발병에 큰 원인이 되지 않을까 하고 추측하고 있습니다.
Lung function을 회복시키는 유일한 방법이 금연인데요, 얼마나 피워왔건, 폐가 얼마나 망가졌든간에 금연이 첫 번째 치료가 됩니다. , FEV1이 많이 떨어져 있는 흡연자라도 금연을 하게 되면 즉각적인 폐기능의 회복이 일어나는 것을 볼 수 있습니다.

2) 기타 요인들 - Smoking 없이 COPD가 오는 경우는 극히 드뭅니다.
Occupational dust and chemicals - 흡연력이 없을 때 고려해보아야 할 인자
Indoor and outdoor air pollution
Infection - Ryanovirus 등등...
Socioeconomic status

★ Pathogenesis

COPD는 asthma와 비슷하게, noxious particle(주로 흡연에 의한)과 host factor에 의한 inflammation이 pathogenesis의 시작에 놓이게 됩니다. 만성적인 염증반응으로 인해 extracellular matrix가 proteolysis되면서 cell death가 일어나고, 죽은 조직이비정상적으로 재생되면서 폐기능의 감소가 일어나 COPD가 생기는 것이죠. 이 과정에서 중요하게 작용하는 것이 Oxidant-Antioxidant 및 Protease-Antiprotease balance가 깨지는 것인데요, 첫 step인 Inflammation과 함께 조금 더 자세히 알아보도록 합시다.

1. Inflammatory Cascade in COPD (vs. asthma)
Asthma에서는 mast cell과 TH2 pathway를 통해 activation된 CD4 cell, 또 이 둘이 activation시키는 eosinophil이 respiratory tract의 hyper-responsive를 일으켜서 airflow limitation을 일으키지만, methacholine과 같은 bronchodilator에 의해 reversible하다는 것이 특징입니다.
그에 반해 COPD는 mast cell 대신에 alveolar macrophage가, TH2 대신 TH1 pathway가, eosinophil 대신에 neutrophil이 관여해서, irriversible한 small airway fibrosis 및 alveolar destruction을 유발하여 NOT fully reversible한 airflow limitation을 만들게됩니다.

한가지를 더 덧붙이자면 asthma는 all age에서 호발가능하지만, COPD는 old age에서 호발한다는 것도 큰 차이점이 되겠습니다.

2. Oxidant-Antioxidant Imbalance

3. Protease-Antiprotease Imbalance
흡연으로 인한 anti-protease의 감소가 emphysema의 주된 원인입니다. 여러 번 언급되었던 α1-antitrypsin이 바로 anti-protease의 대표주자이죠. Noxious particle로 인해 모여든 neutrophil과 alveolar macrophage들은 여러 가지 protease를 이용하여 손상된 alveolar cell들을 제거합니다. Anti-protease는 분비된 protease가 정상적인 조직을 손상시키지 않도록 보호하는 역할을 하는데, 위에서 설명한 것 같이 oxidant에 의해 anti-protease가 줄어들게 되면서 정상적인 조직이 protease에 의해 파괴되면서 emphysema가 생기게 됩니다.

Pathology
1. Large Airway
COPD가 진행되면 large airway에는 다음과 같은 pathologic change가 생깁니다.
① Mucous gland enlargement
② Goblet cell hyperplasia
③ Squamous metaplasia
④ Smooth muscle hypertrophy

2. Small Airway ; Airway Limitation의 Major site
반지름≤2㎜인 airway를 small airway라고 정의합니다. Small airway에 airway limitation이 일어나는 mechanism은 크게 두 가지로 나눠볼 수 있습니다.
1) Chronic Inflammation(Bronchitis)과 불완전한 Repairing
조금 전에 살펴봤듯이, chronic inflammation이 pathogenesis 의 시발점이었죠 지속적인inflammation에 의해 large airway와동일한 pathologic change가 일어나게 됩니다.
이런 일련의 pathologic change로 인해 airway의 lumen이 좁아지게 되는 것이죠.

2) Alveolar Structure의 파괴로 인한 Elastic Recoil 소실
Emphysema의 중요한 원인이 alveolar septum의 중요한 구성요소인 elastin이 protease에 의해 파괴되기 때문이라는 것을 위해서 설명했습니다. 건강한 폐에서는 호기시 small airway가 내/외부 압력차에 의해 좁아지려고 하면 주위의 alveolar septum의 elastin이 마치 스프링과 같이 small airway가 collapse되지 않도록 잡아당겨주어 호기가 원활하게 이루어집니다. 하지만emphysema가 있는 환자의 폐에서는 septum이 파괴되어 있어서, 호기시 약간의 압력감소만으로도 small airway가 급격히collapse되어서 공기가 빠져나가지 못하게 되므로 FEV1이 급격히 감소하게 되는 것입니다.

3. Hyperinflation 의 기전및 결과
1) 기도폐쇄에 의한 폐기량의 변화
1 . Residual volume (RV), functional residual capacity (FRC) : 증가
2. Total lung capacity (TLC) :정상 or 증가
3. Vital capacity (VC) : 감소

<설명>호기시 완전히 내쉬지 못하므로 RV 증가, elastic recoiling pr 감소로 FRC 증가, air trapping 으로 TLC 증가air trapping이 매호흡마다 계속되면서 점진적으로 폐가 과팽창됨 ( dynamic compliance 감소)

2) 과팽창의 기전및 결과
기전: Inward elastic recoil pressure↓
Air trapping due to collapsed airway
Expiratory air flow limitation

결과: Preserve maximal expiratory flow; help to compensate for airway obstruction (처음엔 도움)
Dynamic hyperinflation (호흡수가 빨라지면 점점더 과팽창)
Work of breathing↑ (폐가 커져있어 숨쉬는게 힘이 듬)
Diaphragm length↓ → mechanical disadvantage (횡격막이 평평해지면서 숨쉬는데 도움X)