Program edukacyjny: pulmonologia i alergologia
Reakcje górnych dróg oddechowych na zimne powietrze
Alvaro A. Cruz, MD Alkis Togias, MD
W SKRÓCIE
Nieżyt (zapalenie błony śluzowej) nosa wywołany zimnym powietrzem często występuje u osób z przewlekłym alergicznym i niealergicznym nieżytem nosa oraz u tych, u których nie stwierdzono przewlekłej choroby nosa. Charakteryzuje się on wyciekiem wodnistej wydzieliny z nosa, przekrwieniem błony śluzowej nosa i uczuciem pieczenia, które pojawia się w ciągu kilku minut od momentu ekspozycji na zimne powietrze, zaś ustępuje po jej zakończeniu. Objawy te można odtworzyć eksperymentalnie, wprowadzając zimne powietrze do nozdrzy. Za pomocą tej metody wykazano związek pomiędzy aktywacją komórek tucznych i stymulacją nerwów czuciowych a rozwojem objawów nieżytu nosa. Wynikiem pobudzenia nerwów czuciowych jest odruch cholinergiczny, który prowadzi do powstania wycieku z nosa, dlatego w leczeniu nieżytu nosa wywołanego zimnym powietrzem skuteczne są leki cholinolityczne. Wyniki badań doświadczalnych wskazują, że osoby z nadwrażliwością na zimne powietrze mogą mieć upośledzoną zdolność do uzupełniania ubytku wody spowodowanego ekspozycją na zimne powietrze. W związku z tym objawy nieżytu nosa wywołanego zimnym powietrzem mogą wynikać z aktywacji mechanizmów kompensacyjnych, mających na celu przywrócenie homeostazy błony śluzowej.
Wprowadzenie
Reakcja górnych dróg oddechowych na zimne powietrze budzi zainteresowanie nie tylko jako problem kliniczny, ale także ze względu na powiązanie górnych i dolnych dróg oddechowych oraz hipotezę, że strukturalnym i funkcjonalnym podobieństwom pomiędzy błoną śluzową nosa i oskrzeli odpowiada podobna patofizjologia.1 Reakcja błony śluzowej nosa na zimne powietrze może zatem posłużyć jako model podczas badań nad astmą wysiłkową lub wywołaną przez zimne powietrze, ponieważ są to zjawiska powszechne u chorych na astmę.2 Dotychczas nie badano jednak związku pomiędzy nasileniem reakcji na zimne powietrze zachodzącej w obrębie nosa i w dolnych drogach oddechowych. W jednym badaniu wykazano jedynie, że u chorych na astmę reakcja błony śluzowej nosa na zimne powietrze jest silniejsza niż u chorych na przewlekły nieżyt nosa.3
Nieżyt nosa wywołany zimnym powietrzem opisywany jest jako występowanie objawów zapalenia błony śluzowej nosa w czasie ekspozycji na zimno. Główne z nich to wyciek z nosa i przekrwienie błony śluzowej nosa, którym często towarzyszy uczucie pieczenia wewnątrz jamy nosowej. Objawy nasilają się w czasie wietrznej pogody. Wodnisty wyciek i przekrwienie błony śluzowej nosa często pojawiają się podczas jazdy na nartach; tzw. nos narciarza.4 Osoby z nadwrażliwością błony śluzowej nosa na zimno mogą mieć atopię lub jej nie mieć. Ekspozycja na zimne powietrze może być jedyną przyczyną wyzwalającą objawy nosowe.
Częstość występowania tej choroby nie została dokładnie ustalona. W badaniu przeprowadzonym w latach 1980-1981 wśród 912 paryskich policjantów problem ten zgłosiło 5,4% osób.5 Na podstawie bazy danych zawierającej informacje o 206 chorych z całorocznym alergicznym nieżytem nosa i 150 z sezonowym alergicznym nieżytem nosa w wieku 18-55 lat oceniono, że zimne powietrze wywołuje objawy odpowiednio u 55% i 28% osób.6 Wyniki te sugerują, że nieżyt nosa wywołany zimnym powietrzem występuje częściej u osób z innymi chorobami błony śluzowej nosa.
Nasza hipoteza zakłada, że reakcja błony śluzowej nosa na zimne powietrze jest końcowym spośród wielu mechanizmów kompensacyjnych, mających na celu utrzymanie homeostazy, a więc odpowiedniej temperatury i nawilżenia błony śluzowej nosa. Wynika z tego, że indywidualna wrażliwość na zimne powietrze zależy od wydolności mechanizmów utrzymujących wilgotność i temperaturę błony śluzowej.
Nos jako klimatyzator
Głównym zadaniem nosa jest nawilżanie i ogrzewanie wdychanego powietrza. Podejmowano wiele różnych prób monitorowania tych funkcji. Ostatnio opracowano sondę, która mierzy temperaturę przepływającego powietrza i wilgotność względną w jamie nosowo-gardłowej.7 Badania przeprowadzone za pomocą tego urządzenia potwierdziły niezwykłą zdolność klimatyzacyjną ludzkiego nosa i dostarczyły wielu ważnych informacji.7 Podczas wdychania przez nos powietrza o temperaturze poniżej 0°C i przy wysokim przepływie (20 l/min) przeciętna temperatura powietrza przepływającego przez jamę nosowo-gardłową wynosi 26°C, ale może dochodzić do 30°C. Wilgotność względna powietrza wynosi ok. 100%, niezależnie od temperatury i prędkości przepływu wdychanego powietrza. Temperatura natomiast zmienia się w zależności od temperatury i prędkości przepływu powietrza wdychanego przez nozdrza. Jeśli wilgotność względna jest stała, to zmiany temperatury oznaczają zmianę bezwzględnej zawartości wody w powietrzu (wilgotność bezwzględna). Odejmując od zawartości wody w jamie nosowo-gardłowej zawartość wody we wdychanym przez nozdrza powietrzu, otrzymamy wartość gradientu wilgotności bezwzględnej, która jest miernikiem zdolności klimatyzacyjnej ludzkiego nosa. Gradient wilgotności bezwzględnej nie zależy od oporu dróg nosowych dla przepływającego powietrza, objętości jamy nosowej, temperatury błony śluzowej czy temperatury ciała. Oznacza to, że zdolność do nawilżania wdychanego powietrza związana jest wyłącznie z błoną śluzową nosa. Inna grupa badaczy, stosując podobną metodologię, wykazała, że proces klimatyzacji najdynamiczniej zachodzi w przedniej części jamy nosa.8
Kiedy nos ogrzewa i nawilża wdychane powietrze, błona śluzowa traci ciepło i wodę. Ubytek ciepła następuje nie tylko podczas procesu ogrzewania, ale także w wyniku nawilżania, ponieważ parowanie wody wymaga ciepła. W temperaturze pokojowej, przy przeciętnej wilgotności względnej i zwykłym rytmie oddychania podstawowe funkcje błony śluzowej zabezpieczają ją przed nadmierną utratą ciepła i wody. Kiedy temperatura otoczenia znacząco spada, wilgotność bezwzględna wdychanego powietrza jest niższa (np. powietrze o temperaturze 20°C i 50% wilgotności względnej zawiera więcej wody niż powietrze o temperaturze 0°C i 100% wilgotności względnej). Błona śluzowa nosa jest wówczas narażona na większe straty wody i ciepła podczas przystosowywania wdychanego powietrza, dlatego musi aktywować mechanizmy kompensacyjne niezbędne do utrzymania jej homeostazy. Przyspieszona częstość oddechów, np. podczas uprawiania sportów zimowych, znacząco zwiększa utratę wody i ciepła, co nasila proces kompensacyjny.
Zdolność błony śluzowej nosa do ogrzewania i nawilżania wdychanego powietrza w dużym stopniu może wiązać się z jej strukturą i funkcją. W gęstej, podnabłonkowej sieci naczyń włosowatych znajdują się fenestracje skierowane do światła dróg oddechowych.9 Prawdopodobnie stanowią one źródło ciepła i wody, ale ich rola nie została dotychczas w pełni poznana. Na zdolność klimatyzacyjną nosa może wpływać również układ żylny zatok obocznych nosa, który wypełniając się krwią zwiększa powierzchnię wymiany ciepła i wody.10 Opinię tę potwierdziły badania, które wykazały, że podawane miejscowo substancje zwężające naczynia obniżają temperaturę błony śluzowej nosa11 oraz temperaturę powietrza przepływającego przez część ustną gardła.12 Błona śluzowa nosa zawiera dużą liczbę gruczołów surowiczo-śluzowych (Tos13 szacuje ich liczbę na ok. 45 tys.), ale ich rola w nawilżaniu wdychanego powietrza nie została do końca poznana. Ponad 50 lat temu Ingelstedt i Ivstam14 wykazali, że względna wilgotność wdychanego powietrza w części krtaniowej gardła zmniejsza się po ogólnoustrojowym podaniu 1 mg atropiny. Z kolei Assanasen i wsp.,15 używając opisanej wyżej sondy do pomiaru temperatury i względnej wilgotności, udowodnili, że po miejscowym zastosowaniu bromku ipratropium zdolność nosa do nawilżania i ogrzewania powietrza poprawia się nawet podczas wysokiego (20 l/min) przepływu. Dzieje się tak mimo zmniejszenia odpowiedzi wydzielniczej po zakończeniu ekspozycji na zimne powietrze.
Niezbędna do nawilżania woda najprawdopodobniej podlega transportowi biernemu przez połączenia śródnabłonkowe dzięki ciśnieniu osmotycznemu wytwarzanemu w szczytowej warstwie nabłonka. W normalnych warunkach w czasie wdechu, podczas przechodzenia wody ze stanu ciekłego w stan gazowy (para wodna) wytwarzane są prawdopodobnie niewielkie gradienty osmotyczne.16 Powstawaniu ciśnienia osmotycznego zapobiega absorpcja jonów sodowych przez nabłonek. Jeżeli z powodu wzmożonego przepływu powietrza lub jego niskiej temperatury parowanie wody zwiększa się, płyn okołorzęskowy staje się hipertoniczny, co prowadzi do zmniejszenia absorpcji sodu przez komórki nabłonka, a następnie do pobudzenia wydzielania chlorków.17 W ten sposób transport wody do płynu okołorzęskowego zwiększa się i homeostaza zostaje przywrócona. Wydzielanie jonów chlorkowych przez nabłonek zwiększają substancje pobudzające syntezę cyklicznego adenozynomonofosforanu (cAMP). Należą do nich agoniści receptorów α2- i β-adrenergicznych oraz prostaglandyny (PG) E1, E2 i F2a. Podobne działanie mają bradykinina, adenozyna, główne białko zasadowe eozynofili, substancja P i substancje uwalniane przez komórki tuczne.18,19 Pobudzenie nerwów współczulnych i receptorów dla tachykinin oraz proces zapalny błony śluzowej mogą zwiększyć wydzielanie jonów chlorkowych, czego wynikiem jest dyfuzja wody w kierunku światła dróg oddechowych. Indukowana metacholiną wydzielina z nosa jest hiperosmolarna (ok. 340 mOsm/kg wody)20, a acetylocholina w warunkach in vitro powoduje znaczne wydzielanie jonów sodowych i chlorkowych.17 Te obserwacje sugerują, że na skutek stymulacji cholinergicznej również wytwarzane jest ciśnienie osmotyczne, dzięki któremu dochodzi do dostarczenia wody na powierzchnię dróg oddechowych.
Powyższe informacje znajdują potwierdzenie w badaniach przeprowadzonych in vivo. Assanasen i wsp.21 za pomocą opisanego wcześniej systemu monitorowania klimatyzacyjnych funkcji nosa wykazali, że u osób z alergicznym nieżytem nosa po 24 h od zastosowania donosowej próby prowokacyjnej z alergenem wzrasta zdolność do nawilżania wdychanego powietrza. Ta obserwacja została następnie potwierdzona u osób z całorocznym alergicznym nieżytem nosa.22 W innym badaniu wykazano, że podawanie przez 2 tygodnie donosowo glikokortykosteroidów osobom z alergicznym nieżytem nosa zmniejsza zdolność nosa do nawilżania wdychanego powietrza.23 Nie znamy jeszcze konsekwencji tego zjawiska, możliwe jednak, że zmniejszenie gradientu wilgotności w wyniku miejscowego podawania glikokortykosteroidów powoduje zimą krwawienia z nosa (częste działanie niepożądane).
Nieżyt nosa wywołany zimnym powietrzem w warunkach doświadczalnych – mechanizmy patofizjologiczne
Model donosowej próby prowokacyjnej z użyciem zimnego i suchego powietrza powstał ponad 20 lat temu.24 Polega na jednokierunkowym wdychaniu powietrza (wdech przez nos, wydech przez usta) o temperaturze poniżej 0°C w tempie 26 l/min przez 15 min. Przed tą czynnością oraz po jej zakończeniu uczestnicy badania oceniają objawy nosowe na wizualnej skali analogowej i przechodzą płukanie nosa. Płyn pochodzący z płukania może służyć do pomiaru stężenia mediatorów zapalnych i innych biomarkerów. Dodatkowo można wykonać analizę komórkową i pomiar osmolarności płynu. Kontrola ujemna polega na zastosowaniu powietrza o tym samym przepływie i temperaturze 37°C oraz 100% wilgotności względnej.
Przeprowadzona w ten sposób próba prowokacyjna dostarcza istotnych informacji na temat patofizjologii nieżytu nosa wywołanego zimnym powietrzem i uwidacznia różnice w badanych grupach. W grupie osób, u których wcześniej występowały epizody nieżytu nosa, próba prowokacyjna z zimnym powietrzem powoduje objawy w postaci wodnistego wycieku z nosa, przekrwienia błony śluzowej nosa i uczucia pieczenia. Z kolei wśród osób, u których podczas naturalnej ekspozycji nie występują objawy choroby, nie zaobserwowano ich także w czasie próby prowokacyjnej. W pierwszej grupie popłuczyny z nosa uzyskane po trwającej 10 min próbie prowokacyjnej zimnym powietrzem zawierały zwiększone (w porównaniu z poziomem wyjściowym) stężenie markerów aktywacji komórek tucznych, w tym histaminy, PGD224 i tryptazy.25 Zaobserwowano również wyższe stężenia biomarkerów aktywacji gruczołów błony śluzowej i wynaczynienie osocza (np. lizozymy i albuminy). W grupie, w której po próbie prowokacyjnej zimnym powietrzem nie wystąpiły objawy, nie zanotowano również zmian w składzie popłuczyn z nosa. Wdychanie ciepłego, wilgotnego powietrza nie spowodowało wystąpienia objawów (lub były one znikome) ani zmiany składu popłuczyn.
W późniejszych badaniach zauważono, że wdychanie zimnego powietrza pobudza nerwy czuciowe i wzbudza cholinergiczny odruch wydzielniczy.26 Gdy próbę prowokacyjną wykonuje się w obrębie jednego nozdrza, wydzielanie zwiększa się w obu nozdrzach. Zastosowanie miejscowego środka znieczulającego do nozdrza objętego próbą powoduje, że przeciwstronny odruch jest słabszy, taki sam efekt uzyskuje się po podaniu atropiny do przeciwstronnego nozdrza. Atropina zmniejsza spowodowany zimnym powietrzem wyciek z nosa, stężenie biomarkerów odpowiedzi wydzielniczej, nie wpływa natomiast na obrzęk błony śluzowej nosa, stężenie markerów aktywacji komórek tucznych czy wysięk osocza,27 co wskazywałoby, że odruch cholinergiczny nie jest jedynym mechanizmem odpowiedzialnym za reakcję nosa na zimne powietrze.
Nie wiadomo, jakie jest kliniczne znaczenie zachodzącej podczas tego procesu aktywacji komórek tucznych. Stosowane miejscowo leki przeciwhistaminowe, które zapobiegają wystąpieniu, spowodowanych obecnością antygenu, objawów reakcji alergicznej, nie są skuteczne w przypadku reakcji błony śluzowej nosa na zimne powietrze.28 Donosowe podawanie przez siedem dni glikokortykosteroidów, które hamują objawów i uwalnianie mediatorów ostrej reakcji alergicznej w błonie śluzowej nosa, nie zmniejszyło objawów nadwrażliwości na zimno. Doprowadziło to natomiast do zahamowania wzrostu stężenia histaminy w wydzielinie błony śluzowej nosa.29
Wynika z tego, że reakcja na zimne powietrze nie jest spowodowana aktywacją komórek tucznych, ale głównie stymulacją nerwów czuciowych w błonie śluzowej nosa oraz komórek efektorowych, przeważnie cholinergicznych. Reakcję na zimne powietrze można złagodzić, wielokrotnie podając donosowo kapsaicynę, która spowoduje dysfunkcję tachykininowych nerwów czuciowych (włókna C).30 Wodnisty wyciek z nosa u narciarzy redukują leki cholinolityczne.4