COPD의 병리학적 변화는 주로 대기도(중심기도), 작은(말초) 기관지, 그리고 폐실질에서 나타납니다. 병리적인 기전은 분명하지 않지만, 여러 가지 기전이 상호 작용하여 발생하는 것으로 보입니다. 활성화된 다형핵 백혈구와 대식세포의 증가로 인해 elastase가 증가하게 되며, 이는 antiprotease에 충분히 억제되지 못하고 폐를 파괴하는 과정을 일으킵니다. 주요 파괴자로는 인간 백혈구의 elastase가 있으며, proteinase 3, macrophage-derived matrix proteinase, cysteine proteinase, plasminogen activator 등의 물질이 상승 작용할 것으로 예상됩니다.
뿐만 아니라, 흡연으로 인한 자유 라디칼에 의한 산화 스트레스, 대식세포와 다형핵 백혈구에서 유발된 산화제에 노출된 세포들은 괴사하거나 apoptosis를 유도하는데 기여합니다. 노화 현상의 가속화 및 자가면역 기전 또한 COPD의 병리에 일정한 역할을 하는 것으로 제시되어 왔습니다.
만성 기관지염 (Chronic bronchitis)
점액선의 비대는 만성기관지염의 조직학적 특성에서 핵심적인 역할을 합니다. 기도에서의 구조적인 변화는 다양한 양의 기도 평활근 비대, 국소적 squamous metaplasia, ciliary 이상, 염증, 그리고 기관지 벽의 비후 등을 포함하고 있습니다. 또한, 기도 내의 호중구 수 증가와 점막하층(submucosa)에 호중구 침입도 나타납니다.
호흡세기관지에서는 단핵구 염증, 점액전에 의한 내부 폐쇄, goblet cell metaplasia, 평활근 증식, 그리고 섬유화에 의한 왜곡이 나타납니다. 이러한 변화들은 주위 폐포와의 부착 소실과 결합되어 기도 벽의 왜곡과 기도 내강의 협착을 유발하여 기류 제한을 초래합니다. 이는 만성기관지염의 특징적인 조직학적 변화로, 호흡기의 정상적인 기능을 저해하는 요소로 작용합니다.
폐기종 (Emphysema)
폐기종은 세 가지 형태학적 패턴을 가지고 있습니다. 첫 번째 형태는 centriacinar 폐기종으로, 이는 호흡 세기관지와 폐쇄의 중심 부분에서 국한된 형태입니다. 이러한 폐기종은 흡연과 관련이 있으며 주로 상엽에서 가장 심하게 나타납니다.
두 번째 형태는 panacinar 폐기종으로, 종말세기관지 이후의 모든 폐조직에 영향을 미치게 됩니다. 이 유형은 폐 하부에서 가장 많이 나타나며, 주로 homozygous alpha 1-antitrypsin (AAT) 결핍증 환자에서 나타납니다.
세 번째 형태는 distal acinar 폐기종 또는 paraseptal 폐기종으로, 이는 가장 드물게 나타나며 기도의 원위부, 폐쇄관, 폐쇄낭에 침범합니다. 이러한 형태의 폐기종은 fibrous septa나 흉막에 국한되어 기포(bullae)를 형성하게 됩니다. 폐첨부의 기포는 기흉을 유발할 수 있습니다. paraseptal 폐기종은 기류 제한과는 관련이 없습니다.
Chronic obstructive pulmonary disease
폐기종에 의한 파괴와 작은 기도의 염증(만성기관지염)은 종종 동시에 나타나며, 이 두 가지 상태는 COPD 스펙트럼을 형성하여 알려져 있습니다. 폐기종이 중간 정도 또는 심한 정도일 경우, elastic recoil의 소실이 기류 제한의 주된 기전이 되어 세기관지의 병변보다 중요해집니다. 반면 폐기종이 경미한 경우, 세기관지의 이상이 폐기능 저하의 주된 원인이 될 수 있습니다. 비록 폐기종에 의한 기류 폐쇄가 종종 비가역적이지만, 염증에 의한 기관지 수축은 부분적으로 기도의 가역성을 설명해 줍니다.
그러나 기류 제한이 증상을 일으키는 유일한 생리적 기전은 아닙니다. 폐용량, 특히 dynamic hyperinflation 자체도 운동 중 호흡곤란 발생의 핵심적 역할을 합니다. 기관지 확장제, 산소요법, 폐량 감소 수술 (LVRS) 등의 치료법에 의한 운동 능력 향상은 실제로 기류 폐쇄 정도의 개선보다는 dynamic hyperinflation의 지연으로 인한 것으로 보입니다. 또한 hyperinflation (IC/TLC 비율)은 1초간 강제호기량(FEV1)보다 생존률을 더 잘 예측할 수 있다고 알려져 있습니다.
COPD에서 염증의 역할
천식 환자와 대조적으로 COPD에서 기도 염증의 주요 세포는 호중구입니다. 흡연은 대식세포를 유도하여 호중구의 화학적 활성 인자와 elastase를 증가시켜 조직 파괴를 일으키는데 기여합니다. 기도 폐쇄의 정도는 가래 중의 더 많은 호중구와 관련이 있으며, 특히 만성 기침과 가래가 있는 환자에서 뚜렷하게 나타나며 더 높은 폐기능 손실과 관련이 있습니다.
대식세포는 또한 macrophage-derived matrix metalloproteinases (MMPs)를 통해 중요한 역할을 합니다. 흡연은 호중구의 유입을 촉진하고 MMPs 분비를 증가시키는데, 이로써 호중구와 대식세포가 모두 COPD의 발병에 기여하는 것으로 알려져 있습니다. 연구에 따르면 대식세포 뿐만 아니라 T 림프구, 특히 CD8+ 세포도 흡연에 의한 기류 제한의 병리발생에서 중요한 역할을 합니다. 또한 COPD가 아닌 환자에 비해 경증이나 중증의 폐기종 환자에서는 폐포 염증의 단계적인 증가가 나타난다는 사실이 염증 가설을 더 지지합니다.
또한, apoptosis의 조절이나 apoptic cell의 대식세포에 의한 적절한 청소 부재는 기도 염증, 특히 폐기종에서의 핵심적인 문제가 됩니다. Azithromycin은 이러한 대식세포의 기능을 향상시키는데 효과적인 것으로 나타났으며, 이는 향후 다른 치료 옵션의 가능성을 시사합니다.
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