Plămânii se regenerează? Un răspuns important de știut!

Redactor specializat
Studii: Facultatea de Biologie și Masterul în Biochimie.
Alte formări: cursuri acreditate de Lucrător Social, Manager proiect și Antreprenoriat, Hipnoză Clinică, Relaxare și Terapie Ericksoniană.

Pe parcursul pandemiei COVID-19, tot mai multe cercetări s-au concetrat pe întrebarea dacă plămânii se regenerează sau nu. Procesele complexe care au loc la nivel pulmonar presupun schimbul permanent de gaze dintre o atmosferă nesterilă și suprafața epitelială extinsă a plămânilor. Aceste organe vitale sunt permanent expuse unui risc de deteriorare, din cauza agenților patogeni, toxinelor și particulelor iritante. Cu toate acestea, o serie de studii au arătat că plămânii se pot vindeca rapid prin procese regenerative care le restabilesc structura și funcția.

COVID-19 a determinat leziuni pulmonare severe în rândul a milioane de persoane. Unii dintre acești pacienți sunt susceptibili sa dezvolte probleme pulmonare cronice, în unele cazuri suficient de grave pentru a avea nevoie de un transplant pulmonar. Cercetările privind modul în care țesutul pulmomar se regenerează pornind de la celulele alveolare, ca raspuns la leziunile acute vor oferi noi informații, care ar putea fi valorificate pentru dezvoltarea unor terapii. Sperăm că într-o zi vom ști cum să manipulăm aceste căi celulare, astfel încât țesutul pulmomar să se poată regenera și vindeca singur, fără a fi nevoie de transplant de organe”, spune Edward Morrisey, PhD, profesor de medicină cardiovasculară la Facultatea de Medicină de la Universitatea din Pennsylvania.

Plămânii se pot vindeca și printr-un proces non-regenerativ, ca răspuns la daune pe termen lung. Acest  tip de vindecare are ca rezultat  formarea unui țesut cicatricial care rigidizează local structura plămânilor, ceea ce duce în timp la o pierdere gravă a funcției pulmonare și la creșterea morbidităților. În acest articol vom urmări modul în care plămânii se regenerază și ce speranțe dă studiul mecanismelor regenerative în dezvoltarea de noi opțiuni terapeutice.

Cum se regenerează plămânii


Plămânii sunt formați dintr-un țesut cu aspect buretos, parenchimul pulmonar, despre care se credea anterior că are o capacitate reparatorie limitată și o susceptibilitate crescută la cicatrizare.

Acum se știe că plămânul are o capacitate regenerativă remarcabilă, iar cicatricile sau fibroza după leziuni pulmonare apar doar atunci  când acest potențial de regenerare este perturbat sau limitat.

Cu alte cuvinte, plămânii se regenerează, dar acest lucru depinde și de modul în care cultivăm obiceiuri sănătoase, ce permit activarea și întreținerea acestui proces. Atunci când o persoană renunță la fumat, de exemplu, plămânii încep să se regenereze la scurtă vreme și funcția respiratorie se îmbunătățește.

„Există celule care refac ca prin minune căptușeala căilor aeriene. Una dintre descoperirile remarcabile a fost găsirea unor pacienți care s-au lăsat de fumat după 40 de ani, iar celulele lor neafectate de tutun au provocat procesul de regenerare”, arată dr. Peter Campbell, de la Institutul Sanger, citat in cadrul unui articol de pe digi24.ro

Dar dacă se reia fumatul, regenerarea este întreruptă, intră în acțiune procesele de fibrozare și cicatrizare, ceea ce afectează dramatic capacitatea pulmonară.

Studiile au arătat că țesuturile pulmonare au populații de celule care pot incepe sa prolifereze si sa se diferentieze,  ca răspuns la diferite leziuni. Mai precis, atunci cand apare o leziune, aceste celule se divid si formeaza un tesut nou, reparand respectiva leziune. Acestea sunt similare celulor stem și au un rol esențial in procesele de regenerare pulmonară.

Celulele stem clasice sunt caracterizate pe baza potențialului lor de auto-reînnoire și diferențiere pe termen nelimitat. În acest sens, celulele epiteliale ale mucoasei pulmonare, celulele bazale, celule secretoare sau celulele conductelor glandelor submucoase, precum si alte celule din parenchimul pulmonar pot fi considerate ca „celule stem” pulmonare. Într-adevăr, toate aceste tipuri de celule au potențialul de a prolifera și de a se diferenția în funcție de necesitățile reparatorii și regenerative.
În paralel cu răspunsul imun local, celulele tisulare sunt stimulate să secrete componente ale matricei extracelulare și proteazele necesare pentru remodelarea matricei. Celulele proliferează și/sau se diferențiază, celulele în exces suferă apoptoză (se elimina prin moarte celulară programată), ceea ce conduce la reformarea arhitecturii tisulare anterioare. Regenerarea țesuturilor este dependentă de aportul de celule din țesutul sănătos adiacent sau din populațiile de celule precursoare.

Cercetări recente, inițiate în perioada pandemiei, au demonstrat că astfel de celule pot intra în acțiune când apar leziuni pulmonare grave. Rezultatele unui astfel de studiu, realizat de o echipă de cercetători de la centrul medical San Francisco, au fost publicate în revista Nature Cell Biology. Studiul a arătat, practic, o nouă cale de acțiune a celulelor stem, observată la pacienții ai căror plămâni au fost grav afectați de Covid-19 și fibroză pulmonară idiopatică.

Pe parcursul unei vieți umane, plămânii sunt expuși la sute de milioane de litri de aer care conține diferiți agenți patogeni și particule dăunătoare, dar au capacitatea de a-și menține integritatea și funcționarea. În ciuda infecțiilor respiratorii endemice, imunitatea pulmonară este, în mod normal, suficientă pentru vindecare fără leziuni structurale de durată. Astfel de rezultate favorabile au fost îmbunătățite semnificativ prin utilizarea tratamentelor antibacteriene terapeutice.

Cu toate acestea, pot apărea infecții pulmonare rezistente sau mai extinse, ducând la acumularea de leziuni fibrotice, care afectează cronic flexibilitatea plămânilor și permeabilitatea la oxigen. În plus, expunerea pe termen lung la toxine si particule nocive, cum ar fi cele generate de fumat și de poluanții din aer, poate afecta direct țesutul pulmonar și poate îngreuna eliminarea infecțiilor pulmonare.  În ciuda factorilor de risc, identificabili clinic, nu este posibil să se diagnosticheze și să se intervină suficient de devreme pentru a preveni bolile pulmonare fibrotice degenerative progresive.

Vulnerabilitatea ridicată a plămânilor la deteriorare este asociată cu structura acestora. Astfel, plămânul are o densitate foarte mică de celule în raport cu volumul său. Mai mult decât atât, există multiple tipuri celulare responsabile pentru elasticitatea și permeabilitatea plămânilor. Celulele pulmonare cele mai vulnerabile la deteriorare sunt cele situate la suprafața mucoasei. Când acestea se deteriorează, este stimulată proliferarea rapidă și diferențierea unor celule înlocuitoare,  ceea ce duce la regenerarea funcției de barieră a țesutului pulmonar.

Capacitatea de regenerare a unui plămân deteriorat depinde de o serie de factori, precum numărul și tipul celulelor afectate, perturbarea barierei imunitare, a puterii și duratei răspunsului imun local. Regenerarea tisulară depinde, de asemenea, de o aprovizionare cu celule din țesutul sănătos adiacent sau populațiile de celule precursoare. Probabilitatea ca astfel de celule să fie disponibile este legată de nivelul de deteriorare, de istoricul medical și de vârsta individului

Acești factori pot determina dacă un plămân deteriorat se regenerează, este reparat prin cicatrizare și fibrozare sau nu reușește să se repare, ceea ce duce la o boală pulmonară cronică.

În plămâni, căptușeala epitelială a tractului respirator este foarte susceptibilă la deteriorare, din cauza infecțiilor, iritanților sau toxinelor din aer. Aceste straturi epiteliale se regenerează cu ușurință după leziunile superficiale, care nu distrug structura țesutului de bază și matricea extracelulară. În astfel de situații, plămânii se regenerează eficient, prin intermediul răspunsurilor proliferative din epiteliul adiacent sănătos.

În condiții de inflamație cronică însă, leziunile tisulare pot afecta matricea extracelulară și straturile bazale ale epiteliului alveolar. Când integritatea structurală a plămânului este deteriorată, procesele regenerative nu mai pot avea loc și sunt activate procesele de reparare, prin cicatrizare și fibrozare.

Dacă mai multe zone ale plămânului sunt afectate în acest fel, funcția pulmonară este redusă progresiv și ireversibil.

Plămânii se regenerează după operație?

În cazul în care te întrebi dacă plămânii se regenerează după operație, răspunsul depinde de tipul și cantitatea de țesut pulmonar îndepărtat.

Astfel, dacă este vorba despre o lobectomie (îndepărtarea unui lob pulmonar), răspunsul este că plămânii nu se pot regenera , astfel că mediastinul (spațiul din mijlocul toracelui) și diafragma se vor micșora puțin după îndepărtarea lobului.

Plămânii sunt împărțiți în secțiuni numite lobi, plămânul drept având trei lobi, iar plămânul stâng doar doi. Atunci cand un țesutul unui lob este afectat atât de mult, încât acesta nu mai poate funcționa, lobul respectiv este îndepărtat, iar țesutul pulmonar sănătos rămas poate funcționa normal. Lobectomia poate fi realizată atunci când sunt identificate modificări severe ale țesutului pulmonar la nivelul unui lob. Un lob poate fi îndepărtat, astfel încât boala să nu se extindă la ceilalți lobi, de exemplu în cazul tuberculozei sau al anumitor tipuri de cancer pulmonar.

O lobectomie se realizează, cel mai adesea, în timpul unei intervenții chirurgicale numită toracotomie. În unele cazuri, se efectuează o intervenție chirurgicală toracoscopică asistată video, care este o procedură mai puțin invazivă. În cadrul acestei operații se folosește un instrument numit toracoscop, un tub cu o cameră minusculă, care trimite imagini ale organelor toracice pe ecranul unui computer.

Lobectomia se realizează în cazul mai multor afecțiuni pulmonare: tuberculoză, abces pulmonar, infecții fungice, emfizem, tumori benigne sau cancer de plămâni.

În mod surprinzător, îndepărtarea unui lob pulmonar ar putea să nu aibă consecințe semnificative pentru respirație.

„Fumatul afectează în special partea superioară a plămânilor, acesta fiind cel mai probabil loc de apariție a cancerului. Deci, dacă efectuăm o lobectomie la un fumator, aceasta se va face la nivelul lobilor superiori. Dacă un lob superior este deja deteriorat, s-ar putea să nu observi o diferență importantă în respirație după ce a fost scos, pentru că oricum el nu mai funcționa cum trebuie.”, spune Ikenna Okereke, MD, chirurg toracic la Henry Ford Health.

Cantitatea maximă de țesut pulmonar pe care îl putem scoate depinde de mai mulți factori, precum  greutatea, vârsta și nivelul funcției pulmonare remanente (este necesar să rămână cel puțin 35%- 40%  din funcția pulmonară.) Modul în care un pacient își revine depinde de funcția pulmonară remanentă. Unii pacienți au dificultăți de respirație care dispar la o săptămână după operație; alții ar putea avea dificultăți de respirație timp de câteva săptămâni după operație.

În cazul în care este vorba despre o segmentectomie pulmonară, respectiv rezecția unei părți din plămân mai mică decât un lob pulmonar, este posibil să intre în acțiune și anumite procese regenerative pulmonare, Segmentectomia, care a început să fie practicată recent pe scară largă, în special în cazul tumorilor mai mici de 2 cm în diametru, este mai dificilă și mai complexă decât lobectomia,  dar poate asigura păstrarea unei părți mai mari din țesutul pulmonar.

Deoarece există trei până la cinci segmente pulmonare în fiecare lob, îndepărtarea doar a unuia sau a câtorva segmente va permite funcționarea în continuare a segmentelor rămase neafectate. Până în prezent, câteva rapoarte au susținut că segmentectomia poate economisi mai bine funcția pulmonară decât lobectomia. Cu toate acestea, alte studii au descoperit că segmentectomia, în ciuda conservării țesutului pulmonar, nu a oferit cu adevărat un avantaj funcțional față de lobectomie.

În sfârșit, în cazul unei pneumoectomii totale (îndepărtarea unui plămân), intră în acțiune un proces interesant, de creștere compensatorie a plămânului rămas. Nu putem spune că plămânii se regenerează după operație, dar, în plămânul sănătos, are loc creșterea de noi unități acinare și alveole. Acest lucru se întâmplă pe parcursul unor perioade lungi de timp, de luni sau chiar ani. Astfel, în cazul unui studiu la o femeie care a suferit o pneumonectomie pe partea dreaptă pentru adenocarcinom, după un istoric de fumat de 32 de ani, în perioada de monitorizare de 15 ani s-a observat o îmbunătățire progresivă a capacității respiratorii.

Imagistica CT de supraveghere anuală a arătat că plămânul rămas s-a mărit progresiv, printr-o creștere treptată și susținută a volumului țesuturilor la aproximativ dublu față de ceea ce fusese imediat după rezecția chirurgicală. O scanare RMN experimentală a arătat că a este vorba despre o creștere a numărului de alveole, mai degrabă decât de o mărire a dimensiunilor alveolelor existente.

Factorii care pot contribui la creșterea pulmonară sunt reprezentați de vârsta pacientului la momentul intervenției chirurgicale (regenerarea are loc mult mai bine la pacienții mai tineri) , precum și exercițiile de gimnastică respiratorie și exercițiile fizice post-pneumonectomie.

Plămânii se regenerează  după pneumonie

În plămâni, căptușeala epitelială a tractului respirator este foarte susceptibilă la deteriorare, din cauza infecțiilor, iritanților sau toxinelor din aer.  Țesutul se regenerează cu ușurință după leziuni superficiale, care nu au distrus structura de bază și matricea extracelulară. Epiteliul afectat stimulează un răspuns regenerativ eficient în țesuturile sănătoase învecinate, concretizat prin proliferarea celulară și înlocuirea  zonelor lezate. În cazul lezării pulmonare, regenerarea începe încă din primele zile, dar este important ca infecția să fie stopată pentru ca procesul regenerativ să fie eficient. Pentru aceasta, pacientul trebuie să urmeze cu strictețe tratamentul recomandat de medic, care, în cazul pneumoniei bacteriene include obligatoriu antibiotice.

„Pneumonia este o boală gravă care privește în primul rând plămânii, dar afectează întreg corpul unei persoane. Recuperarea poate dura de la o săptămână la câteva luni”, spune dr. Rayman Lee, medic pneumolog la Houston Methodist.

Perioada de timp necesară pentru o recuperare completă depinde de mai mulți factori, precum:

  • Vârsta pacientului
  • Severitatea bolii
  • Comorbiditățile existente
  • Tipul de pneumonie

În cazul unei pneumonii ușoare, simptomele încep să se amelioreze în decurs de câteva zile de la începerea tratamentului.

Majoritatea persoanelor cu pneumonie ușoară se pot întoarce la activitățile de zi cu zi într-o săptămână, deși oboseala și tusea pot persista o lună întreagă”, spune dr. Lee.

La persoanele cu pneumonie severă plămânii se regenerează într-o perioadă mult mai lungă, pentru că tratarea infecției durează mai mult.

„Pentru cazurile mai grave, care necesită spitalizare, nu ne concentrăm doar pe eliminarea infecției, ci și pe prevenirea sau tratarea complicațiilor care se pot dezvolta – inclusiv dificultăți de respirație, acumulare de lichid în plămâni, sepsis, sindrom de detresă respiratorie acută și abcese pulmonare”, avertizează dr. Lee.

În cazul pneumoniei, alveolele pulmonare se inflamează, ceea ce duce la dificultăți respiratorii și durere. Dacă infecția și inflamația progresează, plămânii se pot umple cu lichid și țesut pulmonar mort, ceea ce se poate manifesta prin mucusul verde, galben sau chiar cu fire de sânge, eliminat în timpul crizelor de tuse. Lichidul și mucusul pot afecta capacitatea oxigenului de a se transfera în fluxul sanguin,  ceea ce conduce la dispnee și alte probleme respiratorii. 

„Odată ce infecția este înlăturată prin tratament, corpul trebuie să se ocupe în continuare de eliminarea tuturor lichidelor și a resturilor rămase în plămâni. Acest lucru poate dura câteva săptămâni, ducând la o tuse persistentă și la reducerea capacității pulmonare”, explică. Dr. Lee.

Un caz mai sever de pneumonie poate provoca leziuni mai mari plămânilor, uneori permanente. În astfel de cazuri, este posibil să dureze alte  câteva luni până la vindecarea completă.  

Regenerarea plămânilor după renunțarea la fumat

Cercetările au arătat că plămânii au o capacitate extraordinară de a repara o parte din daunele cauzate de fumat la persoanele care decid să stopeze acest obicei nociv. Acest lucru nu este valabil în cazul apariției unor mutații celulare cancerigene, care persistă chiar și după renunțarea la fumat.

Dar, conform unui studiu recent, publicat in revista Nature, în cazul unor leziuni necanceroase, celulele din zonele neafectate pot declanșa regenerarea țesutului lezat, după stoparea fumatului. Efectul a fost observat chiar și la pacienții care au fumat un pachet pe zi, pe durate foarte lungi, de zeci de ani.

Miile de substanțe chimice din fumul de tutun modifică ADN-ul din celulele pulmonare – transformându-le încet în celule canceroase. Majoritatea covârșitoare a celulelor prelevate din căile respiratorii ale unui fumător au fost modificate de tutun, celulele conținând până la 10.000 de mutații.

„Acestea pot fi considerate niște mini-bombe cu ceas, care așteaptă doar un impuls ca să progreseze spre cancer”, a spus dr. Kate Gowers, unul dintre cercetătorii de la UCL.

O mică proporție din celule rămâne nemodificată, iar acest lucru explică de ce plămânii se regenerează după fumat, dat fiind că aceste celule cresc și înlocuiesc celulele deteriorate. La persoanele care renunță la fumat, până la 40% din celule se refac.

Există o populație de celule care, într-un fel, reînnoiesc în mod magic căptușeala căilor respiratorii. Unul dintre lucrurile remarcabile pe care le-am observat a fost că pacienții care au renunțat chiar și după 40 de ani de fumat, au înregistrat rate semnificative de regenerare pulmonară”, arată dr. Peter Campbell, de la Institutul Sanger, pentru BBC News.

Studiile au arătat că oamenii își reduc riscul de cancer pulmonar  încă din primele zile după renunțarea la fumat.

Direcții terapeutice derivate din studiul regenerării pulmomare

Studiile care au demonstrat că plămânii se regenerează au stimulat alte cercetări clinice, pentru evaluarea diferitelor terapii pe bază de celule stem sau progenitoare.

De exemplu, infuzii de celule izolate din măduva osoasă umană, țesutul adipos, țesutul placentar sau  din cordonul ombilical au fost utilizate pentru a trata experimental pacienții cu BPOC, displazie bronhopulmonară, bronșiolită obliterantă, astm sau leziune pulmonară acută. Este studiat efectul unor perfuzii de celule progenitoare endoteliale sau progenitoare monocitare de măduvă osoasă în tratamente pentru hipertensiunea pulmonară și pentru leziuni determinate de silicoza pulmonară.

Este prea devreme pentru a determina dacă vreunul dintre aceste studii se va dovedi eficace, dar ele nu implică riscuri de siguranță pentru participanți. Unii cercetători consideră că celulele perfuzate nu pot fi considerate celule stem sau progenitoare care regenerează țesutul pulmonar, ci că acționează prin  alte mecanisme în procesele de reparare pulmonară (de exemplu, prin mecanisme imunomodulatoare), iar capacitatea lor de a forma celule endoteliale de înlocuire direct în plămân rămâne nedovedită.

Boala pulmonară este o cauză majoră de morbiditate și mortalitate la nivel mondial, depășită doar de bolile cardiovasculare și cancer. Capacitatea plămânului de a se regenera în mod extensiv după leziuni sugerează posibilitatea utlizării clinice a unor populații de celule pentru a induce regenerarea. Cu toate acestea, înțelegerea tipurilor de celule implicate și a mecanismelor care controlează regenerarea adecvată a țesutului pulmonar este abia la început. Cercetarea viitoare va urmări definirea riguroasă a rolurilor diferitelor tipuri de celule și a căilor precise de semnalizare în reglarea reparației și regenerării plămânilor. Visul de a furniza celule cu adevărat regenerative sau reconstitutive va necesita investigații suplimentare

Surse: