Большинство авторов в настоящее время считают, что в основе формирования эмфиземы легких лежит ферментативный протеолиз эластического каркаса ацинуса, прежде всего эластических волокон, вследствие избыточного действия протеолитических ферментов (протеаз), являющихся продуктами деградации нейтрофилов и макрофагов. К протеолитическим ферментам, участвующим в этом процессе, относятся трипсин, химотрипсин, нейтрофильная эластаза, тканевой калликреин и плазминоген. Основным физиологическим ингибитором протеаз является α1-антитрипсин, дефицит которого впервые был описан Eriksson в 1965 г. Тогда же было высказано предположение о наличии причинной связи между эмфиземой легких и дефицитом α1- антитрипсина, а сама модель эмфиземы легких в эксперименте на животных была воспроизведена путем введения в легкие экстрактов протеолитических ферментов из растений.
В настоящее время уже не вызывает сомнения тот факт, что при генетически обусловленном дефиците α1-антитрипсина сдвиг в физиологической системе протеолиз/ α1-антитрипсин происходит в сторону протеолиза, что в конечном итоге обусловливает повреждение альвеолярных стенок и развитие эмфиземы легких. Наибольшая концентрация α1-антитрипсина определяется в сыворотке крови и на поверхности эпителиальных клеток нижних дыхательных путей в концентрации около 10% от сывороточного уровня.
Ген α1-антитрипсина расположен на длинном плече хромосомы 14. Он называется геном PI (proteinase inhibitor) и экспрессируется в двух типах клеток — макрофагах и гепатоцитах. Известны 75 аллелей гена PI. Патология человека, обусловленная геном PI, приходится на дефицитные и нулевые аллели, обусловливающие снижение уровня концентрации α1-антитрипсина в крови вплоть до его полного отсутствия. В настоящее время изучается также патогенетическая роль врожденных дефектов структурных гликопротеидов — коллагена, эластина и протеогликанов.
Основными клиническими проявлениями врожденного дефицита α1-антитрипсина являются первичная эмфизема легких и ювенильный цирроз печени.
Определенная приобретенная α1-антитрипсиновая недостаточность возникает у человека вследствие курения, воздействия агрессивных факторов загрязненной внешней среды (поллютантов), производственных вредностей. Патогенетическую роль играет также механическое перерастяжение легких у рабочих определенных специальностей — стеклодувов, певцов, музыкантов духовых оркестров.
Развитие эмфиземы легких у курильщиков связано с тем, что табачный дым вызывает миграцию в респираторную зону легких нейтрофилов, продуцирующих в большом количестве протеолитические ферменты — эластазу и катепсин. Кроме того, у таких больных в альвеолярных макрофагах накапливается смола табачного дыма, которая приводит к угнетению образования α1- антитрипсина. Длительное и интенсивное курение табака обусловливает возникновение дисбаланса в системе оксиданты/антиоксиданты с преобладанием оксидантов, вызывающих повреждение биологических мембран и альвеолярных стенок.
Систематическое вдыхание воздуха, который содержит много пыли, и (или) загрязненного аэрополлютантами промышленного характера (продукты неполного сгорания нефти, каменного угля, метана и других промышленных газов, окислов серы и пр.), отрицательно влияет не только на функцию мукоцилиарного клиренса, обусловливая его недостаточность, но и на структуру альвеолярных стенок, способствуя развитию эмфиземы легких. Среди поллютантов наибольшее значение имеют диоксиды серы и азота, выделяющиеся в атмосферу при работе тепловых электростанций и наземного транспорта. Кроме того, большую патогенную роль в развитии эмфиземы легких играет озон, который в жаркую погоду образуется вследствие фотохимической реакции диоксида азота, являющегося продуктом сгорания транспортного топлива, с ультрафиолетом.
Развитие эмфиземы легких под влиянием длительного воздействия поллютантов реализуется следующими механизмами:

1. непосредственным повреждающим воздействием на альвеолярные мембраны;
2. активацией протеолитической и оксидантной активности;
3. повышенной продукцией медиаторов воспалительных реакций — лейкотриенов и цитокинов.

В настоящее время при исследовании патогенетических механизмов эмфиземы легких особое внимание уделяется дисфункции фибробластов, которые играют ведущую роль в обеспечении процессов адекватной репарации легочной ткани при её повреждениях различной этиологии. Фибробласты синтезируют экстрацеллюлярный матрикс легочной ткани, состоящий из двух основных компонентов — коллагена и эластина, обеспечивающих каркас и эластические свойства легочной ткани. Связующим звеном между различными молекулами экстрацеллюлярного матрикса служат протеогликаны.
Ранняя фаза репарации легочной ткани связана с пролиферацией фибробластов. В этот процесс вовлекаются цитокины, продуцируемые альвеолярными макрофагами, нейтрофилами, лимфоцитами, эпителиальными клетками и фибробластами. Нарушение функции фибробластов и адекватных процессов репарации поврежденной легочной ткани с возникновением дефектов структуры экстрацеллюлярного матрикса играет важную роль в развитии эмфиземы легких.
Деструкция альвеоло-капиллярной стенки при эмфиземе легких в конечном счете вызывает расширение ацинусов с одновременным уменьшением площади альвеоло-капиллярной поверхности, через которую происходит газообмен. Эластическая отдача снижается, возникают значительные нарушения в сопряжении вентиляции и перфузии, что обусловливает ухудшение альвеолярной вентиляции и оксигенации крови. Перфузия плохо вентилируемых зон вызывает снижение артериальной оксигенации. Напротив, избыточная вентиляция недостаточно перфузируемых зон приводит к росту вентиляции мертвого пространства и нарушению выведения углекислого газа. Эти расстройства могут не проявляться в состоянии покоя. Однако при физической нагрузке сочетание вышеуказанных факторов с уменьшением площади альвеоло-капиллярной поверхности приводит к гипоксемии, а в некоторых случаях и к гиперкапнии.
Кроме того, во время выдоха появляется коллапс воздухоносных путей, поскольку из-за утраты альвеол снижается радиальная тракция воздухоносных путей, а из-за уменьшения эластической отдачи — внутрипросветное давление. При этом бронхи средних размеров, не содержащие хряша, "провисают" и суживаются, особенно во время форсированного выдоха. Этот механизм обусловливает ограничение объемной скорости экспираторного потока. Особенно снижается ОФВ1, а время выдоха увеличивается. Затягивание выдоха препятствует опустошению альвеол, способствуя тем самым захвату воздуха и возникновению "воздушных ловушек". Наблюдается увеличение общего объема легких вследствие увеличения их растяжимости.
Вторичная (обструктивная) эмфизема легких является одновременно проявлением и осложнением ХОЗЛ и бронхиальной астмы. Большинство авторов считают, что при этих заболеваниях на выдохе положительное внутригрудное давление создает дополнительную компрессию и без того плохо проходимых бронхов, вызывает задержку инспирированного воздуха в альвеолах и повышение в них давления. Все это в сочетании с ранее изложенными патогенетическими механизмами приводит к постепенному развитию эмфиземы легких.
Особая форма эмфиземы легких — буллезная. Локальная обструкция мелких бронхов ведет к перерастяжению небольших участков легочной ткани и образованию тонкостенных полостей — булл, расположенных субплеврально. Булла — это эмфизематозный участок легкого диаметром более 1 см. Разрыв буллы приводит к спонтанному пневмотораксу.
При эмфиземе легких повреждение альвеоло-капиллярных функциональных единиц, редукция капиллярной сети легких вызывают повышение давления в легочной артерии. Гипоксическая легочная вазоконстрикция способствует прогрессированию легочной гипертензии. Поскольку правый желудочек сердца в этих условиях должен развивать большее давление для преодоления возросшего давления в легочной артерии, он гипертрофируется и расширяется. Кроме того, хроническая гипоксемия вызывает увеличение эритроцитоза, обусловливая повышение вязкости крови. Ухудшение реологической характеристики крови ещё больше увеличивает легочное сосудистое сопротивление и усиливает недостаточность правого желудочка сердца.
Таким образом, основными результатами развития патофизиологических процессов при эмфиземе легких являются:

1.  
   • прогрессирующее уменьшение функционирующей поверхности легких (рестриктивный механизм легочной недостаточности);
   • ограничение объемной скорости экспираторного потока вследствие "провисания" и суживания мелких бронхов, не содержащих хрящ, во время выдоха (обструктивный механизм легочной недостаточности);
   • редукция капиллярной сети легких, возникновение артериальной гипоксемии, приводящие клеточной гипертензии, повышению легочного сосудистого сопротивления и компенсаторной гипертрофии правого желудочка сердца.