Современные методы исследования дыхания

Основным элементом всех современных  спирографических компьютерных систем является пневмотахографический датчик, регистрирующий объемную скорость потока воздуха. Датчик представляет собой широкую трубку, через которую пациент свободно дышит. При этом в результате небольшого, заранее известного, аэродинамического сопротивления трубки между ее началом и концом создается определенная разность давлений, которая прямо пропорциональна объемной скорости потока воздуха. Так удается зарегистрировать изменения объемной скорости потока воздуха во время вдоха и выдоха — пневмотахограмму.

Автоматическое интегрирование этого  сигнала позволяет получить также  традиционные спирографические показатели — значения объема легких в литрах. Таким образом, в каждый момент времени в запоминающее устройство компьютера одновременно поступает информация об объемной скорости потока воздуха и об объеме легких в данный момент времени. Это дает возможность построения на экране монитора (дисплея) кривой поток-объем. Существенным преимуществом подобного метода является то, что прибор работает в открытой системе, т. е. больной дышит через трубку по открытому контуру, не испытывая дополнительного сопротивления дыханию, как при обычной спирографии.

Процедура выполнения дыхательных  маневров при регистрации кривой поток-объем напоминает таковую  при записи обычной спирограммы (рис. 2.101). После некоторого периода  спокойного дыхания пациент делает максимальный вдох, в результате чего регистрируется инспираторная часть кривой поток-объем (обозначено на рис. 2.101 красной штриховкой). Объем легкого в точке «3» соответствует общей емкости легких (ОЕЛ, или TLC). Вслед за этим пациент делает форсированный выдох, и на экране монитора (дисплея) регистрируется экспираторная часть кривой поток-объем (кривая «3–4–5–1»). В начале форсированного выдоха («3–4») объемная скорость потока воздуха быстро возрастает, достигая пика (пиковая объемная скорость — ПОС_выд, или PEF), а затем линейно убывает вплоть до окончания форсированного выдоха, когда кривая возвращается к исходной позиции (точка «1» на рисунке).

У здорового человека форма инспираторной  и экспираторной части кривой поток-объем существенно отличаются друг от друга: максимальная объемная скорость во время вдоха достигается примерно на уровне 50% ЖЕЛ (МОС_{50% вдоха}, или MIF₅₀), тогда как во время форсированного выдоха пиковый экспираторный поток (ПОС, или PEF) возникает очень рано. Максимальный инспираторный поток (МОС_{50% вдоха}, или MIF₅₀) примерно в 1,5 раза больше максимального экспираторного потока в середине жизненной емкости.

Описанный тест для регистрации  кривой поток-объем проводят несколько  раз до получения совпадающих  результатов. В большинстве современных  приборов процедура выбора наилучшей кривой для дальнейшей обработки материала осуществляется автоматически. Кривая поток-объем печатается вместе с многочисленными показателями легочной вентиляции.

Рис. 9. Нормальная кривая (петля) зависимости «поток-объем». Объяснение в тексте. ПОС — пиковая  объемная скорость;   МОС 25%, 50%, 75% — максимальный экспираторный поток на уровне 25%, 50% и 75% ФЖЕЛ;   МОС 50% вд. = МОС50%вд. — максимальный инспираторный поток на уровне 50% ЖЕЛ

 

 

Оценка результатов  исследования

Большинство легочных объемов и  емкостей как у здоровых пациентов, так и у больных с заболеваниями  легких зависят от целого ряда факторов, в том числе от возраста, пола, размеров грудной клетки, положения тела, тренированности и т. п. Например, жизненная емкость легких (ЖЕЛ, или VC) у здоровых людей с возрастом уменьшается, тогда как остаточный объем легких (ООЛ, или RV) возрастает, а общая емкость легких (ОЕЛ, или TLC) практически не изменяется. ЖЕЛ пропорциональна размерам грудной клетки и, соответственно, росту пациента. У женщин ЖЕЛ в среднем на 25% ниже, чем у мужчин.

Поэтому с практической точки зрения нецелесообразно сравнивать получаемые во время спирографического исследования величины легочных объемов и емкостей с едиными «нормативами», колебания значений которых в связи с влиянием вышеуказанных и других факторов весьма значительны (например, ЖЕЛ в норме может колебаться от 3 до 6 л).

             Наиболее приемлемым способом оценки получаемых при исследовании спирографических показателей является их сопоставление с так называемыми должными величинами, которые были получены при обследовании больших групп здоровых людей с учетом их возраста, пола и роста.

 

Таблица 1

Границы нормальных значений основных спирографических показателей (в процентах по отношению к расчетной должной величине) (по Л. Л. Шику и Н. Н. Канаеву)

 

Пока-  затели	Норма	Условная  норма	Отклонения
			Умерен-ные	Значи-  тельные	Резкие
ЖЕЛ	> 90	85–89	70–84	50–69	<50
ОФВ1	> 85	75–84	55–74	35–54	<35
ОФВ1/ФЖЕЛ	> 70	65–69	55–64	40–54	<40
ООЛ	90–125	126–140  85–89	141–175  70–84	176–225  50–69	>225  <50
ОЕЛ	90–110	110–115  85–89	116–125  75–84	126–140  60–74	>140  <60
ООЛ/ОЕЛ	<105	105–108	109–115	116–125	>125

Должные величины показателей вентиляции определяют по специальным формулам или таблицам. В современных компьютерных спирографах они рассчитываются автоматически. Для каждого показателя приводятся границы нормальных его  значений в процентах по отношению к расчетной должной величине (табл. 1). Например, ЖЕЛ (VC) или ФЖЕЛ (FVC) считается сниженной, если ее фактическое значение меньше 85% от расчетной должной величины. Снижение ОФВ₁ (FEV₁) констатируется, если фактическое значение этого показателя меньше 75% от должной величины, а уменьшение ОФВ₁/ФЖЕЛ (FEV₁/FVC) — при фактическом значении меньше 65% от должной величины.

Кроме того, при оценке результатов  спирографии необходимо учитывать  некоторые дополнительные условия, в которых проводилось исследование: изменения атмосферного давления, температуры и влажности окружающего воздуха. Действительно, объем выдыхаемого пациентом воздуха обычно оказывается несколько меньше, чем тот, который тот же воздух занимал в легких, поскольку его температура и влажность, как правило, выше, чем окружающего воздуха. Чтобы исключить различия в измеряемых величинах, связанные с условиями проведения исследования, все легочные объемы, как должные (расчетные), так и фактические (измеренные у данного пациента), приводятся для условий, соответствующих их значениям при температуре тела 37°С и полном насыщении водяными парами (система BTPS — Body Temperature, Pressure, Saturated). В современных компьютерных спирографах такая поправка и пересчет легочных объемов в системе BTPS производятся автоматически.

 

Интерпретация результатов

Практический врач должен хорошо представлять истинные возможности спирографического  метода исследования, ограниченные обычно отсутствием информации о значениях  остаточного объема легких (ООЛ), функциональной остаточной емкости (ФОЕ) и общей емкости легких (ОЕЛ), что не позволяет проводить полноценный анализ структуры ОЕЛ. В то же время спирография дает возможность составить общее представление о состоянии внешнего дыхания, в частности:

1. сделать заключение о снижении жизненной емкости легких (ЖЕЛ);

2. выявить нарушения трахеобронхиальной проходимости, причем при использовании современного компьютерного анализа петли поток-объем — на самых ранних стадиях развития обструктивного синдрома;

3. выявить наличие рестриктивных расстройств легочной вентиляции в тех случаях, когда они не сочетаются с нарушениями бронхиальной проходимости.

 

Дополнительные  методы определения функциональной остаточной емкости легких

Как было указано выше, методы классической спирографии, а также компьютерная обработка кривой поток-объем позволяют составить представление об изменениях только пяти из восьми легочных объемов и емкостей (ДО, РО_вд, РО_выд, ЖЕЛ, Е_вд, или, соответственно, — VT, IRV, ERV, VC и IC), что дает возможность оценить преимущественно степень обструктивных расстройств легочной вентиляции. Рестриктивные расстройства могут быть достаточно надежно установлены только в том случае, если они не сочетаются с нарушением бронхиальной проходимости, т. е. при отсутствии смешанных расстройств легочной вентиляции. Тем не менее в своей практической работе врач чаще всего встречается именно с такими смешанными нарушениями (например у больных с хроническим обструктивным бронхитом или бронхиальной астмой, осложненными эмфиземой и пневмосклерозом, и т. п.). В этих случаях механизмы нарушения легочной вентиляции могут быть выявлены только с помощью анализа структуры ОЕЛ.

Для решения этой проблемы необходимо использование дополнительных методов  определения функциональной остаточной емкости (ФОЕ, или FRC) и расчет показателей остаточного объема легких (ООЛ, или RV) и общей емкости легких (ОЕЛ, или TLC). Поскольку ФОЕ — это количество воздуха, остающегося в легких после максимального выдоха, ее измеряют только непрямыми методами (газоаналитическими или с применением плетизмографии всего тела).

Принцип газоаналитических методов  заключается в том, что либо в  легкие вводят инертный газ гелий (метод  разведения), либо вымывают содержащийся в альвеолярном воздухе азот, заставляя  пациента дышать чистым кислородом. В обоих случаях ФОЕ вычисляют, исходя из конечной концентрации газа (R. F. Schmidt, G. Thews).

Метод разведения гелия. Гелий, как известно, является инертным и безвредным для организма газом, который практически не проходит через альвеолярно-капиллярную мембрану и не участвует в газообмене.

Метод разведения основан на измерении  концентрации гелия в замкнутой  емкости спирометра до и после  смешивания газа с легочным объемом (10). Спирометр закрытого типа с  известным объемом (V_сп) заполняют газовой смесью, состоящей из кислорода и гелия. При этом объем, который занимает гелий (V_сп), и его исходная концентрация (F_He1) также известны (рис. 10, а). После спокойного выдоха пациент начинает дышать из спирометра, и гелий равномерно распределяется между объемом легких (ФОЕ, или FRC) и объемом спирометра (V_сп) (рис. 10, б). Через несколько минут концентрация гелия в общей системе («спирометр-легкие») снижается (F_He2).

Рис. 10. Принцип определения ФОЕ методом разведения гелия. а — система  перед подключением пациента, б —  система после подключения пациента и равномерного распределения гелия  в общей системе «спирограф-легкие»

Вычисление ФОЕ (FRC) основано на законе сохранения вещества: общее количество гелия, равное произведению его объема (V) и концентрации (F_He), должно быть одинаковым в исходном состоянии и после смешивания с легочным объемом (ФОЕ, или FRC):

V_сп x F_He1 = (V_сп + ФОЕ) x F_He2,

Зная объем спирографа (V_сп) и концентрацию гелия до и после исследования (соответственно, F_He1 и F_He2), легко можно вычислить искомый легочный объем (ФОЕ, или FRC):

ФОЕ = V_сп x   (F_He1 - F_He2) / F_He2,

После этого рассчитывают остаточный объем легких (ООЛ, или RV) и общую емкость легких (ОЕЛ, или TLC):

ООЛ = ФОЕ – РО_выд ; 
ОЕЛ = ЖЕЛ + ООЛ.

Метод вымывания азота. При использовании этого метода спирометр заполняют чистым кислородом. Пациент в течение нескольких минут дышит в замкнутый контур спирометра, при этом измеряют объем выдыхаемого воздуха (газа), начальное содержание азота в легких и его конечное содержание в спирометре. ФОЕ (FRC) рассчитывают, используя уравнение, аналогичное таковому для метода разведения гелия.

Точность обоих приведенных  методов определения ФОЕ (FRC) зависит от полноты смешивания газа в легких, которое у здоровых людей происходит в течение нескольких минут. Однако при некоторых заболеваниях, сопровождающихся выраженной неравномерностью вентиляции (например при обструктивной легочной патологии) уравновешивание концентрации газов занимает длительное время. В этих случаях измерение ФОЕ (FRC) описанными методами может оказаться неточным. Этих недостатков лишен более сложный в техническом отношении метод плетизмографии всего тела.

Плетизмография всего тела. Метод плетизмографии всего тела — это один из наиболее информативных и сложных методов, который используется в пульмонологии для определения легочных объемов, трахеобронхиального сопротивления, эластических свойств легочной ткани и грудной клетки и оценки некоторых других параметров легочной вентиляции.

Интегральный плетизмограф представляет собой герметично закрытую камеру, объемом 800 л, в которой свободно помещается пациент (рис. 11). Исследуемый дышит через пневмотахографическую трубку, соединенную со шлангом, открытым в атмосферу. Шланг имеет заслонку, которая позволяет в нужный момент автоматически перекрывать поток воздуха. Специальными барометрическими датчиками измеряется давление в камере (Р_кам) и в ротовой полости (Р_рот), как эквивалент внутриальвеолярного давления при закрытой заслонке шланга. Пневмотахограф дает возможность определить поток воздуха (V).

Рис. 11. Внешний  вид интегрального плетизмографа (бодикамеры)

Рис. 12 Устройство интегрального плетизмографа. Схема. Объяснение в тексте. V — объемная  скорость потока воздуха; Ррот  — давление в ротовой полости;  Ркам — давление в камере

Принцип действия интегрального плетизмографа основан на законе Бойля-Мариотта, согласно которому при неизменной температуре сохраняется постоянство отношения между давлением (Р) и объемом газа (V):