Исследование вентиляционной функции

СПИРОМЕТРИЯ

 Метод спирометрии был предложен в 1846 году J. Hutchinson [1]. Спирометрия -

 самый простой и распространенный метод функциональной диагностики, который можно рассматривать как первый, начальный этап в диагностике вентиляционных нарушений. Он предназначен для измерения легочных объемов при различных дыхательных маневрах, как спокойных, так и форсированных.

 Спирометрические данные позволяют определить, существуют ли нарушения вентиляционной функции, и если существуют, то определить тип нарушений (обструктивный, рестриктивный или смешанный). На основании данных одной только спирометрии невозможно установить диагноз, так как выявляемые функциональные нарушения не являются специфическими. Однако спирометрические показатели, как правило, обладают хорошей воспроизводимостью, что позволяет мониторировать течение заболевания. Кроме того, получаемые показатели позволяют определить тяжесть заболевания (например, для оценки степени тяжести хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) рекомендуют использовать объем форсированного выдоха за 1 с (ОФВ₁ или FEV₁) [2]; бронхиальной астмы - ОФВ₁ и пиковый экспираторный поток (в англоязычной литературе PEF) [3]) и оценить «операбельность» пациента [4 - 12]. Таким образом, метод спирометрии позволяет:

 1) выявить обструктивные и рестриктивные нарушения вентиляции либо экстраторакальную обструкцию верхних дыхательных путей;

 2) установить причину респираторных симптомов (хронического кашля, одышки, хрипов, стридора);

 3) выявить причины изменений газообмена (гипоксемии, гиперкапнии) и других лабораторных показателей (например, полицитемии и др.);

 4) оценить риск оперативного лечения;

 5) оценить физический статус пациента;

 6) мониторировать динамику бронхиальной обструкции, особенно при астме и ХОБЛ;

 7) мониторировать динамику рестриктивных нарушений у больных с фиброзирующим альвеолитом и патологией нервно-мышечного аппарата;

 8) оценить эффективность лечения бронхолегочной патологии;

 9) объективно оценить субъективные жалобы при профессиональной патологии либо заболеваниях, связанных с воздействиями окружающей среды.

 Метод является простым и безопасным, поэтому не существует абсолютных противопоказаний. Но маневр форсированного выдоха следует выполнять с осторожностью при:

 1) пневмотораксе;

 2) в первые 2 нед после острого инфаркта миокарда, после глазных операций и операций на брюшной полости;

 3) выраженном продолжающемся кровохарканье;

 4) тяжелой астме;

 5) подозрении на активный туберкулез либо другие заболевания, передающиеся воздушно-капельным путем.

 Объем легких можно измерить двумя способами. В первом случае непосредственно измеряется объем вдыхаемого или выдыхаемого воздуха и время. Строится график зависимости объема легких от времени - кривая объем - время (спирограмма) (рис. 5-72, А). В другом случае измеряется поток и время. Объем рассчитывают, умножая поток на время. Строится график зависимости объемной скорости потока от объема легких - кривая поток - объем (рис. 5-72, Б). Таким образом, обе кривые отражают одинаковые параметры: интегральное выражение скорости воздушного потока дает объем, который, в свою очередь, можно представить как функцию времени. И наоборот, объем выдыхаемого воздуха можно дифференцировать относительно времени, чтобы определить скорость потока. Современные спирометры по своей сути являются пневмотахометрами и позволяют оценивать основные параметры (объем, поток и время) и их взаимосвязь с помощью кривых поток - объем и объем - время.

 path: pictures/0572a.png

 path: pictures/0572b.png

 Рис. 5-72. А - спирограмма форсированного выдоха. ФЖЕЛ - форсированная жизненная емкость легких, ОФВ₁ - объем форсированного выдоха за 1 с, FEF_25-75 - средняя скорость форсированного экспираторного потока на уровне 25 - 75% ФЖЕЛ. Б - нормальная петля поток - объем, полученная при максимальных вдохе и выдохе. PEF - пиковый экспираторный поток равна 10,3 л/с; FEF₂₅, FEF₅₀ и FEF₇₅ - максимальные объемные скорости, когда пациент выдохнул соответственно 25, 50 и 75% объема ФЖЕЛ, и равны 8,8 л/с, 6,3 л/с и 3,1 л/с. FIF₅₀ - максимальная объемная скорость, когда пациент вдохнул 50% ФЖЕЛ, и равна 7,5 л/с. Обычно FIF₅₀в 1,5 раза больше FEF₅₀.

 Для корректной интерпретации результатов спирометрии необходимо быть уверенным в том, что исследование проведено правильно. Разработаны критерии, которые позволяют оценить правильность выполненного исследования [13 - 15]. Неправильное выполнение маневра форсированного выдоха является основной причиной вариабельности результатов теста.

 Интерпретация результатов спирометрии основывается на отклонении полученных величин от должных значений. Существуют различные таблицы и формулы для расчета должных величин показателей спирометрии. Наилучшие показатели можно получить у здоровых некурящих лиц. В Европейских странах наибольшее распространение получили должные величины Европейского сообщества угля и стали [15]. Должные величины зависят от антропометрических параметров (в основном от роста), пола, возраста, расы. Чем выше человек, тем больше его легкие и протяженность дыхательных путей, следовательно, максимальная экспираторная скорость будет больше. У женщин объем легких меньше, чем у мужчин такого же роста. С возрастом эластичность легочной ткани снижается, в результате происходит снижение объема и скорости выдоха. Вместе с тем следует принимать во внимание и индивидуальные вариации нормы. Например, легочные заболевания могут возникать у людей с исходными показателями легочных объемов и потоков выше среднего уровня и, несмотря на их снижение на фоне заболевания относительно исходных значений, они по-прежнему могут оставаться в пределах, нормальных для популяции в целом.

 Исследование легочных объемов, как уже упоминалось ранее, можно проводить при спокойном и при форсированном дыхании. С помощью маневра форсированного выдоха измеряют форсированную жизненную емкость легких (ФЖЕЛ или FVC), объем форсированного выдоха за первую секунду и его отношение к ФЖЕЛ (ОФВ₁, ОФВ₁/ФЖЕЛ) и другие показатели воздушного потока (форсированный экспираторный поток между 25 и 75% ФЖЕЛ - FEF_{25 - 75}, форсированные экспираторные потоки на уровнях 25, 50 и 75% ФЖЕЛ, PEF). Из всех показателей наиболее важным является максимальный объем воздуха, который человек может выдохнуть за первую секунду маневра ФЖЕЛ - ОФВ₁. Он более или менее независим от усилия, приложенного во время маневра выдоха, и отражает свойства легких и дыхательных путей. ОФВ₁ - наиболее хорошо воспроизводимый, часто используемый и самый информативный показатель спирометрии.

 При тяжелых обструктивных заболеваниях легких время выдоха может превышать 15 - 20 с, а экспираторный поток в конце маневра может быть настолько мал, что спирометр с трудом воспринимает его. Выполнение длительного форсированного выдоха может быть затруднительным и вызывать неприятные ощущения у пациента. Во избежание этих явлений, вместо ФЖЕЛ в последнее время используют показатель ОФВ₆ (FEV₆ - объем форсированного выдоха за 6 с). У здоровых лиц ОФВ₆ ненамного меньше ФЖЕЛ. Кроме того, ОФВ₆ лучше воспроизводим, чем ФЖЕЛ. Отношение ОФВ₁/ОФВ₆ отражает степень ограничения воздушного экспираторного потока и позволяет прогнозировать снижение ОФВ₁ у курильщиков [16, 17]. В отличие от маневра ФЖЕЛ, более короткий маневр ОФВ₆, не требующий достижения плато на кривой объем - время, снижает риск развития синкопальных состояний у тяжелых больных во время исследования и уменьшает утомляемость как пациента, так и врача функциональной диагностики. Вместе с тем должные величины ОФВ₆ не вполне разработаны, поэтому пока рекомендуется по-прежнему оперировать традиционным ФЖЕЛ.

 Важным спирометрическим показателем является отношение ОФВ₁/ФЖЕЛ, которое обычно выражается в процентах и является модификацией индекса Тиффно (ОФВ₁/ЖЕЛ_вд, где ЖЕЛ_вд - максимальный объем воздуха, который можно вдохнуть после полного спокойного выдоха). Объем воздуха, выдыхаемый за первую секунду, представляет собой достаточно постоянную долю ФЖЕЛ независимо от размера легких. У здорового человека это соотношение составляет 75 - 85%, но с возрастом скорость выдоха снижается в большей степени, чем объем легких, и отношение несколько уменьшается. У детей, наоборот, скорости воздушных потоков высокие, поэтому соотношение ОФВ₁/ФЖЕЛ у них, как правило, выше - около 90%. При обструктивных нарушениях отношение ОФВ₁/ФЖЕЛ снижается, поскольку ОФВ₁ снижается соответственно тяжести обструкции. ФЖЕЛ при этом также уменьшается, но, как правило, в меньшей степени. При легочной рестрикции без обструктивных изменений ОФВ₁ и ФЖЕЛ снижаются пропорционально, следовательно, их соотношение будет в пределах нормальных величин или даже немного выше. Таким образом, при необходимости дифференцировать обструктивные и рестриктивные нарушения оценивают соотношение ОФВ₁/ФЖЕЛ.

 При форсированной спирометрии можно измерить FEF_{25 - 75} - среднюю объемную скорость в средней части экспираторного маневра между 25 и 75% ФЖЕЛ. Некоторые исследователи считают, что СОС_{25 - 75} - более чувствительный, чем ОФВ₁, показатель при диагностике ранних стадий бронхиальной обструкции [18], однако он имеет более широкий диапазон нормальных значений [19].

 Максимальные экспираторные потоки (FEF₂₅, FEF₅₀ и FEF₇₅) на разных уровнях ФЖЕЛ (25%, 50% и 75% соответственно) не обладают высокой воспроизводимостью, подвержены инструментальной ошибке и зависят от приложенного экспираторного усилия [20], поэтому не играют существенной роли при определении типа и тяжести нарушений легочной вентиляции [15].

 Пиковый экспираторный поток (PEF), который также называется максимальной экспираторной скоростью - показатель, который измеряется в течение короткого отрезка времени сразу после начала выдоха. PEF в большей степени, чем другие показатели, зависит от усилия пациента: для получения воспроизводимых данных пациент должен в начале выдоха приложить максимум усилия [21]. Существуют недорогие портативные приборы (пикфлоуметры) для измерения PEF в домашних условиях и самоконтроля пациентами своего состояния, что получило широкое распространение у больных с бронхиальной астмой [22].

КРИВАЯ ПОТОК - ОБЪЕМ

 Согласно данным литературы [15, 21, 23] и нашему собственному опыту, представление результатов спирометрии в виде кривой поток - объем является наиболее простым для интерпретации и наиболее информативным, поскольку максимальный поток зависит от механических свойств легочной ткани:

 ---При форсированном выдохе у любого человека существует ограничение максимальной скорости воздуха. Ограничение экспираторного потока достигается при умеренном усилии, и дальнейшее повышение усилия увеличивает скорость потока выдыхаемого воздуха только в начальной четверти ФЖЕЛ. При низких и средних объемах легких увеличение усилия не дает прироста потока. Таким образом, после достижения пикового потока (PEF) каждая точка оставшейся части кривой определяет тот максимальный поток, который может быть достигнут при данном объеме легких (см. рис. 5-72, А). После выдоха 10 - 15% ФЖЕЛ максимальная скорость выдоха имеет ограничение, т.е. не может превысить определенного уровня. В отличие от выдоха, во время вдоха большее инспираторное усилие вызывает больший поток при всех уровнях ФЖЕЛ. Каждый человек имеет уникальную кривую поток - объем и поскольку такая кривая определяет максимальную скорость выдоха, кривая поток - объем обладает высокой воспроизводимостью у одного и того же человека.

 ---Легочная ткань обладает эластичностью, которая является основной силой, заставляющей воздух при выдохе выходить из легких. Эластичность также играет большую роль в поддержании просвета бронхов (рис. 5-73). При форсированном выдохе по мере уменьшения внутрилегочного объема нарастает динамическая компрессия дыхательных путей, что вызывает их критическое сужение и ограничивает скорость воздушного потока. Таким образом, максимальная скорость экспираторного потока определяется такими характеристиками легочной ткани, как эластичность, которая обеспечивает прохождение воздуха по дыхательным путям и поддерживает просвет бронхов открытыми, диаметром бронхов и сопротивлением дыхательных путей воздушному потоку.

 path: pictures/0573.png

 Рис. 5-73. Упрощенная модель легких. Легкие находятся в грудной клетке, объем которой изменяется вследствие движения поршня (дыхательные мышцы). При сокращении диафрагмы грудная клетка увеличивает свой объем, воздух заходит в легкие. Во время выдоха объем грудной клетки уменьшается и воздух через трахею выходит из легких. Легкие обладают эластичностью, которая определяет скорость выдоха и поддерживает бронхи открытыми. При форсированном выдохе динамическая компрессия дыхательных путей вызывает их сужение.

 Предшествующий маневру ФЖЕЛ вдох оказывает существенное влияние на экспираторные скоростные показатели. Для получения наилучших результатов исследования необходимо после спокойного выдоха сделать максимально глубокий вдох и сразу же после этого без паузы выдохнуть весь воздух с максимальным усилием. Это позволяет получить максимальные экспираторные потоки (пауза на высоте вдоха может вызвать «стрессовое расслабление» со снижением эластической тяги и увеличением растяжимости дыхательных путей, что ведет к уменьшению скорости выдоха).

 Кривая поток - объем имеет следующие характеристики:

 ---Экспираторная и инспираторная петли имеют различную форму.

 ---При экспираторном маневре сразу после быстрого подъема начинается линейное снижение скорости потока вплоть до окончания выдоха. Поэтому экспираторная кривая поток - объем обычно имеет форму почти прямоугольного треугольника, основанием которого является ФЖЕЛ, а вершина соответствует PEF. Начальная часть экспираторной кривой (25 - 33% ФЖЕЛ) в большей степени зависит от прилагаемого пациентом мышечного усилия, а не от механических свойств легких. После достижения пика выдоха скорость потока плавно снижается и становится нулевой при достижении уровня остаточного объема легких (ООЛ). Эта часть кривой не зависит от усилий пациента и обладает высокой воспроизводимостью. При заболеваниях органов дыхания изменения механических свойств легких приводят к изменению формы кривой. У людей старше 30 лет и при заболеваниях органов дыхания по мере завершения выдоха происходит закрытие мелких дыхательных путей и ООЛ определяется как объем закрытия, поэтому поток прогрессивно снижается до достижения ООЛ. У людей молодого возраста, а также пациентов с ограничением расширения грудной клетки ООЛ определяется ригидностью грудной стенки, что ограничивает максимальный экспираторный поток.

 В этом случае в конце выдоха можно наблюдать резкое снижение потока.

 ---Во время вдоха инспираторный поток зависит от приложенного усилия. Инспираторная кривая поток - объем является симметричной: максимальный инспираторный поток достигается приблизительно в средней точке кривой. Измерение максимальных инспираторных потоков не получило широкого распространения, однако качественный анализ инспираторной и экспираторной кривых поток - объем позволяет выявить изолированную обструкцию верхних дыхательных путей. Спирограммы, соответствующие этим поражениям, далеко не так информативны для диагностики, как кривая поток - объем.