Сопротивление дыхательных путей

 Сопротивление дыхательных путей (airway resistance - Raw) равно отношению движущего давления (разница давлений между альвеолярным давлением и давлением в ротовой полости) к потоку воздуха:

 Raw = P/V’, где P - движущее давление, V- поток.

 В клинической практике часто используют величину обратную сопротивлению - проводимость дыхательных путей (airway conductance - Gaw = 1/Raw). При заболеваниях органов дыхания сопротивление дыхательных путей может увеличиваться. Существует несколько механизмов увеличения сопротивления дыхательных путей: сужение просвета дыхательных путей вследствие воспаления, отека слизистой оболочки и сокращения гладкой мускулатуры бронхов (при бронхиальной астме) или из-за избыточной секреции желез подслизистого слоя (при хроническом бронхите); снижение эластичности легких и утрата сил, поддерживающих просвет дыхательных путей (при эмфиземе); окклюзия просвета дыхательных путей опухолью (при бронхогенном раке).

 Измерение сопротивления дыхательных путей может помочь при дифференциальной диагностике заболеваний (сопротивление повышено и при астме и при эмфиземе, но в первом случае обычно значительнее) или для локализации уровня обструкции (дыхание газовой смесью низкой плотности - гелиоксом (80% He и 20% O₂) - позволяет снизить сопротивление верхних дыхательных путей) [21].

 Сопротивление дыхательных путей можно легко измерить методом общей бодиплетизмографии. Вначале пациент сидит в боди-камере и дышит через открытый клапан. Перед тем как пациент делает вдох давление в боди-камере равно атмосферному. Во время вдоха объем грудной клетки увеличивается (ΔV), а альвеолярное давление становится ниже атмосферного. При этом воздух в боди-камере сжимается - давление растет. На выдохе происходит обратное: компрессия внутригрудного газа приводит к разрежению воздуха в боди-камере и снижению давления в ней. Постоянно регистрируется поток (V’), давление в ротовой полости (Pрот) и давление в боди-камере (Pк), что позволяет вычислить V’/Pк. Затем клапан закрывается, перекрывая дыхательные пути (пациент продолжает маневры вдох - выдох), и вычисляют отношение Pрот/Pк. В статических условиях (отсутствии потока) Pрот = Pальв, поэтому Pрот/Pк = Pальв/Pк. Таким образом, Raw = Pальв/Pк/V’/Pк = Pальв/V’.

 Несколько физиологических факторов оказывают влияние на величину сопротивления дыхательных путей, измеренную при бодиплетизмографическом исследовании. Одним из них является объем легких. На уровне ОЕЛ сопротивление меньше, на уровне ООЛ - больше. Измерение сопротивления при различных объемах легких позволяет выявить линейную связь между проводимостью дыхательных путей и объемом легких: Gaw = 0,24 x V.

 Однако сопротивление дыхательных путей в большей степени зависит от эластической отдачи легких, чем от их объема. При одинаковом объеме легких у пациентов с высокой эластической отдачей Raw ниже, чем у пациентов с нормальной эластичностью. Это обусловлено большим растягивающим действием на дыхательные пути. Наоборот, уменьшение эластической отдачи легких приводит к снижению радиальной тракции, поэтому Raw увеличивается. Эта взаимосвязь может помочь при анализе механизмов ограничения воздушного потока при различных обструктивных заболеваниях (например, при буллезной эмфиземе) [61, 62].

 Дополнительные факторы, влияющие на сопротивление дыхательных путей, включают их длину, тонус гладкой мускулатуры, физические свойства газа (плотность и вязкость) и частоту дыхания. При частом поверхностном дыхании изменения в боди-камере, вызванные различиями температуры, влажности воздуха, а также различиями в концентрации СО₂ и О₂ во время вдоха и выдоха, минимальны. Следовательно, если измерения Raw сделаны при высокой частоте дыхания, этими факторами можно пренебречь. Кроме того, при частом поверхностном дыхании постепенное нагревание воздуха и небольшая утечка в боди-камере становятся незначительными по сравнению с изменениями внутригрудного объема при сжатии и разрежении альвеолярного газа. Голосовая щель остается открытой, тогда как при спокойном дыхании ее просвет может меняться. Изменения давления в брюшной полости также минимальны.

 Новое современное оборудование позволяет измерять Raw при спокойном дыхании (с помощью программного обеспечения делается соответствующая коррекция), при этом измеренное сопротивление немного выше сопротивления, измеренного при частом поверхностном дыхании, поскольку голосовая щель во время измерения частично закрыта.

 В разных участках легких сопротивление дыхательных путей неодинаково. При этом Raw, измереное бодиплетизмографически, является средним альвеолярным давлением на единицу объема, деленным на средний поток в ротовой полости; а не средним значением сопротивлений в разных участках легких. Поэтому сложно оценить вклад отдельных физиологических факторов (например, потеря эластичности легких, сокращение гладкой мускулатуры дыхательных путей) в увеличение сопротивления дыхательных путей у конкретного пациента.

ИМПУЛЬСНАЯ ОСЦИЛЛОМЕТРИЯ

 Метод импульсной осциллометрии (ИОС), предложенный в 1981 г. E. Muller и J. Vogel [63], является модификацией метода форсированных осцилляций, с помощью которого можно измерить общее сопротивление воздушному потоку, которое оказывают дыхательные пути, легкие и грудная клетка [64 - 66].

 По аналогии с электромеханикой, общее сопротивление дыхательной системы (или, дыхательный импеданс - Z) равно:

 Z² = R² + X²,

 где Z - дыхательный импеданс, R - фрикционное сопротивление (сопротивление трения дыхательных путей, тканей легких и грудной клетки), X - реактанс.

 X = 2 x пи x f x L - 1/(2 x пи x f x C).

 Реактанс представляет собой сумму эластического сопротивления легких и грудной клетки - 1/(2 x пи x f x C) и инерционного сопротивления смещающихся при дыхании тканей легких, грудной клетки, дыхательных путей и воздуха -

 2 x пи x f x L. Эластическое и инерционное сопротивления противоположно направлены; с увеличением частоты осцилляций эластическая компонента снижается, а инерционная растет. При резонансной частоте (FR) эластическое и инерционное сопротивления равны; при такой частоте общее сопротивление равно фрикционному сопротивлению.

 В ИОС поток воздуха с навязанными громкоговорителем осцилляциями (используется диапазон частот от 5 до 35 Гц) подается в дыхательные пути, а в выдыхаемом воздухе измеряется давление и поток. Частота навязанных осцилляций гораздо выше, чем частота дыхания пациента. Математический анализ позволяет выделить для анализа отраженные колебания, рассчитать общее сопротивление и определить частотную зависимость фрикционного сопротивления и реактанса. Методика необременительна для пациента: пациенту необходимо дышать с обычной частотой в течение 30 - 60 с.

 С помощью этой методики можно дифференцировать рестриктивные и обструктивные нарушения [67, 68], выявить преимущественную локализацию обструктивных нарушений (проксимальная или дистальная обструкция) (рис. 5-79). Кроме этого, метод ИОС может быть использован для оценки бронходилатационного и бронхоконстрикторного ответа [69 - 71], для мониторирования течения заболевания [72, 73], для эпидемиологических исследований как скрининговый метод.

 path: pictures/0579.png

 Рис. 5-79. Кривая поток - объем и частотная зависимость фрикционного сопротивления (R) и сопротивления, обусловленного эластическими свойствами легких и грудной клетки и инерционным сопротивлением воздуха, легких и грудной клетки (X), при различных функциональных нарушениях: а) проксимальная обструкция: фрикционное сопротивление (R5 и R20) увеличено; спектр R(f) не зависит от частоты; периферический реактанс (X5) и резонансная частота (FR) не изменены;

 б) дистальная обструкция: сопротивление дыхательных путей (R5) увеличено; спектр R(f) зависит от частоты (R20 значительно меньше R5); периферический реактанс (X5) снижен; резонансная частота (FR) смещена вправо в спектр высоких частот; в) рестриктивные нарушения: сопротивление дыхательных путей (R5) в пределах нормальных значений; спектр R(f) не зависит от частоты; периферический реактанс (X5) снижен; резонансная частота (FR) смещена вправо в спектр высоких частот; г) экстраторакальная обструкция: фрикционное сопротивление (R5 и R20) увеличено; спектр R(f) не зависит от частоты; изредка может определяться пик на спектре сопротивления; периферический реактанс (X5) снижен, но может быть и в пределах нормальных значений, на спектре X(f) характерно наличие плато (**).

 Метод ИОС имеет как недостатки, так и преимущества по сравнению с «традиционными» методами исследования [74]. К недостаткам метода можно отнести следующие:

 1) колебания щек, стенок глотки и гортани могут приводить к некорректному измерению сопротивления;

 2) занижение истинной величины сопротивления может иметь место при снижении эластичности грудной клетки/легких;

 3) параметры импульсной осциллометрии имеют невысокую воспроизводимость и достаточно широкий диапазон нормальных значений.

 Преимуществами этого метода являются:

 1) минимальные усилия, требуемые от пациента, делают возможным использование этого теста у детей и лиц, неспособных выполнить спирометрию или бодиплетизмографию;

 2) для измерения сопротивления дыхательной системы не требуется делать глубокий вдох (однако исследования без глубокого вдоха могут «скрывать» бронхиальную астму [75]);

 3) возможность оценить сопротивление верхних, а также периферических дыхательных путей.

 Измерение сопротивления методом ИОС является перспективным методом функциональной диагностики, дающим важную информацию о механике дыхания. Однако импульсная осциллометрия не является более чувствительным по сравнению со спирометрией методом диагностики заболеваний (особенно при интерстициальных легочных заболеваниях) или при корреляции с клиническими симптомами [76, 77].

ЭЛАСТИЧЕСКАЯ ОТДАЧА ЛЕГКИХ

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

 Эластичность (эластическая отдача, E) легких является важной физиологической характеристикой и представляет собой меру упругости легочной ткани. Величина, обратная эластичности, называется растяжимостью (C = 1/ E). Легочная растяжимость зависит от легочных объемов (при резекции одного легкого растяжимость может уменьшаться на 50%, несмотря на то что эластические свойства оставшегося легкого не нарушаются), в связи с этим для оценки упругих свойств легочной ткани часто используют растяжимость, отнесенную к единице объема легких (или удельную растяжимость).

 При заболеваниях органов дыхания эластичность легких может повышаться или понижаться. При рестриктивных вентиляционных нарушениях, сопровождаемых уменьшением объема легких, эластическая отдача возрастает. Наоборот, при обструктивных вентиляционных нарушениях эластическая отдача легких снижается: у пациентов с хроническим бронхитом и астмой незначительно, а у пациентов с эмфиземой - существенно. Исследование эластической отдачи занимает много времени, является трудоемким, дорогостоящим и инвазивным. Таким образом, тест не может использоваться в рутинной клинической практике у больных с рестриктивными нарушениями вентиляции, но играет важную роль при дооперационной оценке пациентов с буллезной и диффузной эмфиземой, направляемых на резекцию нефункционирующих или очень плохо функционирующих участков легочной ткани. Кроме того, этот тест можно использовать при дифференциальной диагностике эмфиземы с астмой или бронхитом. При обследовании больных со смешанными нарушениями вентиляции (например, эмфиземой и фиброзом) тест может подтвердить наличие обоих заболеваний.

 Давление, создаваемое эластической паренхимой легких, называется давлением эластической отдачи легких (Pэласт) и представляет собой разницу между давлением внутри альвеол (альвеолярным давлением, Pальв) и давлением внутри плевральной полости (плевральным давлением, Pплевр): Pэласт = Ральв - Рплевр. В основе измерения эластической отдачи легких лежат два принципа: 1) давление, необходимое для растяжения легких до определенного объема, равно давлению эластической отдачи при этом объеме; 2) в статических условиях при отсутствии потока и при открытой голосовой щели Ральв=0, а Pэласт= - Рплевр. Таким образом, для оценки давления эластической отдачи и статической растяжимости легких нужно измерить Рплевр при различных легочных объемах.

 Поскольку пищевод проходит через плевральное пространство, разумно предположить, что внутрипищеводное давление позволяет вполне надежно оценить динамику изменения Рплевр. Это предположение действует до тех пор, пока нормально функционируют верхний и нижний пищеводные сфинктеры и отсутствует сдавление пищевода (например, за счет активного сокращения мышц пищевода или пассивного сдавления окружающими структурами средостения). Таким образом, у лиц без заболеваний пищевода, которые находятся в положении сидя или стоя, плевральное давление можно измерить косвенно - измеряя внутрипищеводное давление.

ИЗМЕРЕНИЕ

 Пищеводное давление регистрируют с помощью катетера с маленьким баллончиком на конце. Внутрибаллонное давление отражает внутрипищеводное давление, которое, в свою очередь, отражает окружающее Рплевр. Эта методика приводит к некоторым искажениям, регистрируется более положительная величина давления за счет сдавления баллончика стенками пищевода. Для уменьшения искажения используют латексный баллончик 10 см длиной и 2,5 см в диаметре, с тонкими стенками (0,04 см), который содержит небольшой объем воздуха (200 - 400 мл).

 Рплевр меняется в соответствии с вертикальным градиентом: наиболее отрицательное давление внизу, у основания грудной клетки. Обычно измеряют давление в нижней трети пищевода для того, чтобы определить давление, необходимое для растяжения большей части легких. Исследование проводят, вводя баллончик в пищеводно-желудочное соединение, которое легко определяется по положительному давлению, создаваемому при втяжении воздуха носом на вдохе, и затем вытягивают назад на 10 см.

РАСТЯЖИМОСТЬ ЛЕГКИХ

 Когда баллончик установлен на нужном уровне, можно измерить соотношение между изменениями объема легких и Рплевр.

 Статическая легочная растяжимость представляет собой наклон кривой давление - объем, полученной во время спадения легких от уровня ОЕЛ, и определяется стандартным протоколом. Следует сделать 3 максимально глубоких вдоха, что позволяет стандартизировать паттерн дыхания. На третьем вдохе пациент задерживает дыхание на уровне ОЕЛ на 3 - 5 с и затем делает медленный выдох, во время которого воздушный поток прерывается закрытием ротовой заслонки на 2 - 3 с на уровне каждого объема. Повторение этого маневра 4 - 5 раз дает достаточную информацию о взаимоотношении изменений объема легких и изменений Рэласт. Для построения кривой давление - объем необходимо измерять объем при определенном Рэласт. Это легко осуществимо при бодиплетизмографии. Другим, но менее точным способом, является метод разведения газов. В этом случае необходимо сделать предположение, что объемы легких были постоянными и не изменялись во времени.

 Измерение растяжимости позволяет получить наибольшую информацию об упругости легких. Важно отметить, что растяжимость, соответствующая крутизне наклона кривой, зависит от исходного легочного объема. Обычно растяжимость определяют по углу наклона, начиная с объема, превышающего ФОЕ на 0,5 л. Однако в этом случае величина, выражающая легочную растяжимость, в большей степени находится под влиянием факторов, определяющих ФОЕ, чем просто под влиянием взаимосвязи между легочными объемами и давлением, растягивающим легкие. На практике часто вычисляют коэффициент ретракции (давление эластической отдачи легких на уровне ОЕЛ, деленное на ОЕЛ). Существуют должные значения как для растяжимости, так и для коэффициента ретракции, хотя высокая вариабельность этих показателей ограничивает их применение у конкретного больного.

 Максимальную информацию об эластической отдаче легких можно получить, анализируя кривую давление - объем целиком [78]. Такой график часто помогает понять причину снижения объема легких: слабость дыхательной мускулатуры, патология грудной клетки или поражение паренхимы легких. При мышечной слабости/патологии грудной клетки легочная растяжимость в норме, а при патологии паренхимы легких она снижается. Причину снижения растяжимости определить гораздо труднее: истинное повышение эластических свойств легочной ткани или уменьшение числа альвеол, соединяющихся с дыхательными путями?

 Динамической легочной растяжимостью называют изменение объема легких относительно изменения давления при наличии воздушного потока. Давление измеряется во время дыхания, в моменты когда скорость потока равна нулю. При нормальном сопротивлении дыхательных путей растяжимость слабо зависит от частоты дыхания. При увеличении сопротивления - динамическая растяжимость может снизиться, прежде чем обычные исследования выявят отклонения от нормы. Изменения динамической растяжимости, зависящие от частоты дыхания, называются частотно-зависимой растяжимостью. Таким образом, при отсутствии изменений в общем Raw или ОФВ₁ снижение динамической растяжимости легких позволяет заподозрить возможное сужение мелких периферических дыхательных путей [21, 79].