Інструментальні методи функціональної діагностики патології органів дихання в практиці сімейного лікаря

Інструментальні методи функціональної діагностики патології органів дихання в практиці сімейного лікаря

 Фізіологічні основи тестування функції легенів.

Функціональне дослідження легенів є важливою частиною клінічної медицини і виконує ряд задач: 

Діагностика

       об’єктивного впливу захворювань на функціональний стан легенів

       об’єктивних змін функціонального стану легенів

       при первинному обстеженні і наявності певних клінічних (задишка, кашель, свистяче дихання, зміна перкуторнного звуку і характеру дихання, виявлення хрипів і ін. ознак)

       визначення ризику розвитку захворювання легенів (у курців, працівників шкідливих виробництв, при роботі з певним типом напруження)

       визначення операційного ризику

       оцінка прогнозу захворювання

       оцінка стану здоров’я

2. Динамічний нагляд (моніторинг)

       оцінка ефективності терапевтичних заходів

       оцінка динаміки розвитку захворювань (легеневих, серцево-судинних, нервово-м’язової системи)

       оцінка впливу перебування в шкідливих умовах або контактів з шкідливими речовинами

       оцінка ефективності реабілітаційних програм

3. Експертна оцінка

       тимчасової втрати працездатності

       придатності до роботи в певних умовах

       працездатності

4. Оцінка здоров’я населення

       епідеміологічні дослідження

       порівняння здоров’я населення в різних географічних, кліматичних і інших умовах

       масові обстеження

Показання для спірографічного обстеження:

       Курці у віці 40 років

       Часті простудні захворювання

       Хронічний кашель

       Задишка при фізичному навантаженні і у спокої

       Алергічний і вазомоторний риніт

       Професійні шкідливості (фарби, пил і т.п.)

       Перед хірургічним втручанням: планова лапаро- і торакотомия, очікуваний тривалий період анестезії, легеневі захворювання, кашель і задишка в анамнезі, вік більше 70 років, ожиріння

       Контроль пацієнтів, що одержують бронхолітики

       Контроль пацієнтів з серцевою недостатністю

       Оцінка тяжкості бронхіальної астми

       Встановлення ступеня працездатності

Підготовка до функціональних проб:

       Не палити протягом 2 годин

       Не приймати кофеїновмісні напої і препарати протягом 8 годин

       Не користуватися інгаляційними адреномиметиками і холінолітиками протягом 8 годин

       Не приймати теофілін і інші пероральні бронходилататои протягом 24 годин

       Не користуватися антигістамінними препаратами протягом 48 годин

При неможливості для пацієнта дотримати ці умови необхідно робити помітку на направленні.

Основи тестування функції легенів

Основна функція дихальної системи полягає в пристосованні обміну газів до широкого спектру різноманітних обставин – від стану спокою до важкого фізичного навантаження. В умовах останнього, коли потрібне підвищення споживання О₂ і виділення СО₂, необхідна велика ефективність газообміну і вентиляції. Структура легенів забезпечує максимальну ефективність вентиляції. Функціонально дихальна система може бути розділена на три компоненти:  повітреносні шляхи (ПШ), (2) легенева паренхіма і (3) грудна клітка, що виконує функцію хутра.

ПШ представлені напівригідними трахеєю і пайовими бронхами і більш податливими дрібними бронхіолами, що тягнуться до периферії легенів. Тип повітряного потоку варіює від турбулентного в центральних ПШ до ламінарного в дрібних. Дрібні дихальні шляхи можуть бути здавлені під час форсованого видиху. В результаті, експіраторний повітряний потік обмежується як в нормі, так і при патології легенів. Це має важливе значення для функціонального дослідження легенів, оскільки аналіз експіраторної частини вентиляції дозволяє виявити більшість легеневих розладів.

Другий функціональний компонент – еластична паренхіма легенів – поводиться подібно гумовому балону. Для його наповнення потрібна енергія; при припиненні енергетичних витрат, що підтримують балон в розпрямленому стані, він спадаєтся. Порушення, що роблять, його жорстким (наприклад, легеневий фіброз), перешкоджають їх повному спаданню.

Третій функціональний компонент – “грудне хутро” – складається з грудної клітки, міжреберних м’язів і діафрагми. Оскільки самі легені не здатні ініціювати дихання, грудна клітка і дихальна мускулатура повинні створювати умови, необхідні для вентиляції. Дихальні м’язи активні при вдиху; м’язи видиху звичайно працюють тільки при певних патологічних станах і при фізичному навантаженні. Деформація грудної клітки і хвороби дихальних м’язів можуть ПШливати на функцію дихальної “помпи”, приводячи до дихальної недостатності.

Зміни будь-якого з цих трьох функціональних компонентів можуть стати причиною задишки і вимірних відхилень функції легенів. Функціональне дослідження легенів використовується для оцінки стану кожного з цих трьох компонентів.

Основні групи клінічно важливих тестів легеневої функції включають спірометрію, тести на силу дихальних м’язів, вимірювання легеневих об’ємів і дифузної здатності легенів.

Спірометрія

Спірометрія – найважливіший спосіб оцінки легеневої функції. При проведенні спірометрії пацієнт вдихає і видихає з максимальною силою. Вимірюються об’ємна швидкість повітряного потоку і зміни об’єму дихальної системи. Найбільш клінічно значущі відомості дає аналіз експіраторного маневру (видиху).

Дослідження проводиться в положенні хворого сидячи. Висота ротової трубки або висота сидіння регулюються так, щоб обстежуваному не доводилося нахиляти голову або надмірно витягати шию. Слід уникати нахилів тулуба вперед при виконанні видиху. Одяг не повинен утрудняти екскурсії грудної клітки.

Оскільки вимірювання засновані на аналізі ротового потоку повітря, необхідне використання носового затискача та контроль за тим, щоб губи обстежуваного щільно охоплювали спеціальний загубник і не було витоку повітря повз загубника протягом всього дослідження. Якщо у хворого є зубні протези, то перед дослідженням їх не можна знімати, оскільки вони є опорою для губ і щік і тим самим перешкоджають витоку повітря. Перед кожним дослідженням пацієнта детально інструктують, а у ряді випадків наочно демонструють процедуру виконання даного тесту.

Спірограф з водяним затвором

Протягом десятиріч застосовувалися спірографи простої системи, котрі вимірювали об’єм легенів з використанням закритого контура. Пацієнт в положенні сидячи дихає в камеру, яка є рухомим циліндром, зануреним в місткість з водою. Зміни об’єму легенів реєструються по зміні об’єму циліндра, сполученого з відкаліброваним барабаном, що обертається. В прикладі, представленому на малюнку, вдих реєструється відхиленням запису на барабані догори, а видих – донизу.

Мал.1. Звичайний водяний спірометр. Наповнений повітрям циліндр, занурений в судину з водою, сполучений з барабаном, на якому записуються покази спірометра, що обертається. Барабан обертається з певною швидкістю, папір на барабані калібрується, що дозволяє вимірювати зміни об’єму легенів і швидкість потоку повітря

При використанні деяких модифікацій спірометрів при недотриманні так званої “нульової умови” знижується стабільність вимірювань через появу дрейфу ізолінії. Щоб уникнути цього, досліднику необхідно уважно ознайомитися з інструкцією до приладу, де обов’язково уточнюється, в який момент дослідження пацієнту слід дати команду обхопити загубник губами і почати дихальний маневр.

В сучасному спірографі СП-3000 вимірювання автоматично починаються, як тільки пацієнт почне дихальний маневр. Як тільки сигнал стає більше порогової величини, тест починається.

Починають обстеження звичайно з тестів, що не вимагають максимальних зусиль. За наявності в приладі відповідної приставки для вимірювання бронхіального опору методом короткочасного переривання потоку починають саме з цього дослідження, оскільки воно виконується при звичайному спокійному і рівному диханні. Потім проводиться вимірювання хвилинного об’єму дихання (ХОД)

Хвилинний об’єм дихання ХОД:

При спокійному і рівному диханні пацієнта проводиться вимірювання ДО, який розраховується як середня величина після реєстрації як мінімум шести дихальних циклів. Ритм і глибина дихання повинні відповідати природним для

даного пацієнта значенням (як він звичайно це робить в спокійному стані). В процесі дослідження може бути оцінена звична для пацієнта у спокої частота дихання (ЧД), глибина дихання і їх якісне співвідношення. З урахуванням частоти дихання і дихального об’єму може бути розрахований хвилинний об’єм дихання (ХОД).

В комп’ютерному спірографі СП-3000 дослідження ХОД проводиться при спокійному і рівному диханні пацієнта протягом однієї хвилини. Такий спосіб розрахунку ДО є більш точним, оскільки в цьому випадку явним чином вимірюється хвилинний об’єм дихання, визначається частота дихання, а ДО вираховують  діленням ХОД на ЧД.

ХОД, очевидно, залежить від рівня метаболізму, і в тих випадках, коли він перевищує належну для цього рівня величину, можна говорити про гіпервентиляцію. Через високу вариабельність ХОД важко оцінити, а діагностична значущість його до кінця не пояснюваня

Наступний, більш навантажувальний для пацієнта етап – визначення життєвої ємкості легенів (ЖЄЛ), що є основним показником спірометрії є життєва ємність легенів (ЖЄЛ, VC), а саме максимальнй об’ємом повітря, яке можна вдихнути (інспіраторна VC) або видихнути (експіраторна VC). Щоб виміряти VC, пацієнт робить спочатку вдих до граничного об’єму легенів, а потім, по можливості, повний видих.

Деяка кількість повітря залишається в легенях навіть після максимального експіраторного маневру. Цей об’єм називають залишковим об’ємом (ОО, RV). Сума життєвої ємкості і залишкового об’єму дає загальну ємкість легенів (ЗЄЛ, TLC). Залишковий об’єм не можна визначити за допомогою однієї спірометрії; це вимагає додаткових вимірювань об’єму легенів.
Тест ФЖЄЛ (форсована життєва ємкість легенів)

Цей найцінніший етап дослідження функції зовнішнього дихання – вимірювання потоків і об’ємів при виконанні форсованих вентиляційних маневрів – для багатьох пацієнтів, особливо з вираженими вентиляційними порушеннями, є достатньо втомлювальним і неприємним. Слід зазначити, що для підвищення відтворюваності результатів необхідне виконання 3-х, а іноді й значно більшого числа спроб. У деяких пацієнтів, особливо немолодого віку та при залізодефіцитній анемії, може спостерігатися нетримання сечі. Виконання тесту може спровокувати напад кашлю, а у деяких пацієнтів – навіть напад утрудненого дихання.

Запис проводиться після 5-10 хвилинного відпочинку. Дихання здійснюється через загубник, на ніс накладається затискач. Пацієнт повинен сидіти прямо, зручно, не сутулячись і не закидаючи голову. Заздалегідь необхідно детально пояснити пацієнту, як правильно виконується даний дихальний маневр. По команді лікаря пацієнт здійснює максимально повний вдих і слідом за ним він повинен виконати різкий і тривалий видих, настільки форсований і повний, наскільки це можливо. При цьому початок форсованого видиху повинен бути швидким і різким, без коливань. Важливою умовою є достатня тривалість видиху (не менше 6 секунд) і підтримка максимального експіраторного зусилля протягом всього видиху, до моменту його повного завершення. Тест повторюється 3 – 4 рази, під візуальним контролем реєстрованої кривої. При правильному виконанні тесту криві “потік-об’єм” повинні мати схожий кут нахилу. При необхідності повторити дослідження, перед початком його пацієнт повинен відпочити, оскільки форсований видих є свого роду функціональним навантаженням. Дослідження можна проводити у дітей старших 5 років, здатних активно виконувати необхідну задачу.

Мал.7. Нормальна крива потік-об’єм. Крива вдиху симетрична і має опуклу форму. Крива видиху має лінійну ділянку. MIF 50% > MEF 50% 

Типові помилки при виконанні форсованих вентиляційних маневрів

       недостатньо щільне захоплення загубника, що приводить до витоку повітря між ним і губами пацієнта

       неповний вдих

       невчасне, ще до захоплення загубника, початок форсованого видиху

       надмірне підтискання губ або стиснення зубів

       відсутність належного вольового зусилля

       недостатня тривалість видиху

       передчасний вдих

       виникнення кашлю у момент виконання дихального маневру

За кожною із спроб дослідник здійснює візуальний контроль на екрані, вибирає технічно прийнятні спроби. Не враховуються в дослідженні криві переривисті (через кашель, нещільний контакт з трубкою і т.д.) і одержані при форсованому видиху, що триває менше 6 секунд. Вибрана спроба не повинна перевищувати наступну більш, ніж на 5%. Вибрані криві потік-об’єм повинні мати однакову форму, чітко виражений і неуплощенный пік, який досягається на рівні не більш 5% від ФЖЄЛ видиху.

Максимальна довільна вентиляція легких МВЛ:

Це частина навантаження спірографічного дослідження.

Пацієнту пропонують дихати максимально часто і в той же час якомога більш глибоко протягом 12 секунд. Якщо цей тест проводиться у дитини, то йому можна пояснити, що потрібно “надихати в прилад якомога більше повітря, для чого необхідно дихати якомога глибше і частіше”.

У ряду хворих, особливо за наявності вегетативної дистонії, виконання цього маневру супроводжується запамороченням, потемнінням в очах, а іноді і непритомністю, а у хворих з вираженим синдромом бронхіальної обструкції можливе значне посилення експіраторного диспное, тому тест повинен розглядатися як потенційно небезпечний для пацієнта.

В той же час інформативність методу невисока. Зі всіх показників функції дихання МВЛ понад усе залежить від довільного вольового зусилля пацієнта. При бронхообструктивних захворюваннях МВЛ високо корелює з ОФВ1, визначуваному в більш легко здійснимому тесті і має велику цінність. У зв’язку з цим метод МВЛ не знаходить широкого вживання. Рівень МВЛ необхідно знати при проведенні спироергометрії для розрахунку вентиляційної межі, проте при цьому віддають перевагу замість безпосереднього її вимірювання обчисленню на основі емпіричного відношення МВЛ=ОФВ1 х 35.

Об’ємна швидкість повітряного потоку є головним чинником, що визначає здатність вентилятора легенів. Об’ємну швидкість потоку можна визначити по експіраторному маневру життєвої ємкості легенів з урахуванням затраченого часу При використовуванні спірографа, подібного тому, що зображений на мал. 1, цей час визначається на підставі швидкості обертання циліндра. За допомогою даних вертикальної осі, що представляють об’єм (VC), і даних горизонтальної осі, що показують відлік часу, розраховується об’ємна швидкість повітряного потоку (об’єм/час).
Типова спірограма, одержана у такий спосіб, показана на мал. 2. Об’їє легенів на вершині спірограми – TLC. У міру того, як пацієнт видихає, реєструється крива, яка поступово спдющується при наближенні до кінця видиху, тобто до рівня залишкового об’єму легенів. Із спірограми експіраторного маневру виводять декілька ключових величин.

Об’єм форсованого видиху за 1 секунду (OФB1, FEV1) є кількістю повітря, видихнутого за першу секунду. Прийнято виражати FEV1 у відсотках до форсованої життєвої ємкості легенів (ФЖЄЛ, FVC).

Мал.2. Спірометричні вимірювання, одержані в процесі форсованого видиху від рівня TLC до RV (FVC)

Здорові люди за першу секунду видихають щонайменше 70% FVC, пацієнти з важкою обструктивною хворобою ПШ – від 20 до 30%. Відношення FEV1/FVC% є вкрай корисним параметром.

Інша важлива спірометрична величина – об’ємна швидкість потоку в середній частині експіраторного маневру: форсований експіраторний потік між 25% і 75% форсованої життєвої ємкості легенів (ФЭП25%-75%, FEF25%-75%). За допомогою цієї величини оцінюється середня об’ємна швидкість повітряного потоку між 25% і 75% об’єму, що видихається.

Петля потік-об’єм

Простий механічний пристрій на зразок водяного спірографа (мал. 1) був витиснений електронними приладами, які зробили можливим точне вимірювання інспіраторного і експіраторного потоків. Ці прилади також дозволяють проводити вимірювання об’ємної швидкості потоку як функції об’єму легенів. Щоб зрозуміти відношення між об’ємною швидкістю повітряного потоку і об’ємом легенів, необхідно проаналізувати петлю потік-об’єм (мал. 3).

Після деякого періоду спокійного дихання пацієнт робить максимальний вдих, внаслідок чого реєструється крива еліптичної форми (крива АЄВ). Об’єм легенів в точці максимального вдиху (крапка В) є TLC. Вслід за цим пацієнт робить форсований видих (FVC) (крива ВСDА)

Виходячи з цього, петля потік-об’єм описує відношення між об’ємною швидкістю повітряного потоку і об’ємом легенів протягом вдиху і видиху. Вона містить ті ж самі відомості, що і проста спірограма. Проте за допомогою цієї петлі можна легко одержати додаткові корисні відомості.

Очевидно, що характеристики повітряного потоку під час форсованого вдиху і видиху помітно відрізняються один від одного. Повітряний потік під час вдиху певною мірою симетричний: щонайвища його швидкість досягається приблизно в середній крапці кривою. Ця крапка називаєтся максимальною об’ємною швидкістю вдиху при 50% життєвої ємкості легенів (МОС50%вд, MIF50%).

Мал. 3. Нормальна петля” співвідношення об’ємної швидкості потоку і об’єму в процесі максимальних вдиху і видиху. Вдих починається в крапці А, видих в крапці В. Піиковий експіраторний потік (PEF), спостерігається в крапці С. Максимальный експіраторний потік в середині життєвої ємкості (Vmax50%) відповідає крапці D, тоді як максимальний інспіраторний потік (МIF50%) – крапці E.

На противагу цьому, максимальна об’ємна швидкість експіраторного повітряного потоку – піковий експіраторний потік (ПОС, PEF) – спостерігається по ходу видиху дуже рано. Об’ємна швидкість потоку лінійно падає аж до закінчення видиху. Як вказано при описі спірограми, швидкість повітряного потоку між 25% і 75% форсованої життєвої ємкості легенів може бути встановлена з кривої потік-об’єм. Зручніше, проте, розглядати об’ємну швидкість повітряного потоку середини форсованого видиху (Vmax50%). Зазвичай MIF50% в 1,5 рази більше Vmax50%, оскільки збільшення опору ПШ під час видиху обмежує експіраторний потік. Хоча петля потік-об’єм містить в основному ту ж інформацію, що і проста спірограма, наочність відношення між потоком і об’ємом дозволяє більш глибоко проникнути у функціональні характеристики як верхніх, так і нижніх ПШ. Аналіз петлі потік-об’єм може бути корисний в діагностично важких випадках, що буде підтверджене прикладами.

   Клінічне застосування спірометрії

Спірометрія може бути використана для визначення двох основних патофізіологічних типів відхилення від норми: обструктивного і рестриктивного.

При обструктивних розладах провідною патофізіологічною аномалією є збільшений опір ПШ. В простому випадку (наприклад, бронхіальна астма) легенева паренхіма нормальна, але звужені ПШ. Отже, FVC може бути збережена, але повітряний потік знизиться і FEV1/FVC% зменшиться.

Рис.9. ХОЗЛ, астма.

Як видно з малюнка, нахил спірограмі видиху помітно понижений в порівнянні з нормою і FEV1/FVC% зменшено. FEF25%-75%, не показаний на малюнку, також понижений.
Рестриктивні розлади характеризуються обмеженням наповнення грудної клітки повітрям: легенева паренхіма змінена таким чином, що легені стають жорсткими і насилу розправляються. Функція ПШ зазвичай залишається нормальною і, отже, швидкість повітряного потоку не зазнає змін. Хоча FVC і FEV1 знижуються, відношення FEV1/FVC% залишається нормальним (мал. 4В). Не показана на малюнку величина FEF25%-75% зменшена. При рестриктивних легеневих розладах зменшений об’єм легенів знижує еластичну віддачу. Тому величина FEF25%-75% може бути понижена і у відсутності обструкції ПШ.

Ті ж самі функціональні відхилення, властиві обструктивним і рестриктивним розладам, описуються експіраторною частиною петлі потік-об’єм (мал.5). У пацієнтів з рестриктивними хворобами петливши потік-об’єм виглядає як зменшений варіант нормальної. Спірограма в її експіраторній частині має нормальну форму. Всі величини, включаючи об’ємну швидкість повітряного потоку, понижені, оскільки понижений і об’єм легенів. НаПШаки, при хворобах обструкції ПШ форма петлі потік-об’єм помітно змінена: експіраторній її частині властиві знижена пікова об’ємна швидкість потоку і помітно спотворений контур, об’ємна швидкість повітряного потоку понижена протягом всього видиху.

Мал. Типові спірограмиі. (А) Здорова людина. (B) Хвороий з обструктивною хворобою ПШ. (З) Хворий з рестриктивною хворобою легенів.

FEV1/FVC% знижено при обструкції і збережено при рестрикції.

 

Мал. Типові петлі експіраторної об’ємної швидкості потоку-об’єму у здорової людини і хворих з обструктивною і рестриктивной патологією легенів. При обструкції об’єм легенів збільшений і крива зсунута вліво. Об’ємні швидкості потоку видиху зменшені при всіх об’ємах легень. При рестрикції об’єм легенів понижений і крива зсунута ПШраво. Хоча пікова об’ємна швидкість потоку зменшена, об’ємні швидкості експіраторного потоку збільшені в порівнянні з об’ємними швидкостями потоку у здорової людини при тому ж об’ємі легенів.

Тести на силу дихальних м’язів
Іноді нервово-м’язові розлади виглядають як захворювання з ураженням паренхіми легенів, що приводять до обмеження розширення грудної клітки. Зниження сили дихальних м’язів може викликати схожі відхилення в результатах легеневих функціональних тестів.

Якщо власне легені здорові, то основною патофізіологічною проблемою стає енергетична неспроможність, при якій вдих ослаблений, VC знижена, а результати функціональних тестів схожі на ті, що одержують при захворюваннях з рестриктивными поразками паренхіми легенів. Щось подібне можна спостерігати при недостатньому сприянні у виконанні тесту з боку пацієнта або слабкої мотивації. З практичної точки зору проблема полягає в тому, щоб встановити, чим обумовлена рестрикція дійсно рестриктивними змінами легенів, ураженням нервово-м’язової системи або недостатніми зусиллями пацієнта.

 

Для уточнення ситуації може бути зміряна сила скорочення м’язів вдиху і видиху. Пацієнту пропонують зробити максимальне зусилля вдиху або видиху на вхід манометра, який реєструє створюваний ізометрія результуючий тиск.

Сили, що розвиваються дихальними м’язами, тісно пов’язані з об’ємом легенів. Максимальний тиск вдиху (MIP) досягається при якнайменшому легеневому об’ємі (RV), коли відношення довжина-напруга в діафрагмі оптимізовано. І наПШаки, максимальний тиск видиху (МЕР) досягається при TLC. Пацієнти з нервово-м’язовими захворюваннями часто не здатні досягти максимальних величин тиску, що припускає рестриктивную патологію легенів. Ті ж пацієнти, які надають слабке сприяння при проведенні тесту, часто добиваються цих величин легко. Так можна розрізнити недбале відношення до участі у функціональному тестуванні і слабкість нервово-м’язової природи. Важливо розуміти, що максимальні величини інспіраторного і експіраторного тиску є специфічними тестами функції дихальних м’язів, і вони, здебільшого, не відображають власне патологію легенів.

Корисним тестом функції дихальної системи в цілому, включаючи м’язову силу, є максимальна довільна вентиляція (MVV). Виконуючи цей маневр, пацієнт протягом 12 з дихає так часто і глибоко, як тільки може. Величина вентиляції (MVV) вимірюється і виражається в літрах за 1 хв. Емпірично було встановлено, що MVV в 35-40 разів більше FEV1

Метод розведення гелію
Метод розведення гелію заснований на простому принципі збереження мас.

Інертний газ гелій, укладений в дихальному контурі відомого об’єму, розводиться додатковим об’ємом невідомої величини – об’ємом легенів в положенні FRC. Після періоду дихання, необхідного для вирівнювання газового складу в системі в цілому, нова понижена концентрація гелію відображає загальний об’єм легенів і дихального контура, в якому цей газ розподілився. Оскільки об’єм останнього відомий, об’єм легенів може бути розрахований.
Обстежуваний дихає в контурі, який включає водяний спірометр і поглинач СО2. До системи приєднаний пристрій, що забезпечує її киснем. Безперервне видалення СО2 поглиначем і поповнення кисню із зовнішнього джерела дозволяють пацієнту дихати в контурі тривалий час. Перед початком дослідження система наповнюється газовою сумішшю з відомою концентрацією гелію. Під час процедури гелій розлучається по всій системі “легені-спірометр“. Після встановлення рівноваги нова концентрація гелію є мірою нового об’єму, в якому розподілився газ.

Отже, об’єм контура спірометра (Vg) відомий, початкова (He1) і кінцева концентрації гелію після поворотного дихання в системі (Не2) вимірюються. Загальна кількість гелію, присутня первинно (твір початкової концентрації гелію і початкового об’єму контура спірометра, рівно загальній кількості гелію після його рівномірного розведення по всій системі “легені-спірометр” (утворення кінцевої концентрації гелію і кінцевого об’єму системи, що включає початковий об’єм спірометра плюс FRC).

Vs x He1 = (Vs+FRC) x He2, [4-1]
Вирішуючи рівняння [4-1] щодо FRC, одержуємо наступний вираз:
FRC=Vs x (He1-He2)/He2 [4-2]

Величина FRC, розрахована таким шляхом, насправді включає невеликий об’єм мертвого простору спірометра, який повинен бути віднятий для отримання істинної FRC пацієнта.
Хоча метод розведення гелію простий, його точність залежить від повноти змішування газу в легенях. У здорових людей повне змішування займає всього лише декілька хвилин. Проте у пацієнтів з погано вентильованими ділянками легенів, наприклад при обструктивній легеневій патології, урівноваження концентрації гелію наступає набагато пізніше. Таким чином, у пацієнтів з нерівномірною вентиляцією визначення легеневих об’ємів методом розведення гелію може дати неточні результати, а процедура вимірювання займає тривалий час.

Плетизмографія тіла:
Плетизмографія тіла є більш швидким і надійним методом вимірювання об’єму легенів, ніж метод розведення гелію, проте він вимагає складнішого технічного оснащення. Принцип плетизмографії тіла базується на законі Бойля, який описує постійність відношення між тиском (Р) і об’ємом (V) газу при постійній температурі:
P1V1 = P2V2 [4-3]
де Р1 – початковий тиск газу, V1 – початковий об’єм газу, Р2 – тиск після зміни об’єму газу, V2 – об’їм після зміни тиску газу.

 Метод вимірювання FRC за допомогою розведення гелію в замкнутій системі. (А) Система перед під’єднуванням випробовуваного. (б) Система після під’єднування випробовуваного і досягнення рівноваги. Початкова концентрація гелію в системі (Не1) порівнюється з кінцевою концентрацією після поворотного дихання (Не2). Якщо об’єм спірометра (Vs) і його мертвий простір (Vd) відомі, FRC може бути розраховане як
FRC = Vs x (He1-He2)/He2 – Vd

Відкриття і закриття шланга управляється електронним пристроєм. Людина від рівня FRC робить спроби вдихів і видихів при закритому шлангу. Газ, що міститься в легенях, поперемінно стискається (на “видиху”) і розріджується (на “вдиху”). Зміни тиску в ротовій порожнині (як еквівалент альвеолярного тиску) і внутрішньогрудного об’єму газу (як віддзеркалення коливань тиску в герметичній кабіні) постійно реєструються. Внутрішньогрудний об’єм газу (VTG) як еквівалент FRC вимірюється згідно закону Бойля:
P1 xVTG = (Pl + DPA)x(VTG+DV) де: P1 – початковий тиск в ротовій порожнині при FRC (тобто атмосферний або барометричний тиск), DРА – зміна тиску в ротовій порожнині під час маневру “дихання” при перекритому шлангу, DV – зміна об’єму легенів під час маневру “дихання” при перекритому шлангу.
Вирішуючи рівняння щодо VTG, одержуємо:
VTG = DV/DPA x (Pl + DPA). [4-5]
Оскільки DРА нікчемне в порівнянні з P1, рівняння [4-5] може бути представлено в наступному вигляді:
VTG = DV/DPA x Pl [4-6]
VTG виражається в літрах. P1 – барометричний тиск – вимірюється прямим методом. Член рівняння [4-6] DV/DPA є нахилом лінії, проведеної через петлю об’єм-тиск.

 Плетизмографія тіла забезпечує дуже швидке вимірювання об’єму легенів і може бути застосована багато разів за короткий час. Деякі пацієнти проте не переносять перебування в кабіні через боязнь замкнутого простору (клаустрофобія). Крім того, перешкодою для використовування цього методу можуть бути недоліки складання (наприклад, крайні ступені ожиріння).

Типові дані тестів при патологічно зміненій функції легенів:
Існують декілька типових відхилень від норми результатів тестів легеневої функції, заснованих на вимірюванні об’ємної швидкості повітряного потоку і об’єму легенів
При рестриктивном типі головним патофізіологічним механізмом є обмежене розпрямлення легенів, що виявляється зниженням легеневих об’ємів і зменшенням рушійної сили експіраторного потоку. Проте ПШ і їх опір залишаються в нормі. Спірометрія виявляє зменшення FVC і FEV1, але збереження FEV1/FVC%. Через зниження об’єму легенів абсолютна об’ємна швидкість повітряного потоку також понижена, на що вказує низька величина FEV1/FVC%. Об’єми легенів, включаючи FRC, зменшені, що дає картину “зморщеної легені”.

 При обструктивному типі корисно з’ясувати, чи піддається обструкція дії бронходилататорів. Підвищення об’ємної швидкості повітряного потоку після інгаляції аерозолю   може означати, що обструкція, принаймні частково, викликана бронхоспазмом. Обструкція дихальних шляхів розглядається як оборотна або “бронходилататор-реактивна”, якщо FEV1 поліпшується хоча б на 15% після інгаляції бронходилататора.

Для виявлення змін функції легенів за допомогою провокаційної проби також застосовується спірометрія. Наприклад, деякі пацієнти з підозрою на бронхіальну астму мають нормальні дані спірометрії. В діагностичних цілях корисно встановити, чи викликається у таких пацієнтів бронхоспазм фармакологічно. При метахолиновому провокаційному тестуванні парасимпатомиметичний препарат, метахолін, інгалюється в послідовно зростаючих дозах. Для оцінки ефекту цієї речовини на експіраторний потік після інгаляції кожної дози виконується спірометричне дослідження. У пацієнтів з бронхіальною астмою бронхоспазм розвивається при відносно низькій кумулятивній дозі метахолина.

Виявлення обструкції верхніх дихальних шляхів:
Як вже наголошувалося, петля потік-об’єм дає додаткову до даних спірометрії інформацію. Аналізуючи форму петлі, можна виявити обструкцію верхніх дихальних шляхів. В зв’язку з цим необхідно виділити два важливі фізіологічні принципи.

Перший принцип полягає в тому, що дихання через “фіксовану обструкцію” (тобто обструкцію, геометрія якої залишається постійною в обох фазах дихання) обмежує повітряний потік як на вдиху, так і на видиху. При виконанні здоровою людиною тесту за визначенням життєвої ємкості легенів через вузькі ригідні трубки, контури петлі потік-об’єм змінюються. Якщо фіксована обструкція зустрічається в центральних ПШ, петл потік-об’єм проявляє зниження об’ємної швидкості потоку як на вдиху, так і на видиху.

Другий фізіологічний принцип полягає в тому, що динамічні чинники надають різну дію на внутрішньогрудні і позагрудні ПШ. Внутрішньогрудні ПШ під час вдиху підтримуються відкритими негативним плевральним тиском. Під час форсованого видиху позитивний плевральний тиск, створює компресію і зменшує їх діаметр. Отже, опір ПШ підвищується тільки під час видиху.

 Негативний тиск усередині екстраторакальных ПШ є причиною їх звуження на вдиху. Під час видиху вищезгаданий тиск стає позитивним, збільшуючи діаметр ПШ. В нормі широкі ПШ поводяться як напівригідні трубки і схильні тільки помірній компресії. Проте якщо ПШ стають звуженими і пластичними, їх опір під час дихання може помітно коливатися.
Функціональні типи обструкції верхніх дихальних шляхів
Виходячи з вищеописаних фізіологічних принципів, можна виділити три функціональні типи обструкції верхніх ПШ на основі аналізу петлі потік-об’єм:
(1) фіксована обструкція, (2) змінна внутрішньогрудна обструкція і (3) змінна внегрудная обструкція.
Як при фіксованій, так і при змінній внутрішньогрудній обструкції спірометрія виявляє зменшення FEV1/FVC% і FEF25%-75%, указуючи на обмеження експіраторного потоку. Проте форми кривих потік-об’єм при цих двох видах порушень помітно відрізняються.
При фіксованій обструкції, такий як стеноз трахеї унаслідок трахеостомії, крива сплющена або позбавлена верхівки, а пік потоку, що легко знаходиться в нормі, відсутній.
 Контур експіраторного потоку співпадає з інспіраторним; швидкості середини потоку як вдиху, так і видиху приблизно рівні. Це протилежно звичайному відношенню, де об’ємна швидкість потоку на вдиху приблизно в 1,5 рази вище такій на видиху.

Тести при захворюваннях дрібних повітряних шляхів:
Спочатку тести на виявлення обструкції дрібних ПШ (діаметром менше 2 мм) були дуже популярні, оскільки існувала гіпотеза про те, що обструктивна хвороба легень оборотна, якщо обструкція обмежується дрібними ПШ. Проте знайти скільки-небудь переконливу кореляцію між результатами цих тестів і клінічною картиною обструктивної хвороби легенів не вдалося, і ці тести не набули надалі широкого поширення.

Крива тиск-об’єм при емфіземі більш крута (збільшена розтяжність), а максимальний тиск пластичної віддачі при TLC знижений. Крива тиск-об’єм при рестриктивном поразці легенів (наприклад, при легеневому фіброзі) більш полога (зменшена розтяжність), а максимальний тиск еластичної віддачі при TLC збільшений

Це обумовлено тим, що густина інертного газу гелію нижче густині повітря. При вдиханні гелієво-кисневої суміші відбувається зниження турбулентності потоку в крупних центральних ПШ і збільшення об’ємних швидкостей потоку там, де турбулентність зберігається. Оскільки опір дихальних шляхів вище в системі з турбулентними потоками  то зниження турбулентності приводить до зменшення опору. На відміну від крупних, в дрібних ПШ повітряний потік залишається ламинарним. Ламінарний потік від густини газу не залежить. Тому дихання газом з більш низькою густиною надає на потік і, отже, опір дрібних дихальних шляхів незначний ПШлив.

 Об’єм закриття
Іншим тестом функції дрібних ПШ, який розкриває цілий ряд фізіологічних закономірностей, є вимірювання об’єму закриття.
Менші по діаметру периферичні ПШ під час видиху піддаються компресії, стаючи поступово все більш вузькими у міру того, як об’єм легенів наближається до залишкового. Це приводить до зниження швидкості потоку при малих об’ємах легенів і до закриття дрібних повітряних шляхів. При патологічних змінах дрібних ПШ цей ефект посилюється. У результаті дрібні ПШ звужуються і закриваються в більш ранні фази видиху. Вимірювання об’єму закриття виконується шляхом визначення об’єму легенів, при якому потік в дрібних ПШ припиняється.

 

Клінічні приклади
Випадок 1.  Чоловік у віці 55 років скаржиться на задишку протягом року. Він багато палить, постійно кашляє, відхаркуючи кожний ранок білу мокроту об’ємом в декілька столових ложок. За словами хворого, у нього здорове серце, але він підозрює у себе емфізему. При аускультації виявляється дифузне ослаблення дихання. Рентгенограма грудної клітки виявляє здуття легенів, але в іншому вона без патологічних змін. Результати спірометрії показані в таблиці 1.

 

Початкова спірометрія виявляє помірну обструкцію ПШ, на що вказує знижене відношення FEV1/FVC% (60%). FVC не змінена. Отже, у хворого обструктивна хвороба легенів. В її основі може бути який-небудь оборотний процес, наприклад бронхіальна астма, або необоротний, такий як емфізема. Не можна виключити ендобронхиальне пошкодження, наприклад внутрішньогрудну пухлину. Для диференціальної діагностики була застосована інгаляція бронходилататора. Повторна спірометрія виявила виражену оборотність обструкції ПШ, на що вказує збільшення FEV1, на 20%. Це служить надійною ознакою наявності у хворого бронхоастматичного компоненту. Оборотність обструкції, за даними спірометрії, свідчить про сприятливий прогноз і дозволяє припустити, що ефект бронходилятаційної терапії буде позитивним.

Випадок 2 25-річна жінка декілька місяців знаходилася в лікарні з приводу дихального дистресс-синдрому. Після тривалої ендотрахеальной інтубації наступило повне одужання. Через три місяці після виписування її стала турбувати задишка, що поступово збільшується. Огляд не виявив яких-небудь відхилень в стані органів дихання. На рентгенограмі органів грудної клітки знайдені лише незначні інтерстиціальні зміни легенів. Результати спірометрії представлені в таблиці 2.

 

 

Тест функції легенів До бронходилататора Фактична величина % належної величини FVC (л) 4,0 108 FEV1 (л) 2,0 65 FEV1/FVC % 50   FEF25%-75% (л/с) 2,0 50 FIF25%-75% (л/с) 2,0 50 MW (л/хв) 50 41
Тест функции легень До бронходилататора Фактична величина %належної величини FVC (л) 4,0 108 FEV1 (л) 2,0 65 FEV1/FVC % 50   FEF25%-75% (л/с) 2,0 50 FIF25%-75% (л/с) 2,0 50 MW (л/хв) 50 41
Тест функції легенів До бронходилататора Фактична величина % належної величини FVC (л) 4,0 108 FEV1 (л) 2,0 65 FEV1/FVC % 50   FEF25%-75% (л/с) 2,0 50 FIF25%-75% (л/с) 2,0 50 MW (л/хв) 50 41

Спірометрія виявила нормальні величини FVC, але понижені FEV1 і FEV1/FVC%. Проте найважливішим слід рахувати рівність величин об’ємних швидкостей потоку середин вдиху і видиху. В нормі інспіраторний
 потік принаймні на 50% більше, ніж експіраторний. Ці дані говорять про те, що обструкція має місце як на вдиху, так і на видиху.В даному випадку обструкція стала результатом стенозу унаслідок попередньої ендотрахеальної інтубації. Таким чином, розгляд інспіраторної спірограми може виявитися вельми цінним для розпізнавання причини обструктивної хвороби ПШ.

Випадок 3. 50-річна жінка, анамнез якої без особливостей, скаржилася на задишку неясної етіології. Грунтовне кардіологічне обстеження не виявило патології. Дані фізикального огляду і рентгенограми грудної клітки в нормі. Результати спірометрії представлені в таблиці.

ТЕСТИ ФУНКЦІЇ ЛЕГЕНІВ	Петливши потік-об’єм, утворена при недостатніх зусиллях пацієнта.
Тест функції легенів До бронходилататора Фактична величина % належної величини FVC (л) 2.0 64 FEV1 (л) 1.8 70 FEV1/FVC % 90   FEF25%-75% (л/с) 2.0 59 FIF25%-75% (л/с) 4.0 78 MW (л/мін) 90 93 MIP (см. вод. ст.) 32 88 МЕР (см. вод. ст.) 63 90
Тест функції легень До бронходилататора Фактична величина % необхідної величини FVC (л) 2.0 64 FEV1 (л) 1.8 70 FEV1/FVC % 90   FEF25%-75% (л/с) 2.0 59 FIF25%-75% (л/с) 4.0 78 MW (л/хв) 90 93 MIP (см. вод. ст.) 32 88 МЕР (см. вод. ст.) 63 90
Тест функції легенів До бронходилататора Фактична величина % належної величини FVC (л) 2.0 64 FEV1 (л) 1.8 70 FEV1/FVC % 90   FEF25%-75% (л/с) 2.0 59 FIF25%-75% (л/с) 4.0 78 MW (л/мін) 90 93 MIP (см. вод. ст.) 32 88 МЕР (см. вод. ст.) 63 90

У хворого понижена величина FVC, відношення FEV1/FVC % в нормі, що указує на рестриктивну хворобу легенів або на нервово-м’язовий розлад. Проте нормальні величини MIP, МЕР і MVV свідчать проти останнього діагнозу. Оскільки ступінь порушень з боку органів дихання не відповідав загальній клінічній картині, була проаналізована петля потік-об’єм. Як  можна побачити, пацієнтка не завершує маневр видиху. Є різке передчасне припинення видиху; крива не повертається в початкову крапку (за об’ємом). Такі дані можуть бути результатом або несправності устаткування, або слабких зусиль пацієнта. У будь-якому випадку, без аналізу петлі потік-об’єм спірометрія може створювати помилкове враження про наявність серйозного захворювання легенів.

Випадок 4. 60-річний чоловік, портовий робітник, обстежувався для оцінки працездатності. В анамнезі тривалий контакт з азбестом, куріння. Фізікальне обстеження виявило ослаблене дихання і невелику кількість сухих розсіяних хрипів в обох легенях. Рентгенограма грудної клітки показала здуття легенів і помірне посилення інтерстиціального малюнка. Дані спірометрії, одержані до і після інгаляції бронходилататора, а також величини легеневих об’ємів приведені в таблиці.

Початкова спірометрія показує зниження FVC і помірний ступінь необоротної обструкції ПШ (немає реакції на інгаляцію бронходилататора). Ці дані цілком відповідають емфіземі. Обструктивний тип, що включає понижену FVC, також може бути обумовлений поєднанням обструктивної хвороби ПШ і рестриктивнї хвороби легенів, викликаної контактом з азбестом. Важливим тестом у визначенні переважаючого процесу є вимірювання легеневих об’ємів.
У пацієнта значно підвищені RV, FRC і TLC. Отже, рестриктивна хвороба легенів як причина пониженої FVC виключається. Підвищені величини об’ємів легенів вказують на втрату легенями еластичної віддачі і дозволяють припустити, що головним патофізіологічним процесом є обструкція ПШ як вторинний прояв емфіземи.