5 курс / Пульмонология и фтизиатрия / Спирографические_методы_исследования_функции_внешнего_дыхания_Полухина

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ ХАБАРОВСКОГО КРАЯ

ИНСТИТУТ ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ

СПЕЦИАЛИСТОВ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ

КАФЕДРА ЛУЧЕВОЙ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ

Полухина Е.В.

СПИРОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФУНКЦИИ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ

Рекомендовано УМО в качестве учебного пособия по функциональной диагностике для слушателей системы

послевузовской подготовки специалистов

Хабаровск

2004

УДК 616. 24 – 073. 173

ББК 54. 12я7+534я7 П 53

Спирографические методы исследования функции внешнего дыхания: Учеб. пособие по функцион. диагностике для слушателей системы послевуз. подгот. специалистов / Е.В. Полухина; М-во здравоохранения и соц. развития Хабар. края, Ин-т повышения квалификации специалистов здравоохранения. – Хабаровск: Изд. центр ИПКСЗ. – Хабаровск, 2004. – 56 с.

Полухина Е.В., к.м.н., ассистент кафедры лучевой и функциональной диа-

гностики. Спирографические методы исследования функции внешнего ды-

хания: Учебное пособие по функциональной диагностике для слушателей системы послевузовской подготовки специалистов.

Учебное пособие соответствует программе профессиональной переподготовки и усовершенствования врачей по функциональной диагностике и направлено на получение современных знаний по вопросу исследования функции внешнего дыхания с помощью спирографии.

Пособие основано на собственном опыте, а также данных отечественной и зарубежной литературы. Учебное пособие в достаточной степени восполняет дефицит информации по данному вопросу в пособиях и монографиях.

Пособие предназначено для слушателей системы последипломной подготовки: врачей функциональной диагностики, пульмонологов и терапевтов.

Ил. - 20. Табл. - 4. Библиограф. - 13 назв.

Рецензенты:

профессор кафедры факультетской терапии ДВГМУ, д. м. н., Жарский С.Л.;

зав. кафедрой педиатрии и неонатологии, к.м.н., доц. Колесникова С.М.

Утверждено ЦМС Института повышения квалификации специалистов здравоохранения МЗ Хабаровского края 23.06. 2004 г.

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………..…………….. 4

1.СИСТЕМА ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ…………………………………….... 4 1.1 Понятие о системе внешнего дыхания ………………………………….… 4 1.2 Недостаточность внешнего дыхания……………………………..………. 7

2.СПИРОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ……….……....… 9

2.1 Показатели, характеризующие состояние функции внешнего дыхания. . 9 2.1.1 Легочные объемы и емкости ………………………..…………..………. 9 2.1.2 Показатели легочной вентиляции………………………………..…........ 13 2.1.3 Показатели, характеризующие состояние бронхиальной проходимости.14 2.1.4 Показатели, характеризующие эффективность легочного дыхания ….. 16

2.2 Пневмотахография ……………………………..…………………..…..….. 17

3.ПРОВЕДЕНИЕ СПИРОГРАФИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ …..….…. 19

3.1 Спироанализаторы …………………………………………..…….…….…. 19

3.2Методика спирографического исследования ……………….……………. 22

4.ОЦЕНКА СПИРОГРАФИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ……………..….…. 25 4.1 Понятие о должных величинах ……………………….…………..…….… 25 4.2 Оценка данных спирографического исследования ………..…….….…… 26

5. ИЗМЕНЕНИЕ КРИВОЙ ПОТОК-ОБЪЕМ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ ПАТОЛОГИИ.... 29

5.1Синдром изолированной обструкции мелких бронхов……………....…... 29

5.2Синдром изолированной обструкции верхних дыхательных путей…..... 30

5.3Синдром генерализованной обструкции ……………………..………..….. 34

5.3.1 Преходящая генерализованная обструкция …………………….…..….. 35 5.3.2 Стойкая генерализованная обструкция …………………….….…..…..…36

5.4Синдром гипотонической дискинезии трахеи и крупных бронхов…...…..39

5.5Ограничительный синдром ……………………………………………...…..40

5.6Дыхательные неврозы …………………………………………………....….41

6. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРОБЫ……………………………………………....42

6.1Бронходилятирующие пробы …………..………………………...…..…… .43

3

ВВЕДЕНИЕ

Болезни органов дыхания являются одной из самых распространенных групп заболеваний и частых причин смерти, что во многом обусловлено поздней диагностикой этой патологии – выраженные симптомы заболевания проявляются, когда легочная функция уже существенно нарушена, а терапия теряет часть эффективности. Поэтому ранняя диагностика функциональных респираторных нарушений при заболеваниях легких является проблемой чрезвычайно актуальной. Функциональные методы исследования приобретают все большее значение в диагностике заболеваний легких. Это связано с потребностью клиницистов в объективной количественной и качественной характеристике возникающих у больного нарушений дыхания. Показатели функции внешнего дыхания (ФВД) важны как для установления диагноза и определения степени тяжести заболевания, так и для выбора лечебных программ. Динамические наблюдения за больными с повторными исследованиями ФВД позволяют вносить изменения в лечение, прогнозировать течение и даже исход заболеваний органов дыхания.

Основными методами, которые используются для исследования функции дыхания, являются спирометрия, пневмотахометрия, бодиплетизмография, исследование легочной диффузии, измерение растяжимости легких, эргоспирометрия и непрямая калориметрия. Первые два метода могут считаться скрининговыми и обязательными в лечебных учреждениях, осуществляющих наблюдение, лечение и реабилитацию легочных больных.

Расширение наших представлений о физиологии дыхания, совершенствование аппаратных средств и методов спирографического исследования и внедрение микропроцессорной техники ознаменовали собой новый этап в функциональной диагностике заболеваний органов дыхания. Появилась возможность не только диагностировать бронхиальную обструкцию и оценивать степень ее выраженности, но и реально обсуждать вопросы топической диагностики обструктивных нарушений и причины тех патологических процессов, которые ее вызвали. Сегодня компьютерная спирография достаточно широко используется в отделениях функциональной диагностики, что обусловливает неослабевающий интерес медицинской общественности к возможностям и перспективам этого метода исследования.

1.СИСТЕМА ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ

1.1Понятие о системе внешнего дыхания

Газотранспортная система, обеспечивающая перенос газов между атмосферой и кровью легочных капилляров, носит название системы внешнего дыхания. Она обеспечивает стабилизацию газового состава внутренней среды организма. В выполнении этой задачи принимают частичное участие и некоторые другие органы и системы, например почки, система кровообращения, центральная нервная система, однако система внешнего дыхания играет ведущую роль. Подобно многим другим функциональным системам организма, она работает по существу ради достижения одной единственной цели — гомеостаза, возвращения к исходному уровню биохимических характеристик гуморальной среды организма,

4

меняющихся в процессе жизнедеятельности. Тем субстратом, на который направлено гомеостатическое воздействие системы внешнего дыхания, является притекающая к легким венозная кровь.

Газовый состав венозной крови зависит от интенсивности метаболизма на уровне тканей, который может быстро меняться в значительных пределах, в частности, при физической работе. При этом в задачу системы внешнего дыхания входит не только элиминация СО2 из венозной крови и адекватное восполнение дефицита О2, но и поддержание неизменного уровня рН крови, меняющегося как в связи с изменениями напряжения в крови СО2, так и в силу собственно метаболических процессов в тканях.

Дыхание — совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм О2, использование его в биологическом окислении органических веществ и удаление из организма СО2. Дыхательная система приспосабливает обмен газов к широкому спектру разнообразных обстоятельств - от состояния покоя до тяжелой физической нагрузки. В условиях последней, когда требуется повышение потребления О2 и выделения СО2, необходима большая эффективность газообмена и вентиляции.

У человека дыхание включает следующие последовательные процессы:

1)легочную вентиляцию — газообмен между атмосферой и альвеолярным пространством;

2)легочный газообмен — газообмен между альвеолярным пространством и кровью легочных капилляров;

3)транспорт газов кровью;

4)тканевое дыхание.

Два первых процесса — вентиляция и газообмен в легких объединяются понятием внешнее или легочное дыхание. Легочное дыхание — это газообмен между атмосферой и кровью легочных капилляров, результатом чего является артериализация крови (повышение напряжения кислорода и снижение напряжения углекислого газа в крови). Транспорт газов кровью представляет собой доставку кислорода к тканям и обратный транспорт углекислого газа, что обеспечивается деятельностью сердечно-сосудистой системы. Тканевое дыхание — это комплекс биохимических процессов внутриклеточного окисления.

Функция внешнего дыхания обеспечивается работой системы внешнего дыхания, которая включает: воздухопроводящие пути и альвеолярный аппарат, костно-мышечный каркас грудной клетки и плевру, дыхательную мускулатуру, малый круг кровообращения, нейрогруморальный аппарат регуляции.

Главной функцией воздухопроводящих путей является доставка воздуха в респираторную зону. Выделяют верхние (носовые ходы, полость рта, придаточные пазухи носа, носоглотка) и нижние (гортань, трахея и бронхи, вплоть до их терминальных ветвлений) воздухопроводящие пути. Максимальное число генераций бронхов, начиная от главного бронха и кончая альвеолярными мешками обычно составляет 23. С 17 генерации в стенке бронхиол начинают встречаться единичные альвеолы. В последующих двух генерациях их количество увеличивается. 20-22 генерации представляют собой дыхательные бронхиолы, вся стенка

5

которых занята альвеолами (альвеолярные ходы 1-3 порядка). 23 генерация – альвеолярные мешочки, замыкаются концевой группой альвеол.

Дыхательные пути можно разделить на две зоны: кондуктивную и транзиторную. В первую входят воздухопроводящие пути до 16 генерации бронхов, во вторую – с 17 по 23 генерации. Кондуктивная зона занимает всего около 3 % общего объема легких (150-200 мл), транзиторная - около 30 %. Длина и диаметр бронхов каждой последующей генерации уменьшаются. Однако поскольку одновременно резко возрастает их количество, то суммарное поперечное сечение воздухопроводящих путей прогрессивно увеличивается. Тип воздушного потока варьирует от турбулентного в центральных воздухопроводящих путях до ламинарного в мелких.

С точки зрения физиологии дыхания, достаточно оправдано деление бронхиального дерева на 3 уровня: 1) периферические дыхательные пути с внутренним диаметром 2 мм и менее; 2) воздухопроводящие пути свыше 2 мм в диаметре, вплоть до бифуркации трахеи; 3) собственно верхние дыхательные пути, включающие, помимо трахеи, гортань, глотку, полость носа и рта.

Собственно респираторную зону составляют альвеолы, окутанные сетью капилляров. Форма альвеол близка к усеченной сфере. Усеченная поверхность открыта и обращена к альвеолярному ходу.

Газообмен О2 и СО2 через альвеолярно-капиллярную мембрану происходит с помощью диффузии, которая осуществляется в два этапа. На первом этапе диффузионный перенос газов происходит через аэрогематический барьер, на втором - происходит связывание газов в крови легочных капилляров. Структура легких создает благоприятные условия для газообмена: дыхательная зона каждого легкого содержит около 300 млн альвеол и примерно такое же число капилляров, имеет площадь 40-140 м2, при толщине аэрогематического барьера всего 0,3-1,2 мкм. Эластическая паренхима лёгких ведет себя подобно резиновому баллону. Для его наполнения требуется энергия; при прекращении энергетических затрат, поддерживающих баллон в расправленном состоянии, он спадается. Нарушения, делающие легкие жесткими (например, легочный фиброз), препятствуют их полному спадению, в то время как нарушения эластичности легких (например, при эмфиземе) уменьшают силу, с которой они опорожняются. Поскольку сами легкие не способны инициировать дыхание, грудная клетка и дыхательная мускулатура должны создавать силы, необходимые для вентиляции. Дыхательные мышцы активны при вдохе; мышцы выдоха обычно работают только при определенных патологических состояниях и при физической нагрузке. Деформация грудной клетки и болезни дыхательных мышц могут влиять на функцию дыхательной "помпы", приводя к дыхательной недостаточности.

Структура системы внешнего дыхания обеспечивает максимальную эффективность вентиляции. Нормальную артериализацию крови в легких обеспечивают три процесса: непрерывная вентиляция альвеол для поддержания нормального газового состава альвеолярного воздуха, диффузия газов через альвеолярнокапиллярную мебрану, непрерывный легочный кровоток, причем вся кровь должна проходить через капилляры и распределяться в различных зонах легких в строгом соответствии и объемом их вентиляции.

6

Нарушения любого из этих звеньев могут приводить к развитию дыхательной недостаточности. При спирографическом исследовании удается судить о состоянии лишь одного из звеньев системы легочного дыхания - аппарата вентиляции. Однако этого вполне достаточно, поскольку именно нарушения вентиляции при подавляющем большинстве заболеваний легких оказываются ведущими в комплексе патофизиологических расстройств и в значительной мере определяют клиническую картину легочной недостаточности, снижая функциональные возможности больного с патологией легких.

1.2 Недостаточность внешнего дыхания Недостаточность внешнего дыхания следует понимать как нарушение си-

стемы внешнего дыхания в том случае, если она не обеспечивает нормальный газовый состав артериальной крови или если он достигается за счет включения компенсаторных механизмов, что приводит к снижению функциональных возможностей организма.

В соответствии с представлением о структуре системы можно выделить 5 групп факторов, приводящих к нарушению внешнего дыхания:

1. Поражение бронхов и респираторных структур легких (собственно легочная недостаточность):

а) Поражение бронхиального дерева:

повышение тонуса гладкой мускулатуры бронхов (бронхоспазм)

отечно-воспалительные изменения бронхиального дерева

нарушение опорных структур мелких бронхов

снижение тонуса крупных бронхов (гипотоническая дискинезия) б) Поражение респираторных структур:

инфильтрация легочной ткани

деструкция легочной ткани

дистрофия легочной ткани

пневмосклероз

в) Уменьшение функционирующей легочной паренхимы:

удаление легкого

недоразвитие легкого

сдавление и ателектаз легкого

2.Поражение костно-мышечного каркаса грудной клетки и плевры:

ограничение подвижности ребер

ограничение подвижности диафрагмы

поражение плевры (плеврит, плевральные спайки)

3.Поражение дыхательной мускулатуры:

центральный и периферический паралич дыхательной мускулатуры

дегенеративно-дистрофические изменения дыхательных мышц

4.Нарушение кровообращения в малом круге:

редукция сосудистого русла легких

спазм легочных артериол

застой крови в малом круге

7

5. Нарушение регуляции дыхания:

угнетение центральной нервной системы

дыхательные неврозы

нарушение местных регуляторных отношений

гипервентиляционный синдром

патологические изменения центральной нервной системы (опухоли, кровоизлияния, травмы и др.)

Для осуществления эффективной легочной вентиляции необходимы два

условия: беспрепятственное прохождение воздуха по бронхиальному дереву до респираторного отдела, наличие достаточного количества альвеол, способных к газообмену, и адекватное увеличение их объема при дыхании, т.е. наличие достаточной площади, через которую происходит газообмен.

Соответственно этому выделяют два типа вентиляционной недостаточности: обструктивная — связанная с нарушением прохождения воздуха по бронхам (повышение аэродинамического сопротивления в бронхах); рестриктивная (ограничительная) — связанная либо с уменьшением суммарной площади газообмена, либо со снижением способности легочной ткани к растяжению при дыхании (как правило, эти две причины взаимосвязаны).

Вреальных условиях при заболевании органов дыхания имеется сочетание

иобструктивных, и рестриктивных нарушений, т.е. имеет место смешанная вентиляционная недостаточность, однако одна из форм может преобладать. Выделение этих форм помогает понять ведущий механизм вентиляционной недостаточности и назначить патогенетически обоснованное лечение.

Основными патофизиологическими механизмами бронхиальной обструк-

ции могут быть следующие процессы: 1) спазм гладкой мускулатуры бронхов

2) воспалительная инфильтрация и отек слизистой бронхов

3) увеличение количества вязкого секрета в бронхах

4) деформация бронхов

5) опухоли бронха, инородные тела и др.

6) экспираторный коллапс мелких бронхов (менее 2 мм в диаметре, не имеющих хрящевого скелета), лишенных «эластической поддержки» легочной ткани.

Рестриктивную вентиляционную недостаточность могут вызывать сле-

дующие нарушения:

1) собственно заболевания органов дыхания (воздухопроводящих путей и легочной паренхимы):

а) инфильтративные изменения легочной ткани б) пневмосклероз

в) уменьшение объема функционирующей паренхимы легкого — резекция легкого, ателектаз, врожденная гипоплазия легкого г) заболевания плевры, ограничивающие экскурсию легкого

2) внелегочные нарушения:

а) изменения грудной клетки (кифосколиоз, деформация позвоночника и грудной клетки и т.д.)

8

б) нарушения деятельности дыхательной мускулатуры в) левожелудочковая недостаточность

г) увеличение объема брюшной полости (асцит, метеоризм, беременность), болевой синдром, что приводит к ограничению подвижности диафрагмы.

Задачами функционального исследования являются дифференциальная диагностика названных нарушений, раннее обнаружение нарушений дыхания на доклинической стадии, оценка эффективности проводимого лечения и обоснование патогенетической терапии. Эти задачи решаются как с помощью таких распространенных методов исследования вентиляции легких как спирография и пневмотахография, так и более сложных методов, позволяющих исследовать показатели механики дыхания и газообмена легких.

2.СПИРОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1Показатели, характеризующие состояние функции внешнего дыхания Спирография — метод графической регистрации изменения легочных объ-

емов при выполнении различных дыхательных маневров. Это один из наиболее старых и распространенных методов исследования функции дыхания. В целях краткости, простоты и из-за сложившихся традиций название метода осталось прежним, несмотря на радикальное изменение оборудования последних лет.

Основоположником спирографии считается Гатчинсон (J. Hutchinson, 1846), который сконструировал первый спирограф, нашедший применение в клинике, и разработал основы представлений о легочных объемах.

Все показатели, характеризующие состояние функции внешнего дыхания, условно можно разделить на четыре группы.

Кпервой группе относятся показатели, характеризующие легочные объемы

иемкости.

Ко второй группе относятся показатели, характеризующие вентиляцию легких: частота дыхания, дыхательный объем, минутный объем дыхания, минутная альвеолярная вентиляция, максимальная вентиляция легких.

К третьей группе относятся показатели, характеризующие состояние бронхиальной проходимости: форсированная жизненная емкость легких, проба Тиффно и максимальная объемная скорость дыхания во время вдоха и выдоха (пневмотахометрия).

В четвертую группу входят показатели, характеризующие эффективность легочного дыхания или газообмен. К этим показателям относятся: состав альвеолярного воздуха, потребление кислорода организмом и выделение углекислоты, газовый состав артериальной и венозной крови.

2.1.1 Легочные объемы и емкости

В составе общей емкости легких различают четыре объема (простые структурные единицы, заключенные между соседними уровнями) и четыре емкости, включающие несколько объемов.

9

Легочные объемы

Легочные объемы делятся на статические и динамические. Статические легочные объемы измеряются методами, основанными на завершенности респираторных маневров (полный вдох или выдох) без предъявления жестких требований к скорости выполнения. Проведение быстрых вентиляционных маневров (форсированный вдох или выдох) позволяет вычислить так называемые динамические легочные объемы, а также форсированные инспираторные и экспираторные потоки.

1.Резервный объем вдоха (РО вд., IRV - здесь и далее наряду с сокращениями, принятыми в отечественной литературе, даются англоязычные сокращения, поскольку они используются в импортной аппаратуре и программном обеспечении) — между уровнями спокойного вдоха и максимального вдоха. Это максимальный объем воздуха, который можно вдохнуть после спокойного, обычного вдоха. Величина РО вд. составляет у взрослого человека примерно 2,0 - 2,5 л.

2.Дыхательный объем (ДО, Vt) — между уровнями спокойного вдоха и спокойного выдоха. Соответствует глубине спокойного дыхания, или среднему объему дыхательного цикла, составляющему около 500 мл воздуха.

3.Резервный объем выдоха (РО выд., ERV) — между уровнями спокойного выдоха и максимального выдоха. Равен максимальному объему воздуха, который можно выдохнуть после спокойного выдоха. РО выд. составляет в среднем 1,2 -

1,4 л.

4.Остаточный объем легких (ООЛ, RV) — между уровнем максимального выдоха и положением полного спадения легких, т. е. объем воздуха, который остается в легких после максимального выдоха. Величина остаточного объема составляет 1,2 -1,5 л.

Легочные емкости

1.Жизненная емкость легких (ЖЕЛ, VC) — между уровнями максимального вдоха и максимального выдоха. Наибольшее количество воздуха, которое можно выдохнуть после предельно глубокого вдоха. ЖЕЛ составляет, в среднем, у мужчин 3,5 - 5,0 л, у женщин - 3,0 - 4,0 л. Величина ЖЕЛ может изменяться в значительных пределах и зависит от возрастных особенностей организма, степени тренированности человека, наличия сердечно-легочной патологии.

2.Емкость вдоха (Евд , IC) — между уровнями спокойного выдоха и максимального вдоха. Соответствует максимальному количеству воздуха, которое можно вдохнуть после спокойного выдоха и составляет в среднем 2,0 - 2,5 л.

3.Функциональная остаточная емкость (ФОЕ, FRC) — между уровнем спокойного выдоха и положением полного спадения легких. Соответствует объему воздуха, остающемуся в легких после спокойного выдоха (примерно 2,5 л воздуха), заполняющему альвеолы и нижние дыхательные пути. Благодаря этому газовый состав альвеолярного воздуха сохраняется на постоянном уровне.

4.Общая емкость легких (ОЕЛ, TC) — между уровнем максимального вдоха и положением полного спадения легких. Наибольшее количество воздуха, которое способны вместить легкие.

Соотношение легочных объемов и емкостей представлено на рисунке 1.

10