Импульсная осциллометрия

дыхательные пути бронхи легкие

Данное заболевание относится к специализациям: Пульмонология

1. Общие сведения

Современная пульмонология обладает целым арсеналом информативных, точных и достоверных функциональных проб, т. е. методов косвенной оценки состояния дыхательных путей посредством измерения различных характеристик дыхательного цикла (объем вдыхаемого воздуха, скорость потока на выдохе и пр.). Некоторые из этих методов предельно просты, другие требуют применения сложного, габаритного и дорогостоящего оборудования (например, бодиплетизмография).

Однако методология функциональной диагностики органов дыхания продолжает развиваться, и наиболее удачные новые разработки внедряются в повседневную клиническую практику достаточно быстро.

Метод импульсной осциллометрии (ИОМ) предложен сравнительно недавно, в 1981 г., но результаты многочисленных клинических исследований, опубликованные за истекшие десятилетия, позволяют считать этот диагностический подход достоверным и информативным. Его появление стало возможным благодаря стойкой тенденции к миниатюризации электронных и микропроцессорных технологий: компактность и удобство ИОМ (а также некоторых других аналогичных методов, например, бронхофонографии – метода спектрального анализа акустических шумов при дыхании) входит в число его неоспоримых достоинств.

2. Суть метода

Импульсная осциллометрия подразумевает измерение общего сопротивления дыхательной системы поступающему воздушному потоку. С этой целью подается воздушный поток непостоянного (импульсного, осциллирующего) давления – проще говоря, воздух поступает порциями с частотой от 5 до 35 раз в секунду, что значительно выше привычной для человека частоты дыхания. Учитывается и вычисляется ряд параметров, которые даже по названиям создают прямую аналогию с электротехникой и механикой: дыхательный импеданс (конечный, искомый показатель), реактанс, фрикционное сопротивление (обусловленное трением), эластичное и инерционное сопротивление (легочных тканей, воздуховодных путей, грудной клетки, самого воздушного потока). Результаты отражаются графически и позволяют в статике и динамике оценивать функциональное состояние бронхиального древа и всей дыхательной системы в целом.

3. Показания

Метод ИОМ предназначен для измерения общего сопротивления дыхательной системы воздушному потоку, оценки проходимости бронхов, выявления преимущественной локализации анатомических аномалий и деформаций, дифференциальной диагностики рестриктивных и обструктивных проблем. Все это имеет большое значение в диагностике любых бронхообструктивных заболеваний, т. е. таких патологических процессов и состояний, при которых по тем или иным причинам сужается воздуховодный просвет. Кроме того, характер процедуры (см. ниже) и неограниченная возможность повторной диагностики делают ИОМ незаменимым методом оценки динамики и терапевтической эффективности назначаемого лечения, а также позволяют применять его в группах риска (беременные женщины, пожилые люди, ослабленные пациенты, лица с обострениями тяжелых коморбидных заболеваний и пр.), в широкомасштабных скрининговых обследованиях населения и в медико-статистических исследованиях. Итоговая информация отличается полнотой и наглядностью: «на выходе» врач получает значительный объем ценного численного и графического материала, представленного на экране компьютера, доступного распечатке, последующему анализу, сопоставлению с другими данными и т. д.

4. Процедура

В отличие от многих аналогичных методов, которые при той же (или даже меньшей) информативности являются для пациента изнурительными и сложными, импульсная осциллометрия уникальна по простоте и скорости выполнения. От пациента требуется, фактически, лишь одно: дышать, причем дышать не в каких-либо замысловатых режимах и темпах, а с самой обычной частотой и привычной для него интенсивностью. Все остальное, в том числе математические вычисления и представление результатов, делается автоматически. Каких-либо болевых или иных дискомфортных ощущений ИОМ не вызывает, что и делает ее применимой в самых разных ситуациях и выборках.

Продолжительность исследования не превышает одной минуты.

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:

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.

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].

Дата добавления: 2015-01-18 | Просмотры: 1432 | Нарушение авторских прав

Применение импульсной осциллометрии в клинической практике Текст научной статьи по специальности «Медицина и здравоохранение»

Аннотация научной статьи по медицине и здравоохранению, автор научной работы — Савушкина Ольга Игоревна, Черняк Александр Владимирович

В статье рассматривается один из методов оценки проходимости дыхательных путей на основе измерения различных видов бронхиального сопротивления импульсная осциллометрия (ИОМ). Этот метод является неинвазивным и необременительным для пациента, так как не требует выполнения форсированных маневров при обследовании. Метод ИОМ позволяет определять уровень поражения трахеобронхиального дерева, уточнять степень выраженности обструкции дыхательных путей, изучать изменения параметров осцилляторного сопротивления в динамическом наблюдении и при проведении бронходилатационных тестов, когда использование рутинных методов невозможно или затруднено ввиду технических сложностей.

Похожие темы научных работ по медицине и здравоохранению, автор научной работы — Савушкина Ольга Игоревна, Черняк Александр Владимирович,

Текст научной работы на тему «Применение импульсной осциллометрии в клинической практике»

Функциональные методы исследования

Применение импульсной осциллометрии в клинической практике

О. И. Савушкина, А. В. Черняк

В статье рассматривается один из методов оценки проходимости дыхательных путей на основе измерения различных видов бронхиального сопротивления — импульсная осциллометрия (ИОМ). Этот метод является неин-вазивным и необременительным для пациента, так как не требует выполнения форсированных маневров при обследовании. Метод ИОМ позволяет определять уровень поражения трахеобронхиального дерева, уточнять степень выраженности обструкции дыхательных путей, изучать изменения параметров осцилляторного сопротивления в динамическом наблюдении и при проведении бронходилатационных тестов, когда использование рутинных методов невозможно или затруднено ввиду технических сложностей.

Ключевые слова: импульсная осциллометрия, хроническая обструктивная болезнь легких, бронхиальная астма.

Для выявления нарушений вентиляционной функции легких в клинической практике наиболее часто применяют спирометрию, несколько реже бодиплетизмографию. Эти методы хорошо стандартизованы, а получаемые показатели хорошо воспроизводимы. Однако для проведения спирометрии и бодиплетизмографии необходима высокая степень кооперации пациента и медицинского работника. Кроме того, при спирометрическом исследовании необходимо выполнение форсированных маневров, что вызывает трудности у пациентов с тяжелыми вентиляционными нарушениями.

В 1981 г. E. Müller и J. Vogel предложили использовать метод импульсной осциллометрии (ИОМ) в диагностике изменений механики дыхания [1]. Импульсная осциллометрия является неинвазивным методом для определения общего респираторного сопротивления (также называемого респираторным импедансом (Z), по аналогии с электромеханикой, где сопротивление постоянному току называется сопротивлением, а сопротивление переменному току — импедансом) при спокойном дыхании [2]. Этот метод позволяет оценить респираторное сопротивление как у

Ольга Игоревна Савушкина — канд. биол. наук, зав. отделением внешнего дыхания центра функционально-диагностических исследований Главного военного клинического госпиталя им. Н. Н. Бурденко Минобороны России, Москва.

Александр Владимирович Черняк — канд. мед. наук, зав. лабораторией функциональных и ультразвуковых методов исследования ФГБУ "НИИ пульмонологии" ФМБА России, Москва.

Тяжелых больных, которые не могут выполнять форсированные маневры, так и у детей, поскольку не требует активного сотрудничества с обследуемым, что объясняет большой интерес педиатров к этому методу [3].

Теоретическое обоснование ИОМ

Общее сопротивление аппарата вентиляции складывается из трех различных видов сопротивления: фрикционного сопротивления трения (Иф ), эластического (И ) и инерционного

Движения аппарата вентиляции при дыхании по своему характеру приближаются к синусоидальным (гармоническим) колебаниям. Согласно физическим законам гармонических колебаний, с увеличением частоты колебаний (Г) И и И изменяются разнонаправленно: И

Уменьшается, а Иин возрастает. При определенной для данной колебательной системы частоте, называемой резонансной (Г ), И и И сравни-

Ваются по величине и взаимно компенсируются (их сумма становится равной нулю). На частотах меньше резонансной преобладающее значение имеет эластическое сопротивление, на частотах больше резонансной — инерционное [2].

У человека резонансная частота находится в диапазоне выше 6 Гц (т. е. более 360 в 1 мин), что в десятки раз превышает обычную частоту дыхания человека. Поэтому произвольным увеличением частоты дыхания достичь условий резонан-

Практическая пульмонология | 2015 | № 1

10 15 20 25 30 Частота осцилляций, Гц

10 15 20 25 30 Частота осцилляций, Гц

Рис. 1. Графики зависимостей резистивного сопротивления (И) (а) и реактивной составляющей импеданса (Х) (б) от частоты осцилляций у здорового обследуемого. Пунктиром представлены должные кривые.

Са нельзя. Однако под воздействием внешних осцилляций можно заставить аппарат вентиляции колебаться с резонансной частотой [4]. Во время проведения ИОМ обследуемому подается в рот колебательный поток. Форсированные осцилляции вызывают колебательные движения щек и стенок внегрудных дыхательных путей (ДП) (глотки, гортани).

Методика выполнения ИОМ

Методика исследования очень проста и необременительна для пациента. Пациент надевает на нос зажим, герметично подсоединяет загубник, ладони кладет на щеки, таким образом сдерживая их колебания во время исследования, и спокойно дышит в течение 1,0-1,5 мин. Во время исследования необходимо избегать глотательных движений и движений языком.

Для оценки качества измерений ИОМ используются показатели когерентности: исследование считается правильно выполненным, если когерентность при частоте 5 и 20 Гц составляет >0,7 и >0,9 соответственно [5].

Показатели ИОМ, получаемые при выполнении исследования. В ИОМ используют осцилляции с частотным диапазоном от 5 до 35 Гц. Для каждой частоты рассчитывают Ифр, которое обозначают как ИГ (резистивная составляющая импеданса при частоте Г Гц), и суммарную величину эластического и инерционного сопротивлений аппарата вентиляции (ХГ, реактивная составляющая импеданса при частоте Г Гц, или, иначе, периферический реактанс). Таким образом, принципиальным отличием осцилляторной механики дыхания от классической механики является изучение механических свойств аппарата вентиляции как функции частоты [4].

Графики зависимостей величин И и Х от частоты осцилляций (ИГ), Х(Г)), график зависимости Z5 (общего сопротивления, импеданса на

Частоте 5 Гц) от величины дыхательного объема, а также график зависимости Z от частоты осцилляций ^(Г)) у здорового обследуемого представлены на рис. 1 и 2.

1 2 3 4 5 Дыхательный объем, л

-0,6 -0,4 -0,2 0 X, кПа/(л/с)

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 И, кПа/(л/с)

Рис. 2. Графики зависимостей у здорового обследуемого: а — общего респираторного импеданса при частоте осцилляций 5 Гц ^5) от величины дыхательного объема; б — общего респираторного импеданса ^ (X и И)) от частоты осцилляций.

10 15 20 25 30 Частота осцилляций, Гц

15 20 25 30 Частота осцилляций, Гц

Рис. 3. Графики зависимостей резистивного сопротивления (И) (а) и реактивной составляющей импеданса (Х) (б) от частоты осцилляций у больного ХОБЛ. Пунктиром представлены должные кривые.

Кроме того, анализируют численные значения следующих показателей:

• Z5, кПа/(л/с) — общий респираторный импеданс при частоте осцилляций 5 Гц;

• И5, кПа/(л/с) — резистивное сопротивление при частоте осцилляций 5 Гц;

2 3 4 Дыхательный объем, л

6 — 1 1 1 1 1 \ 1 1

-0,6 -0,4 -0,2 0 X, кПа/(л/с)

Рис. 4. Графики зависимостей у больного ХОБЛ: а — общего респираторного импеданса при частоте осцилляций 5 Гц ^5) от величины дыхательного объема; б — общего респираторного импеданса ^ (X и И)) от частоты осцилляций.

• R20, кПа/(л/с) — резистивное сопротивление при частоте осцилляций 20 Гц;

• A(R5-R20), % — [(R5 — R20)/R20] х 100%;

• X5, кПа/(л/с) — реактивная составляющая импеданса при частоте осцилляций 5 Гц;

• (Х5 — Х5Л ) — разность Х5 и Х5Л

4 долж факт' L долж факт

(Х5долж — должное значение Х5 для лица данного пола, роста и возраста, Х5факт — значение Х5, полученное при исследовании);

• fres, Гц — резонансная частота;

• АХ, кПа/л — площадь под кривой X(f) в частотном диапазоне от 5 Гц до fres.

Необходимо отметить, что показатель R20 характеризует сопротивление центральных, вне-грудных и крупных внутригрудных ДП, тогда как показатель R5 включает, кроме того, сопротивление периферических ДП [6]. Следовательно, отношение величин показателей R20 и R5 характеризует сопротивление периферических ДП. Таким образом, ИОМ позволяет оценить уровень об-структивных нарушений легочной вентиляции.

Интерпретация результатов ИОМ

Ниже перечислены нормативные величины показателей ИОМ [5]:

• R5 <150% от должного;

• R20 <150% от должного;

• X5 — X5 <0,15. Необходимо учитывать,

Долж факт 7 п j

Что Х5 может принимать отрицательные значения.

Нормативных показателей для Z и AX не существует. При сравнении групп сопоставляют их фактические значения. Однако необходимо отметить, что параметр R5 близок по значению к Z (их величины совпадают или R5 чуть меньше Z).

Отклонения показателей ИОМ при хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) и бронхиальной астме. Хроническая обструктив-

Таблица 1. Степень тяжести бронхиальной обструкции

Степень тяжести Показатели ИОМ

Легкая 0,15 < (Х5 — Х5ф ) < 0,30 ' 4 долж факт' '

Средняя 0,30 < (Х5 — Х5ф ) < 0,45 ' 4 долж факт' '

Тяжелая 0,45 < (Х5 — Х5ф ) < 0,60 ' 4 долж факт' '

Очень тяжелая 0,60 < (Х5 — Х5ф ) долж факт

Ная болезнь легких характеризуется дисталь-ной обструкцией ДП: R5, A(R5-R20) и fres увеличиваются, Х5 снижается, т. е. (X5 — Х5Л )

>0,15. Графики зависимостей величин R и Х от частоты осцилляций (R(f), X(f)), график зависимости Z5 (общего сопротивления, импеданса на частоте 5 Гц) от величины дыхательного объема, а также график зависимости Z от частоты осцилляций (Z(f)) у пациента с ХОБЛ представлены на рис. 3 и 4.

Необходимо обратить внимание, что зависимость Z5 от величины дыхательного объема при ХОБЛ представляет собой круговые петли с "окном" внутри (признак "воздушных ловушек") (см. рис. 4а).

Анализ численных показателей ИОМ позволяет оценивать степень выраженности периферической бронхиальной обструкции. Существуют различные подходы к интерпретации тяжести обструктивных нарушений, основанные как на изолированном отклонении X5 от должного значения (табл. 1), так и в комбинации с изменениями R5 (табл. 2) [5].

Для бронхиальной астмы характерны следующие изменения показателей ИОМ: R5 и R20 увеличиваются, A(R5-R20) сохраняется в пределах нормы, Х5 и fres в норме или имеют пограничное значение. Такие изменения указывают на обструкцию верхних ДП.

Помимо диагностики обструктивных нарушений легочной вентиляции ИОМ позволяет оценить обратимость этих нарушений после применения бронходилатационных препаратов. При проведении бронходилатационного теста реакция считается положительной, если R5 или f

Снижаются на 20% [5].

При измерении бронхиальной гиперреактивности тест считается положительным, если со-

Противление ДП достоверно увеличилось. Как правило, тест считается положительным, если R5 увеличилось на 50%, а fres — на 40% [5]. В то же время некоторые авторы предлагают другие критерии достоверного ответа [7, 8]. Г. В. Неклюдова и А. В. Черняк проанализировали данные 23 взрослых больных бронхиальной астмой, которым проводили ИОМ до ингаляции метахо-лина и после нее, и выяснили, что увеличение R5 на 78% от исходных значений соответствует 20% снижению объема форсированного выдоха за 1-ю секунду [7]. Таким образом, увеличение R5 более чем на 78% свидетельствует о наличии бронхиальной гиперчувствительности к метахо-лину. В то же время J. Schulze et al. указывают, что у детей наиболее высокой чувствительностью и специфичностью для оценки гиперчувствительности ДП к метахолину обладает следующая комбинация: увеличение R5 на 45% и снижение X5 на 0,69 кПа/(л/с) [8].

Характерные изменения показателей ИОМ наблюдаются при внегрудной (проксимальной) обструкции ДП: R5 и R20 увеличены; спектр R(f) не зависит от частоты; изредка может определяться пик на спектре сопротивления; X5 снижена, но может быть и в пределах нормальных значений, на спектре X(f) характерно наличие плато (звездочка на рис. 5а).

При рестриктивных нарушениях вентиляционной функции легких R5 остается в пределах нормальных значений, fres смещена в спектр высоких частот. Спектр R(f) не зависит от частоты, Х5 снижена [6]. По данным Л. Д. Кирюхиной и соавт., у больных с рестриктивным синдромом f незначительно смещена в спектр высо-

Ких частот, Х5 представлена преимущественно инерционным сопротивлением, что, по мнению авторов, возможно, связано с повышением плотности тканей легких и стенок ДП, а динамика резистивной и реактивной составляющих импеданса отражает умеренную негомогенность по сопротивлению и по растяжимости [2]. Таким образом, при рестрикции получены несколько противоречивые показатели ИОМ, что указывает на необходимость дальнейших исследований в этой области.

Таблица 2. Комплексный подход для оценки степени тяжести бронхиальной обструкции

R5, % от должного Степень тяжести

Х5ф > X5 -0,15 факт долж 7 Х5 -0,15 > Х5ф > Х5 -0,3 долж 7 факт долж 7 Х5 -0,3 > Х5ф > Х5 -0,6 долж факт долж Х5ф < Х5 -0,6 факт долж

<150 Норма Легкая Средняя Тяжелая

150 < R5 < 200 Легкая Средняя Тяжелая Тяжелая

200 < R5 < 300 Средняя Тяжелая Тяжелая Тяжелая