I. Содержание измерений функции легких
(i) Функция легких в состоянии покоя: это измерение и оценка функции легочной вентиляции субъекта (объем легких, легочная вентиляция, функция мелких дыхательных путей, дыхательная кинетика, инспираторное газораспределение, функция дыхательных мышц) и функции легочной вентиляции (диффузионная функция, отношение вентиляции к кровотоку) в состоянии покоя.
(ii) Тест с сердечно-легочной нагрузкой: относится к одновременному измерению и комплексной оценке энергетического метаболизма, сердечной и легочной функции субъекта во время выполнения упражнений под нагрузкой.
(iii) Другое: регуляция дыхания, реактивность дыхательных путей, измерение легочного кровотока и т.д.
Часто используемые показатели функции легких
(a) функция вентиляции легких
Легочная вентиляция — это обмен газами между легкими и внешней средой.
1. Объем легких
Объем легких — это количество газа, которое легкие могут вместить при различных уровнях дыхания. Он состоит из восьми компонентов, а именно: приливного объема (TV), компенсаторного экспираторного объема (ERV), компенсаторного инспираторного объема (IRV), остаточного объема (RV), глубокого инспираторного объема (IC), функционального остаточного объема (FRC), объема легких (VC) и общего объема легких (TLC).
(1) Объем легких (ОЛ): относится к максимальному объему воздуха, который может быть выдохнут после максимального вдоха. Нормальный VC% составляет >80%. Отражает способность легких к расширению. Снижение наблюдается при: ограниченном расширении легких (например, интерстициальная болезнь легких), ограниченном расширении грудной клетки (например, сколиоз), усталости дыхательных мышц (например, тяжелая ХОБЛ) и нервно-мышечной патологии (например, полиомиелит).
(2) Остаточный объем воздуха (ООВ): относится к объему воздуха, оставшегося в легких после максимального выдоха. Нормальный RV% составляет от 80% до 120%. Повышение наблюдается при обструктивных заболеваниях легких (например, ХОБЛ), а снижение — при рестриктивных заболеваниях легких (например, интерстициальной болезни легких).
(3) Общий объем легких (ООЛ): количество газа, содержащегося в легких после максимального вдоха. Нормальный показатель TLC% составляет от 80% до 120%. Увеличение наблюдается при обструктивных заболеваниях легких, а уменьшение — при рестриктивных заболеваниях легких.
(4) Остаточное общее соотношение (RV/TLC): относится к соотношению объема остаточного газа и общего объема легких, нормальный RV/TLC <35%. RV/TLC увеличивается при эмфиземе.
2. Объем вентиляции
(1) форсированный объем легких (FVC), односекундный объем (FEV1.0) и односекундная скорость (FEV1.0%): FVC означает экспираторный объем легких, полученный при максимальном вдохе с последующим максимальным усилием и быстрым выдохом. FEV1.0 означает объем воздуха, выдыхаемого в первую секунду при выполнении FVC, отношение измеренного значения к ожидаемому значению >80% является нормальным. отношение FEV1.0 к FVC является односекундной скоростью ( FEV1.0% — это показатель наличия или отсутствия обструкции дыхательных путей, норма >70%, снижается в случаях обструкции дыхательных путей и/или эмфиземы.
(2) Максимальная добровольная вентиляция (MVV): объем вентиляции, полученный при повторении максимального волевого усилия дышать как можно быстрее и глубже в единицу времени. Нормальное значение MVV % составляет >80%. Он является комплексным показателем вентиляционной функции легких и снижается при: ограниченном расширении легких, ограниченном расширении грудной клетки, усталости дыхательных мышц, нервно-мышечных поражениях, обструкции дыхательных путей и эмфиземе.
3. Функция мелких дыхательных путей
Основным методом измерения функции мелких дыхательных путей является кривая максимального экспираторного потока-объема. Это кривая, которая отслеживает объем выдыхаемого газа и соответствующую скорость экспираторного потока во время максимального экспираторного усилия субъекта. Он отражает влияние внутригрудного давления, давления эластического втягивания легких и сопротивления дыхательных путей на экспираторный поток во время форсированного выдоха. Максимальная скорость экспираторного потока на восходящей ветви кривой связана с экспираторным усилием субъекта, в то время как максимальная скорость экспираторного потока на нисходящей ветви зависит от эластического втягивания альвеол и периферического сопротивления дыхательных путей и не зависит от усилия.
Функция мелких дыхательных путей оценивается по форме кривой и скорости экспираторного потока при различных уровнях объема легких. Нормальная кривая поток-объем крутая и прямая в восходящих ветвях и наклоняется вниз в нисходящих ветвях, с постепенным снижением максимального потока. При патологии мелких дыхательных путей нисходящие ветви кривой вогнуты к оси объема и становятся менее наклонными. У пациентов с ХОБЛ прогрессирование медленного ветвления → эмфиземы → легочного сердца приводит к прогрессирующему снижению максимального дыхательного потока и прогрессирующему снижению наклона нисходящей ветви кривой.
Обычно используются следующие индикаторы.
①V50: максимальная скорость экспираторного потока при 50% выдыхаемого объема легких.
②V75: максимальный экспираторный поток при 75% выдыхаемого объема легких. Отношение измеренного значения к ожидаемому составляет >80%, а снижение V50 и V75 свидетельствует о снижении функции мелких дыхательных путей.
4. Механика дыхания
Механика дыхания измеряет давление, объем и поток во время дыхания, таким образом изучая динамику и сопротивление дыхательного процесса.
(1) Функция дыхательных мышц
Дыхание осуществляется с помощью дыхательных мышц. Максимальное инспираторное давление (MIP) и максимальное экспираторное давление (MEP) обычно используются для оценки функции дыхательных мышц. Минимальное значение MIP для нормальных мужчин составляет 7,25 кПа, а минимальное значение MEP — 9,67 кПа, в то время как минимальное значение MIP для нормальных женщин составляет 4,84 кПа, а минимальное значение MEP — 7,74 кПа. Он также является важным показателем отмены механической вентиляции, а MEP — индикатором способности к кашлю. Снижение MEP свидетельствует о снижении функции дыхательных мышц или усталости дыхательных мышц, что обычно наблюдается при ХОБЛ.
(2) Дыхательное сопротивление (R)
В соответствии с физическими свойствами сопротивление дыханию делится на вязкое, эластичное и инерционное, а сумма этих трех показателей называется общим сопротивлением дыханию. Вязкое сопротивление исходит из дыхательных путей и легочной ткани и доминирует в сопротивлении дыхательных путей; упругое сопротивление распределяется в легочной ткани и расширяющихся мелких бронхах. Инерционное сопротивление в основном распределяется в крупных дыхательных путях и грудной клетке. Дыхательное сопротивление подразделяется на сопротивление дыхательных путей, сопротивление легких и сопротивление грудной клетки в соответствии с анатомическим расположением.
Сопротивление дыхательных путей обычно измеряется методом трассировки тела. Нормальные значения составляют от 0,0196 до 0,196 кПа/л/с. Общее сопротивление дыхательных путей и его компоненты обычно определяются методом импульсной осциллометрии. Процентное соотношение измеренных и ожидаемых значений общего сопротивления дыхательных путей (Zrs) и общего сопротивления дыхательных путей (R5) у нормальных людей составляет >120%; процентное соотношение измеренных и ожидаемых значений сопротивления верхних дыхательных путей (R35) составляет >130%.
Повышенное вязкое сопротивление или сопротивление дыхательных путей наблюдается при всех причинах обструкции или сужения дыхательных путей и эмфиземе. Повышенное эластическое сопротивление легких наблюдается при всех причинах ограниченного расширения легких и эмфиземы. Увеличение любого из этих сопротивлений может привести к увеличению общего сопротивления дыхательных путей.
(3) Соответствие (C)
Комплайнс органов дыхания — это изменение объема легких, вызванное изменением единичного давления. Он включает легочное соответствие, соответствие грудной стенки и общее соответствие. Легочное соответствие часто измеряется клинически и представляет собой изменение объема легких, вызванное изменением транспульмонального давления на единицу давления, измеряемое путем одновременного измерения скорости дыхательного потока и внутрипищеводного давления. Комплайнс легких, измеряемый во время дыхательного цикла, когда поток воздуха временно блокируется, называется статическим комплайнсом легких. Комплайнс легких, измеренный, когда воздушный поток не блокирован, называется динамическим комплайнсом легких. У нормальных мужчин динамическое соответствие легких составляет 1,7±0,6 л/кПа, а статическое соответствие легких — 2,3±0,6 л/кПа; у нормальных женщин динамическое соответствие легких составляет 1,1±0,3 л/кПа, а статическое соответствие легких — 1,5±0,6 л/кПа. соответствие легких отражает эластичность легких. При эмфиземе статический комплайнс легких увеличивается, а динамический комплайнс легких уменьшается. При диффузном фиброзе легких снижается как динамическая, так и статическая комплаентность легких.
Функция вентиляции легких
Легочный газообмен — это обмен газами между альвеолами и легочными капиллярами.
1. легочная диффузия
Диффузия относится к тенденции молекул перемещаться из областей с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией. Легочная диффузия относится к прохождению кислорода и углекислого газа через альвеолярно-капиллярную мембрану.
Общепринятыми показателями оценки являются
(1) DLCO: количество СО, которое проходит через альвеолярно-капиллярную мембрану в капиллярную кровь в единицу времени и на единицу разницы давления; нормальным считается процентное соотношение измеренных и ожидаемых значений >80%.
(2) Коэффициент диффузии (DLCO/VA): отношение диффузии угарного газа к объему альвеолярного воздуха, процентное соотношение между измеренными и ожидаемыми значениями >80% считается нормальным.
Нормальная или ненормальная диффузионная функция легких зависит в основном от следующих факторов.
(1) Толщина дыхательной мембраны: ее утолщение удлиняет диффузионное расстояние, что приводит к снижению как DLCO, так и DLCO/VA. Это обычно наблюдается при интерстициальном заболевании легких.
(2) Площадь дыхания: ее уменьшение снижает площадь диффузии, что приводит к снижению DLCO, при этом DLCO/VA может быть нормальным. Обычно наблюдается после пневмонэктомии, при поврежденном легком и т.д.
(3) Объем гемоглобина: снижение гемоглобина уменьшает его связывание с CO или O2, что приводит к снижению DLCO и DLCO/VA. Это наблюдается при анемии.
(4) Соотношение вентиляционного потока: дисбаланс в соотношении вентиляционного потока или неравномерное распределение вентиляционного потока может увеличить разницу давления между CO или O2 по обе стороны альвеолярной мембраны, что приводит к снижению DLCO и DLCO/VA. Это часто наблюдается при обструктивных заболеваниях легких.
(5) Объем легочной капиллярной крови: снижение объема легочной капиллярной крови уменьшает площадь дыхания, что приводит к снижению DLCO и DLCO/VA. Часто встречается при эмболии легочной артерии.
2. отношение вентиляции к кровотоку (V/Q)
Соотношение вентиляции и кровотока — это отношение легочной вентиляции к легочному кровотоку, нормальное значение которого составляет 0,8, а в некоторых случаях приближается к 1. В клинической практике соотношение вентиляции и кровотока обычно оценивается косвенно, путем измерения физиологического мертвого пространства и фракционного потока.
(1) Физиологическое мертвое пространство: объем воздуха, который поступает в дыхательные пути и альвеолы, но не вступает в контакт с легочными капиллярами и, таким образом, не получает газообмена. Первый относится к объему газа, который остается в дыхательных путях и не может быть обменен, обычно около 150 мл, увеличиваясь при дилатации бронхов; второй относится к объему газа, который попал в альвеолы, но не может быть обменен из-за недостаточного местного кровотока, увеличиваясь при эмболии легочной артерии и т.д. Соотношение физиологического мертвого пространства и приливного объема (VD/VT) обычно используется для указания размера физиологического мертвого пространства, нормальный диапазон составляет от 0,25 до 0,35. Увеличение этого соотношения указывает на увеличение V/Q. У здоровых людей VD/VT отражает объем анатомического мертвого пространства, тогда как у пациентов с повышенным V/Q увеличение VD/VT означает увеличение объема альвеолярного мертвого пространства.
(2) Физиологический шунт: относится к кровотоку из венозной крови, которая поступает непосредственно в артериальный сегмент кровообращения тела без артериализации. Первое — это прямое попадание крови в кровоток по минимальным сердечным венам и бронхиальным венам; второе — неспособность венозной крови артериализироваться, когда она проходит через плохо вентилируемые альвеолы, и образование статико-артериального шунта, когда она смешивается с артериализированной кровью. Обычно это выражается как отношение потока в шунте к сердечному выбросу (Qs/Qt). Норма — 3,65 ± 1,69%. Qs/Qt увеличивается в случаях ателектаза легких, тяжелого хронического бронхита и т.д. Увеличение Qs/Qt означает уменьшение V/Q. У здоровых людей Qs/Qt отражает объем анатомического фракционного потока, тогда как у пациентов с заболеваниями легких со сниженным V/Q увеличение Qs/Qt означает увеличение альвеолярного фракционного потока.
IV. Измерение сердечно-легочной функции с помощью упражнений
Тест сердечно-легочной функции с физической нагрузкой — это комбинированное измерение и комплексная оценка сердечно-легочной функции испытуемого при физической нагрузке. Он сочетает в себе использование технологии мониторинга дыхательных газов, электронно-вычислительной техники и технологии активной пластины или велосипеда для измерения в реальном времени 12-диапазонной ЭКГ, артериального давления, энергетического метаболизма, функции легких и сердечной деятельности во время физических упражнений. Физиологической основой является окислительная реакция в клеточных митохондриях, опосредованная сердечно-легочной связью O2 и CO2, которая обеспечивает энергию для выполнения физических упражнений. Отклонения в любом из этих компонентов могут привести к снижению физической работоспособности и нарушению кардиореспираторной функции субъекта. Общепринятыми показателями оценки являются
1. параметры энергетического метаболизма
(1) Максимальное потребление кислорода (VO2max): относится к максимальному количеству кислорода в минуту, которое вдыхается и используется организмом во время максимальной нагрузки во время инкрементных упражнений, отношение измеренного значения к ожидаемому составляет >84%. Он отражает, в норме или нет газотранспортная система организма (сердечно-сосудистая, легочная, гемоглобиновая) и аэробный метаболизм мышечных клеток, любое отклонение в газотранспортной системе организма может снизить VO2max.
(2) Килограммовое потребление кислорода (VO2/кг): относится к максимальному потреблению кислорода на единицу массы тела. Норма >20 мл/мин/кг. >15 мл/мин/кг выполнимо для пневмонэктомии.
(3) Метаболический эквивалент (МЭТ): основная единица измерения производительности труда, 1 МЭТ эквивалентен 3 или 5 мл/мин/кг VO2/кг, норма >7 МЭТ, часто используется как показатель сердечной функции.
(4) Анаэробный порог (АТ): максимальное потребление кислорода до резкого повышения концентрации лактата в крови во время физической нагрузки. Норма — это более 40% от ожидаемого значения максимального потребления кислорода. При достижении анаэробного порога аэробный метаболизм больше не может удовлетворять энергетические потребности тренирующихся мышц, и анаэробный метаболизм необходимо использовать для восполнения энергетического дефицита аэробного метаболизма.
2. параметры сердечной функции
(1) Резерв частоты сердечных сокращений (РЧСС): разница между ожидаемой максимальной частотой сердечных сокращений во время тренировки и максимальной частотой сердечных сокращений субъекта при максимальной нагрузке. В нормальных условиях ЧСС составляет <15 уд/мин. ЧСС повышается при ишемической болезни сердца и легочных заболеваниях из-за раннего прекращения физической нагрузки. HRR также повышена у пациентов с синдромом больного синуса.
(2) Кислородный пульс (VO2/HR): относится к соотношению VO2 и HR. Он отражает способность сердца поставлять кислород на каждый выброс и резервную функцию сердца, а также косвенно отражает сердечный выброс. Нормальное измеренное/ожидаемое >80%. Поражения сердца, тяжелые легочные поражения и аномальные метаболические поражения могут снижать VO2/HR.
3. параметры функции легких
(1) Вентиляция во время физической нагрузки (VE): относится к объему вентиляции в минуту во время физической нагрузки. Увеличение VE зависит от компенсаторных возможностей легких и поэтому является ключевым показателем ограничения физической нагрузки у пациентов с респираторными заболеваниями.
(2) Дыхательный резерв (ДР): относится к разнице между MVV и VE во время физической нагрузки. Нормальный БР должен составлять >15 мл/мин. БР снижается у пациентов с заболеваниями легких.
(3) Частота дыхания (f): в норме <50 вдохов/мин во время выполнения упражнений с максимальной нагрузкой. При рестриктивном заболевании легких частота дыхания 〉50 вдохов/мин.
(4) Индекс диспноэ (ИД): отношение VE к MVV во время физической нагрузки, в норме 50 вдохов/мин.
V. Измерение реактивности дыхательных путей
Реактивность дыхательных путей относится к сократительной реакции дыхательных путей на различные физические, химические, фармакологические или биологические стимулы.