Функциональные тесты легких — это проверка физиологии дыхания в легких. Легкие обменивают кислород (O2) из вдыхаемого воздуха с углекислым газом (CO2) из венозной крови на уровне альвеол. Четыре этапа: объем газа, скорость потока (поток газа в единицу времени), диффузия (газообмен между альвеолами и кровью) и транспорт газа в легких обеспечивают бесперебойное протекание газообмена.
Легочные функциональные тесты включают определение объема легких, легочной вентиляции, физиологического мертвого пространства, распределения альвеолярных газов, вентиляции мелких дыхательных путей, сопротивления дыхательных путей, комплайнса легких, диффузии, анализа газов крови и физической нагрузки. В клинической практике функция легких измеряется с помощью объема легких, вентиляции и анализа газов крови в качестве рутинного теста.
I. Объем легких при дыхательных движениях, различная амплитуда дыхания может вызвать изменения в объеме воздуха, удерживаемого в легких
1. базальный объем легких
(1) Приливной объем: объем воздуха, вдыхаемого или выдыхаемого каждый раз во время спокойного дыхания.
(2) Дополнительный инспираторный объем: максимальный объем воздуха, который можно вдохнуть после спокойного вдоха.
(3) Дополнительный экспираторный объем: максимальный объем воздуха, который можно продолжать выдыхать после спокойного выдоха.
(4) Остаточный объем: остаточный объем воздуха, который не может быть выдохнут из легких после компенсаторного выдоха.
2. четыре объема легких
(1) Глубокий экспираторный объем: максимальное количество воздуха, которое можно вдохнуть после спокойного выдоха, состоящее из приливного объема и компенсаторного инспираторного объема.
(2) Объем легких: максимальное количество воздуха, которое может быть выдохнуто после максимального вдоха, состоящее из глубокого инспираторного объема и компенсаторного экспираторного объема.
(3) Функциональный остаточный объем воздуха: объем воздуха, содержащегося в легких после спокойного выдоха, состоящий из компенсаторного экспираторного объема и остаточного объема воздуха.
(4) Общий объем легких: общий объем воздуха, содержащегося в легких после глубокого вдоха, состоящий из объема легких и остаточного объема.
Приливной объем, глубокий инспираторный объем, компенсаторный экспираторный объем и объем легких можно измерить непосредственно с помощью спирометра. Функциональный остаточный объем воздуха и остаточный объем воздуха не могут быть измерены непосредственно с помощью спирометра и могут быть измерены только косвенно, а общий объем легких может быть определен путем сложения спирометрии и остаточного объема воздуха.
Снижение спирометрии наблюдается при ограниченном расширении грудной клетки и легких, повреждении легочной ткани и обструкции дыхательных путей. Изменения функционального остаточного объема воздуха часто совпадают с изменениями остаточного объема воздуха. При обструктивных заболеваниях легких, таких как бронхиальная астма и эмфизема, остаточный объем воздуха увеличивается. Рестриктивные заболевания легких, такие как диффузный интерстициальный фиброз легких, профессиональные заболевания легких и сдавление легочной ткани после пневмонэктомии, уменьшают остаточный объем воздуха. Остаточный объем воздуха/общий объем легких используется в качестве клинического показателя.
Легочная вентиляция
Легочная вентиляция измеряется как объем воздуха, вдыхаемого или выдыхаемого легкими за единицу времени. Вентиляция в покое в минуту — это произведение приливного объема и частоты дыхания, при примерно 15 вдохах в минуту у нормального взрослого человека в покое и приливном объеме 500 мл вентиляция составляет 7,5 л/мин. 140 мл газа в приливном объеме удерживается в дыхательных путях без газообмена, что называется анатомическим мертвым пространством, поэтому альвеолярная вентиляция составляет только 5,5 л/мин. Если дыхание поверхностное и быстрое, анатомическое мертвое пространство увеличивается. Объем вентиляции относительно высок, что влияет на альвеолярную вентиляцию. Количество газа, поступающего в альвеолы, может быть обусловлено недостаточным местным кровотоком, в результате чего газ не обменивается с кровью. Этот объем газа называется альвеолярным мертвым объемом. Альвеолярный мертвый объем плюс анатомический мертвый объем вместе называются физиологическим мертвым объемом.
1. альвеолярная вентиляция = (приливной объем — физиологический объем мертвого пространства) х частота дыхания
Недостаточная альвеолярная вентиляция обычно наблюдается при эмфиземе; повышенная альвеолярная вентиляция наблюдается при синдроме гипервентиляции.
2. максимальная вентиляция: объем вентиляции, получаемый при максимально быстром и глубоком дыхании в единицу времени.
Это простой стресс-тест для измерения проходимости дыхательных путей, эластичности легких и грудной клетки и силы дыхательных мышц, обычно используемый в качестве показателя способности к торакальной хирургии.
3. экспираторная спирометрия: экспираторная спирометрия, выполняемая с максимально возможной скоростью.
На основании этого можно рассчитать отношение объема, выдыхаемого за первую секунду, и объема, выдыхаемого за первую секунду, к объему легких при нагрузке. Спирометрия при нагрузке — лучшее из существующих измерений, отражающих сопротивление крупных дыхательных путей во время выдоха. Он может использоваться в качестве вспомогательного средства при диагностике хронического бронхита, бронхиальной астмы и эмфиземы, а также для оценки эффективности бронхолитических препаратов.
4. Пиковый экспираторный поток: в положении полного объема легких сильно и быстро дуйте на измеритель самого высокого экспираторного потока, чтобы наблюдать самую высокую скорость экспираторного потока.
Метод измерения прост и легко выполним. Он широко используется в эпидемиологическом исследовании респираторных заболеваний, особенно для оценки состояния и эффективности бронхиальной астмы. Было установлено, что самая низкая пиковая скорость экспираторного потока у пациентов с астмой возникает между 0 и 5 часами утра во время 24-часового динамического наблюдения.
Коэффициент легочного вентиляционного кровотока
Вдыхаемый воздух обменивается кислородом и углекислым газом с кровью в альвеолярных капиллярах после того, как он достигнет альвеол. Если соотношение легочной вентиляции и кровотока в минуту может поддерживаться на определенном среднем уровне (4:5), газообмен будет нормальным.
Если легочная вентиляция нормальная, а легочный капиллярный кровоток снижен или обструктивен, что приводит к увеличению альвеолярного мертвого пространства, отношение вентиляция/кровоток увеличивается; если обструкция легочных бронхов препятствует адекватной оксигенации местного кровотока, формируется физиологический шунт и отношение вентиляция/кровоток уменьшается. Легочные функциональные тесты, отражающие соотношение вентиляции и потока, включают измерение физиологического мертвого пространства, измерение альвеолярно-артериальной парциальной разницы давления и измерение физиологического шунта. Увеличение физиологического мертвого пространства может наблюдаться при таких состояниях, как красная эмфизема или легочная эмболия. Увеличение физиологического фракционного потока наблюдается при таких состояниях, как цианотичная вздутая эмфизема или респираторный дистресс-синдром взрослых.
Вентиляция малых дыхательных путей
Мелкие бронхиальные трубки с внутренним диаметром ≤2 мм в состоянии инспирации называются малыми дыхательными путями, а сопротивление малых дыхательных путей составляет только 20% от общего сопротивления дыхательных путей. Его трудно обнаружить с помощью обычных измерений функции легких, которые отражают большое сопротивление дыхательных путей. Сопротивление малых дыхательных путей можно измерить уже при малых объемах легких; поражения малых дыхательных путей обратимы на ранних стадиях. Существует 2 широко используемых теста для определения функции мелких дыхательных путей.
1. кривая максимального экспираторного потока-объема: здесь рассматривается экспираторный поток в каждый момент времени в течение периода от экспирации на уровне общего объема легких до остаточного объема воздуха. При нарушении функции мелких дыхательных путей поток нарушается при более чем 50% выдыхаемого объема легких и особенно выражен при 75% выдыхаемого объема легких.
2. измерение объема закрытия: объем воздуха, который может продолжать выдыхаться при равномерном выдохе общего объема легких из общего положения легких и когда малые дыхательные пути у основания легкого начинают закрываться при достижении положения остаточного воздуха. Увеличение % закрытого объема/спирометрии указывает на раннее закрытие мелких дыхательных путей в основании легких. Это может быть вызвано патологией мелких дыхательных путей или снижением эластического втягивания легкого.
Нарушение функции мелких дыхательных путей характерно для пациентов, подверженных загрязнению воздуха, длительному курению, длительному воздействию летучих химических веществ, раннему пневмокониозу, бронхиальным вирусным инфекциям, астме в стадии ремиссии, ранней эмфиземе и интерстициальному фиброзу.
Диффузионная функция
Основная функция легких — газообмен, то есть обмен кислородом и углекислым газом. Место газообмена в легких находится в альвеолах и происходит по принципу диффузии, т.е. молекулы газа диффундируют от высокого парциального давления через альвеолярно-капиллярную мембрану (барьер кровь-газ) к низкому парциальному давлению, пока давление газа не уравновесится по обе стороны мембраны. Парциальное давление — это процент от общего давления газа в газовой смеси. Парциальное давление кислорода в альвеолярном газе выше, чем парциальное давление кислорода в капиллярах альвеолярной мембраны, поэтому кислород диффундирует из альвеол через альвеолярную мембрану в капилляры и связывается с гемоглобином в эритроцитах. Парциальное давление углекислого газа в крови выше, чем давление газа в альвеолах, поэтому углекислый газ диффундирует из крови в альвеолы. Поскольку диффузионная способность углекислого газа в 20 раз больше, чем у кислорода, при нарушении диффузии в первую очередь нарушается диффузия кислорода, а в тяжелых случаях возникает гипоксия. Снижение диффузии в основном наблюдается при интерстициальных заболеваниях легких, таких как диффузный интерстициальный фиброз, других заболеваниях, таких как эмфизема, когда площадь диффузии уменьшается из-за разрушения альвеолярной стенки, или при анемии, когда гемоглобин снижен, все это может уменьшить объем легочной диффузии.