I. Измерение объема легких Определение компонентов объема легких Объем газа в легких изменяется за счет движения дыхательных мышц при расширении и сокращении грудной клетки; при спокойном дыхании амплитуда движения грудной клетки мала, поэтому изменение объема газа в легких также невелико; при глубоком вдохе легкие расширяются сильнее, и поэтому объем вдыхаемого газа также больше. Общий объем газа в легких можно разделить на следующие 4 базовых объема: приливной объем (VT): объем газа, выдыхаемого или вдыхаемого во время каждого спокойного вдоха. Инспираторно-респираторный объем (IRV): объем газа, который можно вдохнуть в конце спокойного вдоха при максимально глубоком вдохе. Экспираторный объем (ERV): объем газа, который можно выдохнуть при максимально глубоком выдохе в конце спокойного выдоха. Остаточный объем (RV): объем воздуха, который остается в легких в конце максимального выдоха. Следующие 4 легочных объема состоят из 2 или более базовых объемов. Вдыхательная способность (IC): объем воздуха, который можно вдохнуть в конце спокойного выдоха при максимальном глубоком вдохе, состоящий из приливного и инспираторного объемов. Жизненная емкость (ЖЕЛ): объем воздуха, который можно выдохнуть при максимально глубоком выдохе в конце максимального вдоха (равен объему глубокого вдоха плюс объем компенсаторного выдоха), а также объем воздуха, который можно вдохнуть при максимально глубоком вдохе в конце максимального выдоха, первый также известен как экспираторная емкость легких, а второй — как инспираторная емкость легких. Функциональная остаточная емкость (FRC): объем воздуха, содержащийся в легких в конце спокойного выдоха, состоящий из экспираторного и остаточного объемов. Общая емкость легких (ОЕЛ): объем воздуха, содержащийся в легких после максимального вдоха, равный спирометрическому объему плюс остаточный объем воздуха. Объем легких зависит от возраста, пола и роста, а величина объема легких влияет на газообмен. Методы измерения Приливной объем, глубокий инспираторный объем, экспираторный объем и жизненная емкость легких могут быть измерены непосредственно спирометрами, а остаточный объем воздуха следует измерять методом разведения газов или методом отслеживания объема тела. К методам разбавления газов относятся промывание азотом и разбавление гелием, а принцип определения объема тела основан на законе Бойля и измеряется в закрытой камере. Клиническое применение Измерение объема легких обычно отражает активность грудной клетки и эластичность легких и грудной клетки. Поэтому изменения физиологических механизмов дыхания, вызванные заболеваниями грудной клетки и легких, часто отражаются в виде изменений объема легких. Жизненная емкость легких представляет собой дыхательную амплитуду максимального расширения и сокращения легких. В любой клинической ситуации, когда эта дыхательная амплитуда ограничена, жизненная емкость легких снижается, что проявляется во внегрудных, плевральных и внутрилегочных поражениях. Примерами могут служить деформации грудной клетки, пневмоторакс, плевральный выпот, плеврит, стромальные заболевания легких и внутрилегочные пространственно-захватывающие поражения. Увеличение остаточного объема воздуха и функционального остаточного объема воздуха свидетельствует о гиперинфляции легких и наблюдается в основном при эмфиземе, частичной бронхиальной обструкции и деформациях грудной клетки. Общий объем легких — это сумма объема легких и остаточного объема воздуха. Увеличение общего объема легких наблюдается в основном при эмфиземе; уменьшение общего объема легких — при некоторых пневмоторакальных рестриктивных заболеваниях и широком спектре легочных заболеваний, таких как отек легких, застойные явления в легких, ателектаз легких, опухоли легких и т.д. Во-вторых, вентиляционная функция Под вентиляцией понимается вдыхание легкими свежего воздуха с высоким содержанием кислорода из внешней среды и одновременное выведение из организма газа с низким содержанием кислорода и высоким содержанием CO2 в альвеолах. Это важная часть процесса газообмена между организмом и внешней средой. Вентиляция покоя Так называемая вентиляция покоя (ВП) — это состояние покоя, сумма объемов воздуха, выдыхаемого в минуту, то есть для поддержания метаболизма состояния покоя объем вентиляции в минуту, равный приливному объему, умноженному на частоту дыхания. Обычно он составляет около 10 л у нормальных мужчин и 9 л у женщин. Из-за большого резерва вентиляционной функции вентиляция в состоянии покоя обычно не нарушается, если нет тяжелых вентиляционных расстройств. Увеличение вентиляции покоя считается гипервентиляцией и может вызвать респираторный алкалоз; уменьшение вентиляции покоя считается гиповентиляцией и может вызвать респираторный ацидоз. Максимальная вентиляция Максимальный вентиляционный объем (MVV) — это объем вентиляции, полученный при глубоком, быстром и большом вдохе с максимальной силой в единицу времени. Он отражает динамическую функцию дыхания и является одним из наиболее значимых показателей при измерении вентиляционной функции. Он используется для измерения эластичности легочных тканей, сопротивления дыхательных путей, эластичности грудной клетки и силы дыхательных мышц, а также отражает резервную функцию и величину компенсаторной способности легких к вентиляции. Метод измерения заключается в выполнении глубокого и быстрого дыхания в течение ограниченного времени (12 с или 15 с), умножении измеренного экспираторного объема на 5 или 4, то есть на величину максимальной самостоятельной вентиляции в минуту. Нормальная максимальная самостоятельная вентиляция зависит от следующих факторов: (1) целостности грудной клетки и нормальной работы дыхательных мышц; (2) гладкости трахеи и бронхов; (3) целостности и нормальной эластичности легочной ткани. Любые клинические состояния или патологические изменения, влияющие на три вышеперечисленных фактора, могут вызвать снижение максимальной добровольной вентиляции легких, среди которых распространенными являются следующие: 1. Ограничение активности легких, например интерстициальный фиброз, массивный плевральный выпот, отек легких и поражение легочной паренхимы; 2. Повышенное сопротивление дыхательных путей, например целостность грудной клетки и нормальная работа дыхательных мышц; ② проходимость трахеи и бронхов; ③ состоятельность и нормальная эластичность легочной ткани. Повышенное сопротивление дыхательных путей, например при хронической обструктивной болезни легких, бронхиальной астме, опухолях бронхов, стенозе и обструкции верхних дыхательных путей. Ослабление или потеря силы дыхательных мышц, например, при полиомиелите и миастении гравис. 4. деформации грудной клетки, например сколиоз. Максимальная волевая вентиляция считается важным предиктором риска легочной коморбидности перед торакальной операцией. Было отмечено, что смертность пациентов, перенесших торакальную операцию, связана с МВВ, причем 50% умерших имеют МВВ <50% от прогнозируемого значения, и по сей день МВВ используется клиническими хирургами как основной показатель возможности выполнения торакальной операции у пациентов с ХОБЛ. Форсированный объем легких и первый второй форсированный объем легких Форсированный объем легких (FVC) - это объем воздуха, который может быть выдохнут с максимальной силой и скоростью после максимального вдоха в положение общего объема легких и выдоха в положение остаточного дыхания, из которых первый второй форсированный объем легких (FEV1) является общепринятым показателем для определения наличия или отсутствия обструкции дыхательных путей, а первый второй форсированный объем легких у большинства нормальных людей может достигать 70%-80% от FVC, что обычно выражается как FEV1/FVC. Обычно используется показатель FEV1/FVC. Его клиническое значение заключается главным образом в отражении наличия или отсутствия бронхиальной обструкции, а снижение FEV1/FVC указывает на обструкцию дыхательных путей. Нормальные люди могут выдохнуть почти весь объем легких за 3 с, в то время как пациентам с обструктивными нарушениями вентиляции легких требуется 5-6 с и даже больше времени для полного выдоха. Помимо определения наличия или отсутствия бронхиальной обструкции, FEV1/FVC может служить подтверждением наличия или отсутствия рестриктивных вентиляционных нарушений. Например, при некоторых заболеваниях, ограничивающих расширение альвеол, снижение амплитуды дыхания позволяет выдохнуть весь объем легких за 1-2 с, а в некоторых случаях даже весь объем легких может быть выдохнут за 1 с, что приводит к FEV1/FVC, равному 100 %. При обратимой бронхиальной обструкции, например при бронхиальной астме, применение бронхолитика приводит к улучшению показателя FEVl/FVC и позволяет увеличить значение FEV1. Скорость экспираторного потока может достигать пика очень быстро, когда скорость потока связана с величиной потуги; однако при продолжении экспираторного дыхания с потугой скорость потока начинает снижаться и уменьшается с уменьшением внутреннего объема до тех пор, пока скорость потока не станет равной нулю. Скорость потока в этом сегменте легочного объема не зависит от нагрузки. Измерение скорости потока в середине выдоха полезно для раннего выявления обструкции мелких дыхательных путей. Пиковая скорость экспираторного потока (PEF) Под пиковой скоростью экспираторного потока (PEF) понимается мгновенная скорость потока в момент наибольшей скорости экспираторного потока при спирометрии, которая в основном используется для отражения силы дыхательных мышц и наличия или отсутствия обструкции дыхательных путей. У нормальных людей значения PEF могут несколько отличаться в разные моменты времени в течение суток, но обычно не превышают 20%. У больных астмой эти различия могут быть значительно увеличены, если разница между разными временными точками в течение 1 суток PEF составляет более 30%, это может служить основным основанием для постановки диагноза атипичной астмы. Пациенты с астмой должны находиться под наблюдением на предмет длительных изменений PEF, если PEF, измеренные значения значительно снижаются, или PEF в течение суток увеличивает вариабельность, это свидетельствует об обострении заболевания, необходимо проводить соответствующее лечение. Существует три типа вентиляционной дисфункции: 1. Рестриктивная легочная вентиляционная дисфункция, т.е. вентиляционная дисфункция, вызванная ограничением расширения альвеол. Обычно встречается при: ① интерстициальных заболеваниях легких, таких как стромальная пневмония, фиброз легких, отек легких, силикоз и т.д.; ② профессиональных поражениях легких или после лобэктомии, таких как опухоли легких, кисты легких и т.д.; ③ заболеваниях плевры, таких как плевральный выпот, пневмоторакс, опухоли плевры и т.д.; ④ заболеваниях позвоночника грудной стенки, таких как спондилолистез, анкилозирующий спондилит, торакопластика и т.д.; ⑤ других, таких как ожирение, асцит, беременность и нервно-мышечные заболевания. Обструктивная легочная дисфункция - это нарушение легочной вентиляции, вызванное сужением или закупоркой дыхательных путей. Распространенными причинами являются: ① заболевания трахеи и бронхов, такие как опухоли трахеи, стеноз, бронхиальная астма, хронический бронхит и т.д.; ② эмфизема, легочный герпес; ③ заболевания верхних дыхательных путей, такие как инфекции горла, опухоли и т.д. 3, смешанная вентиляционная дисфункция легких, то есть обструктивная вентиляционная дисфункция и рестриктивная вентиляционная дисфункция одновременно. Различные типы вентиляционной дисфункции показателей легочных функциональных проб сведены в табл. 3-47-1. мелкие бронхи. Поскольку сопротивление дыхательных путей обратно пропорционально площади поперечного сечения трахеи, а общая площадь поперечного сечения мелких дыхательных путей значительно больше, чем общая площадь поперечного сечения дыхательных путей диаметром более 2 мм, поэтому сопротивление мелких дыхательных путей составляет лишь 10-20% от общего сопротивления дыхательных путей, и его аномальные изменения нелегко выявить с помощью обычных методов измерения функции легких. 1, закрытый объем (ЗО), в связи со сложностью метода определения, в настоящее время используется реже, поэтому опускается. 2, кривая "максимальный экспираторный поток - объем" (V-V кривая) на участке малой жизненной емкости легких экспираторный поток не имеет отношения к нагрузке, а определяется в основном калибром мелких дыхательных путей и силой эластического втягивания альвеол. Показателями, используемыми для измерения функции мелких дыхательных путей, обычно являются FEF50% и F'EF75%, и если они составляют менее 80% от нормального значения, то можно считать, что этот поток снижен, что свидетельствует об обструкции мелких дыхательных путей. Наблюдение за формой наклона нисходящей ветви линии MEFV также имеет большое значение для определения функции мелких дыхательных путей. Принцип измерения диффузионной функции легких Под диффузией понимается перемещение молекул из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией, что является пассивным процессом, не требующим затрат энергии. Диффузия в легких - это процесс газообмена между кислородом и углекислым газом в альвеолах и кислородом и углекислым газом в пристеночных капиллярах альвеол через мембрану пристеночных капилляров альвеол. Факторами, влияющими на диффузию через альвеолярные капилляры, являются: площадь диффузии, расстояние диффузии и разница в парциальном давлении кислорода между альвеолами и капиллярами. Диффузионный объем - это количество газа, которое может пройти через альвеолы за единицу времени (1 мин) и за единицу разницы давления 0,133 кПа (1 мм рт. ст.). В клинических условиях диффузионная функция относится к кислороду. Обычно для этого измерения используется угарный газ. Методы измерения Существует три метода измерения диффузии: метод одного вдоха, метод постоянного состояния и метод повторных вдохов. Метод одного вдоха является наиболее распространенным клиническим методом. Испытуемый вдыхает смесь из 0,3% CO, 10% He и 20% O2 (с N2 в качестве равновесного газа) в общий объем легких на уровне остаточного газа, а затем выдыхает на уровень остаточного газа после задержки дыхания на 10 с. Во время этого процесса непрерывно измерялась концентрация CO и He, а затем рассчитывался диффузионный объем легких (концентрация и соотношение используемых газовых смесей варьировались в разных приборах). Диффузионный объем легких коррелирует с возрастом, полом, положением тела и размерами тела, причем у мужчин он больше, чем у женщин, а у молодых людей больше, чем у пожилых. Клиническое значение 1. Диффузионный объем менее 80% от нормального ожидаемого значения свидетельствует о диффузионной дисфункции. Снижение диффузионного объема характерно для: ① увеличения диффузионного расстояния, например при интерстициальном фиброзе, асбестозе и т.д.; ② уменьшения объема альвеолярных капилляров, например при эмфиземе, туберкулезе, пневмотораксе, инфекции легких, отеке легких и т.д.; ③ нарушений системы кровообращения, например при врожденных пороках сердца, ревматическом пороке сердца, анемии. 2, усиление диффузии может наблюдаться при эритроцитозе (вследствие повышенного поглощения СО эритроцитами), легочном кровотечении (гемоглобин во внесосудистой крови может поглощать определенное количество СО). V. Комплаенс легких Принцип измерения Комплаенс - это изменение объема, вызванное изменением давления в единице объема, которое отражает эластичность легочной ткани и обычно включает в себя комплаенс легких, комплаенс грудной стенки и общий комплаенс. Изменение объема легких ΔV Комплаенс легких CL = транспульмональное давление в Л/кПа. Метод измерения Комплаенс легких можно разделить на статический и динамический. Под статическим комплайнсом понимается комплайнс легких, измеряемый при кратковременном перекрытии потока воздуха во время дыхательного цикла, а под динамическим - комплайнс легких, измеряемый при отсутствии перекрытия потока воздуха во время дыхательного цикла. Статический комплайнс отражает эластичность легочной ткани, а динамический комплайнс зависит от сопротивления дыхательных путей. Давление, необходимое для поддержания определенного объема легких, называется силой эластической ретракции; увеличение силы эластической ретракции уменьшает комплайнс, и наоборот. Клиническое значение (а) Заболевания, при которых общий объем легких увеличен 1. Эмфизема У пациентов с эмфиземой статический комплайнс увеличен, а динамический комплайнс снижен. 2. при бронхиальной астме иногда наблюдается снижение статического комплайнса. 3. Акромегалия При увеличении объема легких пропорционально увеличивается статическое соответствие, в то время как давление эластической ретракции легких остается нормальным. (ii) Заболевания, при которых общий объем легких уменьшается (рестриктивные заболевания легких) 1. Резекция легкого, ателектаз легкого, объем легких уменьшается, комплайнс легких снижается. 2. При диффузном интерстициальном фиброзе легких статическое и динамическое соответствие снижено. 3. Внелегочные заболевания, такие как полиомиелит, деформация позвоночника и т.д., снижают легочный комплайнс и комплайнс грудной стенки. 4, ОРДС, отек легких и т.д. Вследствие уменьшения нормальных альвеолярных воздушных пространств объем легких уменьшается, а легочное соответствие снижается. (iii) Частотная зависимость при небольших нарушениях проходимости дыхательных путей При небольших нарушениях проходимости дыхательных путей легочный комплайнс зависит от частоты дыхания, и при увеличении частоты дыхания комплайнс снижается, что называется частотной зависимостью динамического комплайнса. (D) Применение в механической вентиляции и мониторинге дыхательной недостаточности Помогает определить оптимальный уровень PEEP, давление PEEP, обеспечивающее максимальный комплайнс, является наилучшим. Давление PEEP. VI. Измерение сопротивления дыхательных путей Принцип и метод измерения Трение, создаваемое потоком газа в легких в дыхательных путях во время спокойного дыхания, обычно выражается как разница давлений, необходимая для создания единичной скорости потока. Сопротивление дыхательных путей обычно измеряется с помощью объемной трассировки или принудительной импульсной осцилляции. Сопротивление дыхательных путей = разность давлений/скорость потока (кПа?с/л) Клиническое применение Поскольку сопротивление дыхательных путей обратно пропорционально четвертой степени радиуса дыхательных путей, а общая площадь поперечного сечения малых дыхательных путей значительно больше, чем больших, более 80% сопротивления дыхательных путей обусловлено сопротивлением больших дыхательных путей. (A) Сопротивление дыхательных путей увеличивается при следующих заболеваниях 1, бронхиальная астма При приступе астмы сопротивление дыхательных путей увеличивается, в период ремиссии сопротивление дыхательных путей может быть нормальным. Повышенное сопротивление дыхательных путей во время приступа астмы может быть снижено бронхолитиками. 2.Эмфизема Атрофия дыхательных путей во время выдоха может вызвать повышение сопротивления дыхательных путей; или чрезмерное внутригрудное давление во время выдоха, сжатие дыхательных путей, что приводит к повышению сопротивления дыхательных путей. 3. Обструктивная вентиляционная дисфункция, медленная ветвь, опухоль и другие причины обструктивных вентиляционных нарушений также могут увеличить сопротивление дыхательных путей. 4. Увеличение сопротивления дыхательных путей в медицинских целях, например, при интубации трахеи или трахеотомии. (ii) Взаимосвязь между сопротивлением дыхательных путей и другими вентиляционными функциями Увеличение сопротивления дыхательных путей может привести к снижению скорости форсированного экспираторного потока, скорости инспираторного потока и MVV. VII.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ТЕСТЫ ЛЕГОЧНОЙ ФУНКЦИИ Принцип ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ТЕСТОВ ЛЕГКИХ исследует динамические изменения функции легких при физической нагрузке и является клинически полезным для понимания физиологии и патологии, которые не могут быть продемонстрированы в состоянии покоя. Физическая нагрузка приводит к уменьшению соотношения вентиляции мертвого пространства и приливного объема, увеличению вентиляции, выделения углекислого газа, поглощения и потребления кислорода и, конечно, к увеличению нагрузки на сердечно-сосудистую систему. Методика проведения теста Упражнения для определения легочной функции обычно выполняются с использованием плоской беговой дорожки, т.е. ходьбы по подвижной плоской поверхности с определенным наклоном и скоростью вращения, а также с контролем электрокардиограммы и изменений артериального давления. В качестве протокола физической нагрузки используется модифицированный протокол Брюса. За конечную точку теста с физической нагрузкой обычно принимается достижение испытуемым субэкстремальной частоты сердечных сокращений, а после достижения субэкстремальной частоты сердечных сокращений испытуемый продолжает медленную ходьбу и постепенно возвращается к базальной частоте сердечных сокращений. Тест следует прекратить, если во время его проведения возникает значительная одышка, ишемия миокарда, сердечная аритмия, повышение или понижение артериального давления. Подготовка Перед началом теста необходимо четко объяснить испытуемому меры предосторожности на каждом этапе всего процесса выполнения упражнения, попросить его максимально расслабиться, не нервничать и одновременно подготовить препараты первой помощи, кислород и т.д., чтобы не допустить несчастных случаев. Часто используемые показатели теста Максимальное поглощение или потребление кислорода (VO2 max): VO2 max является основным показателем уровня кардиореспираторной подготовленности при экстремальных физических нагрузках. Он представляет собой сумму возможностей системы транспорта кислорода. Скорость дыхательного обмена (СДО): отношение выделения СО2 в минуту к поглощению О2 в минуту в легких. Отношение максимальной вентиляции (MVV) к максимальной вентиляции при физической нагрузке VEmax (VEmax/MVV) - это индекс одышки, который является объективным показателем выраженности одышки. Анаэробный порог - интенсивность физической нагрузки, соответствующая точке начала резкого повышения уровня лактата в крови при постепенном увеличении тренировочной нагрузки, которая используется для отражения анаэробной метаболической способности. При превышении анаэробного порога дальнейшее увеличение интенсивности тренировки приводит к метаболическому ацидозу. Метаболический эквивалент: практический показатель энергозатрат, метаболический эквивалент равен 3,5 мл поглощения кислорода в минуту на килограмм массы тела, является важным показателем интенсивности тренировки при недостижении анаэробного порога. Клиническое применение Сердце и легкие человека обладают большими резервными возможностями. В состоянии покоя некоторые функции нелегко показать снижением, только при серьезном препятствии функции будут проявляться клинические симптомы. Поэтому тест с физической нагрузкой позволяет выявить патофизиологические механизмы, которые не могут быть обнаружены в состоянии покоя, и установить закономерность, исходя из факторов, ограничивающих объем физической нагрузки, симптомов, появляющихся во время нагрузки, и раннего выявления отклонений сердечно-легочной функции. 1.При астме, вызванной физической нагрузкой, показатель FEV l положителен, если он на 10% ниже, чем до нагрузки, что является важным показателем для диагностики астмы, вызванной физической нагрузкой. 2. Прогнозирование риска осложнений после торакальных операций Если VO2 max значительно снижен, то риск послеоперационных осложнений выше. 3.Применение при сердечно-сосудистых заболеваниях По состоянию тренировочной нагрузки можно судить о кровоснабжении миокарда и изменениях сердечного ритма, что может помочь в диагностике ишемической болезни сердца и аритмии. 4.Посредством наблюдения за анаэробным порогом можно судить о физической выносливости человека. 5.Этот прибор может быть использован для дифференциальной диагностики стеснения в груди, одышки и диспноэ. Противопоказания 1, заболевания сердца, гипертония и др. 2, Нарушение функции легких, например, FEVl менее 70% от ожидаемого значения. 3, Период приступов астмы. 4, пожилой возраст, хрупкость, проблемы с подвижностью.