Главная >> Медицинские статьи >> Пульмонология

Исследование респираторной функции

К.м.н. Е.Н. Калманова, д.м.н. З.Р. Айсанов
Кафедра госпитальной терапии РГМУ
НИИ пульмонологии Минздрава РФ, Москва
Хронические болезни легких диагностируют поздно, так как выраженные симптомы заболевания проявляются тогда, когда функция дыхания уже существенно нарушена, и, следовательно, назначаемая терапия уже не столь эффективна. Поэтому ранняя диагностика респираторных нарушений при заболеваниях легких - чрезвычайно актуальная проблема. Выявление и оценка выраженности тех или иных нарушений функции внешнего дыхания (ФВД) позволяет поднять диагностический процесс на качественно новый уровень и более адекватно оценить тяжесть заболевания.

Основные методы исследования ФВД
• спирометрия;
• пневмотахометрия;
• бодиплетизмография;
• исследование легочной диффузии;
• измерение растяжимости легких;
• эргоспирометрия;
• непрямая калориметрия.

Если первые два метода могут считаться скрининговыми и обязательными для использования во всех лечебных учреждениях, осуществляющих наблюдение, лечение и реабилитацию легочных больных, то следующие три (бодиплетизмография, исследование диффузионной способности и растяжимости легких) являются более углубленными и дорогостоящими методами. Что же касается эргоспирометрии и непрямой калориметрии, то это довольно сложные методы, которые пока не применяются широко и которым еще только предстоит войти в повседневную клиническую практику.
Современные функциональные методы позволяют оценивать такие характеристики респираторной функции, как бронхиальная проводимость, воздухонаполненность, эластические свойства, диффузионная способность и респираторная мышечная функция. Хотя функциональных методов без учета клинической картины и других данных недостаточно для первичной постановки нозологического диагноза, они абсолютно необходимы легочным больным для оценки отдельных синдромов нарушения ФВД, наиболее распространенные из которых рассматриваются далее.
Нарушение бронхиальной проводимости
Критерии бронхиальной обструкции
Уменьшение просвета бронхиального дерева, проявляющееся ограничением воздушного потока - наиболее важное функциональное проявление легочных заболеваний. Общепринятые методы регистрации бронхиальной обструкции - спирометрия и пневмотахометрия с выполнением форсированного экспираторного маневра, когда после полного вдоха пациент делает максимально быстрый и полный выдох.
Основным критерием, позволяющим говорить о том, что у больного имеет место хроническое ограничение воздушного потока (бронхиальная обструкция), является снижение объема форсированного выдоха за 1-ю секунду (ОФВ1) до уровня, составляющего менее 70% от должных величин. Обладая высокой воспроизводимостью при правильном выполнении маневра, этот показатель позволяет документально зарегистрировать у пациента наличие обструкции и в дальнейшем мониторировать состояние бронхиальной проводимости и ее вариабельность. Бронхиальная обструкция считается хронической, если она регистрируется не менее 3 раз в течение 1 года, несмотря на проводимую терапию.
Очень важной проблемой является ранняя диагностика преимущественного поражения мелких бронхов диаметром менее 2-3 мм (Morrell N.W. et al, 1994), характерного для дебюта хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ). Оно очень долго не проявляется при спирометрии и при бодиплетизмографическом измерении сопротивления дыхательных путей. В этом случае более эффективным показало себя исследование парциальной кривой поток-объем [1]. Другой метод, который позволяет зарегистрировать поражение мелких бронхов, - определение внутригрудного компрессионного объема (Vcomp). Последний является той частью внутрилегочного объема воздуха, которая вследствие нарушения проводимости мелких бронхов во время форсированного экспираторного маневра подвергается компрессии. Vcomp определяется как разница между изменением легочного объема и интегрированным ротовым потоком.
Обратимость обструкции
Выявить нарушение бронхиальной проводимости, определить ее тяжесть и преимущественные уровни поражения - это начальный этап в программе постановки функционального диагноза при обструктивных заболеваниях. Следующим шагом является определение степени обратимости обструкции под действием бронхорасширяющих препаратов.
Для ответа на вопрос о том, является ли данная обструкция преимущественно обратимой или необратимой, обычно используют пробы с ингаляционными бронходилататорами и исследуют их влияние на показатели кривой поток-объем, главным образом на ОФВ₁. Динамика форсированных экспираторных потоков на различных уровнях форсированной жизненной емкости легких (ФЖЕЛ) не может быть критерием обратимости, так как сама ФЖЕЛ, по отношению к которой рассчитываются эти потоки, изменяется при повторных тестах. В связи с этим другие показатели кривой поток-объем (за исключением ОФВ₁), являющиеся в основном производными и расчетными от ФЖЕЛ, не рекомендуется использовать для оценки обратимости обструкции.
При обследовании конкретного пациента необходимо помнить, что обратимость обструкции - величина вариабельная и у одного и того же больного может быть разной в периоды обострения и ремиссии заболевания.
Бронходилатационный ответ на препарат зависит от его фармакологической группы, пути введения и техники ингаляции. Факторами, влияющими на бронходилатационный ответ, также являются назначаемая доза; время, прошедшее после ингаляции; бронхиальная лабильность во время исследования; состояние легочной функции; воспроизводимость сравниваемых показателей; погрешности исследования.
Хотя определение обратимости бронхиальной обструкции и считается рутинным исследованием для проведения дифференциального диагноза между бронхиальной астмой (БА) и ХОБЛ, тем не менее в нашей стране до сих пор отсутствуют общепринятые национальные стандарты по выполнению этой процедуры. В связи с этим в настоящее время приходится ориентироваться на документы и стандарты наиболее авторитетных и признанных в мире респираторных научных сообществ.
Поскольку БА в официальных документах функционально определяется как преимущественно обратимая обструкция, а ХОБЛ - как преимущественно необратимое или частично обратимое нарушение бронхиальной проводимости, то на первый план при определении и клиническом документировании обратимости обструкции выходят три фактора достоверности результатов проведения теста на обратимость:
1) выбор назначаемого препарата и дозы;
2) достижение критериев воспроизводимости как исходного, так и повторного теста;
3) способ расчета бронходилатационного ответа.
Выбор назначаемого препарата и дозы
Рабочая группа Ассоциации голландских специалистов по легочным заболеваниям в 1992 г. утвердила стандарты для проведения бронходилатационных тестов [2]. В соответствии с этим документом в качестве бронходилатационных агентов при проведении тестов у взрослых рекомендуется назначать:
• b₂-агонисты короткого действия (сальбутамол - до 800 мкг, тербуталин - до 1000 мкг) с измерением бронходилатационного ответа через 15 мин;
• антихолинергические препараты (ипратропиума бромид до 80 мкг) с измерением бронходилатационного ответа через 30-45 мин.
Эксперты Британского торакального общества выработали рекомендации для проведения бронходилатационных тестов с использованием небулайзеров. При их осуществлении назначают более высокие дозы препаратов: повторные исследования следует проводить через 15 мин после ингаляции 2,5-5 мг сальбутамола или 5-10 мг тербуталина или же через 30 мин после ингаляции 500 мкг ипратропиума бромида.
Во избежание искажения результатов и для правильного выполнения бронходилатационного теста необходимо отменить проводимую терапию в соответствии с фармакокинетическими свойствами принимаемого препарата ( b₂-агонисты короткого действия - за 6 ч до начала теста, длительно действующие b₂-агонисты - за 12 ч, пролонгированные теофиллины - за 24 ч).
Достижение критериев воспроизводимости
Исследование считается воспроизводимым и завершенным, если пациенту удается выполнить три технически правильных попытки, при которых разница между максимальными и минимальными показателями ОФВ1 и ФЖЕЛ не превышает 5%.
Способ расчета бронходилатационного ответа
Нет единого взгляда на интерпретацию результатов исследования обратимости бронхиальной обструкции из-за различия способов математического расчета [3].
Наиболее простой способ - измерение бронходилатационного ответа по абсолютному приросту ОФВ₁ в мл [DОФВ₁абс(мл) = ОФВ₁дилат(мл) - ОФВ₁исх(мл)]. Однако этот способ не позволяет судить о степени относительного улучшения бронхиальной проводимости, так как не учитываются величины ни исходного, ни достигнутого показателя по отношению к должному. Очень распространен метод измерения обратимости отношением абсолютного прироста показателя ОФВ₁, выраженного в процентах к исходному [DОФВ₁исх %]:
DОФВ₁ исх.(%) = ((ОФВ₁дилат(мл) - ОФВ₁исх(мл))/ОФВ₁исх) х 100%
Но такая методика измерения может привести к тому, что незначительный абсолютный прирост будет в итоге давать высокий процент повышения в том случае, если у пациента исходно низкий показатель ОФВ₁. Существуют также способ измерения степени бронходилатационного ответа в процентах по отношению к должному ОФВ₁ [DОФВ₁должн %]:
DОФВ₁ должн(%)= ((ОФВ₁дилат(мл) - ОФВ₁исх(мл))/ОФВ₁должн) x100%
где ОФВ₁исх - исходный параметр, ОФВ₁дилат - показатель после бронходилатационной пробы, ОФВ₁должн - должный параметр.
Выбор используемого индекса обратимости должен зависеть от клинической ситуации и конкретной причины, в связи с которой исследуется обратимость. Однако использование показателя обратимости, в меньшей степени зависящего от исходных параметров, позволяет осуществлять более корректный сравнительный анализ данных разных исследователей и лабораторий (Kerrebijn,1991; J. Van Noord и соавт., 1994). Несмотря на многообразие способов расчета бронходилатационного ответа, в большинстве случаев официальные рекомендации по этому вопросу предлагают способ расчета прироста по отношению к должным величинам ОФВ₁.
Достоверный броходилатационный ответ по своему значению должен превышать спонтанную вариабельность, а также реакцию на бронхолитики, отмечаемую у здоровых лиц. Поэтому величина прироста ОФВ₁, равная или превышающая 15% от должного, признана в качестве маркера положительного бронходилатационного ответа. При получении такого прироста бронхиальная обструкция документируется как обратимая.
Бронхоконстрикторный тест
Еще одной важной составляющей функционального диагноза и дифференциально-диагностическим критерием ХОБЛ и БА является степень нестабильности дыхательных путей, т.е. выраженность ответа на различные экзо- и эндогенные стимулы. Бронхиальная гиперреактивность, характерная для БА, хотя и определяется как неспецифическая, тем не менее, факторы, вызывающие ее, носят вполне конкретный специфический характер. Они условно могут быть разделены на три основные группы: 1) агенты, вызывающие бронхоспазм посредством прямого воздействия на гладкую мускулатуру (например, метахолин и гистамин); 2) факторы, оказывающие непрямое воздействие за счет высвобождения фармакологически активных веществ из секретирующих клеток, например, тучных (физические гипер- и гипоосмолярные стимулы) и немиелинизированных сенсорных нейронов (брадикинин, двуокись серы); 3) факторы, обладающие прямым и непрямым механизмом действия.
Для выявления бронхиальной гиперреактивности используется провокационный или бронхоконстрикторный тест (“challenge test”). В качестве бронхоконстрикторного агента при проведении тестов могут выступать фармакологические агенты (метахолин и гистамин), физические факторы (нагрузка, холодный воздух и др.) или сенситизирующие агенты (аллергены, профессиональные вредности). Выбор бронхоконстрикторного стимула определяется конкретной целью исследования. Для проведения клинических и эпидемиологических исследований фармакологические агенты (метахолин и гистамин) являются оптимальным выбором.
При выполнении методики во главу угла должны ставиться безопасность и надежность теста. Поэтому точную дозу или концентрацию провокационного агента необходимо знать не только для соблюдения методической точности, но и во избежание передозировки, способной вызвать тяжелый бронхоспазм. Стандартизация техники выполнения исследования позволяет не только получать воспроизводимые результаты внутри лаборатории, но и сравнивать данные различных лабораторий между собой при проведении многоцентровых исследований. Таким образом, проблема стандартизации и воспроизводимости этих методов - это проблема не только методическая, но и клиническая, так как от них в значительной степени зависит безопасность обследуемого пациента. При правильном проведении с учетом показаний и противопоказаний провокационные тесты достаточно безопасны для пациента.
Серийные исследования
Важным методом, позволяющим подтвердить диагноз ХОБЛ, является мониторирование ОФВ₁ - многолетнее повторное спирометрическое измерение этого показателя. В зрелом возрасте в норме отмечается ежегодное падение ОФВ₁ в пределах 30 мл в год. Проведенные в разных странах крупные эпидемиологические исследования позволили установить, что для больных ХОБЛ характерно ежегодное падение показателя ОФВ1 более 50 мл в год [4], в то время как для здоровых лиц и астматиков этот показатель не превышает 30 мл.
Изменение структуры статических объемов и эластических свойств легких
Бронхиальная проводимость характеризует лишь один, хотя и очень важный компонент респираторной функции. Бронхиальная обструкция в свою очередь может приводить к изменению воздухонаполненности (или структуры статических объемов) в сторону гипервоздушности легких. Основным проявлением гипервоздушности легких или увеличения их воздухонаполненности является увеличение общей емкости легких (ОЕЛ), полученной при бодиплетизмографическом исследовании или методом разведения газов.
Один из механизмов повышения общей емкости легких при ХОБЛ - снижение давления эластической отдачи по отношению к соответствующему легочному объему. В основе развития синдрома гипервоздушности легких лежит еще один весьма важный механизм. Повышение легочного объема способствует растяжению дыхательных путей и, следовательно, повышению их проводимости. Таким образом, возрастание функциональной остаточной емкости легких представляет собой своего рода компенсаторный механизм, направленный на растяжение и увеличение внутреннего просвета бронхов. Однако подобная компенсация идет в ущерб эффективности работы респираторных мышц вследствие неблагоприятного соотношения сила-длина. Гипервоздушность средней степени выраженности приводит к снижению общей работы дыхания, так как при незначительном повышении работы вдоха имеет место существенное снижение экспираторного вязкостного компонента [5].
Анатомически изменения паренхимы легких при эмфиземе (расширение воздушных пространств дистальнее терминальных респираторных бронхиол, деструкция альвеолярных стенок) функционально проявляются изменением эластических свойств легочной ткани - повышением статической растяжимости. Отмечается изменение формы и угла наклона петли давление-объем.
При рестриктивных легочных заболеваниях, напротив, происходит изменение структуры легочных объемов в сторону снижения общей емкости легких. Это происходит, главным образом, за счет уменьшения жизненной емкости легких. Эти изменения сопровождаются снижением растяжимости легочной ткани.
Нарушение диффузионной способности легких
Измерение диффузионной способности у больных легочными заболеваниями обычно выполняется на втором этапе оценки ФВД после выполнения форсированных спирометрии или пневмотахометрии и определения структуры статических объемов. Исследование диффузии применяется у больных рестриктивными и обструктивными заболеваниями, главным образом, для диагностики эмфиземы или фиброза легочной паренхимы [6, 7].
При эмфиземе показатели диффузионной способности легких - DLCO и ее отношения к альвеолярному объему DLCO/Va снижены, главным образом вследствие деструкции альвеолярно-капиллярной мембраны, уменьшающей эффективную площадь газообмена. Однако снижение диффузионной способности легких на единицу объема (DLCO/Va) (т.е. площади альвеолокапиллярной мембраны) может быть компенсировано возрастанием общей емкости легких (Standartization of lung function tests, 1993). Для диагностики эмфиземы исследование DLCO показало себя более информативным, чем определение легочной растяжимости [8], а по способности к регистрации начальных патологических изменений легочной паренхимы данный метод сопоставим по чувствительности с компьютерной томографией [9, 10].
У злостных курильщиков, составляющих основную массу больных ХОБЛ, и у пациентов, подвергающихся профессиональному воздействию окиси углерода на рабочем месте, отмечается остаточное напряжение СО в смешанной венозной крови, что может привести к ложно заниженным значениям DLCO и его компонентов [11].
Расправление легких при гипервоздушности приводит к растяжению альвеолярно-капиллярной мембраны, уплощению капилляров альвеол и возрастанию диаметра “угловых сосудов” между альвеолами. В результате общая диффузионная способность легких и диффузионная способность самой альвеолокапиллярной мембраны возрастают с объемом легких, но соотношение DLCO/Va и объем крови в капиллярах (Qc) уменьшаются. Подобный эффект легочного обьема на DLCO и DLCO/VA может приводить к неправильной интерпретации результатов исследования при эмфиземе.
При рестриктивных легочных заболеваниях характерно значительное снижение диффузионной способности легких (DLCO). Отношение DLCO/Va может быть снижено в меньшей степени из-за одновременного значительного уменьшения объема легких.
Нарушение физической работоспособности
В повседневной работе врач-клиницист сталкивается с проблемой, когда, несмотря на тщательно проведенные лабораторное и инструментальное исследование с оценкой функции внешнего дыхания в покое, бывает трудно определить общее функциональное состояние пациента, возможность его возвращения к привычному быту и прежним профессиональным обязанностям и назначить ему оптимальный реабилитационный режим [12]. Кроме того, не всегда есть возможность адекватно оценить эффективность проводимой терапии. Например, при проведении бронхолитической терапии иногда субъективная оценка не совпадает с объективно выявленным бронходилатационным эффектом, а также не во всех случаях удается выявить скрытое кардиотоксическое действие препарата, которое проявляется в чрезмерном увеличении ЧСС и электрокардиографических изменениях во время нагрузки.
Предложенные на сегодняшний день подходы к определению функционального класса легочных больных не учитывают таких важных факторов, как способность пациента к выполнению физической нагрузки и метаболический ответ на нее, исследование которых позволило бы во многих случаях более точно оценить функциональное состояние пациента и выявить тонкие механизмы ограничения физической работоспособности, скрытые от врача и исследователя при обычных исследованиях в состоянии покоя.
Вследствие того, что легочные заболевания сопровождаются снижением физической работоспособности и потребления кислорода [13, 14], роль нагрузочных тестов при проведении функциональных исследований все более возрастает. Кроме того, с каждым годом возрастает число больных легочной патологией с сопутствующими сердечно-сосудистыми заболеваниями. И в этих случаях требуется определить долевое участие респираторного и циркуляторного компонента в ограничении физической работоспособности, в соответствии с этим принимать индивидуальное решение о проводимой терапии и оценивать ее эффективность. Исследование во время физической нагрузки, моделируя стресс, может предоставить ценную информацию об адаптационных возможностях кардиореспираторной системы и тем самым позволить во многих случаях получить дополнительные данные об основном механизме возникновения одышки (диспноэ), происхождение которой иногда трудно установить при проведении исследований в состоянии покоя, характере изменений параметров вентиляции и конкретных метаболических условиях возникновения диспноэ у того или иного больного [15, 16].
Эргоспирометрическое иследование позволяет определить участие отдельных компонентов респираторной функции в ограничении физической активности. Однако для формирования более полного представления о функциональном состоянии пациента и формулирования развернутого и подробного функционального диагноза больного при легочной патологии необходимо ответить на следующие вопросы:
1) Проявляются ли во время нагрузки какие-либо нарушения респираторной функции, не выявляемые в покое?
2) Играют ли выявленные изменения какую-либо роль в ограничении физической активности?
3) Какой из компонентов респираторной функции играет первостепенную роль в ограничении физической активности?
Ответы на эти вопросы позволят выявить скрытые нарушения респираторной функции и определить, в какой мере эти нарушения могут влиять на качество жизни пациента.
Функциональная диагностика легочных заболеваний - это бурно развивающаяся область, быстро внедряющая самые последние технологические достижения. Общая тенденция современной медицины - тщательное протоколирование и максимально точный функциональный диагноз - приобретает при ведении больных обструктивными легочными заболеваниями все большее значение. У этой категории пациентов одной из основных целей проведения любых терапевтических и реабилитационных мероприятий является повышение функциональных возможностей больного к перенесению повседневных физических нагрузок, связанных с профессиональной деятельностью и бытом, улучшение качества жизни.

Литература
1. Garyard P., Orehek J., Grimaud C., Charpin C. Bronchoconstrictor effects of deep inspiration in patients with asthma. Am. Rev. Respir. Dis. 1975;111: 433-9.
2. Brand P., Quanjer P.H., Postma D.S. et al. and the Dutch Chronic Non-Specific Lung Disease (CNSLD) Study Group. Thorax 1992; 47: 429-36.
3. Van Noord J.A., Smeets J., Clement J. et al. Assessment of reversibility of airflow obstruction. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 1994; 150 (2): 551-4.
4. Siafakas N.M., Vermeire P., Pride N.B. et al. Optimal assessment and management of chronic obstructive pulmonary disease (COPD). A consensus statement of the European Respiratory Society (ERS). Eur. Resp. J.1995; 8: 1398-420.
5. Wheatley J.R., West S., Cala S.J., Engel L.A. The effect of hyperinflation on respiratory muscle work in acute induced asthma. Eur. Respir.J. 1990, 3: 625-32.
6. Gelb A.F., Schein M., Kuei J., Tashkin D.P., Muller N.L., Hogg-J.C., Epstein J.D., Zamel N. Limited contribution of emphysema in advanced chronic obstructive pulmonary disease. Am.Rev.Respir. Dis. 1993; 147 (5): 1157-61.
7. Morrell N.W., Wignall B.K., Biggs T., Seed W.A. Collateral ventilation and gas exchange in emphysema. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 1994; 150 (3): 635-41.
8. Morrison N.J., Abboud R.T., Ramadan F. et al. Comparison of single breath carbon monoxide diffusion capacity and pressure-volume curves in detecting emphysema. Am. Rev. Respir. Dis. 1989; 139: 1179-87.
9. Gould G.A., Redpath A.T., Ryan M. et al. Parenchymal emphysema measured by CT lung density correlates with lung function in patients with bullous disease. Eur. Respir. J. 1993; 6 (5): 698-704.
10. Stern E.J., Webb W.R., Gamsu G. Dynamic quantitative computed tomography. A predictor of pulmonary function in obstructive lung diseases. Invest. Radiol. 1994; 29 (5): 564-9.
11. Knudson R.J., Kaltenborn W.T., Burrows B. The effects of cigarette smoking and smoking cessation on the carbon monoxide diffusion capacity of the lung in asymptomatic subjects. Am. Rev. Respir. Dis. 1989; 140: 645-51.
12. Folgering H., Van-Herwaarden C. Pulmonary rehabilitation in asthma and COPD, physiological basics. Respir. Med. 1993; 87 (Suppl B): 41-4.
13. Carter R., Nicotra B., Blevins W., Holiday D. Altered exercise gas exchange and cardiac function in patients with mild chronic obstructive pulmonary disease. Chest. 1993; 103 (3): 745-50.
14. Wegner R.E., Jorres R.A., Kirsten D.K., Magnussen H. Factor analysis of exercise capacity, dyspnoea ratings and lung function in patients with severe COPD. Eur. Respir.J. 1994; 7 (4): 725-9.
15. Ross R. Interpreting Exercise Tests. Houston, CSI Software, 1989; 243.
16. O’Donnell D.E. Breathlessness in patients with chronic airflow limitation. Mechanisms and management. Chest. 1994; 106(3): 904-12.
Приложения к статье

Рис. 1. Кривая поток-объем в норме и при патологии.
Н - норма
Р - рестриктивные нарушения
О - обструктивные нарушения

Критерий бронхиальной обструкции - ОФВ₁70% от должного

Бронходилатационный тест необходим для разграничения БА (обратимая обструкция) и ХОБЛ (необратимая обструкция)

Бронхиальная обструкция обратима, если прирост ОФВ₁ і 15% от должного

Нагрузочные тесты (эргоспирометрия) позволяют оценить переносимость нагрузок и долевое участие сердечной и легочной патологии в генезе одышки
Опубликовано с разрешения администрации Русского Медицинского Журнала.

24.02.2007