ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2014, том 40, № 6, с. 123-128
УДК 612.216.014.464
ПИКОВАЯ ЧАСТОТА СВИСТОВ ФОРСИРОВАННОГО ВЫДОХА ПРИ БРОНХОДИЛЯТАЦИОННОЙ ПРОБЕ
© 2014 г. М. А. Сафронова1, И. А. Почекутова1, В. И. Коренбаум12
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток 2Дальневосточный федеральный университет, Школа естественных наук, Владивосток
E-mail: saf-m@poi.dvo.ru Поступила в редакцию 05.04.2013 г.
Выполнена экспериментальная оценка реакции пиковой частоты наиболее мощных трахеальных свистов форсированного выдоха (СФВ) и объемных скоростей потока на бронходилятационную пробу в репрезентативных выборках здоровых (71 человек) и больных с обратимой бронхиальной обструкцией (69 человек). Отсутствие реакции снижения пиковых частот СФВ в средней части маневра форсированного выдоха на бронходилятационную пробу характерно для группы больных с бронхиальной обструкцией и не характерно для группы здоровых. Наблюдаемая в средней части маневра форсированного выдоха реакция пиковой частоты среднечастотных (400—600 Гц) и ранних высокочастотных (>600 Гц) СФВ может быть истолкована в пользу вынуждаемого потоком механизма формирования этих звуков и согласуется с предсказаниями модели срыва вихрей. Реакция пиковой частоты поздних высокочастотных (>600 Гц) СФВ указывает на возможность вовлечения в формирование этих звуков независимых от потока автоколебательных механизмов.
Ключевые слова: форсированный выдох, свисты, пиковая частота, объемная скорость, статистический анализ, механизмы формирования, диагностика.
Б01: 10.7868/80131164614050129
Форсированный выдох (ФВ) — дыхательный маневр, широко используемый в оценке вентиляционной функции легких человека, часто сопровождается свистящими звуками, которые получили название свистов форсированного выдоха (СФВ) [1]. Высказывались предположения, что СФВ могут иметь определенный диагностический потенциал [2—4], и потому исследованию механизмов их формирования было посвящено значительное число работ.
В работах [5, 6] модель автоколебательного динамического флаттера рассматривается в качестве основного механизма СФВ. Большинство конкурирующих моделей подразумевает механизм вынуждаемого потоком срыва вихрей либо на ветвлениях бронхиального дерева с коэффициентами Струхаля 0.2—0.3 [7—12], либо на вызванном динамическим обжатием при ФВ сужении просвета трахеи [13], в частности, с коэффициентом Струхаля 0.9 [14], либо на голосовых складках [15], либо на ребрах жесткости, обусловленных хрящевым скелетом трахеи [16]. В работе [8] в качестве механизма формирования СФВ в конце маневра у больных с бронхиальной обструкцией предложена модель автоколебательно-
го возбуждения свистов на смыканиях тканей слизистой оболочки дыхательных путей (ДП), возникающих в просвете бронхов при их динамическом обжатии. Несмотря на обилие моделей, исчерпывающей ясности в определении механизмов формирования СФВ так и не достигнуто [12, 13].
Дополнительные возможности для изучения акустико-биомеханических взаимосвязей ФВ представляют физические и медикаментозные пробы, изменяющие свойства дыхательной системы человека. Влияние измененных газовых сред рассмотрено ранее [12, 17]. Другим, более уместным для клинической физиологии, вариантом подобного воздействия являются медикаментозные бронхоконстрикторные или бронходиля-тационные пробы. В частности, в работах [4, 18, 19] использована бронходилятационная проба. Обнаружив изменение количества СФВ до и после пробы у различных категорий обследуемых, авторы этих работ не выявили значимых изменений пиковой частоты СФВ.
Цель настоящего исследования — уточнение механизмов формирования СФВ у здоровых лиц и больных с обратимой бронхиальной обструкцией, путем анализа влияния бронходилятационной
1800
1400
св Н О
н о св
1000
600
200
" " 1-1-г-1-г
0.1 0.3 0.5 0.7 0.9
?1 ?2 ?3 ?4
Доли продолжительности Та
Спектрограмма трахеальных шумов форсированного выдоха [10]: 1 — "дорожка" наиболее мощных средне-частотных свистов форсированного выдоха (СЧ СФВ), наблюдаемых в диапазоне 400—600 Гц, 2 — "дорожка" ранних высокочастотных (ВЧ) СФВ, наблюдаемых в первой половине маневра на частотах выше 600 Гц, 3 — "дорожка" поздних ВЧ СФВ, наблюдаемых во второй половине маневра на частотах выше 600 Гц.
пробы на пиковую частоту (частоту максимума амплитуды) СФВ.
МЕТОДИКА
Основная концепция исследования состояла в экспериментальной оценке реакции пиковой частоты наиболее мощных трахеальных СФВ и объемных скоростей потока на бронходилятацион-ную пробу в репрезентативных выборках здоровых и больных с бронхиальной обструкцией. В качестве модели обратимой (по крайней мере, частично) бронхиальной обструкции использована бронхиальная астма (БА).
Обследовано две группы добровольцев, давших информированное согласие на проведение исследования. Первая группа включала в себя здоровых лиц (71 человека), вторая — больных БА со спирографически подтвержденной бронхиальной обструкцией (69 человек). Обе группы состояли из лиц мужского пола в возрасте от 16 до 23 лет. Протокол исследования был одобрен заключением этического комитета Дальневосточного отделения РАН. Антропометрические характеристики групп значимо не различались. В обеих группах измерения проводили до и через 15 минут после вдыхания бронхорасширяющего препарата сальбутамол в дозе 200 мкг.
Аппаратура для проведения исследований содержала акустический датчик — электретный микрофон со стетоскопической насадкой, подключаемый к микрофонному входу звуковой карты персонального компьютера [20]. В соответствии с методикой [10], сидящему испытуемому
на область гортани справа устанавливали акустический датчик и накладывали носовой зажим. Испытуемый после тщательного инструктирования выполнял маневр форсированного выдоха (не менее 3 попыток, причем выбиралась попытка с максимальной продолжительностью шумового процесса Ta в полосе частот 200—2000 Гц). Снимаемые с микрофона шумовые сигналы записывались на компьютер в виде цифровых файлов с частотой дискретизации 8 кГц и далее подвергались 3D спектральной обработке в пакете программ SpectraLab (Sound Tech. Inc.). В качестве средства спектрального оценивания сигнала использовалась спектрограмма (алгоритм быстрого преобразования Фурье — БПФ, 1024 отсчета по времени, 50% перекрытие временных выборок, окно Hanning, логарифмическая амплитуда). На спектрограмме (рисунок) оператором визуально выделялись дорожки наиболее мощных среднечастотных (СЧ) СФВ-1, наблюдаемых в диапазоне 400—600 Гц, ранних высокочастотных (ВЧ) СФВ-2, наблюдаемых в первой половине маневра на частотах выше 600 Гц и поздних ВЧ СФВ-3, наблюдаемых во второй половине маневра на частотах выше 600 Гц.
Далее, путем визуальной настройки курсора на фиксированные временные участки, соответствующие tl = 0.1 Ta, t2 = 0.25Ta, t3 = 0.5Ta, t4 = = 0.75Ta [10], и максимумы амплитуды СФВ, производилось определение пиковых частот. Фиксировались пиковые частоты только тех СФВ, амплитуды которых лежали в диапазоне —35 дБ от максимума амплитуды спектрограммы.
Измерения скоростных и объемных параметров ФВ выполнялись с помощью компьютерных спирографов: Spiro USB (MicroMedical Ltd. UK) и ЭТОН (Россия). Для всех испытуемых определялись: форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ, л), объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1, л), максимальные объемные скорости на уровне 25%, 50%, 75% ФЖЕЛ (МОС25, МОС50, МОС75, л/с). Измерения проводились опытным врачом-функционалистом.
Регистрация шумов ФВ и спирометрия производились раздельно (в последовательных маневрах ФВ) во избежание дополнительного влияния датчика потока спирографа на акустические характеристики трахеальных шумов ФВ, установленного ранее [21]. Приблизительное соответствие времен регистрации пиковых частот СФВ и максимальных объемных скоростей потока: tx — МОС25, t2 - МОС50, t3 - МОС75 было установлено нами ранее [22].
Полученные значения параметров были проверены на нормальность с помощью теста Шапиро—Уилка — программа Statistica (StatSoft Inc.). Так как часть вариант имела распределение, отличное от нормального, для оценки значимости
Таблица 1. Статистическая значимость различий (^/относительное изменение медиан (%) для пиковых частот СФВ, максимальных объемных скоростей (МОС) до и после бронходилятационной пробы в группе здоровых лиц
СЧ СФВ МОС Ранние ВЧ СФВ МОС Поздние ВЧ СФВ МОС
t1 = 0.1 Ta (МОС25) 0.087 («! = 67, n2 = 63) 0.11 0.054 n = 47, П2 = 47) 0.16 — —
t2 = 0.25 Ta (МОС50) 0.027/—3 (n1 = 68, n2 = 63) 0.003/10.2 0.032/—7.6 (n1 = 54, n2 = 48) 0.0007/11 — —
t3 = 0.5 Ta (МОС75) 0.17 (n1 = 57, n2 = 55) 0.011/24 0.11 (n1 = 12, n2 = 13) 0.22 0.006/—16.2 (n1 = 33, n2 = 33) 0.083
t4 = 0.75 Ta 0.054 (n1 = 27, n2 = 25) — — — 0.84 (n = 32, n2 = 27) —
Примечание: расшифровку аббревиатур здесь и в табл. 2 см. в разделе "Методика". п^ — число лиц с выявленными СФВ до пробы, П2 — число лиц с выявленными СФВ после пробы.
Таблица 2. Статистическая значимость различий (^/относительное изменение медиан (%) для пиковых частот СФВ, максимальных объемных скоростей (МОС) до и после бронходилятационной пробы в группе больных бронхиальной астмой
СЧ СФВ МОС Ранние ВЧ СФВ МОС Поздние ВЧ СФВ МОС
t1 = 0.1 Ta (МОС25) 0.86 (n1 = 60, n2 = 61) 0.001/21 0.4 n = 41, n2 = 35) 0.001/24 - -
t2 = 0.25 Ta (МОС50) 0.89 (n1 = 63, n2 = 64) 0.001/29 0.22 (n1 = 39, n2 = 32) 0.001/33 - -
t3 = 0.5 Ta (МОС75) 0.57 (n = 52, n2 = 53) 0.001/42 0.52 (n = 8, n2 = 12) 0.02/89 0.8 (n1 = 16, n2 = 21) 0.13
t4 = 0.75 Ta 0.023/-13.5 (n1 = 29, n2 = 22) - - - 0.6 (nx = 14, n2 = 17) -
Примечание: п^ — число лиц с выявленными СФВ до пробы, П2 — число лиц с выявленными СФВ после пробы.
различий до и после бронходилятационной пробы был применен непараметрический тест Манна—Уитни (Mann-Whitney U test) для несвязанных выборок, поскольку число лиц с выявленными СФВ до и после пробы различалось [12].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Результаты оценки значимости различий пиковых частот СФВ и максимальных объемных скоростей потока до и после бронходилятацион-ной пробы представлены для группы здоровых в
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.