научная статья по теме ПРИБЛИЖЕННАЯ ОЦЕНКА БРОНХИАЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ФОРСИРОВАННОМ ВЫДОХЕ Биология

Текст научной статьи на тему «ПРИБЛИЖЕННАЯ ОЦЕНКА БРОНХИАЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ФОРСИРОВАННОМ ВЫДОХЕ»

= МЕТОДИКА =

УДК 532.527.013+612.2.21

ПРИБЛИЖЕННАЯ ОЦЕНКА БРОНХИАЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ФОРСИРОВАННОМ ВЫДОХЕ

© 2015 г. В. И. Коренбаум1,2, И. А. Почекутова1

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения РАН, Владивосток

2Дальневосточный федеральный университет, Владивосток E-mail: v-kor@poi.dvo.ru Поступила в редакцию 24.04.2014 г.

Предложены суррогатные биомеханическая, акустико-биомеханическая и акустико-антропомет-рическая меры бронхиального сопротивления при форсированном выдохе. Показано, что суррогатная биомеханическая мера обеспечивает достаточно точную оценку бронхиального сопротивления в середине и конце маневра форсированного выдоха у здоровых лиц. Показана возможность статистического предсказания пределов нормального бронхиального сопротивления при форсированном выдохе у здоровых лиц на основе суррогатных акустико-биомеханической и акустико-антропо-метрической мер. Предположено, что соотношение приростов биомеханической и акустических суррогатных мер бронхиального сопротивления может оказаться полезным для оценки распространенности бронхиальной обструкции и преимущественного уровня поражения бронхиального дерева у больных обструктивными заболеваниями легких.

Ключевые слова: бронхиальное сопротивление, форсированный выдох, оценка, биомеханика, акустика, соотношение.

DOI: 10.7868/S0131164615030091

Измерение при спокойном дыхании человека аэродинамического сопротивления дыхательного тракта, называемого в физиологии дыхания бронхиальным сопротивлением, широко используется в функциональной диагностике для оценки вентиляции легких. Вместе с тем, интерес представляет и сопротивление при форсированном выдохе (ФВ), поскольку последний является своеобразным функциональным провоцирующим фактором, проявляющим неявные (скрытые) обструктивные нарушения, имеющие место при таких распространенных заболеваниях как бронхиальная астма и хроническая обструктив-ная болезнь легких. Однако прямые измерения этого сопротивления сложны и требуют специализированного бодиплетизмографического оборудования [1, 2].

Поскольку ранее была показана связь между аэродинамическим сопротивлением дыхательного тракта при ФВ и спирометрическими потоко-объемными параметрами, а также продолжительностью трахеальных шумов (акустической продолжительностью) ФВ [3, 4], представляется перспективным выразить бронхиальное сопротивления при ФВ через легко определяемые биомеханические параметры: объемные скорости потока (расходы) на разных уровнях форсированной жизненной емкости легких (ФЖЕЛ),

максимальное ротовое экспираторное давление, а также акустическую продолжительность ФВ.

Цель настоящей работы — анализ приближенных биомеханической и акустической мер бронхиального сопротивления при ФВ.

МЕТОДИКА

Назовем предлагаемые здесь приближенные меры бронхиального сопротивления при ФВ суррогатными, поскольку они не связаны с общепринятым прямым измерением этого сопротивления.

В работе [3] на основе однокомпонентной модели дыхательной системы человека при ФВ, в предположении несжимаемости флюида, и линеаризованной модели потокообъемной характеристики маневра ФВ получено приближенное выражение для продолжительности ФВ:

Т ~ |г1| ФЖЕЛо/Дтах+ + |г2| (ФЖЕЛ - ФЖЕЛо)/Дтах,

где

= 2Pe max/ПОС (2)

— предложено в качестве меры модуля эквивалентного экспираторного сопротивления дыха-

Таблица 1. Антропометрические данные обследованной выборки

Антропометрические показатели Мужчины n = 42 Женщины n = 49 Гендерные различия (i-тест)

Возраст, лет 18.1 ± 1.33 20.6 ± 1.62 p < 0.001

Рост (Р), см 178.9 ± 7.03 166.7 ± 5.84 p < 0.001

Масса тела (М), кг 69.4 ± 8.57 57.2 ± 7.53 p < 0.001

Окружность грудной клетки (ОГ), см 89.0 ± 4.82 81.9 ± 5.51 p < 0.001

тельного тракта, осредненного по участку от начала маневра до достижения ФЖЕЛ0, а

Ы = Ретах/СОС25 -75 ( 3)

— меры модуля эквивалентного экспираторного сопротивления дыхательного тракта, осредненного по участку от ФЖЕЛ0 до достижения ФЖЕЛ (окончания маневра), знак ~ имеет смысл пропорциональности, Ретах — максимальное статическое экспираторное давление, измеряемое во рту. Остальные параметры определяются с помощью стандартной спирометрии: ПОС — пиковая объемная скорость выдоха, СОС25—75 — средняя объемная скорость выдоха на уровне от 25% до 75% ФЖЕЛ. ФЖЕЛ0 - часть ФЖЕЛ, выдыхаемая до достижения ПОС, причем ФЖЕЛ0 <§ ФЖЕЛ. В принципе, выражение (1.1) относится и к акустически (Т.,), и к спирометрически измеряемым продолжительностям ФВ [3].

С учетом малости ФЖЕЛ0, выражение (1) может быть переписано в виде:

Та ~ ФЖЕЛ/Ретах, из которого следует соотношение:

Ы ~ Та Ретах/ФЖЕЛ. (4)

Кроме того, на основе статистического моделирования по группе молодых мужчин [3] получено соотношение:

к2 ~ Та/ОГ2, (5)

где ОГ — окружность грудной клетки при спокойном дыхании.

Таким образом, мы имеем выражения |^|, [г2| (2, 3) в качестве чисто биомеханической суррогатной меры величин бронхиального сопротивления по результатам спирометрии и измерения максимального экспираторного ротового давления. Заметим, что по аналогии с выражениями (2, 3) может быть получено и полуэмпирическое выражение для биомеханической меры бронхиального сопротивления в конце маневра ФВ:

Ы = Ретах/МОС75, (6)

где МОС75 — максимальная объемная скорость выдоха на уровне 75% ФЖЕЛ.

С другой стороны, в качестве комбинированной акустико-биомеханической суррогатной меры сопротивления |z2| по результатам определения продолжительности трахеальных шумов Та, спирометрии и измерения максимального статического экспираторного давления может служить правая часть соотношения (4).

В то же время, для прямо не связанной с биомеханикой акустико-антропометрической суррогатной меры сопротивления |z2| можно предложить правую часть соотношения (5).

Сравним биомеханическую, акустико-биоме-ханическую и акустико-антропометрическую суррогатные меры бронхиального сопротивления при ФВ на экспериментальной выборке.

Обследованы здоровые лица молодого возраста (17—25 лет) обоего пола, антропометрические данные которых приведены в табл. 1. Обследование включало опрос о состоянии здоровья, измерение антропометрических показателей (рост, масса тела, окружность грудной клетки при спокойном дыхании), компьютерную спирометрию, регистрацию и анализ шумов ФВ в ларинго-тра-хеальной области, измерение максимального статического ротового давления на выдохе.

Спирометрия выполнялась с помощью регулярно калибруемого компьютерного спирографа SpiroUSB (MicroMedical Ltd. UK). Качество исследования оценивалось в соответствии с рекомендациями Европейского респираторного общества [5]. При выполнении маневра ФВ особое внимание испытуемых обращали на необходимость предшествующего максимально глубокого вдоха, резкого старта в начале выдоха и максимальной продолжительности выдоха. Регистрировали три приемлемые по качеству и воспроизводимые попытки. Определялись следующие показатели: форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ, л), объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1, л), индекс Генслера (ОФВ1/ФЖЕЛ). Кроме этого, определялись параметры кривой "поток—объем": пиковая объемная скорость выдоха (ПОС, л/с), средняя объемная скорость на уровне 25—75% ФЖЕЛ (СОС25-75, л/с), максимальные объемные скорости на уровне 25%, 50%, 75% ФЖЕЛ (МОС25, МОС50, МОС75 - л/с). Для анализа взяты попытки с наибольшей суммой ОФВ1 + ФЖЕЛ.

Таблица 2. Оценки бронхиального сопротивления форсированного выдоха у здоровых лиц (М ± БЕ)

Сопротивление, смНг0/(л/с) |z1 (2) |Z2l (3) кэ1 (6) Re25 [2] Re50 [2] Re75 [2]

Мужчины (п = 42) 22.2 ± 0.6 20.4 ± 0.9 35.7 ± 2.0

Женщины (п = 49) 20.0 ± 0.7 18.3 ± 0.7 33.3 ± 1.6 10.2 ± 1.2 19.2 ± 4.2 33.9 ± 9.0

Гендерные различия (тест Манна-Уитни) p < 0.02 нз нз

Различия между Яе и (тест Манна-Уитни) p < 0.001 нз нз

Примечание: нз — различия статистически незначимы.

Запись трахеальных шумов ФВ осуществлялась в соответствии с предложенной ранее методикой [3] в отдельных от спирометрии маневрах. Сидящему пациенту на область гортани справа, внутрь от переднего края грудино-ключично-сос-цевидной мышцы устанавливался акустический датчик. При отключенном с помощью зажима носовом дыхании испытуемые выполняли маневр ФВ. Аналоговые сигналы с выхода датчика подавались на микрофонный вход выносной звуковой карты персонального компьютера, оцифровывались (частота дискретизации 8 кГц) и запоминались в виде стандартных "wave" файлов с помощью пакетов прикладных программ "ПФТ-99", "ПФТ-2007" [3]. При обработке оценивалась продолжительность шумов ФВ (Та). Запоминались и анализировались 3 лучшие попытки (с наибольшей продолжительностью шумов ФВ).

Максимальное статическое экспираторное давление (Pemax, см водного столба) — биомеханический параметр, характеризующий усилие обследуемого при маневре ФВ — измерялось с помощью калиброванного манометра анероидного типа, соединенного с фиксируемым во рту загубником с помощью системы жестких трубок. Согласно рекомендациям в работе [6], была обеспечена малая утечка воздуха (стабилизация показаний манометра) через инъекционную иглу. Измерение Pemax выполнялось в положении испытуемого сидя с отключенным с помощью зажима носовым дыханием. Во время маневра обследуемые сдавливали одной рукой свои щеки. Максимальное экспираторное усилие развивалось из положения максимального вдоха и поддерживалось в течение 1—2 с. Испытуемые выполняли 3— 4 попытки (отдельно от спирометрии и измерения шумов) с минутными интервалами между ними, регистрировались максимальные значения показателя Pemax.

Поскольку прямые измерения бронхиального сопротивления при ФВ были авторам недоступны, референсные значения этого параметра взяты из работы [2], в которой определение бронхиального сопротивления на основе синхронного измерения альвеолярного давления и объемной скорости потока при ФВ выполнялось в специа-

лизированном 600-литровом бодиплетизмографе Model P-2601 (Warren E. Collins, Braintree, MA). Обследованная выборка состояла из 6 здоровых лиц (5 мужчин и 1 женщина, в возрасте 27—37 лет) и 6 больных с хроническими обструктивн

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.

Показать целиком