CC BY
218
Измерение температуры выдыхаемого воздуха (обзор литературы)
М.Х. Мустафина, А.В. Черняк
Температура является комплексным показателем теплового состояния организма человека. Организм человека поддерживает свою температуру (центральную температуру тела) в узких пределах независимо от температуры внешней среды, что обеспечивает работу ферментативных систем и, таким образом, функционирование жизненно важных органов. Понижение или повышение температуры тела на несколько градусов нарушает процессы жизнедеятельности и может приводить к охлаждению или перегреванию организма человека и даже к летальному исходу. В клинических условиях измерение температуры тела используют как диагностический и прогностический инструмент в рутинной повседневной практике. При лихорадке и различных инфекционных заболеваниях измерение температуры позволяет оценить тяжесть и особенности течения патологического процесса. Кроме того, температуру измеряют и при более широком спектре патологических состояний, при которых воспалительный процесс играет важную роль, а также в тех ситуациях, когда необходима контролируемая гипотермия [1].
Существуют суточные физиологические колебания температуры тела: разница между утренней и вечерней температурой у человека достигает 0,5-1,0°С. Разница между температурой внутренних органов и кожи может составлять 5-10°С, что затрудняет определение средней температуры тела. Традиционно температуру измеряют в определенных участках тела: в прямой кишке, подмышечной впадине, полости рта или в ушной раковине [2]. Различия температурных значений в разных областях обусловлены их удаленностью от участков с максимальной температурой. Температура на периферии косвенно отражает центральную температуру, и в то же время различие температурных показателей на периферии может свидетельствовать о патологии, ассоциированной с передачей тепловой энергии от центра к периферии. В этом заключается суть измерения температуры выдыхаемого воздуха.
Температура альвеолярного газа (респираторная зона дыхательных путей, или “нижние” дыхательные пути) опре-
Лаборатория функциональных и ультразвуковых методов исследования НИИ пульмонологии ФМБА России, Москва.
Малика Харисовна Мустафина - науч. сотр.
Александр Владимирович Черняк - канд. мед. наук, зав. лабораторией.
деляется объемным кровотоком в богатой сети альвеолярных кровеносных сосудов, передающих свою тепловую энергию, и отражает центральную температуру. Таким образом, во время дыхания происходит не только газообмен, но и обмен тепловой энергией между внутренней средой организма и окружающей средой. Однако при анализе температуры выдыхаемого воздуха и температуры тела у здоровых людей и пациентов с бронхиальной астмой (БА) не было выявлено корреляционной связи между этими показателями, тогда как между значениями температуры, измеренной в ушной раковине и в подмышечной области, была выявлена сильная корреляция (г = 0,71; р < 0,01) [3]. Это свидетельствует о том, что теплорегуляция дыхательных путей оказывает существенное влияние на температуру выдыхаемого воздуха. Дыхательные пути имеют отдельную систему кровоснабжения: кровь к ним поступает от левого желудочка по бронхиальным артериям. Так как кровь является основным переносчиком тепловой энергии, патологические процессы, которые оказывают влияние на кровоток в стенках дыхательных путей, могут отражаться и на температуре выдыхаемого воздуха. Таким образом, значение температуры выдыхаемого воздуха может играть важную роль в клинической оценке состояния больного.
Метод измерения температуры выдыхаемого воздуха
Температура - одна из основных характеристик выдыхаемого воздуха, анализ которой является перспективным неинвазивным методом диагностики заболеваний органов дыхания [4]. Один из компонентов выдыхаемого воздуха, на который обратили внимание исследователи и который оказался полезным для оценки воспаления при БА, - это фракция оксида азота в выдыхаемом воздухе (РеЫО). В 2002 г. были опубликованы первые работы, посвященные измерению температуры выдыхаемого воздуха и сравнению ее значения с уровнем РеЫО [5, 6]. Для измерения температуры использовали быстрореагирую-щие температурные датчики, располагаемые перед ртом обследуемого, и анализировали кривую динамики температуры во время маневра однократного выдоха. На кривой можно выделить две фазы: фазу быстрого подъема температуры и фазу плато. Первая фаза отражает скорость изменения температуры (АТ), вторая - значение температуры в конце выдоха (Тплато, или конечно-экспира-
Тепловая камера
Рис. 1. Портативное устройство для измерения температуры выдыхаемого воздуха (а) и схема устройства, объясняющая принцип работы (б) (по [13], с изменениями).
Рис. 2. Измерение температуры выдыхаемого воздуха: в течение всего исследования пациент постоянно вдыхает воздух через нос, а выдыхает через рот; измерение прекращают через 3-4 мин после достижения температурного баланса.
торная температура). Процедура измерения была технически сложной: для получения воспроизводимых результатов необходимым условием было минимальное движение воздуха и поддержание постоянной температуры в закрытом помещении лаборатории. Кроме того, для регистрации сопоставимых кривых требовалось предварительно обучить пациента правильному выдоху. С помощью этого метода P. Paredi et al. установили, что у взрослых больных БА скорость повышения температуры выдыхаемого воздуха достоверно больше, чем в группе контроля (8,2 ± 0,8 и 4,1 ± 0,4°С/с соответственно; p < 0,01), и коррелирует с уровнем NO (r = 0,65; p = 0,034), при этом конечно-экспираторная температура достоверно не различалась (35,7 ± 0,6 и 34,4 ± 0,8°С соответственно; p > 0,05) [5]. В других исследованиях конечно-экспираторная температура воздуха в группе детей с БА была достоверно более высокой [7, 8].
Альтернативный метод измерения температуры выдыхаемого воздуха был предложен T.A. Popov et al. [3]. Был разработан портативный прибор (рис. 1а), который позволяет аккумулировать тепловую энергию выдыхаемого воздуха в изолированном резервуаре, содержащем датчик температуры с высокой теплоемкостью. Этот метод измерения температуры выдыхаемого воздуха не зависит от условий окружающей среды (рис. 1б).
Пациент плотно обхватывает губами загубник прибора, при этом носовой зажим не требуется. Вдох производится через нос, выдох - через рот. Пациент выдыхает воздух в тепловую камеру устройства до тех пор, пока температура датчика не достигнет плато (не станет постоянной), что указывает на достижение температурного баланса в закрытой системе (рис. 2). Прибор прост в работе, позволяет проводить повторные измерения, может применяться как в условиях стационара, так и амбулаторно (дома, на рабочем месте и т.д.). Дополнение прибора электронным процессором и устройством памяти позволило автоматически определять момент окончания измерения, а также проводить последующую обработку данных и анализ температурной кривой на компьютере [9]. Несмотря на наличие этих технических усовершенствований, для получения воспроизводимых результатов как медицинскому персоналу, так и пациенту необходимы навыки работы с устройством. Дальнейшие модификации метода должны быть направлены на уменьшение времени измерения и снижение зависимости результатов от мотивации и навыков пациента (что особенно важно при использовании метода в педиатрии и у пациентов, плохо воспринимающих словесные инструкции).
Для широкого внедрения метода измерения температуры выдыхаемого воздуха в клиническую практику необходима его стандартизация (определение точности и воспроизводимости измерения, диапазона нормальных значений и факторов, влияющих на результат) и установление клинической значимости.
Стандартизация
T.A. Popov et al. продемонстрировали высокую воспроизводимость и точность результатов измерения температуры выдыхаемого воздуха: при ежедневном измерении температуры у добровольцев коэффициент внутригрупповой корреляции был достаточно высоким и составил 0,99 [3].
Существуют противоречивые данные о влиянии антропометрических и физиологических параметров на температуру выдыхаемого воздуха. По сообщениям T.A. Popov et al., не было выявлено достоверной взаимосвязи температуры выдыхаемого воздуха с полом, ростом, массой тела, частотой сердечных сокращений или артериальным давлением [3]. В то же время другие авторы при измерении температуры выдыхаемого воздуха у 50 здоровых добровольцев в возрасте от 17 до 25 лет обнаружили, что наиболее значимым фактором, оказывающим влияние на результат, при проведении как простого, так и множественного регрессионного анализа являлся рост, который лучше всего позволял объяснить изменения температуры (r2 = 0,25; p < 0,001) [10]. При обследовании детей была выявлена достоверная положительная корреляционная связь между температурой выдыхаемого воздуха и возрастом, коэффициент корреляции составил от 0,61 до 0,75, тогда как у взрослых такой зависимости не наблюдалось [11-13]. Однако при обследовании пожилых пациентов были получены результаты, свидетельствующие о том, что с возрастом на-
блюдается тенденция к снижению температуры выдыхаемого воздуха, это может быть обусловлено наличием заболеваний пожилого возраста [13].
У здоровых лиц циркадный цикл показателей температуры выдыхаемого воздуха (пик значений достигается в 19 ч) отличается от такового для температуры в подмышечной впадине (пик значений - в 13 ч) [14]. Самые низкие значения обоих показателей были зафиксированы в одно и то же время суток (в 1 ч ночи). Суточные колебания как температуры выдыхаемого воздуха, так и температуры в подмышечной впадине были статистически достоверными
[14]. Существуют ли суточные колебания температуры выдыхаемого воздуха у пациентов с воспалением дыхательных путей - предмет дальнейших исследований.
В норме на показатели температуры выдыхаемого воздуха могут оказывать влияние различные факторы. Так, прием пищи приводит к повышению температуры выдыхаемого воздуха на протяжении по крайней мере 60 мин, при этом температура в подмышечной впадине не изменяется
[15]. Это указывает на необходимость отказа от приема пищи за 2 ч до исследования. Кроме того, различные компоненты воздуха, вдыхаемые аэрозоли жидкостей или твердых частиц могут влиять на значения температуры выдыхаемого воздуха, что требует дальнейшего изучения. Курение сигарет может приводить к усилению кровотока в дыхательных путях с последующим воспалением, что подтверждается повышением температуры выдыхаемого воздуха, поэтому за 2 ч до исследования нужно воздержаться от курения [16]. Сезонное повышение концентрации частиц пыльцы в воздухе также способствует повышению температуры выдыхаемого воздуха у восприимчивых пациентов с аллергическим риноконъюнктивитом независимо от наличия у них БА [17]. Ингаляционные препараты, применяемые как с лечебной, так и с диагностической целью, изменяют температуру выдыхаемого воздуха посредством влияния на сосуды бронхиального дерева и геометрию дыхательных путей. У пациентов с БА и у здоровых лиц ингаляция сальбутамола не всегда приводила к существенному изменению температуры выдыхаемого воздуха, так же как и ингаляция метахолина [18]. Однако примерно у половины обследованных больных БА изменение температуры выдыхаемого воздуха превышало пределы воспроизводимости измерений (±0,25°С) [13].
Клиническая значимость
На сегодняшний день большинство исследований температуры выдыхаемого воздуха было проведено с участием больных БА, и предполагается, что основное практическое применение метода состоит в неинвазивной оценке степени воспаления дыхательных путей [3, 5-7]. Измерение температуры выдыхаемого воздуха позволяет фиксировать улучшение в течении БА после курса противовоспалительной терапии, а также отслеживать ежедневную динамику состояния больного в соответствии с понятием контролируемой БА [19-22].
Р. \epapadaki е1 а1. обследовали 29 детей с БА в сочетании с вирусной инфекцией или без нее [23]. Было выявлено, что температура выдыхаемого воздуха повышается при возникновении вирус-индуцированных обострений БА. В настоящее время проводится проспективное исследование с целью определить, позволит ли метод измерения температуры выдыхаемого воздуха заранее прогнозировать развитие вирус-индуцированных обострений БА.
Известно, что физическая нагрузка у детей с БА является одним из основных триггеров, вызывающих бронхоспазм. Было проведено исследование, в котором у детей с контролируемой или частично контролируемой БА изучали влияние нагрузки на изменение температуры выдыхаемого воздуха [24]. После проведения стандартного нагрузочного теста отмечали достоверное повышение температуры выдыхаемого воздуха (32,92 ± 1,13 и 33,35 ± 0,95°С соответственно; р < 0,001), при этом у детей, не получавших постоянно ингаляционные глюкокортикостероиды, процент снижения объема форсированного выдоха за 1-ю секунду коррелировал не с исходной температурой выдыхаемого воздуха, а с ее изменением (г = 0,44; р = 0,0013). Это подтверждает гипотезу о том, что измерение температуры может иметь значение в контроле БА.
По мере накопления данных было сделано предположение, что температура выдыхаемого воздуха при БА может не только служить маркером воспаления в дыхательных путях, но и свидетельствовать об изменении сосудов дыхательных путей (микрососудистая пролиферация в слизистой оболочке бронхов является ключевой характеристикой ремоделирования дыхательных путей при БА). Это предположение подтверждается результатами исследований с участием пациентов с хронической обструктив-ной болезнью легких (ХОБЛ). Р. Paredi е1 а1. первыми сообщили о медленном нарастании температуры выдыхаемого воздуха при ХОБЛ (1,86 ± 0,15°С/с) по сравнению с контролем (4,00 ± 0,26°С/с) [25]. После ингаляции короткодействующих р2-агонистов скорость изменения температуры достоверно повышалась, следовательно, температура выдыхаемого воздуха может быть связана с объемом кровотока и ремоделированием в бронхиальном дереве. Результаты, подтверждающие такую взаимосвязь, были получены как у детей, так и у взрослых [26-30]. Действительно, уменьшение общего количества дыхательных путей и сосудов вследствие рестриктивного ремоделирующего процесса влияет на температуру выдыхаемого воздуха, которая снижается пропорционально степени деструкции. Б. Kl0kstad е1 al. выявили значительное снижение температуры выдыхаемого воздуха у больных ХОБЛ в сравнении с курильщиками и здоровыми лицами, это позволило выдвинуть предположение, что, несмотря на воспалительный процесс, структурное повреждение дыхательных путей и кровеносных сосудов может приводить к общему снижению температуры выдыхаемого воздуха, тогда как обострение ХОБЛ, напротив, может вызывать ее повышение [28-31].
Продолжающиеся систематические исследования в ближайшем будущем позволят определить место этого метода в клинической практике.
Заключение
Повышение температуры выдыхаемого воздуха является маркером воспаления дыхательных путей и может быть простым способом оценки контроля БА. Ремоделирование дыхательных путей приводит к снижению температуры выдыхаемого воздуха. Повышение уровня РеЫО ассоциировано исключительно с эозинофильным воспалением дыхательных путей и бронхиальной гиперреактивностью и при прогрессировании ХОБЛ не играет ключевой роли, тогда как оценка температуры выдыхаемого воздуха может иметь большое практическое значение. Совместное использование обоих этих методов также может оказаться еще более информативным: так, у пациентов со сниженной вследствие ремоделирования дыхательных путей температурой повышение уровня РеЫО выдыхаемого воздуха позволит диагностировать эозинофильное воспаление.
Таким образом, на температуру выдыхаемого воздуха оказывают влияние как процессы воспаления, приводящие к повышению этого показателя, так и деструктивные процессы, приводящие к его снижению. При сочетании указанных патологических процессов температура выдыхаемого воздуха может оказаться в пределах нормальных значений [27, 29, 32]. Исходя из этого, при оценке течения хронических заболеваний органов дыхания следует учитывать комбинированное влияние разных патологических процессов. При однократном измерении температуры выдыхаемого воздуха можно зафиксировать начальные проявления воспаления (например, при обострении заболевания). При длительном наблюдении с многократным измерением температуры выдыхаемого воздуха можно выявить процессы ремоделирования/деструкции, характеризующие прогрессирование заболевания.
Список литературы
1. Insler S.R., Sessler D.I. // Anesthesiol. Clin. 2006. V. 24. P 823.
2. Sund-Levander M. et al. // Scand. J. Caring. Sci. 2002. V. 16. P. 122.
3. Popov T.A. et al. // Respir. Med. 2007. V 101. P 2044.
4. Popov T.A. // Ann. Allergy Asthma Immunol. 2011. V 106. P 451.
5. Paredi P et al. // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2002. V 165. P 181.
6. Piacentini G.L. et al. // Eur. Respir. J. 2002. V. 20. P 108.
7. Piacentini G.L. et al. // Clin. Exper. Allergy. 2007. V. 37. P 415.
8. Pifferi M. et al. // Pediatr. Allergy Immunol. 2009. V. 20. P 164.
9. Popov T.A. et al. // Pediatr. Allergy Immunol. 2009. V. 20. P 200.
10. Tavares B. et al. // Eur. Respir. J. 2012. V. 40. Suppl. 56. P 574s.
11. Kralimarkova T. et al. // Allergy. 2011. V. 66. Suppl. s94. P 575s.
12. Barreto M. et al. // Eur. Respir. J. 2011. V. 38. Suppl. 55. P 785s.
13. Popov T.A. et al. // Breathe. 2012. V. 8. P 187.
14. Kralimarkova T.Z. et al. // Eur. Respir. J. 2011. V. 38. Suppl. 55. P. 736s.
15. Kralimarkova T.Z. et al. // Eur. Respir. J. 2012. V. 40. Suppl. 56. P 631s.
16. Kralimarkova T.Z. et al. // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2010. V. 181. P. A5439.
17. Kralimarkova T. et al. // Allergy. 2011. V. 66. Suppl. s94. P 354s.
18. Kralimarkova T.Z. et al. // J. Allergy Clin. Immunol. 2011. V. 127. Suppl. P. AB224.
19. Kralimarkova T. et al. // Eur. Respir. J. 2008. V. 32. Suppl. 52. P. 186s.
20. Kralimarkova T.Z. et al. // Eur. Respir. J. 2010. V. 36. Suppl. 54. P. 832s.
21. Kralimarkova T. et al. // Eur. Respir. J. 2012. V. 40. Suppl. 56. P. 790s.
22. Popov T.A. et al. // IEEE Sensors J. 2010. V. 10. P 44.
23. Xepapadaki P et al. // Int. Arch. Allergy Immunol. 2010. V. 153. P. 70.
24. Peroni D.G. et al. // Pediatr. Pulmonol. 2012. V. 47. P 240.
25. Paredi P et al. // Eur. Respir. J. 2003. V. 21. P 439.
26. Piacentini G.L. et al. // Allergy. 2008. V. 63. P 484.
27. Carraro S. et al. // Pediatr. Pulmonol. 2010. V. 45. P 1240.
28. Klokstad S. et al. // Eur. Respir. J. 2010. V. 36. Suppl. 54. P 832s.
29. Lazar Z. et al. // Eur. Respir. J. 2011. V. 38. Suppl. 55. P 874s.
30. Garcia G. et al. // Eur. Respir. J. 2011. V. 38. Suppl. 55. P 788s.
31. Garcia G. et al. // Eur. Respir. J. 2012. V. 40. Suppl. 56. P 395s.
32. Perelman J.M. et al. // Eur. Respir. J. 2012. V. 40. Suppl. 56. P. 693s.
Продолжается подписка на научно-практический журнал “Нервные болезни”
Подписку можно оформить в любом отделении связи России и СНГ Журнал выходит 4 раза в год. Стоимость подписки на полгода по каталогу агентства “Роспечать” - 380 руб., на один номер - 190 руб.
Подписной индекс 81610
N
