Новые функциональные методы исследования: импульсная осциллометрия и бронхофонография Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

Новые функциональные методы исследования: импульсная осциллометрия и бронхофонография

Ж.К. Науменко, Г.В. Неклюдова, С.Ю. Чикина, А.В. Черняк

В последние десятилетия наряду с традиционными методами функционального исследования легких в клинической практике появились новые неинвазивные методы анализа функционального состояния органов дыхания. Ранее эти методы применялись в основном в исследовательской работе, но благодаря развитию электроники и компьютерных технологий появились автоматизированные приборы, простые и удобные в использовании, что способствовало внедрению новых технологий в повседневную клиническую практику. К таким методам функциональной диагностики относятся импульсная осциллометрия (ИОМ) - измерение сопротивления дыхательных путей - и бронхофонография (БФГ) - анализ спектра дыхательных шумов. Эти методы позволяют расширить представления об имеющихся у больного функциональных нарушениях и имеют некоторые преимущества перед стандартными методами диагностики.

Импульсная осциллометрия

ИОМ является модификацией метода форсированных осцилляций и позволяет измерять сопротивление воздушному потоку. Сопротивление определяют как отношение градиента между атмосферным давлением и давлением в альвеолах к воздушному потоку. Измерение сопротивления представляет не только научный, но и практический интерес, поскольку позволяет оценить работу дыхания.

Общее сопротивление дыхательной системы Z (или дыхательный импеданс) - это сумма фрикционного сопротивления R (сопротивление потоку, оказываемое стенками трахеобронхиального дерева) и реактанса X (включает в себя сопротивление, обусловленное эластическими свойствами легких и грудной клетки, и инерционное сопротивление воздуха, легких и грудной клетки). Фрикционное сопротивление отражает состояние дыхательных пу-

тей, и поэтому его определение является полезным в клинической практике. Увеличение эластического или инерционного сопротивления, как и сопротивления дыхательных путей, приводит к увеличению работы дыхания, поэтому определение реактанса также представляет клинический интерес. Измерение каждого из компонентов общего сопротивления дыхательной системы является технически сложным, и поэтому эти измерения чаще применяли в исследовательской работе.

Определить среднее сопротивление всего трахеобронхиального дерева можно с помощью метода бодиплетизмо-графии. Для проведения этого исследования необходимо дорогостоящее и крупногабаритное оборудование, а сама процедура требует хорошей кооперации пациента с врачом и строгого соблюдения методики. Кроме того, некоторым пациентам достаточно сложно выполнить требуемые маневры (учащенное дыхание). Поэтому методы измерения сопротивления, не требующие дорогостоящего оборудования, удобные и простые в использовании, становятся все более востребованными. Одним из таких методов является метод ИОМ, предложенный в 1981 г. E. Muller и J. Vogel.

При ИОМ в дыхательные пути подается поток воздуха с навязанными осцилляциями (используется диапазон частот от 5 до 35 Гц), а измеряется давление и поток выдыхаемого воздуха. Частота навязанных осцилляций гораздо выше, чем частота дыхания пациента. Математический анализ позволяет выделить отраженные колебания, рассчитать общее сопротивление и определить частотную зависимость фрикционного сопротивления и реактанса. Методика необременительна для пациента: необходимо дышать с обычной частотой в течение 0,5-1 мин.

ИОМ позволяет измерить сопротивление периферических и верхних дыхательных путей (R20 - сопротивление внегрудных и центральных внутригрудных дыхательных путей первой генерации; R5 - сопротивление внегрудных, центральных и периферических дыхательных путей). В клинической практике могут оказаться полезными и другие показатели ИОМ: резонансная частота FR (частота, при которой эластическое и инерционное сопротивления равны, а общее сопротивление равно фрикционному сопротивлению), площадь под кривой реактанса в частотном диапазоне от 5 Гц до резонансной частоты (AX), периферический

Лаборатория функциональных и ультразвуковых методов исследования НИИ пульмонологии Росздрава. Жанна Константиновна Науменко - канд. мед. наук, ст. научный сотрудник.

Галина Васильевна Неклюдова - канд. мед. наук, ст. научный сотрудник.

Светлана Юрьевна Чикина - канд. мед. наук, ст. научный сотрудник.

Александр Владимирович Черняк - канд. мед. наук, зав. лабораторией.

(а)

(б)

(в)

(г)

Рис. 1. Кривая поток-объем и ИОМ (частотная зависимость фрикционного сопротивления и реактанса) при различных функциональных нарушениях: а - проксимальная обструкция: фрикционное сопротивление (ЯБ и Я20) увеличено, спектр Я(1) не зависит от частоты, периферический реактанс (Х5) и резонансная частота (РЯ) не изменены; б - дистальная обструкция: сопротивление дыхательных путей (ЯБ) увеличено, спектр Я(1) зависит от частоты (Я20 значительно меньше ЯБ), периферический реактанс снижен, резонансная частота смещена в спектр высоких частот; в - рестриктивные нарушения: сопротивление дыхательных путей (ЯБ) в пределах нормальных значений, спектр Я(1) не зависит от частоты, периферический реактанс снижен, резонансная частота смещена в спектр высоких частот; г - экстраторакальная обструкция: фрикционное сопротивление (ЯБ и Я20) увеличено, спектр Я(1) не зависит от частоты (изредка может определяться пик), периферический реактанс снижен (но может быть и в пределах нормальных значений), на спектре Х(1) характерно наличие плато (отмечено **). Пунктиром даны должные кривые.

(а)

Рис. 2. Типы потока воздуха по трубкам (схема): а - ламинарный; б - переходный; в - турбулентный.

реактанс Х5 (эластическое сопротивление легких и грудной клетки при частоте 5 Гц).

Помимо численного значения общего сопротивления и его составляющих для оценки результатов ИОМ целесообразно анализировать и их графическое изображение (рис. 1). С помощью этой методики можно дифференцировать рестриктивные и обструктивные нарушения, выделить отдел трахеобронхиального дерева (проксимальный или дистальный), измененный в большей степени. ИОМ может быть использована для оценки бронходилатацион-ного и бронхоконстрикторного ответа, для мониторирова-ния течения заболевания, для эпидемиологических исследований в качестве скринингового метода.

Метод ИОМ имеет как недостатки, так и преимущества по сравнению с традиционными методами исследования.

К недостаткам ИОМ можно отнести следующее:

• колебания щек, стенок глотки и гортани могут приводить к некорректному измерению сопротивления;

• при снижении эластичности грудной клетки или легких может иметь место занижение истинной величины сопротивления;

• параметры ИОМ имеют невысокую воспроизводимость и достаточно широкий диапазон нормальных значений.

Преимущества ИОМ:

• минимальные усилия, требуемые от пациента, делают возможным использование ИОМ у детей и лиц, неспособных выполнить маневры при спирометрии или бо-диплетизмографии;

• для измерения сопротивления дыхательной системы не требуется делать глубокий вдох (однако исследования

без глубокого вдоха могут маскировать наличие бронхиальной астмы);

• возможность оценить сопротивление верхних, а также периферических дыхательных путей.

Таким образом, ИОМ является перспективным методом функциональной диагностики и дает важную информацию о механике дыхания в сочетании с данными традиционных функциональных методов исследования. Однако в настоящее время ИОМ не может заменить традиционные методы, поскольку она не является более чувствительной по сравнению со спирометрией при диагностике заболеваний (особенно интерстициальных легочных заболеваний) и по корреляции данных с клиническими симптомами.

Бронхофонография

Дыхательные шумы (ДШ) служат объектом пристального внимания со стороны врача уже при первичном осмотре пациента. Однако оценка ДШ с помощью фонендоскопа субъективна, а их анализ в значительной мере зависит от уровня подготовки и опыта врача. Чтобы избежать врачебных ошибок и повысить уровень диагностики, необходимы простые и доступные методы исследования, позволяющие объективно оценить акустические характеристики ДШ.

БФГ позволяет анализировать временные и частотные характеристики спектра ДШ, возникающих при заболеваниях легких. В 1995 г. В.С. Малышев и соавт. предложили компьютерную систему “Pattern”, позволяющую регистрировать ДШ (Способ регистрации высокочастотных дыхательных шумов, В.С. Малышев и соавт., патент РФ № 5062396, бюл. № 18, 1995 г.). Диагностический комплекс “Pattern” был одобрен Комитетом по новой медицинской технике МЗ РФ (протокол № 4 заседания комиссии по аппаратам, приборам и инструментам от 28.04.2000 г.) и рекомендован к производству и применению в медицинской практике.

Формирование ДШ зависит от характера воздушного потока в дыхательных путях; известно три типа потока (рис. 2):

• ламинарный - однонаправленное движение воздуха параллельно стенкам дыхательных путей (преобладает при низких скоростях);

• турбулентный - хаотичное движение воздуха по дыхательным путям (преобладает при высоких скоростях);

• переходный - разновидность турбулентного потока, которая характеризуется завихрениями в местах, препятствующих воздушному потоку (в области бифуркаций трахеобронхиального дерева и в местах патологического сужения дыхательных путей).

Турбулентный и переходный потоки приводят к образованию низкочастотных и/или высокочастотных акустических сигналов, которые можно зарегистрировать при дыхании человека.

Методика проведения БФГ проста и не требует усилий от пациента. Запись бронхофонограммы производится

Вре-ин. с

Рис. 3. Паттерн дыхания при БФГ: а - здорового человека; б - больного с обст-руктивными нарушениями; в - больного с рестриктивными нарушениями.

при спокойном дыхании в течение короткого промежутка времени (5-7 с).

Датчик позволяет регистрировать сигналы в широком диапазоне частот (0,2-12,6 кГц).

В результате математической обработки получаемых данных выделяется спектр акустических сигналов, возникающих при дыхании человека (рис. 3). Разработанная компьютерная система позволяет рассчитать количественные характеристики акустического сигнала: амплитуду колебаний, длительность вдоха, выдоха и всего респираторного цикла. Полезными в клинической практике могут оказаться такие показатели, как акустический эквивалент работы дыхания - интегральная характеристика энергетических затрат бронхолегочной системы на возбуждение акустического сигнала (рассчитывается как площадь под кривой БФГ во временной области) - и акустический эквивалент мощности дыхания (рассчитывается как площадь под кривой в частотной области).

Впервые в России БФГ использовалась у детей с различными хроническими заболеваниями легких. Было показано, что у детей раннего возраста БФГ позволяет объективно оценивать ДШ, которые не выявляются при физикальном обследовании. Необходимость в подобных методиках в педиатрии очевидна, так как у детей первых 5 лет жизни (которые не могут выполнять форсированные маневры) практически отсутствует возможность объективно оценивать функцию внешнего дыхания.

В дальнейшем БФГ получила распространение при исследовании дыхания у взрослых. Во взрослой практике такие методики крайне необходимы для пациентов с легочными заболеваниями, которые в силу своего тяжелого физического или психического состояния не способны выполнять форсированные маневры.

Исследования последних лет показали, что метод БФГ позволяет дифференцировать обструктивные и рестриктивные нарушения (см. рис. 3), а также оценивать динамику состояния пациента во время лечения. К несомненным преимуществам метода относится и возможность применения БФГ непосредственно у постели тяжелого больного, так как размеры прибора, подключаемого к любому ноутбуку, не превышают размеров записной книжки. Однако необходимы дальнейшие исследования для стандартиза-

ции процедуры измерения и разработки диагностического алгоритма.

Рекомендуемая литература

Геппе Н.А. и др. // Пульмонология. 2002. № 5. С. 33.

Гусейнов А.А. и др. // Пульмонология. 2005. № 6. С. 105.

Кирюхина Л.Д. и др. // Пульмонология. 2000. № 2. С. 31.

Малышев В.С. Научный метод обработки информации при акустической диагностике влияния производственной среды на здоровье человека: Автореф. дис. ... докт. биол. наук. Тула, 2002.

Узунова А.Н., Геппе Н.А. // Тезисы 14-го Национального конгресса по болезням органов дыхания. Москва, 22-26 июня 2004 г. С. 74.

Cauberghs M., Van de Woestijne K.P // J. Appl. Physiol. 1992. V. 73. P 2355.

Elphick H.E. et al. // Arch. Dis. Child. 2004. V. 89. P 1059. Hellinckx J. et al. // Eur. Respir. J. 2001. V. 18. P 564.

Oostveen E. et al. // Eur. Respir. J. 2003. V. 22. P 1026.

Pasker H.G. et al. // Eur. Respir. J. 1996. V. 9. P 131.

Vogel J., Smidt U. Impulse Oscillometry. Frankfurt, 1994. >