Учебное+пособие+Ред.+2020

81

Спирометрия – измерение объёмов вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.

Схема водяного спирометра.

А – наружный цилиндр; Б – стеклянное окошечко в наружном цилиндре, через которое видна шкала спирометра; В – внутренний цилиндр (колокол спирометра); С – баллон с воздухом для уравновешивания внутреннего цилиндра в воде; Д – вода.

Пневмотахометрия – измерение скорости или мощности потока воздуха при вдохе и выдохе.

Внешний вид пневмотахометра.

1 – дыхательная трубка; 2 – переключатель «вдох/выдох»; 3 – дифференциальный манометр.

Дыхательный объём (ДО) – объём воздуха, вдыхаемого и выдыхаемого при дыхательном цикле. При спокойном вдохе составляет около 500 мл.

Резервный объём вдоха (РОвд) – максимальный объём воздуха, который человек может вдохнуть после спокойного вдоха. РОвд в среднем составляет 1,5 л.

Резервный объём выдоха (РОвыд) – максимальный объём воздуха, который человек может выдохнуть после спокойного выдоха.

Остаточный объём лёгких (ООЛ) – объём воздуха, остающийся в лёгких после максимального выдоха.

Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) ЖЕЛ = РОвд + ДО + РОвыд Функциональная остаточная ёмкость (ФОЕ) ФОЕ = РОвыд + ООЛ

Практические работы.

1. Определение должной жизненной ёмкости лёгких (ДЖЕЛ) [3].

ДОО – должный основной обмен, определяемый по таблицам или вычисляемый с учётом роста, массы тела, возраста и пола (см. 2.2.); Р – рост в см; МТ – масса тела в кг; В – возраст в годах.

82

У здоровых людей возраста 19 – 21 г с нормальным соотношением роста и веса величина ЖЕЛ наиболее близка к величине ДЖЕЛ, определяемой по формулам Антони и Людвига. Но эти формулы подвергаются критике из-за того, что при вычислении ДЖЕЛ в них прямо (Людвиг) или косвенно (Антони) используется МТ, тогда как жёсткой функциональной зависимости между этим параметром и объёмом лёгких быть не может, особенно при избыточной МТ. Последние две формулы в таблице лишены этого недостатка, т.к. в них используются только данные роста и возраста, но они показывают не совсем адекватные результаты. По нашим данным (590 женщин, 254 мужчин), среднее отклонение ЖЕЛ от ДЖЕЛ посчитанной по формуле Болдуина, Курнана и Ричардсона составило более 3 %, а по формуле Канаева, наоборот, ДЖЕЛ в среднем была на 15 % больше реальной ЖЕЛ. ДЖЕЛ по формуле Канаева близка к реальной ЖЕЛ только у спортсменов, занимающихся видами спорта, способствующими увеличению объёма лёгких.

Логичный выход из этой ситуации – исходить из того, что ДЖЕЛ должна соответствовать предельно допустимому для этого роста объёму тела, при котором ещё нет избыточной МТ. Т.е., использовать при определении ДЖЕЛ пороговой индекс объёма тела (ПИот), когда МТ= (Р – 101).

Определение ДЖЕЛ по ПИот.

Для женщин – ПИот = Р · (Р – 101) / 7350

ПИот =

ДЖЕЛ =

2. Практические работы на ТДБОС. Спирометрия и пневмотахометрия с помощью тренажёра дыхательного с биологической обратной связью (ТДБОС).

Подготовка ТДБОС к работе

Подсоедините к дыхательной трубке с помощью переходника загубник или наконечник для носового дыхания (Рис. 1). Соедините трубки-отводы дыхательной трубки с отводами пневмоканалов дифференциального датчика давления на электронном модуле с помощью силиконовых трубок длиной 0,9 м и внутренним диаметром 1 мм. При работе с программой «Пневмотахометрия» используется дыхательная трубка с диафрагмой 16,4 мм и загубником, при работе с программой «Спиро-Бос» - трубка с диафрагмой 11 мм и носовым наконечником.

Подсоедините электронный модуль устройства к USB-порту компьютера или ноутбука. Соедините трубки-отводы дыхательной трубки с отводами пневмоканалов

дифференциального датчика давления на электронном модуле с помощью силиконовых трубок длиной 0,9 м и внутренним диаметром 1 мм. При работе с программой «Пневмотахометрия» используется дыхательная трубка с диафрагмой 16,4 мм и загубником, при работе с программой «Спиро-Бос» - трубка с диафрагмой 11 мм и носовым наконечником.

83

Рис. 1. Соединение дыхательной трубки с электронным модулем.

1 – дыхательная трубка;

2 – переходник;

3 – наконечник для носового дыхания;

4 – загубник;

5 – силиконовые трубки с внутренним диаметром 1 мм;

6 – электронный модуль;

7 – кабель с USB-разъёмом.

Подсоедините электронный модуль устройства к USB-порту компьютера или ноутбука.

Если драйвера и программы (Спиро-БОС.exe и Пневмотахометрия.exe) управления тренажёром уже установлены, то запустите соответствующую программу, если устройство подключается впервые, произведите установку на компьютере (ноутбуке) соответствующего программного обеспечения.

Калибровка ТДБОС.

Калибровка измерений объёмов воздуха, проходящих через измерительную трубку ТДБОС, заключается в правильном выставлении коэффициента диафрагмы (Kd) в соответствующем окошке программы. Нахождение правильного значения Kd возможно с помощью 2-х вариантов: 1) с помощью калибровочного насоса объёмом 1500 - 3000 мл; 2) расчётным методом.

1) С помощью калибровочного насоса (1500 - 3000 мл).

Выставить в окошке измерительной программы в качестве коэффициента диафрагмы (Kd) значение 10. Подсоединить измерительную трубку к калибровочному насосу и произвести измерение потока воздуха калибровочным объёмом (КО). Правильное значение Kd вычисляется по формуле:

Kd = КО / (значение измеренного объёма) · 10. 2) Расчётный метод.

Значение Kd зависит от плотности воздуха:

Kd = Kv * (2 / ρ)1/2,

где ρ – плотность воздуха, а Kv – вспомогательный коэффициент или коэффициент расхода.

Для вычисления удобно воспользоваться программой Kd.exe в главном каталоге ТДБОС. После запуска программы появится окошко этого приложения. Введите значения атмосферного давления, температуры и относительной влажности воздуха, и значение Kv (значения этих коэффициентов для диафрагмы с отверстием 11 мм приложения «Спиро-БОС», и для диафрагмы с отверстием 16,4 мм приложения «Пневмотахометрия» приведены в табличках с инвентарными номерами на корпусах электронных модулей ТДБОС). Нажмите кнопку <Вычислить>.

84

2.1.Определение ЖЕЛ спирометрией с помощью программы «Спиро-БОС».

Цель работы: зарегистрировать лёгочные объёмы, рассчитать ЖЕЛ, сравнить полученное и

должное значение ЖЕЛ.

Оборудование: ТДБОС в комплекте с измерительной трубкой с диафрагмой 11мм и носовым наконечником.

Запустите программу Kd.exe в главном каталоге ТДБОС и сделайте расчёт коэффициента диафрагмы Kd (см. расчётный метод калибровки). Закройте программу Kd.exe.

Соедините чистую дыхательную трубку с диафрагмой 11 мм и носовым наконечником с электронным модулем ТДБОС с помощью силиконовых трубок длиной 0,9 м и внутренним диаметром 1 мм. Подключите ТДБОС к компьютеру с помощью кабеля с USB-разъёмом.

Откройте на рабочем столе папку «СпироБОС». Запустите программу «СпироБос.exe».

После запуска программы появится окно:

Если электронный модуль подключен к USB-порту компьютера и программное обеспечение установлено правильно, «сигнальная лампочка» в левом верхнем углу зелёного цвета - , если подключения к компьютеру нет - . Если подключения нет – подождите когда запустятся драйвера. Тогда загорится «сигнальная лампочка» в левом верхнем углу, а в позиции «Давление» - появится цифра. После этого – обнулите показания датчика дифференциального давления (настройка нуля), нажав курсором на кнопку >0<.

Проверьте правильность последовательности соединения дыхательных приспособлений – сделайте выдох через дыхательную трубку – при вдохе показатели дифференциального давления должны быть отрицательными, а при выдохе – положительными, если наоборот, то либо поменяйте положение загубника (носового наконечника) на дыхательной трубке, либо поменяйте положения подсоединений силиконовых трубок к дыхательной трубке.

Нажмите курсором кнопку .

В появившемся окне написать имя файла, в котором сохранять данные и нажать кнопку

.

85

Нажать курсором кнопку . В появившемся окне ввести вычисленный коэффициент диафрагмы. Активировать «Полный» вывод данных. Нажать <OK>.

Для точного измерения объёмов вдоха/выдоха и, соответственно, временных параметров дыхательного цикла, необходим минимальный дрейф нуля, который обеспечивается при выходе на стабильный температурный режим работы электронных элементов модуля. Чтобы выйти на этот режим работы дайте поработать модулю в холостом режиме 20 минут, сделайте обнуление >0< и приступайте к работе с тренажёром в режиме «измерения» или в режиме «тренировка». Если Вы начнёте работу, не дожидаясь выхода на стабильный режим работы модуля, необходимо периодически отслеживать дрейф нуля - значения дифференциального давления при отсутствии вдоха/выдоха не должны выходить за пределы значений -2 - +2. Нивелирование дрейфа нуля осуществляется нажатием курсора на кнопку >0<.

После активации курсором кнопки <Старт>, испытуемый вставляет носовой наконечник в нос и делает несколько спокойных вдохов и выдохов. Затем, после спокойного выдоха, делает форсированный вдох. Затем – снова несколько циклов обычного дыхания. Затем – после обычного, спокойного вдоха – форсированный выдох.

Остановить измерения, активируя кнопку <Стоп>. Закрыть программу, отсоединить дыхательную трубку с носовым наконечником и поместить её в ёмкость с надписью «ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ».

Открыть файл с сохранёнными данными. Определить дыхательный объём (ДО) как среднее значение спокойных вдохов, выдохов; резервный объём вдоха – как разность между величиной форсированного вдоха после спокойного выдоха и ДО; резервный объём выдоха – как разность

Полученные Объёмы и Ёмкости

Названия величин Значение (мл)

ДО

РОвд

РОвыд

ЖЕЛ = РОвд + ДО + РОвыд

В норме значение реальной ЖЕЛ должно составлять не менее 80 % от должной величины. Является ли ЖЕЛ нормальной для данного испытуемого?

Сделать вывод.

2.2. Измерение форсированного выдоха после максимального вдоха с помощью программы «Пневмотахометрия».

Объём форсированного выдоха, произведённый после максимального вдоха, называется форсированной ЖЕЛ (ФЖЕЛ).

Цель работы: зарегистрировать параметры ФЖЕЛ, сравнить зарегистрированные и должные величины.

Оборудование: ТДБОС в комплекте с измерительной трубкой с диафрагмой 16,4мм и загубником.

86

Соедините чистую дыхательную трубку с диафрагмой 16,4 мм и загубником с электронным модулем ТДБОС с помощью силиконовых трубок длиной 0,9 м и внутренним диаметром 1 мм (Рис. 1). Подключите ТДБОС к компьютеру с помощью кабеля с USB-разъёмом.

Откройте на рабочем столе папку «пневмотахометрия». Запустите программу «пневмотахометрия.exe».

После запуска программы появится окно:

Если электронный модуль подключен к USB-порту компьютера и программное обеспечение установлено правильно, «сигнальная лампочка» в левом верхнем углу зелёного цвета - , если подключения к компьютеру нет - . Если подключения нет – подождите пока драйвера запустятся. Тогда загорится «сигнальная лампочка» в левом верхнем углу, а в позиции «Давление» - появится цифра. После этого – обнулите показания датчика дифференциального давления (настройка нуля), нажав курсором на кнопку >0<.

Проверьте правильность последовательности соединения дыхательных приспособлений – сделайте выдох через дыхательную трубку – при выдохе показатели дифференциального давления должны быть положительными, если наоборот, то либо поменяйте положение загубника (носового наконечника) на дыхательной трубке, либо поменяйте положения подсоединений силиконовых трубок к дыхательной трубке.

Для точного измерения объёмов вдоха/выдоха и, соответственно, временных параметров дыхательного цикла, необходим минимальный дрейф нуля, который обеспечивается при выходе на стабильный температурный режим работы электронных элементов модуля. Чтобы выйти на этот режим работы дайте поработать модулю в холостом режиме 20 минут, сделайте обнуление >0< и приступайте к работе с тренажёром в режиме «измерения» или в режиме «тренировка», запустив соответствующий режим курсором. Если Вы начнёте работу, не дожидаясь выхода на стабильный режим работы модуля, необходимо периодически отслеживать дрейф нуля - значения дифференциального давления при отсутствии вдоха/выдоха не должны выходить за пределы значений -2 - +2. Нивелирование дрейфа нуля осуществляется нажатием курсора на кнопку >0<.

Для введения названия файла, в котором будут регистрироваться данные физиологических параметров, и определения папки, в которой этот файл будет расположен, нажмите курсором кнопку

. По умолчанию файл размещается на «Рабочем столе». Файл должен быть текстовым (.txt). После введения в появившееся окно имени файла нажмите кнопку «Сохранить». Если вывод измеряемых данных в файл не нужен, нажмите кнопку «Отмена».

87

После активации курсором кнопки <Старт>, испытуемый без трубки делает форсированный вдох, затем подносит трубку с загубником ко рту и делает форсированный выдох. После выдоха, чтобы не произошло случайного сброса измеренных показателей (из-за движения воздуха в трубке) активируется курсором кнопка <Стоп>.

Показатели пневмотахометрии форсированного выдоха:

Время, с – время выдоха; объём, мл – объём выдоха; ОФВ1 – процент от объёма форсированного выдоха, выдохнутый за 1-ю секунду; ПОС – пиковая объёмная скорость; % от ПОС – на каком проценте выдоха наблюдалась пиковая объёмная скорость; t ПОС – на каком временном отрезке выдоха наблюдалась ПОС; МОС – мгновенная объёмная скорость на соответствующем % выдоха; СОС25-75 – средняя объёмная скорость между 25 и 75 % выдоха. Объём форсированного выдоха, произведённый после максимального вдоха, называется форсированной ЖЕЛ (ФЖЕЛ).

У здоровых людей ЖЁЛ > ФЖЁЛ на 100-150 мл, при нарушениях бронхиальной проводимости различие может достигать 300-500 мл.

Типы нарушений вентиляции, определяемые с использованием данных пневмотахометрии – обструктивные и обструктивные. Обструктивный тип связан с нарушением прохождения воздуха по бронхам. Главным объективным общепринятым критерием бронхиальной обструкции является снижение интегрального показателя ОФВ1 до уровня, составляющего менее 80% от должных величин, а также снижение показателей объёмной скорости выдоха. Рестриктивный (ограничительный) тип связан с уменьшением функционирующей паренхимы лёгких, утратой лёгкими эластических свойств, что проявляется в снижении величины ФЖЕЛ. Смешанный тип – сочетанное снижение скоростных показателей и ФЖЕЛ.

Провести 3 измерения форсированного выдоха после максимального вдоха с интервалами 1-2 минуты. Закрыть программу, отсоединить дыхательную трубку с загубником и поместить её в

88

Сделать вывод.

8.2. Регуляция дыхания.

Современные представления о структуре и локализации дыхательного центра. Механизм смены дыхательных фаз. Рефлекторная саморегуляция дыхания. Рефлексы Геринга-Брейера.

Особенности дыхания в условиях повышенного барометрического давления. Физиологическое обоснование профилактики декомпрессионной болезни.

Особенности дыхания в условиях пониженного барометрического давления. Физиологическое обоснование профилактики горной болезни.

Первый вдох ребёнка, причины его возникновения. Особенности дыхания новорожденных, детей раннего возраста. Возрастные изменения. Особенности дыхания у лиц пожилого возраста.

Ротовое дыхание, роль дыхания в формировании речи. Функциональная связь процессов дыхания, жевания и глотания.

Вопросы программированного контроля по теме занятия.

1.Как изменяется дыхание при перерезке ЦНС на различных уровнях?

2.Как изменяется дыхание при деиннервации периферических хеморецепторов?

3.Как изменяется дыхание при двухсторонней ваготомии?

4.Как изменяется дыхание после ваготомии и разрушения пневмотаксического центра?

5.Какие рефлексы принимают участие в саморегуляции дыхания?

6.Какие рецепторы преимущественно активируют дыхательный центр при сокращении инспираторной мускулатуры?

7.Каковы особенности автоматизма нейронов дыхательного центра?

8.Как изменяется дыхание после гипервентиляции?

9.Что обозначают термины: апнейстическое дыхание, гаспинг, асфиксия?

10.Как изменяется дыхание в условиях повышенного и пониженного атмосферного давления?

Практические работы.

1. Опыт с задержкой дыхания.

ЦЕЛЬ: выяснить роль гипервентиляции и мышечной нагрузки на длительность задержки дыхания.

Ход работы: испытуемый делает максимальный вдох и на высоте вдоха задерживает дыхание максимально долго, зажав нос, жестом сигнализирует экспериментатору момент первого появления желания сделать выдох. Экспериментатор регистрирует этот момент, а также момент окончания задержки дыхания. Полученные результаты заносятся в протокол. Через 5 мин. испытуемый проводит гипервентиляцию (10 глубоких вдохов и выдохов) и снова задерживает дыхание. Так же, как и в первый раз регистрируются те же моменты и заносятся в протокол. Через 5 мин. испытуемый совершает физическую работу (20 приседаний за 30 сек.) и вновь определяется время задержки дыхания. Результаты работы заносят в протокол. Сравнить величины времени в 3 исследованиях (в покое, после гипервентиляции, после мышечной работы), сделать выводы.

89

2. Опыт с проведением дыхательной тренировки с биологической обратной связью (на ТДБОС).

ЦЕЛЬ: показать влияние дыхательной тренировки на изменение режима работы дыхательного центра.

Оборудование: ТДБОС в комплекте с измерительной трубкой с диафрагмой 11мм и носовым наконечником.

Исследование дыхательной тренировки на изменение времени задержки дыхания проводится после измерений, описанных в работе 1.

Запустите программу Kd.exe в главном каталоге ТДБОС и сделайте расчёт коэффициента диафрагмы Kd (см. расчётный метод калибровки). Закройте программу Kd.exe.

Соедините чистую дыхательную трубку с диафрагмой 11 мм и носовым наконечником с электронным модулем ТДБОС с помощью силиконовых трубок длиной 0,9 м и внутренним диаметром 1 мм (Рис. 1). Подключите ТДБОС к компьютеру с помощью кабеля с USB-разъёмом.

Бос.exe». После запуска программы появится окно:

Если электронный модуль подключен к USB-порту компьютера и программное обеспечение установлено правильно, «сигнальная лампочка» в левом верхнем углу зелёного цвета - , если подключения к компьютеру нет - . Если подключения нет – подождите, когда запустятся драйвера. Тогда загорится «сигнальная лампочка» в левом верхнем углу, а в позиции «Давление» - появится цифра. После этого – обнулите показания датчика дифференциального давления (настройка нуля), нажав курсором на кнопку >0<.

Проверьте правильность последовательности соединения дыхательных приспособлений – сделайте выдох через дыхательную трубку – при вдохе показатели дифференциального давления должны быть отрицательными, а при выдохе – положительными, если наоборот, то либо поменяйте положение загубника (носового наконечника) на дыхательной трубке, либо поменяйте положения подсоединений силиконовых трубок к дыхательной трубке.

Для точного измерения объёмов вдоха/выдоха и, соответственно, временных параметров дыхательного цикла, необходим минимальный дрейф нуля, который обеспечивается при выходе на стабильный температурный режим работы электронных элементов модуля. Чтобы выйти на этот режим работы дайте поработать модулю в холостом режиме 20 минут, сделайте обнуление >0< и приступайте к работе с тренажёром в режиме «измерения» или в режиме «тренировка», запустив соответствующий режим курсором.

90

вычисленный коэффициент диафрагмы. Активировать «Частичный» вывод данных. Ввести время тренировки – 20 минут. Нажать <OK>.

Если Вы начнёте работу, не дожидаясь выхода на стабильный режим работы модуля, необходимо периодически отслеживать дрейф нуля - значения дифференциального давления при отсутствии вдоха/выдоха не должны выходить за пределы значений -2 - +2. Нивелирование дрейфа нуля осуществляется нажатием курсора на кнопку >0<.

После активации курсором кнопки <Старт>, испытуемый вставляет в нос носовой наконечник и начинает минутную дыхательную тренировку. Во время тренировки в файл будут записываться минутные показатели дыхания – минутный объём дыхания (МОД) и частота дыхания (ЧД).

Задача испытуемого во время проведения тренировки – отслеживать по монитору временные и объёмные параметры дыхания и корректировать их таким образом, чтобы не дать увеличиваться минутному объёму дыхания (МОД).

После тренировки произвести измерение времени задержки дыхания, как в работе №1.