Основные показатели легочной вентиляции

На рис. 2 схематично показаны основные легочные объемы и емкости. Различают 4 первичных легочных объема и 4 емкости.

Рис. 2. Схема основных легочных объемов и емкостей.

Дыхательный объем (ДО, или VT - tidal volume) - это объем газа, вдыхаемого или выдыхаемого при спокойном дыхании.

Резервный объем вдоха (РО_ВД, или IRV - inspiratory reserve volume) - максимальный объем газа, который можно дополнитель­но вдохнуть после спокойного вдоха.

Резервный объем выдоха (РО_ВЫД, или ERV - expiratory reserve volume) - максимальный объем газа, который можно дополнитель­но выдохнуть после спокойного выдоха.

Остаточный объем легких (ООЛ, или RV - reserve volume) -объем газа, оставшегося в легких после максимального выдоха.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ, или VC - vital capacity) -представляет собой сумму ДО, РО_ВД и РО_ВЫД, т. е. максимальный объем газа, который можно выдохнуть после максимально глубо­кого вдоха.

Емкость вдоха (Е_ВД, или IC - inspiratory capacity) - это сумма ДО и РО_ВД. Таким образом, Е_ВД определяет максимальный объем газа, который можно вдохнуть после спокойного выдоха, и харак­теризует способность легочной ткани к растяжению.

Функциональная остаточная емкость (ФОЕ, или FRC - functional residual capacity) - это сумма ООЛ и РО_ВЫД, т.е. объем газа, который остается в легких после спокойного выдоха.

Общая емкость легких (ОЕЛ, или TLC - total lung capacity) - это общий объем газа, содержащегося в легких после максималь­ного вдоха.

Классическая спирография позволяет измерить только 5 основ­ных объемов и емкостей - ДО, РО_ВД, РО_ВЫД, ЖЕЛ и Е_ВД. Для опре­деления важнейших показателей вентиляции легких: функцио­нальной остаточной емкости (ФОЕ), остаточного объема легких (ООЛ) и общей емкости легких (ОЕЛ) необходимо применение специальных методик, например, методов разведения гелия, вы­мывания азота или плетизмографии всего тела.

Объем воздуха в легких зависит от размеров и количества функционирующих альвеол, растяжимости грудной клетки и лег­ких, разности между атмосферным и альвеолярным давлением, от давления, создаваемого дыхательной мускулатурой. Отмечено, что легочные объемы прямо пропорциональны росту и обратно про­порциональны возрасту. У мужчин (в среднем) легочные объемы больше, чем у женщин. На величину легочных объемов влияют объем крови в легких, положение диафрагмы, положение тела и другие факторы. Однако доля этих объемов в общей емкости лег­ких относительно постоянна. В настоящее время наибольшее рас­пространение, особенно при массовых обследованиях, получили испытания при форсированном дыхании, обычно выдохе.

Кривые форсированного выдоха (фв).

Для традиционной спи­рографии наиболее важным показателем является жизненная ем­кость легких (ЖЕЛ). Чтобы измерить ЖЕЛ, пациент после спокой­ного дыхания должен сделать максимальный вдох, а затем как можно более полный выдох. Для определения наиболее информа­тивных скоростных показателей легочной вентиляции пациент должен выполнять выдох с максимально возможной скоростью. Объем воздуха, который способен выдохнуть пациент при максимально быстром и полном выдохе после полного вдоха, получил название форсированной жизненной емкости легких (ФЖЕЛ, ил FVC - forced vital capacity expiratory), или объема форсированного выдоха - ОФВ (рис. 3).

Рис 3. Спирограмма экспираторного маневра.

При массовом обследовании ограничиваются вычислением следующих характеристик форсированного выдоха:

• форсированной (экспираторной) жизненной емкости легких ФЖЕЛ;

• объема форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1 или FEV1 -forced expiratory volume after 1 second);

• индекса Тиффно - отношения ОФВ1/ФЖЕЛ, %, являющегося основным показателем экспираторного маневра (существенно уменьшается при обструктивном синдроме);

• пиковой объемной скорости выдоха (ПОС_ВЫД, или PEF — реас expiratory flow);

• скорости выдоха в момент времени, когда выдохнуто 25, 50, 75% от ФЖЕЛ (соответственно - МОС_25%, МОС_50%, МОС_75%, или MEF₂₅, MEF₅₀, MEF₇₅ - maximal expiratory flow at 25, 50, 75% of FVC);

• средней объемной скорости выдоха на уровне 25...75% от ФЖЕЛ (СОС_25-75% , или FEF_25-75). Этот показатель менее других зависит от произвольных усилий пациента и более объективно от­ражает проходимость бронхов.

Для некоторых из перечисленных характеристик имеются уравнения регрессии, с помощью которых определяются должные величины (здесь В - возраст в годах, Р - рост в сантиметрах):

Для мужчин:

ФЖЕЛ = 0,0592∙Р - 0,025∙В - 4,241;

ОФВ1 = 0,037∙Р-0,028∙В- 1,59; (1)

Для женщин:

ФЖЕЛ = 0,046∙Р- 0,024∙В -2,852;

ОФВ1 = 0,0267∙Р-0,027∙В-0,54. (2)

Таким образом, имеется возможность сравнить истинные пока­затели И с должными Д, например в виде процента отклонения истинного показателя от должного:

(3)

Для диагностики представляют определенный интерес также кривые изменения объемной скорости выдыхаемого воздуха V(t) от времени (рис. 4), которые могут быть получены либо непосред­ственно от пневмотахографических датчиков объемной скорости, либо косвенно, дифференцированием спирографических кривых форсированного выдоха V(t). Причем возможно и численное диф­ференцирование и интегрирование кривых форсированного выдо­ха. Известно, что операция дифференцирования может существен­но увеличивать высокочастотные шумовые составляющие, неиз­бежно присутствующие в зарегистрированных сигналах, в связи с чем необходимо принять соответствующие меры. Одной из таких мер является сглаживание кривых и тщательная фильтрация сиг­налов, которую можно выполнить как в аналоговой, так и в циф­ровой области. Последняя имеет ряд преимуществ перед аналого­вой: высокую помехоустойчивость, высокую точность преобразо­вания сигналов, гибкое изменение параметров фильтра при изме­нении алгоритмов и программ фильтрации.

На характеристики цифрового фильтра, в отличие от функ­циональных узлов аналоговой техники, не влияют большинство источников погрешностей, например, нестабильность источников питания, колебания температуры, старение компонентов и др. Ко­нечно, в цифровых фильтрах проявляются специфические погреш­ности обработки, связанные с неизбежным округлением коэффициентов, квантованием исходных сигналов (что приводит к появ­лению шума квантования) и частотными искажениями дискрети­зации.

Рис. 4. Кривые форсированного выхода и объемной скорости.

Указанные преимущества цифровых фильтров в полной мере реализуются при анализе низкочастотных сигналов, получаемых в результате медицинских обследований. Эти сигналы могут значи­тельно искажаться аналоговыми схемами из-за дрейфа параметров, в особенности это относится к спирографическим исследованиям, где информативная граница спектра сигнала не превышает 20.. .40 Гц.