Способ оценки функционального состояния легочной ткани
Владельцы патента RU 2295286:
Тетенев Федор Федорович (RU)
Тетенев Константин Федорович (RU)
Бодрова Тамара Николаевна (RU)
Изобретение относится к области медицины, в частности к клинической физиологии дыхания. Способ обеспечивает возможность оценить функциональное состояние легочной ткани в каждом отдельном случае. Определяют общую и динамическую растяжимость легких и рассчитывают коэффициент функциональной активности легких по формуле: КФАЛ=E/Cdyn, где Е - общая растяжимость легких, Cdyn - динамическая растяжимость легких на уровне дыхательного объема в трех разных дыхательных циклах спонтанного дыхания, из которых берется максимальное значение, и при значении КФАЛ от 0,6 до 1,1 определяют норму, при значении КФАЛ от 1,1 до 1,9 первую степень, при значениях КФАЛ 2,0-3,3 вторую, при значениях КФАЛ от 3,4 до 6,4 третью, а при значениях КФАЛ более 6,4 четвертую степень нарушения функционального состояния легочной ткани. 4 табл.
Изобретение относится к области медицины, конкретно клинической физиологии дыхания, и касается способа оценки функционального состояния легочной ткани при различных состояниях, заболеваниях.
В литературе не найдено способов оценки функционального состояния легочной ткани, так как принято, что легочная ткань не обладает функциональными возможностями.
Эластическое напряжение легких является величиной фиксированной анатомической и зависит от состояния свойств эластических структур.
Предлагаемое изобретение является пионерским и основано на обнаружении нового свойства легких: изменять свою растяжимость при различных маневрах дыхания и заболеваниях, состояниях с целью приспособления к последним для поддержания достаточной вентиляционной функции.
Задачей предлагаемого исследования является создание способа оценки функционального состояния легочной ткани.
Поставленную задачу решают новым способом оценки функционального состояния легочной ткани, причем определяют общую и динамическую растяжимость легких и рассчитывают коэффициент функциональной активности легких по формуле:
КФАЛ=E/Cdyn,
где Е - общая растяжимость легких,
Cdyn - динамическая растяжимость легких на уровне дыхательного объема в трех разных дыхательных циклах спонтанного дыхания, из которых берется максимальное значение и при значении КФАЛ от 0,6 до 1,1 определяют норму, при значении КФАЛ от 1.1 до 1.9 первую степень, при значениях КФАЛ 2.0-3.3 вторую, при значениях КФАЛ 3.4-6.4 третью, а при значениях КФАЛ более 6,4 - четвертую степень нарушения функционального состояния легочной ткани.
Изобретение обладает новизной, так как не вытекает явным образом из уровня техники, и прошло апробацию в СибГМУ, в научной лаборатории кафедры пропедевтики внутренних болезней.
Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критериям изобретения и новизна и изобретательский уровень «промышленно применимо».
Способ осуществляют следующим образом.
Определяют общую растяжимость легких (Е) на уровне общей емкости легких (ОЕЛ). Расчет осуществляют по кривым транспульмонального давления и спирограммы [1, 3] в тот момент, когда при максимальном медленном глубоком вдохе на уровне ОЕЛ на кривой транспульмонального давления вычерчивается плато. Измеряют величину максимального отрицательного статического транспульмонального давления в см вод. ст. или эластическую тягу легких (ЭТЛ). Значения подставляют в формулу:
Например, у пациента Х значение объема на уровне ОЕЛ составляет 4 литра, что соответствует эластической тяге (ЭТЛ) 20 см вод. ст. Е=4/20=0.2 л/см вод. ст. Для более точного определения ЭТЛ, в отличие от общепринятой методики, предпринимается три попытки расчетов в трех разных дыхательных циклах, из которых берется максимальное значение ЭТЛ.
Затем определяют динамическую растяжимость легких на уровне дыхательного объема легких. Расчет производится по общепринятой методике [1, 3], по кривым спонтанного дыхания [1], по формуле:
Например, у того же пациента X значение дыхательного объема легких на уровне ОЕЛ составляет 0.5 литра, ему соответствует 2.5 см вод. ст. на кривой транспульмонального давления. Следовательно, Cdyn составляет 0.2 л/см вод. ст. Для более точного определения Cdyn предпринимается три попытки расчета Cdyn в трех разных дыхательных циклах спонтанного дыхания, из которых берется максимальное значение. При подставлении значений Е и Cdyn в формулу определяют общую и динамическую растяжимость легких и рассчитывают коэффициент функциональной активности легких по формуле:
где Е - общая растяжимость легких на уровне общей емкости легких,
Cdyn - динамическая растяжимость легких на уровне дыхательного объема в трех разных дыхательных циклах спонтанного дыхания, из которых берется максимальное значение, и при значении КФАЛ от 0,6 до 1,1 определяют норму, при значении КФАЛ от 1.1 до 1.9 первую степень, при значениях КФАЛ 2.0-3.3 вторую, при значениях КФАЛ от 3.4 до 6.4 третью, а при значениях КФАЛ более 6,4 четвертую степень нарушения функционального состояния легочной ткани.
Например получаем, что значение КФАЛ составляет 1. Это означает, что легкое по какой-то причине не включило, то есть не израсходовало имеющиеся у него резервные возможности.
Изменения эластических свойств легких при спонтанном дыхании и на уровне дыхательного объема, и на уровне ОЕЛ предположительно обусловлены сократительными элементами паренхимы и гладкомышечными клетками, входящими в структуру альвеол паренхимы респираторной зоны и мельчайших дыхательных путей. Способность легких изменять свой эластический тонус при различных заболеваниях с целью поддержания вентиляционной функции на должном уровне изложена нами в интеллектуальном труде [2] и является одним из проявлений механической активности легких [3].
Считается установленным, что при эмфиземе легких растяжимость легочной ткани увеличивается вследствие потери тканями легких своей эластичности. В то же время Cdyn у пациентов общеизвестно снижена [4]. О причинах снижения Cdyn было предложено несколько объяснений, которые ясного представления об этом феномене, однако, не дали. Во всех предложенных теориях и моделях не учитывалась возможность изменения эластического тонуса легких при различных маневрах дыхания и при различных патологических условиях, так как это противоречит общепринятой концепции дыхательных движений Дондерса. При подсчете КФАЛ при эмфиземе легких его значение будет увеличиваться (больше единицы).
Например, у больного У., с хронической обструктивной эмфиземой легких ОЕЛ составляла 6.0 л, эластическая тяга (ЭТЛ) 10 см вод. ст. и Е составляла 0.3 л/см вод. ст. При определении Cdyn дыхательный объем составлял 0.5 литра, транспульмональное давление - 4 см вод. ст. Cdyn, соответственно, составляло 0.16 л/см вод. ст., КФАЛ составляет 5 согласно формуле 1. Физиологический смысл полученного значения состоит в том, что эластичность легких снижена, но при спонтанном дыхании происходит феномен повышения эластичности.
При заболеваниях противоположного характера, например, при бронхиальной астме тяжелого течения часто выявляется увеличение растяжимости легких [5], тогда как ожидалось получить снижение общей растяжимости вследствие развития подслизистого пневмофиброза. В такой ситуации КФАЛ может быть как снижен, так и увеличен, так и находиться в пределах нормы.
Например, у больного Z. с рентгенологическими признаками пневмофиброза ЭТ составляла 28 см вод. ст., объем легких на уровне ОЕЛ - 4.0; Е составляла 0.142 л/см вод. ст; при определении Cdyn дыхательный объем составлял 0.13 литра, транспульмональное давление - 2.3 см вод. ст. Cdyn соответственно составил 0.30 л/см вод. ст., КФАЛ составил 0.47 согласно формуле 1. Получено низкое значение КФАЛ.
В таблице 1 приведены значения показателей, полученных при обследовании практически здоровых людей
Значения КФАЛ у практически здоровых людей находились в пределах 0.6-1.1.
Исследование КФАЛ проводили у больных бронхиальной астмой (см. табл.2).
| Таблица 1 | |||
| № исследуемого пациента | Cdyn | Е | КФАЛ |
| 1 | 0,24 | 0,165 | 0,69 |
| 2 | 0,21 | 0,164 | 0,78 |
| 3 | 0,18 | 0,187 | 0,74 |
| 4 | 0,23 | 0,17 | 0,74 |
| 5 | 0,212 | 0,189 | 0,89 |
| 6 | 0,216 | 0,219 | 1,01 |
| 7 | 0,2 | 0,196 | 0,98 |
| 8 | 0,2 | 0,191 | 0,96 |
| 9 | 0,25 | 0,193 | 0,77 |
| 10 | 0,24 | 0,170 | 0,71 |
| Среднее значение M±m | 0,82±0,03 | ||
| Таблица 2 | |||
| № исследуемого пациента | Cdyn | Е | КФАЛ |
| 1 | 0.014 | 0.053 | 3,79 |
| 2 | 0.16 | 0.159 | 0,99 |
| 3 | 0.1 | 0.178 | 1,78 |
| 4 | 0.062 | 0.149 | 2,4 |
| 5 | 0.05 | 0.05 | 3,04 |
| 6 | 0.093 | 0.147 | 1,58 |
| 7 | 0.064 | 0.305 | 4,76 |
| 8 | 0.042 | 0.173 | 4,12 |
| 9 | 0.035 | 0.089 | 2,54 |
| 10 | 0.062 | 0.349 | 5,63 |
| 11 | 0.133 | 0.316 | 2,4 |
| 12 | 0.150 | 0.455 | 3,03 |
| 13 | 0.067 | 0.401 | 5,98 |
| 14 | 0.158 | 0.335 | 2,12 |
| 15 | 0.07 | 0.393 | 5,61 |
| Среднее значение M±m | 3,31±0,41 |
Из таблицы 2 становится ясным, что у всех пациентов, за исключением одного (№2), КФАЛ составляет существенно больше 1,1 и в среднем составляет 3,31.
В таблице 3 приведены данные пациентов с эмфиземой легких.
Из таблицы 3 становится ясным, что КФАЛ составляет существенно больше 1.2 и равен в среднем 6,4, что является еще более существенным увеличением по сравнению с больными бронхиальной астмой (в среднем 3,31).
В таблице 4 представлены результаты исследования больных с диффузным метатуберкулезным пневмофиброзом.
Из приведенных данных следует отметить, что КФАЛ снижен у одного пациента (№9), у одного пациента остался в норме (№13), а у оставшихся 13 повышен. В среднем КФАЛ у больных с признаками пневмофиброза повышен в меньшей степени, чем у больных с бронхиальной астмой, и в еще меньшей, чем у больных с эмфиземой легких. Это можно объяснить редуцированием источников МАЛ у больных с диффузным пневмофиброзом. У больных бронхиальной астмой пневмофиброз выражен в меньшей степени, чем у больных с диффузным метатуберкулезным пневмофиброзом, но в существенно большей степени, чем при эмфиземе легких.
Таким образом, с помощью предлагаемого способа становится возможным оценить функциональное состояние легочной ткани в каждом отдельном случае, которое может быть изменено в зависимости от наличия патофизиологических факторов и в силу индивидуальных особенностей (индивидуальный резерв механической активности легочной ткани пациента). Нормальные величины КФАЛ находятся в пределах от 0.6 до 1.1. Увеличение КФАЛ более 1.1 может говорить о повышенном функциональном состоянии легочной ткани, низкие значения КФАЛ менее 0.6 могут говорить о сбалансированности состояния легочной ткани.
При обследовании пациентов на сегодняшний момент невозможно оценить состояние и степень изменений функциональной активности легочной ткани. Известные способы исследования эластичности легких ограничиваются определением только Cdyn. По одному показателю Cdyn невозможно судить о функциональной активности легких, так как не учитывается общая растяжимость легких (Е). Используя только показатель Cdyn, невозможно определить и степень изменения функциональной активности легких. Наконец, исследование Cdyn не несет в себе какой-либо информации, которая может быть полезной для дальнейшего обследования пациента.
Использование предлагаемого способа позволяет решить эти вопросы, т.к. благодаря его использованию можно определить степень включения функциональной активности
| Таблица 3 | |||
| № исследуемого пациента | Cdyn | Е | КФАЛ |
| 1 | 0,125 | 0,65 | 4,92 |
| 2 | 0,050 | 0,521 | 10,42 |
| 3 | 0,048 | 0,438 | 9,125 |
| 4 | 0,060 | 0,414 | 6,9 |
| 5 | 0,080 | 0,251 | 3,14 |
| 6 | 0,063 | 0,254 | 4,03 |
| Среднее значение M±m | 6,4±1,18 | ||
| Таблица 4 | |||
| № исследуемого пациента | Cdyn | Е | КФАЛ |
| 1 | 0,120 | 0,210 | 1,75 |
| 2 | 0,180 | 0,376 | 2,08 |
| 3 | 0,150 | 0,189 | 1,26 |
| 4 | 0,1 | 0,160 | 1,6 |
| 5 | 0,156 | 0,556 | 3,56 |
| 6 | 0,05 | 0,230 | 4,6 |
| 7 | 0,11 | 0,159 | 1,44 |
| 8 | 0,09 | 0,138 | 1,53 |
| 9 | 0,12 | 0,08 | 0,66 |
| 10 | 0,09 | 0,116 | 1,28 |
| 11 | 0,17 | 0,275 | 1,61 |
| 12 | 0,15 | 0,301 | 2,00 |
| 13 | 0,15 | 0,122 | 0,81 |
| 14 | 0,08 | 0,123 | 1,53 |
| 15 | 0,09 | 0,199 | 2,21 |
| Среднее значение М±m | 1,86+0,26 |
Легочной ткани в зависимости от значений КФАЛ: 1 степень 1.1-1.9, 2 степень 2.0-3.3, 3 степень 3.4-6.4, 4 степень - 6.4
Также предлагаемый способ делает возможным уточнение диагноза.
Исследования показали, что для больных диффузным пневмофиброзом характерно увеличение КФАЛ в пределах 1 степени. Для больных бронхиальной астмой - 2 степени, для больных эмфиземой легких - 3 и 4 степени.
Использование предлагаемого способа позволяет выявлять пациентов с нехарактерным для того или иного заболевания степени изменения КФАЛ, что позволяет продолжить диагностический поиск у этих больных с использованием других методик такие пациенты (здоровые и больные) встречаются весьма часто (см. таблицы 1, 2, 3, 4).
Пример 1. Пациент Л., страдающий одышкой неясного происхождения прошел полное обследование с использованием диагностического комплекса "Master Lab Jager", где было выявлено снижение Cdyn и небольшие изменения (в пределах 1 степени) обструктивного характера на уровне МОС 50 и МОС 75. Увеличение ОЕЛ и ООЛ. Заключение: гиперинфляция легких, обструктивные изменения в пределах 1 степени. Дополнительное исследование Cdyn не выявило явных отклонений от этого показателя, что может встречаться при эмфиземе легких, бронхиальной астме, кардиогенном застое в легких и диффузном пневмофиброзе. Предварительный диагноз: бронхиальная астма легкой степени. На этом уровне диагностика завершена, осталось не ясным: во-первых, насколько выражены изменения функциональной активности ткани легких. Во-вторых, не ясен характер поражения легочной ткани. Инструментальные диагностические возможности исчерпаны, диагностический поиск остановлен.
При исследовании с помощью предлагаемого способа, путем определения КФАЛ у этого пациента было установлено, что он составлял 1.4, это соответствует увеличению КФАЛ в пределах 1 степени. Для больных бронхиальной астмой не характерно изменение КФАЛ в пределах 1 степени, как и для больных эмфиземой легких. Диагностический поиск с учетом этого был продолжен среди других заболеваний легочного и внелегочного характера. Так, было выяснено, что неделю назад больной перенес ОРВИ. Предположительный диагноз: астенический синдром после ОРВИ. При дополнительном исследовании было выявлено снижение тонуса дыхательной мускулатуры, что выражалось в снижении ЭТЛ. Через 3 недели, после восстановительного лечения исчезли признаки снижения тонуса дыхательной мускулатуры (нормализовалась ЭТЛ), улучшились показатели вентиляции, КФАЛ возвратился к норме, стал 1.0. Вывод: на фоне ОРВИ появилось поражение центральной нервной системы и дыхательной мускулатуры, которое сохранялось на протяжении 4 недель. В ответ на поражение ЦНС и дыхательной мускулатуры в легочной ткани «включился» функциональный активный компонент для поддержания вентиляционной функции на необходимом уровне, то есть произошло изменение функциональной активности легочной ткани в пределах 1 степени (для бронхиальной астмы не характерно). После лечения КФАЛ восстановился до нормы. Это свидетельствовало о том, что причина одышки не в дегенеративных изменениях легочной ткани (дегенеративные изменения обычно необратимы), не бронхиальной астме, а являлась следствием перенесенной ОРВИ.
Пример 2. При прохождении стандартного для таких больных медицинского обследования, у пациента П, с избыточным весом, с жалобами на одышку неясного происхождения, была выявлена только сниженная динамическая растяжимость легких. Аускультация затруднена из-за жировых отложений на грудной клетке. Вентиляционные показатели в пределах возрастной нормы. Диагноз: инспираторная одышка на фоне ожирения 2 степени.
При проведении исследования с помощью предлагаемого способа выяснилось, что показатель находится в пределах 2 степени и составляет 3,5. Это означает, что состояние функциональной активности легочной ткани соответствует 2 степени, что характерно для бронхиальной астмы. С учетом этого больному была проведена метахолиновая проба, соответственно которой не было исключено наличие у больного бронхиальной астмы. После более глубокого и детального обследования диагноз бронхиальная астма подтвердился. Больному проведено соответствующее лечение, состояние улучшилось.
Пример 3. У больного 3 бронхиальной астмой тяжелого течения проводили лечение базисной стероидной терапией. Однако, спирометрически не выявлялось какой-либо положительной динамики. Отмечалось небольшое снижение остаточного объема. Оценить эффект от базисной терапии в такой ситуации сложно. При исследовании пациента с помощью предлагаемого способа было получено, что на фоне лечения КФАЛ увеличился и составлял до лечения 4.6 (3 степень), а на фоне лечения 6.81 (4 степень). Увеличение функциональной активности может произойти в ответ на ухудшение состояния. При бронхиальной астме это может произойти в ответ на развитие инфекции (пневмония, бронхит) на фоне стероидной терапии. Скорригированная с учетом этого терапия и диагностика привела к уменьшению КФАЛ (до 4.1) и, как следствие, улучшению состояния больного.
Таким образом, использование предлагаемого способа определить степень включения функциональной активности легочной ткани соответственно в зависимости от значений КФАЛ: 1 степень 1.1-1.9, 2 степень 2.0-3.3, 3 степень - 3.4-6.4, 4 степень - более 6.4. Также предлагаемый способ делает возможным уточнение диагноза, прогноз течения заболевания и проводить оценку эффективности лечения.
Источники информации
1. West J.B. Pulmonary Physiology and Pathophysiology: an integrated, case-based approach. Lippincott Williams & Wilkins. 2001. 162.
2. Тетенев К.Ф., Бодрова Т.Н., Тетенев Ф.Ф. Функциональное изменение эластического сопротивления у больных бронхиальной астмой. Интеллектуальный продукт №72200200021. Информационный фонд Всероссийской научно-технической информации. Москва. 2002.
3. Тетенев Ф.Ф. Биомеханика дыхания. Изд-во Томского университета. Томск. 1978. 143 с.
4. Martin JG. Respiratory Mechanics in Asthma 1993. European Resp Rev. V.3. June. 444-447.
5. Gelb AF, Licuanan J, Shinar CM, Zamel N. Unsuspected loss of lung elastic recoil in chronic persistent asthma. Chest. 2002. Mar.121 (3) 673-674.
6. Tetenev F.F., Tetenev K.F., Skorospeshkin V.N. Pneumotahograph. The positive solution of the Patent of useful model. Of apply №2004129168/22 (031963), from 0.5.10.2004. The Federal Institute of Industrial property.
7. Kharitonov S.A., Bames P.J. Clinical aspect of exhaled nitric oxide. Eur Respir J. 2000; 16: 781-92.
8. Arthur F. Gelb, Colleen Flynn Taylor, Eliezer Nussbaum, Carlos Gutierrez, Aaron Schein, Chris M.Shinar, Mark J.Schein, Joel D.Epstein and Noe Zamel. Alveolar and Airway Sites of Nitric Oxide Inflammation in Treated Asthma. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 2004. Vol 170. pp.737-741.
9. Non-invasive respiratory Support. A practical handbook. Edited by Anita Simonds. Oxford University Press Inc., New York. 2001.
Способ оценки функционального состояния легочной ткани, отличающийся тем, что определяют общую и динамическую растяжимость легких и рассчитывают коэффициент функциональной активности легких по формуле: КФАЛ=E/Cdyn, где Е - общая растяжимость легких, Cdyn - динамическая растяжимость легких на уровне дыхательного объема в трех разных дыхательных циклах спонтанного дыхания, из которых берется максимальное значение, и при значении КФАЛ от 0,6 до 1,1 определяют норму, при значении КФАЛ от 1,1 до 1,9 первую степень, при значениях КФАЛ 2,0-3,3 вторую, при значениях КФАЛ от 3,4 до 6,4 третью, а при значениях КФАЛ более 6,4 четвертую степень нарушения функционального состояния легочной ткани.
