Объемная капнография в оценке легочной функции у пациентов с бронхиальной астмой

Введение. Спирометрия является наиболее распространенным легочным тестом для функциональной диагностики и мониторирования обструктивных нарушений дыхания у пациентов с бронхиальной астмой (БА). Объем форсированного выдоха за 1-ю секунду - ОФВ1 основной показатель, отражающий наличие и тяжесть обструкции. Однако, точность полученных результатов во многом зависят от возможностей дыхательного усилия пациента, от правильности понимания им методики исследования, желания кооперации с медицинским персоналом [3]. Поэтому в некоторых случаях результаты спирометрии могут оказаться недостоверными. Тест на обратимость бронхиальной обструкции позволяет лишь отчасти разрешить вопросы дифференциальной диагностики астмы. У некоторых пациентов сам маневр форсированного дыхания во время спирометрии может вызвать бронхиальную обструкцию, это так называемый «спирометрически-индуцированный бронхоспазм» [10]. К тому же, к настоящему времени накоплены убедительные данные, свидетельствующие, что воспалительный процесс при БА захватывает именно мелкие дыхательные пути [5,7,9]. Оценка состояния малых дыхательных путей с помощью этого теста затруднительна [8]. Ограничения спирометрии мотивировали поиск диагностического инструмента для определения ранних изменений дыхательных путей, а также для детализации дисфункции малых дыхательных путей. В настоящее время оценка состояния дистальных отделов легких требует высокотехнологичного и дорогостоящего оборудования. Для этих целей используются: метод вымывания азота, импульсная осцилометрия, бодиплетизмография [12].

В последние годы появился научный интерес к новому диагностическому методу - объемной капнографии (капноволюмометрия, волюмометрическая капнография), который оценивает динамику CO2, соотнесенную к величине дыхательного объема. В литературе имеются лишь единичные данные об оценке изменений объемной капнографии у пациентов с астмой и сравнение их с такими же показателями здоровых лиц, а также исследование изменений переменных капнограммы в ответ на бронходилататоры.

Недавние исследования отмечают корреляцию между оценкой показателей объемной капнографии и спирометрии у взрослых с легочными заболеваниями и без них [15]. Pablo V. Romero в своей работе показал, что изменения параметров объемной капнографии у пациентов с ХОБЛ согласуются со степенью тяжести обструктивных нарушений [13].

Исследование оценки вентиляционной неоднородности с использованием инертных газов в легких показывает, что они, по всей видимости, более чувствительны, чем ОФВ1 для определения изменений в малых дыхательных путях при астме [6]. Паттерн элиминации СО2 в объеме выдоха, полученный при волюмометрической капнографии, позволяет рассчитать показатели, которые могут обнаруживать нарушения вентиляционно-перфузионного соотношения (V/Q) [2].

Ряд исследований показывают перспективы объемной капнографии в определении дисфункции мелких дыхательных путей [4,11,14,15]. Этот метод не требует выполнения форсированных маневров, поэтому может быть с успехом использован у пожилых пациентов и детей для оценки легочной функции [1]. Его применение в клинической практике стало более доступным в связи с развитием новых технологий.

Материалы и методы. Исследование проводилось с соблюдением этических принципов и являлось когортным неинтервенционным. В нем приняли участие 54 человек обоего пола с установленным диагнозом бронхиальной астмы (возраст 59,8±14,9 лет) с легкой, среднетяжелой и тяжелой степенью тяжестью заболевания в соответствии с рекомендациями Глобальной инициативы по астме (GINA 2014) и 44 пациента без бронхиальной астмы. Из исследования исключались пациенты с анамнезом легочной лобэктомии или сегментэктомии, другими хроническими заболеваниями, требующих терапии системными кортикостероидами, врожденными пороками сердца. Пациенты контрольной группы не имели каких-либо бронхо-легочных заболеваний и респираторных инфекции в течение последних 30 дней до исследования.

Все пациенты группы БА перед исследованием воздержались от приема короткодействующих бронходилататоров в течение 6 часов и длительнодействующих бронходилататоров в течение 12 часов.

Объемная капнография. В исследовании был использован ультразвуковой компьютерный спирограф SpiroScout (Ganshorn, Германия), оснащенный функцией регистрации объемной капнографии (рис.1).

Рис. 1. Спирограф Spiroscout, оснащенный функцией объемной капнографии (Ganshorn, Германия).

Форма кривой объемной капнограммы непосредственно отображает газообмен в легких. Структура объемной капнограммы представлена на рис. 2.

Рис. 2. Структура объемной капнограммы [11]: Volume - объем, FCO2 - фракционная концентрация углекислого газа в выдыхаемом воздухе, expired - выдох, inspired - вдох, V_Teff - эффективный дыхательный объем, I - фаза 1; II - фаза 2; III - фаза 3; 1 - объем мертвого пространства; 2 - переход фазы 1 в фазу 2; 3 - наклон фазы 2; 4 - угол альфа (переход фазы 2 в фазу 3); 5 - наклон фазы 3; 6 - конец выдоха; 7 - выделенный объем. Область между кривыми представляет собой объем выделенного СО₂.

Каждая фаза объемной капнограммы имеет свою диагностическую ценность.

Фаза I представлена газом выдоха из верхних дыхательных путей (т.е. газом анатомического мертвого пространства), которое обычно содержит небольшое количество СО₂ (оно столь незначительно, что приравнивается к 0). Поэтому увеличение фазы I отражает увеличение вентиляции анатомического мертвого пространства (VDaw).

Фаза II отражает переходный газ, выделенный из дыхательных путей с примесью газа из альвеол. Фаза II, как правило, отражает изменения перфузии. Она характеризуется быстрым ростом концентрации СО2. Уменьшение фазы II может быть показателем уменьшения перфузии. Если «опустошение» альвеол грубо неравномерно, как при серьезных эмфизематозных и обструктивных легочных заболеваниях, наклон фазы II будет покатым.

Фаза III или альвеолярное плато представлена газом, выделенным из альвеол. Она предоставляет информацию об изменении газового распределения, перфузии и вентиляции легочной периферии. Горизонтальное плато показывают легкие, которые достаточно равномерно «добавляют» СО₂ к каждой порции выдыхаемого газа. У пациентов с патологией мелких дыхательных путей фаза III имеет наклон пропорциональный неоднородности вентиляции [1,2].

Регистрировались следующие показатели: dMM/dV2 - угол наклона фазы 2, dMM/dV3 - угол наклона фазы 3, Alpha s2s3 - угол альфа между фазами 2 и 3,VD-threshold - объем мертвого пространства, определенный в соответствии с пороговым методом, VD-Bohr - объем мертвого пространства по Бору, VD-Fowler - объем мертвого пространства по Fowler, dMMmax - максимальная молярная масса всего CO2, который выделился за выдох, соотнесенная к объему. Дополнительно проведено вычисление dMM/dV3/VT, показывающего отношение наклона фазы 3 к среднему дыхательному объему VT и dMM/dV2/VT - отношение наклона фазы 2 к среднему дыхательному объему. В исследованиях показана высокая чувствительность этих показателей к бронхиальной обструкции.

Обследуемым обеих групп выполнялось исходное исследование функции внешнего дыхания и объемная капнография. Пациентам в группе БА исследования проводились также через 20 минут после вдыхания бронхолитика (вентолин 400 мкг).

Спирометрия. Всем пациентам на оборудовании SpiroScout выполнена спирометрия в соответствии со стандартами ATS/ERS. В группе пациентов с БА выполнена проба с бронхолитиком (вентолин 400 мкг).

Статистическая обработка результатов работы производилась при помощи пакета прикладных программ «Statistica for Windows фирмы StatSoft Inc. Версия 10.0». Для сравнения средних величин и выявления статистически значимых различий использовался t-критерий Стьюдента. Данные описательной статистики представлены как выборочное среднее ± стандартное отклонение. Различия считались статистически достоверными при p<0,05.

Результаты и обсуждение. Из 54 пациентов с БА у 14 человек (25,9%) была установлена легкая степень заболевания, у 25 человек (46,3%) - среднетяжелая, и у 15 (27,8%) - тяжелая степень. Антропометрические, спирометрические и показатели объемной капнографии продемонстрированы в таблице 1. Показано достоверное (p<0,05) снижение показателей функции внешнего дыхания у пациентов с БА в сравнении с контрольной группой: ОФВ1 (в % от должн..) 60,3±15,9 и 101,3±12,5; ОФВ1 /ФЖЕЛ (в %) 64,5±16,8 и 103,2±12,6 соответственно. При сравнении объема мертвого пространства, измеряемого различными способами, контрольная группа демонстрировала достоверное увеличение анатомического мертвого пространства, измеряемого пороговым методом: VD-threshold (мл) 89,8±25,1 и 83,04±22,3 соответственно; увеличение анатомического мертвого пространства по Fowler (мл): 169,03±47,1 и 136,01±33.

Таблица 1. Антропометрические данные, показатели спирометрии и объемной капнографии у пациентов с БА и контрольной группы (среднее ± стандартное отклонение)

Примечание: *p<0,05 в сравнении с результатами контрольной группы.

Проанализированы различия между группами по фазам капноволюмометрической кривой: не отмечено достоверных различий у пациентов с БА в сравнении с контрольной группой по наклону фазы II (dMM/dV2): 2,7±0,98 и 2,5±0,7. Известно, что dMM/dV2 - отражает перфузию.

Тем не менее, получена достоверная разница по наклону фазы III (dMM/dV3): 0,27±0,14 у пациентов с БА и 0,23±0,11 в контрольной группе и по соотношению dMM/dV2/VT: 3,7±1,9 и 3,11±1,6; dMM/dV3/VT: 0,4±0,2 0,25±0,4 у пациентов с астмой и в контрольной группе соответственно.

Можно сделать вывод, о том, что у анализируемой группы пациентов с БА перфузия не нарушена. Увеличение наклона фазы III у больных БА по сравнению с контрольной группой, свидетельствует о неоднородности вентиляции из-за патологии дистальных дыхательных путей (рис. 3.).

Рис. 3. Объемная капнограмма в норме (А) и при обструкции дыхательных путей (Б).

Обследуемая группа пациентов с астмой после вдыхания бронхолитика показала статистически значимое увеличение спирометрических показателей, объема мертвого пространства (VD-threshold, VD-Bohr, VD-Fowler), уменьшение dMM/dV2, dMM/dV3, а также dMM/dV2/VT, dMM/dV3/VT.

Таблица 2. Пре- и постбронходилатационные показатели спирометрии и объемной капнографии у пациентов с БА

Примечание: *p<0,05 в сравнении с пост-бронходилатационными показателями.

В настоящем исследовании проведена оценка показателей капноволюмометрии у пациентов с астмой, а также исследование переменных капнограммы в ответ на бронходилататоры. После использования бронхолитика обнаружено увеличение объема анатомического мертвого пространства, что объясняется улучшением бронхиальной проходимости.

Результаты показывают, что увеличение dMM/dV3, dMM/dV2/VT, dMM/dV3/VT у пациентов с астмой могут отражать неоднородность вентиляции в дистальных дыхательных путях, что предполагает наличие как хронических структурных нарушений дыхательных путей, так и обратимых изменений бронхиальной проходимости, наблюдаемые во время пробы с бронхолитиком. Этот показатель может быть полезным инструментом в оценке и изучении дисфункции дистальных дыхательных путей у лиц, страдающих астмой.

Заключение. Метод объемной капнографии позволяет определять неоднородность вентиляции у пациентов с бронхиальной астмой. По сравнению со спирометрией, объемная капнография не требует выполнения специальных дыхательных маневров, и может быть легко выполнена широкой категорией пациентов. Кроме того, объемный капнограф - это компактное устройство, которое может быть использовано как у госпитализированных пациентов, так и в амбулаторных условиях для диагностики обструктивных нарушений дыхания.