Введение

     Здоровье дыхательной системы – основа качества жизни. Лёгкие расположены внутри человека; врач не может рассмотреть их или пощупать. Для их объективной оценки врачи во всем мире полагаются на точные и надежные данные. Это именно та ситуация, когда диагноз и последующее лечение практически невозможны без специальных диагностических инструментов и технологий. Чем раньше и точнее будет диагностировано заболевание — тем быстрее будет начато эффективное лечение, а значит — снизится риск хронизации процесса или перехода его в тяжелую форму.

     Значимость спирометрии, как «золотого стандарта» диагностики функции внешнего дыхания, несмотря на её кажущуюся простоту и солидный возраст, непрерывно возрастает, особенно в последние годы. Сегодня спирометрия — это диагностически значимая, неинвазивная, легко доступная, прекрасно стандартизированная и широко применяемая в мире технология для исследования вентиляционной функции легких, использование которой имеет более чем полуторавековую историю!

     Как производители современного диагностического оборудования, мы видим свою миссию в том, чтобы углубить понимание этой технологии и, в то же время, упростить её применение, тем самым приблизив её к широкому кругу медицинских работников, заинтересованных в её использовании. В этой серии статей мы рассмотрим базовые принципы спирометрии, как она работает, почему ее результаты так важны, а также кратко коснемся смежных технологий комплексной диагностики кардиореспираторной системы – капнометрии и газоанализа. А начинаем мы с первых попыток людей понять, как функционируют лёгкие человека и измерить их базовые характеристики.

Краткий исторический экскурс

     Термин «Спирометрия» происходит от двух глаголов: латинского «spirare» дышать, выдыхать и греческого «metreo» — измерять.

Galen Claudius (129-201)

     Первые достоверно известные попытки исследования функции дыхания относятся ко II веку до н.э., когда великий врач античности Гален описал эксперимент по определению вентиляции в легких, в котором мальчик выдыхал воздух в пузырь и вдыхал из него. Гален установил примерное равенство объемов вдоха и выдоха, при этом он не ставил своей целью абсолютные измерения объемов легких.

G.A. Borelli (1608-1679)

     Следующий эксперимент был поставлен лишь через 18 веков – в 1661 г. итальянский врач Giovanni Alfonso Borelli измерял объем вдоха методом всасывания жидкости в цилиндрическую трубку. Важно отметить, что при этом экспериментатор использовал носовой зажим, принципиально схожий с тем, который используется в современных исследованиях.

R. Hooke (1635-1703)

     В конце XVII века член Лондонского Королевского общества, знаменитый физик R. Hooke показал, что без герметичности грудной стенки в лёгкое не может поступать воздух (первый экспериментальный пневмоторакс), но лёгкие можно раздуть примитивным внешним насосом.

Jurin, St. Hales (XVIII в.)

     Первые измерения легочных объёмов относятся к началу ХVIII века, когда в 1718 г. французский врач J. Jurin измерял объемы воздуха при дыхании в надувную ёмкость с использованием закона Архимеда. Были получены величины дыхательного объёма – 650 мл, объема максимального выдоха — 3610 мл. Эти результаты позднее в 1727 г. были подтверждены измерениями St. Hales (метод измерений неизвестен).

D. Bernoulli (1700-1782)

     Знаменитый механик и математик D. Bernoulli в 16-летнем возрасте получил степень магистра философии Базельского университета. В дальнейшем он изучал медицину в университетах Страсбурга и Гейдельберга, после чего в 1724 г. написал диссертацию «О дыхании», посвященную проблемам механики дыхания, и удостоился звания лиценциата медицины.

H. Davy (1778-1829)

     Выдающийся английский химик H. Davy, работая в Пневматическом институте Бристоля, в 1800 г. издает книгу «Исследования химические и философские, касающиеся главным образом закиси азота или дефлогистированного воздуха и его выдыхания». Для этих исследований H. Davy применяет газгольдер, с помощью которого измеряет собственные жизненную емкость легких (3110 мл), дыхательный объем (210 мл), а также остаточный объем (590-600 мл) непрямым методом разведения водорода.

Усовершенствование измерений объемов дыхания в конце XVIII – начале XIX веков

     В 1788 г. E. Goodwyn использует метод всасывания воды в «пневматическую емкость», установленную на весы. Было определено, что жизненная ёмкость легких может достигать 4460 мл. При этом исследователь не использовал носовой зажим, но применил температурную коррекцию результатов измерений – прием, обязательный в современной спирометрии.

     Е. Kentish в 1813 г. предложил простой «пульмометр» (перевернутый цилиндр, стоящий в воде, проградуированный от верха до низа в пинтах, с подачей воздуха сверху через кран) для изучения вентиляционных объемов у пациентов.

Что такое спирометрия?

     Первые полноценные исследования механики дыхания или, как сейчас принято называть, функции внешнего дыхания (ФВД), были выполнены в 1844 г. английским врачом Джоном Гётчинсоном (John Hutchinson, 1811-1861) с помощью изобретённого им спирометра, в котором внутренний колокол двигался в воде, обеспечивающей герметичность прибора.

Рис.1

     В спирометре Гётчинсона (рис.1) имелась градуировочная шкала, а противовесы обеспечивали лёгкость движения (приведённый здесь рисунок сделан собственноручно Джоном Гётчинсоном, 1846 г.).

J. Hutchinson демонстрирует правильное положение пациента при спирометрии (рис.2).

Рис.2

     И название прибора, и методика спирометрии, и обозначение статических объёмов и ёмкостей лёгких – это всё введено Джоном Гётчинсоном при его многочисленных выступлениях на заседаниях разных обществ (Статистическое, Страховое, Медицинское) и в печати.

     Доктор Гётчинсон измерил статические объёмы более чем у четырёх тысяч здоровых и больных людей. Исследуя здоровых людей, он сравнивал влияние на спирометрические объёмы пола, возраста, роста, веса, профессии. Среди изученных им людей были мужчины и женщины, карлики и гиганты, полисмены и пожарные, военные и моряки, бедные ремесленники и наследники британской короны, боксёры и борцы. Были и больные – туберкулёзом и другими лёгочными и нелёгочными заболеваниями.

     Основоположник метода установил зависимость между статическими объёмами лёгких и ростом, возрастом, весом (зависимости объёмов от веса он, правда, не нашёл), а также связь лёгочных объёмов с тяжестью патологии.

     Доктор Гётчинсон считал, что по объёму максимального выдоха после максимального вдоха (это и есть жизненная ёмкость лёгких) можно судить о прогнозе и продолжительности жизни, а также тяжести течения болезни. Он даже рекомендовал страховым компаниям использовать ЖЕЛ в качестве важнейшего критерия для установления суммы страховых взносов!

Спирометрия сегодня

     Спирометрия незаменима как простой, но точный метод диагностики. Хотя, как и полагается классической методике, на фундаменте, заложенном Гётчинсоном, за прошедшие полтора века выросло монументальное здание спирометрии, оперирующее помимо исследования статических легочных объёмов также и скоростными характеристиками дыхания, бронхиальной проходимостью, диффузионной способностью, набором бронхомоторных тестов.

     Конечно же, современные спирометры строятся на иных принципах, чем спирометр Гётчинсона. Они стали электронными, компактными, многофункциональными и интеллектуальными. Сегодня спирометрия это:

  • Рутинное тестирование;
  • Бронхомоторные тесты – бронходилатационные и бронхоконстрикторные, в т.ч. с аллергенами и физической нагрузкой;
  • Спирометрия в замкнутом объёме – бодиплетизмография;
  • Осциллометрия;
  • Риноманометрия;
  • Динамическое наблюдение при рутинной спирометрии, формирование групп респираторного риска;
  • Астма-мониторирование;
  • Скрининговое тестирование – при профосмотрах и диспансеризации;
  • Электронные вопросники;
  • Анимационное тестирование;
  • Визуализация результатов тестирования;
  • Углублённое обследование кардиореспираторной системы с подключением пульсоксиметрии и газового анализа;
  • Нагрузочное тестирование – эргоспирометрия, нагрузочная пульсоксиметрия;
  • Сетевое использование спирометров, поддержка EHR/EMR, интеграция в госпитальные информационные системы .