Определение скорости потока и легочных объемов используют для дифференцировки обструктивных и рестриктивных легочных нарушений, определения тяжести заболевания и оценки эффективности лечения.
Обследования включают спирометрию для измерения инспираторного и экспираторного воздушного потока и объема легких, а иногда и исследование петли поток-объем для определения специфических обструктивных и рестриктивных нарушений. У пациентов с обструктивными нарушениями спирометрию повторяют после введения ингаляционных бронходилататоров короткого действия для оценки обратимости и эффективности лечения.
Показатели обычно представлены в виде абсолютных скорости и объема и в виде процентной доли от должной величины; при этом используются данные, полученные при обследовании больших популяций, предположительно имеющих нормальную функцию легких. Для определения должных величин используются такие факторы, как возраст, пол и рост.
Между различными профессиональными обществами нет единого мнения по поводу целесообразности применения поправок с учетом расовой принадлежности при исследовании функции легких. Исследования показали, что использование эталонных уравнений, основанных на расовой и этнической принадлежности, вероятно, недооценивает тяжесть легочного заболевания (и, следовательно, приводит к недолечиванию) у лиц, не принадлежащих к белой расе (1, 2). Таким образом, Американское торакальное общество (ATS) рекомендовало заменить ранее использовавшиеся эталонные уравнения с учетом этнических и расовых различий (3) на эталонные уравнения, не учитывающие расовые различия; такие как полученные из усреднённого уравнения Глобальной инициативы по функции легких (Global Lung Function Initiative [GLI]) (4, 5). Тем не менее, в техническом стандарте Европейского респираторного общества (ERS) и Американского торакального общества (ATS) за 2022 год признается, что использование нейтральных по отношению к расе референсных значений может привести к изменениям в критериях отбора для проведения определенных видов лечения (например, хирургических вмешательств, трансплантации легких) (6). Незначительные данные свидетельствуют о том, что использование уравнений, не зависящих от расовой принадлежности, повысило точность диагностики легочных заболеваний у чернокожих пациентов (7).
Скорость потока
Количественное измерение скорости потока на вдохе и на выдохе проводится с помощью форсированной спирометрии. Для выключения носа из акта дыхания используются специальные зажимы.
При оценке скорости потока на вдохе и объема вдоха пациент делает максимальный выдох, а затем – интенсивный вдох. Объем вдоха — это максимальное количество воздуха, вдыхаемого за один глубокий вдох, а инспираторный поток — это объем воздуха, вдыхаемого за секунду.
При оценке потока и объема выдоха пациенты вдыхают как можно глубже, плотно обхватывают губами мундштук и выдыхают как можно сильнее и полно в аппарат, который регистрирует объем выдыхаемого воздуха (форсированная жизненная емкость легких [ФЖЕЛ]) и объем выдоха за первую секунду (объем форсированного выдоха за 1 секунду [ОФВ1(FEV1)] — см. рисунок ).
Эти процедуры включают в себя несколько измерений:
ФЖЕЛ: Максимальное количество воздуха, которое пациент может выдохнуть после максимального вдоха
FEV1ОФВ1: Объем воздуха, выдохнутого в течение первой секунды
Пиковую скорость выдоха (ПСВ): максимальная скорость воздушного потока при выдохе
ОФВ1 (FEV1) является наиболее воспроизводимым параметром и применяется для диагностики и контроля эффективности лечения у пациентов с обструктивными заболеваниями легких (например, бронхиальная астма, ХОБЛ [хроническая обструктивная болезнь легких]).
Как FEV1, так и ФЖЕЛ помогают дифференцировать обструктивные и рестриктивные легочные заболевания. Нормальное значение FEV1 делает наличие необратимого (т.е. фиксированного) обструктивного заболевания легких маловероятным. При нормальной ФЖЕЛ рестриктивное заболевание маловероятно. Снижение отношения FEV1/ФЖЕЛ указывает на наличие обструкции. Повторное измерение FEV1 и ФЖЕЛ с бронходилататором короткого действия у пациентов с признаками обструкции при первичном тестировании полезно для дифференциации пациентов с обратимым бронхоспазмом (как это бывает при астме) от пациентов с фиксированной обструкцией при ХОБЛ.
У некоторых лиц имеются факторы риска развития ХОБЛ (например, курение сигарет, перенесенные инфекции, профессиональная деятельность, загрязнение воздуха), но при проверке функции легких признаки явной обструкции у них отсутствуют. Считается, что у этих людей имеется пре-ХОБЛ (8). Необходимы дальнейшие исследования, чтобы охарактеризовать эту категорию населения, но мониторинг показателей спирометрии в динамике с течением времени может помочь выявить пациентов, у которых может развиться ХОБЛ.
Нормальная спирограмма
МОС FEF25–75% = максимальная объемная скорость выдоха 25–75% от ФЖЕЛ; ОФВ1FEV1 = объем форсированного выдоха за первую секунду при измерении форсированной жизненной емкости легких; ФЖЕЛ = форсированная жизненная емкость легких (максимальное количество воздуха, выдыхаемое при форсированном выдохе после максимального вдоха). |
Средняя скорость форсированного выдоха, определяемая в динамике при выдыхании от 25 до 75% ФЖЕЛ (также называемая FEF25-75%), может являться более чувствительным маркером легкого ограничения воздушного потока в мелких дыхательных путях, чем FEV1, но воспроизводимость этого показателя низкая.
Максимальная скорость выдоха (ПСВ) - это максимальный поток воздуха при выдохе. Этот показатель используется прежде всего для мониторинга пациентов с астмой в домашних условиях, а также для определения суточных колебаний ПСВ. Течение бронхиальной астмы можно контролировать путем сравнения ПСВ с лучшим индивидуальным показателем пациента.
Интерпретация этих значений зависит от усилий пациента, поэтому важно научить пациента правильно дышать во время исследования. Спирограммы приемлемого качества демонстрируют:
Хорошее начало теста (например, быстрое и сильное начало выдоха)
Отсутствие кашля
Плавные кривые
Отсутствие раннего завершения выдоха (например, минимальное время выдоха 6 с без изменения объема за последнюю секунду)
При проведении спирометрии необходимо соблюдать стандарты контроля качества (например, калибровка оборудования, усилия пациента, подготовка оператора). Воспроизводимые результаты измерений, как правило, должны совпадать в пределах 5% или 100 мл (т.е. разница между двумя наибольшими измерениями ФЖЕЛ или FEV1 должна быть меньше или равна 5% от наибольшего значения или 100 мл, в зависимости от того, что больше) с результатами других измерений в рамках одной и той же сессии спирометрии. Результаты, которые не соответствуют этим минимальным приемлемым критериям, следует интерпретировать с осторожностью.
Легочные объемы
Объёмы лёгких определяют путём измерения функциональной остаточной ёмкости лёгких (ФОЕ). ФОЕ – это количество воздуха, оставшегося в легких после спокойного выдоха. Общая емкость легких (ОЕЛ) представляет собой объем газа, находящийся в легких после максимально глубокого вдоха. Зная показатель ФОЕ, можно разделить легочный объем на подобъемы, которые можно измерить спирометрически или подсчитать (см. рисунок ). В норме функциональная остаточная ёмкость (ФОЕ) составляет около 40% общей ёмкости лёгких (ОЕЛ).
Нормальные легочные объемы
РОвыд = резервный объем выдоха; ФОЕ = функциональная остаточная емкость легких; ЁВд = емкость вдоха; РОвд = резервный объем вдоха; ОО = остаточный объем; ОЕЛ = общая емкость легких; ЖЕЛ = жизненная емкость легких; ДО (VT)= дыхательный объем. ФОЕ = ОО + РОвыд; ЕВд = ДО (VT ) + РОвд; ЖЕЛ = ДО (VT) + РОвд + РОвыд. |
ФОЕ измеряется с помощью методов разведения газа или плетизмографии (более точный метод у пациентов с признаками ограничения скорости воздушного потока и задержки воздуха).
Методы разведения газа включают:
Вымывание азота
Выравнивание концентрации гелия
При вымывании азота пациент выдыхает до ФОЕ, а затем дышит через спирометр, содержащий 100%-ый кислород. Исследование заканчивается, когда в выдыхаемом воздухе концентрация азота становится равной нулю. Поскольку концентрация азота в легких известна на исходном этапе и измерен объем собранного азота, можно рассчитать общий объем легких.
При выравнивании концентрации гелия, пациент выдыхает до ФОЕ, а затем начинает дышать с помощью закрытой системы, которая содержит определенные объемы гелия и кислорода. Концентрация гелия измеряется до момента достижения единых значений как на вдохе, так и на выдохе, что указывает на его уравновешивание с объемом воздуха в легких; в дальнейшем количество воздуха в легких оценивается по изменению концентрации гелия.
Оба метода занижают ФОЕ, поскольку они измеряют только объем легких, который проходит через дыхательные пути. У некоторых больных с тяжелой обструкцией дыхательных путей существенное количество воздуха может не попадать в дыхательные пути, задерживаясь в легких.
Бодиплетизмография использует закон Бойля (P1V1 = P2V2, где P — давление, а V — объем) для измерения объема газа, находящегося внутри грудной клетке. Бодиплетизмография более точна, чем метод разведения газов. Находясь в воздухонепроницаемом корпусе, пациент пробует вдохнуть через закрытый наконечник с ФОЕ. Поскольку грудная стенка расширяется, давление в герметичном корпусе повышается. Зная объем и давление внутри корпуса до и после выполнения вдоха, можно вычислить изменение объема корпуса, который должен быть равен изменению объема легких.
Петля поток–объем
В отличие от спирограммы, которая отображает петлю объем - время (то есть поток воздуха [в литрах] относительно времени [в секундах]), петля поток - объем показывает поток воздуха (в л/секунду) относительно объема легких (в литрах) во время максимального вдоха после полного выдоха (остаточный объем [ОО]) и во время максимального выдоха после полного вдоха (ОЕЛ). Основное преимущество петли поток–объем состоит в том, что она может показать, соответствуют ли потоки конкретному объему легких. К примеру, поток воздуха, как правило, медленнее при низких объемах легких, так как эластическая тяга легких ниже при более низких объемах легких. У пациентов, страдающих фиброзом легких, их объем уменьшен и поток кажется замедленным, если его измерять отдельно. Однако при измерении потока с учетом объема легких становится очевидно, что параметры потока становятся больше (это связано с увеличением эластичной тяги фиброзированной легочной ткани).
Исследование петли объем–поток требует измерения абсолютных объемов легких. К сожалению, многие лаборатории соотносят поток и ФЖЕЛ; петля поток–ФЖЕЛ не имеет кривой вдоха и поэтому недостаточно информативна.
Общие справочные материалы
1. Baugh AD, Shiboski S, Hansel NN, et al. Reconsidering the Utility of Race-Specific Lung Function Prediction Equations [published correction appears in Am J Respir Crit Care Med. 2022;206(2):230]. Am J Respir Crit Care Med. 2022;205(7):819-829. doi:10.1164/rccm.202105-1246OC
2. Ekström M, Mannino D. Research race-specific reference values and lung function impairment, breathlessness and prognosis: Analysis of NHANES 2007-2012 [published correction appears in Respir Res. 2023;24(1):41]. Respir Res. 2022;23(1):271. doi:10.1186/s12931-022-02194-4
3. Bhakta NR, Bime C, Kaminsky DA, et al. Race and Ethnicity in Pulmonary Function Test Interpretation: An Official American Thoracic Society Statement. Am J Respir Crit Care Med. 2023;207(8):978-995. doi:10.1164/rccm.202302-0310ST
4. Quanjer PH, Stanojevic S, Cole TJ, et al. Multi-ethnic reference values for spirometry for the 3-95-yr age range: the global lung function 2012 equations. Eur Respir J. 2012;40(6):1324-1343. doi:10.1183/09031936.00080312
5. Bowerman C, Bhakta NR, Brazzale D, et al. A Race-neutral Approach to the Interpretation of Lung Function Measurements. Am J Respir Crit Care Med. 2023;207(6):768-774. doi:10.1164/rccm.202205-0963OC
6. Stanojevic S, Kaminsky DA, Miller MR, et al. ERS/ATS technical standard on interpretive strategies for routine lung function tests. Eur Respir J. 2022;60(1):2101499. doi:10.1183/13993003.01499-2021
7. Vyas DA, Zhao S, Lai PS, et al. Lung Function Trajectory Using Race-Specific vs Race-Neutral Global Lung Function Initiative Coefficients. JAMA Netw Open. 2025;8(4):e257304. Published 2025 Apr 1. doi:10.1001/jamanetworkopen.2025.7304
8. Han MK, Agusti A, Celli BR, et al. From GOLD 0 to Pre-COPD. Am J Respir Crit Care Med. 2021;203(4):414-423. doi:10.1164/rccm.202008-3328PP
Характеристика нарушений
Наиболее распространенные респираторные заболевания могут быть классифицированы как обструктивные или рестриктивные на основе потока воздуха и объема легких (см. таблицу ).
Характерные физиологические изменения при заболеваниях легких
Показатель | Обструктивные заболевания | Рестриктивные заболевания | Смешанная патология |
|---|---|---|---|
FEV1ОФВ1/ФЖЕЛ | Снижение | Норма или повышение | Снижение |
ОФВ1 (FEV1) | Снижение | Снижение, норма или повышение | Снижение |
ФЖЕЛ | Снижение или норма | Снижение | Снижение или норма |
ОЕЛ | Норма или повышение | Снижение | Снижение, норма или повышение |
Правый желудочек | Норма или повышение | Снижение | Снижение, норма или повышение |
FEV1= объем форсированного выдоха за 1 секунду; ФЖЕЛ = форсированная жизненная емкость легких; ОО = остаточный объем; ОЕЛ = общая емкость легких. | |||
Обструктивные заболевания легких
Обструктивные заболевания легких характеризуются уменьшением потока воздуха, в частности FEV1 и FEV1, выраженного в виде отношения к ФЖЕЛ (FEV1/ФЖЕЛ). Степень снижения фактически измеренного значения FEV1 по отношению к должному значению определяет степень выраженности обструктивного нарушения. Обструктивные нарушения возникают вследствие:
Повышения резистентности к потоку воздуха со стороны просвета дыхательных путей (например, при наличии опухоли, секрета, утолщения слизистой оболочки)
Изменения в стенке дыхательных путей (например, спазм гладкой мускулатуры, отек)
Снижения эластической тяги (например, деструкция паренхимы, которая встречается при эмфиземе)
При снижении скорости потока время выдоха удлиняется по сравнению с нормой, и воздух может задерживаться в легких вследствие неполного удаления и увеличенных легочных объемов (например, ОЕЛ, ОО).
Наиболее распространенными примерами обструктивных заболеваний легких являются ХОБЛ, астма и бронхоэктатическая болезнь.
Европейское респираторное общество и Американское торакальное общество обновили свои клинические рекомендации по интерпретации результатов оценки функции внешнего дыхания при классификации степени тяжести обструктивных заболеваний легких (см. таблицу ) (1). В этом руководстве рекомендуют выражать все измерения, включая спирометрию, объемы легких и диффузионную способность легких по монооксиду углерода (DLCO), в виде z-показателей, а не в процентах от прогнозируемых значений к степени тяжести. Z-показатель менее -1,645 указывает на то, что показатель находится ниже 5-го процентиля должного значения, полученного на основе сопоставимой группы здорового контроля (т. е. в референсной популяции).
При оценке ответа на бронходилататоры в руководствах в настоящее время рекомендуют использовать процентное изменение относительно прогнозируемого значения у конкретного пациента (вместо базового значения) и использовать улучшение FEV1 и/или ФЖЕЛ ≥ 10% в качестве критерия гиперреактивности дыхательных путей.
ОФВ1 — это стандартный показатель, используемый для оценки обратимости обструкции после применения бронходилататоров. ФЖЕЛ иногда может использоваться для выявления улучшений в задержке воздуха (воздушной ловушке), особенно при ХОБЛ.
Степень тяжести поражения легких
Степень тяжести* | Z-показатель |
|---|---|
Легкую | от −1,65 до −2,5 |
Умеренную | от −2,51 до −4,0 |
Тяжелую | < −4,1 |
* При оценке степени тяжести легочной недостаточности по z-оценкам для определения степени дисфункции используется количество стандартных отклонений от прогнозируемого среднего значения. Нормальные значения z-оценок составляют > -1,65. | |
Data from Stanojevic S, Kaminsky DA, Miller MR, et al. ERS/ATS technical standard on interpretive strategies for routine lung function tests. Eur Respir J. 2022;60(1):2101499. doi:10.1183/13993003.01499-2021 | |
Рестриктивные заболевания легких
Рестриктивные расстройства характеризуются уменьшением объема легких, в частности, ОЕЛ ниже нижнего предела нормы [z-показатель менее -1,65, что соответствует менее чем 5-му процентилю от прогнозируемого на основе показателей здоровых отобранных лиц из контрольной группы, (т. е. в референсной популяции)]. Тем не менее, на ранних стадиях рестриктивного процесса ОЕЛ может быть нормальной (в результате сильного усилия на вдохе), и единственной аномалией может быть снижение ОО. Степень снижения ОЕЛ определяет тяжесть рестрикции. Уменьшение объемов легких снижает воздушный поток (снижение FEV1). Тем не менее величина воздушного потока по отношению к объему легких возрастает, поэтому при рестриктивных заболеваниях легких отношение FEV1/ФЖЕЛ находится в пределах нормы или повышено.
Рестриктивные дефекты могут быть вызваны:
Уменьшением объема легких (лобэктомия)
Изменением структур, окружающих легкое (поражение плевры, кифоз, ожирение)
Слабостью дыхательных мышц (нервно-мышечные заболевания)
Патологией паренхимы легкого (легочный фиброз)
Особенностью, присущей всем, является уменьшение податливости легких и/или грудной стенки.
Справочный материал по типам патологий
1. Stanojevic S, Kaminsky DA, Miller MR, et al. ERS/ATS technical standard on interpretive strategies for routine lung function tests. Eur Respir J. 2022;60(1):2101499. doi:10.1183/13993003.01499-2021
Бронхопровокационный тест
Бронхопровокационная проба — это диагностическая процедура, используемая для оценки гиперреактивности дыхательных путей путем воздействия на пациента веществ, вызывающих бронхоспазм. Она применяется для диагностики таких заболеваний, как бронхиальная астма, в особенности при нормальных показателях спирометрии, когда всё ещё сохраняется подозрение на гиперреактивность дыхательных путей.
Обследование может проводиться с использованием как прямых, так и непрямых методов.
К прямым методам относятся:
Метахолин
Гистамин (используется редко)
К непрямым методам относятся:
Физические нагрузки
Эукапническая произвольная гипервентиляция
Гиперчувствительность, вызванная холодом
Маннитол
Гипертонические растворы
Прямые методы
У некоторых пациентов с бронхиальной астмой вне обострения функции легких и параметры спирометрии могут быть нормальными. Если подозрение на бронхиальную астму остается высоким, несмотря на нормальные результаты спирометрии, для выявления или исключения бронхоконстрикции назначается бронхопровокационная проба с метахолином — синтетическим аналогом ацетилхолина, который является неспецифическим раздражающим агентом для бронхов. При проведении нагрузочного теста с метахолином спирометрические параметры измеряются на исходном уровне и после вдыхания возрастающих доз метахолина. Доза метахолина, вызывающая снижение ОФВ1 (FEV1 ) на 20%, называется PD20. В разных лабораториях используются различные критерии определения гиперреактивности дыхательных путей, но в целом снижение FEV1 как минимум на 20% по сравнению с исходными данными (ПД20) при дозе вдыхаемого метахолина< 25 мкг свидетельствует о наличии повышенной реактивности бронхов, тогда как ПД20 > 400 мкг исключает этот диагноз. Значения PD20 в диапазоне между 25 и 400 мкг являются неинформативными (1). Провокационные пробы с гистамином включают ингаляцию возрастающих доз гистамина, который действует как прямой стимулятор, вызывая гистаминопосредованную бронхоконстрикцию; после чего оценивается гиперреактивность бронхов (2).
Непрямые методы
Для выявления астмы, вызванной физической нагрузкой, можно использовать пробу с физической нагрузкой, однако для определения общей гиперреактивности дыхательных путей этот метод является менее чувствительным, чем проба с метахолином. Пациент выполняет постоянный уровень нагрузки на тредмиле или велоэргометре в течение 6-8 минут в темпе, позволяющем увеличить частоту сердечных сокращений до 80% от расчетного максимума. ОФВFEV1 и ФЖЕЛ измеряются до выполнения пробы, далее через 5, 15 и 30 минут после ее начала. Индуцированный нагрузкой бронхоспазм уменьшает ОФВ1 или ФЖЕЛ ≥ на 10-15% после нагрузки (3).
Эукапническая произвольная гипервентиляция также может использоваться для диагностики астмы физического напряжения. Эукапнический гипервентиляционный тест заключается в гипервентиляции смесью 5% диоксида углерода и 21% кислорода в течение 6 минут, с мощностью произвольной вентиляции 85% от максимальной. ОФВFEV1 измеряют через заданные промежутки времени после проведения испытания. Как и при выполнении других провокационных проб, степень снижения ОФВFEV1, которая является диагностической, варьирует в разных учреждениях. Эукапническая произвольная гипервентиляция рекомендуется спортсменам, у которых в покое отсутствует бронхиальная гиперреактивность.
Гиперреактивность, вызванная холодом, может быть оценена с помощью аналогичного теста, в котором пациент гипервентилируется в течение 3–6 минут газовой смесью, охлажденной до температуры от -10° C до -20° C. Этот тест требует специализированного холодильного оборудования, которое может быть недоступно во многих тест-лабораториях.
В провокационной пробе с маннитолом используются возрастающие дозы сухого порошка маннитола: 5, 10, 20, 40, 2 × 40, 4 × 40, 4 × 40 и 4 × 40 мг (общая кумулятивная доза 635 мг), при этом положительным результатом бронхопровокационной пробы считается провокационная доза, вызывающая снижение ОФВ1 на ≥ 15% от исходного уровня (4). В качестве альтернативы снижение ОФВ1 на 10% между двумя последовательными дозами маннитола также может считаться положительным результатом.
Проба с гипертоническим раствором — это еще один непрямой провокационный тест, при котором вдыхание солевого раствора определенной концентрации (обычно 4,5%) вызывает осмотический стресс стенок дыхательных путей и повышение реактивности бронхов, при этом положительный результат теста характеризуется снижением ОФВ1 на ≥ 15% по сравнению с исходным показателем (4).
Справочные материалы по бронхопровокационным пробам
1. Coates AL, Wanger J, Cockcroft DW, et al. ERS technical standard on bronchial challenge testing: general considerations and performance of methacholine challenge tests. Eur Respir J. 2017;49(5):1601526. doi:10.1183/13993003.01526-2016
2. Steinbrugger B, Eber E, Modl M, Weinhandl E, Zach MS. A comparison of a single-step cold-dry air challenge and a routine histamine provocation for the assessment of bronchial responsiveness in children and adolescents. Chest. 1995;108(3):741-745. doi:10.1378/chest.108.3.741
3. Parsons JP, Hallstrand TS, Mastronarde JG, et al. An official American Thoracic Society clinical practice guideline: exercise-induced bronchoconstriction. Am J Respir Crit Care Med. 2013;187(9):1016-1027. doi:10.1164/rccm.201303-0437ST
4. Hallstrand TS, Leuppi JD, Joos G, et al. ERS technical standard on bronchial challenge testing: pathophysiology and methodology of indirect airway challenge testing. Eur Respir J. 2018;52(5):1801033. doi:10.1183/13993003.01033-2018
