Các phép đo lưu lượng và thể tích phổi có thể được sử dụng để phân biệt rối loạn thông khí tắc nghẽn và rối loạn thông khí hạn chế, để xác định mức độ nặng và đánh giá đáp ứng điều trị. Các phép đo thường được thể hiện dưới dạng các giá trị lưu lượng và thể tích tuyệt đối hoặc tỉ lệ phần trăm so với các giá trị dự đoán được lấy từ dữ liệu thu được từ các quần thể lớn được cho là có chức năng phổi bình thường. Các biến được sử dụng để dự đoán các giá trị bình thường bao gồm tuổi, giới tính, chủng tộc và chiều cao.
Liệu có nên chỉnh sửa cho phù hợp với dân tộc hay không là một việc đang gây tranh cãi. Ví dụ, các nhóm lịch sử gồm những người trưởng thành chủ yếu là người Mỹ và châu Âu cho thấy thể tích phổi ở nhiều nhóm dân tộc không phải là người Da trắng (ví dụ: Người da đen, người gốc Tây Ban Nha, người châu Á) thấp hơn so với người da trắng. Tuy nhiên, các yếu tố môi trường và các yếu tố không di truyền khác được một số người cho là quan trọng ngang bằng hoặc quan trọng hơn sự khác biệt về di truyền trong việc giải thích những khác biệt này. Các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các giá trị lưu lượng và thể tích không được điều chỉnh có khả năng dự đoán kết cục của bệnh nhân nhiều hơn các giá trị được điều chỉnh theo dân tộc, điều đó cho thấy rằng những điều chỉnh này có thể dẫn đến việc không nhận dạng (và do đó không được điều trị) các suy giảm chức năng phổi thực sự ở những người không phải Da trắng.
Lưu lượng thở
Các phép đo định lượng về lưu lượng hít vào và thở ra được thu nhận từ đo chức năng hô hấp gắng sức. Sử dụng kẹp để bịt hai lỗ mũi.
Trong đánh giá lưu lượng thở ra, bệnh nhân hít vào càng sâu càng tốt, ngậm chặt môi họ xung quanh ống ngậm và thở ra mạnh hết sức và hết mức có thể vào một thiết bị ghi lại thể tích thở ra (dung tích sống gắng sức [FVC]) và thể tích thở ra trong giây đầu tiên (dung tích sống gắng sức trong 1 giây [FEV1] – xem hình Phế dung đồ bình thường). Hầu hết các thiết bị hiện đang sử dụng chỉ đo được lưu lượng khí và thời gian để từ đó ước tính thể tích khí thở ra.
Trong đánh giá lưu lượng và thể tích khí hít vào, bệnh nhân thở ra hết mức có thể, sau đó hít vào hết sức.
Những nghiệm pháp này cho ra một số chỉ số:
FVC: Lượng khí tối đa mà bệnh nhân có thể thở ra hết sức sau khí hít vào hết sức
FEV1: Thể tích khí thở ra trong giây đầu tiên
Lưu lượng đỉnh (PEF): Lưu lượng khí tối đa khi bệnh nhân thở ra
FEV1 là chỉ số lưu lượng đặc biệt hữu ích trong chẩn đoán và theo dõi bệnh nhân có rối loạn hô hấp (ví dụ: hen suyễn, COPD).
FEV1 và FVC giúp phân biệt rối loạn thông khí tắc nghẽn và rối loạn thông khí hạn chế. Một chỉ số FEV1 bình thường sẽ có thể loại trừ bệnh phổi tắc nghẽn không hồi phục trong khi một chỉ số FVC bình thường có thể loại trừ một bệnh lí rối loạn thông khí hạn chế.
Hô hấp kí bình thường.
FEF25–75% = lưu lượng khí thở ra gắng sức trong khoảng từ 25 đến 75% FVC; FEV1 = Thể tích khí thở ra gắng sức trong giây đầu tiên khi đo dung tích sống gắng sức; FVC = dung tích sống gắng sức (lượng khí thở ra tối đa sau khi hít vào tối đa). |
Lưu lượng khí thở ra gắng sức trung bình trong khoảng thời gian 25-75% FVC có thể là dấu hiệu nhạy hơn khi đánh giá giới hạn luồng khí trong đường thở nhỏ so với FEV1, nhưng khả năng lặp lại của chỉ số này là rất thấp.
Lưu lượng đỉnh (PEF) là lưu lượng tối đa trong quá trình thở ra. Chỉ số này được sử dụng chủ yếu để theo dõi tại nhà cho bệnh nhân hen suyễn và để xác định sự biến đổi lưu lượng thở trong ngày.
Việc phân tích các chỉ số này phụ thuộc vào sự nỗ lực tốt của bệnh nhân, thường được cải thiện bằng cách hướng dẫn trong thời gian thực hiện. Các biểu đồ hô hấp chấp nhận được cần có:
Sự khởi đầu tốt của phép đo (ví dụ, sự thở ra nhanh và hết sức)
Không ho
Đường cong mềm mại
Quá trình thở ra không bị kết thúc sớm (ví dụ: thời gian thở ra tối thiểu là 6 giây mà không thay đổi về thể tích trong 1 giây cuối)
Sự thay đổi trong các lần thực hiện lặp lại có thể được chấp nhận trong 5% hoặc 100 mL so với các lần thực hiện khác. Các kết quả không đạt được các tiêu chuẩn tối thiểu này cần phải được xem xét cẩn thận.
Thể tích phổi
Thể tích phổi được đo bằng cách xác định dung tích cặn chức năng (FRC). FRC là lượng không khí còn lại trong phổi sau khi thở ra bình thường. Tổng dung tích toàn phổi (TLC) là lượng khí chứa trong phổi sau khi hít vào tối đa.
Thể tích phổi bình thường.
ERV = thể tích dự trữ thở ra; FRC = dung tích cặn chức năng; IC = dung tích hít vào; IRV = thể tích dự trữ hít vào; RV = thể tích khí cặn; TLC = dung tích toàn phổi; VC = dung tích sống; VT= thể tích khí lưu thông. FRC = RV + ERV; IC = VT + IRV; VC = VT+ IRV + ERV. |
FRC được đo bằng cách sử dụng các kỹ thuật pha loãng khí hoặc một thiết bị đo phế thân ký (cách này chính xác hơn ở những bệnh nhân có giới hạn luồng không khí và khí cạm).
Kỹ thuật pha loãng khí bao gồm
Kỹ thuật rửa trôi nitơ
Kỹ thuật cân bằng heli
Với kỹ thuật rửa trôi nitơ, bệnh nhân thở ra tới FRC và sau đó hít thở từ một máy đo hô hấp ký có chứa oxy 100%. Thử nghiệm kết thúc khi nồng độ nitơ thở ra bằng không. Thể tích khí nitơ thở ra thu được bằng 81% lượng FRC ban đầu.
Với kỹ thuật cân bằng heli, bệnh nhân sẽ thở ra FRC và sau đó được kết nối với một hệ thống khép kín chứa các lượng khí heli và oxy đã biết. Nồng độ heli được đo cho đến khi nó tương đương giữa thì hít vào và thở ra, tức là nó đã cân bằng với thể tích khí trong phổi, từ đó có thể ước tính thể tích này từ sự thay đổi nồng độ khí heli.
Cả hai kỹ thuật này đều có thể đánh giá FRC thấp hơn thực tế bởi vì chúng chỉ đo được thể tích phổi có sự thông khí. Ở những bệnh nhân bị hạn chế thông khí nghiêm trọng, một lượng đáng kể thể tích bẫy khí có thể thông khí rất kém hoặc hoàn toàn không có thông khí.
Phế thân ký sử dụng định luật Boyle để đo thể tích khí nén trong lồng ngực và phương pháp này chính xác hơn các kỹ thuật pha loãng khí. Trong khi ngồi trong một hộp kín, bệnh nhân sẽ cố gắng hít vào từ một ống kín, bắt đầu từ FRC. Khi thành ngực nở ra, áp suất trong hộp kín tăng lên. Biết được thể tích hộp trước khi hít vào và áp suất trong hộp trước và sau khi nỗ lực hít vào cho phép tính toán sự thay đổi thể tích hộp, nó phải bằng sự thay đổi thể tích phổi.
Biết FRC cho phép phổi được chia thành các phần thể tích có thể đo được bằng phép đo hô hấp ký hoặc có thể tính toán (xem hình Thể tích phổi bình thường). Thông thường FRC đại diện cho khoảng 40% TLC.
Biểu đồ lưu lượng - thể tích
Ngược lại với đồ thị hô hấp ký, hiển thị luồng không khí (theo Lít) theo thời gian (theo giây), biểu đồ lưu lượng - thể tích thể hiện lưu lượng khí (Lít/giây) liên quan đến thể tích phổi (theo Lít) khi hít vào hết sức sau khi thở ra hết sức (thể tích khí cặn [RV]) và khi thở ra hết sức sau khi hít vào hết sức (TLC). Ưu điểm chính của biểu đồ lưu lượng thể tích là nó có thể cho thấy luồng không khí phù hợp với thể tích phổi cụ thể hay không. Ví dụ, luồng khí thở bình thường chậm hơn khi thể tích phổi thấp vì lực co thắt đàn hồi thấp hơn ở khi thể tích phổi thấp hơn. Bệnh nhân bị xơ phổi có thể tích phổi thấp và luồng khí thở của họ có xu hướng giảm nếu đo đơn độc. Tuy nhiên, khi luồng khí thở được thể hiện dưới dạng một hàm số của thể tích phổi, rõ ràng luồng khí thở thực sự cao hơn bình thường (do đặc tính đàn hồi tăng lên của phổi bị xơ).
Biểu đồ lưu lượng - thể tích.
(A) Bình thường. Đường cong biểu diễn trong thì hít vào có tính đối xứng và lồi. Đường biểu diễn thở ra là đường tuyến tính. Lưu lượng khí tại điểm giữa của dung tích hít vào và lưu lượng khí tại điểm giữa của dung tích thở ra thường được đo và so sánh. Lưu lượng khí hít vào tối đa ở 50% dung tích sống gắng sức (MIF 50% FVC) lớn hơn lưu lượng khí thở ra tối đa ở 50% FVC (MEF 50% FVC) do có sự nén khí động học của đường thở xảy ra trong quá trình thở ra. (B) Rối loạn thông khí tắc nghẽn (ví dụ: khí phế thũng, hen suyễn). Mặc dù tất cả các lưu lượng thở bị giảm đi, thời gian thở ra kéo dài hơn và chiếm ưu thế, MEF < MIF. Lưu lượng đỉnh đôi khi được sử dụng để ước lượng mức độ tắc nghẽn đường thở nhưng điều này phụ thuộc vào nỗ lực của bệnh nhân. (C) Rối loạn thông khí hạn chế (ví dụ: bệnh phổi kẽ, gù vẹo cột sống). Đường biểu diễn bị thu hẹp do thể tích phổi giảm. Lưu lượng thở lớn hơn bình thường với thể tích phổi tương đương vì độ co giãn của phổi tăng lên giữ cho đường thở mở. (D) Sự tắc nghẽn cố định của đường thở trên (ví dụ: hẹp khí quản, bướu cổ). Phần trên và phân dưới của các đường biểu diễn có dạng phẳng hơn khiến cho đường biểu diễn có dạng gần như một hình chữ nhật. Tắc nghẽn cố định hạn chế lưu lượng thở khiến cho chúng bằng nhau cả trong hít vào và thở ra, MEF = MIF. (E) Tắc nghẽn do các yếu tố ngoài lồng ngực (ví dụ: liệt dây thanh một bên, rối loạn chức năng dây thanh). Khi một dây thanh bị liệt, nó di chuyển thụ động với các áp lực trên thanh môn. Khi hít vào gắng sức, nó bị kéo vào phía trong, dẫn tới một đoạn lưu lượng hít vào bị giảm. Khi thở ra gắng sức, dây thanh bị đẩy sang một bên, và dòng thở ra không bị suy giảm. Vì vậy, MIF 50% FVC < MEF 50% FVC. (F) Tắc nghẽn do các yếu tố trong lồng ngực (ví dụ, nhuyễn sụn khí quản). Trong khí hít vào gắng sức, áp lực âm của khoang màng phổi giữ cho khí quản mở. Trong quá trình thở ra gắng sức, việc nhuyễn sụn khí quản này dẫn đến khí quản bị hẹp lại và lưu lượng thở bị giảm. Luồng khí thở được duy trì một thời gian ngắn trước khi đường thở bị hẹp lại. FVC =dung tích sống gắng sức; MEF = lưu lượng thở ra tối đa; MIF = lưu lượng hít vào tối đa; PEF = lưu lượng đỉnh; RV = thể tích khí cặn; TLC = tổng dung tích phổi. |
Biểu đồ lưu lượng - thể tích đòi hỏi phải đo thể tích phổi tuyệt đối. Đáng tiếc là nhiều phòng thí nghiệm chỉ đơn giản dựa trên FVC; đường cong lưu lượng - FVC không có thì hít vào và do đó không cung cấp nhiều thông tin.
Các rối loạn thông khí
Các rối loạn thông khí thường gặp nhất có thể được phân loại là tắc nghẽn hoặc hạn chế trên cơ sở lưu lượng thở và thể tích phổi (xem bảng Các thay đổi sinh lý đặc trưng liên quan đến các rối loạn ở phổi).
Rối loạn thông khí tắc nghẽn
Rối loạn thông khí tắc nghẽn đặc trưng bởi sự giảm lưu lượng khí thở, đặc biệt là FEV1 và FEV1 thể hiện dưới dạng phần trăm của FVC (FEV1/FVC). Mức độ giảm FEV1 so với các giá trị dự đoán xác định mức độ của khiếm khuyết tắc nghẽn (xem bảng Mức độ nặng của các rối loạn phổi tắc nghẽn và hạn chế). Các rối loạn thông khí tắc nghẽn là do:
Tăng sức cản đường thở do các bất thường trong đường thở (ví dụ: khối u, chất tiết, dày niêm mạc)
Sự thay đổi tại thành đường thở (ví dụ: co cơ trơn, phù nề)
Giảm độ đàn hồi của phổi (ví dụ: sự phá hủy nhu mô trong khí phế thũng)
Với luồng không khí giảm, thời gian thở ra dài hơn bình thường, không khí có thể bị mắc kẹt trong phổi do không được thở ra hết, do đó làm tăng thể tích phổi (ví dụ, TLC, RV).
Cải thiện FEV1 và/hoặc FVC ≥ 12% hoặc 200 mL khi dùng thuốc giãn phế quản khẳng định chẩn đoán hen hoặc tăng phản ứng đường thở. Tuy nhiên, một số bệnh nhân hen có thể có chức năng phổi bình thường và các thông số phế thân ký bình thường giữa các đợt cấp. Khi nghi ngờ hen cao dù kết quả phế thân ký bình thường, nghiệm pháp kích thích với methacholine, một chất tương tự tổng hợp acetylcholine là chất kích thích phế quản không đặc hiệu, được chỉ định để phát hiện hoặc loại trừ co thắt phế quản. Trong nghiệm pháp kích thích bằng methacholine, các thông số chức năng hô hấp được đo tại thời điểm khởi đầu và sau khi hít nồng độ methacholine tăng lên. Nồng độ methacholine mà tại đó làm giảm 20% FEV1 được gọi là PC20. Các phòng thí nghiệm có các định nghĩa khác nhau về tăng tính phản ứng đường thở, nhưng nhìn chung bệnh nhân có sự suy giảm ít nhất 20% FEV1 từ đường cơ sở (PC20) khi nồng độ methaneolin hít là < 1 mg/mL được coi là chẩn đoán tăng phản ứng phế quản, trong khi a PC20 > 16 mg/mL thì chẩn đoán được loại trừ. PC20 có giá trị từ 1 đến 16 mg/mL thì không kết luận.
Nghiệm pháp gắng sức có thể được sử dụng để phát hiện sự co thắt phế quản do gắng sức nhưng ít nhạy hơn so với nghiệm pháp methacholin trong việc phát hiện sự tăng tính phản ứng của hô hấp. Bệnh nhân thực hiện một bài tập cố định trên máy tập hoặc máy chạy bộ trong 6 đến 8 phút với cường độ được chọn sẵn để tạo ra nhịp tim bằng 80% nhịp tim tối đa được dự đoán. Các chỉ số FEV1 và FVC được đo trước tập và 5, 15, và 30 phút sau khi tập thể dục. Co thắt phế quản do tập gắng sức khi làm giảm FEV1 hoặc FVC ≥ 15% sau khi tập luyện.
Nghiệm pháp chủ động tăng thông khí Eucapnic (EVH) cũng có thể được sử dụng để chẩn đoán sự co thắt phế quản do gắng sức. EVH liên quan đến việc tăng thông khí chứa carbon dioxide 5% và oxy 21% ở thông khí tối đa 85% chủ động trong 6 phút. FEV1 sau đó được đo theo khoảng thời gian quy định sau khi thử nghiệm. Giống như các nghiệm pháp kích thích khác, mức độ suy giảm FEV1 để chẩn đoán chứng co thắt phế quản do tập thể dục thay đổi tùy theo phòng thí nghiệm.
Rối loạn thông khí hạn chế
Rối loạn thông khí hạn chế đặc trưng bởi sự giảm thể tích phổi, đặc biệt là TLC < 80% giá trị dự đoán. Tuy nhiên, trong trường hợp hạn chế sớm, TLC có thể là bình thường (là kết quả của nỗ lực hít vào mạnh) và bất thường duy nhất có thể là giảm RV. Giảm TLC xác định mức độ nặng của hạn chế (xem bảng Mức độ nặng của rối loạn tắc nghẽn và hạn chế). Thể tích phổi giảm làm giảm lưu lượng khí (giảm FEV1 – xem hình Các biểu đồ vòng lưu lượng-thể tích, B). Tuy nhiên, lưu lượng so với thể tích phổi tăng lên, do đó tỷ lệ FEV1/FVC bình thường hoặc tăng.
Rối loạn thông khí hạn chế xảy ra do:
Mất thể tích phổi (ví dụ: cắt thùy phổi)
Những bất thường của cấu trúc xung quanh phổi (ví dụ: bệnh màng phổi, gù vẹo cột sống, béo phì)
Yếu cơ hô hấp (ví dụ: rối loạn thần kinh cơ)
Những bất thường của nhu mô phổi (ví dụ: xơ phổi)
Đặc điểm chung là giảm sự hoạt động của phổi, thành ngực hoặc cả hai.