Biomedical Data Processing G r o u p
Funkční vyšetření plic
Spirometrie
Michal Huptych
Úvod do biomedicínského inženýrství 27. 10. 2011
Biomedical Data Processing G r o u p
Obsah prezentace
Přednáška
Něco málo o plicích
Něco málo z historie
Spirometr
Měřené veličiny
Ukázky křivek a postup při popisu křivky
Poruchy a nemoci plic
Cvičení
Postupy měření
Ukázky křivek
Ukázka měření
Biomedical Data Processing G r o u p
Plíce
Orgán zajišťující výměnu dýchacích plynů
Dělí se na levý a pravý plicní lalok
Spojeny s malým krevním oběhem
chrupavka štítná (cartilago thyroidea) chrupavka prstencová (cartilago cricoidea) průdušnice (trachea) Jícen (oesophagus) srdečnice (aorta) cévní kmen plicnice (truncus pulmonalis) průdušky (bronchi) horní plicní lalok (lobus superior) dolní plicní lalok (lobus inferior) střední plicní lalok (lobus medius)
http://www.pomoooc.estranky.cz/clanky/anatomie/plice---anatomie
Biomedical Data Processing G r o u p
K čemu spirometr slouží?
Měření množství ventilovaného vzduchu
Měření výdechových rychlostí
Porovnávání naměřených hodnot s normovanými hodnotami
Pomocí výsledného grafu a odchylek od normálu lékař posuzuje stav dýchacích cest a doporučuje další léčbu
Biomedical Data Processing G r o u p
• Jako první prokázal
spojitost výška člověka -
objem plic.
• Mylně se domníval že
kapacita plic nezávisí na
hmotnosti jedince.
Historie – 1852 – John Hutchinson
Biomedical Data Processing G r o u p
• Zjednodušil předchozí
model spirometru
• Usuzoval, že objem plic
závisí na výšce, váze i
věku.
Historie – 1854 – Wintrich
Biomedical Data Processing G r o u p
• Možnost grafického záznamu v závislosti na čase
Historie – 1866 – William Salter
Biomedical Data Processing G r o u p
Současnost
Moderní spirometry s možností propojení s PC
Databáze pacientů včetně diagnóz
Možnost srovnávání s dříve naměřenými hodnotami
Porovnávání s náležitými hodnotami podle věku, pohlaví, výšky..
Biomedical Data Processing G r o u p
Základní – vyhledávací
Měření vrcholové výdechové rychlosti
Orientační spirometrie
Základní – rozšířené
Spirometrie, křivka průtok – objem
Bronchodilatační a bronchokonstrikční testy
Specializované
Celotělový pletysmograf, vyšetření ve spánkové laboratoři, atd.
Jan Kahl - X33BMI - 12. 12. 2007
9
Metody funkčního vyšetření plic
Biomedical Data Processing G r o u p
Dýchání zevní – plicní – výměna dýchacích plynů mezi organismem a zevním prostředím
Dýchání vnitřní – tkáňové – výměna dýchacích plynů mezi krví a tkáněmi
Dechový cyklus
Dechový vzor – vztah mezi dechovou frekvencí, minutovou ventilací, trváním nádechu a výdechu, apnoickou pauzou, dechovým objemem
Diagnostika plic
Biomedical Data Processing G r o u p
Není sledován vztah k času
Vitální kapacita (VC)
Usilovná vitální kapacita (FVC)
Usilovně vydechnutý objem za 1. sekundu (FEV1)
Měření během usilovného nebo rychlého dýchání
Spirometrická křivka průtok – objem, resp. objem – čas
Pouze výdechová nebo i nádechová část křivky
11
Statický plicní objem Dynamický plicní objem
Spirometrie, křivka průtok - objem
Biomedical Data Processing G r o u p
Spirometrie - statické plicní objemy
VT – dechový objem (0,5 l)
Vd – anatomický mrtvý dýchací prostor (150-200 ml)
ERV – exspirační rezervní objem
IRV – inspirační rezervní objem
RV – reziduální objem
VC – vitální kapacita plic
TLC – celková plicní kapacita
FRC – funkční reziduální kapacita
IC – inspirační kapacita
Dechový objem cca 0,5 l
Biomedical Data Processing G r o u p
Diagnostika plic
Biomedical Data Processing G r o u p
Spirometrie - statické plicní objemy
Biomedical Data Processing G r o u p
Plicní objemy
Biomedical Data Processing G r o u p
Objemové změny plic jsou závislé na poddajnosti plic a hrudníku a na odporu plic RL.
Elasticita plic určuje plicní poddajnost – complianci C.
C = ΔV/ ΔP RL = ΔP / V
Plicní poddajnost
Biomedical Data Processing G r o u p
Vdechovaný vzduch – 21 % O2, 0,04 % CO2, zbytek N2 a Ar
Vydechovaný vzduch - 17 % O2, 3,5 % CO2, zbytek N2 a Ar
Spotřeba kyslíku v klidu
0,3 l / min
Výdej CO2 v klidu
0,25 l / min
Při zátěži – zvýšení až 15x
Respirační kvocient
RQ = VCO2 / VO2
hodnota – 0,7 – 1,0
Respirační kvocient
Biomedical Data Processing G r o u p
Hodnocení vlastní mechaniky dýchání, stanovení statických a dynamických plicních veličin
Průtok, objem a tlak dýchacího plynu
Spirometrie – statické plicní objemy
Pneumotachografie – průtok – z něj hodnocení dynamických veličin
Celotělová pletysmografie – komplexní měřicí systém pro stanovení všech parametrů pulmonálních funkcí – měření objemových změn těla subjektu umístěného do vzduchotěsné kabiny
Pulmonální funkční testy
Biomedical Data Processing G r o u p
Spirometrie – dynamické parametry
FVC - usilovná vitální kapacita („co nejvíce a co nejrychleji“)
FEV1 - expirační sekundová kapacita
FEV1/FVC - poměr sekundové kapacity k FVC
FEF25-75% - průměrná rychlost toku ve střední polovině FVC
PEF - maximální výdechová rychlost
Vmax 50%, Vmax 25% - maximální tok po vydechnutí 50% resp. 75% vitální kapacity
Biomedical Data Processing G r o u p
Křivka objem - čas
Biomedical Data Processing G r o u p
Křivka průtok - objem
Dnes již základním vyšetřením
Indikace:
Nemoc plic a průdušek
Diagnostika stavů spojených s dušností, kašlem, tíhou na hrudi
Před hrudními nebo břišními operacemi
21
Biomedical Data Processing G r o u p
Smyčka průtok/objem
Biomedical Data Processing G r o u p
Průběhy
Biomedical Data Processing G r o u p
Respirační systém - patofyziologie
zahrnuje (v užším slova smyslu, na úrovni plic) poruchy:
Ventilace
Difúze
Perfúze
Tato klasifikace je schematická, zpravidla podle primárního typu postižení. V reálné patofyziologické situaci jsou tyto poruchy přítomny většinou současně.
Biomedical Data Processing G r o u p
Alveolární ventilace
VA= (VT-VD) x f
VT….dechový objem (tidal volume)
VD ….mrtvý prostor (dead volume)
f ….dechová frekvence
VA= (500ml-150ml) x 15/min=5250ml/min
Biomedical Data Processing G r o u p
Ventilačně perfúzní nerovnováha
Nestejný poměr průtoku plynu a krve (V‘/Q‘) u jednotlivých sklípků
i za fyziologických podmínek
plicní báze: V‘/Q‘ = 0,7
plicní hroty: V‘/Q‘ = 3,3
zvýšena za patologických stavů (téměř všech)
↑ V‘/Q‘ → ↑mrtvý prostor → ↑PaCO2
↓ V‘/Q‘→ ↑zkrat → ↓PaO2
Biomedical Data Processing G r o u p
Biomedical Data Processing G r o u p
Poruchy ventilace
Obstrukční ventilační poruchy
(zúžení dýchacích cest)
Restrikční ventilační poruchy
(redukce funkčního parenchymu plic nebo omezení dýchacích pohybů)
Smíšené ventilační poruchy
Prostá hypoventilace
Biomedical Data Processing G r o u p
Prostá hypoventilace
Zpravidla mimoplicní příčina
CNS (otravy, léky, úrazy)
nervosvalová onemocnění (myastenia gravis)
obstrukce horních dýchacích cest
Snížení V‘A= (VT-VD) x f
Hypoxemie, hyperkapnie
Biomedical Data Processing G r o u p
Asthma bronchiale
Chronická zánětlivá choroba dýchacích cest, charakterizovaná zvýšenou reaktivitou na různé stimuly vedoucí k variabilní bronchiální obstrukci, která je reverzibilní buď spontánně nebo po terapii.
2,3-3,3 % populace
bez závislosti na pohlaví
vzrůstající výskyt
multifaktoriální onemocnění
Dechové obtíže, hvízdavý dech, dráždivý kašel
záchvaty se střídají s obdobím klidu
Biomedical Data Processing G r o u p
Astma - dělení
Atopické (alergické) astma
genetická predispozice + alergen, I.typ přecitl.
Neatopické (nealergické) astma
endogenní a. (bez známé příčiny)
námahové a. (tělesná zátěž)
iritační a. (chem. látky, teplo, chlad)
aspirinové a. (i jiné léky)
profesionální a. aj.
Biomedical Data Processing G r o u p
Astma - fáze záchvatu
Časná (bezprostřední odpověď)
do 30 min, mediátory žírných buněk
zvýšená sekrece hlenu, otok sliznice
kontrakce hladkých svalů (bronchospazmus)
Pozdní odpověď
po 4-6 hod, mediátory neutrofilů, eozinofilů
zánět, příp. destrukce epitelu
Biomedical Data Processing G r o u p
Astma - plicní funkce
V klidu
někdy i bez známek obstrukce
bronchoprovokační testy
V záchvatu známky obstrukce
snížené dynamické ventilační parametry
zvýšené statické parametry
zlepšení po podání bronchodilatátorů
Biomedical Data Processing G r o u p
Chronická bronchitida
Klinická definice:
Onemocnění s hypersekrecí hlenu spolu s chronickým kašlem nejméně 3 měsíce v roce, a to 2 po sobě následující roky, s vyloučením jiných plicních a kardiálních nemocí.
kouření cigaret
profesionální expozice (oxidy S,N, formaldehyd)
znečištěné ovzduší
opakované infekce dýchacích cest
Biomedical Data Processing G r o u p
Chronická bronchitida - funkční důsledky
Zúžení malých dýchacích cest
→ exspirační obstrukce -↓ dynamické parametry
→ plicní hyperinflace → ↑RV/TLC
→ ventilačně perfuzní nerovnováha (↓V‘/Q‘)
→ hypoxemie (cyanóza), hyperkapnie, respirační acidóza
→ vazokonstrikce → plicní hypertenze
→ normální difúzní plicní kapacita pro O2
Biomedical Data Processing G r o u p
Chronická obstrukční plicní nemoc
5-20% dospělé populace
převaha u mužů
30 x častější u kuřáků
mortalita - 5.místo
narůstající dechové obtíže (roky)
dušnost, produktivní kašel
v pokročilém stadiu hmotnostní deficit
poloha v předklonu s podepřenými pažemi
našpulení rtů při výdechu
převážně bronchitida x převážně emfyzém
Biomedical Data Processing G r o u p
Obecné důsledky bronchiální obstrukce
ztížený výdech
↓dynamických ventilačních parametrů
potřeba více času k vydechnutí VC, ↓V‘A
hyperinflace plic
↑ residuální objemy (FRC, RV, TLC)
ventilačně perfuzní nerovnováha, ↑VD, ↓V‘A
zánik interalveolárních sept
porucha difúze pro kyslík
hypoxemie, hyperkapnie, respirační acidóza
Biomedical Data Processing G r o u p
Algoritmus pro interpretaci spirometrie
Biomedical Data Processing G r o u p
Zátěžové funkční testy plic
Biomedical Data Processing G r o u p
Zátěžová polygrafie
Biomedical Data Processing G r o u p
Literatura:
41
J. Fišerová, J. Chlumský, J. Satinská a kol.: Funkční vyšetření plic
MUDr. H. Lochmanová: Interpretace výsledků funkčního vyšetření plic
MicroMedical Ltd. – www.micromedical.co.uk
Biomedical Data Processing G r o u p
Konec
Biomedical Data Processing G r o u p
Cvičení
Biomedical Data Processing G r o u p
Měřené veličiny
Forced Vital Capacity (FVC) [l]
Forced Expiratory Volume (FEV1) [l]
Max. Expiratory Flow (MEF25-75) [l/s]
Peak Expiratory Flow (PEF) [l/s]
Inspiratory Vital Capacity (IVC) [l]
Area of Expiration (Aex) [l2/s]
Fev1 / FVC [%]
Biomedical Data Processing G r o u p
Postup měření
Příprava na test
Alespoň 6 hodin nekouřit
Někteří pacienti mohou být vyzvání k vynechání denní dávky léků
Před začátkem měření je pacient zvážen a změřen
Biomedical Data Processing G r o u p
Postup měření
Samotný záznam
Na nos se nasadí „kolíček“
Po připevnění jednorázového náustku pacient dýchá normálně cca 10s
Lékař vyzve pacienta k nejhlubšímu nádechu a v zápětí co možná k nejprudšímu a nejdelšímu výdechu
Biomedical Data Processing G r o u p
nádech
výdech
Biomedical Data Processing G r o u p
Popis křivky
Obstrukce = neprůchodnost dýchacích cest = příznak astmatu
Restrikce = omezení či ztráta dýchací plochy
Biomedical Data Processing G r o u p
Biomedical Data Processing G r o u p
Biomedical Data Processing G r o u p
Biomedical Data Processing G r o u p
Biomedical Data Processing G r o u p
Biomedical Data Processing G r o u p