Применение капнометрии в пульмонологической практике

Применение капнометрии в пульмонологической практике

П.В. Стручков, О.Е. Борисова, О.С. Цека, А.В. Потемкин, Е.О. Цека, И.А. Маничев, В.Г. Щербицкий

В статье описан метод капнометрии, рассмотрены основные показатели капнограммы и их значимость при обследовании курящих пациентов.

Ключевые слова: капнометрия, вентиляционно-перфузионное отношение, мелкие дыхательные пути, хроническая обструктивная болезнь легких.

Введение

На сегодняшний день в большинстве кабинетов функциональной диагностики для исследования функции внешнего дыхания проводится только спирометрия. Однако этот метод позволяет выявлять преимущественно обструктив-ные нарушения и то лишь в тех случаях, когда обструкция затрагивает бронхи среднего и крупного калибра. Сужение мелких (менее 2 мм в диаметре) дыхательных путей мало сказывается на бронхиальном сопротивлении, практи-

Петр Владимирович Стручков - докт. мед. наук, профессор, зав. кафедрой клинической физиологии и функциональной диагностики ФГБОУ ДПО "Институт повышения квалификации" ФМБА России, зав. отделением функциональной диагностики ФГБУЗ "Клиническая больница № 85" ФМБА России, Москва. Ольга Евгеньевна Борисова - ассистент кафедры клинической физиологии и функциональной диагностики ФГБОУ ДПО "Институт повышения квалификации" ФМБА России, врач отделения функциональной диагностики ФГБУЗ "Клиническая больница № 85" ФМБА России, Москва.

Олег Сергеевич Цека - докт. мед. наук, профессор, главный врач ФГБУЗ "Клиническая больница № 85" ФМБА России, Москва.

Анатолий Викторович Потемкин - канд. мед. наук, зам. главного врача ФГБУЗ "Клиническая больница № 85" ФМБА России, Москва.

Евгения Олеговна Цека - канд. мед. наук, зав. центральной поликлиникой ФГБУЗ "Клиническая больница № 85" ФМБА России, Москва.

Игорь Александрович Маничев - канд. физ.-мат. наук, зав. лабораторией разработки оборудования для спирометрии УНП РУП "Унитехпром БГУ", Республика Беларусь, Минск.

Виктор Георгиевич Щербицкий - канд. физ.-мат. наук, науч. сотр. лаборатории разработки оборудования для спирометрии УНП РУП "Унитехпром БГУ", Республика Беларусь, Минск.

Контактная информация: Стручков Петр Владимирович, struchkov57@mail.ru

чески не ощущается пациентом и может не обнаруживаться при спирометрии. В то же время обструкция мелких бронхов может приводить к несоответствию вентиляции и кровотока в легких (нарушению вентиляционно-перфузионно-го отношения (ВПО)), нарушениям газообмена в легких. Нарушения распределения вентиляции и кровотока в легких могут быть обусловлены такими факторами, как обструкция мелких дыхательных путей, выраженная в различной степени в разных участках легкого, нарушения эластических свойств легких, нарушения микроциркуляции, очаговые воспалительные и фиброзные процессы в легочной ткани [1].

Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ), как правило, начинается с дистальных дыхательных путей, поэтому она длительно протекает без явных клинических проявлений (кашля, одышки) и в самом начале своего развития может не сопровождаться явными признаками обструкции при спирометрии.

Одним из методов, косвенно позволяющих оценить состояние респираторной зоны, в том числе выраженность обструктивных нарушений, является капнометрия [2]. Показано, что у курильщиков нарушения на капнограмме выявляются уже на стадии предболезни, когда обструктивных изменений при спирометрии еще нет [3].

Описание методики капнометрии

Капнометрия - один из методов оценки газообмена в легких, основанный на измерении концентрации (парциального давления) углекислого газа (РСО2). При капнометрии происходит непрерывная запись дыхания человека с измерением

Функциональные методы исследования

РСО2 во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе. Обычно запись проводится при спокойном дыхании, но могут использоваться углубленный выдох, гипервентиляционная и другие пробы. Пациент дышит по открытому контуру через трубку, из которой происходит постоянный забор небольшой порции воздуха на анализ содержания углекислого газа (СО2). В большинстве капнометров анализ РСО2 основан на поглощении углекислым газом инфракрасных лучей, пропускаемых через кювету с анализируемым газом.

Метод широко использовался в нашей стране в 1960-1980 годах, когда выпускались отечественные недорогие капнографы [4, 5]. В последние 20-30 лет метод использовался мало из-за отсутствия доступной аппаратуры. Чаще используется капнометрический канал в монитор-ных системах в практике интенсивной терапии и анестезиологии [6]. Однако в последние годы на рынке вновь стали появляться приборы для кап-нометрии.

Капнограмма может быть представлена в двух вариантах: кривая зависимости РСО2 по времени и кривая зависимости РСО2 от объема выдыхаемого воздуха (капноволюметрия, объемная кап-нометрия).

Кривая РСО2 по времени у здорового человека представлена на рис. 1 (1).

Точка А0 (эта точка реально не выявляется на капнограмме) соответствует началу выдоха. До этой точки через анализатор проходит вдыхаемый воздух, в котором РСО2 приравнивается к нулю. Интервал от точки А0 до точки А соответствует выходу воздуха из анатомического "мертвого" пространства (МП), где РСО2 также равно нулю. Точка А соответствует началу поступления воздуха из смешанной зоны, когда начинается примесь воздуха из альвеолярного пространства. Точка В соответствует началу альвеолярной фазы. Точка В может быть определена как точка пересечения капнограммы с биссектрисой угла, образованного пересечением касательных к участкам А-В и В-С (по Р.С. Ви-ницкой [5]). Участок В-С - альвеолярная фаза. Если во всех альвеолах имеет место одинаковое ВПО, то РСО2 во всех альвеолах будет одинаковым и участок В-С будет располагаться горизонтально. Нередко наклон альвеолярной фазы оценивается по показателю АР/А^ где АР - прирост СО2 за альвеолярную фазу, А1 - продолжительность альвеолярной фазы [5]. В норме АР/А1 равно 2-4 мм рт. ст. СО2/с. Точка С соответствует началу вдоха и резкому снижению РСО2. Участок С-Б-Л0 соответствует вдоху.

Пример записи капнограммы представлен на рис. 2.

О

О

Он

Время

Рис. 1. Схема капнограммы здорового человека (1) и при неравномерности распределения вентиляции и кровотока (2). Объяснения в тексте.

45 г 40 35 30 25 20 15 10

10

20

30 Время, с

40

50

60

Рис. 2. Запись капнограммы (зависимость РСО2 по времени). Первые 6 циклов - спокойное дыхание, 7-й цикл - максимально глубокий выдох.

Концентрация (парциальное давление) СО2 в точке С называется конечно-экспираторной концентрацией (парциальным давлением) (end tidal СО2 - PetC02). В норме эта величина составляет примерно 5-6 об%, или 35-45 мм рт. ст. и у здорового человека соответствует значениям парциального давления С02 в артериальной крови (РаС02). Увеличение PetC02 более 45 мм рт. ст. соответствует альвеолярной гиповентиляции, а уменьшение менее 35 мм рт. ст. - альвеолярной гипервентиляции. Имеется в виду адекватность величины альвеолярной вентиляции уровню метаболизма в данный момент.

При неравномерности распределения ВПО альвеолярная фаза будет иметь наклон тем больший, чем больше выражена эта неравномерность (см. рис. 1 (2)). Это обусловлено тем, что воздух сначала выходит из гипервентили-руемых зон, где РС02 низкое, а по мере выдоха опорожняются все более плохо вентилируемые зоны. В этом случае величина PetC02 будет отражать содержание С02 в самых плохо вентилируемых альвеолах, и тогда значение среднего

Функциональные методы исследования

Рис. 3. Точки и интервалы на капнограмме. Оценка величин углов а и р. Первый цикл - при спокойном дыхании, второй - при максимально глубоком выдохе (а , ргл). Объяснения в тексте.

Объем

Рис. 4. Кривая зависимости РСО2 от объема выдохнутого воздуха (объемная капнограмма). Вариант расчета наклона альвеолярной фазы по показателю АРСО2/АУ.

Рис. 5. Норма. Показатели кривой поток-объем и капнограмма соответствуют норме: ОФВ1/ФЖЕЛ 0,8 (ОФВ1 - объем форсированного выдоха за 1-ю секунду, ФЖЕЛ - форсированная жизненная емкость легких), ОФВ1 121% от должного, горизонтальное расположение альвеолярной фазы. 7-й цикл - глубокий выдох. РеЮО2 спокойного выдоха 36 мм рт. ст., глубокого - 38 мм рт. ст. Индекс Ти1ои: 38 - 36 = = 2 мм рт. ст. Здесь и на рис. 6-8: ПОС , ПОС -

^ г выд вд

пиковая объемная скорость выдоха и вдоха соответственно, МОС25-75 - максимальная объемная скорость выдоха на уровне 25-75% ФЖЕЛ соответственно, СОС25-75 - средняя объемная скорость выдоха на участке кривой ФЖЕЛ между 25 и 75% ФЖЕЛ.

альвеолярного давления СО2 может быть определено по значению Р СО.

а 2

Важным показателем, отражающим равномерность распределения ВПО, является отношение объема функционального МП к дыхательному объему (ДО) (МП/ДО, Уа/У^:

МП/ДО = (РА - РЕ)/РА% (уравнение Бора*),

где РА - парциальное давление СО2 в альвеолах (Ре^О2 при равномерном распределении ВПО или РаСО2 при неравномерном распределении ВПО), РЕ - среднее парциальное давление СО2 во время выдоха, определяемое при сборе выдыхаемого воздуха в мешок или математически путем интегрирования капнограммы.

"Мертвым" пространством называется объем, который вдыхается, но не участвует в газообмене. В норме он представлен анатомическим МП -объемом верхних дыхательных путей и бронхов до 16-го калибра, в которых отсутствуют альвеолы. У здорового человека он равен примерно 150 мл и отношение МП/ДО равно примерно 1/3. В патологических условиях это отношение значительно возрастает за счет увеличения объема альвеолярного МП, т.е. альвеол, которые вентилируются, но не перфузируются или недостаточно перфузируются. Увеличение этого показателя отражает неравномерность распределения ВПО, наличие большого объема вентилируемых, но плохо перфузируемых или неперфузируемых зон в легких. Сумму анатомического и альвеолярного МП называют функциональным (физиологическим) МП. Его долю в ДО и оценивают при капнометрии.

Дополнительно на капнограмме часто оценивают величины углов: а - угол между восходящей частью кривой и альвеолярной фазой (интервалами А-В и В-С) и в - угол между альвеолярной фазой и нисходящей частью кривой (интервалами В-С и С-Б) (рис. 3) [7, 8]. Также часто определяют индекс Ти1ои (разница Ре^О2 в конце глубокого и спокойного выдоха) [9]. Увеличение угла а и уменьшение угла в отражают увеличение наклона альвеолярной фазы капно-граммы и, соответственно, неравномерность вентиляции и кровотока [7, 8].

Кривая РСО2 по объему представлена на рис. 4. Так же, как и при вышеописанной кап-нометрии по времени, в этом случае оценивают

" Вывод уравнения Бора: объем выдыхаемого СО2 = РЕСО2 х х ДО, но он же равен РАСО2 х (ДО - МП), т.е. давление СО2 (концентрация СО2), умноженное на объем альвеолярной фракции выдыхаемого воздуха. Откуда: РЕ х ДО = РА х х (ДО - МП) = РА х ДО - РА х МП. И тогда: МП/ДО = = (Ра - РЕ)/РА.

Функциональные методы исследования

Рис. 6. Легкая степень обструкции при спирометрии (ОФВ1/ФЖЕЛ 0,7, ОФВ1 75% от должного) и измененная капнограмма: неравномерность распределения вентиляции и кровотока (увеличен наклон альвеолярной фазы) с признаками альвеолярной гипервентиляции (РеЮО2 примерно 20 мм рт. ст.). 11-й цикл -глубокий выдох.

наклон альвеолярной фазы. Но дополнительно может быть рассчитан объем МП [10, 11].

При описании капнограммы обычно приводят следующие показатели:

1) величину соответствия альвеолярной вентиляции уровню метаболизма (нормо-, гипо- или гипервентиляция) по значениям РеШО2 или РаСО2;

2) равномерность распределения вентиляции и кровотока в легких по наклону альвеолярной фазы, величине МП/ДО, индексу Ти1ои;

3) отношение МП/ДО;

4) дополнительно отражаются величина индекса Ти1ои и другие показатели, в частности частота дыхания, равномерность дыхания и др.

Примеры использования капнографии у курящих лиц

Поскольку одним из основных этиологических факторов ХОБЛ является курение [12, 13], то представляет интерес влияние этого фактора на респираторную функцию легких на стадии предболезни ХОБЛ, когда обструктивные нарушения при спирометрии еще не регистрируются.

Как уже отмечалось, у курящих лиц, у многих из которых формируется ХОБЛ, изменения на капнограмме нередко выявляются раньше, чем признаки бронхиальной обструкции при спирометрии [3]. Обструкция дистальных дыхательных путей, наиболее рано поражаемых при курении, при спирометрии может не выявляться. В то же время при капнометрии может обнаруживаться неравномерность распределения ВПО, что отражает поражение респираторной зоны легких. Таким образом, капнометрия в определенной степени позволяет решить задачу диагностики ранних доклинических и "доспиро-

Рис. 7. Резко выраженная бронхиальная обструкция при спирометрии (ОФВ1/ФЖЕЛ 0,4, ОФВ1 22% от должного), измененная капно-грамма: альвеолярная гипервентиляция (РеЮО2 30-33 мм рт. ст.), неравномерность распределения вентиляции и кровотока (увеличен наклон альвеолярной фазы, индекс Ти1ои 10 мм рт. ст.). 11-й цикл - глубокий выдох.

метрических" стадий развития бронхообструк-тивного синдрома - обструкции мелких дыхательных путей. Однако необходимо проведение дальнейших исследований для доказательства этого положения.

На рис. 5-8 представлены примеры записи капнограммы в сопоставлении с кривой поток-объем у некурящих лиц и у лиц с разной степенью бронхиальной обструкции и различным стажем курения. Обращает на себя внимание то, что обструкция приводит к изменению капнограммы в виде увеличения наклона альвеолярной фазы и повышению расчетной величины МП/ДО. Это отражает увеличение степени неравномерности распределения вентиляции и кровотока в легких, что косвенно указывает на пора-

Рис. 8. Измененная капнограмма (увеличен наклон альвеолярной фазы, альвеолярная гипервентиляция, РеЮО2 30 мм рт. ст.) при нормальных показателях спирометрии (ОФВ1/ФЖЕЛ 0,9, ОФВ1 94% от должного) у курильщика (индекс курящего человека 60 пачек-лет). 11-й цикл - глубокий выдох.

Функциональные методы исследования

жение респираторной зоны легких и нарушение легочного газообмена. Но даже при нормальных спирометрических показателях у курильщиков могут выявляться изменения на капнограмме, свидетельствующие о нарушении распределения ВПО, т.е. косвенно отражающие поражение респираторной зоны легких (см. рис. 8).

Таким образом, капнометрия является простым, но достаточно информативным методом, который позволяет оценить ряд важных показателей:

1) равномерность распределения вентиляции и кровотока в легких;

2) величину МП (отношение МП/ДО при кап-нометрии и объем МП при капноволюметрии);

3) адекватность величины альвеолярной вентиляции уровню метаболизма: нормо-, гипо- или гипервентиляция;

4) кроме того, использование капнометриче-ского канала в мониторных системах позволяет оценивать частоту, ритм и, косвенно, глубину дыхания.

Список литературы

1. Уэст Дж.Б. Физиология дыхания. М.: Мир 1988; 200с.

2. Сильвестров В.П., Семин С.Н., Марциновский В.Ю. Возможности капнографии в ранней диагностике обструктив-ных нарушений вентиляции. Терапевтический архив 1989; 61(3): 91-94.

3. Воробьева З.В. Функция внешнего дыхания при хронической обструктивной болезни легких в стадии 0 (ноль). Функциональная диагностика 2005; 2: 29-32.

4. Бокша В.Г., Карпов А.П. Изучение дыхательной функции легких методом капнографии. Терапевтический архив 1972; 44(8): 36-39.

5. Виницкая Р.С., Цузмер Т.С., Коганова Н.А. Применение инфракрасного газоанализатора СО2 для анализа альвеолярного воздуха. В сб.: Новые приборы газового анализа в современной медицине и физиологии: Труды 2-й Юбилейной конференции СКТБ "Медфизприбор", состоявшейся 11-12 июня 1965 г. Казань, 1967: 158-165.

6. Martin K.T. CO2 monitoring. http://www.academia.edu/ 25314103/C0_2_M0NIT0RING Accessed 21, December, 2016.

7. van Meerten R.J. Expiratory gas concentration curves for examination of uneven distribution of ventilation and perfusion in the lung. First communication: theory. Respiration 1970; 27(6): 552-564.

8. You B., Peslin R., Duvivier C., Vu V.D., Grilliat J.P. Expiratory capnography in asthma: evaluation of various shape indices. Eur Respir J 1994; 7(2): 318-323.

9. Tulou P.P. Distribution of ventilation; clinical evaluation by rapid CO2 analysis. Dis Chest 1966; 49(2): 139-146.

10. Gravenstein J.S., Jaffe M.B., Gravenstein N., Paulus D.A., editors. Capnography. 2nd ed. Cambridge, U.K.: Cambridge University Press 2011; 488p.

11. Romero P.V., Rodriguez B., de Oliveira D., Blanch L., Manre-sa F. Volumetric capnography and chronic obstructive pulmonary disease staging. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis 2007; 2(3): 381-391.

12. Чучалин А.Г., Авдеев С.Н., Айсанов З.Р., Белевский А.С., Лещенко И.В., Мещерякова Н.Н., Овчаренко С.И., Шмелев Е.И. Российское респираторное общество. Федеральные клинические рекомендации по диагностике и лечению хронической обструктивной болезни легких. Пульмонология 2014; 3: 15-54.

13. Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease. Global strategy for the diagnosis, management, and prevention of chronic obstructive pulmonary disease. Updated 2014. http://goldcopd.org Accessed 21, December, 2016.

The Use of Capnometry in Pulmonology

P.V. Struchkov, O.E. Borisova, O.S. Tseka, A.V. Potemkin, E.O. Tseka, I.A. Manichev, and V.G. Scherbitsky

The article deals with capnometry, the main parameters of capnogram and their significance for examination of smokers.

Key words: capnometry, ventilation-perfusion ratio, small airways, COPD.

Продолжается подписка на журнал, предназначенный в помощь практическому врачу для проведения образовательных мероприятий:

J

ч

"АСТМА и АЛЛЕРГИЯ"

Журнал выходит 4 раза в год. Стоимость подписки на полгода по каталогу агентства "Роспечать" - 660 руб., на один номер - 330 руб.

Подписной индекс 45967.

Подписку можно оформить в любом отделении связи России и СНГ. Редакционную подписку на любой журнал издательства "Атмосфера" можно оформить на сайте http://atm-press.ru или по телефону: (495) 730-63-51