Способ определения должной жизненной ёмкости лёгких человека
METHOD FOR DETERMINING PROPER LUNG VITAL CAPACITY OF HUMAN

Изобретение относится к медицине, к определению должного значения одного из базовых показателей функционального состояния организма человека, а именно должной жизненной емкости легких (ДЖЕЛ), и может быть использовано в клинической физиологии, физической культуре и спорте, пульмонологии и других областях медицины.
Знание ДЖЕЛ необходимо для оценки отклонения от должных значений реальных измерений жизненной емкости легких (ЖЕЛ), которые могут осуществляться: 1) спирометрией максимального выдоха, осуществляемого после максимального вдоха; 2) спирометрией максимального вдоха, осуществляемого после максимального выдоха; 3) спирометрией объемов, входящих в ЖЕЛ, т.е. резервного объема вдоха, дыхательного объема, резервного объема выдоха.
Наиболее известные формулы для расчета ДЖЕЛ - это формулы Антони (Anthony, 1937; Anthony, Vemath, 1961 [4]), Людвига [7], Болдуина, Курнана и Ричардсона (Baldwin, Cournand, Richards, 1948) [5], Канаева [6] (см. Табл. 1).
В этих формулах: ДОО - должный основной обмен, определяемый по таблицам или вычисляемый с учетом роста, массы тела, возраста и пола; Р - рост в см; МТ - масса тела в кг; В - возраст в годах.
Для анализа адекватности этих формул было проведено сравнение вычисленных по ним значений ДЖЕЛ с реально измеренными значениями ЖЕЛ у испытуемых-добровольцев возраста 19-21 год (студенты 3-го курса медицинского университета), 590 женщин, 254 мужчин. Для оценки реального значения ЖЕЛ у каждого испытуемого 3 раза измерялся объем максимального выдоха, совершаемый после максимального вдоха (1-й способ оценки ЖЕЛ) и наибольший результат использовался для дальнейшего анализа.
Для оценки выдыхаемого объема выдох производился через измерительную дыхательную трубку, изготовленную из пищевой нержавеющей стали, в один конец которой вставлялись стандартные загубники производства фирмы «Метом». Длина измерительной трубки составляла 25 см, внутренний диаметр 32 мм, посредине трубки - диафрагма с диаметром отверстия 16,4 мм, по бокам от диафрагмы штуцера с отводящими трубками, которые с помощью силиконовых трубок с внутренним диаметром 1 мм и длиной 90 см соединялись с датчиком давления в электронном модуле производства фирмы «ТестЭйр». При движении потока воздуха в измерительной дыхательной трубке возникает разность давления с разных сторон диафрагмы, создающей сопротивление потоку, причем, чем выше скорость потока воздуха, тем больше разность давления, регистрируемая датчиком. Но оценка проходящего через трубку объема воздуха зависит также и от плотности воздуха, изменяющейся при изменении атмосферного давления, температуры и влажности. Поэтому, перед проведением измерений осуществлялась калибровка измерительной системы с помощью калибровочного насоса фирмы «CUSTO-MED». Во время калибровки подбиралось такое значение необходимого для расчетов коэффициента, при котором погрешность оценки проходящего через измерительную трубку калибровочного объема (3 л ± 0,5%) составляла менее 1%.
Усредненные групповые отклонения между должными и измеренными значениями ЖЕЛ представлены в таблице 2.
У здоровых людей возраста 19-21 г с нормальным соотношением роста и веса величина ЖЕЛ наиболее близка к величине ДЖЕЛ, определяемой по формулам Антони (у мужчин) и Людвига (у женщин). Но эти формулы подвергаются критике из-за того, что при вычислении ДЖЕЛ в них прямо (Людвиг) или косвенно (Антони) используется МТ, тогда как жесткой функциональной зависимости между этим параметром и объемом легких быть не может, особенно при избыточном увеличении МТ.
Последние две формулы в таблице лишены этого недостатка, т.к. в них используются только данные роста и возраста, но они показывают не совсем адекватные результаты. Среднее отклонение от ДЖЕЛ посчитанной по формуле Болдуина, Курнана и Ричардсона реальной ЖЕЛ составило -3,2% у женщин и -3,3% у мужчин, а по формуле Канаева, наоборот, ДЖЕЛ в среднем была на 15% больше реальной ЖЕЛ как у женщин, так и у мужчин. ДЖЕЛ по формуле Канаева близка к реальным значениям ЖЕЛ только у спортсменов, занимающихся видами спорта, способствующими значительному увеличению объема легких. При обследовании групп здоровых испытуемых, но не спортсменов, среднее отклонение ДЖЕЛ от реального ЖЕЛ конечно же должно быть положительным, т.к. для формирования «нормального» объема ЖЕЛ нужен образ жизни с достаточной двигательной активностью. Но это среднее отклонение не должно составлять 15% (такое отклонение должно квалифицироваться как патология!). Такое среднее отклонение должно составлять 3-5%, причем как у женщин, так и у мужчин.
Известны способы определения должных физиологических показателей [1, 2] на основе уравнений, где показатели роста (Р) и массы тела (МТ) взаимоувязаны в физическом смысле, т.е. используются для вычисления индекса объема тела, показывающего отличие от объема тела, взятого за эталон для сравнения.
т
э
т
v
Тела различных людей можно рассматривать как подобные, особенно в случае нормального соотношения роста и веса. Математически объем тела можно описать произведением , где Р - рост, МТ - масса тела, k - коэффициент, зависящий от соотношения в теле воды, тощей массы и жира. В случае нормального соотношения роста и массы тела у людей коэффициент к можно считать практически одинаковым, а отношение объемов тел (V) рассчитывать исходя из показателей роста и массы тела, т.е. . Точно такое же соотношение будет и между другими объемными показателями двух подобных тел, например между объемами циркулирующей крови двух подобных тел [1]:  Если известен объемный показатель (V) «эталонного» для расчетов тела, то объемный показатель другого тела (V) можно вычислить по формуле: . Если отношение  определить как индекс объема (И), то .
Индекс объема полезен для аппроксимации не только объемных величин. Изменения ДОО у женщин при отклонении роста и массы тела от значений, принятых при расчетах за эталонные, будут пропорциональны не изменению объема, а усредненному изменению линейных характеристик тела, который определяется как корень кубический от индекса объема , т.е. . У мужчин изменения ДОО при отклонении роста и массы тела от эталонных значений будут пропорциональны не корню кубическому от индекса объема ( - как у женщин), а корню квадратному от индекса объема, т.е. . Это означает, что изменения ДОО у мужчин более пропорциональны не усредненному изменению линейных размеров, а изменению площади поверхности тела. Одной из часто используемых формул для вычисления площади тела человека является формула Мостеллера [3]: . Но из этого следует, что  - это отношение площадей поверхности двух человеческих тел.
v
Известен способ определения должного основного обмена (ДОО) человека [2], включающий измерение массы тела (МТ, кг), роста (Р, см), определение методом опроса возраста (В, количество лет) и пола, отличающийся тем, что при вычислениях используют индекс объема (И), показывающий во сколько раз объем тела человека отличается от объема тела, взятого за эталон, а вычисления осуществляют по формулам:
1) для женщин -
, где Р - рост в см, МТ - масса тела в кг;
если возраст от 11 лет до 21 года, то ,
э
где ДОО - ДОО девушки ростом 150 см с массой тела 49 кг в этом возрасте:
если возраст > 21, то
.
2) для мужчин -
, где Р - рост в см, МТ - масса тела в кг;
если возраст от 11 лет до 21 года, то ,
э
где ДОО - ДОО юноши ростом 160 см с массой тела 59 кг в этом возрасте:
если возраст > 21, то
.
э
v
v
v
По аналогии с этим способом вычисления ДОО можно предложить и способ вычисления ДЖЕЛ: для женщин , для мужчин , где ДЖЕЛ - это ДЖЕЛ при И=1. Но применение этих формул даст результаты, сопоставимые с применением формулы Антони. «Нормальное или должное» формирование ЖЕЛ в молодые годы должно происходить с некоторым избытком с учетом возможного последующего увеличения МТ. Логичным выходом из этой ситуации является использование при определении ДЖЕЛ порогового И (ПИ), определяемого исходя из роста, и той пороговой для этого роста величины массы тела (МТ=Р-101), при достижении которой еще нет проблемы соответствующего увеличения объема циркулирующей крови в покое [1].
v
Определение ДЖЕЛ по ПИ.
Для женщин -
, где Р - рост в см;
если возраст (В) не превышает 21 года, то
если возраст > 21, то
Для мужчин -
, где Р - рост в см;
если возраст (В) не превышает 21 года, то
если возраст > 21, то
В исследованной группе испытуемых усредненные групповые отклонения между значениями ДЖЕЛ, рассчитанными по представленным формулам и измеренными значениями ЖЕЛ составили 4,6% у женщин и 3,1% у мужчин.
Технический результат заявляемого способа определения должной величины жизненной емкости легких - усовершенствование методики ее определения за счет использования при вычислениях физически и физиологически обоснованных формул.
v
Указанный технический результат достигается тем, что заявляется способ определения должной жизненной емкости легких (ДЖЕЛ) человека, включающий измерение роста (Р, см), определение методом опроса возраста (В, количество лет) и пола, отличающийся тем, что при вычислениях используют пороговый индекс объема (ПИ) тела, а вычисления осуществляют по формулам:
1) Для женщин -
, где Р - рост в см;
если возраст (В) не превышает 21 года, то ,
если возраст > 21, то
2) Для мужчин -
, где Р - рост в см;
если возраст (В) не превышает 21 года, то ,
если возраст > 21, то
Изобретение осуществляют следующим образом.
v
У испытуемого измеряют рост, узнают возраст. Затем вычисляют пороговый индекс объема ПИ и ДЖЕЛ.
Для женщин вычисления осуществляют по формулам:
, где Р - рост в см;
если возраст (В) не превышает 21 года, то ,
если возраст > 21, то
Для мужчин вычисления осуществляют по формулам:
, где Р - рост в см;
если возраст (В) не превышает 21 года, то ,
если возраст > 21, то
Реализация способа осуществляется следующим образом.
v
Для проведения измерений роста человека могут использоваться любые ростомеры. После измерения роста вычисляют пороговый индекс объема тела ПИ и ДЖЕЛ.
Для женщин вычисления осуществляют по формулам:
, где Р - рост в см;
если возраст (В) не превышает 21 года, то ,
если возраст > 21, то
Для мужчин вычисления осуществляют по формулам:
, где Р - рост в см;
если возраст (В) не превышает 21 года, то ,
если возраст > 21, то
Реализация способа поясняется нижеприведенными примерами.
Пример 1.
Женщина 21 год, рост 168 см.
Пример 2.
Женщина 29 лет, рост 168 см.
Пример 3.
Мужчина 21 год, рост 176 см.
Пример 4.
Мужчина 31 год, рост 176 см.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пестряев В.А. Способ определения гипо-нормо-гиперволемии сосудистого русла человека в покое. Патент на изобретение №2535914, зарегистрирован в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 17.10.2014.
2. Пестряев В.А. Способ определения должного основного обмена человека. Патент на изобретение №2545778, зарегистрирован в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 27.02.2015.
3. Mosteller R.D. Simplified calculation of body surface area. N Engl J Med 1987; 317: 1098.
4. www.fiziolive.ru
5. www.psybacked.livejournal.com
6. www.reabilitaciya.org (Медицинская реабилитация / Под ред. В.М. Боголюбова / - М., 2010. с. 37-38)
7. www.sport-control.ru