СПОСОБ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ДЫХАТЕЛЬНЫХ МЫШЦ
METHOD FOR ESTIMATION OF RESPIRATORY MUSCLES EFFICIENCY

Изобретение относится к медицине, в частности к функциональной диагностике. Может быть использовано в центрах спортивной медицины, кабинетах восстановительной медицины для индивидуальной оценки функционального статуса дыхательных мышц, в кабинетах функциональной диагностики.
Актуальность темы Изучение системы дыхания человека актуально на сегодняшний день, так как эффективность работы кардиореспираторной системы определяет уровень работоспособности и выносливости. Одним из основных компонентов функционирования системы внешнего дыхания является эффективность дыхательных мышц, которые в процессе вдоха осуществляют работу по преодолению эластического и неэластического сопротивления (1).
Уровень техники. Известен способ оценки работы дыхательных мышц с помощью форсированных методов спирографии, во время которых испытуемому предлагают совершить максимально возможные маневры вдоха и выдоха, при этом проводят регистрацию с помощью спирографа, по результатам данного теста делают заключение о наличии или отсутствии патологии легких в целом. Недостатками известного способа является то, что судить о работе дыхательных мышц можно только косвенно и характеризует он лишь механическую составляющую работы дыхательных мышц, оценивая только результат (2).
Известен способ оценки силы дыхательных мышц с использованием метода максимального экспираторного давления и максимального инспираторного давления (MIP, МЕР). Оценивается пиковое давление, созданное на вдохе или выдохе, проводится с применением спирографа с электронной или визуальной оценкой. Недостатком данного способа является ограничение его использования в детском возрасте и у истощенных больных, а также он позволяет охарактеризовать лишь механическую составляющую усилия, без учета эффективности работы мышц (3).
Известен способ оценки дыхательных мышц, основанный на регистрации их электрической активности, с применением стимуляционной и игольчатой электромиографии. Игольчатая электромиография позволяет дать достаточно точную характеристику электрофизиологических процессов, протекающих в мышце, но характеризует функциональное состояние лишь одной двигательной единицы, а также не учитывается результативность работы мышц. Ограничивает применение игольчатой электромиографии, инвазивность способа. Способ поверхностной электромиографии дыхательных мышц, основан на регистрации накожными биполярными электродами электрической активности дыхательной мышцы. Отличается простотой выполнения для пациента, неинвазивностью. Уменьшение средней частоты, увеличение доли низкочастотного компонента спектра электромиограммы характеризует развитие утомления дыхательных мышц по нейромышечному механизму. Недостатком данного способа является отсутствие оценки механической составляющей работы мышцы. При данном способе не проводится оценка стратегии адаптации мышц к нагрузке: за счет увеличения частоты генерации импульса либо вовлечения большего числа двигательных единиц (4).
Известен способ диагностики синдрома утомления дыхательной мускулатуры у больных бронхиальной астмой (патент RU 2199948). В способе анализ степени утомления проводится с помощью стимуляционной электронейромиографии в покое и при проведении нагрузочной пробы. В качестве нагрузки используется провокационная проба с применением аппарата Фролова. Данная методика не может считаться универсальной, так как анализ проводится по абсолютному значению параметра амплитуды, без проведения анализа динамики изменения амплитуды, который позволяет определить утомляемость мышц (5).
В качестве прототипа был выбран способ исследования механики дыхания, который предусматривает регистрацию сигналов электромиографии дыхательных мышц одновременно с пневмотахометрией (патент RU 2414170) (6).
Способ, разработанный авторами, основан на исследовании электромиографического сигнала с дыхательной мускулатуры и пневмотахографического сигнала, регистрируемых одновременно при выполнении различных дыхательных маневров, а именно спокойного дыхания, форсированной жизненной емкости легких, максимальной вентиляции легких.
Известный способ имеет следующие недостатки:
1. Устанавливается только факт участия мышцы в акте дыхания, без оценки взаимосвязи механической и электрической составляющей мышечного сокращения.
2. Исследователи оценивают потоковые характеристики, как параметр работы дыхательных мышц, но поток определяется несколькими факторами: разницей давления и сопротивлением воздухоносных путей. Следовательно, остается неясным, что определило достигнутый уровень объемной скорости воздушного потока: высокая эффективность работы дыхательных мышц или проводимость воздухоносных путей.
3. В известном способе используются амплитудные характеристики электромиограммы, но ввиду того, что амплитуда зависит от сопротивления, эффективности работы мышц, а также от конституциональных особенностей, что не позволяет ее использовать для сопоставления данных у разных испытуемых.
Новизной предлагаемого способа является создание объективного способа оценки эффективности работы дыхательных мышц для прогнозирования уровня физической выносливости и работоспособности человека, который может быть использован для профессионального отбора и выбора тактики тренировки спортсмена. Основанный на анализе изменения амплитуды электромиографического сигнала относительно динамики изменения нагрузки.
Раскрытие изобретения:
Способ оценки эффективности работы дыхательных мышц, включающий в себя регистрацию поверхностной электромиографии при экспираторном усилии, отличающийся тем, что при проведении индивидуального нагрузочного экспираторного теста, определяют прирост амплитуды относительно прироста интенсивности нагрузки. Который рассчитывают по формуле, где индекс эффективности равен  а - средняя амплитуда во время проведения теста максимального экспираторного давления; b - средняя амплитуда, зарегистрированная во время проведения теста с нагрузкой, равной 30% от максимального экспираторного давления, 30 - интенсивность нагрузки, рассчитанной от максимальной. При величине индекса эффективности больше 70 условных единиц делают заключение о низкой эффективности работы дыхательных мышц, при величине индекса эффективности меньше 70 условных единиц считают эффективность работы дыхательных мышц высокой.
Способ осуществляется следующим образом:
С использованием многофункционального компьютерного комплекса Нейро-МВП (Нейрософт) при оптимальных температурных условиях обследуемый занимает удобное сидячее положение. На кожу накладываются два биполярных электрода диаметром 6 мм: первый электрод - во второе межреберье справа от грудины по среднеключичной линии, второй - в 6 межреберье справа на уровне наружного края прямой мышцы живота. Третий, заземляющий электрод, накладывается на правую руку. В месте наложения электродов кожа обрабатывается спиртом, далее наносится электропроводный гель. Носовое дыхание исключается с помощью носового зажима.
Далее испытуемому предлагается сделать максимально глубокий вдох, плотно обхватив одноразовый мундштук губами, подсоединенный к манометру, и по команде совершить максимальный выдох, при этом стараясь удерживать до 5 секунд максимальное значение, регистрируемое на манометре, т.е. совершить тест на максимальное экспираторное давление (МЕР). Проводится в три попытки, с периодами отдыха 3 минуты. После этого из результата среднего значения МЕР (МЕРср) рассчитывается индивидуальная нагрузка на уровне 30% от МЕРср. Далее, после отдыха 5 минут, обследуемый должен совершить выдох через мундштук, соединенный с манометром, при этом, достигнув уровня 30%МЕР, удерживать интенсивность выдоха до 5 секунд. Как исходная проба, так и последующая проводятся в три попытки, через три минуты отдыха каждая. Для расчетов и оценки результатов используется среднее значение. Регистрация поверхностной электромиографии (ПЭМГ) проводится на пятой секунде.
Дают два вида нагрузки: первая равна максимальному экспираторному давлению (МЕР), которую считают 100% нагрузкой, проводится в 3 попытки, чтобы исключить психологический фактор, из которых рассчитывают среднее значение (МЕРср). Во время каждой попытки регистрируют поверхностную электромиографию во 2-м и 6-м межреберье с помощью биполярных электродов, рассчитывают среднее значение средней амплитуды из трех попыток (А100%ср). Вторую нагрузку рассчитывают из первой: МЕРср*0,03 (30% от максимального экспираторного усилия). Второй вид нагрузки проводят в три попытки, во время которых проводится регистрация поверхностной электромиографии, рассчитывают среднее значение амплитуды (А30% ср).
Далее проводят расчет индекса эффективности (ИЭ) по следующей формуле:  где а - средняя амплитуда во время проведения теста максимального экспираторного давления; b - средняя амплитуда, зарегистрированная во время проведения теста с нагрузкой, равной 30% от максимума, 30 - интенсивность нагрузки, рассчитанной от максимальной Приводят значение амплитуды к 70%, что является разницей двух видов нагрузки. При величине ИЭ больше 70 условных единиц делают заключение о низкой эффективности работы дыхательных мышц, для выполнения работы, заданной интенсивности мышца выполняет большее усилие. А при величине ИЭ меньше 70 условных единиц делают заключение о высокой эффективности работы дыхательных мышц, т.к. для ее выполнения им требуется меньшее усилие.
Пример конкретного выполнения способа:
Испытуемый X., 20 лет. Острой и хронической патологии не имеет.
1
2
3
С целью вычисления индивидуальной нагрузки проведено измерение МЕР, в три попытки с перерывами на отдых 3 минуты, получено значение: МЕР- 66 мм рт.ст, МЕР- 72,3 мм рт.ст., МЕР- 70 мм рт.ст. С применением стандартного метода расчета средней арифметической, было вычислено среднее значение (МЕРср=69,43 мм рт.ст.), далее была рассчитана индивидуальная нагрузка, равная 30% от МЕР ср, МЕР30%=20,83 мм рт.ст.
Во время исследования исходного уровня нагрузки велась регистрация поверхностной электромиографии с помощью программы ЭВМ, был рассчитан параметр средней амплитуды дыхательных мышц для исходной нагрузки, равной 100%. Из трех попыток, было рассчитано среднее значение с применением стандартной методики расчета средней арифметической. А100%=2,46 мкв.
1
2
3
Далее обследуемый совершает маневр выдоха, но теперь ему необходимо посредством выдоха достигнуть и удержать до 5 секунд, давление на выдохе равное МЕР30% - 21 мм рт.ст. При одновременной регистрации поверхностной электромиографии. После трех попыток, программным обеспечением ЭВМ получены следующие результаты средней амплитуды: А30%=0,65, А30%=0,76, А30%=0,63 мкв. Рассчитано среднее арифметическое значение, для данных параметров. А30%ср=0,68 мкв.
Далее подставляем полученные значения в формулу:
что больше 70 у.е., можем сделать заключение о низкой эффективности работы дыхательных мышц. На дыхательную нагрузку, которая увеличилась на 70%, испытуемый прилагает усилие дыхательных мышц больше 70% (см. таблицу №1).
Испытуемый А., 20 лет. Острой и хронической патологии не имеет.
1
2
3
С целью вычисления индивидуальной нагрузки проведено измерение МЕР, в три попытки с перерывами на отдых 3 минуты, получено значение: МЕР- 82 мм рт.ст, МЕР- 78,6 мм рт.ст., МЕР- 65 мм рт.ст. С применением стандартного метода расчета средней арифметической было вычислено среднее значение (МЕРср=75,2 мм рт.ст.), далее была рассчитана индивидуальная нагрузка, равная 30% от МЕР ср, МЕР30%=22,56 мм рт.ст.
Во время исследования исходного уровня нагрузки велась регистрация поверхностной электромиографии с помощью программы ЭВМ, был рассчитан параметр средней амплитуды дыхательных мышц для исходной нагрузки, равной 100%. Из трех попыток, было рассчитано среднее значение с применением стандартной методики расчета средней арифметической. А100%=6,49 мкв.
1
2
3
Далее обследуемый совершает маневр выдоха, но теперь ему необходимо посредством выдоха достигнуть и удержать до 5 секунд, давление на выдохе равное МЕР30% - 22,56 мм рт.ст. При одновременной регистрации поверхностной электромиографии. После трех попыток, программным обеспечением ЭВМ получены следующие результаты средней амплитуды: A30%=2,84, А30%=4,36, А30%=3,36 мкв. Рассчитано среднее арифметическое значение для данных параметров. А30%ср=3,52 мкв.
Далее подставляем полученные значения в формулу:
что меньше 70 у.е., можем сделать заключение о высокой эффективности работы дыхательных мышц. На дыхательную нагрузку, которая отличается на 70%, испытуемый прилагает усилие дыхательных мышц меньше 70% (см. таблицу №2).
Технический результат: Предлагаемый способ позволяет объективно оценить эффективность работы дыхательных мышц во время выполнения индивидуальной нагрузки, а также оценить степень прироста интенсивности работы дыхательных мышц относительно прироста мощности нагрузки. Способ может быть использован для прогнозирования пригодности в профессиях, связанных с нагрузками на систему дыхания (стеклодувы, музыканты, газовая промышленность). А также может служить основой для рекомендаций в центрах спортивной и профилактической медицины, кабинетах восстановительной медицины в соответствии профессиональным направлением. Выбранный способ расчета позволяет детально охарактеризовать работу дыхательных мышц в современной медицине. Неинвазивность способа позволяет его применять у ослабленных групп населения, в том числе детей.
Литература, принятая во внимание
1 Аулик, И.В. Определение физической работоспособности в клинике и спорте / И.В. Аулик. - М.: Медицина, 1979. - 192 с.
2 Чучалин, А.Г. Пульмонология: национальное руководство / А.Г. Чучалин. - ГЭОТАР-Медиа - 92 с.
3 Black L., Hyatt R. // Amer. Rev. Respir. Dis. - 1969. - V. 99. - P. 518.
4 Ершов С.П. Тренировка дыхательных мышц с помощью субмаксимальных нагрузок на велоэргометре / С.П. Ершов, Ю.М. Перельман // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. - 1999. - №5. - С. 41-45.
5. Патент RU 2199948.
6. Патент RU 2414170.