I. FUNKCNÍ VYŠETŘENÍ DÝCHACÍHO SYSTÉMU 1. Úvod Funkční vyšetření dýchacího ústrojí řadíme mezi objektivní, jednoduché a časově nenáročné sledování. Hodnocením vybraných parametrů zevních dechových funkcí získáváme obraz o zapojení specifických částí, které zajišťují přívod kyslíku a výdej oxidu uhličitého pro metabolické potřeby i tkáňové dýchání. Klidové hodnoty funkčního vyšetření plic neukazují ale na samostatnou účast jednotlivých etáží, nýbrž na jejich komplexní zapojení. Jedná se například o intenzitu vnitřního dýchání a metabolickou úroveň tkání. 0drážejí se zde také možnosti transportního systému, včetně hematologické funkční kapacity, a v neposlední řadě i činnost srdce jako pumpy a vlastní kvalita pulmonálního systému. Jde tedy o globální problematiku, proto se do popředí dostává včasná diagnostika poruch dýchání, a to především při působení známých zevních faktorů. Dané odhalování škodlivých účinků na pulmonální aparát je záležitostí převážně preventivních oborů.
Kysličník siřičitý o koncentraci 2,5-120 mg/m3 po dobu 1 — 10 minut snižuje hodnoty rozepsaného výdechu. Proto při hodnocení účinku nečištěného ovzduší sledujeme charakteristické anamnestické známky, které jsou odrazem působení disperzních faktorů na pulmonální aparát. Symptomy závisí na změně koncentrací vdechovaných plynů a na senzitivitě organismu. Při odborném vyšetření dechových funkcí nacházíme snížení hodnot rozepsané usilovné vitální kapacity, ale i maximálního průtoku vzduchu při výdechu. Vysoká citlivost těchto jednoduchých funkčních vyšetření (FVC, FEC) byla prokázána v mnoha studiích, které hodnotili vliv znečištěného ovzduší na zdravotní stav obyvatelstva. Při vyšetřování funkcí pulmonálního aparátu sledujeme kvalitativní a kvantitativní parametry, které srovnáváme s určitou normou. Naměřené hodnoty jsou ovlivněny metodikou sledování, použitými přístroji i aktivní spoluprací vyšetřovaného. U hodnocení dýchacího systému vycházíme z anamnézy, kde si všímáme následujících příznaků: kašel, expektorace, expirační a inspirační dušnost, cyanosa, bolesti na hrudi, hemapnoe. Při klinickém vyšetření se zaměřujeme na morfologické změny hrudníku a jeho postavení při dýchání. Při obstrukčních onemocněních nacházíme inspirační postavení hrudníku se snížením vitální kapacity plic.
Restrikční poruchy vedou k expiračnímu postavení hrudníku se zvýšenou dechovou frekvencí. Obdobný nález se objevuje při fibrosách, pleurálních srůstech, morbus Bechtěrev, ale i při zvýšených stavech bránice (u obezity). Základní přístrojové vybavení pro měření pulmonálních funkcí dělíme dle mechanismu na: suché a vlhké sporografy a spirometry, s uzavřeným nebo otevřeným systémem. Klasickým příkladem vlhkého spirometru je vodní Hutchinsonův přístroj, který slouží k objektivizaci vitální kapacity. V našich podmínkách můžeme v současné době využívat k detekci základních plicních funkcí následující přístroje; -
plynové hodiny fy PREMA : jsou určeny pro hrubé měření objemu dechových plynů, fy DRÄGER: jsou vhodné pro přesné a dlouhodobé hodnocení. Svou malou hmotností umožňuje sledování i v extrémních
-
podmínkách Vitalograph, Eutest: využíváme k hodnocení FVC, FEV1, Compliance test fy Godart,
Spirometr SpireX II s vyhodnocovačem Spiroscrem, jsou zaměřeny na komplexní hodnocení pulmonálního aparátu.
Naměřené hodnoty plicních objemů v určitých proměnných podmínkách označujeme ATPS. Pro standardizaci je korigujeme na podmínky BTPS (teplota 370, atmosférický tlak 101,3 kPa = 760 mmHg, průměrná saturace vodními parami) - tabulka Č. 1. Při orientačním měření se využívá korekční faktor až u změny barometrického tlaku o více než 10 torr od hodnoty 760 torr. K přepočtu využíváme obr. Č. 1 nebo následující vzorec: objem (BTPS) = = objem (ATPS) . 273+37 0C . p – p‘ 273+Tn p – p‘‘ . Tn ............teplota naměřená 0C p...........…barometrický tlak v torrech p‘..............tlak H20 při porovnávané teplotě p‘‘.............tlak H20 při 370C PH20 = 9,903 - 0,3952 . T + 0,03775 .T2 ‚ PH20 (při 370C) = 6,25 kPa (47 torr) K získání přesných výpočtů převádíme naměřené hodnoty procentuálního objemu z podmínek ATPS na STPD (tzv. hodnota objemu suchého plynu při teplotě 00C a tlaku 101,3 kPa) dle obr. Č. 2 nebo vzorce: objem (STPD) = = objem (ATPS) . 273 273 + T
. p – p‘ 760
Tabulka Č. 1 PODMÍNKY ATPS, KOREKČNÍ FAKTORY BTPS, STPD Symbol ATPS............označuje ventilační hodnoty skutečné, tedy dosud nekorigované. Je to označení pro plyn nasycený vodní parou za okolní teploty a tlaku.
Faktor BTPS............(body temperature pressure, saturated). Koriguje hodnoty minutové ventilace a vitální kapacity plic. Převádíme je na standardní podmínky při tělesné teplotě 370C při plném nasycení vodními parami a při okolním barometrickém, tlaku. Hodnoty faktoru BTPS se pohybují okolo 1,1. Faktor STPD........... (standard temperature, pressure, dry). Koriguje minutovou ventilaci potřebnou pro výpočet objemových množství spotřebovaného O2 a vydaného CO2. Je to korekce objemu na teplotu O0C při tlaku 760 torr a suchého plynu. Hodnoty faktoru STPD se pohybují okolo 0,9.
p................ barometrický tlak v torrech p‘....………tlak H20 při porovnávané teplotě T………….naměřená teplota Na základě změn jednotek tlaku v soustavě SI jsou hodnoty v mmHg uvedené jako příklad. Při vlastním výpočtu lze dosazovat jednotně kPa do čitatele i jmenovatele.
Z hlediska preventivních oborů není rozhodující jen diagnostika obstrukčního, restrikčního nebo kombinovaného poškození, ale především zjištění prvotních příznaků onemocnění. Významná jsou další opatření, která následují při zjištění daného nálezu, a to nejen pro jedince ve smyslu kurativy, ale i ve prospěch celého kolektivu, který je vystaven působení stejné noxy. Funkční vyšetření plic (abr.č.34) se provádí při vstupní průběžné a výstupní prohlídce rizikových pracovníků. Měříme klidové nebo pozátěžové objemy dýchání. Vyhodnocením výsledků získává hygienická služba přehled : o změnách a poškození funkčního stavu organismu v časovém vývoji, o působení zevních faktorů prostředí na vybrané systémy organismu, o dynamických změnách dechových funkcí s možností včasného organizačního zásahu, čímž lze zamezit poškození dalších pracujících, ale i zahájit screening-šetření a okamžitou terapii, o rizikovosti pracoviště a agresívnosti působících nox, o odhalení potenciace účinku faktorů prostředí na organismus s posudkovými důsledky, o reverzibilních změnách v závislosti na době expozice s hodnocením stacionarity či progrese nalezených příznaků.
Porovnání naměřených hodnot plicních funkcí s náležitými hodnotami je nutno provádět přísně Individuálně. Aktivní sportovec (atlet) měl při lékařském vyšetření hodnotu vitální kapacity o 50% vyšší ve srovnání s náležitými údaji. Při akutní expozici organickými rozpouštědly došlo k bezprostředním projevům astmoidní bronchitidy.
Všechna funkční vyšetření byla, z hlediska lékaře, v normě. Ve skutečnosti však došlo po uvedené expozici ke snížení VK o 50% k původně naměřeným hodnotám. Obr.č. 3 CHEMATICKÉ ZNÁZORNĚNÍ PIROMETRICKÉ KŘIVKY VC………..vitální kapacita EVC………expirační vitální kapacita IVC……….inspirační vitální kapacita
Vt…………dechový objem ERV………expirační rezervní objem IRV……….inspirační rezervní objem IC…………inspirační kapacita FRC………funkční reziduální kapacita TLC………celková plicní kapacita RV………..reziduální objem Obr.č.4
PLICNÍ OBJEMY VC………vitální kapacita TC………celková kapacita RV……...reziduální objem FRC…….funkční reziduální kapacita IRV……..inspirační rezervní objem ERV…….expirační rezervní objem RV………reziduální objem Vt……….dechový objem ……….normální plicně zdravá osoba II.………obstruktivní porucha dýchání III. ……..restriktivní porucha dýchání
2. Ventilační hodnoty statické 2.1. STANOVENÍ VITÁLNÍ KAPACITY PLIC (VC) Vitální kapacita plic (VC) je největší objem vzduchu, který lze vydechnout po maximálním nádechu, nebo nadechnout po největším výdechu. Je složena ze tří objemů: dechového, inspiračního rezervního a expiračního rezervního. Z metodického hlediska je vitální kapacita ovlivněna polohou těla při vyšetření. Bereme-li za základ polohu v sedě, pak při lehu se VC sníží o 5% při stoji se zvýší o 2%. Materiální zajištění
Při vyšetřování se používají vodní spirometry nebo spirografy (např. klasický Hutchinsonův spirometr), suché plynoměry fy Dräger, náustky, nosní svěrka. Standardizace podmínek Vyšetřovaná osoba sedí, 3x se zhluboka nadechne a vydechne. Potom provede pozvolný maximální nádech přes náustek. Vyšetření se opakuje 3x, s odstupem minimálně 30 sekund. Získání výsledků Ze tří naměřených hodnot vypočteme průměr a převedeme dle tabulek nebo grafů z podmínek ATPS na BTPS. Absolutní hodnota vitální kapacity nemá sama o sobě význam, neboť je Ovlivněna mnoha faktory (povrchem těla, konstitucí, metabolismem, pohlavím, atd.) Proto porovnáváme naměřenou VC s tzv. náležitou hodnotou, kterou vypočteme:
dle povrchu těla VC náležitá (v ml) = povrch těla (m2) . 2 500
♂
VC náležitá (v ml) = povrch těla (m2) . 2 000
♀
(povrch těla dle obr. č. 5)
dle bazálního metabolismu (dle Anthonyho) VC náležitá (v ml) = BMN . 9,63 ♂ VC náležitá (v ml) = BMN . 8,79 ♀ BMN …………náležitá hodnota basálního metabolismu za 24 hodin BMN = (66,473 + 13,752 . a+5,003 . b-6,755.c) BMN = (655,096 + 9,563 . a+1,35 . b-4,676.c) a……………..hmotnost v kg b……………..výška v cm c……………..věk v letech použitím grafů dle Appla (obr.č.6) K výpočtům se používají tři grafy s diferenciací dle pohlaví a jedno měřidlo. V první části zjistíme náležitou hodnotu VC v závislosti na hmotnosti, dále na výšce a věku. Výsledek odečteme na standardním měřítku. Výsledky mohou být ovlivněny: neadekvátní reakcí vyšetřovaného (simulace nebo agravace), vadou přístroje (netěsnost, nepřesná kalibrace), neadekvátním přístupem vyšetřujícího k měření a k výpočtům (poloha vyšetřovaného, neúplné hodnocení apod.).
Obr.č.5 NOMOGRAM PRO STANOVENÍ POVRCHU TĚLA
Obr.č.6 VÝPOČET NÁLEŽITÉ VC PRO MUŽE I ŽENY (podle Appla)
Kvantitativní hodnocení vitální kapacity provedeme na základě hodnot, které získáme měřením a výpočtem po dosazení do vzorce: VC v % VC náležité = VCnaměřená . 100
VCnáležitá
Procentuelně vyšší údaje než náležitá hodnota VC jsou ve většině případů známkou úměrně lepší tělesné zdatnosti a naopak. Dobře trénovaní jedinci dosahují průměrně 120% náležité VC.
Kvalitativní hodnocení vitální kapacity provádíme při stanovení vyrovnanosti všech tří naměřených výsledků, kdy předpokládáme stejnou motivaci vyšetřovaného. Rozdílné hodnoty (o 250 ml a více) jsou známkou přetrénování nebo onemocnění. Nejčastěji diagnostikujeme neurovegetativní labilitu. Pod 70% VC posuzujeme vyšetření jako patologický stav. Při longitudinálním sledování provádíme individuální hodnocení změn plicních funkcí. Závěrem ke stanovení vitální kapacity plic můžeme říci, že se v první fázi zaměříme na diferenciální diagnostiku, zda se jedná o fyziologický nebo patologický stav. Snížení VC nacházíme při úbytku plicního tkaniva změně plicní elasticity. Z plicních příčin nalézáme snížení VC při maximálním výdechu u zánětů plicního parenchymu, zvýšení prokrvení plic, především venózní oblasti. Z mimoplicních příčin je snížená VC při deformacích hrudníku, páteře, žeber, nebo při tekutině v pohrudniční dutině či srůstech. Zvýšený stav bránice obdobně snižuje % VC, a to jak fyziologických příčin (gravidita, meteorismus), tak i při obrně dýchacího svalstva, obezitě, atd. Při opakovaném fyziologickém nálezu nízkých hodnot VC se zaměřuje na vytrvalostní trénink, kterým dosahujeme zvýšení vitální kapacity. Dechová cvičení, která ovlivňují elasticitu hrudníku a stažlivost bránice, vedou k výraznému zvýšení VC. Po extrémní nebo vysoké tělesné zátěži nacházíme snížení VC, což je odrazem únavy dýchacích svalů. 2.2. USILOVNÁ ROZEPSANÁ VITÁLNÍ KAPACITA (FVC) Jedná se o časový záznam objemu vzduchu, který můžeme vyšetřovaný po maximálním nádechu co nejprudčeji vydechnout. Při nedostatečné instruktáži lze nalézt vyšší hodnoty FVC než VC. Výpočet je obdobný jako při stanovení náležité VC: % FVC = FVCnaměřená(v ml) . 100 FVCnáležitá (v ml) Také hodnocení FVC se shoduje s rozborem VC. 2.3. INSPIRAČNÍ REZERVNÍ OBJEM (IRV) IRV – je množství vzduchu, které proband maximálně nadechne po normálním vdechu. Hodnoty vykazují širokou variační šíři. Jsou ovlivněny individuálním přístupem, polohou jednotlivce (největší IRV je ve stoji, nejmenší vleže). Při chronické obstrukční chorobě plic nebo fibrosách se IRV snižuje. U zdravých lidí se pohybuje okolo 63% VC. Výpočet IRV se provádí dle vzorce: IRVN = VCN - (VTN + ERVN)
IRVN ………….inspirační rezervní objem náležitý VCN …………..vitální kapacita náležitá VTN …………..dechový objem náležitý ERVN …………expirační rezervní objem náležitý 2.4. EXPIRAČNÍ REZERVNÍ OBJEM (ERV) ERV – je množství vzduchu, které je po normálním výdechu ještě maximálně vydechnuto. Hodnota je ovlivněna polohou těla (jako u IRV). Nejnižší je vleže (20,5% VC), vsedě se pohybuje okolo 32% VC , ve stoji
34% VC. Při opakovaných měřeních nacházíme vysokou individuální odchylku získaných hodnot. Výpočet náležité hodnoty ERV se provádí dle vzorce: ERVN = VCN . 0,21 Hodnocení vyjadřujeme v % náležité hodnoty. 2.5. DECHOVÝ OBJEM (VT) VT - je objem jednoho vdechu nebo výdechu při normálním dýchání. Hodnotíme pravidelnost dechové křivky, která je z fyziologického hlediska ovlivněna typem dýchání a polohou těla. U zdravého jedince se VT pohybuje okolo 15 – 18% VC. Inspirační vrcholy záznamu dýchání určují střední dechovou polohu. Náležité hodnoty dechového objemu vypočteme ze vzorce: VTN = VN : 15 VTN ……..náležitý dechový objem VN ……..náležitá minutová ventilace Norma se pohybuje od 350 do 800 ml. Při nálezu hodnot do 350 ml hovoříme o mělkém dýchání. Důsledkem je nedostatečný přívod vzduchu k alveolám, ale při minimálním zapojení dýchacích svalů. Dechový objem nad 800 ml se nazývá hlubokým dýcháním – ventilace alveol je velká při vysoké námaze dýchacího svalstva. Organizmus koriguje dechový objem v těsné závislosti na dechové frekvenci se snahou optimalizace uvedeného vztahu. Výsledkem je maximální, ale optimální ventilace při nejmenší námaze dechových svalů. U sportovců nacházíme vysoké hodnoty VT při nízké dechové frekvenci. Nízké hodnoty jsou známkou restrikční poruchy. U fibróz je charakteristický rychlý dech při mělkém dýchání, u chronické bronchitidy pomalé, ale hluboké dýchání. Z hlediska preventivních oborů hodnotíme nejen samotný dechový objem, ale i jeho uvedený vztah k dechové frekvenci.
3. Ventilační hodnoty dynamické 3.1. DECHOVÁ FREKVENCE (f) Dechová frekvence vyjadřuje počet dechů za jednu minutu. Měříme ji v klidu nebo při zátěži, a to subjektivními (aspekce, palpace) nebo objektivními metodami (pomocí pneumotachografů, spirografů, EMG záznamu dýchacích svalů, impedanční pneumografie). Snímače dechové frekvence dělíme na reciproké a nereciproké. Kritériem je místo vzniku elektrického napětí. Nevzniká-li mechanickým ovlivňováním při dýchání a je-li snímač jen součástí elektrického obvodu, jedná se o nereciproký detektor. Mezi tyto patří perimetrické snímače (neelektroliytické, elektrolytické, termistorové), které řadíme mezi nejrozšířenější a nejjednodušší. Jsou založeny na změně odporu. Jako konstrukční médium se u neelektrolytických využívá odporová pryž, uhlíkový prášek, rtuť, tenzometry, reostaty. U elektrolytických detektorů zaznamenáváme změnu odporového elektrolytu v pryžové hadičce při deformaci hrudníku u dýchání. Běžným elektrolytem je ZnSO4, CuSO4. Termistorové snímače dechové frekvence jsou dvojího typu: přímo a nepřímo žhavené. Druhá varianta je v daleko větší míře používána jak v terénní praxi, tak i při speciálních sledováních. Termistorové snímače pracují na principu detekce rozdílných teplot vdechovaného a vydechovaného vzduchu. Čidla umisťujeme do masky, polomasky, respirátoru, nebo přímo do nosního otvoru. Turbínkové snímače jsou založené na principu ventilometrů. Umožňují především sledování objemu vzduchu, kterým se uvede do pohybu kalibrovaný rotor turbínky. Odečet provádíme u Wrightova snímače přímo na detektoru nebo přes elektrický můstek digitálně na displey. Při zařazení vhodného obvodu se k přesnému hodnocení využívá i záznam dechového objemu. Snímače dechové frekvence jsou na základě fotoelektrického principu postupně vytlačovány novými metodami. Elektrický signál vzniká ve fotoelementu změnou průřezu světelného toku, který byl vyvolán změnou obvodu hrudníku při dýchání. Nejmodernějším systémem je impedanční pneumografie. Registrace probíhá na základě detekce změny odporu hrudníku při dýchání. Na hrudní stěnu se umístí (na protilehlé strany, nejčastěji ve střední axilární čáře
oboustranně) elektrody pro neklidové podmínky. Signál získáme tak, že na plovoucí elektrody přivádíme proud 0,55 mA při frekvenci 50kHz, zesílíme jej a změny detekujeme. Při předem provedené kalibraci lze orientačně měřit i dechové objemy. S výhodou se využívá i tzv. paralelní snímání, kde mimo dechové funkce můžeme zaznamenávat i EKG. Uvedená metoda se dobře osvědčila jak při klinickém, tak v terénním sledování (obr.č.7). Vlastní hodnota „f“ je do značné míry závislá na přístupu vyšetřovaného, neboť je ovlivnitelná emočně. Náležitá hodnota se pohybuje od 12 – 20 dechů za minutu (s průměrem 16 dechů/minutu). Nehodnotíme jen kvantitativní stránku, ale i kvalitu dýchání. Například změny dechové hloubky s hlubokými a mělkými dechy, včetně kratších a delších přestávek, svědčí o neurotických příznacích vyšetřovaného. 3.2. KLIDOVÁ MINUTOVÁ VENTILACE (V‘) V‘ – je objem vzduchu, který vyšetřovaný nadechne nebo vydechne v klidu za 1 minutu. Vlastní měření se provádí po dobu 5 minut s přepočtem na 1 minutu. Poskytuje základní informaci o proventilovaném množství vzduchu plícemi. Výsledek měření korigujeme převodním faktorem na podmínky BTPS. Náležitou hodnotu vypočteme dvěma způsoby z následujících vzorců. V‘N = VCN . 2,4 ♂ V‘N = 0,09942 + 0,0653 . a – 0,0322 . b + 0,0252 . c V‘N = VCN . 2,3 ♀ V‘N = 6,0003 + 0,0427 . a – 0,0306 . b + 0,0052 . c V‘N …………….klidová minutová ventilace náležitá ………………hmotnost v kg ………………výška v cm ………………věk v letech
Obr.č.7 BLOKOVÉ SCHÉMA IMPEDANČNÍ PNEUMOGRAFIE (Hill a Dolan, 1976)
Ze záznamu klidové ventilace zjistíme i poměr trváni expirace a inspirace. U zdravých osob se nachází náležitá hodnota 1 : 1,1 až 1 :1,5.
3.3. MAXIMÁLNÍ MINUTOVÁ VENTILACE (MMV)
MMV - je také nazývána maximální dechovou kapacitou (MBC) Je to největší objem vzduchu, který vyšetřovaný proventiluje za 1 minutu. Měření, ve kterém se využívají spirometry a spirografy, se provádí jen za období 15 sekund nebo 30 sekund s přepočtem na 1 minutu. Hodnoty vykazují velkou variabilitu, neboř jsou ovlivněny spoluprací vyšetřovaného. Náležitá hodnota se vypočítá dvěma způsoby: nepřímou metodou: MMVN = VCN . 20 přímou metodou: MMVN = VCN . a MMVN …………….náležitá minutová ventilace náležitá
a...............………….korekční faktor pro věk do 45 let — a =22 nad 45 let — a = 17 K exaktnímu a přesnějšímu hodnocení používáme vzorce dle BALVINA: MMVN = 71,3 -(0,474.R) . P MMVN = 86,5 -(0,522.R) . P R.................věk v letech
P.................povrch těla v m2 Hodnocení : Naměřené hodnoty porovnáváme s normami. Výsledek nás informuje o funkčním stavu dýchacího svalstva, o poddajnosti systému plíce - hrudník, a o odporu dýchacích cest i tkaniva. Mimo číselného porovnání hodnot, provádíme i analýzu grafického záznamu, kde posuzujeme: posun do inspirační oblasti a ztížený návrat, který je charakteristický u obstrukcí nebo při ztrátě elasticity plicní tkáně, -
posun do inspirační polohy, který svědčí o zvýšené rigiditě hrudníku.
Při hodnocení je dalším kritériem i výpočet dýchací rezervy (dr). Je to poměr mezi klidovou a maximální minutovou ventilací. Náležitá hodnota se má pohybovat od 1:5 do 1:10 (s průměrem 1:7). Nižší hodnoty svědči o nástupu nebo již manifestních známkách insuficience plicní. Hodnoty maximální minutové ventilace využíváme i při rozboru procenta dechové rezervy (% dr) - např. při určitém pracovním výkonu:
% dr = MVV - x
. 100
MVV
x……........průměrná hodnota objemu vzduchu při daném výkonu v přepočtu na 1 minutu práce Naměřená hodnota vyjadřuje zapojení dýchacího aparátu při určité práci k maximální volni minutové venti1aci. Ukazuje tedy rezervy dýchacího systému při dané činnosti a stupeň namáhavosti pro organismus. 3.
4. ROZEPSANÝ USILOVNÝ VÝDECH (FEV)
FEV - je množství vzduchu vydechnutého s maximálním úsilím a s největší rychlostí. Následuje po nejsilnějším nádechu. Hodnocení se provádí ze spirografického zápisu (EUTEST) nebo z výsledků získaných přímo digitálně. Naměřenou hodnotu vyjadřujeme v ml a korigujeme z podmínek ATPS na BTPS. Běžně sledujeme usilovný výdech v první sekundě - FEV1 (obr.č. 8 ), méně často ve druhé a třetí sekundě - FEV2, FEV3. Náležitá hodnota se vypočte dle obr.č.8 nebo dle následujícího vzorce: FEV1(N) = VCN . f FEV1(N)............náležitá hodnota rozepsaného usilovného výdechu f……………….faktor závislosti na věku do 20 let — 0,90 21-30 let — 0,85 .‚ 31-50 let — 0,80 51-60 let — 0,75 61 let a více — 0.70 Hodnocení se provádí srovnáním naměřené celkové veličiny FVC k dílčí části volumu rozepsaného výdechu (za 1,2, či 3 sekundy). Získáváme hodnotu, která udává, kolik procent usilovné vitální kapacity bylo vydechnuto za daný časový interval. FEV1 FEV % =
• 100
FVC Náležitá hodnota se má u zdravého jedince pohybovat v průměru od 70 - 85 % FVC. Výrazná je závislost FEV % na věku. Za normu považujeme následující údaje:
do 20 let...............do 76 % FVC 21-40 let..............do 72 % FVC 41-60 let…………do 70 % FVC nad 61 let..............do 68 % FVC
Obr.č. 8 NOMOGRAM KE STANOVENÍ NÁLEŽITÉ HODNOTY VITÁLNÍ KAPACITY, FEV1
4. Metody analytické Tyto metody jsou založeny na kvantitativní detekci kyslíku a oxidu uhličitého, a to dvěma způsoby: a)
chemickou cestou
O2 je absorbován v pyrogalolu nebo směsí antrachinonu s tiosíranem sodným a hydroxydem draselným. CO2 absorbuje hydroxid a dvojchroman draselný. b) fyzikálním způsobem hmotová spektrografie založená na detekci látek s rozdílnou molekulární hmotností, - interferometrická detekce na principu zjišťování rozdílné optické lomivosti, sledování různé vodivosti kovů, paramagnetické analyzátory. Nalezené změny, vyjádřené v procentuálním zastoupení jednotlivých plynů, se přepočítávají na přesná objemová množství dle velikosti proventilovaného vzduchu. V současné době je stále ještě velkým problémem přechod od vžitých jednotek (mililitry) k novým jednotkám soustavy SI (milimoly). Přepočet provádíme dle následujícího vztahu: n‘O2(ml.min-1 ) . 0,0446 = n‘O2 mmol.min-1 a‘CO2(ml.min-1 ) . 0,0449 = n‘C02 mmol.min-1
Organismus spotřebuje dané množství kyslíku při určitém výdeji oxidu uhličitého za časovou jednotku. 0bjem je závislý především na intenzitě metabolismu (fyzická práce, hormonální ovlivnění, atd.) a na kvalitě přijímané potravy - obr.č.9. Množství spotřebovaného kyslíku je především ovlivněno aktivitou organismu. Hovořímeli o klidovém záznamu kyslíku, jedná se o analýzu provedenou minimálně po 20ti minutovém klidu vyšetřovaného. Obr.č.9 VÝKON, SPOTŘEBA KYSLÍKU A ENERGETICKÝ VÝDEJ (Astrand, 1976)
K orientačním účelům používáme náležitou hodnotu, kterou vypočítáme dle vzorce: n‘O2 = VCN . 2,7361 n‘O2 = VCN . 3,0135
♂ ♀
n‘O2....….......náležitá hodnota spotřebovaného n‘O2 v mmol.min-1 VCN...........…náležitá hodnota vitální kapacity v litrech Tyto hodnoty se pohybují okolo 11,15 - 13,38 mmol.min-1 , což je 250 - 300 ml.min-1 . K přesnějšímu hodnocení se provádí výpočet dle basálního metabolismu za 24 hodin (v kJ): n‘O2 = BMN . 15,067 BMN...............basální metabolismus naměřený Množství vydaného oxidu uhličitého v klidu srovnáváme s náležitou hodnotou:
n‘CO2 = VCN : 13,04 ♂ n‘CO2 = VCN : 11,84
♀
Normální hodnoty se pohybují v rozmezí 8,98 -11,449 mmol.min-1 tj. 200-255 ml/min.
Hodnocení
4.1. POROVNÁNÍ KLIDOVÝCH A POZÁTĚŽOVÝCH HODNOT V prvé fázi provedeme korekci objemu z podmínek ATPS na STPD. Naměřená množství O2 a CO2 porovnáváme s náležitými hodnotami. Při hodnocení spotřeby kyslíku v klidu a při tělesné zátěži je možno klasifikovat: a) výkonnost vyšetřovaného - srovnáváme vzestup klidové spotřeby O2 a množství O2 při maximálním výkonu. Tuto klasifikaci (dle Knippinga) provádíme na základě následujících kritérií: třída – vzestup spotřeby O2 do trojnásobku klidových hodnot II.třída – vzestup spotřeby O2 do čtyřnásobku klidových hodnot III.třída – vzestup spotřeby O2 do pětinásobku klidových hodnot IV.třída – vzestup spotřeby O2 do šestinásobku klidových hodnot V. třída – vzestup spotřeby O2 do více než šestinásobku klidových hodnot b) individuální stupeň tělesné zátěže při vykonávané práci organismu dle Lange-Andersena: stupeň zátěže
spotřeba O2
velmi nízký
do 22,3 mmol.min-1 do 500 ml.min-1
nízký
22,34 – 44,6 mmol.min-1 501 – 1000 ml.min-1
mírný
44,64 – 66,9 mmol.min-1 1 001 – 1 500 ml.min-1
těžký
66,9, - 89,2 mmol.min-1 1 501 – 2 000 ml.min-1
velmi těžký
nad 89,2 mmol.min-1 nad 2 000 ml.min-1
c) dlouhodobé zatížení - jako poměr mezi maximální a průměrnou hodnotou spotřeby O2 při 8,5 hodinové práci, což by nemělo přesáhnout poměru 3 : 1. To znamená maximálně 33 % naměřených hodnot při nejvyšším výkonu. Vypočtená množství spotřebovaného kyslíku dosahují, i přes uvedené kritéria, poměrně širokého rozptylu. Přesnější údaj získáme, vztáhneme-li objem O2 k jednotce hmotnosti na 1 kg. Ještě exaktnější výsledek dostaneme pří přepočtu množství O2 na 1 kg aktivní tělesné hmotnosti.
4.2. VÝPOČET RESPIRAČNÍHO KVOCIENTU (RQ) RQ - je poměr mezi naměřeným množstvím O2 a CO2. RQ = n‘CO2 (STPD) n‘O2 (STPD)
(obr. Č. 10)
n‘C02 (STPD)........objem vydaného CO2 s převodem na podmínky STPD a‘O2 (STPD)......…objem spotřebovaného O2 s převodem na podmínky STPD RQ podává informace o stupni zapojení metabolismu do činnosti odrážející se na buněčné úrovni. Vyšší klidové hodnoty nacházíme fyziologicky při metabolismu glycidů (RQ = 1), nižší (0,7) jsou odrazem metabolismu tuků. Bílkovina vyvážená s ostatními živinami vede k RQ okolo 0,85, což znamená, že se při vstřebávání 100 molekul O2 vyloučí 85 molekul CO2. U zdravého člověka se může měnit RQ v klidu bezprostředně jen změnou velikosti plicní ventilace. Při zvýšeném vylučování CO2 hyperventilací dochází k hypokapnii a k respirační alkalose, kdy se objevují až tetanické křeče. RQ se sice blíží k jedné, ale tuto hodnotu nepřekročí. Naopak zvýšenou spotřebu kyslíku nacházíme u zvýšeného zapojení metabolismu, např. při hyperkinetickém syndromu KVS. Obr.č.10 NOMOGRAM PRO VÝPOČET RESSPIRAČNÍHO KOEFICIENTU (RQ)
Metabolické změny jsou tedy dány kvantitativními a kvalitativními poměry přijatých a utilizovaných živin. Nemetabolické faktory, které ovlivňují RQ, vznikají odchylkami v
acidobazické rovnováze. Při fyzické námaze a bezprostředně po ní reaguje vytvořený laktát s bikarbonátovým polem (obr.č.11) a uvolňuje ve vyšší míře oxid uhličitý. Nacházíme vzestup RQ. Naopak v zotavovací fázi se kyselina mléčná oxiduje a resyntetisuje na glykogen, čímž se uvolní báze a fixuje se CO2. Hodnota RQ klesá. Uvedený rozbor ukazuje, že RQ v prvé řadě odráží anaerobní metabolické změny, i když v sobě zahrnuje i složku aerobní. Při detailnějších studiích vypočítáváme tzv. aerobně - anaerobní koeficient jako poměr maximálního přírůstku minutové spotřeby kyslíku a klidové hodnoty ku maximálnímu přírůstku RQ. KA:AN =
Δ O2max. Δ RQmax.
KA:AN .........……aerobně-anaerobní koeficient Δ O2max.………max.hodnota O2 - klidová hodnota O2 Δ RQmax………max. hodnota RQ - klidová hodnota RQ
Tento koeficient ukazuje na poměr aerobního a anaerobního metabolismu. Čím je hodnota KA:AN vyšší, tím je i konaná práce ekonomičtější. Je zde také výrazná závislost na pohlavních rozdílech a tělesné zdatnosti. Mimo samotné jednotlivé zvýšení a snížení poměrů koncentrací kyslíku a oxidu uhličitého, ovlivňují RQ i stavy při působení toxických nox s afinitou převážně k dýchacímu centru. Jedná se například o chlorované uhlovodíky, ketony i barbituráty. Patří sem především tuková rozpouštědla. Proto je zde výrazná afinita k lipidům CNS, dále i k buněčnému metabolismu CNS s příznaky nervového útlumu. Obr.č.11 ZMĚNY RESPIRAČNÍCH UKAZATELŮ PŘI TĚLESNÉ ZÁTĚŽI 1……..ventilační ekvivalent pro kyslík 2……..minutová ventilace 3……..ventilační ekvivalent pro kysl.uhličitý 4……..respirační koeficient 5……..výdej kysličníku uhličitého 6……..spotřeba kyslíku 7……..max.možný výkon 8……..max.spotřeba kyslíku v steady state 9……..submax.výkon (80% VO2 max.) 10……začátek anaerobního získávání energie (RQ 1) 11……max.optimální výkon v metabolicko-respirační rovnováze Zde se zároveň sníží výdej oxidu uhličitého a příjem kyslíku. Protože RQ je jejich poměrem, nedojde ale k jeho výrazné změně. Dalším způsobem snížení výdeje CO2 a příjmu O2 je útlum tkáňového dýchání. V pracovním prostředí je hlavním představitelem - kyanovodík (HCN). RQ je ovlivněn i skupinou derivátů
benzenu (amino a nitro), včetně nitritů, vytvářející methemoglobin, což snižuje nepřímo tkáňové dýchání. Složité zapojení patofyziologických mechanismů ukazuje také známé působení CO na organismus. Snižuje se spotřeba O2, ale místo očekávaného snížení CO2 nalézáme zvýšený výdej CO2, včetně adekvátních změn v RQ• 4.3.
VENTILAČNÍ EKVIVALENT (VE)
Ventilační neboli dechový ekvivalent (DE), který vyjadřuje objem proventilovaného vzduchu na množství spotřebovaného kyslíku, se vypočte dle následujícího vzorce: V‘ (BTPS) VE = DE = V‘O2 (STPD)
VE,.............ventilační ekvivalent V‘...............množství vydechnutého vzduchu V‘O2........….množství spotřebovaného kyslíku VE je tedy poměr mezi množstvím vydechovaného vzduchu za danou časovou jednotku a objemem spotřebovaného kyslíku ve stejném časovém intervale (dříve ml/min, nyní mmol/min). Ukazuje, kolik bylo spotřebováno kyslíku z vdechnutého vzduchu. Snížení ventilačního ekvivalentu nacházíme u hypoventilace, zvýšení u hyperventilace. Čím je zdatnost pulmonálního systému horší, tím více stoupá VE. Odpovídá to potřebě většího množství vzduchu k získání stejného objemu kyslíku. Normální hodnoty se u zdravého jedince pohybují v rozmezí 561 - 567 mmol/min, což je 25± 3 ml/min. 4.4. KOEFICIENT UTILIZACE (KU) K sledování změn plicních funkcí se využívá i výpočtu koeficientu utilizace, který vyjadřuje obrácený poměr stejných hodnotících faktorů než ventilační ekvivalent (ukazuje množství spotřebovaného O2 na každý litr prodýchaného vzduchu), Výpočet se provádí dle vzorce: V‘O2 (STPD) KU = V‘ (BTPS)
. 100
KU.……....... koeficient utilizace V‘O2...……...množství spotřebovaného O2 V‘……..........množství proventilovaného vzduchu Normální hodnoty se pohybují od 1 122 - 743,7 mmol tj. 30 - 33,3 ml. Výsledná hodnota je ovlivněna řadou faktorů. Odráží především intenzitu metabolismu.
4.5. ANALÝZA DÝCHACÍCH PLYNŮ POMOCÍ SPIROLYTU V ČSSR se k analýze vydechovaných plynů používá přístroj SPIROLYT (NDR), který je složen z následujících částí: a) Ana1yzátor kys1íku — je založen na paramagnetickém principu. Do analyzační komory, která je umístěná mezi pó1y magnetu, je nasávaný z jedné strany analyzovaný vzduch, z druhé referenční plyn (atmosférický vzduch nebo čistý kyslík). Analyzační komora je rozdělená jemnou pružnou kovovou membránou a tvoří kapacitní snímač. Jestliže je koncentrace kyslíku různá, dojde k tlakovému rozdílu. Tato změna je přímo úměrná koncentraci O2 v analyzovaném vzduchu. b) Ana1yzátor kysličníku uhličitého - pracuje na ketaferometrickém termoinduktivním principu. Množství tepla, které vydává do okolí odporový drát nezávisí jen na tepelných ztrátách způsobených prouděním plynu, ale i na složení referenčního platinového drátku je úměrný rozdílu koncentrací CO2 ve zkoumaném a atmosférickém vzduchu. c)
Počítač dechů s nulovacím zařízením - umožňuje odečítat počet dechů.
d)
Zvukové a světelné zařízení - slouží k udávání pracovního rytmu.
e) Re9istrační systém. Posun registračního papíru je pomalý (1 cm za 1 minutu). Hodnoty spotřeby O2 a výdeje CO2 jsou gistrovány jedním pisadlem (bodovým) střídavě v 4 sekundových intervalech. Postup při měření
Spirolyt musí být umístěn na pevné podložce tak, aby vodováha připevněná přímo na přístroji by]a přesně vyvážená. Správná funkce analyzátorů ve Spirolytu je podmíněna dokonalým vyrovnáním teplot v přístroji. Spirolyt musí být proto zapnutý nejméně 3 hodiny před vyšetřením. Při každodenním používání přístroje může být Spirolyt (s výjimkou regitrace, nasávání tlakové pumpy) zapnutý nepřetržitě i přes noc. Náplň ve vysušovači vzduchu musí být čerstvá a zrnka CaC12 mají být velká 6 - 10 mm. CaCl2 ve formě prášku zvyšuje odpor proudění vzduchu a zhoršuje podmínky přímého měření. Hodnotu barometrického tlaku nastavíme pomocí přepínače na přední stěně Spirolytu. Průtoky vzduchu na prútokoměrech při přímém měření nastavíme na 80 l za minutu a 20 l . hod-1. Do výpočtu spotřeby O2 a výdeje CO2 musíme hodnotu nastaveného průtoku vzduchu (80 1. min-1 ) přepočítat na hodnotu STPD. Před začátkem vlastního měření je třeba přesně nastavit proud pro analyzátory a % rozsah, na kterém se bude měřit. Červený zápis zaznamenává hodnoty spotřeby O2, modrý - výdej CO2. Jakmile jsou již obě hodnoty nastaveny na nulu, kontrolujeme správnost měření a registrace. Nulové hodnoty nesmí kolísat minimálně 3 minutu před analýzou nadýchaného vzduchu. Přímé měření spotřeby O2 a výdeje CO2 v klidu a při námaze.
Nejdříve necháme analyzovat 1 - 2 minuty atmosférický vzduch, Potom připojíme vyšetřovaného přes náustek ke Spirolytu. Mezi vydechnutím vzduchu a registrací hodnot uběhne určitý čas latence - asi 30 až 50 sekund. Vyšetřovaný dýchá 5 minut v klidu, potom následuje fyzická zátěž. Po ukončení zátěže pokračujeme v registraci a čekáme, až křivka klesne na klidovou úroveň. Vyšetřovaného pak od přístroje odpojíme a necháme 2 minuty registrovat nulovou úroveň na Spirolytu. Záznam rozdělíme na úseky klidové, zátěžové a zotavení. Potom změříme planimetricky vždy plochu té části, kterou chceme hodnotit a získáme údaj “a“ v cm2. Tuto hodnotu vydělíme časem trvání sledované části v minutách “t“‚ a obdržíme hodnotu úměrnou spotřebě O2 za 1 minutu tj. “f‘: a (cm‘) = f (cm) t (ruin) Hodnotu “f‘ převedeme na % tak, že ji vyznačíme v cm na přímce a odměříme příslušným měřítkem z příslušného Spirolytu v % O2, resp. CO2. Takto změřenou hodnotu “b“ dosadíme do vzorce: c(litry) . b (%) = spotřeba O2 nebo výdej CQ2 100 Nepřímé měření. Toto měření provádíme následovně: přiložíme nosní svěrku, náustek s prodloužením do Douglassova vaku a provedeme odběr v určitém časovém intervalu (30 s, 1 minuta, 6 minut, 12 minut), - Spirolyt připravíme obdobně jako u přímého měření, ale nezapínáme tlakovou pumpu, připojíme Douglassův vak ke Spirolytu a provádíme analýzu (v průměru 3 minuty) s odečtem % O2, % CO2 (včetně objemu a korekce na podmínky STPD), po provedení kvalitativního rozboru hodnotíme i objem vzduchu, který byl za daný časový úsek vydýchán (s převodem na podmínky BTPS).
5. Závěr Pří vyšetřování plicního systému z hlediska preventivního zaměření je nutné zdůraznit včasnost detekce změn a studium již počátečních reakcí při působení zevních činitelů. Normální hodnoty, které sledujeme v dynamickém časovém vývoji, srovnáváme s věkovými, výškovými a hmotnostními charakteristikami k tzv. náležitým neboli referenčním hodnotám. Při analýze vycházíme z předpokladu, že uvedené hodnoty jsou vytvořeny z hlediska průměrného vzrůstu a fyzické aktivity středního stupně, při průměrné motivaci k vyšetření. Všechny uvedené faktory vždy zvažujeme ve vztahu k zjištěné náležité hodnotě naměřené, a především k danému jedinci. Výsledky, které se vyskytují. v rozmezí 100 % ± 20 % od referenční hodnoty považujeme za fyziologické. Z matematického hlediska při zavádění
výpočetní techniky stanovíme jako fyziologicky typ údaje nacházející se v pásmu ± 2,5 % směrodatné odchy1ky. Zjištěné výsledky můžeme z hlediska klinika dále dělit na: lehký střední těžký
stupeň poruchy.
Preventivní obory se zaměřují především na změny, které nastávají ve fyziologické variační šíři v závislosti na proměnných faktorech individua‚ ale i v návaznosti na pracovní expozici a jiné faktory prostředí. Z hlediska preventivního zaměření hygieny se zde nejedná o registraci změn plicnic funkcí, ale o aktivní a komplexní diagnostiku s cíleným zaměřením na sledování exponovaných osob a včasnou detekci ještě reverzibilních změn. Důraz je kladen na opatření organizační a technická, převážně na omezení škodlivé expozice. Při působení zevních faktorů na dýchání vznikají změny, které v praxi dělíme na akutní a chronické. Noxy působící na dýchací aparát a na celý organismus rozlišujeme z hlediska denní lékařské činnosti na: - látky vedoucí k hypoxii bez interakce s organismem (hypoxemie a hypoxie) - CO2, N2, CH4, C2H8, - látky, které vedou k hypoxii interakcí s organismem - CO, kyanovodík, anilin - selektivní působení na CNS - éter, chlorované uhlovodíky, alkoholy, ketony. Chronické působení je podstatně složitějším problémem, který je předmětem bádání mnoha řešitelských kolektivů. Účinek dlouhodobé expozice na organismus a odchylky takto vzniklé je nutné v první řadě odlišit od změn způsobených věkem. S narůstajícím věkem dochází ke snižování hodnot vitální kapacity, především inspirační rezervní kapacity. Nižší jsou i hodnoty FEV, Vmax., maximální proudové rychlosti vydechovaného vzduchu. Důsledkem nerovnoměrného proventilování plic v klidu dochází ke zhoršení ekonomiky dýchání. Uvedené změny nelze dávat do přímé souvislosti s toxickým působením faktorů zevního prostředí, neboť jsou důsledkem fyziologicko-biochemických změn při nárůstu věku. Speciálním znakem, který v současné době nalézáme, je i zvyšování tělesné neaktivní hmotnosti v závislosti na zvyšujícím se věku. Obezita snižuje výkonnost při tělesné práci. Extrémní případy vedou až k Pickwickově syndromu (syndrom alveolární hypoventilace) - slabost, tepenná hypoxemie, dušnost, cyanosa, polyglobulie, zvýšení hematokritu, somolence atd. Při zvýšených hodnotách ideální hmotnosti nacházíme snížení VC a dechového volumu s kompenzačním zvýšením dechové frekvence při zvýšení dechové práce. Hypoventilace vede ke zvýšení tenze CO2. Příčinou je zvýšený stav bránice, přetížení dýchacích svalů, snížení účinnosti inspiračního svalstva, je omezena hybnost hrudního koše a bránice. Nepřihlédnutím k uvedeným faktorům jsou neadekvátně interpretovány naměřené hodnoty a změny jsou přičítány k chronických negativním expozicím těchto zevních nox. Určitý vliv se při zhoršování plicních funkcí a při zvyšování věku přičítá druhotnému snížení citlivosti
respiračního centra na hyperkapnni a hypoxii ‚ pak nacházíme i poruchy poměru ventilace — perfúze při zvýšeném objemu plic a při dechové arytmii. Důvody, proč sledovat dynamické změny plicních funkcí, pramení ze snahy o preventivní opatření. a včasné zásahy do tvorby životního prostředí. Největší problémy se znečišťováním ovzduší vznikají např. u nás, kdy nutnost chránit životní prostředí dokumentuji následující údaje. Z celkové plochy je nadměrným koncentracím škodlivin v ovzduší trvale vystaveno 6 000 m2 s více než 3 miliony obyvatel. Na 1km2 připadá spad 37 tun pevných, 29 tun plynných škodlivin za rok (z toho 27 tun SO2 za rok). Za rok při přepočtu na 1 obyvatele připadá 237 kg pevných a 248 plynných exhalátů. Výrazný alergizující vliv znečištěného ovzduší působí především na bronchy menšího průměru (3-5 mm). Pří chronickém účinku může vzniknout až emfysem s možností přestupu látek z ovzduší přes elveolární membránu. Proto epidemiologické studie ukazují výrazný nárůst onemocnění plic. V popředí jsou nejen akutní infekce, ale i chronická onemocnění, v závislosti na zvyšování koncentrací škodlivin v ovzduší.
