pełna wersja w pdf

Alergia
190 Astma Immunologia, 1999, 4(3), 190-193
Zale¿noœæ oporu systemu oddechowego od przep³ywu
u dzieci z astm¹ oskrzelow¹
WALDEMAR T OMALAK, JANUSZ HA£USZKA
Instytut GruŸlicy i Chorób P³uc, Zespó³ Pediatryczny w Rabce, Klinika Chorób Oddechowo–Kr¹¿eniowych,
ul. J. Rudnika 3, 34-700 Rabka
Opór dróg oddechowych w czasie naturalnego oddychania podlega systematycznym zmianom zgodnie z równaniem
Rohrera. Uœrednianie jego wartoœci w czasie mo¿e prowadziæ do b³êdów w ocenie, z uwagi na to, ze czêœæ oporu zale¿na jest od
przep³ywu powietrza przez drogi oddechowe. W pracy przedstawiono wyniki analizy przebiegu oporu systemu oddechowego
mierzonego przy pomocy techniki oscylacji wymuszonych u dzieci z astm¹ oskrzelow¹. Analizowano zale¿noœæ oporu od
przep³ywu w czasie cyklu oddechowego. Wyniki pokazuj¹, ¿e sk³adowa oporu niezale¿na od przep³ywu stanowi ponad 50%
ca³kowitego oporu dróg oddechowych i mo¿e byæ z niego wydzielona. Umo¿liwia to ocenê dro¿noœci przy pomocy parametru
niezale¿nego od wentylacji, co winno umo¿liwiæ obiektywizacjê oceny testów bronchomotorycznych.
Ocena stanu uk³adu oddechowego, a zw³aszcza
stopnia dro¿noœci oskrzeli jest spraw¹ o pierwszoplanowym znaczeniu w przebiegu astmy oskrzelowej,
z uwagi na fakt, ¿e testy bronchomotoryczne polegaj¹ce
na ocenie sztucznie wywo³anego skurczu oskrzeli lub
okreœleniu stopnia odwracalnoœci skurczu mog¹ byæ
rozstrzygaj¹ce przy stawianiu diagnozy i podejmowaniu
decyzji o leczeniu.
G³ównym determinantem przep³ywów i oporu jest
œrednica centralnych dróg oddechowych. Przy
wykonywaniu testów bronchomotorycznych stosuje siê
wiêc klasyczne techniki pomiaru dro¿noœci oskrzeli
obejmuj¹ce pletyzmografiê ca³ego cia³a (pomiar oporu
dróg oddechowych Raw), pomiar oporu metod¹ okluzji
przep³ywu gazu (Rint), pomiary oporu z u¿yciem balonika
doprze³ykowego (Rl) a tak¿e pomiar krzywej maksymalny
przep³yw-objêtoœæ i ocenê wzrostu lub spadku
pierwszosekundowej objêtoœci forsownej FEV1 (forced
expiratory volume in one second).
U dzieci badania technikami klasycznymi czasami
nie s¹ ³atwe do wykonania - pomiar krzywej maksymalny
przep³yw-objêtoœæ wymaga wspó³pracy badanego, wartoœci
przep³ywów s¹ silnie zale¿ne od motywacji i jakoœci
wykonania manewru. Z kolei pomiary pletyzmograficzne
wymagaj¹ zamykania w kabinie i tzw. pantingu. Z uwagi
na problemy z wyrównywaniem ciœnieñ, wyniki u chorych
na astmê mog¹ byæ niemiarodajne. Metod¹ oceny w³asnoœci
oporowych uk³adu oddechowego, pozbawion¹ powy¿szych
wad jest technika oscylacji wymuszonych, wymagaj¹ca
jedynie pasywnej wspó³pracy i pozwalaj¹ca na szybk¹
i powtarzaln¹ ocenê stanu uk³adu oddechowego. Szerszy
opis tej metody znaleŸæ mo¿na w pracach [1,2,3].
Opór dla przep³ywu gazu w systemie oddechowym
zale¿y od przep³ywu gazu zgodnie z równaniem Rohrera
z 1915 r [4],
R = K1 + K2 V '
(1)
Pomiary oporów, zwykle polegaj¹ce na uœrednianiu
wyniku dla jednego lub kilku wdechów nie daj¹ pe³nej
informacji o zmianach oporów. Pewnym rozwi¹zaniem
mog³aby byæ standaryzacja zakresu przep³ywów, przy
których dokonuje siê pomiarów, lecz zw³aszcza u dzieci
nie jest to ³atwe, z uwagi na koniecznoœæ kontrolowania
czêstotliwoœci wykonywania pantingu wynosz¹cej 60-90
oddechów na minutê.
Alternatyw¹ jest wiêc poszukiwanie indeksu
dro¿noœci niezale¿nego od przep³ywu. Ostatnio
wykazano, ¿e jest to mo¿liwe przy pomocy techniki
oscylacji wymuszonych [5], z ³¹cznego pomiaru
impedancji wziernej (Zin) i skroœnej (Z tr ) i analizie
sk³adowych impedancji dróg oddechowych (Zaw) w czasie
naturalnego oddychania. £¹czny pomiar Z in i Ztr wymaga
jednak u¿ycia kabiny do pomiaru przep³ywu
peritorakalnego i jest z tych wzglêdów niezbyt wygodny
w praktyce. Alternatyw¹ jest badanie zmiennoœci czasowej
Zin [2, 6]. U¿ywa siê wtedy prostego modelu o 3
elementach:
Tomalak W., Ha³uszka J. Zale¿noœæ oporu systemu oddechowego od przep³ywu u dzieci z astm¹ oskrzelow¹
191
1
Pm
(2)
= Rrs + j(ωI rs −
)
ωCrs
V 'm
gdzie Rrs oznacza opór systemu oddechowego (w którym
g³ówn¹ sk³adow¹ stanowi opór dróg oddechowych Raw)
a Irs i Crs oznaczaj¹ odpowiednio inertancjê i podatnoœæ
systemu oddechowego. Rrs mo¿e byæ analizowane zgodnie
z równaniem 1.
Celem pracy by³o okreœlenie zmiennoœci oporu
systemu oddechowego wraz z przep³ywem powietrza
u dzieci z astma oskrzelow¹ w czasie naturalnego
oddychania.
przekraczaj¹ 400 ml. Wspó³czynniki K1 i K2 wyliczane
s¹ metod¹ regresji liniowej osobno dla czêœci wdechowej
i wydechowej cyklu oddechowego.
Pomiar przeprowadzono u¿ywaj¹c wymuszenia
sinusoidalnego o czêstotliwoœci 20 Hz w czasie 30 s. Przed
badaniem dzieci zosta³y poproszone o spokojne, naturalne
oddychanie, tak, by chwilowe wartoœci przep³ywu nie
przekracza³y ±1 l/s, aby wyeliminowaæ ewentualne
nieliniowoœci.
Analizie poddano œredni opór uk³adu oddechowego,
opór œredni w czasie obu faz oddychania i wspó³czynniki
K1 oraz K2 dla obu faz cyklu oddechowego. Objêto ni¹
wyniki uzyskane u 14 zdrowych dzieci w wieku 14,1±2,0
MATERIA£ I METODY
Badanie przeprowadzono przy u¿yciu aparatu lat (œrednia ± SD) i œrednim wzroœcie 156,7±12,5 cm oraz
PULMOSFOR (SEFAM,F) [7]. Jest to aparat umo¿li- 14 dzieci z astm¹ w wieku 12,6±3,0 lat i œrednim wzroœcie
wiaj¹cy pomiar i analizê impedancji wziernej tzn. stosunku 151,1±18,2 cm. U 2 dzieci z astm¹ zmierzony opór by³
ciœnienia wymuszaj¹cego do przep³ywu wywo³anego tym podwy¿szony w stosunku do wartoœci nale¿nych, w zwi¹zku
wymuszeniem, gdy ciœnienie i przep³yw mierzone s¹ w tym z czym ich wyniki zosta³y usuniête z analizy.
samym punkcie (na poziomie ust). Schematycznie
przedstawiony jest na rys. 1. Oprogramowanie tego aparatu, WYNIKI
oprócz pomiarów multiczêstotliwoœciowych w zakresie
Badanie przeprowadzano w czasie 30 sekundowego
2÷32 Hz, umo¿liwia równie¿ pomiar Zin w pojedynczych swobodnego oddychania. Analizie poddanych zosta³o 7-13
czêstotliwoœciach z zakresu 4÷40 Hz i analizê rzeczywistej oddechów, w zale¿noœci od badanego. Wspó³czynnik
czêœci Zin (a wiêc w³asnoœci oporowych u.o.) wed³ug wzoru korelacji dla zale¿noœci R=K +K V’ waha³ siê od 0,52-0,87
1
2
Rohrera [4]. W wyniku otrzymuje siê opór œredni dla wdechu i 0,49-0,90 dla wydechu i by³ we wszystkich
w czêstotliwoœci wybranej dla badania, œredni opór podczas przypadkach istotny statystycznie.
wdechu i wydechu oraz wspó³czynniki K1 i K2 dla wdechu
Tabela I przedstawia wartoœci œrednie, odchylenia
i wydechu opisuj¹ce zmiennoœæ oporu z przep³ywem
standardowe i zakresy wyznaczonych z Zin parametrów,
powietrza.
a tak¿e istotnoœci statystyczne dla porównania miêdzy
grupami, wykonanego testem t-Studenta dla zmiennych
niepowi¹zanych z za³o¿onym poziomem α=0,05.
Wspó³czynniki zmiennoœci by³y mniejsze w grupie
kontrolnej ni¿ w grupie dzieci z astm¹. Wartoœci waha³y
siê od 33,3% dla K2,insp do 51,1% dla K1,exp w grupie
kontrolnej i od 41,9% dla K1,insp do 64,8% dla K2,exp
w grupie dzieci z astm¹.
Z in =
DYSKUSJA
W wielu badaniach wykonywanych metodami
klasycznymi u dzieci z astm¹ w okresie wolnym od
Ryc. 1. Zasada pomiaru Zin. Pm – ciœnienie u wylotu dróg napadów skurczów oskrzeli wykazywano, ¿e wyniki
u nich uzyskiwane nie ró¿ni¹ siê istotnie statystycznie
oddechowych, V’m – przep³yw.
w stosunku do dzieci zdrowych. W niniejszym badaniu
Badaniem objêto 16 dzieci w wieku 9-17 lat z astm¹ opór systemu oddechowego przy 20 Hz jest u dzieci
wy¿szy (4,83±2,25 hPasl-1 vs
oskrzelow¹ o lekkim i umiarkowanym przebiegu, astmatycznych istotnie
-1
leczonych w Instytucie w okresie wolnym od napadów 3,09±1,07 hPasl p=0,034). Przyczyny tego mog¹ byæ
skurczów. Grupê kontroln¹ stanowi³o 14 zdrowych dzieci dwie: po pierwsze badane grupy s¹ doœæ ma³e, tak wiêc
formu³owanie wniosków o charakterze statystycznym
w wieku 11-17 lat z rabczañskich szkó³.
winno byæ ostro¿niejsze, tym bardziej, ¿e wartoœæ p bliska
Czynnik opisuj¹cy zmiennoœæ Rrs wraz z objêtoœci¹
jest granicy istotnoœci (0,05); po drugie zaœ grupa dzieci
zosta³ w analizie pominiêty, z uwagi na fakt, ¿e zmiennoœæ
z astm¹ by³a œrednio ni¿sza o ponad 5 cm od grupy
Rrs z objêtoœci¹ jest du¿o mniejsza ni¿ z przep³ywem [5],
kontrolnej. Z uwagi na brak wartoœci nale¿nych dla badañ
a zmiany objêtoœci podczas oddychania naturalnego
z u¿yciem wymuszenia monoczêstotliwoœciowego 20 Hz,
u dzieci (objêtoœæ oddechowa - tidal volume Vt) rzadko
niemo¿liwe jest porównanie wyników np. w procentach
Alergia Astma Immunologia, 1999, 4(3), 190-193
192
Tabela I. Wartoœci œrednie i odchylenia standardowe oporów systemu oddechowego oraz zakres wyznaczonych
wspó³czynników K
Rrs20
œrednie
Rrs20
insp.
Rrs20
exp.
K1
insp.
K1
exp
K2
insp
K2
exp
Dzieci
z astm¹
œrednia
SD
zakres
4.83
2.25
1.97-7.28
4.79
2.11
1.97-7.26
5.20
2.54
1.81-7.85
2.60
1.09
1.21-4.44
3.26
1.98
0.77-7.24
5.34
2.76
1.71-10.28
6.14
3.98
0.90-14.67
Grupa
kontrolna
œrednia
SD
Zakres
3.09
1.07
1.89-5.10
2.94
1.00
1.70-4.73
3.22
1.16
1.94-5.41
1,69
0.74
0.96-3.54
1.73
0.88
0.96-3.79
2.64
0.88
1.22-4.38
3.37
1.36
1.06-6.63
*
*
*
*
*
**
*
istotnoϾ statystyczna
insp. - wdech; exp. - wydech; Rrs œrednie, Rrs,insp., Rrs,exp, K1,insp, K1,exp: hPasl-1;K2,insp, K2,exp: hPas2l-2
istotnoœæ statystyczna: test “t”-Studenta dla zmiennych niepowi¹zanych; * - p.<0.05; **- p.<0.01
wartoœci nale¿nej i trudno jest odpowiedzieæ na pytanie,
czy rzeczywiœcie jest to istotna ró¿nica. Bior¹c pod uwagê
normy dla oporu œredniego z zakresu 4-32 Hz [8], ró¿nica
wzrostu o 5 cm odpowiada oporowi ni¿szemu o ok.
0,5 hPasl-1 , co czêœciowo t³umaczyæ mo¿e tê ró¿nicê.
Uzyskane wartoœci K1 i K2 s¹ wy¿sze ni¿
odpowiednie wartoœci uzyskane u doros³ych. W pracy
Peslin’a, Ying i wsp. [6] K1 przy 20 Hz wynios³o 1,4 hPasl-1
zarówno dla wdechu jak i wydechu, zaœ K2 0,8 i 1,3
odpowiednio dla wdechu i wydechu. Jest to naturalne,
jako ¿e opór u doros³ych jest ni¿szy ni¿ u dzieci, poza tym
analiza prowadzona by³a z uwzglêdnieniem zale¿noœci od
objêtoœci, co mog³o daæ dodatkowo nieco ni¿sze wartoœci
K1 i K2.
Wy¿sze wartoœci oporu podczas wydechu
stwierdzane by³y tak¿e przez innych badaczy [9]; przypisuje
siê je zwykle mniejszemu otwarciu g³oœni podczas
wydechu. Z uwagi na to, ¿e u dzieci trudniej jest
kontrolowaæ sposób oddychania - czêstoœæ i amplitudê
oddechów Raw jako wskaŸnik dro¿noœci oskrzeli mo¿e
podlegaæ znacznym wahaniom w czasie cyklu oddechowego i wielkoœæ tych wahañ jest trudna do okreœlenia.
Zale¿na od przep³ywu komponenta oporu jest ulokowana
w znacznej swojej czêœci w pozatorakalnych drogach
oddechowych, wspó³czynnik K1 zaœ okreœla dro¿noœæ
oskrzeli, determinowan¹ g³ównie przez geometriê
pierwszych kilku generacji w drzewie oskrzelowym.
Skoro indukowanemu czynnikami dra¿ni¹cymi skurczowi
oskrzeli towarzyszy tak¿e zmiana w³aœciwoœci pozatorakalnych dróg oddechowych [10], przy klasycznym
podejœciu trudno bêdzie odpowiedzieæ na pytanie, czy
wskaŸnik dro¿noœci, jakim jest Raw odzwierciedla zmiany
w oskrzelach, czy te¿ poza nimi. Przyjmuj¹c idealistyczne
za³o¿enie, ¿e ca³y opór zale¿ny od przep³ywu ulokowany
jest poza oskrzelami mo¿na pokazaæ na podstawie
symulacji (dla przep³ywu w granicach 0,5 ls-1), ¿e
przyj¹wszy wartoœci œrednie K1 i K2 jak w tab. I; 100 %
wzrost K1 i K2 powoduje równie¿ 100% wzrost oporu
œredniego “widzianego” przez urz¹dzenie pomiarowe.
100% wzrost K1 przy niezmienionym K2 powoduje wzrost
oporu œredniego o 95.6%, zaœ wzrost K2 o 100% przy
niezmienionym K1 znajduje swoje odbicie w 56% wzroœcie
globalnego oporu œredniego. Choæ w rzeczy-wistoœci
sytuacja jest du¿o bardziej z³o¿ona, mo¿e to oznaczaæ, ¿e
nawet przy braku zmian, lub przy niewielkich zmianach w
drzewie oskrzelowym, pomiar uœrednianego w czasie
cyklu oddechowego oporu mo¿e prowadziæ do b³êdnych
wniosków, a co za tym idzie do b³êdnej interpretacji wyniku
testu bronchomotorycznego.
Podsumowuj¹c, praca pokazuje, ¿e mo¿liwe jest
³atwe i szybkie okreœlenie stopnia zmiennoœci oporu
systemu oddechowego zale¿nie od przep³ywu gazu
w drogach oddechowych. Istotne jest, ¿e stosowany sprzêt
jest standardowy, a pomiary nie wymagaj¹ ¿adnych
specyficznych przygotowañ pacjenta i s¹ ³atwo
powtarzalne.
Badania takie daj¹ z jednej strony informacje
o istotnym znaczeniu fizjologicznym, z drugiej zaœ strony,
dostarczaj¹ indeksów okreœlaj¹cych dro¿noœæ oskrzeli,
których wykorzystanie do testów bronchomotorycznych
powinno uproœciæ i ujednoliciæ kwestie interpretacyjne.
Tomalak W., Ha³uszka J. Zale¿noœæ oporu systemu oddechowego od przep³ywu u dzieci z astm¹ oskrzelow¹
193
Piœmiennictwo
1. Peslin R., Fredberg J.: Oscillations mechanics of the respiratory
system. In: Handbook of Physiology. The respiratory system.
Mechanics of breathing. Bethesda MD: Am. Physiol. Soc. Sect
3. Vol III, chapt 11: 145-178.
2. Tomalak W., Mazurek H.: Technika oscylacji wymuszonych
w badaniu uk³adu oddechowego. I. Podstawy teoretyczne.
Interpretacja wyników pomiaru. Sprzêt. Pneumonologia
i Alergologia Polska 1995; 63(11-12): 679-684.
3. Mazurek H., Tomalak W.: Technika oscylacji wymuszonych
(FOT) w badaniu uk³adu oddechowego. II. Kliniczna
interpretacja wyników badania uk³adu oddechowego.
Pneumonologia i Alergologia Polska 1995; 63(11-12): 685-689.
4. Rohrer R.: Der Stromungswiderstand in den menschlichen
Atemwegen ind der Einfluss der unregelmassigen Verzwiegung
des bronchial System auf den Atmungsverlauf in verschiedenen
Lungenbezirken. Pfluegers Arch. Gesamte Physiol. Menschen
Tiere 1915; 162: 225-299.
5. Tomalak W., Peslin R., Duvivier C.: Airways impedance
variations during respiratory cycle derived from combined
measurements of input and transfer impedances. European
Respiratory Journal. 1998; 12: 1436-1441.
6. Peslin R., Ying Y., Gallina C., Duvivier C.: Within breath
variations of forced oscillation resistance in healthy subjects.
European Respiratory Journal 5; 86-92: 1992.
7. Duvivier C., Peslin R., Wendling F., Felicio da Silva J.,
Gremillet F., Gallina C., Navajas D.: Mesure de l’impedance
thoraco-pulmonaire par oscillations forcées - presentation d’un
appareil. Innov. Tech. Biol. Med. 1990; 11: 381-399.
8. Peslin R., Teculescu D., Locuty J., Gallina C., Duvivier C.: Normal
values of total respiratory input impedance with the head generator
technique. Eur. Respir. Rev. 1994; 4(19): 138-142.
9. Peslin R., Hixon T., Mead J.: Variations des resistances
thoracopulmonaires au cours du cycle ventilatoire etudiées par
methode d’oscillations. Bull. Physio-Path. Respir. 1971; 7:
173-186.
10. Collet P.W., Brancatisano T., Engel L.A.: Changes in the glottis
aperture during bronchial asthma. Am. Rev. Respir. Dis. 1983;
128: 719-723.
Flow dependency of airways resistance in children with asthma
WALDEMAR TOMALAK, JANUSZ HA£USZKA
Summary
Airways resistance undergo systematic changes during respiratory cycle, according to Rohrer’s equation. Time averaging may lead to
misinterpretation of airways patency changes, as a portion of resistance is flow dependent. The paper presents the results of analysis
of respiratory system resistance measured with the forced oscillations technique in children with bronchial asthma. Flow dependency of
resistance was analysed in the course of respiration during respiratory cycle. The results show, that flow independent portion of resistance
accounts for more than 50% of total resistance and can be extracted with that type of analysis. This leads to evaluation of airway patency
independent of breathing pattern and allows for objective evaluation of bronchomotor tetsts results.