Вентиляция и механика дыхания у больных хронической обструктивной болезнью легких при разном положении тела

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вентиляция и механика дыхания у больных хронической обструктивной болезнью легких при разном положении тела

хронический обструктивный болезнь легкое

Диш Ал.Ю.1, Диш Ан.Ю.1, Агеева Т.С.1, Карзилов А.И.1, Тетенева А.В.2, Калачева Т.П.1, Месько П.Е.1, Мишустина Е.Л.1, Зайцева А.А.1, Параева О.С.3, Беспалова И.Д.1, Черногорюк Г.Э.1

1 Сибирский государственный медицинский университет (СибГМУ)

Россия, 634050, г. Томск, Московский тракт, 2

2 Медико-санитарная часть № 2 Россия, 634040, г. Томск, ул. Бела Куна, 3

3 Городская больница № 5, г. Барнаул

Россия, 656045, г. Барнаул, Змеиногорский тракт, 75

РЕЗЮМЕ

Целью данной работы являлось изучение особенностей изменения механических свойств легких при хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) в целом и по зонам в зависимости от положения тела.

Материалы и методы. Исследование выполнено у 37 пациентов с ХОБЛ в вертикальном и горизонтальном положениях (ВП и ГП).

Результаты. При исследовании интегральной механики дыхания было установлено снижение динамической растяжимости и повышение общего неэластического сопротивления легких на выдохе в ГП по сравнению с ВП. При этом, несмотря на повышение значений общего неэластического сопротивления на выдохе (ОНСвыд) в горизонтальном положении, не отмечалось увеличения общей работы дыхания. У пациентов с ХОБЛ, в отличие от здоровых лиц, регистрировалось исчезновение различий регионарных механических характеристик как в ВП, так и ГП тела. Отсутствовали различия в механике дыхания верхних, средних и нижних регионов левого легкого, зоны правого легкого различались лишь по показателям регионарной неэластической работы дыхания (НРДр), которые увеличивались по направлению сверху вниз. В нижней зоне по сравнению с верхней большие значения показателей НРДр на вдохе (НРДвд^) и НРДр на выдохе (НРДвыдр) отмечены при ВП и ГП тела.

Заключение. Полученные данные противоречат доминирующему мнению об усугублении регионарных различий вентиляции и механики дыхания под влиянием развивающихся в легких очаговых и диффузных воспалительно-склеротических патологических изменений и эмфиземы.

Ключевые слова: хроническая обструктивная болезнь легких, регионарная механика дыхания, интегральная механика дыхания, вертикальное положение тела, горизонтальное положение тела.

Ventilation and respiration mechanics in patients with chronic obstructive pulmonary disease in different body positions

Dish AlJu.1, Dish AnJu.1, Ageeva T.S.1, Karzilov A.I.1, Teteneva A.V. 2, Kalacheva T.P.1, Mesko P.E.1, Mishustina E.L.1, Zaytseva A.A.1, Paraeva O.S.3, Bespalova I.D.1, Chernogoryuk G.E.1

1 Siberian State Medical University (SSMU)

2, Moscow Trakt, Tomsk, 634050, Russian Federation

2 Medical and Sanitary Hospital № 2

3, Bela Kuna Str, Tomsk, 634040, Russian Federation

3 City Hospital 5

75, Zmeinogorsky Trakt, Barnaul, 656045, Russian Federation

ABSTRACT

The aim of this work was to study changes in mechanical lung properties in cases of COPD in general and in different zones depending on the body position.

Materials and methods. The research was performed in 37 patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) in the vertical and horizontal positions (VP and HP).

Results. The analysis of integral respiration mechanics has revealed a reduction in dynamic lung compliance and an increase in total non-elastic lung resistance during expiration (TNRexp) in HP vs. VP. At the same time, despite the increase in TNRexp in HP, the total work of breathing did not increase. Unlike healthy individuals, the COPD patients were characterized by the absence of differences in regional mechanical properties in both VP and HP. There were no differences in the respiration mechanics of the left lung, and the zones of the right lung only differed in the parameters of regional non-elastic work of breathing (NWBr) that was increasing from top downwards: the indicators of NWBr during expiration and NWBr in the lower zone were higher as opposed to those of the upper zone in VP. As for HP, NWBr during inspiration, NWBr during expiration and NWBr were higher.

Conclusion. The data obtained contradict the prevailing opinion about an escalation in regional differences in ventilation and respiration mechanics under the influence of emerging focal and diffuse inflammatory- sclerotic pathological changes in lungs and emphysema.

Key words: chronic obstructive pulmonary disease, regional respiration mechanics, integral respiration mechanics, vertical body position, horizontal body position.

ВВЕДЕНИЕ

Из литературных источников известно, что участки легкого имеют различные показатели вентиляции, которые определяются путем деления альвеолярной вентиляции на альвеолярный объем [1]. Поэтому сложилось представление о неравномерности вентиляции легких по зонам, которая объясняется различием легочных структур в анатомическом и морфофункциональном отношении. Имеет значение разное количественное соотношение эластических компонентов по зонам легких, сурфактанта, бронхиального секрета, локального кровенаполнения, тонуса бронхов и пр., а также влияние гравитации на органы средостения. Неравномерность вентиляции верхних и нижних зон легких, которую обнаруживали у здоровых людей, объясняли гравитационным воздействием на органы средостения и появлением в вертикальном положении тела (ВП) разницы уровня вну- триплеврального давления по направлению сверху вниз [2], хотя данные о влиянии различий внутри- плеврального давления на регионарную вентиляцию противоречивы. Например, известен факт, что в положении лежа различия воздушности регионов легких сохраняются, что было определено посредством электроплетизмографии [3].

Существует представление, что гравитация воздействует на легкие таким образом, что в апикальной области внутриплевральное давление отклонено в отрицательную сторону больше, чем над базальными участками. Вследствие этого бронхи и альвеолы в верхних зонах легких имеют больший диаметр, чем в нижних, что обусловливает наличие меньших значений бронхиального сопротивления в апикальных зонах легких по сравнению с базальными [4]. Однако в литературе присутствуют и другие данные: у здоровых людей и при патологии бронхолегочной системы наибольшие значения общего неэластического сопротивления обнаружены в верхних зонах легких, а наименьшие - в нижних [5].

Также опубликованы результаты исследований, свидетельствующие о том, что внутри- плевральное давление над различными участками легких в среднем варьирует с одинаковой амплитудой. Авторы данного исследования считают, что распределение транспульмонального давления над поверхностью легких - есть основная физиологическая функция плевральной полости [5]. Поэтому, с учетом малого объема вентиляции верхних зон легких по сравнению с нижними, показатели бронхиального сопротивления имеют большие значения в апикальных отделах по сравнению с базальными. Эти данные вступают в конфликт с доминирующим представлением о том, что в верхних зонах бронхи и альвеолы имеют больший диаметр. В то же время исследования легких методом морфометрии показали, что легочные структуры регионов гомогенны [6, 7].

Для разрешения изложенных противоречий необходимо исследовать регионарные механические свойства легких. За последние годы мы не нашли работ, посвященных этой проблеме.

Целью настоящего исследования являлось изучение особенностей изменения механических свойств легких при хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) в целом и по зонам в зависимости от положения тела.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Проведенное исследование характеризуется как проспективное когортное. Когорта пациентов наблюдалась до окончания исследования. Когорту составили 37 человек с диагнозом ХОБЛ 1-11 степени. Длительность заболевания от 7 до 20 лет, возраст (43,9 ± 3,0) года (29 мужчин, 8 женщин), которым проведено обследование в соответствии с клиническими рекомендациями по диагностике ХОБЛ [8].

Кроме того, пациентам было выполнено исследование функции внешнего дыхания (спирография, механика дыхания). Параметры интегральной механики дыхания находили путем анализа кривых пнев- мотахограммы, спирограммы, а также транспульмонального давления. Транспульмональное давление рассчитывали путем вычитания из значений давления в ротовой полости показателей давления в нижней трети пищевода. Для этого использовали зонд, введенный в пищевод через нижний носовой ход. Зонд находился на уровне его нижней трети. Внутрипищеводное давление определяли аппаратом ПДП 1000 МД (Медфизприбор, Россия).

Зональную механику дыхания по трем регионам (верхнему, среднему и нижнему) исследовали путем одновременной регистрации спирограммы, транспульмонального давления, пневмотахограм- мы и реограмм по шести зонам легких (две верхние зоны, две средние и две нижние) методом Е.А. Фринермана. Для анализа использовали компьютерную программу, позволяющую производить построение дыхательных петель и расчет показателей механики дыхания. Производили сравнение показателей механики дыхания в вертикальном и горизонтальном положении (ГП) тела.

Рассчитывали составляющие общей работы дыхания (ОРД): неэластическую работу дыхания на вдохе (НРДвд) и выдохе (НРДвыд), эластическую работу дыхания (ЭРД), удельную работу дыхания (УРД). Эластические свойства легких оценивали путем определения динамической растяжимости (Сдин), неэластические свойства - уровня общего неэластического сопротивления на выдохе (ОНСвыд) и вдохе (ОНСвд). Значения этих показателей - результат отношения, числителем которого является неэластический компонент транспульмонального давления (его максимальное значение на выдохе или вдохе), а знаменателем - средняя скорость воздушного потока на выдохе или вдохе соответственно.

Регионарные дыхательные петли получали при анализе кривых соответствующих реограмм по зонам (при этом их принимали за зональные спирограммы) и транспульмонального давления. Используя полученные дыхательные петли, определяли следующие параметры вентиляции и механики дыхания по регионам (аббревиатура включает подстрочную букву «р»): минутный объем вентиляции (МОВр), дыхательный объем (ДОр), общую работу дыхания (ОРДр), неэластическую работу дыхания (НРДр), НРДр на вдохе и на выдохе (НРДвдр, НРДвыдр), эластическую работу дыхания (ЭРДр), динамическую растяжимость (Сдинр), общее неэластическое сопротивление на вдохе (ОНСвдр) и выдохе (ОНСвыдр).

Статистический анализ данных проводили с помощью программных пакетов Statistica 6.0 for Windows. Нормальность распределения оценивали с помощью теста Шапиро - Уилка. Выполнялись как описательный, так и сравнительный анализ. Пороговый уровень статистической значимости составлял 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В табл. 1 представлена характеристика показателей интегральной механики дыхания (больные ХОБЛ в зависимости от положения тела).

У пациентов с ХОБЛ при переходе из вертикального положения тела в горизонтальное ОНСвыд повышалось в 1,5 раза, что можно объяснить перераспределением значений вну- триплеврального давления в горизонтальном положении тела (возникновением вентро-дор- зального градиента), способствующее сужению просвета патологически измененных бронхов. Кроме того, при ГП тела регистрировалось уменьшение значений Сдин, обусловленное повышением тканевого трения [7], изменениями кровотока. Достоверных отличий среди остальных исследованных параметров в ВП и ГП тела не обнаружено.

Таблица 1 Table 1

Параметры интегральной механики дыхания у больных ХОБЛ при вертикальном и горизонтальном положении тела, М ± m Parameters of integral mechanics of breathing in patients with COPD with vertical and horizontal positions of the body, М ± m

Примечание. Здесь и в табл. 2, 3: МОД -- минутный объем дыхания; ОРД -- общая работа дыхания; УРД -- удельная работа дыхания; ЭРД -- эластическая работа дыхания; НРДвд -- неэластическая работа дыхания на вдохе; НРДвыд -- неэластическая работа дыхания на вдохе; Сдин -- динамическая растяжимость; ОНСвд -- общее неэластическое сопротивление дыхания на вдохе; ОНСвыд -- общее неэластическое сопротивление дыхания на выдохе.

Note. Here and in Tables 2 and 3: RMV - respiratory minute volume; WOB - work of breathing, Cdyn - dynamic compliance.

Результаты изучения параметров регионарной механики дыхания приведены в табл. 2. При сопоставлении механических показателей верхней и нижней зоны правого легкого при ВП обнаружено, что значение НРДр в нижней зоне было больше, чем в верхней, что объясняется увеличением НРДвыдр.

Аналогичное соотношение параметров было выявлено при сопоставлении механических показателей верхней и средней зоны правого легкого, где также отмечено увеличение НРДр: в средней зоне оно было больше, чем в верхней зоне, из-за обеих фракций неэластической работы дыхания (как на вдохе, так и на выдохе). Механические характеристики средней и нижней зоны правого легкого не отличались.

Различий в значениях показателей регионарной механики дыхания левого легкого (верхней и нижней, верхней и средней, средней и нижней зонах) не обнаружено.

Результаты исследования регионарной механики дыхания у пациентов в ГП тела представлены в табл. 3. Основные различия наблюдались между зонами правого легкого: в нижней зоне ДОр было больше, чем в верхней зоне. Большие значения дыхательного объема в нижних отделах правого легкого, по сравнению с верхними, обусловливали аналогичное соотношение МОВр в этих областях. В верхней зоне справа МОВр был в 2 раза меньше, чем в нижней зоне. В ГП было обнаружено увеличение НРДвдр в верхней зоне, что связано с увеличением тканевого трения при ГП тела из-за изменения воздействия сил гравитации и градиента внутриплеврального давления на легкие в ГП и перераспределения легочного кровотока. НРДвыдр в нижней зоне справа при ГП так же, как и в ВП тела, была больше, чем в верхней.

В нижней зоне из-за больших значений НРДвдр и НРДвыдр достоверно большей оказалось НРДр в отличие от верхней зоны. Верхняя и средняя зоны правого легкого так же, как средняя и нижняя, по механическим свойствам были идентичны друг другу. Механические свойства левого легкого при ГП тела по регионам одинаковы.

ОБСУЖДЕНИЕ

Исследование параметров интегральной механики дыхания у больных ХОБЛ показало изменение некоторых из них в зависимости от положения тела. Так, в ГП отмечалось снижение Сдин и повышение ОНСвыд, и, несмотря на повышение значений ОНСвыд, не было увеличения ОРД.

Изменения регионарных механических свойств легких обнаружены только в правом легком: зоны различались лишь по показателям НРДр, увеличивающейся по направлению сверху вниз (в нижней зоне по сравнению с верхней большие

Таблица 2 Параметры вентиляции и механики дыхания у пациентов с ХОБЛ при вертикальном положении тела в верхней, средней и нижней зонах правого и левого легких, М ± т Ventilation parameters and respiratory mechanics in patients with COPD with a vertical body position in the upper, middle and lower zones of the right and left lungs, M ± m

Примечание. Здесь и в табл. 3: ПВ -- верхняя зона правого легкого; ПС -- средняя зона правого легкого; ПН -- нижняя зона правого легкого; ЛВ -- верхняя зона левого легкого; ЛС -- средняя зона левого легкого; ЛН -- нижняя зона левого легкого. МОВ -- минутный объем вентиляции; ДО -- дыхательный объем.

Note. Here and in Table 3: RU -- superior zone of the right lung; RM -- middle zone of tfie right lung; RL - lower zone of the right lung; LU -- left upper pulmonary zone; LU - left upper pulmonary zone; LM - middle zone of the left lung; LL -- lower zone of the left lung; RMV - respiratory minute volume; TV - tidal volume.

Таблица 3 Table 3

Параметры вентиляции и механики дыхания у пациентов с ХОБЛ при горизонтальном положении в верхней, средней и нижней зонах правого и левого легких, М ± т Ventilation and respiratory mechanics in patients with COPD in a horizontal position in the upper, middle and lower zones of the right and left lungs, M ± m

значения были при ВП - НРДвыд и НРД , а в ГП - НРДвдр, НРДвыдр и НРДр). Р ДОр и МОВр различались только при ГП тела. Все зоны левого легкого по механическим свойствам были идентичны друг другу.

У здоровых людей параметры интегральной и регионарной механики дыхания в ВП и ГП тела имели существенные отличия между верхней и нижней зоной, а также средней и нижней как правого, так и левого легкого [8].

По общепринятому мнению, при заболеваниях легких неравномерность вентиляции и механики дыхания по регионам должна усиливаться [9]. Однако мы обнаружили, что у пациентов с ХОБЛ отличия в механических свойствах наблюдались только в верхней и нижней зонах правого легкого, а остальные регионы были идентичны по своим механическим характеристикам. То есть различия механических свойств регионов легких, характерные для здоровых людей, у пациентов с ХОБЛ не определяются. Учитывая этот факт, можно предполагать, что компенсаторные механизмы, существующие у здоровых лиц, у пациентов с ХОБЛ отсутствуют. Скорее всего, при ХОБЛ не определяется действие внутреннего источника механической активности легких, который регистрируется у здоровых людей и обусловливает сохранение механического гомеостазиса легких [8], характеризующегося различиями регионов легких по механическим параметрам по направлению от верхушек к базальным отделам.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

У пациентов с ХОБЛ, в отличие от здоровых лиц, наблюдается отсутствие различий в механических свойствах регионов левого легкого и минимальные отличия зон правого легкого как при вертикальном, так и при горизонтальном положении тела. То есть определяется идентичность регионарных механических характеристик легких, что противоречит доминирующему мнению об усугублении регионарных различий вентиляции и механики дыхания под влиянием развивающихся в легких очаговых и диффузных воспалительно-склеротических патологических изменений и эмфиземы.

ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES

1. Banzett R.B., Loring S.H. Heavy breathing. J. Appl. Physiol. 2007; 102 (6): 2090-2091. DOI: 10.1152/japplphy- siol.00236.2007.

2. Galdzicka E.M., Abston E.D., Bishai J.M. Relationship between lung architecture and lung function are genetically determined. FASEB J. 2007; 21: A1339.

3. Gronkvist M., Bergsten E., Gustafsson P.M. Effects of body posture and tidal volume on inter- and intraregional ventilation distribution in healthy men. J. Appl. Physiol. 2002; 92: 634-642. DOI: 10.1152/japplphysiol.00161.2001.

4. Тетенев Ф.Ф. Новый горизонт клинической физиологии дыхания, физиологии других систем и физиологии в целом. Фундаментальные исследования. 2012; 2: 138-142. [Tetenev F.F. New horizon of clinical physiology of breathing, physiology of other systems and physiology in general. Fundamental Research. 2012; 2: 138-142 (in Russ.)]. URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=29413.

5. Тетенев Ф.Ф., Бодрова Т.Н. Определяет ли система плевральных листков парадоксальные явления в механике дыхания. Бюл. экспер. биологии и медицины. 1997; 124 (10): 384-387. [Tetenev F.F., Bodrova T.N. Does the system of pleural sheets determine paradoxical phenomena in the mechanics of breathing? Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 1997; 124 (10): 384-387 (in Russ.)].

6. Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease. Global Strategy for the Diagnosis, Management, and Prevention of Chronic Obstructive Pulmonary Disease. Revised 2016. URL: http://www.goldcopd.com.

7. Агеева Т.С., Тетенев Ф.Ф., Дубоделова А.В. Тканевое неэластическое сопротивление легких при бронхиальной астме и ХОБЛ: различие и природа изменений. Бюллетень сибирской медицины. 2013; 12 (6): 94-98. [Ageeva T.S., Tetenev F.F., Dubodelova A.V. Tissue inelastic lung resistance in asthma and COPD: difference and nature of changes. Bulletin of Siberian Medicine. 2013; 12 (6): 94-98 (in Russ.)]. DOI: 10.20538/16820363-2013-6-94-98.

8. Tetenev F.F., Bodrova T.N., Levchenko A.V., Larchenko V.V., Tetenev K.F., Kashuta A.Yu., Ageeva T.S., Danilenko V.Yu. Perversion of regional respiratory loops of lungs in healthy persons and bronchopulmonary system disease patients. European Journal of Natural History. 2008; (3): 60-61.

9. Гриппи М.А. Патофизиология легких: пер. с англ. 2-е изд., испр. М.: БИНОМ; СПб.: Невский Диалект, 2005: 344. [Grippi M.A. Pathophysiology of the lungs. 2nd ed. Moscow: BINOM Publ., Saint Petersburg: Nevskij Dialekt Publ., 2005: 344 (in Russ.)].

Authors contribution

Dish Al.Ju., Karzilov A.I. - conception and design; analysis and interpretation of data; justification of the manuscript and critical revision of the manuscript for important intellectual content. Ageeva T.S. - conception and design; analysis and interpretation of data; justification of the manuscript and critical revision of the manuscript for important intellectual content, final approval of the manuscript for publication. Teteneva A.V. - conception and design; analysis and interpretation of data; justification of the manuscript. Dish An.Ju., Kalacheva T.P., Mesko P.E., Mishustina E.L., Zaytseva A.A., Paraeva O.S. Bespalova I.D., Chernogo- ryuk G.E. - analysis and interpretation of data.

Размещено на Allbest.ru