Физиология легких и исследование функции внешнего дыхания
Физиология легких и исследование функции внешнего дыхания — это область респираторной медицины, изучающая, как легкие перемещают воздух, переносят кислород и углекислый газ через альвеолярно-капиллярную мембрану, а также как вентиляция согласуется с перфузией, и использующая стандартизированные тесты для количественной оценки этих функций. Она связывает базовую физиологию дыхания с прикроватными измерениями — спирометрией, объемами легких, диффузионной способностью и анализом артериальных газов — используемыми для характеристики дыхательной функции.
Definition
Физиология легких и исследование функции внешнего дыхания — это изучение механических, диффузионных и газообменных функций легких в сочетании со стандартизированными тестами функции внешнего дыхания — спирометрией, измерением объемов легких, диффузионной способностью за один вдох и анализом газов артериальной крови — которые количественно оценивают эти функции и классифицируют дыхательные нарушения как обструктивные, рестриктивные или ограниченные газообменом.
Scope
Эта область знакомит читателя с измеряемыми функциями дыхательной системы и тестами, которые их оценивают. Она охватывает четыре основные темы: спирометрию и объемы легких (поток воздуха и статические объемы), диффузионную способность (эффективность газообмена), соответствие вентиляции и перфузии, а также газообмен (как согласуются альвеолярный газ и легочная кровь), а также механизмы гипоксемии (почему снижается уровень кислорода в артериальной крови). Это методологическая и физиологическая справочная область, а не клиническое руководство для конкретного пациента.
Sub-topics
Core questions
- Как генерируется поток воздуха и что его ограничивает во время форсированного выдоха?
- Насколько эффективно газ пересекает альвеолярно-капиллярную мембрану?
- Насколько хорошо вентиляция соответствует перфузии в легких?
- Какие физиологические механизмы вызывают артериальную гипоксемию и как их различать?
Key concepts
- Форсированная жизненная емкость легких и форсированный объем выдоха
- Статические объемы и емкости легких
- Диффузионная способность легких по монооксиду углерода (DLCO)
- Вентиляционно-перфузионное (V/Q) отношение
- Уравнение альвеолярного газа и альвеолярно-артериальный градиент кислорода
- Обструктивные и рестриктивные паттерны
- Референсные уравнения и нижний предел нормы
Mechanisms
Дыхание связывает механический насос (грудную стенку, дыхательные мышцы и эластичные легкие) с поверхностью газообмена. Спирометрия отражает динамическое поведение насоса в виде форсированного объема выдоха и потока, в то время как методы бодиплетизмографии или разведения газа измеряют статические объемы, в которых работает насос. На альвеолярно-капиллярной мембране кислород и углекислый газ диффундируют по градиентам парциального давления; метод однократного вдоха угарного газа оценивает этот перенос как диффузионную способность. Эффективная оксигенация также требует регионального соответствия вентиляции и перфузии, поскольку несоответствие и шунтирование ухудшают газообмен. Уравнение альвеолярного газа связывает вдыхаемый кислород, альвеолярную вентиляцию и углекислый газ с прогнозируемым альвеолярным кислородом, а альвеолярно-артериальная разница выявляет аномалии газообмена (Petersson 2014; West 2012).
Clinical relevance
Тесты функции внешнего дыхания являются справочным инструментом для описания и классификации дыхательной функции: спирометрические паттерны отличают обструкцию от рестрикции, диффузионная способность указывает на нарушение газообмена, а анализ газов крови характеризует гипоксемию и вентиляционный статус. Интерпретация этих тестов в сравнении с популяционными референсными уравнениями и нижними пределами нормы является частью оценки доказательств в респираторной медицине. Данная статья описывает, как функция легких измеряется и интерпретируется в общих чертах, и не является основой для индивидуальных диагностических или лечебных решений.
Evidence & guidelines
Выполнение и интерпретация тестов регулируются совместными техническими стандартами Американского торакального общества (American Thoracic Society) и Европейского респираторного общества (European Respiratory Society), включая обновление стандартизации спирометрии 2019 года (Graham 2019) и стандарт интерпретационных стратегий 2022 года (Stanojevic 2022). Мультиэтнические референсные уравнения Глобальной инициативы по функции легких (Global Lung Function Initiative) (Quanjer 2012) предоставляют прогнозируемые значения и нижние пределы нормы, по которым оценивается спирометрия.
History
Количественное измерение функции легких развилось из спирометрии XIX века (жизненная емкость Хатчинсона) в стандартизированную дисциплину в течение XX века, когда Райли и Курнан (Riley and Cournand) формализовали анализ вентиляционно-перфузионных отношений и альвеолярного газа, и был разработан метод диффузионной способности за один вдох. С 1980-х годов заявления о стандартизации ATS и ERS, а в последнее время и референсные уравнения Глобальной инициативы по функции легких, сделали тесты воспроизводимыми и сопоставимыми между лабораториями.
Debates
- Как следует определять нормальную функцию легких?
- Вопрос о том, следует ли оценивать спирометрию по фиксированным соотношениям или по статистически выведенным нижним пределам нормы из мультиэтнических референсных уравнений, а также как учитывать расу и этническую принадлежность в референсных значениях, остается активным методологическим вопросом.
Key figures
- John B. West
- Richard L. Riley
- Peter H. Quanjer
- Sanja Stanojevic
Related topics
Seminal works
- graham-2019
- stanojevic-2022
- quanjer-2012
- west-2012-textbook
Frequently asked questions
- Что измеряют тесты функции внешнего дыхания?
- Они измеряют, сколько воздуха легкие могут перемещать и как быстро (спирометрия), статические объемы легких, насколько эффективно газ проникает в кровь (диффузионная способность) и результирующие уровни газов крови — все это характеризует механические и газообменные функции дыхательной системы.
- В чем разница между обструктивным и рестриктивным паттерном?
- Обструктивный паттерн показывает сниженный поток воздуха (низкое соотношение ОФВ1/ФЖЕЛ) из-за ограничения проходимости дыхательных путей, тогда как рестриктивный паттерн показывает сниженные объемы легких при сохраненном соотношении потока воздуха; подтверждение рестрикции требует измерения общей емкости легких, а не только спирометрии.