Vyšetření respiračních funkcí Zuzana Humlová Ústav patologické fyziologie 1. LF UK Zimní semestr 2006/2007

Co nás zajímá ? 1. Ventilace a mechanika dýchání 2. Difúze 3. Perfúze 4. Regulace ventilace (metabolická odezva, ASTRUP)

Typy testů Klidové Zátěžové - farmakodynamické testy bronchodilatační x bronchokonstrikční - spiroergometrie

Kdy vyšetřovat ? plicní onemocnění před chirurgickým výkonem posudkové účely objektivizace dušnosti

VENTILACE A MECHANIKA DÝCHÁNÍ

Poruchy mechaniky dýchání I. A) Plicní difuzní změny elasticity (plicní fibrózy, emfyzém, cystická degenerace) ohraničené změny elasticity (jizevnaté plicní procesy specifické i nespecifické, bulosní emfyzém, bronchiektázie, silikózy, psedotumory) edém plic úbytek plicního parenchymu (svráštivé plicní procesy, pneumotorax, stavy po lobektomii) onemocnění viscerální pleury zúžení a deformace dýchacích cest

Poruchy mechaniky dýchání II. B) Mimoplicní porušení kostry hrudníku (vazů, kloubů, deformity hrudní onemocnění páteře – m. Bechtěrev, resekce) špatná funkce dýchacích svalů (centrální porucha, zvýšený tonus respiračních svalů) onemocnění parietální pleury

Příčiny a důsledky nestejnoměrné ventilace I. A) nestejnoměrné působení sil při vdechu a výdechu vydatnější alveolární ventilace neporušeného křídla při výdechu- tlak v plíci zdravé stoupá – přesun z jednoho křídla do druhého – kyvadlová ventilace fibrothorax, torakoplastika, obrna bránice

Příčiny a důsledky nestejnoměrné ventilace II. B) rozdílná poddajnost různých částí plic fibrozní změny poddajnost snižují, emfyzematózní zvyšují

Příčiny a důsledky nestejnoměrné ventilace III. C) bronchiální obstrukce porucha ventilace a perfúze současně – nedochází ke zhoršení saturačních parametrů v krvi

Statické ukazatele – plicní objemy a kapacity TLC – totální kapacita plic (VC+RV) – 6700 ml RV – reziduální objem – 1700 ml VC – vitální kapacita plic – 5000 ml FRC – funkční reziduální kapacita (ERV+RV) – 2900 ml IC – inspirační kapacita – (IRV+VT) - 3800 ml ERV – expirační rezervní objem –1200 ml IRV – inspirační rezervní objem – 3300 ml VT – objem jednoho klidného vdechu – 500 ml

Plicní objemy

Dynamické ukazatele I. d.f. - dechová frekvence (f/min) MV - minutová ventilace (objem/min) v klidu 6-8 l/min FVC - usilovná vitální kapacita ž: [21.7 – (0.101 x věk)] x výška (cm) = ml) m: [27.63 – (0.112 x věk)] x výška (cm) = (ml)

Dynamické ukazatele II. FEV1 - jednosekundová vitální kapacita objektivní hodnocení klinického stavu pacientů s obstrukčními plicními poruchami posouzení odpovědi pacienta na léčbu prognostický parametr – FEV1 > 1 l (5-leté přežívání méně než 50%) FEF25-75% - abnormální dříve než FEV1 u obstrukční poruchy (fyziol: 2 – 4 l/sec.)

Dynamické ukazatele III. PEFR - vrcholová výdechová rychlost (Peak expiratory flow rate) Wrightův peak flow meter – přenosný screeningový přístroj opakované měření objektivizace změn dynamického odporu dýchacích cest

Dynamické ukazatele IV. MVV (Vmax) - maximální minutová ventilace (Maximal voluntary ventilation) - měří se maximální úsilí 10 – 30 sekund frekvencí 10-30 d/min, přepočet na 1 min.> 40 l/min Dechová rezerva - minutová klidová ventilace / MVV, > 1 : 5, 1 : 2 klidová dušnost Apnoická pauza – na konci vdechu 50-80 s, na konci výdechu 30-40 s

Spirometrie - měření ventilačních plicních objemů Spirografie-graf. záznam Určujeme: VT, f, YT – minutová ventilace, spotřeba O2 za čas, VC, VC exsp., VC insp., FVC, FEV1, FEF 25-75, MMEF 25-75

Spirometr

Normální spirogram

1. Obstrukční ventilační porucha CHOPN, astma, emfyzem FEV1%VC (index Tiffeneau) FVC nad 80%, FEV1 pod 80% Lehká: FEV1 80-60% Střední: FEV1 60-40% Těžká: FEV1 pod 40%

Středně těžká obstrukce

2. Restrikční ventilační porucha FVC pod 80%, FEV1 nad 80% Lehká: FVC 80-60% Střední: FVC 60-40% Těžká: FVC pod 40%

Suspektní restrikční porucha

3. Smíšená ventilační porucha FVC pod 80%, FEV1 pod 80% FEV1%VC pod 75% u osob do 50 let, pod 70% u starších malé cesty – snížení FEF 25-75, jejich pokles pod 60% již v době, kdy normální FEV1, FVC air trapping – retence vzduchu v důsledku kolapsu malých dýchacích cest při snížené elastanci

B. Měření vrcholové výdechové rychlosti PEF- peak expiratory flow l/s hrubá orientace o stupni bronchiální obstrukce

C. Měření RV, TLC I. Metoda diluční: inhalace inertního plynu, např. helia o určité koncentraci plíce a dýchací cesty vyšetřovaného tvoří s rezervoárem helia uzavřený okruh objem rezervoáru je přesně změřen – pacient dýchá tak dlouho, až se koncentrace He v rezervoáru dále nemění, a ta je pak změřena

Výpočet pro RV FRC= (a-b) x V a- koncentrace helia na začátku b-koncentrace na konci V-objem rezervoáru RV=FRC-ERV-anatomický mrtvý prostor (cca 140 ml)

C. Měření RV, TLC II. Metoda vyplavovací: vdechování čistého O2 po určitou krátkou dobu a vydechování vzduchu z plic do vaku postupně sledujeme klesající koncentraci dusíku ve vydechovaném vzduchu až k jeho vymizení ze vzduchu vydechovaném z plic z objemu vaku a ze zjištěné koncentrace dusíku v něm můžeme při znalosti objemových procent dusíku ve vzduchu stanovit FRC a z ní vypočítat RV

D. Celotělová pletysmografie I. založena na principu Boylova-Mariottova zákonu: p x V=konst. Při vyšetření sedí vyšetřovaná osoba ve vzduchotěsné kabině a na oscilografu umístěném venku jsou zaznamenávány jednak změny tlaku v atmosféře kabiny, jednak změna tlaku v ústech vyšetřované osoby.

D. Celotělová pletysmografie II. Na konci normálního exspiria, kdy tlak alveolární se vyrovná s tlakem atmosféry kabiny, uzavře operátor cestu vzdušného proudu a vyzve vyšetřovaného, aby se pokusil o 1-2 vdechy při uzavřené záklopce.

D. Celotělová pletysmografie III. Takto uměle vyvolaný podtlak povede k příslušné změně objemu plynu v plicích a projeví se na změněn tlaku v atmosféře kabiny. Obě tlakové hodnoty (v ústech a kabině) se současně registrují na souřadnicový systém oscilografu vytvoří se smyčka o určitém sklonu.

D. Celotělová pletysmografie IV. ZJISTÍME: veškerý objem plynu obsažený v plicích (i nepřístupný ventilaci + buly + cysty), odpor dýchacích cest Raw, elastanci, compliance, dechovou práci

Pletysmograf

E. Compliance I. změna objemu vzduchu v plicích při změně intrapleurálního tlaku o 1cm vodního sloupce lze měřit pomocí balónkové sondy zavedené do jícnu, kde změny tlakového rozdílu mezi tlakem v jícnu a v ústech nahrazují měření změn transpulmonálního tlaku a porovnávají se s paralelními změnami plicního objemu buď za statických podmínek nebo dynamických podmínek.

E. Compliance II. je určena pro měření plicní poddajnosti a dechové práce, pro nutnost zavádět ezofageální sondy je nepopulární, spočívá v měření změn objemů dýchaného vzduchu proti pleurálnímu tlaku v jícnu zvýšená u emfyzému, snížená u fibrotických onem.

E. Compliance III. Statická poddajnost - měření při pomalém nádechu a výdechu celé VC. Dynamická poddajnost - při klidném dýchání, při různých dechových frekvencích, během dechového cyklu, ovlivněna obstrukcí dýchacích cest, choroby malých dýchacích cest

F. Uzávěrová metoda určena k měření odporu kladeného vzduchu v dýchacích cestách spočívá v opakovaném, asi 0,2 s trvajícím přerušení možnosti výdechu při otevřených dýchacích cestách se měří průtoková rychlost a při uzávěru tlak v ústech, který se rovná tlaku v plicních alveolech

Uzávěrová metoda

G. Oscilační metoda určena k měření změn průsvitu dýchacích cest, poskytuje zároveň informaci o plicní elasticitě Princip: dýchání vzduchu akusticky rozkmitaného a měření útlumu oscilací a jejich fázového posunu v dýchacích cestách v porovnání se srovnávacím odporem, následně matematické zpracování

Oscilační metoda

H. Smyčka průtok-objem zdůrazňuje význam průtokové rychlosti, na ose X objem, na ose Y průtoková rychlost průkaz kolapsibility malých dýchacích cest

Křivka F-V

CH. Distribuce vzduchu v plicích izotopové metody 133Xe sledování vyplavování dusíku kyslíkem z plic vyšetřovaný nadechuje 100% kyslík a ve vydechovaném vzduchu se rychlým analyzátorem sleduje postupné vyplavování dusíku z plic zdravý – do 7 min klesne dusík pod 2,5%, porucha – déle jak 7 min výdej CO2

I. Alveolární ventilace a mrtvý prostor třetina anatomický- tracheobronchiální strom, dvě třetiny alveoly Alveolární hypoventilace - snížená saturace krve kyslíkem, zvýšený pCO2, pokles pH-obstrukce i restrikce, únava svalů, snížená citlivost dechového centra, poruchy nervových drah, onem. páteře, hrudní stěny, pleury, plic

Alveolární hyperventilace - velká difuzibilita CO2, nárůst pH-zvýšená dráždivost dechového centra, Kussmaulovo dýchání, tetanie, provokace epilepsie

2. DIFÚZE

Alveolokapilární transport tlakový gradient umožňuje, aby O2 z alveolárního prostoru difundoval do kapilární krve plic a CO2 opačným směrem O2 difunduje z alveolu-přes alveolární membránu-intersticiální tekutinu plic-kapilární membránu-krevní plazmu-membránu erytrocytu, nitrobuněčnou tekutinu erytrocytu k molekule Hgb-chemická reakce

Co ovlivňuje difúzní kapacitu? Plocha povrchu alveolokapilární membrány Množství hemoglobinu Tloušťka alveolokapilární membrány Stupeň poruchy distribuce ventilace a perfúze

DLCO DLCO - difúzní plicní kapacita pro oxid uhelnatý - množství plynu, které přejde přes alveolokapilární membránu v závislosti na velikosti molekuly, na parciálním tlaku před a za membránou, kvalitě, čase Používá se CO (0,3%), CO2, O2, N2O Difúzní kapacita plic pro CO nebo O2 (DLCO; DLO2 = 1.23 x DLCO)

Poruchy difúze Příčiny snížení: a/ Ztluštění alveolokapilární membrány (fibroza) b/ Destrukce alveolární membrány (emfyzém) c/ monitorace pneumotoxických efektů leků (cytostatika)

Faktory ovlivňující difúzi Limitující faktory Transport plynů O2 CO2 CO N2O Alveolokap. membrána + - Objem krve a Hgb Cirkulace

3. PERFÚZE

Plicní řečiště Plicní cévní řečiště se liší od systémového v řadě vlastností: Intravaskulární tlaky jsou nízké Plicní tenkostěnné cévy jsou poddajné Plicní arterioly neobsahují za normálních okolností svalová vlákna Na hypoxii reaguje vasokonstrikcí

Fenomén vodopádu Rozdělení plicních cév ve vzpřímené poloze: 1. etáž – horní - Pa>PA >Pv – k průtoku nedochází, cévy jsou uzavřeny převažujícím alveolárním tlakem 2. etáž – střední - PA >Pa >Pv – průtok závisí na rozdílu alveolárního a arteriálního tlaku, nezávisí však nijak na tlaku venózním 3. etáž – dolní - PA >Pv >Pa – průtok závisí na arteriovenózním tlakovém gradientu

Zvýšení intravaskulárních tlaků I. a/ Pasivně Výrazně zvýšený průtok (zkratové kongenitální levopravé vady Sekundární plicní hypertenze

Zvýšení intravaskulárních tlaků II. b/ Aktivně Zvýšení plicní cévní rezistence vasokonstrikcí při alveolární hypoxii Omezení lumina plicních cév intraluminálními tromby nebo emboly Destrukce drobných plicních cév při jizvení, destrukci alveolárních stěn nebo při vaskulitidách

Metody vyšetření I. Perfuzní scintigrafie – radioaktivní partikule aplikované i.v. (denaturovaný albumin 99mTc) embolizují plicní kapilární řečiště, gamakamerou se hodnotí radioaktivita nad plícemi v různých projekcích Funkční dynamická scintigrafie - 133Xe, poměr ventilace x perfúze –snížený u emfyzému, astmatu, atelektázy, zvýšený u plicní embolie

Metody vyšetření II. Angiografie – katetr do a. pulmonalis, nástřik kontrastní látkou (hemoptýza, plicní embolie, a-v zkraty) Katetrizace – plicní hypertenze (Swan-Ganzův katetr) ECHO, Doppler

4.REGULACE VENTILACE A METABOLICKÁ ODEZVA

ABR I. Vyšetření krevních plynů (Astrup) pH 7,36-7,44 PaO2 9,9-14,4 kPa PaCO2 4,8-5,9 kPa BE ±2 mmol/l BBS 48 ±2 mmol/l Standartní bikarbonáty 24 mmol/l

ABR II. Aktuální bikarbonáty 24 mmol/l Totální CO2 Muži: 23-27 mmol/l Ženy: 21-25 mmol/l Saturace hemoglobinu O2 97%

Dodávka a spotřeba kyslíku PaO2 hemoglobin, cirkulace využití v tkání (PaO2 – PvO2, tj. AV diference) = Hb (g/l) × SV (l/min) × AV diference O2 A = PaO2 V = PvO2 PaO2 závisí na - pATMO2, - plicních funkcích (ventilace, difuze, perfuze) - event. příměsi neokysl. krve (pravolevý zkrat)

Nedostatek kyslíku I. Nedostatek kyslíku – hypoxie Nedostatek kyslíku v krvi (nízký pO2 v arteriální krvi - paO2) - hypoxémie Oxid uhličitý (CO2) jeho množství v krvi souvisí především s mírou ventilace Vyšetření hypoxémie Běžnou regulaci zabezpečuje oxid uhličitý

Nedostatek kyslíku II. Centra reagující na hypoxémii – stimuluje dýchání Při chronické hypokapnii se snižuje citlivost na CO2 Praktické důsledky: Pacient s kombinací hyperkapnie a hypoxémie (např. těžší obstr. choroba) dýchání reguluje hypoxémie dýchání čistého kyslíku může utlumit dech. centra a vést k vzestupu hyperkapnie v dýchací směsi je oxid uhličitý

Nedostatek kyslíku III. Samotná hypoxémie (např. fibróza, ale i lehčí astmat. záchvat) stimuluje dýchání, dochází k hyperventilaci a hypokapnii Hyperventilace je uskutečňována svaly – vyžadují kyslík dochází k jejich únavě – projeví se postupnou „normalizací“ a dalším vzestupem CO2 může být indikací k podpůrnému dýchání

5. DALŠÍ METODY

Endoskopická vyšetření plic 1. Bronchoskopické vyšetření Fibroskopie Bronchioloalveolární laváž (BAL) – 150-500 ml fyziologického roztoku, cytologické a mikrobiologické vyš. Transbronchiální plicní biopsie 2. Mediastinoskopie 3. Thorakoskopie

Zobrazovací metody I. 1. RTG Skiagram Abreogram Tomogram CT, HRCT (pneumonie, atelektáza, pneumothorax, pneumomediastinum,emfyzém, cystická fibroza, tumory) perkutánní plicní biopsie

Zobrazovací metody II. 2. Radioizotopová Inhalační scintigrafie – inhalace radioaktivního aerosolu v uzavřeném systému, vyšetření s odstupem několika hodin, umožní posoudit mukociliární clearenci Galliový scan – 67Gallium - kumulace v tkáni poškozené zánětem

Zobrazovací metody III. Měření epiteliální plicní permeability – chelát DTPA (diethyletriaminopentaoctová kyselina ve formě aerosolu) přestupuje přes plicní epitel do plicních kapilár za 45-50 min, u fibrozy 20 min.

Zobrazovací metody IV. 3. Ultrasonografie – posuzování pleurálních procesů – perkutánní plicní biopsie 4. NMR

Laboratorní vyšetření I. 1. alfa1-antitrypsin (deficience: mladí nekuřáci s emfyzémem) 2. Vyšetření potu na chloridy (Cystická fibroza Cl- > 60 mmol/L) 3. Bakteriální vyšetření sputa nebo BAL: Pseudomonas aeruginosa (CF), Staph. aureus, H. influenza, P. cepatia 4. Cytologické vyšetření sputa nebo BAL

Laboratorní vyšetření II. 5. Indukované sputum 6. Eozinofilní kationický protein 7. Vyšetření kondenzátu vydechovaného vzduchu 8. Vyšetření oxidu dusnatého (NO) ve vydechovaném vzduchu

Hypoxie I. 1. Hypoxie anoxická – nedostatečné okysličení arteriální krve v plicích a) alveolární hypoventilace, která je provázena i zvýšením pCO2, odstranění hypoxie O2 –neodstraní retenci a zvýšení pCO2

Hypoxie II. b) porucha difuse – není zvýšení pCO2, kromě těžkých stavů, snížení v důsledku hyperventilace c) venosní příměs – MAC v důsledku chronické hypoxie d) nepoměr mezi ventilací a perfusí e) snížení tense O2 v inspirovaném vzduchu, snížené pCO2, snížení pH

Hypoxie III. 2. Hypoxie stagnační 3. Hypoxie anemická 4. Hypoxie histotoxická

Pulsní oxymetrie Pulsní oxymetrie – sycení Hb kyslíkem pomocí fotoelektrických metod Nevýhodou rel. malá citlivost při pO2 víc jak 8 kPa, při špatné kožní perfúzi a v přítomnosti karboxyhemoglobinu a methemoglobinu

Pulsní oxymetr

Dušnost I. Mimoplicní Snížení kyslíku ve vdechovaném vzduchu – v nadmořských výškách přes 3000 m, klidová alveolární hyperventilace Při abnormálně velké spotřebě kyslíku Při akutní a chronické anémii Acidoza – Kussmaulovo acidotické dýchání Soldierś heart – hyperventilace mrtvého prostoru

Dušnost II. Centrální Cheyne-Stokes – periodické dýchání, charakterizované sérií pravidelně se prohlubujících a změlčujících se dechů s apnoickými pauzami (srdeční selhání, uremie, těžká pneumonie, zvýšený, nitrolební tlak) Syndrom spánkové apnoe

Dušnost III. Biotovo dýchání – různě hluboké dechové vlny se střídají s apnoickými pauzami (meningitidy, encefalitidy) Apneustické – lapavé, nepravidelné (postižení CNS, toxiny, trauma,farmakologicky)

Poruchy dechového centra Eupnoe – klidové dýchání Tachypnoe – polypnoe, rychlé, povrchní, u plicních onem., rozrušení, horečka, námaha Bradypnoe- snížená frekvence Hyperpnoe – zrychlené a prohloubené

Některé běžně užívané zkratky I. PaO2 = Parciální tlak kyslíku v arteriální krvi PiO2 = Parciální tlak kyslíku ve vdechovaném (inspired) vzduchu FiO2 = Frakce kyslíku ve vdechovaném vzduchu PAO2 = Parciální tlak kyslíku v alveolu PACO2 = Parciální tlak kysličníku uhličitého v alveolu P(A-a)O2 = Gradient tenze alveolárního a arteriálního kyslíku

Některé běžně užívané zkratky II. TV nebo (VT) = Dechový objem (Tidal volume) VC = Vitální kapacita FVC = Usilovná vitální kapacita (Forced Vital Capacity) TLC = Množství vzduch v plicích po max. nádechu (Total Lung Capacity) FEV1 = Jednosekundová vitální kapacita (Forced Expiratory Volume in 1 second)

Některé běžně užívané zkratky III. FEF25-75% = Maximální střední výdechová rychlost mezi 25-75% FVC (Forced Expiratory Flow from 25% to 75% of FVC) FRC = Množství vzduchu v plicích na konci normálního klidového výdechu (Functional Residual Capacity) RV = Residual Volume (množství vzduchu v plicích na konci maximálního výdechu)

Některé běžně užívané zkratky IV. PEFR = Vrcholová výdechová rychlost (Peak Expiratory Flow Rate) MVV (Vmax) = Maximální minutová ventilace (Maximal Voluntary Ventilation)

Děkuji za pozornost