Методики исследования функции внешнего дыхания - патология органов дыхания у ликвидаторов аварии на чаэс
В основной и контрольной группах проводилось углубленное исследование респираторной функции с применением различных методов.
Диффузионная способность легких определялась методом одиночного вдоха с применением инфракрасного датчика и специально разработанного программного обеспечения для обработки полученных данных (Модель 2200, &ldquo-SensorMedics Согр.&rdquo-)·- Альвеолярный объем (Va) измерялся одновременно с применением метана в качестве тест-газа. Тестирование проводилось в соответствии с критериями Американского Торакального Общества (1987). Каждому пациенту проводилось по два технически приемлемых теста, которые считались воспроизводимыми, если один тест не отличался от другого DLCOsb более чем на 10% или 3 мл/мин/мм Hg. Процентная разница между результатами двух тестов рассчитывалась следующим образом:
100 х (тест 1 — тест 2)/средняя DLCOsb.
Бодиплетизмографтеское исследование проводилось с использованием универсальной бодикамеры, позволяющей осуществлять измерения в условиях как переменного, так и постоянного объема (Модель 2800 Transmural Body Box, &ldquo-SensorMedics Corp.&rdquo-). При измерении кривой поток-объем, бронхиального сопротивления и структуры статических объемов проводилось не менее трех технически приемлемых попыток, позволяющих достигать нужной воспроизводимости измерений (показатели FEV, полученные из этих попыток, не должны были отличаться более чем на 5%) согласно стандартам Американского Торакального Общества (1991).
Исследование метаболизма во время тестов с физической нагрузкой (эргоспирометрия) проводилось выбранным из основной группы 8 больным и всем больным контрольной группы по стандартной методике. После 2 минут исследования параметров и стабилизации газообмена пациента и 2 минут свободного педалирования без нагрузки пациентам задавался стандартный протокол со ступенчато нарастающей нагрузкой по 15 ватт в мин до изнеможения. Осуществлялось постоянное мониторирование ЭКГ и АД. Пациент дышал через специальную маску с низким сопротивлением и мертвым пространством (Hans Rudolph Inc., USA). Метаболические параметры измерялись с помощью диагностической системы — 2900 Metabolic Measurement Cart (&ldquo-SensorMedics Corp.&rdquo-) в режиме Breath-by-Breath, то есть изменения показателей для каждого дыхательного цикла с последующим их усреднением. Анализировались следующие параметры: VO2 max — максимальное потребление кислорода, АТ — анаэробный порог, BR — вентиляционный резерв, Vd/Vt — соотношение объема &ldquo-мертвого пространства&rdquo- и дыхательного объема. Параметры газового состава крови определялись спектрофотометрическим методом (кислотно-щелочная лаборатория, модель 288, &ldquo-Ciba-Corning&rdquo-).
Показатели центральной гемодинамики определялись у 10 пациентов основной и всех больных контрольной группы и были получены с использованием эхокардиографического исследования, проводившегося по общепринятой методике &Eta-. М. Мухарлямова и Ю. Н. Беленкова (1974) с оценкой УО, %ФВ, % S, VCFceK1.
Общее периферическое сопротивление рассчитывалось по формуле: ОПС=АДср.х 80/МОл/дин х сек х см5
Статистическая обработка данных проводилась методом парного t-критерия Стьюдента для связанных выборок.
Результаты исследования респираторной функции
Респираторные функциональные изменения у ликвидаторов характеризовались прежде всего тем, что доминировал обструктивный характер вентиляционных нарушений. Если конкретизировать полученные данные, то у 31 (91,2%) ликвидатора отмечались признаки нарушения бронхиальной проводимости на всех уровнях, что проявлялось снижением показателей FEV, и форсированных экспираторных потоков (табл. 2). Сравнительный анализ показателей кривой поток—объем в группе ликвидаторов и контрольной группе показал, что достоверные различия между группами отсутствуют.
Таблица 2
Сравнительная характеристика показателей (% должн.) респираторной функции в группе ликвидаторов и группе контроля
* - р < 0,05
При анализе легочных объемов, измеренных бодиплетизмографическим методом, отмечалось увеличение остаточного объема (RV) по сравнению с нормальными величинами как в основной, так и в контрольной группах. Однако эти изменения не сопровождались достоверным увеличением общей емкости легких (TLC) по сравнению с должными величинами в обеих группах.
Вышеперечисленные изменения вентиляции сопровождались нарушением диффузионной способности легких, наиболее частым типом нарушения которой (у 32 ликвидаторов — 94,1%) оказалось изолированное снижение так называемой &ldquo-удельной диффузии&rdquo- (72,9±1,6% должн.) — отношения общей диффузии к альвеолярной вентиляции DLCO/VA (Ross R., 1968- Jones N. L., Campbell E. J., 1982- LFT, 1991) при нормальном уровне общей диффузионной способности легких (90,7+1,9% должн.). У пациентов контрольной группы изменений общей диффузионной способности легких и ее отношения к альвеолярному объему не отмечалось. Снижение &ldquo-удельной диффузии&rdquo-, сопровождаемое высоким уровнем отношения мертвого пространства к дыхательному объему VD/VT в покое 0,50+0,02 (при норме 0,27—0,30) (Hines L. Е., 1992- Gross N. J., 1977), в сочетании с повышенным вентиляционным эквивалентом по кислороду между 25—50% максимального потребления кислорода — VO2max (при норме 25—30) могли свидетельствовать о наличии вентиляционного шунта (Phillips Т. L., Wyatt J. Р., 1980- Sanders С. L. et al., 1989). Однако эти показатели не сопровождались достоверным изменением напряжения газов артериальной крови Ра02 = 90,5+1,3 mm Hg- PCO2 40,0+0,69 mm Hg.
Исследование газообмена во время теста с физической нагрузкой проводилось выборочно у 8 ликвидаторов (табл. 3) и продемонстрировало в целом значительное снижение толерантности к физической нагрузке. У трех пациентов максимальное потребление кислорода составило менее 50%, у пяти — от 50 до 70% от должного. Признаки анаэробного порога были зафиксированы у шести пациентов, где его уровень был в пределах нормы. Из них у трех больных причиной завершения нагрузочного тестирования было достижение предельно допустимых цифр диастолического давления без ЭКГ-признаков ишемии миокарда и превышения вентиляционного функционального предела. Двое больных прекратили выполнение теста вследствие появления признаков недостаточности коронарного кровообращения — депрессии сегмента ST более 1 мм и достижения субмаксимального числа сердечных сокращений. У одного пациента тест пришлось прекратить из-за внезапно появившегося у него головокружения, не сопровождавшегося резкими перепадами АД и изменениями ЭКГ.
Показатели газообмена при физической нагрузке у лиц основной группы
Таблица 3
№ | V02 макс, мл/мин (% должн.) | АТ, мл/мин | ЧСС макс, уд/мин (% должн.) | АД, мм рт. ст. | BR% | Vd/Vt | Vd/Vt | Причина завершения теста |
1 | 822 (28) | _ | 102 (68) | 130/86 | 0,74 | 0,52 | 0,31 | Диспноэ |
2 | 1569(66) | 1422(50) | 112(74) | 165/100 | 0,50 | 0,46 | 0,26 | Головокружение |
3 | 1531(51) | — | 133 (83) | 163/102 | 0,63 | 0,57 | 0,24 | Усталость ног |
4 | 1444 (47) | 1108(36) | 136(73) | 185/120 | 0,47 | 0,44 | 0,20 | Достижение максимально допустимого диастолического АД |
5 | 1931(68) | 1401 (50) | 133(75) | 190/120 | 0,56 | 0,46 | 0,24 | Достижение максимально допустимого диастолического АД |
6 | 1886 (63) | 1501(50) | 138(86) | 195/110 | 0,59 | 0,50 | 0,18 | Депрессия сегмента ST (1,2 мм) и появление экстрасистол из AV-узла 5—6 в мин |
7 | 1906(61) | 1750 (56) | 165(100) | 163/78 | 0,56 | 0,50 | 0,22 | Депрессия сегмента ST (1,1 мм) и достижение максимально допустимого ЧСС |
8 | 1411 (49) | 1261(44) | 139(86) | 190/120 | 0,50 | 0,57 | 0,32 | Достижение максимально допустимого диастолического АД |
М | 1562,5(54,1) | 1407,2 | 132,3 | 171,4/104,5 | 0,57 | 0,50 | 0,25 | |
SE | 129,9 (4,7) | 89,0 | 6,7 | 7,4/5,7 | 0,03 | 0,02 | 0,02 |
В двух случаях, когда неинвазивные признаки анаэробного гликолиза так и не были зарегистрированы, причинами прекращения нагрузочного теста были: в первом случае — резко выраженное ощущение затрудненного дыхания при значительно сохраненном вентиляционном резерве и отсутствии кардиальных показаний для прекращения теста, а во втором — усталость ног при отсутствии признаков достижения респираторного или циркуляторного пределов. Таким образом, у большинства пациентов именно циркуляторный фактор являлся главным в ограничении физической работоспособности.
Соотношение объема &ldquo-мертвого пространства&rdquo- к дыхательному объему (Vd/Vt) и вентиляционный эквивалент по кислороду (Ve02) являются важными критериями эффективности вентиляции в отношении поддержания газообмена (Жорова Е. С. и соавт., 1989). Высокий уровень отношения Vd/Vt в состоянии покоя у наших пациентов — табл. 3 (в норме 0,3—0,35) в сочетании с повышенным вентиляционным эквивалентом по кислороду между 25 и 50% VO2max — рис. 1 (в норме -25-30) свидетельствуют о том, что имеет место вентиляционный шунт (Jones N. L. et al., 1985- Ross R., 1989). Во время нагрузки уровень вентиляции &ldquo-мертвого пространства&rdquo- значительно снижался, что свидетельствует о повышении ее эффективности в отношении газообмена, однако у 6 из 8 пациентов так и не достигал обычного уровня, соответствующего максимальному потреблению кислорода (в норме 0,15—0,20) (Jones N. L., Campbell Е. J., 1982).
При проведении исследования корреляционной зависимости между основными параметрами, отражающими выраженность проявлений бронхиальной обструкции, гипервоздушности, диффузионных расстройств, с одной стороны, и длительностью пребывания в очаге радиационного поражения, отдаленностью от эпицентра и официально зарегистрированной радиационной дозой — с другой, достоверной корреляционной связи между этими группами параметров выявить не удалось. Возможно, это связано с недостаточным количеством наблюдений, неоднородностью представленной группы, неточностью или отсутствием в ряде случаев необходимых сведений, касающихся деятельности пациентов в зоне радиационного поражения.
Обобщая полученные данные, можно говорить о том, что диффузионная способность легких оказалась наиболее специфично измененным компонентом респираторной функции у лиц, подвергшихся радиационному воздействию во время ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. Это соответствует литературным данным, согласно которым исследование диффузионной способности легких является наиболее информативным из легочных функциональных тестов при радиационных поражениях (Maasilta R, 1991). Были выявлены различные варианты диффузионных расстройств. Сочетание неизмененной общей диффузии и сниженного отношения (DLCO/Va), зарегистрированное в группе ликвидаторов, не является характерным для больных с хроническими обструктивными заболеваниями легких, при которых снижение общей диффузионной способности часто происходит вследствие альвеолярной гиповентиляции (S-Bcmdc, 1987), что подтверждается обычно нормальным соотношением DLCO/Va. Имеющее место снижение этого соотношения у злостных курильщиков, неоднократно описанное в литературе (Martt J. М., 1962- Knudson R. J. et al., 1989) всегда сочетается со снижением в гораздо большей степени общей диффузионной способности легочной ткани (Watson A. et al., 1993). Поэтому зарегистрированные нами нарушения диффузии трудно объяснить такими факторами, как бронхиальная обструкция, эмфизема, курение. В данном случае можно было бы предположить, что подобный характер снижения диффузионной способности может быть обусловлен спецификой радиационного, и в частности, радионуклидного поражения легочной ткани, описанного выше.
Стабильность диффузионных расстройств по сравнению с другими компонентами респираторной функции подтвердили результаты пятилетнего наблюдения за 10 больными из группы ликвидаторов. Проведение этой группе больных комплексной программной терапии оказало существенное влияние на функциональные показатели, отражающие бронхиальную проводимость. Было отмечено достоверное положительное изменение скоростных показателей кривой поток—объем (табл. 4): пикового экспираторного потока (PEF, р < 0,05) и максимального среднеэкспираторного потока (MMEF25_75, р < 0,05). Показатели диффузионной способности легких и ее отношения к альвеолярному объему не претерпели существенных изменений.
Таблица 4
Динамика показателей респираторной функции в основной и контрольной группах (M±SD)
Параметры | 1994 год | 1997 год |
FEV, | 93,1 ±4,9 | 103,0 ±5,4 |
PEF | 69,1 ±3,5 | 82,5 ±2,8* |
MMEF25-75„ | 69,5 ±3,7 | 89,7 ± 6,4* |
DLCO | 96,7 ± 3,3 | 108,7 ±4,9 |
DLCO/Va | 78,1 ±3,3 | 79,5 ±5,7 |
* - р < 0,05
Изменения функционального состояния респираторной системы в большинстве случаев сочетались с изменениями функционального статуса сердечно-сосудистой системы. Выявленные изменения показателей центральной гемодинамики у большинства ликвидаторов соответствовали эукинетическому типу. Результаты исследований представлены в табл. 5. У лиц, подвергшихся влиянию радиационной пыли, выявлено лишь незначительное повышение ОПС до 2000,96± 104,11 дин.см5.с., снижение % ФВ до 55,3±2,3%, VCFдо 0,72 ±0,04 с1, при нормальном УО 70,1 _0 4,3 мл. Полученные результаты демонстрируют умеренное снижение насосной и сократительной способности миокарда левого желудочка.
Таблица 5
Показатели центральной гемодинамики левого желудочка по данным эхокардиографии у больных основной группы
Параметры | М ±SD |
Минутный объем — МО, л/сек | 5,7 ±8,1 |
Ударный объем — УО, мл | 70,1 ± 4,3 |
Фракция выброса — ФВ, % | 55,3 + 2,3 |
Степень укорочения передне-заднего размера левого желудочка, %AS | 30,8 ± 1,6 |
Скорость циркулярного укорочения волокон миокарда — % VCF, с-1 | 0,72 + 0,04 |
Общее периферическое сопротивление — | 2001,0 + 104,1 |
ОПС, дин х см-5 х с |
Установлена зависимость показателей центральной гемодинамики (УО, %ФВ, % AS,VCF, ОПС, МОК), определяемых методом ЭхоКГ, от степени выраженности вентиляционных расстройств и дыхательной недостаточности (Пашкова и соавт., 1996). При проведении факторного анализа ключевыми параметрами, определяющими формирование вентиляционных нарушений у ликвидаторов, оказались УО, %ФВ, % AS, VCF, VC, DLCO, DLCO/VA, TLC, RV и VD/VT.
Проведенные исследования свидетельствуют о том, что у ликвидаторов нарушения респираторной функции сопровождаются изменениями состояния миокарда левого желудочка и показателей центральной гемодинамики. Частота и выраженность нарушений показателей центральной гемодинамики с развитием дыхательной недостаточности может, по-видимому, частично объясняться шунтированием крови через бронхолегочные анастомозы, в результате чего развивающиеся вентиляционно-перфузионые нарушения могут оказывать опосредованное влияние на снабжение миокарда кислородом.
Обобщая полученные данные исследования респираторной функции и центральной гемодинамики в группе ликвидаторов, можно констатировать, что в этой группе лиц имеет место сочетание умеренно выраженных смешанных респираторных и гемодинамических нарушений. Возможно, что пусковым моментом, приводящим к умеренной дисфункции сердечно-сосудистой системы, по-видимому, является изменение диффузионной способности легких у лиц, подвергшихся радиационному воздействию во время ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. Сами же диффузионные нарушения у ликвидаторов несколько отличаются от имеющих место снижений DLCO/VA у длительно курящих лиц, описанных в литературе, которые, как правило, сопровождаются снижением общей диффузионной способности легких (S-Bcmdc, 1987). Однако ограниченное число наблюдений в исследуемой группе ликвидаторов не позволяет в настоящий момент сделать окончательные глобальные выводы, касающиеся диффузионных расстройств, и четко обозначить специфические функциональные признаки, характерные для поражения легочной ткани ингалируемыми радионуклидами.
ЛИТЕРАТУРА
Жорова Е. С., Заликин Г А., Нисимов П. Г. Гистопатология легких при инкорпорации плутония-238 // Радиобиология. — 1989. — Т. 29, Ns 2. — С. 202—206.
Левдик Т. И., Калмыкова 3. И., Фетисова Л. И. и др. Влияние пониженной относительной влажности воздуха на накопление плутония-239 в организме и его биологическую эффективность // Гиг. и сан. — 1989. — Ns 7. — С. 13—16.
Brady L. W., Germon Р. A., Cande L. The effects of radiation therapy on pulmonary function in carcinoma of the lung // Radiology. — 1965. — Vol. 85. — P. 130—134.
CioniniL., Pacini P., DePuolaE.et al. Respiratory function tests after mantle irradiation in patients with Hodgkin`s disease // Acta Radiol. Oncol. — 1984. — Vol. 23. — P. 401—409.
Emirgil C., Heineman H. O. Effects of irradiation of the chest on pulmonary function in man // J. Appl. Physiol. - 1961. - Vol. 16. - P. 331.
Groover T. A., Christie A. C., Merritt E. A. Intrathoracic changes, following roentgen treatment of breast carcinoma // Am. J. Roentgenol. — 1923. — Vol. 10. — P. 471—476.
Gross N. J. Pulmonary effects of radiation therapy // Ann. Intern. Med. — 1977. — Vol. 86. — P. 81-92.
Hines L. E. Fibrosis ofthe lungfollowing roentgen-ray treatments for tumor // J. Aim. Med. Assoc. — 1922.-Vol. 79. - P. 720.
Jones N. L., Campbell E. J. Clinical Exercise Testing. — Orlando: Grune & Stratton Inc., 1982.
Jones N L., Markides L., Hitchcock C. et al. Normal standards for an incremental progressive cycleergometertest // Am. Rev. Respir. Dis. — 1985. — Vol. 131. — P. 700—708.
KnudsonR. J., Kaltenbom W. T., Burrows B. The effects of cigarette smoking and smoking cessation on the carbon monoxide diffusing capacity ofthe lung in asymptomatic subjects // Am. Rev. Respir. Dis.. - 1989. - Vol. 140. - P. 645-651.
Lung functions testing: selection ofreference values and interpretative strategies // Am. Rev. Respir. Dis. - 1991. - Vol. 144. - P. 1202-1218.
MaasUta P. Deterioriation in lungfunction following hemithorax irradiation for pleural mesothelioma // Int. J. Radial. Oncol. Biol. Phys. — 1991. — Vol. 20, №3. — P. 433—458.
Marti J. M. Pulmonary diffusing capacity in cigarette smokers // Ann. Intern. Med. — 1962. — Vol. 56.-P 39-45.
Mattson K., Holsti L. R., Poppins H. et al. Radiation pneumonitis and fibrosis following split course radiation therapy for lung cancer // Acta Radiol. Oncol. — 1987. — Vol. 26. — P. 193—196.
Miller W. P, ScacciR., Jast L.R. Laboratory Evaluation of Pulmonary Function. — Philadelphia: J. B. Lippincott Company, 1987.
Phillips T. L., Wyatt J. P. Radiation fibrosis // Pulmonary Diseases and Disorders / Ed. A. P. Fishman — Pennsylvania: McGrawOHill Book Co, 1980. — Vol. 1. — P. 658—674.
Prato F. S., Kurdyak R., Salbil E. A. et al. Physiological and radiographic assessment during the development of pulmonary radiation fibrosis // Radiology. — 1977. — Vol. 122. — P. 389—397.
Ross R. Interpreting Exercise Tests — Houston: CSI Software, 1989.
Rubin P., CasarettG. W. Respiratory systems // Clinical Irradiation Pathology — Philadelphia: W. B. Saunders Co, 1968. — Vol. 1. — P. 423—470.
Sanders C. L., Lauhala К. E., VcDonald К. E. Quantitative scanning electron microscopic autoradiography of inhaled 239PuO2 // Health Phys. — 1989. — Vol. 56, М3. — P. 321—325.
Single-breath carbon monoxide diffusing capacity (transfer fa.ctor): recommendations in a standard technique // Am. Rev. Respir. Dis. — 1987. — Vol. 136. — P. 1299—1307.
Tyler A. F., Blackman J. R. Effect of heavy radiation on pleura and lungs // J. Radiol. — 1922. — Vol. 3. - P 469.
Wasserman K., Hansen J. E., SueD. K, WhippB. J. Principles of Exercise Testing and Interpretation. — Philadelphia: Lea & Febiger, 1987.
Watson A., Joyce H., Hopper L., Pride N. B. Influence of smoking habits on change in carbon monoxide transfer factor over lOyears in middle aged men // Thorax. — 1993. — Vol. 48. — P. 119—124.
