Способ оценки вентиляционно-диффузионных резервов легких Российский патент 2025 года по МПК A61B5/08 A61B5/91 A61B5/113 C01B13/00 C01B23/00 A61M15/00 

Изобретение относится к медицине, а именно к пульмонологии, позволяет оценивать функциональное состояние дыхательных объемов и газообмена легких с определением их резервных возможностей. Информация о резервных возможностях респираторной системы здоровых лиц, пациентов с пневмонитами и пневмониями, при хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ), раке легких и других заболеваниях принципиально определяет тактику тренировочных нагрузок, реабилитационных и лечебных воздействий, превенции осложнений перед оперативными и иными вмешательствами [1].

Существующие методы исследования функциональной способности легких – спирометрия, бодиплетизмография, DL_CO тест (диффузионная способность легких по отношению к монооксиду углерода, СО) – позволяют оценивать состояние и функцию воздухопроводящей и газообменной части легкого, но не их резервные возможности [2-5].

Имеются функциональные диагностические пробы с фармакологическими препаратами, позволяющие, по реакции на лекарственное воздействие, определять резервные возможности воздухоносных путей (трахея, бронхи, бронхиолы). Эти пробы используются для диагностики и оценки эффективности лечения при заболеваниях легких [3]. Однако эти пробы не позволяют изучать вентиляционную и диффузионную способности легких, характеризующие состояния газообмена, и тем более оценивать их резервные возможности.

Также известен способ оценки функциональных резервов дыхательных мышц, основанный на регистрации максимального инспираторного и экспираторного давления, которое регистрируется во рту или в маске во время максимального произвольного вдоха (маневр Мюллера) или выдоха (маневр Вальсальвы) при перекрытых воздухоносных путях [6]. Данный способ дает возможность оценивать силовой резерв дыхательной мускулатуры, но не позволяет получать данные о состоянии зоны газообмена легких – остаточного объема и диффузионной способности.

Действительно, количественное определение резервов легочной ткани, представленной альвеолами и непосредственно участвующей в газообмене, чрезвычайно сложно в силу физиологической вариабельности количества и объёмов альвеол, зависящей от большого числа экзо- и эндогенных воздействий (гравитации, смены положения тела, атмосферного давления, оперативных вмешательств, заболеваний и др.), приводящих к парциальному, иногда преходящему, их ателектазированию [7]. При этом следует принимать во внимание, что поддержание альвеол в расправленном состоянии обеспечивается легочным сурфактантом, изменение агрегатного состояния которого, через повышение поверхностного натяжения им образуемой внутриальвеолярной пленки, приводит к их ателектазу [8].

Принципиально значимым является то, что в ранее проведенных исследованиях [1, 9] было показано восстановление структуры сурфактанта легких под влиянием инертного газа ксенона, когда за счет понижения величин поверхностного натяжения образованной им внутриальвеолярной пленки спавшиеся альвеолы принимают исходные форму и объем, что ведет к положительным терапевтическим эффектам. Физические расчеты и экспериментальные исследования подтвердили гипотезу – «восстановления функциональной структуры эндогенного сурфактанта под воздействие ксенона» [1].

Известен способ выявления нарушения газообменной функции легких у пациентов с COVID-19 с помощью магниторезонансной томографии легких с контрастированием легочной ткани гиперполяризованным ксеноном Хе 129 [10], позволяющей детально изучать структуру альвеолярной ткани, но без возможностей оценки её функции и тем более резервных возможностей.

Известен способ оценки дыхательного резерва с помощью путем измерения антропометрических (вес, рост, обхват грудной клетки на вдохе и выдохе) и физиологических (жизненная емкость легких (спирометрия), расчет должной жизненной емкости легких (ДЖЕЛ), пробы Штанге и Генча, проба Серкина) показателей [11].

Задачей изобретения является повышение эффективности и точности оценки резервных возможностей газообменных участков легочной ткани, изменения их объема и диффузионной способности.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность в определении тактики лечебных мероприятий при заболеваниях легких и тренировках респираторной системы.

Способ оценки вентиляционно-диффузионных резервов легких, заключающийся в проведении испытуемому спирометрии, бодиплетизмографии, DL_CO теста с последующей ингаляцией ксенон-кислородной газовой смесью в соотношении 30% ксенона и 70% кислорода и продолжительностью 3 минуты. Через 1 час после ингаляции исследование повторяют в том же объеме. По данным сравнения результатов тестов, оцениваемых в % к должному, определяют динамику изменений легочных объемов и диффузионной способности, характеризующую их резервы. Наиболее адекватным в оценке резервных возможностей легких является результат отношения величины остаточного объема легких (ООЛ) к величине (DL_CO), рассчитанных как разница двух их измерений в % к должному, и характеризующего изменения объемно-диффузионных зависимостей. При этом значение ООЛ/DL_CO более 11 расценивается как «низкий резерв или его отсутствие»; значение ООЛ/DL_CO в диапазоне от 10,9 до 3,5 – как «средний резерв»; значение ООЛ/DL_CO в диапазоне от 3,4 до 1,0 – как «высокий резерв»; значение ООЛ/DL_CO в диапазоне от 0,9 до 0,1 и менее – как «очень высокий резерв».

Приведенные критерии оценки значений вентиляционно-диффузионных резервов легких определены эмпирически по результатам клинико-инструментальных и лабораторных наблюдений. В анализ вошли данные обследования 25 лиц (здоровых добровольцев и пациентов с повреждениями легких различного генеза и степени выраженности).

В таблице 1 приведены результаты статистической обработки критерия, определяющего вентиляционно-диффузионный резерв легких у здоровых добровольцев и пациентов с повреждениями легких различного генеза и степени выраженности. Представленный критерий резерва, определяется как результат отношения величины ООЛ к величине DL_CO, рассчитанных как разница двух их измерений в % к должному. Этот критерий наиболее информативен в оценке легочных резервов, поскольку, будучи безразмерным, характеризует изменение процесса диффузии газов через аэрогематический барьер и его сопряженность с изменением остаточного объема легких.

Результаты предлагаемого способа расчета резерва по отношению ООЛ к DL_CO выражаются в относительных единицах и демонстрируют, на сколько единиц увеличения остаточного объема приходится увеличение единиц диффузии. Прирост данного показателя свидетельствует о снижении диффузии на единицу объема и, наоборот, снижение указывает на увеличение диффузии. Физиологическая сущность предлагаемого варианта количественного определения вентиляционно-диффузионного резерва легких, объективно отражая газообменные процессы, находит подтверждение в основном законе диффузии Фика.

Таблица 1. Оценка вентиляционно-диффузионных резервов

Группа обследованных Вентиляционно-диффузионный резерв Средние значения по группам ООЕ/DL_CO, M±m Интервалы критериальных значений Обследованные с поствоспалительным диффузно-очаговым фиброзом легких, а также с хроническими воспалительными заболеванием верхних дыхательных путей Низкий или не определяется Более 11 (n=5) Более 11 Состояние после Covid-19 Средний 7,4±3,5 (n=8) от 10,9 до 3,5 Здоровые Высокий 2,6±0,8 (n=7) от 3,4 до 1,0 Спортсмены (легкая атлетика) Очень высокий 0,5±0,4 (n=5) от 0,9 до 0,1 и менее

Способ осуществляется следующим образом: проводят исследование функции внешнего дыхания на аппаратном комплексе Космед – спирометрия, бодиплетизмография, диффузионная способность легких; определяется ЖЕЛ (жизненная емкость легких), ФЖЕЛ (форсированная жизненная емкость легких), ОЕЛ (общая емкость легких), ООЛ (остаточный объем легких), DL_CO (диффузионная способность легких по отношению к окиси углерода - СО - угарный газ), АO (альвеолярный объем). Далее проводится ингаляция ксенон-кислородной газовой смесью в соотношении 30% ксенона и 70% кислорода. После ингаляции исследование функции внешнего дыхания повторяют в том же объеме. Рассчитывают разницу показателей, в % от должных величин, до и поле ингаляции. Оценка резервов проводится по результатам изменения соотношения ООЛ / DL_CO.

Клинический пример 1. И. 70 лет, пол мужской, рост 173 см, вес 73 кг. Жалоб нет. Диагноз: фиброз легких поствоспалительный. Хронических заболеваний в стадии обострения нет. При осмотре патологии не выявлено. Артериальное давление 120/80 мм рт. ст., частота сердечных сокращений 65 ударов в 1 минуту. Из анамнеза: состояние после Covid-19. Выполнено исследование функции внешнего дыхания на аппаратном комплексе Космед – спирометрия, бодиплетизмография, диффузионная способность легких. После исследования выполнена ингаляция кислородно-ксеноновой газовой смеси (30% ксенона, 70% кислорода в течение 3-х минут). Через 1 час исследование функции внешнего дыхания было повторено (табл. 2).

Таблица 2. Динамика показателей функции внешнего дыхания

Показатель Исходно После ингаляции Изменение, % ЖЕЛ, % от должного 129 136 5,42 ФЖЕЛ, % от должного 128 137 7,03 ОЕЛ, % от должного 112 126 12,5 ООЛ, % от должного 93 129 38,7 DL_CO, % от должного 120 130 8,33 АО, % от должного 122 138 13,11 АО/ DL_CO, % от должного 98 94 -4,2

Отношение изменений ООЛ / DL_CO составило 4,65. Вентиляционно-диффузионный резерв «средний».

Клинический пример 2. Д., 22 года, пол женский, рост 167 см, вес 65 кг. Жалоб нет. Диагноз: хронический вазомоторный ринит вне обострения. Хронических заболеваний нет. При осмотре патологии не выявлено. Артериальное давление 105/68 мм рт. ст., частота сердечных сокращений 68 ударов в 1 минуту. Выполнено исследование функции внешнего дыхания на аппаратном комплексе Космед – спирометрия, бодиплатизмография, диффузионная способность легких. После исследования выполнена ингаляция кислородно-ксеноновой газовой смеси (30% ксенона, 70% кислорода). Через 1 час исследование функции внешнего дыхания было повторено (табл. 3).

Таблица 3. Динамика показателей функции внешнего дыхания

Показатель Исходно После ингаляции Изменение, % ЖЕЛ, % от должного 126 133 5,5 ФЖЕЛ, % от должного 130 136 4,6 ОЕЛ, % от должного 143 157 9,8 ООЛ, % от должного 221 266 20,4 DL_CO, % от должного 122 153 25,4 АО, % от должного 149 164 10,1 АО/ DL_CO, % от должного 81 93 14,8

Отношение прироста ООЛ / DL_CO составило 0,8. Вентиляционно-диффузионный резерв «высокий».

Клинический пример 3. К., 35 лет, пол мужской, рост 183 см, вес 73 кг. Жалоб нет. Диагноз: хронический назофарингит вне обострения. Хронических заболеваний нет. При осмотре патологии не выявлено. Артериальное давление 122/65 мм рт. ст., частота сердечных сокращений 74 ударов в 1 минуту. Выполнено исследование функции внешнего дыхания на аппаратном комплексе Космед – спирометрия, бодиплатизмография, диффузионная способность легких. После исследования выполнена ингаляция кислородно-ксеноновой газовой смеси (30% ксенона, 70% кислорода). Через 1 час исследование функции внешнего дыхания было повторено (табл. 4).

Таблица 4. Динамика показателей функции внешнего дыхания

Показатель Исходно После ингаляции Изменение, % ЖЕЛ, % от должного 129 130 0,7 ФЖЕЛ, % от должного 137 138 0,7 ОЕЛ, % от должного 132 142 7,6 ООЛ, % от должного 172 193 12,2 DL_CO, % от должного 109 141 29,4 АО, % от должного 139 149 7,2 АО/ DL_CO, % от должного 78 94 20,5

Отношение прироста ООЛ / DL_CO составило 0,40. Вентиляционно-диффузионный резерв «очень высокий».

Клинический пример 4. Е., 36 лет, пол мужской, рост 179 см, вес 73 кг. Жалоб нет. Диагноз: вазомоторный ринит вне обострения. При осмотре патологии не выявлено. Артериальное давление 138/73 мм рт. ст., частота сердечных сокращений 73 ударов в 1 минуту. Выполнено исследование функции внешнего дыхания на аппаратном комплексе Космед – спирометрия, бодиплатизмография, диффузионная способность легких. После исследования выполнена ингаляция кислородно-ксеноновой газовой смеси (30% ксенона, 70% кислорода). Через 1 час исследование функции внешнего дыхания было повторено (табл. 4).

Таблица 5. Динамика показателей функции внешнего дыхания

Показатель Исходно После ингаляции Изменение, % ЖЕЛ, % от должного 111 119 7,2 ФЖЕЛ, % от должного 121 120 - 0,8 ОЕЛ, % от должного 106 112 5,6 ООЛ, % от должного 92 104 13,0 DL_CO, % от должного 117 118 0,85 АО, % от должного 111 117 5,4 АО/ DL_CO, % от должного 106 100 -5,6

Отношение прироста ООЛ / DL_CO =15,29. Вентиляционно-диффузионный резерв «низкий или отсутствует».

Клинический пример 5. М., 70 лет, пол мужской, рост 180 см, вес 85 кг. Жалоб нет. Диагноз: фиброз легких поствоспалительный. Хронических заболеваний в стадии обострения нет. При осмотре патологии не выявлено. Артериальное давление 142/87 мм рт. ст., частота сердечных сокращений 65 ударов в 1 минуту. Выполнено исследование функции внешнего дыхания на аппаратном комплексе Космед – спирометрия, бодиплатизмография, диффузионная способность легких. После исследования выполнена ингаляция кислородно-ксеноновой газовой смеси (30% ксенона, 70% кислорода). Через 1 час исследование функции внешнего дыхания было повторено (табл. 6).

Таблица 6. Динамика показателей функции внешнего дыхания

Показатель Исходно После ингаляции Изменение, % ЖЕЛ, % от должного 108 104 -3,8 ФЖЕЛ, % от должного 112 113 0,9 ОЕЛ, % от должного 90 96 6,6 ООЛ, % от должного 59 86 45,7 DL_CO, % от должного 84 106 26,2 АО, % от должного 97 103 6,2 АО/ DL_CO, % от должного 87 102 21,42

Отношение прироста ООЛ / DL_CO составило 1,74, вентиляционно-диффузионный резерв «высокий».

Список использованных источников:

1. Евтушенко Д.Н., Фатеев А.В., Наумов С.А., Удут Е.В., Наумов С.С., Удут В.В. Индуцированное ксеноном восстановление функциональной активности лёгочного сурфактанта (in silico исследование)// Клеточные технологии в биологии и медицине, 2023, № 3, 176-183. DOI 10.47056/1814-3490-2023-3-176-183.

2. Измерение диффузионной способности легких по монооксиду углерода методом одиночного вдоха: стандарты Американского торакального и Европейского респираторного обществ (часть 1-я). Пульмонология. 2019; 29 (2): 149–158. DOI: 10.18093/ 0869-0189-2019-29-2-149-158.

3. Каменева М.Ю., Черняк А.В., Айсанов З.Р., Авдеев С.Н., Бабак С.Л., Белевский А.С., Берестень Н.Ф., Калманова Е.Н., Малявин А.Г., Перельман Ю.М., Приходько А.Г., Стручков П.В., Чикина С.Ю., Чушкин М.И. Спирометрия: методическое руководство по проведению исследования и интерпретации результатов. Пульмонология. 2023; 33 (3): 307–340. DOI: 10.18093/0869- 0189-2023-33-3-307-340.

4. Criee C.P., Sorichter S., Smith H.J. et al. Body plethysmography e Its principles and clinical use// Respiratory Medicine (2011) 105, 959-971; doi:10.1016/j.rmed.2011.02.006.

5. Graham BL, Brusasco V, Burgos F, et al. 2017 ERS/ATS standards for single-breath carbon monoxide uptake in the lung. Eur Respir J 2017; 49: 1600016. https://doi.org/10.1183/ 13993003.00016-2016.

6. Сегизбаева М. О., Александрова Н. П. Оценка функционального состояния дыхательных мышц: методические аспекты и интерпретация данных // Физиология человека, 2019, том 45, № 2, с. 115–127; DOI: 10.1134/S0131164619010120.

7. Dussault C., Gontier E., Verret C., Soret M., Boussuges A., Hedenstierna G., Montmerle-Borgdorff S. Hyperoxia and hypergravity are independent risk factors of atelectasis in healthy sitting humans: a pulmonary ultrasound and SPECT/CT study. J Appl Physiol 121: 66 –77, 2016. First published April 21, 2016; doi:10.1152/japplphysiol.00085.2016.

8. Pérez-Gil J. Structure of pulmonary surfactant membranes and fi lms: the role of proteins and lipid-protein interactions // Biochim. Biophys Acta. 2008. Vol. 1778, N 7-8. P. 1676- 1695. doi: 10.1016/j.bbamem.2008.05.003.

9. Udut V.V., Naumov S.A., Evtushenko D.N., Udut E.V., Naumov S.S., Zyuz'kov G.N. A case of xenon inhalation therapy for respiratory failure and neuropsychiatric disorders associated with COVID-19 // EXCLI J. 2021. Vol. 20. P. 1517-1525. doi: 10.17179/excli2021-4316.

10. Li H., Zhao X., Wang Y., Lou X., Chen S., Deng H., Shi L., Xie J., Tang D., Zhao J., Bouchard L.S., Xia L., Zhou X. Damaged lung gas exchange function of discharged COVID-19 patients detected by hyperpolarized 129Xe MRI // Sci. Adv. 2021. Vol. 7, N 1. ID eabc8180. doi: 10.1126/sciadv.abc8180.

11. Савкин, В. В. Хамитова А.А., Яркова И.О. Оценка дыхательного резерва у студентов медицинского университета // Молодой ученый. — 2019. — № 21 (259). — С. 70-72. — URL: https://moluch.ru/archive/259/59664/

Настоящее изобретение относится к области медицины, а именно к пульмонологии. Может применяться для оценки функционального состояния дыхательных объемов и газообмена легких с определением их резервных возможностей. Для этого проводят спирометрию, бодиплетизмографию. При этом определяют диффузную способность легких методом по монооксиду углерода, жизненную емкость легких, форсированную жизненную емкость легких, общую емкость легких, остаточный и альвеолярный объемы легких. После чего выполняют ингаляции ксенон-кислородной смеси в концентрации 30% ксенона и 70% кислорода в течение 3 минут и повторной регистрацией исследуемых показателей через 1 час после ингаляции. Далее вычисляют отношение величины остаточного объема к величине диффузной способности легких, рассчитанных как разница двух измерений в % к должному. По полученному значению оценивают вентиляционно-диффузный резерв легких как низкий, средний, высокий и очень высокий. Способ прост, доступен, обеспечивает высокую точность диагностики. 6 табл., 5 пр.

Способ оценки вентиляционно-диффузионных резервов легких, включающий измерение показателей легочных объемов методом спирометрии и отличающийся тем, что дополнительно проводят бодиплетизмографию, определяют диффузионную способность легких методом по монооксиду углерода (DLCO), жизненную емкость легких (ЖЕЛ), форсированную жизненную емкость легких (ФЖЕЛ), общую емкость легких (ОЕЛ), остаточный объем легких (ООЛ), альвеолярный объем (АO), с последующим проведением ингаляции ксенон-кислородной смеси в концентрации 30% ксенона и 70% кислорода в течение 3 минут и повторной регистрацией исследуемых показателей через 1 час после ингаляции, далее определяют отношения величины ООЛ к величине DLCO, рассчитанных как разница двух их измерений в % к должному, и при значении ООЛ/DLCO 11 и более расценивается как «низкий резерв или его отсутствие»; ООЛ/DLCO от 10,9 до 3,5 – «средний резерв»; ООЛ/DLCO от 3,4 до 1,0 – как «высокий резерв»; ООЛ/DLCO от 0,9 и менее – как «очень высокий резерв».