Спирометр - Spirometer

Спирометр
Спирометрия NIH.jpg
Спирометр тест
Цельизмерение объема воздуха, вдыхаемого и выдыхаемого легкими

А спирометр прибор для измерения объем из воздуха вдохновленный и истекший легкие. Спирометр измеряет вентиляцию, движение воздуха в легкие и из легких. Спирограмма идентифицирует два разных типа паттернов вентиляции: обструктивную и ограничительную. Существуют различные типы спирометров, в которых используется ряд различных методов измерения (датчики давления, ультразвуковые, водомеры).

Легочные функциональные пробы

Основная статья: Исследование легочной функции

Спирометр - это основное оборудование, используемое для основных тестов функции легких (PFT). Заболевания легких, такие как астма, бронхит, и эмфизема могут быть исключены из тестов. Кроме того, спирометр часто используется для поиска причины одышки, оценки влияния загрязняющих веществ на функцию легких, воздействия лекарств и оценки прогресса в лечении заболеваний.[1]

Причины тестирования

История

Простой поплавковый спирометр, используемый на школьной научной демонстрации

Ранняя разработка

Самые ранние попытки измерить объем легких относятся к периоду 129-200 н.э. Клавдий Гален, римский врач и философ, провел объемный эксперимент по вентиляции человека. Он попросил ребенка вдыхать и выдыхать мочевой пузырь и обнаружил, что объем не изменился. Эксперимент оказался безрезультатным.[2]

  • В 1681 году Борелли попытался измерить объем воздуха, вдыхаемого за один вдох. Он собрал цилиндрическую трубу, частично заполненную водой, с открытым источником воды, входящим в нижнюю часть цилиндра. Он закрыл ноздри, вдохнул через выходное отверстие в верхней части цилиндра и измерил объем воздуха, вытесненного водой. В настоящее время эта методика очень важна при определении параметров объема легких.[2]

Девятнадцатый век

  • 1813 г. Кентиш Э. использовал простой «Пульмометр» для изучения влияния болезней на объем легких. Он использовал перевернутый колпак с градуировкой, стоящий в воде, с выпускным отверстием в верхней части колпака, управляемым краном. Объем воздуха измерялся в единицах пинты.[2]
  • В 1831 г. Такра, К. Т. описал «пульмометр», подобный пульмометру Кентиша. Он изобразил устройство в виде колпака с отверстием для входа воздуха снизу. Поправки на давление не было. Таким образом, спирометр измерял не только дыхательный объем, но и силу дыхательных мышц.[2]
  • В 1845 году Виерордт в своей книге «Physiologie des Athmens mit besonderer Rücksicht auf die Auscheidung der Kohlensäure» обсудил свой интерес к точному измерению объема выдоха. Он также выполнил точные измерения других параметров объема, используя свой «Expirator». Некоторые из описанных им параметров используются сегодня, в том числе остаточный объем и жизненная емкость.[2]
  • 1846 г. Водяной спирометр измерительный. жизненная емкость был разработан хирургом по имени Джон Хатчинсон. Он изобрел перевернутый в воду калиброванный колокол, который использовался для измерения объема выдыхаемого человеком воздуха. Хатчинсон опубликовал свою статью о своем водном спирометре и измерениях, которые он провел у более чем 4000 человек.[2] описание прямой зависимости между жизненной емкостью и ростом и обратной зависимости между жизненной емкостью и возрастом. Он также показал, что жизненная емкость тела не связана с весом на любом заданном росте. Хатчинсон считается изобретателем жизненной емкости, потому что он обнаружил, что с каждым дюймом высоты жизненная емкость тела увеличивается на восемь кубических дюймов. [3] Он также использовал свою машину для предсказания преждевременной смертности. Он ввел термин «жизненная емкость», который считался мощным прогноз для сердечных заболеваний по исследованию Фрамингема. Он считал, что его машину следует использовать для актуарных прогнозов для компаний, продающих страхование жизни.[4]
  • 1854 г. Доктор М. Альтон Винтрич разработал спирометр, который был проще в использовании, чем спирометр Хатчинсона. Он провел эксперимент с 4000 испытуемых и пришел к выводу, что есть три параметра, влияющие на жизненную емкость легких: рост, вес и возраст. Его эксперимент дал результаты, аналогичные результатам исследования Хатчинсона.
  • 1859 г. Э. Смит разработал портативный спирометр, который использовал для измерения газового обмена.
  • 1866 Генри Хайд Солтер (1823-1871) добавил кимограф к спирометру, чтобы фиксировать время при получении объемов воздуха.
  • 1879 г. Гэд Дж. Опубликовал статью под названием «Пневматограф», в которой описывался аппарат, позволяющий регистрировать изменения объема легких.[2]

Двадцатый век

  • В 1902 году Броди Т. Г. первым применил клиновой спирометр с сухим сильфоном.
  • 1904 Tissot представляет спирометр замкнутого цикла.
  • 1939 г. Комптон С. Д. разработал лёгкометр для использования в нацистской Германии.
  • 1959 Райт Б. М. и МакКерроу К. Б. представили пикфлоуметр
  • 1969 DuBois A. B. и van de Woestijne K. P. проводили эксперименты на людях, использующих все тело. плетизмограф
  • 1974 Кэмпбелл и др. доработал предыдущий измеритель пикового расхода, разработав более дешевую и легкую версию [2]

Интерпретация спирометрии

Даже с числовой точностью, которую может обеспечить спирометр, определение легочной функции основывается на дифференциации отклонения от нормы. Измерения функции легких могут варьироваться как внутри, так и между группами людей, отдельными лицами и спирометрами. Например, емкость легких может изменяться во времени, увеличиваясь, а затем уменьшаясь в течение жизни одного человека. В результате представления о том, что является «нормальным», основаны на понимании источников изменчивости и могут быть оставлены на усмотрение.

Традиционно источники вариации понимались в отдельных категориях, таких как возраст, рост, вес, пол, географический регион (высота) и раса или этническая принадлежность. В начале двадцатого века были предприняты глобальные усилия по стандартизации этих источников, чтобы обеспечить правильную диагностику и точную оценку легочной функции. Однако вместо того, чтобы стремиться к дальнейшему пониманию причин таких вариаций, основным подходом к устранению наблюдаемых различий в емкости легких было их «исправление». Используя результаты сравнительных популяционных исследований, атрибуты эмпирически объединяются в «поправочный коэффициент». Это число затем используется для формирования персонализированного «эталонного значения», которое определяет, что считается нормальным для одного человека. Таким образом, практикующие врачи могут найти процент отклонения от этого прогнозируемого значения, известный как «процент от прогнозируемого», и определить, является ли у кого-то функция легких ненормально плохой или отличной.[5]

В частности, «коррекция расы» или «этническая адаптация» эффективно запрограммирована на компьютере в современный спирометр. Предвзятое мнение о том, что «белые» люди обладают большей легочной функцией, встроено в интерпретацию измерений спирометром и только укрепилось благодаря этим медицинским стереотипам. В США спирометры используют поправочные коэффициенты 10–15% для тех, кто определен как «черный», и 4–6% для тех, кто определен как «азиатский».[6]

Стандартные рекомендации

В 1960 году Европейское сообщество угля и стали (ECCS) впервые рекомендовало руководство по спирометрии.[7] Затем организация опубликовала прогнозируемые значения таких параметров, как спирометрические индексы, остаточный объем, общая емкость легких и функциональная остаточная емкость в 1971 году.[8] Американское торакальное общество / Европейское респираторное общество также рекомендует справочные значения для конкретной расы, если они доступны.[9] Даже сегодня в руководстве по спирометрии Национального института охраны труда и здоровья, которое связано с веб-сайтом Центров по контролю и профилактике заболеваний, отмечается использование поправки на расу и эталонное значение для конкретной расы на четвертом этапе «нормальной» спирометрии.[10]

Мотивации

Использование эталонных значений и дискретной категоризации источников изменчивости было мотивировано идеями антропометрии и жизненной емкости. Исследования специально изучали взаимосвязь между антропометрическими переменными и параметрами функции легких.[11]

Подразумеваемое

Использование эталонных значений до сих пор не учитывает социальную маркировку расы и этнической принадлежности. Часто определения являются субъективными или негласно приписываются практикующим врачом. Еще одна проблема, связанная с использованием справочных значений, - это неправильный диагноз.[12] Это было важным фактором в управлении и контроле над компенсациями шахтеров в Великобритании в межвоенный период. В этом политически нагруженном контексте, в котором нельзя было полностью доверять новой рентгеновской технологии, спирометр представлял надежное свидетельство респираторного заболевания в числовом выражении, которое можно было использовать в сложной системе компенсации.[13]

Оценка жизненной емкости легких повлияла и на другие сферы жизни, помимо медицины, в том числе на оценку кандидатов на страхование жизни и диагностику туберкулеза.[5]

Что касается пола, некоторые исследования населения не выявили никаких различий по полу.[11] Примечательно, что спирометры использовались для оценки жизненной емкости легких в Индии с 1929 года, фиксируя статистически значимую разницу между мужчинами (21,8 мл / см) и женщинами (18 мл / см).[14] Кроме того, к 1990 году примерно половина программ тренировки легких в США и Канаде была скорректирована с учетом расы и этнической принадлежности.[15]

Спирометр популяризировал понятия «расовые поправки» и «этнические приспособления», которые предполагали, что у чернокожих людей легкие слабее, чем у белых. Например, Томас Джефферсон отметил физические различия между разными расами, такие как «различие в строении легочного аппарата», которое делало чернокожих «более терпимыми к жаре и менее к холоду, чем у белых».[16] Теории Джефферсона поощряли рассуждения о естественных условиях чернокожих для сельскохозяйственного труда на южных плантациях США.[17] Сэмюэл Картрайт, апологет рабства и владелец плантации, использовал спирометр, чтобы заявить, что чернокожие люди потребляют меньше кислорода, чем белые.[18] в дополнение к расовым "особенностям" он изложил в Медицинский и хирургический журнал Нового Орлеана в котором описаны расовые различия в дыхательной системе и их влияние на роды.[19]

Южноафриканские исследования также использовали спирометр для определения расовых и классовых различий. Юстас Х. Клувер провел исследование по измерению жизненной емкости легких в Университете Витватерсранда. [20] и обнаружил, что бедные белые люди физически непригодны, но это связано с экологическими проблемами, а не с генетикой. Используя эти исследования, Клувер доказывал Южноафриканской ассоциации развития науки во время Второй мировой войны, что улучшение программ питания и физической подготовки может помочь увеличить богатство и выиграть войну за счет повышения работоспособности людей всех рас, поскольку их труд необходимо для достижения этих целей.[21] Расизм и спирометр снова пересеклись в этих исследованиях, когда были проведены дальнейшие исследования воздействия физических тренировок на бедных белых новобранцев; исследования жизненной емкости организма показали, что «белые бедняки биологически здоровы и могут стать ценными гражданами»[22] но никаких комментариев по поводу исхода чернокожих южноафриканцев не последовало.

За пределами США и Южной Африки спирометр использовался в расовых исследованиях в Индии в 1920-х годах. Исследователи обнаружили, что жизненная емкость индийцев была меньше, чем у жителей Запада.[23]

Изменение интерпретаций

Многие сомневаются, являются ли существующие стандарты достаточными и точными.[24][25] По мере развития полиэтнического общества использование расового и этнического происхождения как фактора становится все более проблематичным.[26] Идеи, связывающие этническую принадлежность с недостатком питания и местом рождения в бедной стране, становятся недействительными, поскольку люди иммигрируют в более богатые страны или могут родиться в них.[26]

Типы спирометров

Плетизмограф всего тела

Основная статья: плетизмография тела

Этот тип спирометра обеспечивает более точное измерение компонентов объема легких по сравнению с другими стандартными спирометрами. Во время измерения человек заключен в небольшое пространство.

Пневмотахометр

Этот спирометр измеряет скорость потока газов, определяя разницу давления на мелкой ячейке. Одним из преимуществ этого спирометра является то, что во время эксперимента испытуемый может дышать свежим воздухом.[27]

Полностью электронный спирометр

Были разработаны электронные спирометры, которые вычисляют скорость воздушного потока в канале без необходимости использования мелких сеток или движущихся частей. Они работают путем измерения скорости воздушного потока с помощью таких методов, как ультразвуковые преобразователи, или путем измерения разности давлений в канале. Эти спирометры обладают большей точностью, поскольку исключают ошибки импульса и сопротивления, связанные с движущимися частями, такими как ветряные мельницы или клапаны потока для измерения потока. Они также обеспечивают повышенную гигиену за счет полностью одноразовых каналов для воздушного потока.

Стимулирующий спирометр

Основная статья: Стимулирующий спирометр

Этот спирометр специально разработан для улучшения функции легких.

Пиковый расходомер

Основная статья: Пиковая скорость выдоха

Это устройство полезно для измерения того, насколько хорошо легкие человека выводят воздух.

Спирометр ветряного типа

Этот тип спирометра используется специально для измерения форсированная жизненная емкость без использования воды; он имеет широкий диапазон размеров от 1000 мл до 7000 мл. Он более портативный и легкий, чем традиционные спирометры с резервуаром для воды. Этот спирометр следует держать горизонтально во время измерения из-за наличия вращающегося диска.

Смотрите также

Сноски

  1. ^ Легочные функциональные пробы URL-адрес оценивался 27 декабря 2009 г.
  2. ^ а б c d е ж грамм час История спирометра URL-адрес оценивался 21 ноября 2009 г.
  3. ^ Макгуайр, Корин (2019). "'Рентгеновские лучи не лгут »: Совет медицинских исследований и измерение респираторной инвалидности, 1936–1945". Британский журнал истории науки. 52 (3): 447–465. Дои:10.1017 / S0007087419000232. ISSN  0007-0874. ЧВК  7136074. PMID  31327321.
  4. ^ Возвращение к загадочной машине Джона Хатчинсона URL-адрес оценивался 21 ноября 2009 г.
  5. ^ а б Браун, Ланди (осень 2015). «Раса, этническая принадлежность и функция легких: краткая история». Канадский журнал респираторной терапии. 51 (4): 99–101.
  6. ^ Hankinson, JL; Odencrantz, JR; Федан, КБ (1999). «Контрольные спирометрические значения из выборки населения США в целом». Американский журнал респираторной медицины и реанимации. 159 (1): 179–87. Дои:10.1164 / ajrccm.159.1.9712108. PMID  9872837.
  7. ^ Жуассе, Д. (1960). "Normalization des épreuves fonctionnelles respiratoires dans les pays de la Communauté Européenne du Charbon et de l'Acier". Poumon Coeur. 16: 1145–1159.
  8. ^ Кара, М; Хентц, П. (1971). «Памятка по спирографической практике для исследования дыхательной функции, 2-е изд.». Серия изданий по промышленному здоровью и медицине. 11: 1–130.
  9. ^ Пеллигрино, Р. Viegi, G; Bursaco, V; Crapo, RO; Бургос, Ф; Касабури, Р. (2005). «Стратегии интерпретации функциональных тестов легких». Европейский респираторный журнал. 26 (5): 948–68. Дои:10.1183/09031936.05.00035205. PMID  16264058.
  10. ^ «CDC - Публикации и продукты NIOSH - Учебное пособие по спирометрии NIOSH (2004-154c)». www.cdc.gov. Декабрь 2003 г.. Получено 14 апреля 2017.
  11. ^ а б Мохаммед, Джибриль; Майвада, Саадату Абубакар; Сумаила, Фарида Гарба (2015). «Взаимосвязь между антропометрическими переменными и параметрами функции легких у детей младшего школьного возраста». Анналы нигерийской медицины. 9 (1): 20–25. Дои:10.4103/0331-3131.163331.
  12. ^ О'Брайен, Мэтью Дж. (Апрель 2016 г.). «Практикуйте безопасную спирометрию». RT | для лиц, принимающих решения в области респираторной помощи: 10–12.
  13. ^ Макгуайр, Корин (22 июля 2019 г.). "'Рентгеновские лучи не лгут »: Совет медицинских исследований и измерение респираторных заболеваний, 1936–1945". Британский журнал истории науки. 52 (3): 447–465. Дои:10.1017 / S0007087419000232. ISSN  0007-0874. ЧВК  7136074. PMID  31327321.
  14. ^ Дикшит, МБ; Raje, S; Агравал, MJ (2005). «Функции легких с помощью спирометрии: индийская перспектива - II: жизненная емкость индийцев». Индийский J Physiol Pharmacol. 3: 257–70.
  15. ^ Гио А. Дж., Крапо Р. О., Эллиот К. Г. (1990). «Справочные уравнения, используемые для прогнозирования легочных функций». Грудь. 97 (2): 400–403. Дои:10.1378 / сундук.97.2.400. PMID  2298065.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  16. ^ Томас Джефферсон, «Заметки о штате Вирджиния», в Раса и Просвещение: Читатель, изд. Эммануэль Эз (Молден, Массачусетс и Лондон: Blackwell Publishing, 1997), 98.
  17. ^ Браун, Ланди. Дышащая гонка в машине: удивительная карьера спирометра от плантации до генетики. Миннеаполис: Университет Миннесоты, 2014, стр. 28.
  18. ^ Браун, Ланди. Дышащая гонка в машине: удивительная карьера спирометра от плантации до генетики. Миннеаполис: Университет Миннесоты, 2014, стр. 29.
  19. ^ Картрайт Сэмюэл (1851). ""Отчет о болезнях и физических особенностях негритянской расы " Жители Нового Орлеана". Медико-хирургический журнал. 7: 691–715.
  20. ^ «Юстас Генри Клувер» Медицинский журнал SA 62 (1982): 144.
  21. ^ Браун, Ланди. Дышащая гонка в машине: удивительная карьера спирометра от плантации до генетики. Миннеаполис: Университет Миннесоты, 2014, стр. 126.
  22. ^ «Жизненно важное открытие по проблеме бедных белых», Йоханнесбург Санди Таймс, 31 мая 1941 года.
  23. ^ Бхатия С. Л. (1929). «Жизненная емкость легких». Индийский медицинский вестник. 62: 520.
  24. ^ Eng, Квентин Лефевр; и другие. (Декабрь 2014 г.). «Тестирование спирометров: достаточно ли стандартных кривых Американского торакального общества?». Респираторная помощь. 59 (12): 1895–1904. Дои:10.4187 / respcare.02918. PMID  25185146.
  25. ^ Купер, Брендан Дж. (Сентябрь 2007 г.). «Контрольные значения при тестировании функции легких: все за одного и один за всех?». Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. 2 (3): 189–190. ЧВК  2695193. PMID  18229558.
  26. ^ а б Мур, В. (2012). «Спирометрия: шаг за шагом». Дышать. 8 (3): 232–240. Дои:10.1183/20734735.0021711.
  27. ^ ПНЕВМОАХОМЕТР / ГРАФИК URL-адрес оценивался 26 декабря 2009 г.

дальнейшее чтение

  • Ланди Браун, Дышащая гонка в машине: удивительная карьера спирометра от плантации до генетики. Миннеаполис, Миннесота: Университет Миннесоты, 2014.