Диагностика нарушений оксигенации и торакопульмональной рестрикции во время респираторной поддержки с позиций нормальной и патологической физиологии Текст научной статьи по специальности «Клиническая медицина»

М.Г. Чеченин, В.В. Ломиворотов, А.Н. Полукаров*, Т.И. Борщикова*

Диагностика нарушений оксигенации и торакопульмональной рестрикции во время респираторной поддержки с позиций нормальной и патологической физиологии

ФГБУ «ННИИПК им. акад. Е.Н. Мешалкина» Минздрава России, 630055, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15, [email protected] * МБЛПУ «Зональный перинатальный центр г. Новокузнецка» Минздрава России, 654041, Новокузнецк, ул. Сеченова, 26

УДК 615.816.2:616.24-008.4 ВАК 14.01.20

Поступила в редколлегию 6 мая 2013 г.

© М.Г. Чеченин, В.В. Ломиворотов, А.Н. Полукаров, Т.И. Борщикова, 2013

Цель - разработать обоснованные с позиций нормальной и патологической физиологии методы диагностики нарушений оксигенации и торакопульмональной рестрикции во время респираторной поддержки и оценить их эффективность. Обследовано 206 пациентов, получающих длительную респираторную поддержку. Разработан способ диагностики нарушений оксигенации в процессе искусственной вентиляции легких, позволяющий в 1,4 раза чаще диагностировать нарушение оксигенации, чем по шкале повреждения легких Мюррея. Разработан способ диагностики торакопульмональной рестрикции, имеющий в 1,9 раза большую чувствительность и в 4,4 раза большую специфичность, чем шкала повреждения легких Мюррея. Предложены новая модификация шкалы острого повреждения легких и калькулятор функции внешнего дыхания. Ключевые слова: мониторинг дыхания; механическая вентиляция; острое повреждение легких; оксиге-нация; торакопульмональная рестрикция.

Оценка функций системы внешнего дыхания при подборе параметров механической вентиляции легких такой же естественный процесс, как оценка зрения при подборе очков. Важнейшими инструментами дыхательного мониторинга во время искусственной вентиляции легких (ИВЛ) являются мониторинг оксигенации и торакопульмональной растяжимости, входящие наряду с рентгенографией легких и уровнем положительного давления в конце выдоха (ПДКВ) в шкалу повреждения легких (lung injury score, LIS) Мюррея (1988) [1].

И если включение данных рентгенографии и уровня ПДКВ в шкалу LIS по ряду обоснованных причин подвергается сомнению, то показатели оксигенации и рестрикции легких - грудной клетки (PaO2/ FiO2) и торакопульмональная растяжимость (комплайнс, С) неизменно признаются необходимыми компонентами LIS [2].

Наиболее популярен показатель PaO2/FiO2, который позволяет выделять из острого повреждения легких (ОПЛ) острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС) [3].

Методика оценки PaO2/FiO2 и С с помощью шкалы LIS крайне проста, не имеет альтернативы, однако массово не используется. Причины, на наш взгляд, следующие:

1. Шкала LIS Мюррея не связана с нормальной физиологией дыхания. Не учитываются индивидуальные антропометрические особенности пациента (пол, возраст, рост, вес, телосложение) и присущие им изменения вентиляции легких и оксигенации. Шкала не подходит для многих пациентов, например для детей, стариков, пациентов с ожирением.

2. Шкала LIS Мюррея не связана с патологической физиологией дыхания. В расчет не берутся особенности респираторной поддержки (РП) (ритм дыхания, PaCO2, FiO2, среднее давление в дыхательных путях) и присущие им изменения оксигенации.

3. Шкала LIS Мюррея не включена в интерфейс респираторов и дыхательных мониторов. Вероятно, производителей этого оборудования смущают две предыдущие причины.

Из изложенного следует, что требуется создание физиологически обоснованной шкалы повреждения легких, с помощью которой можно было бы диагностировать ОПЛ у любого пациента в любых условиях на основе использования новых способов диагностики нарушений оксигенации и рестрикции легких. Цель исследования - разработать обоснованные с позиций нормальной и патологической физиологии методы диагностики нарушений оксигена-

Таблица 1

Шкала острого повреждения легких, рестрикции и нарушений оксигенации (часть шкалы Мюррея)

Таблица 2

Новая шкала нарушений оксигенации, рестрикции, острого повреждения легких

Показатель Степень ОПЛ, рестрикции и нарушений оксигенации

ОПЛ нет I II III IV

С, мл/см вод. ст. >80 80-60 59-40 39-20 <20

PaO2/FiO2 >300 300-225 224-175 174-100 <100

Показатель Степень ОПЛ, нарушений оксигенации, рестрикции

ОПЛ нет I II III IV

PaO /Ра(О 2 долж 2 <1,59 1,6 до 2,09 2,1 до 2,69 2,7 до 4,79 4,8 и более

С долж/С <1,4 от 1,4 до 1,59 от 1,6 до 1,99 от 2 до 4 >4

ции и торакопульмональнои рестрикции во время респираторной поддержки и оценить их эффективность.

Материал и методы

Для диагностики нарушений оксигенации во время РП разработан способ, основанный на определении отношения должного парциального давления кислорода в артериальной крови к фактическому (PaO2 долж/РаО2).

Согласно способу, РаО2долж (в мм рт. ст.) определяют по формуле:

PaO2 долж = K х (102 - a/3) х Fi02/0,21 X (1 + 0,2 х (FiO2 - 0,21)) + + 40-°PaG0 + P ,

2 mean

где: a - возраст пациента в годах; К - коэффициент влияния ритма дыхания на оксигенацию: при принудительном ритме К = 0,9, при перемежающемся К = 0,95, при самостоятельном К = 1; FiO2 - фракция кислорода во вдыхаемой смеси; PaCO2 - парциальное давление углекислого газа в артериальной крови в мм рт. ст.; Pmean -среднее давление в дыхательных путях (в мм рт. ст.). По величине РаО2 долж/РаО2 диагностируют степени нарушения оксигенации: менее 1,2 - нарушений оксигенации нет, от 1,2 до 1,59 - I степень, от 1,6 до 2,09 - II степень, от 2,1 до 2,69 - III степень, от 2,7 до 4,79 - IV степень и от 4,8 и более - V степень (патент РФ № 2457781).

Для диагностики рестриктивных расстройств во время РП разработан способ, основанный на определении отношения должной торакопульмональ-ной растяжимости к фактической (С долж/С).

С долж (в мл/см вод. ст.) рассчитывают по формулам:

С = m - m ,/3 - (a - 30)/3, для пациентов старше

долж долж изб m ^ 1

30 лет;

С = m - m ,/3, для пациентов 30 лет и моложе, где:

долж долж изб

m долж - должная масса пациента (кг); m^ - избыточная масса пациента (кг); a - возраст пациента (в годах). При величине Сдолж/С от 1,4 до 1,59 диагностируют I степень торакопульмональной рестрикции, от 1,6 до 1,99 - II степень, от 2 до 4 - III степень, больше 4 - IV степень торакопульмональной рестрикции (патент РФ № 2234855).

Для повышения качества диагностики ОПЛ разработана альтернативная шкале LIS Мюррея (табл. 1) новая шкала повреждения легких, нарушений оксигенации и торакопульмональной рестрикции (табл. 2).

Разработанная шкала позволяет уточнить степень повреждения легких, однако не может выступать в качестве единственного средства для диагностики ОПЛ [6]. Диагноз ОПЛ (ОРДС) целесообразно выставлять на основании совокупности критериев: 1) в анамнезе имеется критическое состояние, послужившее причиной ОПЛ (ОРДС); 2) РаО2д0Лж/РаО2 >1,6 (для ОРДС >2,4); 3) С^С >1,4 (для ОРДС >1,8); 4) диффузная билатеральная инфильтрация по рентгенограмме; 4) ДЗЛК <18 мм рт. ст.; 5) устранение малого сердечного выброса не сопровождается регрессом острой дыхательной недостаточности [7].

Для сравнения эффективности разработанного способа диагностики нарушений оксигенации по Ра02долж/Ра02 и общепринятого способа выявления нарушений оксигенации путем оценки PaO2/FiO2 по шкале повреждения легких Мюррея проанализировано 185 эпизодов РП у 106 больных различного возраста (от 1 до 88 лет) с ДН различного генеза (после нейрохирургических, абдоминальных, травматологических операций и у больных с острым нарушением мозгового кровообращения, пневмонией, сепсисом).

Для сравнения эффективности разработанного способа диагностики рестрикции по С долж/С и общепринятого способа выявления рестрикции путем оценки С по шкале повреждения легких Мюррея проанализировано 814 эпизодов РП у 100 больных различного возраста (от 15 до 75 лет) (после нейрохирургических, травматологических операций и у больных с острым нарушением мозгового кровообращения, пневмонией, сепсисом), у которых отсутствовали клинические признаки патологической торакальной или абдоминальной рестрикции (гидро-, пневмоторакс, повышение внутрибрюшного давления).

Таким образом, изменения торакопульмональной рестрикции в процессе длительной ИВЛ были связаны с повышением растяжимости легких. Поскольку существует множество работ, показывающих высокую корреляцию легочной рестрикции с нарушениями оксигена-

Рис. 1.

Кривая ROC-анализа 814 эпизодов длительной ИВЛ, отражающая возможность диагностики рестрикции легких с помощью торакопуль-мональной растяжимости (С) и отношения должной торакопульмо-нальной растяжимости кфактической (Сдолж/С). Диагональные сегменты формируются совпадениями.

1,0

Сдолж/С

интегр

-Опорная линия

0,2 0,4 0,6 0,8 Специфичность, %

1,0

ции [8, 9], то истинную степень легочной рестрикции мы выставляли равной степени нарушений оксигенации, выявляемой по PaO2/FiO2 на фоне нормовентиляции.

Исследуемые показатели объединены в базу данных с помощью программы Microsoft Excel 2007. ROC-анализ и построение кривых проводили в программе IBM SPSS Statistics 20 с использованием предположения о непараметрическом распределении оцениваемых параметров.

Для оценки диагностических возможностей сравниваемых способов диагностики рестрикции у больных с ОПЛ использовали формулы: чувствительность = число истинно положительных результатов/(число истинно положительных + число ложно отрицательных); специфичность = число истинно отрицательных результатов/(число ложно положительных + число истинно отрицательных).

Результаты

При анализе 185 эпизодов РП выявлено, что в 26 случаях имелась гипо- или гипервентиляция, 20 исследований газов артериальной крови выполнены пациентам старше 60 лет, в 5 случаях гипо- или гипервентиляция имелась у пациентов старше 60 лет. Следовательно, диагностика нарушений оксигенации путем оценки PaO2/FiO2 по шкале повреждения легких Мюррея в 51 случае была некорректной, а доля корректных диагностических заключений о легочной оксигенации составила 72,4%. Поскольку разработанный способ диагностики нарушений оксигенации путем расчета отношения PaO /PaO, основан не только

' 1 2долж 2

на учете FiO2 как в группе сравнения, но и на учете возраста, состояния альвеолярной вентиляции и ритма ИВЛ, то во всех случаях диагностика нарушений оксигенации была корректной. Таким образом, частота корректного выявления нарушений оксигенации по оценке Ра02долж/ PaO2 была в 1,4 раза выше, чем по шкале Мюррея. Возможность диагностики рестрикции легких с помощью тора-копульмональной растяжимости (С) и отношение долж-

ной торакопульмональной растяжимости к фактической (С долж/С) в процессе 814 случаев длительной ИВЛ у 100 больных представлены на рис. 1 в виде кривых ROC-ана-лиза. Сравнение площадей под ROC-кривыми наглядно демонстрирует преимущества оценки С долж/С по сравнению с оценкой С по шкале Мюррея в процессе длительной ИВЛ (0,829 и 0,246). Следовательно, выявление значимой легочной рестрикции при оценке Сдолж/С происходит в 3,4 раза чаще, чем по шкале Мюррея. Более детальный анализ данных, использованных для построения ROC-кри-вых, показал, что чувствительность теста «С /С <1,4»

' ' ' долж '

по отношению к выявлению рестрикции с РаОДЮ2 <300 соста вила 0,85. Чувствител ьность теста «С /С > 1,4» по

долж

отношению к выявлению отсутствия рестрикции с Ра02/ FiO2 >300 составила 0,915. Специфичность 0,4 и 1,0. Чувствительность теста «С <80 мл/см вод. ст.» по отношению к выявлению рестрикции с РаОДЮ2 <300 составила 0,5. Чувствительность теста «С >80 мл/см вод. ст.» по отношению к выявлению отсутствия рестрикции с РаОДЮ2 >300 составила 0,985. Специфичность 0,308 и 0,971.

У трети пациентов (33 человека) по РаОДЮ2 диагностировали ОПЛ. Значения чувствительности и специфичности способов оценки рестрикции легких при ОПЛ представлены в табл. 3.

Шкала Мюррея обладала низкой чувствительностью (0,47) в отношении диагностики рестриктивных расстройств (табл. 3). При этом наименьшая чувствительность отмечалась при 1-11 степенях рестрикции (0,333 и 0,404). Специфичностью шкалы Мюррея как метода, способного отделить нормальную торакопульмональную растяжимость от патологически сниженной, оказалась крайне низкой - 0,189. Наименьшая специфичность шкалы Мюррея в отношении диагностики рестриктивных расстройств имелась у пациентов ростом менее 160 см, пациентов с ожирением и пациентов старше 60 лет. Диагностика рестрикции у больных с ОПЛ на основе определения

Таблица 3

Диагностика степеней рестрикции при ОПЛ с помощью оценки торакопульмональной растяжимости (С) по шкале Мюррея и с помощью оценки Сд С

Степень рестрикции Кол-во резуль-

Результат диагностики рестрикции нарушений оксигена- | татов /(сред-

ции, рестрикции нет нее значение)

Кол-во измерений (согласно PaO2/FiO2) 37 21 47 43 6 171

(Стандарт) PaO2/FiO2

истинно + 0 21 47 43 6 134

истинно - 37 0 0 0 0 37

С шк. Мюррея

истинно + (есть - верно) 0 7 19 26 3 55

истинно - (нет - верно) 7 0 0 0 0 7

ложно + (есть - неверно) 30 0 0 0 0 30

ложно - (нет - неверно) 0 14 28 17 3 62

шк. Мюррея

чувствительность - 0,333 0,404 0,604 0,5 (0,47)

специфичность 0,189 - - - - (0,189)

С долж/С

истинно + (есть - верно) 0 17 44 39 5 105

истинно - (нет - верно) 31 0 0 0 0 31

ложно + (есть - неверно) 6 0 0 0 0 6

ложно - (нет - неверно) 0 4 3 4 1 12

чувствительность - 0,81 0,94 0,907 0,833 (0,897)

специфичность 0,838 - - - - (0,838)

С долж/С имела в 4,4 раза большую специфичность и в 1,9 раза большую чувствительность, чем диагностика рестрикции по шкале Мюррея (табл. 3). Максимальная чувствительность способа оценки С /С наблюдалась при

^ долж m 1

средних степенях ОПЛ: при второй степени - 0,94, при третьей - 0,907. Чтобы облегчить применение разработанных методов диагностики нарушений функций внешнего дыхания анестезиологами-реаниматологами, нами был создан калькулятор «Оценка функции внешнего дыхания во время ИВЛ», объединивший методы оценки рестрикции, обструкции и нарушений оксигенации (рис. 2). (Опыт применения калькулятора - тема другого исследования).

Обсуждение

Диагностика нарушений вентиляции и легочного газообмена во время ИВЛ не так детально проработана, как во время естественного дыхания [3, 5]. Заключение о патологии системы внешнего дыхания во время ИВЛ делается на основании абсолютных величин, которые сравнивают с: 1) шкалами, например со шкалой Мюррея; 2) индексами, например с OI (oxygenation index); 3) возрастными табличными нормативами; 4) общими для всех пациентов нормативами [4]. Ни один из способов сравнения не связан одновременно с антропометрическими характеристиками и режимом ИВЛ, вследствие чего не позволяет корректно диагностировать патологию системы внешнего дыхания во время РП. Более информативно было бы оценивать не абсолютные, а относительные к должным величины, учитывающие помимо роста возраст, избыточную

массу тела и параметры режима ИВЛ, имеющие значение для выявления сдвигов вентиляции легких относительно физиологической нормы (ритм вентиляции, среднее давление в дыхательных путях, FiO2, РаС02) [10]. Под должными следует понимать величины, которые были бы у пациента в процессе проведения ИВЛ аналогичного режима, если бы легкие, грудная клетка, структуры, обеспечивающие легочную гемодинамику, и нижние дыхательные пути не были бы изменены тем патологическим процессом, в результате которого потребовалась РП.

Так как отсутствовал признанный «эталонный» метод диагностики нарушений оксигенации, подходящий для всех больных, то для сравнения диагностических возможностей способов, оценивающих РаОДЮ2 и Ра02долж/ Ра02, мы сравнили их друг с другом путем подсчета количества измерений, при которых возможно сделать корректное заключение о наличии или отсутствии нарушений оксигенации и ее степени. Способ оценки Ра02долж/Ра02, учитывающий рост, возраст, избыточную массу, ритм ИВЛ, был корректен всегда, а оценка РаОДЮ2 по шкале Мюррея только в 72,4% случаев.

Чтобы сравнить чувствительность и специфичность способов диагностики рестрикции легких, требовался дополнительный метод выявления рестрикции, который бы выступал в качестве стандарта. Поскольку при ОПЛ между С и РаО_ДЮ2 имеется тесная корреляция [9], мы допустили, что степень ОПЛ, выявляемая по Ра02/ FiO2, соответствует степени рестрикции. Так как отсутствовала внелегочная - торакальная или абдоминаль-

Рис. 2.

Интерфейс калькулятора оценки состояния системы внешнего дыхания у больного, находящегося на искусственной вентиляции легких.

т. Кллккдоятар 'Оценка шнсилсга ии>анн^ HD праня искусственной ваытияящш логткнк1

ЛтКи-Щ

f ;

ItCT.ÏH

in ;

4KU№

™ :

n»

Г.и^мшлл.и

ДддЩрттдитчй rr И з^птсчиат hacia ra^nci га, кг

.............i

Фруил^кл^ны К O^ÍCl" 'fl CT Ullki-I « ;

Пвдитда ÍIÍt ( aemniwiapj»! ш (i I

s :

ArMfl ЛМИТС(ЬЬЫ(

|= ;

Uj, ГнёШ IWIWI^'PIR □ vr¿ ' pi.H J

in ;

i: ■namwjtiitxHHHMta'tfián LWmmc

i® Î

É ПЛТ1В1 n^m»» (ЛИНИЙ

ц :

пжч/HïillTipiuiT ■ 1.4:1 г.тапрмь шцм^анн« пкгыгрншянн (гллрх литрпппн&трнчягклЯ)

f ЧиСи.ж^I - Щ.*3. Г СГ*П*ЫЬ аЯе1|11)гции 1|»1ПГ.ПШ,.. ni|T«А пн ерчшонн ■ |in<iV|^4iA}

Сотин/Сфожт I Л I сгеыеиъ |ир[1|ишЕ|льп«л1Ш1ьний рестрикции (сверл вичррппнстрнчиикпй)

ная - рестрикция, то изменение механики дыхания зависело только от внутрилегочных рестриктивных процессов (инфильтрация легочной ткани, закрытие дыхательных путей), закономерно отражающихся на оксиге-нации [3]. Для устранения влияния уровня вентиляции на величину РаОДЮ2 заключение о наличии ОПЛ, степенях ОПЛ и рестрикции делали при нормовентиляции.

Сравнение диагностических возможностей тестов «С /С<1,4» по выявлению рестрикции и «С /С >1,4»

долж 11-1 долж

по выявлению ее отсутствия с диагностическими характеристиками тестов «С <80 мл/см вод. ст.» и «С >80 мл/см вод. ст.» показало преимущества нового метода диагностики рестриктивных нарушений в легких как по чувствительности, так и по специфичности. Сравнительно низкая специфичность теста рестрикции «С долж/С <1,4» (0,4) - это отражение того, что в настоящее время отсутствует «золотой стандарт» по выявлению рестрикции, а выбранный «эталонный» тест «РаО_ДЮ2 <300 при нормовентиляции», с которым велось сравнение, лишь косвен но отражает рестрикцию легких.

Полученные высокие чувствительность и специфичность способа диагностики рестрикции при ОПЛ на основе определения С долж/С (см. табл. 3) закономерны, так как при разработке данного способа четыре степени торакопульмональной рестрикции были выделены именно для того, чтобы соответствовать четырем степеням нарушений оксигенации (см. табл. 2).

Применение разработанных, физиологически обоснованных способов диагностики нарушений оксигена-ции и торакопульмональной рестрикции в процессе

длительной ИВЛ повышает частоту выявления нарушений оксигенации в 1,4 раза, эффективность выявления легочной рестрикции в 3,4 раза, обеспечивает в 1,9 раза большую чувствительность и в 4,4 раза большую специфичность в отношении диагностики торако-пульмональной рестрикции при ОПЛ по сравнению со шкалой повреждения легких LIS Mюppея. Разработанные способы составили новую модификацию шкалы острого повреждения легких и вошли в калькулятор «Оценка функции внешнего дыхания во время ИВЛ».

Список литературы

1. Murray J.F., Matthay M.A. et al. // Am. Rev. Respir. Dis. 19SS. V. 1BS.

P. 720-72B.

2. Barbas C., Matos G., Amato M., Carvalho C. // Critical Care Research Practice. 2012.

B. Mаpини Д.Д., Уиллер А.П. Mедицина критических состояний. M., 2002.

4. Гайтон А.К., Холл Д.Э. Mедицинская физиология. M., 2008.

5. Зильбер А.П. // Здравоохранение и медтехника. 2004. № 10. С. 7-S.

6. Hess D.R., Bigatello L.M. // Curr. Opin. Crit. Care. 2008. V. 14. P. 94-102.

7. Brochard L., Martin G.S., Blanch L. et al. // Critical Care. 2012. V. 1б. P. 219.

S. Lucangelo U., Bernabé F., Blanch L. // Respir. Care. 2005. V. 50. P. 55-б7.

9. Киров M№., Кузьков B.B., Недашковский Э.В. Острое повреждение легких при сепсисе: патогенез и интенсивная терапия. Архангельск, 2004.

10. Чеченин M.r. Нарушения вентиляции легких при поражении центральной нервной системы. Новокузнецк, 200б.