Изследване на газообмена в белите дробове

Измерване на дифузия на въглероден оксид

Усвояването на кислорода от атмосферата е фундаментална функция на дихателната система. То се осъществява в най-малките дихателни пътища, т.нар. алвеоли. Алвеолите са близо 500 милиона в белите дробове. Те изглеждат като малки балончета с диаметър от 0.3 µm. Изградени са от тънка стена от 1 ред епителни клетки. Около тях плътно прилепнали стоят най-малките кръвоносни съдове – белодробните капиляри. Един капиляр е с диаметър 7-10 µm точно колкото да премине 1 червена кръвна клетка през него, а стената му е изградена от 1 ред ендотелни клетки. Между клетките, изграждащи алвеолите и белодробните капиляри има тясно междуклетъчно пространство. Тези три компонента носят името „алвеоло-капилярна мембрана“. Структурите в нея са в изключително интимен контакт с диаметър от едва 0.5 µm.

През алвеоло-капилярната мембрана се осъществява поемането на кислород (O2) от атмосферния въздух и отделянето на въглеродния диоксид (CO2), който се образува в кръвта следствие на метаболизма. Този процес на обмяна се случва посредством физичния процес на дифузия. Дифузията е вид пасивно преминаване на молекули през пропусклива преграда, което се подчинява на физични закони (закон на Fick). Дифузията на кислорода в кръвта е от жизненоважно значение за съществуването на нашия организъм, тъй като всички клетки в него имат аеробен метаболизъм, т.е. те използват кислород, за да функционират. Без кислород съществуването на човешкия организъм е невъзможно.

Различни болестни процеси могат да засегнат обмяната на газовете през алвеоло-капилярната мембрана. Нещо повече, за някои от тях това нарушение е характерно. Тъй като преминаването на O2 през алвеоло-капилярната мембрана зависи от различни фактори, за да измерим неговата дифузия в белодробната медицина използваме въглероден оксид (CO), газ, чието преминаване през мембраната на белия дроб е зависимо само от процеса дифузия.

ЗАПАЗЕТЕ ЧАС

Какво представлява изследването на белодробния газообмен?

Изследването на белодробния газообмен или т.нар. „газ дифузия“, или „дифузия на въглероден оксид (CO)“, представлява метод за измерване на функцията на белите дробове да усвояват кислорода от атмосферния въздух. Освен пропускливостта на алвеоло-капилярната мембрана то показва и наличния за газообмен белодробен капацитет. Чрез него регистрираме характерни отклонения, които ни дават насоки за наличието на определени дихателни болести. С дифузионния капацитет за CO установяваме:

• „общият белодробен дифузионен капацитет за CO” (ТLCO) – количеството CO, реципрочно O2, което преминава през алвеоло-капилярната мембрана за минута
• „коефициент на трансфер на CO” (KCO) – представлява отношение между дифузионния капацитет и белодробния обем, който може да осъществява газообмен, т.е. каква е дифузията през участъците на белите дробове, които я осъществяват, а не през всички участъци, до които достига CO
• пълният белодробен капацитет, т.нар. „тотален белодробен капацитет“ (ТБК), т.е. сумата от обемите въздух, които можем да вдишаме, издишаме и тези, които остават в белите дробове след издишане; за разлика от тези обеми, които измерваме с бодиплетизмография, с дифузионния капацитет на CO измерваме само обемите, до които достига въздух и се осъществява газообмен
• т.нар. „остатъчен обем“ (ОО), т.е. обемът въздух, който остава в белите дробове след максимално издишане
• отношение между ОО и ТБК – показва какъв процент от ТБК е т.нар. ОО
• „остатъчният обем за издишане“ (ООИ), т.е. колко въздух можем да издишаме допълнително след максимално издишане
• „функционалният остатъчен капацитет“ (ФОК), т.е. сумата между ООИ и ОО

Дифузионният капацитет на белите дробове се измерва със специална апаратура за функционална диагностика. Тя е подобна на обикновения спирометър, който се използва за измерване на обемите и капацитета на болните от ХОББ и астма, с тази разлика, че към него има свързана бутилка с газ, която подава точно дозирана смес CO и метан (CH4) и адаптирани специални сензори за измерване на количеството на тези газове в издишания въздух. За измерване на дифузионния капацитет най-често се използва т.нар. „техника с еднократно вдишване“, т.е. по време на изследването пациентът прави само едно дълбоко вдишване от газовата смес, след което задържа дъха си за 10 секунди и издиша.

Кога се извършва измерване на дифузионен капацитет на белите дробове?

Дифузионният капацитет на белодробната мембрана се засяга често и от различни болестни процеси. В този смисъл измерването му може да даде характерни отклонения при редица болести. Поради липсата на апаратура и обучен медицински персонал обаче това се прави рядко.

В пулмологията измерване на дифузионен капацитет се прави най-често при съмнение за наличие на болести, които ангажират т.нар. паренхим на белия дроб, т.е. този отдел, които извършва газообмена – най-малките дихателни пътища, алвеолите и респираторните бронхиоли, и прилежащите към тях кръвоносни съдове. Такива са различни белодробни болести, болести на кръвоносните съдове (васкулити), болести на сърцето, ревматологични болести, болести на кръвта, и тн.

ЗАПАЗЕТЕ ЧАС

Белодробни болести

• Белодробен емфизем – тежките форми на белодробен емфизем са свързани с изтъняване и разрушаване на голяма част от белодробната тъкан, осъществяваща газообмен. Белодробният емфизем засяга изключително алвеолите. Най-често се развива вследствие на хронично възпаление при пушачи, но може да се развие и вследствие на редки генетични дефекти. Макар че голяма част от болните с хронична обструктивна белодробна болест (ХОББ) имат емфизем, не всички болни с емфизем имат ХОББ. Всъщност началните етапи в развитието на двете болести са неосезаеми за болния и в продължение на години той може да боледува, без да чувства ограничения в дишането и физическия си капацитет. Най-ранните форми на емфизем могат да се установят единствено като нарушение в дифузията на газовете през алвеоло-капилярната мембрана. Само дифузионният капацитет на CO може да демонстрира тези нарушения. Установява се понижено CO и повишено отношение ОО/ТБК.
• Белодробна саркоидоза – саркоидозата представлява възпаление, което се развива в белите дробове и нарушава неговата структура и функции; смята се, че болестта е следствие на вид автоимунен процес, който води до формирането на характерни грануломи (струпване на имунни клетки) в тъканите на белия дроб. Това възпаление нарушава най-рано и основно газообмена, още преди регистрирането на по-тежки отклонения в други функции на дихателната система. В този смисъл измерването на дифузионния капацитет се явява изследване за ранна диагностика на болестта. Макар и да не е достатъчно само по себе си за поставяне на диагнозата, има важно значение за вземането на решение дали да се стартира или не терапия, която при саркоидозата е тежка и с много странични ефекти. Установяването на понижен ТLCO при наличие на характерни промени от рентгенови снимки и скенери е важно за преценка на по-нататъшното поведение при тази болест.
• Идиопатична белодробна фиброза – всички прогресиращи фиброзни болести, т.нар. идиопатични интерстициални пневмонии, и идиопатичната белодробна фиброза в това число засягат белодробния паренхим в различна степен. Често промените там са именно на ниво дихателна мембрана и газообмена е една от най-засегнатите функции, най-рано в хода на болестта. Дифузионният капацитет на CO е задължителен показател в диагностиката и проследяването на идиопатичната белодробна фиброза. Той е понижен рано в развитието на фиброзния процес. Това е свързано с ограничения в дишането и задух при натоварване. Пониженият TLCO и KCO се наблюдават още преди формиране на характерните промени на компютърния томограф, така че изследването е важно за ранна диагностика и започване на лечение на идиопатичната белодробна фиброза.
• Последствия от COVID-19 и други пневмонии – пневмониите са инфекции на белодробния паренхим, т.е. на алвеолите и малките дихателни пътища. Когато инфекцията е много голяма, тя засяга и газообмена. Развива се дихателна недостатъчност. Вирусните пневмонии много често протичат именно със засягане на алвеоло-капилярната мембрана и нарушено усвояване на кислорода от въздуха. В острият период на болестта не е уместно да се правят функционални изследвания, но в хода на оздравяването те могат да покажат дали има остатъчни промени следствие на пневмонията или белият дроб се е възстановил напълно. Т.нар. „Пост-COVID-19 синдром“ или състоянието на белите дробове след прекаран COVID-19 много често включва функционални наруешния и най-вече нарушен дифузионен капацитет. Ниските TLCO и KCO могат да се наблюдават в комбинация с понижен ТБК и нормален ОО. Тези процеси са следствие на формиране на фиброза след преболедуване и разрушаване на обширни участъци от алвеоло-капилярната мембрана на белите дробове.
• Други – ХОББ, бронхиална астма, други идиопатични интерстициални пневмонии, хиперсензитивен пневмонит, бронхиектатична болест, гъбичкови инфекции на белите дробове, алвеоларна протеиноза и други
• Болести на кръвоносните съдове (васкулити)
  Белодробна хипертония (пулмонална артериална хипертония – ПАХ) – съмненията за наличие на повишено налягане в артериите на белия дроб е класическо показание за измерване на дифузионния капацитет на CO, тъй като съдовите нарушения, които се развиват при ПАХ водят до нарушено усвояване на газовете от атмосферния въздух. Нещо повече, наличието на ПАХ дава едни от най-тежките отклонения в газообмена. Белодробна хипертония се развива както при наличие на белодробни и сърдечни болести, така и независимо от тях, т.е. като болест сама по себе си. Комбинацията от функционални изследвания на дихателната система и инвазивни кардиологични изследвания могат да поставят диагнозата навреме. Силно намалените TLCO и KCO при наличие на ехографски данни за повишено налягане в белодробната артерия са много съмнителни за наличие на ПАХ.
• Белодробна тромбемболия (БТЕ) – запушването на съдовете на белодробната артерия с тромби е свързано с рязка поява на задух и недостиг на кислород в кръвта. Причина за това са нарушения в кръвообращението в засегнатите участъци от белите дробове, които водят до промени в отношението вентилация/перфузия, т.е. формиране на зони, до които достига въздух, но не достига кръвоток. Съответно в тези зони не се осъществява газообмен. Дифузионният капацитет на CO е намален пропорционално на големината на засегнатите участъци. Както TLCO, така и KCO могат да са намалени при нормален ТБК.
• Грануломатоза на Вегенер – един от най-често срещаните васкулити, т.е. болест, която се дължи на възпаление на кръвоносните съдове. При грануломатозата с полиангиит или т.нар. грануломатоза на Вегенер това възпаление се развива в малките кръвоносни съдове, най-често в белия дроб, но може да засегнат също горните дихателни пътища и бъбреците. То води до разрушаване и запушване на съдовете, при което се нарушава усвояването на кислород в обширни участъци от белите дробове. TLCO е силно намален. В комбинация с други изследвания и клиничната история на пациента диагнозата може да бъде поставена с висока степен на вероятност.
• 
  Синдром на Чърг-Щраус – друг васкулит, който засяга белите дробове и често се асоциира с бронхиална астма. Наличието на астма с късно начало, полипи в носа и еозинофилно възпаление на малките съдове на белия дроб са много характерни за тази болест. Засягането на съдовете е свързано и с нарушения в газообмена. Дифузионният капацитет дава ценна допълнителна информация за функционалното състояние на дихателната система.

Ревматологични болести

• Ревматоиден артрит – отлагането на антитела в белодробния паренхим, което се наблюдава при някои случаи на ревматоиден артрит и други ревматологични болести може да доведе до нарушения в газообмена, когато процесът е по-разпространен. За щастие тези промени в белия дроб не се наблюдават често, но са възможни при дългогодишно и по-тежко боледуване. Формира се фиброза, която разрушава алвеоло-капилярната мембрана. TLCO е намален.
• Други – системен лупус еритематодес, системна склеродермия, други.

Социално-битови инциденти и професионални болести

• Професионални болести – при работа в запрашена среда често в белия дроб се отлагат различни токсични частици и вещества, които разрушават структурата на алвеолите и нарушават газообмена. При отлагане на кварц например, се развива силикоза, при отлагане на азбест – азбестоза, при отлагане на въглищен прах – антракоза, и тн. Тези отлагания провокират възпаление. Възпалението пък разрушава клетките на белите дробове и предизвиква образуване на съединителна тъкан на тяхно място, т.е. формиране на белег. Тези белези, които остават следствие на болестта не са функционална белодробна тъкан и не могат да усвояват кислород от въздуха. По тази причина често при хора, работили дълги години в условия с повишено замърсяване на въздуха газообменът е нарушен. Най-ранните отклонения следствие на тези болестни процеси, преди другите функционални показатели да бъдат нарушени, се установяват с измерване на дифузионния капацитет на белите дробове.
• Последствия от изгаряне, давене, радиация или прием на лекарства – при битови и производствени инциденти вдишването на горещ въздух и изгорели материи, вдишването на солена или сладка вода (т.нар. „аспирация), излагането на йонизиращо лъчение при терапия в онкологията (лъчетерапия) или следствие на работа с рентгенови лъчи, могат да доведат до трайно ограничение във функцията на белите дробове и хронично нарушен газообмен. До такива последствия може да доведе и приема на някои токсични медикаменти, например Cordaronе, често използван в кардиологията, Azathioprine и Cyclophosphamide, често използвани в лечението на автоимунните болести, Bleomycin и Vincristine, използвани в онкологията и хематологията, и други. В тези случаи промените се наблюдават най-вече при натоварване, когато кислородът има малко време да захрани бързо циркулиращата кръв през белите дробове. Леки отклонения могат да се регистрират и в TLCO

Болести на сърцето

• Застойна сърдечна недостатъчност – в случаите, когато ритъмът на сърцето е нарушен, клапите му не се затварят плътно или са стеснени, сърдечният мускул е отпуснат или задебелен, може кръвта в сърдечно-съдовата система да не циркулира в нормалния ред, в който трябва и да се задържа плазма в тъканите. Този процес се нарича „застой“. Задържането на плазма в тъканите е често срещано в клиничната практика. Най-често се наблюдава като оток на кожата по долните крайници, подбедриците и ходилата. Когато е налице оток по краката, той най-често се случва и във вътрешните органи. Болният може да усеща задух при натоварване и/или в легнало положение. Натрупването на плазма в алвеолите е причина за нарушено усвояване на кислорода от въздуха, което може да се регистрира като понижение в TLCO на измерването на дифузионния капацитет

Болести на кръвта

• Анемия – хемоглобинът в червените кръвни клетки е молекулата, която свързва кислорода, когато той премине през алвеоло-капилярната мембрана от алвеолите в кръвта. При анемия хемоглобинът е намален, а с това намалява и капацитетът на кръвта да извлича кислорода от атмосферния въздух и да го транспортира до тъканите. Дифузионният капацитет на белите дробове в тези случаи е намален, но причината не е проблем с дифузията. Отклоненията, които се наблюдават в TLCO при анемия се коригират според актуалните нива на хемоглобина, за да се оцени качеството на алвеоло-капилярната мембрана. Ако такива корекции не се направят, измерването е неинформативно и грешно. Когато се наблюдава намален дифузионен капацитет, винаги трябва да се провери също така и дали пациентът няма анемия.
• Полицитемия – повишеното ниво на червените кръвни клетки в кръвтта е едно от редките състояния, при които дифузионният капацитет на белите дробове е повишен. Отново обаче връзката не е с повишената дифузия на алвеоло-капилярната мембрана, а с повишеното количество хемоглобин.

Болести на гръдния кош и дихателната мускулатура

• Невромускулни болести – поради засягането на дихателната мускулатура при тези болести белият дроб не се обдишва адекватно във всичките си участъци. Следствие на това част от белите дробове не участват в дишането и газообменът общо е намален. Характерни са нисък TLCO и нормален или дори повишен KCO, тъй като отношението на участъците, които не усвояват добре O2 от атмосферния въздух са коригирани спрямо участъците, които участват в дишането.

Други

• Промени при тютюнопушене
• Белодробен кръвоизлив
• Операции на белия дроб
  Деформации на гръдния кош
• Отравяне с въглероден оксид

ЗАПАЗЕТЕ ЧАС

Как се извършва измерването на дифузионния капацитет на белите дробове?

При измерване на дифузионния капацитет на CO се преминава през няколко стъпки, които трябва да бъдат изпълнени по точно определен начин, за да бъде изследването прецизно и информативно. Най-често използваната техника е т.нар. „техника с еднократно поемане на въздух“. Изпълнението й включва няколко етапа:

1. Пациентът се настанява да седне на стол с изправен гръб, без да се прегъва или обляга на облегалката на стола. Пластмасова еднократна фунийка на апарата за измерване, наречена „мундщук“, се регулира според ръста му, така че да може да я постави в устата си и да диша в нея без напрежение и усилие.
2. Поставя се щипка на носа на пациента, той поставя мундщука на апарата в устата си, така че устните и зъбите да го обхващат плътно, и езикът да не запушва отвора му.
3. Изследването започва. Пациентът трябва да слуша командите на лекаря и да ги изпълнява точно и с максимални усилия. Изследването преминава през 4 стъпки:

а. Пациентът диша нормално през мундщука.
б. Лекарят инструктира пациента да издиша до края целия въздух от белите си дробове.
в. Непосредствено след това апаратът отваря клапа към газовата бутилка и пациентът се инструктира да поеме дълбоко въздух, след което да задържи поетия въздух за 10 секунди.

ВНИМАНИЕ: Това е най-важната част от цялото изследване. При нея пациентът допуска най-много грешки. Особено важно е пациентът да слуша лекаря и да поема въздух, докато той не му каже да задържи дъха си. Максималното вдишване е от значение за правилното измерване на газовата дифузия. Друга важна част от изследването е след максималното вдишване пациентът да задържи дъха си за пълните 10 секунди, не по-малко, като не прави опити да вдиша и издиша в този период

г. След изтичане на 10-те секунди лекарят инструктира пациента да издиша максимално въздуха, който е поел.

4. Изследването приключва.

ЗАПАЗЕТЕ ЧАС

Как да се подготвим за самото изследване?

Преди изследването на дифузионния капацитет пациентът трябва да спази някои правила, за да бъде изследването максимално точно.

• Прочетете по-горе описаната информация в графата „Как се извършва измерване на дифузионен капацитет“. Стъпките ще Ви бъдат разяснени и от лекаря/сестрата на място.
• Пациентът трябва да не пуши цигари поне 24 часа преди изследването, тъй като CO от тютюневия дим може да доведе до фалшиво по-нисък резултат.
• Ако пациентът, на който е назначено изследването използва кислород продължително време, трябва да спре приема поне 10 минути преди изследването, ако това е възможно.
• Ако по някаква причина (езикова бариера, деменция, умствено изсотаване, други тежки неврологични или психиатрични болести, тн.) пациентът не може да изпълнява задаваните му от лекаря/сестрата команди за дишане, изследването е невъзможно да бъде направено.
• Информирайте лекаря си, ако имате анемия. За максимално точни резултати е най-добре да сте провели изследване на пълна кръвна картина скоро преди изследването, за да могат да бъдат направени необходимите корекции съответно на нивата на хемоглобина.
• Информирайте лекаря, който Ви назначава или провежда изследването, ако имате или скоро сте имал/а висока температура или отхрачване на кръв. При такива симптоми той може да прецени да отложи временно измерването на дифузионния капацитет, докато тези симптоми изчезнат.
• Информирайте лекаря, който провежда изследването относно Вашата/ите болест/и и причината, поради която искате да направите измерване на дифузионен капацитет на белите дробове. Уместно е да носите всичката си медицинска документация с вас в случай, че потрябва.

Безопасно ли е изследването?

Измерването на дифузионния капацитет на CO е напълно безопасно. Нивото на CO в газовата смес, която пациентът вдиша е едва 0.3%. Максималният брой опити, които могат да бъдат направени са 5, не поради опасност от отравяне, а заради промяна в крайния резултат след това. По-специално внимание е необходимо в следните случаи:

• скоро прекарани сърдечни и сърдечно-съдови инциденти – инфаркт на миокарда, мозъчен инсулт, ангина пекторис, аневризма, скоро поставен пейсмейкър – обикновено трябва да се изчака стабилизирането след такива състояние поне седмица.
• остър пристъп на белодробни болести – острите пристъпи понякога могат да затруднят пациента да извърши дихателните маневри по време на изследването максимално прецизно.
• бременност – внимание относно бременността се налага не толкова поради риска за бременната от провеждане на изследването, колкото заради промените в белодробната функция, които настъпват през този период; дифузионният капацитет на белите дробове намалява по време на бременността с почти 15% в някои случаи.

Колко време отнема този вид функционални изследвания на белите дробове?

Времето, което отнема едно измерване на дифузионния капацитет на белите дробове е 1-3 минути на опит. От значение са опитността на лекаря/сестрата, състоянието на пациента и способността му да разбере и изпълни командите, които му задават. Обичайно се изпълнява 1 опит, но при несправяне на пациента опитите могат да нараснат до 5.

ВНИМАНИЕ! Недоброто съдействие по време на изследването от страна на пациента води до погрешни резултати. Ако лекарят упорства за нови и нови повторения на дихателната маневра, то е, не за да Ви създава допълнителен дискомфорт, а за да направи максимално точна оценка на Вашите функционални показатели.

Разчитане на резултати

Резултатите от изследването стават готови веднага след изпълнението на дихателната маневра. Дифузията на CO през белодробната мембрана се измерва в mmol/kPa/min. Представя се като абсолютна стойност и като процент от предвидените референтни стойности. Референтните стойности съответстват на възрастта, пола, расата, ръста и теглото на пациента. Често се налагат и корекции в съотвествие с нивата на хемоглобина му в кръвта. Дигиталният формат на данните позволява архивиране и сравняване на резултатите на един пациент в динамика от месеци и години.

ЗАПИШЕТЕ ЧАС ЗА ИЗМЕРВАНЕ НА ДИФУЗИОНЕН КАПАЦИТЕТ НА БЕЛИТЕ ДРОБОВЕ