1 EXPLORARI FUNCTIONALE PULMONARE

Frecventa mare a bolilor aparatului respirator a impus conjugarea eforturilorspecialistilor medici si ingineri- in directia punerii la punct a unor metode si tehnici deexplorari functionale pulmonare care sa indeplineasca prin semnificatie, sensibilitate sireproductibilitate criteriile necesare aplicarii clinice. Indiferent de tipul lor, investigatiile au insa rolul nu numai de a evalua aspectelefiziopatologice, ci si de elaborare de valori de referinta pentru toti parametrii aparatuluicercetat, valori indispensabile in procesul de diagnostic functional clinic. Evaluarea ventilatiei pulmonare presupune:

q determinarea volumelor si capacitatilor pulmonare statice;q determinarea debitelor ventilatorii fortate;q determinarea proprietatilor mecanice ale plamanilor;q evaluarea distributiei intrapulmonare a aerului ventilat.

1. VOLUMELE SI CAPACITATILE PULMONARE STATICE

Volumele si capacitatile pulmonare masoara dimensiunile pompei pulmonare si suntdeterminate de proprietatile elastice ale parenchimului pulmonar si ale peretelui toracic, deproprietatile cailor aerifere, de forta de contractie a musculaturii ventilatorii si de reflexelepulmonare.

FIG.1

In fig.1 sunt reprezentate volumele pulmonare statice si capacitatile pulmonare,semnificatiile lor fiind urmatoarele:

q capacitatea vitala (CV) este volumul de gaz care patrunde in plamani in cursul uneiinspiratii maxime care urmeaza unei expiratii maxime;

q volumul curent (VT) exprima volumul de gaz mobilizat in cursul unei miscari ventilatoriiobisnuite (modificarea volumului pulmonar intre limitele expiratiei si inspiratiei derepaus;

q volumul expirator de rezerva (V E R) reprezinta volumul maxim de gaz care poate fiexpirat plecand de la sfarsitul unei expiratii de repaus;

2q volumul inspirator de rezerva (VIR) este volumul maxim de gaz care poate fi inspiratplecand de la sfarsitul inspiratiei de repaus;

q capacitatea inspiratorie (CI) insumeaza volumul curent VT si volumul inspirator derezerva VIR, fiind volumul maxim de aer care poate fi inspirat plecand de la sfarsitul uneiexpiratii de repaus;

q capacitatea reziduala functionala (CRF) este volumul de gaz ce se gaseste in plamani lasfarsitul unei respiratii normale.Determinarea CRF este foarte importanta in evaluareafunctiei respiratorii a plamanului pentru ca exprima volumul de gaz in care patrunde, seamesteca si se dilueaza aerul inspirat inainte de a intra in schimb gazos cusangele.Marimea CRF reflecta echilibrul dintre fortele de retractie elastice, ale plamanuluisi ale toracelui, care se opun la nivelul suprafetei pleurale;

q volumul rezidual (V R) este volumul de gaz care ramane in plaman la sfarsitul uneiexpiratii complete.El nu poate fi evacuat din plamani de catre subiectul in viata;

q capacitatea pulmonara totala (CPT) reprezinta volumul de gaz care este continut inplamani la sfarsitul unei inspiratii complete.

2. APARATE SI INSTALATII UTILIZATE IN MASURAREA VOLUMELOR SICAPACITATILOR PULMONARE

Determinarea volumelor si capacitatilor pulmonare statice poate fi facuta prin diferitemetode: spirometria, pneumotahografia, metoda dilutiei gazelor, pletismografia si radiologia. Dintre acestea va fi prezentata aparatura utilizata in spirometrie, pneumotahografie sipletismografie.

2.1 SPIROMETRIA: este metoda cea mai utilizata la masurarea capacitatilor vitale si asubdiviziunilor ei, constand in masurarea amplitudinilor cursei unui clopot determinate devolumul de gaz mobilizat de miscarea ventilatorie a pacientului. Sistemele de masurare cunoscute sub denumirea de spirometre pot fi umede sau uscate.

FIG.2 FIG.3 FIG.4

Spirometrul cu aer (uscat): este prevazut (fig.2) cu un sac (burduf) care colecteazaaerul expirat de pacient.Burduful este prevazut cu o scala gradata care indica volumulexpirat.

Spirometrele cu apa (umede): (fig.3) sunt compuse dintr-un clopot cilindric aflat inechilibru intr-un vas cu apa. Pacientul comunica cu interiorul clopotului prin intermediul

3unei piese de gura.Nasul fiind obturat, circuitul astfel format este inchis.Amplitudineaclopotului, masura a volumului de gaz mobilizat de pacient, poate fi citita direct pe o scalagradata sau determinata prin intermediul unui traductor potentiometric pentru deplasariunghiulare care furnizeaza o tensiune proportionala cu pozitia clopotului.

Spirometrul conventional: (fig.4) este un dispozitiv puternic amortizat, raspunsul saufiind slab la variatii mai rapide si, in plus, are un histerezis apreciabil nepermitanddetectarea schimbarilor subtile in respiratia pacientului.

Spirografele: sunt aparate complexe ce permit inregistrarea grafica a volumelor de gazmobilizate.

In principiu un ansambluspirografic este compus dintr-unspirometru prevazut cu un circuitrespirator inchis si dintr-unsistem de inregistrare (fig.5). Prezenta in circuitulrespirator a recipientului cu calcesodata asigura mentinereacontinutului de CO2 din aerul desub clopot in limite acceptabile,ceea ce permite testari de duratacorespunzatoare capacitatii

spirometrului. Inspiratia si expiratia determina miscari ale clopotului spirografului proportionale cuvolumul de gaz deplasat, traseul obtinut pe hartia de inregistrare fiind o linie franta continuudescendenta, datorita modificarii in timp a volumului de gaz de sub clopot prin scadereaconcentratiei de oxigen. Determinarea volumelor si capacitatilor pulmonare statice se face prin intermediulfactorului de conversie al aparatului, care reprezinta volumul de gaz ce produce deplasarea cu1cm a clopotului fata de acul inregistrator (la multe spirografe k=0,3 litri/cm). Volumul masurat pe spirograma reprezinta volumul de aer la temperatura spirografului, lapresiunea partiala a vaporilor de apa corespunzatoare acestei temperaturi, la presiuneabarometrica locala.Valoarea reala este data de volumul existent la t emperatura de 37 0C(temperatura din plamani);cum temperatura din spirograf este mai mica, rezulta ca volumul degaz masurat este mai mic decat cel real (conform legii Gay-Lussac: Vt=V0[1 +at] ).

Deci, valorile citite pe spirograma se vor corecta la conditiile de temperatura, presiunesi saturatie cu vapori de apa existente la nivelul plamanului.

E C H I L I B R A R E A S P I R O M E T R E L O R este esentiala pentru corectitudinea datelorobtinute. Ea se poate realiza prin mai multe metode.

Utilizarea unei contragreutati (fig.4a) nu asigura echilibrarea decat intr-un singurpunct pe cursa, sistemul opunand rezistenta mai mare sau mai mica in raport cu pozitia aleasapentru echilibrare.In plus se caracterizeaza printr-o inertie considerabila. Acest din urmadezavantaj se elimina prin utilizarea arcului (fig.4b) ca element de echilibrare ceea ce nurezolva in totalitate problema.

Fig.5

4 Un sistem care sa permita echilibrarea in orice punct pe cursa presupune utilizareain combinatie cu arcul a unei came a carei profil asigura egalitatea momentelor dezvoltate degreutatea aparenta a clopotului si de arc (fig.6).

Avem: FA=Pr (1)

F=k(l-lo)=kDl=kAq (2)

Din figura 6b, avind in vedere variatia liniaraa greutatii aparente in raport cu depalasarea clopotuluise poate scrie:

P=P1-(P1-P0)h/c (3)

Aproximand profilul camei cu o suma de arce de cerc cu unghiul la centru dq, putemscrie:

h=0

qds =

0

qr dq (4)

Deci: P1-(P1-P0)

0

qr dq

c =

kA2 qr

(5)

-(P1-P0)rc =kA2

r-q r 'r2

(6)

Ecuatia profilului camei va rezulta rezolvand ecuatia diferentiala:

(P1 - P0) r 3 + k A 2 c r - k A 2 c q r = 0 (7)

In cazul efectuarii unor masuratori complexe, de precizie, se impune utilizarea unorsisteme cu compensare de volum ceea ce asigura mentinerea concentratiei de oxigen in limitefoarte stranse. Metodele utilizate sunt diverse:marirea spatiului sistemului, alimentareacontinua sau intermitenta cu oxigen, utilizarea sistemelor cu doua clopote spirometrice(ex:spirometrul Godart).

In cazul in care in locul arcului se foloseste pentru echilibrarea clopotului o contragreutateecuatiile pentru determinarea profilului camei sunt urmatoarele:

PA=Gr , G=constant (1)

Fig.6b

Fig.6a

5 P=P1-(P1-P0)h/c (3)

Aproximand profilul camei cu o suma de arce de cerc cu unghiul la centru dq, putem scrie:

h=0

qds =

0

qr dq (4)

Deci: P1-(P1-P0)

0

qr dq

c =

rG

(5)

-(P1-P0)rc = -

2

'rGr

A (6)

Deci ecuatia profilului camei se va detremina prin rezolvarea ecuatiei diferentiale:

(P1-P0) r3 GAc =0

Spirograful Pulmotest-Godart:

Sistemul dispune de douaclopote, stabilizarea volumuluirealizandu-se astfel: clopotulprincipal (1) dispune pe firul delegatura de un contact electriccare, printr-un releu, actioneazaventilul electromagnetic(6).

Bucsa contactului sedeplaseaza in timpul ciclurilorinspir-expir pe o tija ce cuprindeo zona izolatoare si unaconducatoare, determinand astfelinchiderea sau deschidereaventilului. In cazul in care seintroduce mai mult oxigen decatse foloseste la piesa bucala,

atunci clopotul se ridica, se atinge zona izolata, coborarea clopotului prin consumul deoxiegen de catre pacient avand loc pana cand se atinge din nou zona conducatoare. Circulatiaaerului prin sistem se realizeaza prin pompele(8).

Din categoria aparatelor de explorari functionale pulmonare ce utilizeaza metodaspirometrica fac parte si spirografele de tip Eutest si Vicatest.

Spirografele de tip Eutest sau Vicatest (fig.8):masoara capacitatea vitala minima laexpir fiind constituite dintr-un piston metalic imbracat etans de un cilindru de cauciuc (2).

FIG.7

6Miscarea pistonului(1) solidar cu acul indicator(5) ca urmare a expiratiei pacientuluiprin piesa bucala(3),determina obtinereaunei curbe ca in figura 8b.Avantajulacestui tip de aparat consta insensibilitatea ridicata a sa, determinata deinlocuirea frecarii vascoase de laspirometrul clasic cu frecarea uscata derostogolire ceea ce duce la o dinamicabuna si la reducerea rezistentei in circuit(max. 1cm H2O ).

2.2 PNEUMOTAHOGRAFIA: are la baza urmatorul principiu:cand fluxul de aer treceprintr-un tub in care exista o obstructie partiala, presiunea de dupa obstructie este mai micadecat cea masurata inaintea ei; diferenta dintre cele doua presiuni se gaseste in relatie liniaracu debitul aerului ce trece prin tub. Obstructia este realizata de o sita din fire metalice curetea foarte fina sau de un mare numar de tuburi capilare montate in paralel in mijlocul unuitub cilindric.Ele opun o rezistenta la curgerea aerului pe care in plus il obliga sa leparcurga in regim laminar (criteriu necesar pentru validitatea masuratorilor).

Pierderea de presiune provocata de sita sau de pachetul de tuburi capilare estemasurata de unelectromanometru diferential siconvertit in variatie de flux careeste integrata in functie de timpastfel incat sa se obtinavolumul de aer ventilat.

Un aparat deinregistrare, de obicei uninscriptor x/y, permiteinregistrarea semnalului deiesire al electromagnetului ca

debit si/sau volum.Etalonand aparatul, se poate masura pe traseul inscris, debitul aerului in orice moment

al nivelului ventilator (debite instantanee) sau rezultatul integrarii tuturor debitelor instantaneedin cursul unei faze a ciclului ventilator, adica volumul de aer deplasat in acea faza.

Aparatele moderne folosesc, ca mijloc de inregistrare, osciloscopia catodica pentruvizualizarea imediata a traseului si imprimare pe banda magnetica cu redarea ulterioara peinscriptor x/y, metoda ce are avantajul ca anuleaza efectele inertiale ale inscriptorului, efectecare daca nu influenteaza determinarea capacitatii vitale, in schimb pot provoca distorsiuniimportante la evaluarea fluxului.Un astfel de aparat este pneumoscreen-ul J A E G R (fig.9)

FIG.8

FIG.9

72.3 PLETISMOGRAFIA: reprezinta tehnica de inregistrare a variatiilor pulsatilevolumice la nivelul unui segment de corp, organ sau al intregului corp (body pletismografie). In explorarile functionale pulmonare, pletismografia corporala si-a gasit un larg campde aplicatii permitand masurarea volumelor si capacitatilor pulmonare statice, a debitelor deaer vehiculate de pacient precum si a rezistentei cailor aeriene. In functie de sistemul aplicatpentru inregistrarea variatiilor de volum ale toracelui in timpul respiratiei se pot distinge:pletismografe corporale cu presiune constanta sau cu volum constant.

Pletismografia cu presiune constanta: se caracterizeaza printr-o sensibilitatescazuta, fiind preferata cea cu volum constant. Tehnica pletismografiei cu volum constant precum si instalatiile aferente vor fiexemplificate in cazul determinarii volumului gazos toracic (egal cu capacitatea functionalareziduala). Masurarea se bazeaza pe legea Boyle-Mariotte: la temperatura constanta pV=ct.sau pV=(p+Dp)(V+DV). Aplicarea acestei legi se face astfel:subiectul inchis intr-o cabina etansa (fig.10), cu unvolum de 500-1000 litri executa respiratie printr-o piesa bucala prevazuta cu un dispozitivcare poate inchide etans comunicarea cu cabina, intrerupind astfel fluxul de aer.In primelemomente care urmeaza inchiderii subiectului in cabina, aerul din interiorul ei se incalzeste siumiditatea creste datorita aerului expirat de subiect. Apare astfel o crestere a presiunii in

pletismograf. Dupa mai multeechilibrari ale presiunii cu aerulatmosferic (prin deschidereasupapelor din peretii cabinei), seajunge la un regim slab depresiune care permite incepereamasuratorilor. In cursul unei respiratiispontane de repaus prin piesabucala, presiunea din alveole este

egala cu cea din cabina in momentul de la sfarsitul inspiratiei si expiratiei, deci cand nu existaflux de aer in caile respiratorii. Daca se suprima comunicarea cu incinta prin actionareadispozitivului de inchidere a piesei bucale la sfarsitul unei expiratii normale, volumul de gazaflat in plamani nu mai este in comunicare cu aerul din pletismograf. In cursul miscarilor de inspiratie si expiratie efectuate impotriva rezistentei circuituluirespirator, aerul din plamani este alternativ comprimat si decomprimat.Se masoara variatiilepresiunii bucale (identice cu cele alveolare) in cursul comprimarilor si decomprimarilorsuccesive, concomitent cu variatiile de volum toracic care se traduc cu variatii de presiune incamera pletismografului. Inregistrarea cu ajutorul unui osciloscop sau inscriptor x/y a acestorvariatii apare sub forma unei linii a carei panta este egala cu DV/Dp. Conform legii Boyle-Mariotte, avem:

pV=(p+Dp)(V+DV),

dar, V=VGT

Se obtine: VGT= - DVDp (pi + Dp)

Cum Dp0, rezulta: VGT= - DVDp pi.

Fig.10

8 Valoarea raportului DVDp se citeste pe grafic iar pi. este presiunea gazelor din plamani,

egala la inceputul masuratorilor cu presiunea atmosferica. Masurarea presiunii din cheson se efectueaza prin raportare la o incinta de referintamontata in interior, de aceea cresterile de presiune prin incalzirea aerului din cheson sivariatiile de presiune ale aerului ambiant nu influenteaza rezultatul masuratorilor.

--------------------------------------------------------------------------------------