Bodypletysmografie

Bodypletysmografie je významná neinvazivní vyšetřovací metoda v oboru pneumologie pro diagnostiku plicních onemocnění. Zatímco metoda spirometrie pracuje s vitální kapacitou plic (to, co pacient po maximálním nádechu maximálně vydechne), v bodypletysmografii je k posouzení případné plicní poruchy nutné znát celkovou kapacitu plic (to je vitální kapacita plic a reziduální objem). Vyšetřovací metoda je prováděna pomocí přístroje bodypletysmografu, jehož součástí je uzavíratelná vzduchotěsná kabina.

Princip metody

Princip tohoto přístroje je založen na Boylově-Mariottově zákonu, který říká, že součin tlaku a objemu je konstantní, za podmínky stejné teploty (p.V= konstantní, T = konstantní). Měření objemu vzduchu v plicích můžeme tudíž převést na měření tlakových výchylek uvnitř kabiny (boxu), které jsou vyvolány dechovým cyklem (nádech – výdech), pohybem hrudního koše. Bodypletysmografií lze stanovit tak zvané nepřímo měřitelné ventilační parametry, mezi které patří objem nitrohrudního plynu (TGV) a odpor kladený proudícímu vzduchu v dýchacích cestách (Raw). Dále lze změřit funkční reziduální kapacitu plic, reziduální objem a TLC (celkovou plicní kapacitu).

Princip měření ITGV

ITGV/TGV (intrathoracic gas volume, intratorakální objem) je tzv. nitrohrudní objem plynu (objem, při kterém je příklopka uzavřena). Je to veškerý objem stlačitelného plynu, který se nachází v hrudníku a patří do něj i stlačitelný vzduch, nacházející se v žaludku a břišní dutině. Za normálních okolností je u pacienta o něco vyšší, než pravá funkční reziduální kapacita.  

Po normálním výdechu (exhalaci) je tlak v plicích, v dýchacích cestách i v boxu roven barometrickému (atmosférickému) tlaku P_B. Odpovídající plicní objem se označuje V_L. Pokud je příklopka uzavřena a vyšetřovaný se nadechne, dojde ke vzrůstu objemu v plicích (ΔV), zatímco tlak klesá (ΔP). Boylův-Mariottův zákon tvrdí, že za konstantní teploty pro neměnící se množství vzduchu platí$P*V=konst$.

Platí tedy následující:

$P_{B}*V_{L}=(P_{B}-\Delta P)*(V_{L}+\Delta V)$

$P_{B}*V_{L}=P_{B}*V_{L}+P_{B}*\Delta V-\Delta P*V_{L}-\Delta P*\Delta V$

Jelikož ΔV a ΔP je oproti P_B a V_L velmi malá, lze jejich součin v předchozí rovnici zanedbat a po následné úpravě dojdeme ke tvaru: 

$V_{L}=P_{B}*{\frac {\Delta V}{\Delta P}}$

Tento výraz umožňuje výpočet plicního objemu (V_L), při kterém je Příklopka uzavřena. ΔP reprezentuje změnu v alveolárním tlaku (ΔP_alv) při výdechu proti příklopce. Jelikož zde není žádné proudění vzduchu, které by vedlo k rozdílným tlakům mezi bronchy, dá se předpokládat, že změna v alveolárním tlaku je rovna změně tlaku v dutině ústní (ΔP_D). Tudíž ΔP = ΔP_alv= ΔP_D. Změna objemu ΔV se v tomto případě rovná změně celkového objemu v plicích (díky pohybu hrudní stěny), neboli ΔV = ΔV_L.

ITGV lze tedy změřit výpočtem jako součin barometrického tlaku a podílu změny plicního objemu a změny tlaku v dutině ústní. 

$V_{L}=P_{B}*{\frac {\Delta V_{L}}{\Delta P_{D}}}$

Role pletysmografického boxu

Dalším krokem je zjistit ΔV_L použitím boxu. K tomuto účelu je znovu použit Boylův-Mariottův zákon vztažený na objem boxu.

$V_{boxu}=P_{B}*{\frac {\Delta V_{boxu}}{\Delta P_{boxu}}}$

Považujeme-li tkáň za nestlačitelnou, lze dát změnu objemu v plicích do vztahu se změnou objemu v boxu s opačným znaménkem (ΔV_boxu= - ΔV_L).

$\Delta V_{L}=-\Delta P_{boxu}*{\frac {V_{boxu}}{P_{B}}}$

Pokud předchozí rovnici dosadíme do rovnice pro výpočet ITGV, dostaneme následující tvar:

$V_{L}=-V_{boxu}*{\frac {\Delta P_{boxu}}{\Delta P_{D}}}$

Nitrohrudní plicní objem lze tedy odhadnout na základě měřitelných hodnot, jimiž jsou změny tlaků v dutině ústní a změně tlaku v boxu. Tento objem se dá považovat za funkční residuální kapacitu. Ze vztahu (ΔV_boxu= - ΔV_L) dále lze odvodit jiný výpočet a zavést kalibrační faktor Kv , který zastoupí barometrický tlak.

$FRC=K_{V}*{\frac {\Delta V_{boxu}}{\Delta P_{D}}}(K_{V}=P_{B})$

Kalibračním faktorem je objem kabiny boxu, který je znám po odečtení tělesného objemu pacienta. Pro přesnou kalibraci je dále využita motorově řízená pumpa.

Měření rezistence plic

Rezistence (sRaw) nebo-li odpor, patří do mechanických vlastností plic. Rezistence dýchacích cest je definována poměrem tlakového spádu mezi alveolami  a průtokem vzduchu dýchacími cestami (od míst s vyšším tlakem do míst s nižším tlakem).  Velikost průtoku lze definovat z tlakového spádu a odporu, daného prouděním. Odpor měříme v KPa.l-1. Touto metodou měření zároveň zjistíme objem plynu v hrudníku (TGV).

Toto vyšetření je prováděno ke zjištění průchodnosti dýchacích cest, ke změření dynamických změn odporů při bronchomotorických testech.

Vyšetření probíhá v tzv. bodypletysmografické kabině. Pacientovo dýchaní je měřeno při normální frekvenci dýchání či při mělkém rychlém dýchaní („panting“). Změříme s tím závislost průtoku dýchacích cest na změně intraalveorálního tlaku. 

$sRaw=P_{boxu}*{\frac {\Delta V_{boxu}}{\ V}}$

Průběh vyšetření

Vyšetření zahrnuje několik úkonů. Na začátku je třeba pacienta odvážit a změřit, aby se mohl přístroj správně nakalibrovat. Po usazení pacienta na sedadlo dovnitř prosklené vzduchotěsné kabiny, jsou dveře uzavřeny. Po následujících 0,5-2 min. je vzduch v kabině zahřát tělesným teplem pacienta. Následkem zvýšené teploty vzduchu se plyn rozpíná a tím nastávají i tlakové změny. Ty jsou následně srovnány odčerpáním přebytečného vzduchu ventilem uvnitř kabiny. Po dovršení equilibria, může být uplatnen při výpočtech Boylův-Mariottův zákon. Sondu si vloží pacient do úst, aby zabránil úniku vzduchu nosem, použije klip. Přesvědčíme se, že všechno těsní a požádáme pacienta, aby měl dlaně obou rukou na tváři. Vlastní vyšetření začíná klidným dýcháním. Naměříme hodnoty při klidném dechu, pak požádáme pacienta, aby provedl, co největší hluboký nádech a následný hluboký výdech a pak normálně dýchal. Tento proces se opakuje 3x, aby byly naměřené výsledky spolehlivé. Následně probíhá kontrola plicního odporu, během níž pacient dýchá mělce a rychle (tzv. vláček). Výsledek se vyhodnocuje počítačovým programem, který přehledně zobrazí jednotlivé plicní objemy v podobě grafů i v tabulce.

Odkazy

Použitá literatura

• Criée C. P. et al.: Body plethysmography – Its principles and clinical use. February 28, 2011
• Hughes J.M.B, Pride, N.B. Lung function tests. Edinburgh: W.B. Sounders, 2000.H