Связь между параметрами импульсной осциллометрии и спирометрии у детей

Читать метаданные

Импульсная осциллометрия — метод оценки функции внешнего дыхания, в основе которого лежит анализ респираторного сопротивления при диапазоне навязанных осцилляций с частотой от 5 до 35 Гц. Преимуществом метода перед спирометрией является отсутствие маневра форсированного дыхания, но применение метода в настоящее время ограничено в педиатрической практике.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

Установить связь между параметрами импульсной осциллометрии и спирометрии у детей.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В исследование включены 330 детей обоих полов в возрасте 4—14 лет. Всем детям выполнены спирометрия и импульсная осциллометрия по стандартной методике. Проведен корреляционный анализ между объемными, скоростными параметрами спирометрии и параметрами сопротивления импульсной осциллометрии.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Установлены обратные связи, указывающие на повышение дыхательного сопротивления на уровне проксимальных и дистальных отделов дыхательных путей при снижении объема форсированного выдоха за 1-ю секунду, пиковой объемной скорости, максимальной объемной скорости при выдохе на 25—75% от форсированной жизненной емкости легких (r=–0,28— –0,214; p<0,001). Установлена прямая связь между форсированной жизненной емкостью легких и значением дыхательного объема, определяемого при импульсной осциллометрии (r=0,213; p<0,001).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Импульсная осциллометрия может быть применена как самостоятельный, так и дополнительный метод оценки функции внешнего дыхания в детской популяции.

Ключевые слова:

импульсная осциллометрия

спирометрия

функция внешнего дыхания

дети

сравнение

Авторы:

Штина И.Е.

ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»

SPIN РИНЦ: 7876-2388
Scopus AuthorID: 57202892504
ORCID: 0000-0002-5017-8232

Ивашова Ю.А.

ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Роспотребнадзора

ORCID: 0000-0002-5671-3953

Дата поступления:

15.11.2024

Дата принятия в печать:

20.02.2025

Список литературы:

Кирюхина Л.Д., Черняк А.В. Осциллометрия: клиническая значимость и применение. Пульмонология. 2023;33(6):798-808. https://doi.org/10.18093/0869-0189-2023-33-6-798-808
Савушкина О.И., Черняк А.В., Крюков Е.В. и др. Импульсная осциллометрия в диагностике нарушений механики дыхания при хронической обструктивной болезни легких. Пульмонология. 2020;30(3):285-294. https://doi.org/10.18093/0869-0189-2020-30-3-285-294
de Oliveira Jorge PP, de Lima JHP, Chong E, Silva DC, et al. Impulse oscillometry in the assessment of children’s lung function. Allergologia et Immunopathologia. 2019;47(3):295-302. https://doi.org/10.1016/j.aller.2018.03.003
Bednarek M, Grabicki M, Piorunek T, et al. Current place of impulse oscillometry in the assessment of pulmonary diseases. Respiratory Medicine. 2020;170:105952. https://doi.org/10.1016/j.rmed.2020.105952
Desai U, Joshi JM. Impulse oscillometry. Advances in Respiratory Medicine. 2019;87(4):235-238. https://doi.org/10.5603/ARM.a2019.0039
Global Initiative for Asthma — GINA. Accessed February 19, 2025. https://ginasthma.org/2024-report/
Pellegrino R, Violante B, Brusasco V. Maximal bronchoconstriction in humans. Relationship to deep inhalation and airway sensitivity. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 1996;153(1):115-121. https://doi.org/10.1164/ajrccm.153.1.8542103
Dencker M, Malmberg LP, Valind S, et al. Reference values for respiratory system impedance by using impulse oscillometry in children aged 2-11 years. Clinical Physiology and Functional Imaging. 2006;26(4):247-250. https://doi.org/10.1111/j.1475-097X.2006.00682.x
Medeiros D, Castro P, Bianca ACD, et al. Impulse oscillometry: pulmonary function assessment in preschool children. Expert Review of Respiratory Medicine. 2020;14(12):1261-1266. https://doi.org/10.1080/17476348.2020.1813573
Weersink EJ, vd Elshout FJ, van Herwaarden CV, et al. Bronchial responsiveness to histamine and methacholine measured with forced expirations and with the forced oscillation technique. Respiratory Medicine. 1995;89(5): 351-356. https://doi.org/10.1016/0954-6111(95)90007-1
Савушкина О.И., Крюков Е.В., Черняк А.В. и др. Применение импульсной осциллометрии у больных бронхиальной астмой. Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2019;73:34-41. https://doi.org/10.36604/1998-5029-2019-73-34-41
Li LY, Yan TS, Yang J, et al. Impulse oscillometry for detection of small airway dysfunction in subjects with chronic respiratory symptoms and preserved pulmonary function. Respiratory Research. 2021;22(1):68. https://doi.org/10.1186/s12931-021-01662-7
Черная Н.Л., Фомина О.В., Иванова И.В. Диагностика ранних нарушений функции внешнего дыхания у детей с бронхиальной астмой по данным импульсной осциллометрии. Пульмонология. 2007;(4):62-68. https://doi.org/10.18093/0869-0189-2007-0-4-62-68
Книжникова Е.В., Евсеева Г.П., Полубарцева В.В. и др. Импульсная осциллометрия в оценке функционального состояния бронхолегочной системы у детей с хроническими неспецифическими заболеваниями легких. Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2024;(94):29-39. https://doi.org/10.36604/1998-5029-2024-94-29-39
Леонтьева Н.М., Демко И.В., Собко Е.А. и др. Информативность импульсной осциллометрии в диагностике нарушений функции внешнего дыхания у пациентов с бронхиальной астмой среднетяжелого течения. Профилактическая медицина. 2020;23(4):80-87. https://doi.org/10.17116/profmed20202304180
Avila N, Nazeran H, Gordillo N, et al. Computer-aided classification of small airways dysfunction using impulse oscillometric features: a children-focused review. Biomedizinische Technik. Biomedical engineering. 2020;65(2): 121-131. https://doi.org/10.1515/bmt-2018-0219
Komarow HD, Skinner J, Young M, et al. A study of the use of impulse oscillometry in the evaluation of children with asthma: analysis of lung parameters, order effect, and utility compared with spirometry. Pediatric Pulmonology. 2012;47(1):18-26. https://doi.org/10.1002/ppul.21507
Каменева М.Ю., Черняк А.В., Айсанов З.Р. и др. Спирометрия: методическое руководство по проведению исследования и интерпретации результатов. Межрегиональная общественная организация «Российское респираторное общество», Общероссийская общественная организация «Российская ассоциация специалистов функциональной диагностики», Общероссийская общественная организация «Российское научно-медицинское общество терапевтов». Пульмонология. 2023;33(3): 307-340. https://doi.org/10.18093/08690189-2023-33-3-307-340
Савушкина О.И., Черняк А.В. Применение импульсной осциллометрии в клинической практике. Практическая пульмонология. 2015;1:38-42.

Закрыть метаданные

Введение

Импульсная осциллометрия (ИОМ) относится к неинвазивным методам оценки функции внешнего дыхания. Метод представляет современную модификацию метода форсированных осцилляций, в основе которого лежит анализ частотного поведения аппарата вентиляции в ответ на навязчивые внешние колебания воздуха, существенно превышающие обычную частоту дыхания. Метод ИОМ позволяет оценить состояние аппарата вентиляции и проходимости бронхов (центральных и периферических отделов) на основе изучения параметров осцилляторного сопротивления при диапазоне осцилляций на частотах от 5 до 35 Гц. Высокие частоты осцилляций достигают нерастяжимые центральные дыхательные пути (трахея, крупные бронхи), осцилляции с низкой частотой достигают растяжимые периферические пути и отражают общее сопротивление (т.е. включая периферические отделы). Показания к проведению ИОМ совпадают с показаниями к спирометрии: оценка функции внешнего дыхания, выраженности и определения уровня поражения, оценка бронхолитических и бронхопровокационных проб и динамический контроль эффективности лечения¹ [1—5]. Однако Global Strategy for Asthma Management and Prevention в качестве метода оценки функции внешнего дыхания рекомендована только спирометрия [6]. При этом многими исследователями отмечается трудность воспроизведения маневра форсированного дыхания пациентами при спирометрии. Преимуществом метода ИОМ является отсутствие маневра форсированного дыхания. Анализ литературы показал, что данные спирометрии, рекомендованной для оценки функции внешнего дыхания при обструктивных нарушениях, не всегда отражают истинную картину, и необходимо применение других методов исследования для объективной оценки состояния вентиляционной функции и механики дыхания [5—9].

Анализ работ, опубликованных в релевантной литературе, посвященных изучению корреляции между параметрами ИОМ и спирометрии, показал, что эти исследования по-прежнему актуальны, особенно в детской популяции [10—17].

Цель исследования — установить связь между параметрами импульсной осциллометрии и спирометрии у детей.

Материалы и методы

Всего в исследование включены 330 детей обоих полов (181 (54,8%) мальчик и 149 (45,2%) девочек, p=0,09) в возрасте 4—14 лет (средний возраст 9,64±2,41 и 9,52±2,53 года соответственно, p=0,66).

Критерии включения: наличие согласия на медицинское вмешательство и участие в исследовании, правильно выполненные дыхательные маневры при функциональном исследовании.

Критерии исключения: наличие противопоказаний к исследованию (преимущественно признаки острого респираторного заболевания, в том числе повышенная температура тела) и признаки некачественного выполнения маневра.

Жалобы респираторного характера (кашель и/или одышка в покое, при физической нагрузке и других провоцирующих факторах), расцененные как проявление основного соматического неинфекционного заболевания, не являлись критериями исключения.

Исследование функции внешнего дыхания проведено на спирометрической компьютерной системе MasterScreen IOS («Siemens Healthcare GmbH», Германия). Согласно руководству пользователя, всем детям выполнено измерение роста (см) и массы тела (кг) на поверенном медицинском оборудовании (ростомер РП, медицинские весы напольные). Определены параметры ИОМ: относительное значение (процент от должной величины) дыхательного объема (VT, %), общее дыхательное сопротивление при частоте осцилляций 5 Гц (дыхательный импеданс, Z5, %), резистивное сопротивление при частоте осцилляций 5 и 20 Гц (R5 и R20, %), реактивное сопротивление при частоте осцилляций 5 Гц (X5, %), резонансная частота (RF, Гц), частотная зависимость резистанса (Δ, %, расчет проведен по формуле Δ=[(R5—R20)/R20]×100%)^{1, 2}, 3. Выполнен анализ относительных значений (процент от должной величины — % долж. (Knudson)) форсированной жизненной емкости легких (ФЖЕЛ, FVC), объема форсированного выдоха за 1 с (ОФВ1, FEV1), отношения ОФВ1/ФЖЕЛ (FEV1/FVC, %), пиковой объемной скорости форсированного выдоха (ПОС, PEF, %), максимальной объемной скорости при выдохе 25% ФЖЕЛ (МОС 25), 50% ФЖЕЛ (МОС 50) и 75% ФЖЕЛ (МОС 75)¹[18].

В исследование включены дети, участвующие в углубленном медицинском осмотре, выполненном в рамках научно-исследовательской работы «Научное обоснование способов диагностики и профилактики у детей заболеваний, связанных с особенностями современного образовательного процесса и образа жизни».

Проведенное исследование предварительно одобрено локальным Этическим комитетом при ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Роспотребнадзора (выписка из протокола заседания №1 от 06.02.2020). Этические принципы Хельсинкской декларации (1975 г. с доп. 1983 г.) и Национального стандарта РФ ГОСТ-Р 52379-2005 «Надлежащая клиническая практика» (ICH E6 GCP) соблюдены. Письменное информированное добровольное согласие на медицинское вмешательство и участие в исследовании получено.

Статистический и математический анализ осуществлен в приложения Jamovi с применением классических методов описательной статистики. Проведен биномиальный тест (расчет доли мальчиков и девочек), расчет среднего значения и стандартного отклонения для значения возраста обследуемых детей. Выполнен анализ корреляционных связей по Спирмену с оценкой силы связи и статистической значимости.

Результаты

Основные результаты исследования, направленного на установление связей между параметрами спирометрии и ИОМ, представлены в табл. 1.

Таблица 1. Корреляционный матрикс относительных значений показателей спирометрии и импульсной осциллометрии, коэффициент корреляции Спирмена, p

Показатели	ФЖЕЛ FVC (% долж.)	ОФВ1 FEV1 (% долж.)	ПОС PEF (% долж.)	ОФВ1/ФЖЕЛ FEV1/FVC (%)	МОС 25 MEF 25 (% долж.)	МОС 50 MEF 50 (% долж.)	МОС 75 MEF 75 (% долж.)
Импеданс, Z5, % долж.	–0,106	–0,188	–0,258	–0,08	–0,159	–0,232	–0,261
Импеданс, Z5, % долж.	0,055	<0,001	<0,001	0,148	0,004	<0,001	<0,001
Резистивное сопротивление, R5, % долж.	–0,108	–0,179	–0,249	–0,067	–0,142	–0,214	–0,255
Резистивное сопротивление, R5, % долж.	0,05	0,001	<0,001	0,223	0,01	<0,001	<0,001
Резистивное сопротивление R20, % долж.	–0,147	–0,163	–0,178	–0,023	–0,078	–0,137	–0,198
Резистивное сопротивление R20, % долж.	0,008	0,003	0,001	0,677	0,157	0,013	<0,001
Реактивное сопротивление X5, %	–0,045	–0,188	–0,188	–0,154	–0,239	–0,28	–0,214
Реактивное сопротивление X5, %	0,414	<0,001	<0,001	0,005	<0,001	<0,001	<0,001
Частотная зависимость, у.е.	0,024	–0,04	–0,088	–0,057	–0,097	–0,118	–0,086
Частотная зависимость, у.е.	0,665	0,469	0,11	0,300	0,08	0,033	0,118
Дыхательный объем, ДО, % долж.	0,213	0,218	0,109	–0,077	0,016	0,073	0,094
Дыхательный объем, ДО, % долж.	<0,001	<0,001	0,049	0,165	0,77	0,183	0,088
Резонансная частота RF, л/с	–0,033	–0,148	–0,156	–0,18	–0,236	–0,262	–0,203
Резонансная частота RF, л/с	0,547	0,007	0,005	0,001	<0,001	<0,001	<0,001

Примечание. Здесь и в табл. 2: ФЖЕЛ, FVC — форсированная жизненная емкость легких; ОФВ1, FEV1— объем форсированного выдоха за 1 с; ПОС, PEF — пиковая объемная скорость форсированного выдоха; МОС 25, MEF 25 — максимальная объемная скорость при выдохе 25% ФЖЕЛ; МОС 50, MEF 50 — максимальная объемная скорость при выдохе 50% ФЖЕЛ; МОС 75, MEF 75 — максимальная объемная скорость при выдохе 75% ФЖЕЛ.

Таким образом, наибольшая связь относительного значения общего дыхательного импеданса (Z, %) установлена со значениями таких объемно-скоростных показателей, как ПОС, МОС 50 и МОС 75 (r=–0,261— –0,232; p<0,001), аналогичные связи установлены между значением резистивного сопротивления на частоте 5 Гц (R5) и значением ПОС, МОС 50 и МОС 75 (r=–0,255— –0,214; p<0,001). Между значением резистивного сопротивления на частоте 20 Гц (R20) и параметрами спирометрии установлены связи только очень слабой силы (r<0,20). Наибольшая сила связи значения реактивного сопротивления (X5) установлена со значениями МОС на всех уровнях выдоха ФЖЕЛ (r=–0,28 — –0,214; p<0,001). Значение резонансной частоты (Fr) также показало наиболее сильную связь со значениями анализируемых МОС (r=–0,262— –0,203; p<0,001). Наибольшая связь значения дыхательного объема установлена с параметрами ФЖЕЛ и ОФВ1 (r=0,213—0,218; p<0,001). Связи со значением коэффициента корреляции Спирмена >0,20 между частотной зависимостью импеданса и основными параметрами спирометрии (ФЖЕЛ, ОФВ1, ПОС, ОФВ1/ФЖЕЛ) не установлены.

Обсуждение

Основным результатом проведенного исследования являются установленные слабые (коэффициент корреляции <0,3) статистически значимые обратные связи между параметрами спирометрии (ОФВ1/ФЖЕЛ, ОФВ1, ПОС, МОС 25, МОС 50 и МОС 75) и параметрами ИОМ, отражающими сопротивление на уровне центральных и периферических дыхательных путей (дыхательный импеданс (Z), резистивное сопротивление на частоте 5 и 20 Гц — R5 и R20). Полученные результаты, а именно отсутствие прочных корреляций, не противоречат ранее опубликованным работам других исследователей. Выявленная недостаточно прочная сила установленных связей свидетельствует о том, что анализируемые методы оценки внешнего дыхания не взаимозаменяемы, а являются самостоятельными и могут применяться отдельно в зависимости от клинических показаний [2, 11, 13, 14, 17].

В качестве примера, свидетельствующего о самостоятельности каждого метода, приведены результаты исследования функции внешнего дыхания обоими методами у девочки М., 14 лет, предъявляющей жалобы на кашель, с наличием удлиненного выдоха и рассеянных сухих хрипов при аускультации (табл. 2, рис. 1, 2).

Таблица 2. Результаты спирометрии и импульсной осциллометрии у девочки 14 лет

Показатель	Абсолютное значение	Референсное (или должное) значение	Процент от должной величины (относительное значение)
Показатели спирометрии
ФЖЕЛ/ FVC, л	3,45	3,22	107
ОФВ1/ FVC1, л	2,78	2,73	102
ОФВ1/ФЖЕЛ, %	80,4	84,4	95,3
ПОС/PEF, л/с	6,54	6,17	106
МОС 25, л/с	3,88	5,39	72,0
МОС 50, л/с	2,59	3,82	67,7
МОС 75, л/с	1,56	1,97	79,1
Показатели импульсной осциллометрии
VT, л	0,66	0,52	127
Z, 5 Гц, кПа/л/с	7,58	3,25	233
R 5 Гц, кПа/л/с	7,35	3,14	234
R 20 Гц, кПа/л/с	5,90	3,04	194
X 5 Гц, кПа/л/с	–1,82	–0,82	226
Rf, л/с	18,6	<15	124

Рис. 1. График форсированной спирометрии.

Рис. 2. График сопротивлений при импульсной осциллометрии.

При проведении спирометрического исследования вентиляционных нарушений не выявлено, в то время как данные ИОМ свидетельствуют о повышении центрального и периферийного сопротивления (повышены значение общего дыхательного сопротивления, резистивное и реактивное сопротивление, а также резонансная частота). Согласно национальному руководству по функциональной диагностике и опубликованным научным статьям данные изменения могут быть обусловлены обструктивными нарушениями внешнего дыхания [1, 15, 17].

Приведенный пример указывает на то, что ИОМ может быть применена как самостоятельный метод для изучения механики дыхания и объективной оценки функции внешнего дыхания при нормальных значениях спирометрии у детей с симптомами обструктивных нарушений и наглядно объясняет отсутствие связей достаточной силы между параметрами спирометрии и ИОМ. Недостаточная сила связи в сопоставлении с результатами других исследователей также может быть обусловлена разной характеристикой исследуемой когорты (возраст и количество наблюдений) [2, 3, 11—18]. Следует отметить, что при анализе рекомендаций по интерпретации результатов согласно национальному руководству, научным публикациям и руководству пользователя отмечены разночтения в отношении нормативных значений параметров исследования, что может в некоторых случаях способствовать некорректной оценке механики дыхания¹, ², ³[19].

Заключение

В ходе исследования установлены слабые обратные корреляционные связи между параметрами импульсной осцилломтерии и спирометрии у детей. Полученные результаты свидетельствуют о том, что импульсная осциллометрия может быть применена как самостоятельный, так и дополнительный метод оценки функции внешнего дыхания в детской популяции с целью контроля течения заболевания и выбора лечебной тактики.

Вклад авторов: концепция и дизайн исследования — Штина И.Е.; сбор и обработка материала — Штина И.Е.; статистический анализ данных — Штина И.Е.; написание текста — Штина И.Е., Ивашова Ю.А.; научное редактирование — Штина И.Е.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Authors contribution: study design and concept — Shtina I.E.; data collection and processing — Shtina I.E.; statistical analysis — Shtina I.E.; text writing — Shtina I.E., Ivashova Yu.A.; scientific editing — Shtina I.E.

¹ Берестень Н.Ф. Функциональная диагностика: национальное руководство. Под ред. Н.Ф. Берестень, В.А. Сандрикова, С.И. Федоровой. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2019.

²Руководство пользователя. MasterScreen Pneumo. v. 6.0. R. Ссылка активна на 21.02.25. https://nevacert.ru/reestry/med-reestr/fsz-2008-03254-o43037

³ Руководство пользователя. Импульсная осциллометрия ИОС. J Vogel, U Smidt.