Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ БРОНХИАЛЬНОЙ ПРОХОДИМОСТИ В КЛИНИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ

Карзилов А.И. 1 Тетенев Ф.Ф. 1 Бодрова Т.Н. 1 Месько П.Е. 1 Калинина О.В. 1 Якис О.В. 1
1 ГБОУ ВПО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава России, Томск
Проведено исследование здоровых людей (n = 15), больных бронхиальной астмой (n = 30), ХОБЛ (n = 16), внебольничной пневмонией (n = 17), – всего 78 чел. (40 мужчин, 38 женщин, 15–64 лет). Регистрировали пневмотахограмму спокойного дыхания с прерыванием в течение 0,5 с воздушного потока на вдохе и выдохе. Были рассчитаны пошаговым методом регрессионные модели показателей ОФВ1/ФЖЕЛ %и ОФВ1 %, включающие предикторы: пол (П), возраст (В), рост (Р), параметры пневмотахограммы (Spi, Api, Ae): ОФВ1/ФЖЕЛ % = 5,604∙П – 0,438∙В + 0,462∙Р –355,249 ∙ Spi + 0,056 ∙ Api + 1,671 ∙ Ae (1); ОФВ1 % = 0,606 Р – 665,346∙Spi (2). Параметры моделей: р = 0,000 (1, 2), скорректированный R2 – 97,4 % (1) и 93,5 % (2). Рассчитывались чувствительность (Se), специфичность (Sp) и другие параметры. Точки разделения выбирались при минимальном значении dS = |Se – Sp| и соответствовали прогнозируемым 72 % ОФВ1/ФЖЕЛ % (Se – 80,6 %, Sp – 78,6 %) и 89 % ОФВ1 % (Se – 78,8 %, Sp – 73,3 %).
математическая модель
бронхиальная проходимость
пневмотахограмма
паттерны дыхания
форсированный выдох
бронхиальная астма
ХОБЛ
1. Бююль А., Цёфель П. SPSS: Искусство обработки информации. Анализ статистических данных и восстановление скрытых возможностей: пер. с нем. – СПб: ДиаСофтЮП, 2005. – 608 с.
2. Чувствительность и специфичность спирометрических показателей при скрининговом исследовании респираторной функции / Е.А. Вострикова, Л.О. Багрова, А.Г. Осипов и др. // Пульмонология. – 2004. – № 4. – С. 45–50.
3. Гриппи М.А. Патофизиология легких: пер. с англ. - М.: Бином, 1997. - 344 с.
4. Карзилов А.И. Влияние респираторной терапии на регуляцию дыхания у больных с бронхообструктивным синдромом и здоровых лиц / А.И. Карзилов, Ф.Ф. Тетенев,Т.Н. Бодрова // Пульмонология. – 2005. – № 3. – С. 77–82.
5. Карзилов А.И. Биомеханический гомеостазис аппарата внешнего дыхания и механизмы его обеспечения // Бюллетень сибирской медицины. – 2007. – № 1. – С. 13–38.
6. Карзилов А.И. Регуляторное обеспечение устойчивости биомеханики дыхания при обструктивных заболеваниях легких: автореф. дис. ... д-ра мед. наук. – Барнаул, 2009. – 39 с.
7. Клемент Р.Ф. Физиологические механизмы внешнего дыхания и их нарушения // Болезни органов дыхания: рук-во для врачей. В 4 томах / под ред. Н.Р. Палеева. – М.: Медицина, 1989. – Т. 1. – С. 49–70.
8. Клинические рекомендации. Пульмонология / под ред. А.Г. Чучалина. - М.: ГЭОТАР-Медия, 2007. – 240 с.
9. Патент РФ № 200118413/14, 10.07.2000.
10. Тетенев Ф.Ф. Обструктивная теория нарушения внешнего дыхания. Состояние. Перспективы развития // Бюллетень сибирской медицины. – 2005. – № 4. – С. 14–26.
11. Флетчер Р., Флетчер С., Вагнер Э. Клиническая эпидемиология. Основы доказательной медицины: пер. с англ. – М.: Медиа Сфера, 1998. – 352 с.
12. Global Strategy for Asthma Management and Prevention, Global Initiative for Asthma (GINA) 2011. – Available from: http://www.ginasthma.org.
13. Global Strategy for t he Diagnosis, Management and Prevention of COPD, Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease (GOLD) 2011. Available from: http://www.goldcopd.org.
14. Hage R., Aerts J.G.J.V., Verbraak A.F.M. et al. Detection of flow limitation during tidal breathing by the interrupter technique // Eur. Respir. J. – 1995. – № 8. – Р. 1910–1914.

Бронхиальная проходимость является ведущим фактором, определяющим вентиляционные возможности аппарата внешнего дыхания и жизнедеятельность человека в норме, при бронхообструктивных нарушениях [3, 7, 10, 12, 13] и относится к параметрам гомеостатической регуляции в аппарате внешнего дыхания [5].

Референтным методом диагностики НБП у больных бронхиальной астмой и хронической обструктивной болезнью легких, согласно международным рекомендациям Глобальной стратегии лечения и профилактики бронхиальной астмы (GINA, редакция 2011) [12], Глобальной стратегии диагностики, лечения и профилактики хронической обструктивной болезни легких (GOLD, редакция 2011) [13] и российским клиническим рекомендациям по пульмонологии, 2007 [8], являются параметры форсированного выдоха за первую секунду - ОФВ1, соотнесенного в процентах с должной величиной - ОФВ1 % и процентного отношения к форсированной жизненной емкости легких - ОФВ1/ФЖЕЛ %.

Результаты пробы с форсированным выдохом зависят не только от состояния механических свойств бронхолегочной системы, но и целого ряда внелегочных факторов: ригидность грудной клетки; регуляция тонуса и сокращения дыхательной мускулатуры; состояние дыхательного центра; утомление, желание и способность больного выполнить дыхательный маневр и др. [3, 7, 10].

В условиях скрининга респираторной функции показатели форсированного выдоха являются не референтным методом, а способом прогнозирования НБП с низким процентом верификации НБП - так, при найденном снижении ОФВ1 % у работающих людей на промышленном предприятии диагноз был верифицирован у 22,7 % мужчин и 8,9 % женщин, сниженной пиковой скорости выдоха - у 18 % мужчин и 7,4 % женщин [2].

Поэтому необходимо проводить поиск и изучение простых, необременительных способов прогнозирования НБП, которые в последующем могут стать объектом внедрения инновационных технологий. Таким методом может быть пневмотахограмма спонтанного дыхания с прерыванием воздушного потока. Показано, что у здоровых лиц и больных с бронхообструктивным синдромом наблюдаются различные значимые корреляционные связи между паттернами спокойного дыхания [4], на пневмотахограмме спокойного дыхания после фазы прерывания воздушного потока регистрируется «дельта-пик», выраженность которого коррелирует со степенью бронхиальной обструкции [14].

Цель исследования: изучить регрессионные модели, отражающие зависимость показателей бронхиальной проходимости ОФВ1 % и ОФВ1/ФЖЕЛ % от параметров паттернов спокойного дыхания вдоха и выдоха при прерывании воздушного потока, антропометрических данных и оценить их диагностические возможности в прогнозировании нарушения бронхиальной проходимости.

Материал и методы исследования

Исследование было проведено на смешанной группе лиц, включающей здоровых некурящих людей (n = 15), больных бронхиальной астмой (БА) (n = 30), хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) (n = 16) и внебольничной пневмонией (ВП) (n = 17), - всего 78 человек, из них мужчин - 40, женщин - 38, возраст 15-64 года.

В группе были представлены возможные варианты вентиляции легких: норма (здоровые лица), рестриктивная патология (больные ВП), бронхообструктивная патология - динамическая бронхообструкция (больные БА), постоянная бронхообструкция (больные ХОБЛ), смешанная (больные с внебольничной пневмонией, имеющие НБП). Такой подход был обу­словлен стремлением оценить валидность изучаемого метода прогнозирования НБП, когда в выборке при известных возможных типах вентиляции легких (норма, динамическая и постоянная бронхообструкция, рестриктивные и смешанные нарушения) является неизвестным состояние вентиляции легких у обследуемых лиц.

Референтное исследование бронхиальной проходимости проводилось при помощи пневмотахографа (Медфизприбор, Казань). Определялись ФЖЕЛ, л, ОФВ1, л. Рассчитывали отношение ОФВ1/ФЖЕЛ % в процентах; процентное отношение ОФВ1 к должной величине - ОФВ1 %, рассчитанной по формулам Клемента Р.Ф. и соавт. [7].

Паттерны дыхания регистрировали на оригинальной установке (рис. 1), состоящей из дифференциального датчика давления ПМД-1000 для получения пневмотахограммы; пневмотахографической трубки Вотчала со специально подобранным коэффициентом сопротивления; автоматического прерывателя воздушного потока; малоинерционного, прямопишущего регистратора. Обследуемый субъект подсоединялся к пневмотахографической трубке посредством резинового загубника, прекращение носового дыхания проводилось при помощи носового зажима.

19 

Рис. 1. Схема оригинальной установки проведенного исследования: A - автоматический прерыватель воздушного потока; B - пневмотахографическая трубка Вотчала; C - блок манометров; D - многоканальный регистратор; Pa - ротовое давление, Ṽ - пневмотахограмма

В условиях относительного покоя исследуемого проводили запись при скорости движения ленты самописца 100 мм∙с-1 кривой пневмотахограммы спонтанного дыхания при однократном прерывании воздушного потока на 0,5 с в фазу вдоха и выдоха в 3-4 дыхательных циклах. Исследование продолжалось 2-3 мин и не вызывало каких-либо неприятных ощущений у обследуемых лиц.

Из зарегистрированных циклов выбирали средний и рассчитывали параметры пневмотахограммы в периоды вдоха и выдоха (рис. 2): продолжительность основных пиков в фазу вдоха (Lin) до прерывания воздушного потока Li, после прерывания Lmi, с; аналогично в фазу выдоха (Lex) - Le и Lme, с; дополнительного пика в фазу вдоха Lpi и выдоха Lpe, с; амплитуда этих пиков в фазу вдоха: Hi, Hmi, Hpi и выдоха: He; Hme; Hpe, л∙с-1; площадь пиков на вдохе: Si = 0,5∙Hi∙Li, Spi = 0,5∙Hpi∙Lpi и выдохе: Se = 0,5∙He∙Le, Spe = 0,5∙Hpe∙Lpe, л; скорость отклонения кривой пневмотахограммы от изолинии на вдохе - Ai и выдохе - Ae, скорость приближения к изолинии на вдохе Api, Ami и выдохе Ape, Ame, л∙с-2. При регрессионном анализе также учитывались рост Р, см; вес W, кг; возраст B, годы; пол П, 1 - мужской, 2 - женский.

Математические модели прогнозируемых показателей строились при помощи множественного линейного регрессионного анализа с использованием программного пакета SPSS (Release 14, SPSS Inc., США). Проверку на нормальность распределения значений признака проводили по критерию Колмогорова-Смирнова.

20 

Рис. 2. Анализируемые параметры пневмотахограммы спокойного дыхания во время прерывания воздушного потока в фазу вдоха (Lin) и выдоха (Lex). Объяснение в тексте

Операционные характеристики теста - чувствительность (Se), специфичность (Sp), прогностичность положительного (Pp) и отрицательного результата (Pn) [11] рассчитывали по точкам разделения теста, поиск которых проводили по методике расчета минимальных абсолютных значений dS = |Se - Sp|, предложенной [6].

Результаты исследования и их обсуждение

Построение регрессионных моделей зависимых переменных ОФВ1/ФЖЕЛ % и ОФВ1 % проводилось пошаговым методом [1]. Распределение фактических значений ОФВ1/ФЖЕЛ % и ОФВ1 % соответствовало нормальному закону. В качестве предикторов использовали параметры антропометрии - Р, W, B, П и пневмотахограммы - Hpi, Lpi, Hmi, Hi, Lmi, Li, Si, Smi, Spi, Api, Ai, Ami, Hpe, Lpe, Hme, He, Lme, Le, Se, Sme, Spe, Ape, Ae, Ame. Были получены следующие уравнения регрессии:

ОФВ1/ФЖЕЛ % = 5,604∙П - ‒ 0,438∙В + 0,462∙P - 355,249∙Spi + + 0,056∙Api + 1,671∙Ae; (1)

ОФВ1 % = 0,606∙P - 665,346∙Spi. (2)

При дисперсионном анализе моделей наблюдался высокий уровень статистической значимости (p = 0,000). Процент отражения моделью изменчивости прогнозируемых переменных (скорректированный R-квадрат) составил 97,4 % (1) и 93,5 % (2). Гистограммы остатков соответствовали нормальному закону распределения. Распределение прогнозируемых значений ОФВ1/ФЖЕЛ %, ОФВ1 % соответствовало нормальному закону.

Операционные характеристики теста чувствительность (Se), специфичность (Sp), прогностичность положительного (Pp) и отрицательного результата (Pn), рассчитанные по методике [6], соответствовали прогнозируемым 72 % ОФВ1/ФЖЕЛ % (Se - 80,6 %, Sp - 78,6 %, Pp - 76,3 %, Pn - 82,5 %) и 89 % ОФВ1 % (Se - 78,8 %, Sp - 73,3 %, Pp - 68,4 %, Pn - 82,5 %). Полученные данные свидетельствуют о достаточно хороших диагностических возможностях моделей прогнозирования нарушения бронхиальной проходимости по математическим моделям ОФВ1/ФЖЕЛ % и ОФВ1 %.

На данный способ определения нарушения бронхиальной проходимости был получен патент Российской Федерации на изобретение [9].

Преимущества предлагаемого метода: одновременное прогнозирование показателей ОФВ1/ФЖЕЛ % и ОФВ1 %; не требуется сотрудничество с обследуемым при минимальной функциональной нагрузке на него; непродолжительность исследования; может применяться в клинических условиях у больных, страдающих пневмонией, бронхиальной астмой, ХОБЛ, которые не могут выполнить спирометрические диагностические пробы, а также у тяжелобольных, находящихся в клиностатическом положении; возможность продолжительного мониторирования состояния бронхиальной проходимости у больных в отделениях интенсивной терапии. Данная технология в качестве инновационной может быть использована в специализированных респираторах, предназначенных для лиц, находящихся в экстремальных и чрезвычайных ситуациях, связанных с присутствием бронхоконстрикорных веществ в окружающей среде.

Поскольку проведенное исследование не является популяционным (высокий преваленс нарушения бронхиальной проходимости, недостаточное число обследуемых), необходимо в условиях скрининга респираторной функции изучить диагностическую ценность прогнозирования показателей ОФВ1/ФЖЕЛ %, ОФВ1 % по параметрам пневмотахограммы и антропометрии.

Выводы

1. Регрессионные модели ОФВ1/ФЖЕЛ % (R2 - 97,4 %) и ОФВ1 % - (R2 - 93,5 %), построенные по параметрам роста, возраста, пола и показателям пневмотахограммы вдоха и выдоха при прерывании воздушного потока, при высоких уровнях статистической значимости (p = 0,000), полноценно отражают изменчивость прогнозируемых переменных.

2. Операционные характеристики свидетельствуют о достаточно хороших диагностических возможностях полученных моделей в прогнозировании нарушения бронхиальной проходимости по параметрам ОФВ1/ФЖЕЛ % и ОФВ1 %.

3. Простота, необременительность, независимость результатов от сотрудничества с обследуемым субъектом позволяют использовать данный инновационный метод диагностики нарушения бронхиальной проходимости в клинической практике у больных, которые не могут выполнить спирометрические пробы, при оценке бронхиальной проходимости в условиях скрининга и мониторирования бронхиальной проходимости.

Рецензенты:

Черногорюк Г.Э., д.м.н., профессор, зав. кафедрой госпитальной терапии с курсом физической реабилитации и спортивной медицины ГБОУ ВПО «Сибирский государственный медицинский университет», г. Томск;

Букреева Е.Б., д.м.н., профессор кафедры внутренних болезней педиатрического факультета ГБОУ ВПО «Сибирский государственный медицинский университет», г. Томск.

Работа поступила в редакцию 14.12.2012.


Библиографическая ссылка

Карзилов А.И., Тетенев Ф.Ф., Бодрова Т.Н., Месько П.Е., Калинина О.В., Якис О.В. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ БРОНХИАЛЬНОЙ ПРОХОДИМОСТИ В КЛИНИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 12-2. – С. 280-283;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=30855 (дата обращения: 14.08.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074