The possibilities of impulse oscillometry in the diagnosis of the lung function disorders after COVID-19

Full Text

Список сокращений

ДИ – доверительный интервал

ДП – дыхательные пути

ДСЛ – диффузионная способность легких

ЖЕЛ – жизненная емкость легких

ИОС – импульсная осциллометрия

КТмакс – доля максимального поражения легких

КТ ОГК – компьютерная томография органов грудной клетки

ЛФТ – легочные функциональные тесты

ОЕЛ – общая емкость легких

ООЛ – остаточный объем легких

ОФВ1 – объем форсированного выдоха за 1-ю секунду

ОШ – отношение шансов

ФЖЕЛ – форсированная жизненная емкость легких

АХ – площадь реактанса

DLСО – трансфер-фактор монооксида углерода, скорректированный на уровень гемоглобина

fres – резонансная частота

Rawобщ – общее бронхиальное аэродинамическое сопротивление

 

Данные, получаемые при исследовании бронхолегочной системы с использованием методов функциональной диагностики, служат важным дополнением к выявляемым клинико-анамнестическим, физикальным, лабораторным и рентгенологическим находкам. В совокупности они обеспечивают понимание механизмов развития и течения заболевания. Исследование механики дыхания и диффузионной способности легких (ДСЛ) позволяет оценить тяжесть функциональных нарушений системы дыхания, эффективность проводимого лечения, спрогнозировать течение заболевания у пациентов с бронхолегочной патологией.

Спирометрия является «золотым стандартом» исследования механики дыхания. Однако этот метод требует выполнения форсированных дыхательных маневров и хорошей кооперации пациента с персоналом, проводящим исследование.

Бодиплетизмография, позволяющая оценивать общую емкость легких (ОЕЛ) и бронхиальное аэродинамическое сопротивление (Raw), также требует хорошей кооперации пациента с медицинским персоналом.

В 1956 г. A. Dubois и соавт. для исследования механики дыхания предложили новый метод форсированных осцилляций, в современной модификации – это импульсная осциллометрия (ИОС) [1]. Принципиальным отличием осцилляторной механики дыхания от классической является изучение механических свойств аппарата вентиляции как функции частоты. Анализ отраженных сигналов дает возможность оценивать дыхательный импеданс (Zrs), который характеризует механические свойства респираторной системы в целом, а именно дыхательных путей (ДП), легочной паренхимы и грудной клетки. Дыхательный импеданс включает резистивный компонент (резистанс, Rrs), который характеризует изменения сопротивления ДП, обусловленные бронхоспазмом или воспалением, и реактивный компонент (реактанс, Xrs), характеризующий эластическое и инерционное сопротивления респираторной системы.

При проведении ИОС все измерения осуществляются при спокойном дыхании в течение 30–60 с и не требуют активного участия пациента [2]. Вместе с тем существует еще ряд преимуществ ИОС перед другими легочными функциональными тестами (ЛФТ), а именно: ИОС позволяет дифференцированно оценивать проходимость ДП в зависимости от их калибра. Возможность оценить состояние дистальных отделов ДП относится к преимуществам ИОС и позволяет эффективно применять этот метод при диагностике и лечении заболеваний легких, проявляющихся бронхиальной обструкцией, прежде всего при бронхиальной астме [3].

Кроме того, по мнению ряда авторов, реактанс на частоте осцилляций 5 Гц (X5) отражает эластические свойства респираторной системы: чем меньше комплаенс, тем более отрицательное значение принимает X5 [1, 4, 5]. Однако D. Kaminsky и соавт. считают [3], что более чувствительным параметром, отражающим эластические свойства респираторной системы, является площадь под кривой реактанса (АХ).

Несмотря на многие преимущества ИОС, остается ряд вопросов относительно интерпретации полученных результатов при различных вариантах вентиляционных нарушений.

Вместе с тем показано, что ИОС в отличие от спирометрии позволяет получить более детальную информацию относительно патофизиологических аспектов вентиляционных нарушений. Так, при одинаковом значении объема форсированного выдоха за 1-ю секунду (ОФВ1) у больных хронической обструктивной болезнью легких, бронхиальной астмой, идиопатическим легочным фиброзом, а также при обструкции верхних ДП показатели ИОС отличаются [6].

Нами также проведены собственные исследования возможностей ИОС в диагностике нарушений механики дыхания у пациентов с различной бронхолегочной патологией (саркоидоз легких, идиопатический легочный фиброз, бронхиальная астма, хроническая обструктивная болезнь легких) [7–10].

Цель исследования – изучение диагностической значимости ИОС в оценке функционального состояния системы дыхания после перенесенного COVID-19.

Материалы и методы

Выполнено ретроспективное обсервационное исследование, в которое включены пациенты с диагнозом «состояние после COVID-19» (U09.9), у которых по данным компьютерной томографии органов грудной клетки (КТ ОГК) регистрировались поствоспалительные изменения легочной ткани (участки консолидации, ретикулярные изменения). Проанализированы демографические показатели, данные КТ ОГК и результаты ЛФТ: спирометрии, бодиплетизмографии, диффузионного теста, ИОС.

Критерии включения: возраст 18 лет и старше; COVID-19, подтвержденный методом полимеразной цепной реакции; COVID-19-ассоциированное поражение легких; результаты КТ ОГК, полученные в острый период заболевания, с указанием доли максимального поражения легких (КТмакс).

Критерии невключения: наличие в анамнезе заболеваний бронхолегочной системы.

Критерий исключения: неудовлетворительное выполнение хотя бы одного ЛФТ.

В исследование включены 315 пациентов; 245 (78%) мужчин. Медиана возраста в общей группе составила 48 [42; 57] лет, длительность от начала COVID-19 до проведения ЛФТ – 50 [28; 113] дней.

Большинство пациентов являлись некурящими и имели избыточную массу тела (медиана индекса массы тела – 30 кг/м2).

Искусственная вентиляция легких проведена 9 пациентам.

Медиана КТмакс составила 50 [32; 75]%: у 44 (14,0%) пациентов КТмакс – менее 25% (КТ-1), у 90 (28,6%) – 25–49% (КТ-2), у 120 (38,1%) – 50–75% (КТ-3), у 61 (19,4%) – более 75% (КТ-4).

Проанализированы: форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ), ОФВ1, спокойная жизненная емкость легких (ЖЕЛ), отношение ОФВ1/ЖЕЛ, ОЕЛ, остаточный объем легких (ООЛ), отношение ООЛ/ОЕЛ, функциональная ОЕЛ (ФОЕпл), емкость вдоха (Евд), общее бронхиальное аэродинамическое сопротивление (Rawобщ), трансфер-фактор монооксида углерода (СО), скорректированный на уровень гемоглобина (DLСО), резистанс при частоте осцилляций 5 и 20 Гц (R5 и R20 соответственно), отклонение реактанса при частоте осцилляций 5 Гц от должного значения (ΔX5), абсолютная частотная зависимость резистанса R5-R20, резонансная частота (fres), АХ.

Пациенты разделены на 2 группы как в зависимости от величины DLСО: 1-я группа – DLco в пределах нормы, 2-я группа – DLСО снижен (<80% долж.), так и в зависимости от величины ОЕЛ: группа А – ОЕЛ в пределах нормы, группа Б – ОЕЛ снижена (<80% долж.).

ЛФТ проводились в течение одного визита на оборудовании MаstеrSсrееn Body/Diff (Viаsys Hеalthсаre или Vyaire Medical, Erich Jager, Германия). Все исследования выполнены с учетом требований отечественных и международных стандартов [11–15]. Анализируемые данные спирометрии, бодиплетизмографии, диффузионного теста представлены в процентах от должных значений (%долж.), которые вычислялись с использованием уравнений Европейского общества угля и стали (1993 г.). Cтепень выраженности отклонения от нормы параметра DLСО оценивалась согласно рекомендациям Американского торакального общества и Европейского респираторного общества [12].

При анализе параметров ИОС использованы уравнения должных значений, разработанные в 1994 г. [16].

Интерпретация параметров ИОС проведена с использованием следующих нормативных данных: R5<150%долж. [17], R5-R20<0,08 кПа×с/л [18], ΔX5<0,15 кПа×с/л [17], AX<0,33 кПа/л [1], fres<12 Гц [1].

Статистическая обработка данных производилась в программно-прикладном пакете SPSS 23. Количественные и ранговые признаки описывались с использованием медианы и межквартильного размаха (Me [Q1; Q3]). Для описания качественных признаков рассчитывались их доли в общей структуре с последующим выражением в процентах – абс. (%). Для сравнения групп применялся непараметрический критерий Манна–Уитни. Оценка различий между качественными признаками выполнялась с использованием критерия χ2. Выполнен одномерный логистический регрессионный анализ с оценкой отношений шансов (ОШ). Статистически значимыми считались результаты проверки статистических гипотез при p<0,050.

Результаты

Результаты исследования представлены в табл. 1–4.

 

Таблица 1. Показатели спирометрии, бодиплетизмографии и диффузионного теста Table 1. Parameters of spirometry, body plethysmography and diffusion test
Показатель	Общая группа (n=315; 100%)
ЖЕЛ, %долж.	102 [87, 0; 112]
ФЖЕЛ, %долж.	104 [89, 0; 115]
ОФВ1, %долж.	102 [90, 0; 113]
ОФВ1/ЖЕЛ, %	80,0 [76, 0; 84, 0]
ОФВ1/ЖЕЛ<0,7, абс. (%)	23 (7,3)
ОЕЛ, %долж.	97,0 [83, 0; 107]
ОЕЛ<80%долж., абс. (%)	63 (20,0)
ФОЕпл, %долж.	90,0 [74, 0; 104]
ООЛ, %долж.	92,0 [78, 0; 106]
ООЛ/ОЕЛ, %долж	91,0 [84, 0; 98, 0]
Евд, %долж.	107 [90, 0; 121]
Rawобщ, кПа×с/л	0,24 [0, 19; 0, 29]
DLCO,%долж	75,0 [62; 89, 0]
DLCO<80%долж., абс. (%)	191 (60,6)
Примечание. Здесь и далее в табл. 3: данные представлены как количество n (доля, %) или медиана [межквартильный размах]; %долж. – процент от должного значения.

 

Из табл. 1 следует, что медианы параметров легочной вентиляции и ДСЛ находились в пределах нормы.

Однако выявлено снижение отношения ОФВ1/ЖЕЛ (<0,7) у 23 (7,3%) пациентов, что позволило диагностировать нарушение вентиляции по обструктивному типу.

У 63 (20,0%) пациентов выявлено снижение ОЕЛ при ОФВ1/ЖЕЛ в пределах нормы, что дало основание установить нарушение вентиляции по рестриктивному типу.

Показатель DLСО снижен у 191 (61%) пациента, его медиана составила 75% долж.

В табл. 2 представлены результаты ИОС в общей группе и в зависимости от величины параметра DLCO: 1-я группа [124 (39%) пациента] – DLCO в пределах нормы, 2-я группа [191 (61%) пациент] – DLCO снижен.

 

Таблица 2. Показатели ИОС в общей группе и в группах в зависимости от величины DLCO Table 2. Parameters of impulse oscillometry in the general group and in groups depending on the value of DLCO
Показатель	Общая группа (n=315; 100%)	DLCO
		1-я группа Норма (n=124; 39%)	2-я группа Снижен (n=191; 61%)	р
R5, %долж.	100 [85, 2; 119]	100 [82, 8; 121]	100 [85, 7; 119]	0,5872
R5≥150%долж., абс. (%)	19 (6,0)	5 (4,0)	14 (7,3)	0,2301
R20, %долж.	100 [88, 5; 117]	100 [91, 5; 121]	100 [87, 0; 114]	0,2452
R5-R20, кПа×с/л	0,04 [0, 02; 0, 06]	0,03 [0, 01; 0, 05]	0,04 [0, 02; 0, 07]	0,0012
R5-R20≥0,08 кПа×с/л, абс. (%)	56 (17,8)	15 (14,2)	41 (20,7)	0,0341
ΔХ5, кПа×с/л	0,07 [0, 04; 0, 10]	0,06 [0, 04; 0, 09]	0,07 [0, 05; 0, 10]	0,1082
ΔХ5≥0,15 кПа×с/л, абс. (%)	15 (4,8)	4 (3,2)	11 (5,8)	0,4191
fres, Гц	11,2 [8, 79; 14, 2]	9,34 [8, 21; 13, 2]	12,1 [9, 31; 14, 9]	<0,0012
fres ≥12 Гц, абс. (%)	138 (43,8)	40 (32,3)	87 (45,5)	0,0011
AX, кПа/л	0,22 [0, 11; 0, 38]	0,13 [0, 09; 0, 29]	0,25 [0, 12; 0, 43]	<0,0012
АХ≥0,33 кПа/л, абс. (%)	94 (29,8)	25 (20,2)	69 (36,1)	0,0021
Примечание. Здесь и далее в табл. 3: р – уровень статистической значимости, 1критерий χ2, 2критерий Манна–Уитни.

 

Из табл. 2 следует, что медианы показателей ИОС оставались в пределах нормы. Однако обращает на себя внимание, что в общей группе параметры fres, АХ, R5-R20, R5 и ΔХ5 оказались увеличены у 43,8, 29,8, 17,8, 6,0, 4,8% пациентов соответственно. Между 1 и 2-й группами выявлены статистически значимые различия по показателям R5-R20, fres и АХ, а также частот их патологических отклонений (выше во 2-й группе).

 

Таблица 3. Показатели ИОС в общей группе и в группах в зависимости от величины ОЕЛ Table 3. Parameters of impulse oscillometry in the general group and in groups depending on the value of total lung capacity
Показатель	ОЕЛ		р
	группа А Норма (n=252; 80%)	группа Б Снижен (n=63; 20%)
R5, %долж.	100 [82, 8; 117]	107 [92, 9; 122]	0,0232
R5≥150%долж., абс. (%)	14 (5,6)	5 (7,9)	0,5521
R20, %долж.	100 [88, 5; 119]	104 [88, 5; 115]	0,9482
R5-R20, кПа×с/л	0,03 [0, 01; 0, 06]	0,06 [0, 04; 0, 09]	<0,0012
R5-R20≥0,08 кПа×с/л, абс. (%)	38 (15,1)	18 (28,6)	0,0121
ΔХ5, кПа×с/л	0,06 [0, 04; 0, 09]	0,10 [0, 07; 0, 12]	<0,0012
ΔХ5≥0,15 кПа×с/л, абс. (%)	9 (3,6)	6 (9,5)	0,0471
fres, Гц	10,4 [8, 31; 14, 0]	13,3 [11, 4; 15, 8]	<0,0012
fres≥12 Гц, абс. (%)	95 (37,7)	43 (68,3)	<0,0011
AX, кПа/л	0,16 [0, 09; 0, 32]	0,35 [0, 23; 0, 53]	<0,0012
АХ≥0,33 кПа/л, абс. (%)	62 (24,6)	32 (50,8)	<0,0011

 

В табл. 3 представлены результаты ИОС в зависимости от величины параметра ОЕЛ: группа А [252 (80%) пациентов] – ОЕЛ в пределах нормы, группа Б [63 (20%) пациентов] – ОЕЛ снижена.

Из табл. 3 следует, что между группами А и Б выявлены статистически значимые различия по показателям R5, R5-R20, ΔX5, fres и АХ, а также частот патологических отклонений fres и АХ (выше в группе Б).

С целью выявления предикторов снижения DLСО и ОЕЛ с помощью одномерного логистического регрессионного анализа изучены показатели ИОС (табл. 4). Значения параметра R5-R20≥0,08 кПа×с/л оказались статистически значимо ассоциированы с увеличением риска снижения DLCO в 1,99 раза (95% доверительный интервал – ДИ 1,046–3,77; p=0,034) и ОЕЛ – в 2,25 раза (95% ДИ 1,18–4,3; p=0,012). Значения параметра АХ≥0,33 кПа/л являлись статистически значимо ассоциированы с увеличением риска снижения DLCO в 2,24 раза (95% ДИ 1,32–3,8; p=0,002) и ОЕЛ – в 3,16 раза (95% ДИ 1,78–5,6; p<0,001).

 

Таблица 4. Результаты одномерного логистического регрессионного анализа Table 4. Results of one-dimensional logistic regression analysis
Параметр	ОШ [ДИнижн–95%; ДИверх–95%]		р1/р2
	снижение DLCO	снижение ОЕЛ
R5≥150%долж.	1,882 [0, 661; 5, 365]	1,466 [0, 507; 4, 233]	0,230/ 0,478
R5-R20≥0,08 кПа×с/л	1,986 [1, 046; 3, 770]	2,253 [1, 180; 4, 299]	0,034/ 0,012
ΔХ5≥0,15 кПа×с/л	1,833 [0, 570; 5, 892]	2,842 [1, 048; 8, 307]	0,419/ 0,047
АХ≥0,33 кПа/л	2,240 [1, 320; 3, 800]	3,163 [1, 787; 5, 600]	0,002/ <0,001
Примечание. р1 – уровень статистической значимости для оценки ОШ по снижению DLCO, р2 – уровень статистической значимости для оценки ОШ по снижению ОЕЛ.

 

Обсуждение

С начала пандемии COVID-19 уже накоплены знания о патогенезе заболевания и его последствиях, включая функциональные нарушения системы дыхания (самым частым из которых является нарушение ДСЛ), за которым следует нарушение вентиляции по рестриктивному типу [19–22]. Полученные ранее данные также подтверждаются результатами настоящего исследования: в среднем по группе оказались снижены DLСО – у 61%, ОЕЛ – у 20%, отношение ОФВ1/ЖЕЛ – у 7% пациентов. При наблюдении за пациентами в постковидном периоде F. Steinbeis и соавт. [23] установлено, что легочные объемы в течение года восстанавливаются, в то время как восстановление ДСЛ происходит более медленно. Вместе с тем отмечено, что у части пациентов после перенесенного COVID-19 сохраняются жалобы на усталость, утомляемость, одышку, на плохую переносимость физических нагрузок [24].

Для оценки механики дыхания в постковидном периоде чаще всего применяют спирометрию и бодиплетизмографию, и лишь в немногочисленных лабораториях использован метод ИОС [19, 25, 26], в том числе и в наших собственных исследованиях [21, 27].

Так, P. Tamminen и соавт. [25] выполнили ИОС 43 пациентам в острый период COVID-19 легкого течения, подтвержденного методом полимеразной цепной реакции (1-я группа), и 39 пациентам в острый период респираторной инфекции, отличной от COVID-19 (тест методом полимеразной цепной реакции на COVID-19 отрицательный; 2-я группа), и выявили статистически значимые различия по параметрам R5-R20 и АХ (выше в 1-й группе). Принимая во внимание, что параметры R5-R20 и АХ являются функциональными маркерами мелких (дистальных) ДП [28], авторы сделали заключение о наличии данной патологии у пациентов из 1-й группы с подтвержденным COVID-19.

В настоящем исследовании патологическое отклонение параметра R5-R20 выявлено в 17,8%, АХ – в 29,8% случаев, что также позволило судить о дисфункции мелких ДП. Необходимо отметить, что обструкция ДП по данным спирометрии выявлена лишь у 7% пациентов, что дает основание признать преимущество ИОС в обнаружении патологии ДП, прежде всего в дистальных отделах бронхиального дерева, что также подтверждается и при других заболеваниях легких [29].

Частота патологического отклонения параметра fres в общей группе составила 43,8%. Однако необходимо отметить, что увеличение fres всегда связано с изменением X5 и АХ, поэтому самостоятельного диагностического значения этот показатель не имеет.

Логистический регрессионный анализ с оценкой ОШ в зависимости от величин DLСО и ОЕЛ (в норме или снижен) показал, что при выявлении патологических отклонений параметров R5-R20 и АХ риск нарушения ДСЛ увеличивался в 2 раза, тогда как риск снижения ОЕЛ увеличивался в 2 и 3 раза соответственно.

Сопоставить полученные данные с данными других исследований не представилось возможным, поскольку в доступной нам литературе аналогичные работы не найдены.

Заключение

ИОС позволяет выявлять дисфункцию мелких ДП, а также риск нарушения вентиляции и ДСЛ после перенесенного COVID-19. С учетом преимуществ ИОС этот метод целесообразно включать в план обследования пациентов после перенесенного COVID-19.

 

 

Раскрытие интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Disclosure of interest. The authors declare that they have no competing interests.

Вклад авторов. Авторы декларируют соответствие своего авторства международным критериям ICMJE. Все авторы в равной степени участвовали в подготовке публикации: разработка концепции статьи, получение и анализ фактических данных, написание и редактирование текста статьи, проверка и утверждение текста статьи.

Authors’ contribution. The authors declare the compliance of their authorship according to the international ICMJE criteria. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

Источник финансирования. Авторы декларируют отсутствие внешнего финансирования для проведения исследования и публикации статьи.

Funding source. The authors declare that there is no external funding for the exploration and analysis work.

Информированное согласие на публикацию. Пациенты подписали форму добровольного информированного согласия на публикацию медицинской информации.

Consent for publication. Written consent was obtained from the patients for publication of relevant medical information and all of accompanying images within the manuscript.

Соответствие принципам этики. Протокол исследования одобрен Этическим комитетом ФГБУ «ГВКГ имени академика Н.Н. Бурденко» (протокол №04-22 от 20.04.2022). Одобрение и процедуру проведения протокола получали по принципам Хельсинкской конвенции.

Ethics approval. The study protocol was approved by the Ethics Committee of the Burdenko Main Military Clinical Hospital (Protocol No. 04-22, April 20, 2022). The approval and procedure for the protocol were obtained in accordance with the principles of the Helsinki Convention.

About the authors

Olga I. Savushkina

Burdenko Main Military Clinical Hospital; Federal Pulmonology Research Institute

Email: olga-savushkina@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7486-4990

кандидат биол. наук, зав. отделением исследований функции внешнего дыхания Центра функционально-диагностических исследований ФГБУ «ГВКГ имени академика Н.Н. Бурденко», старший научный сотрудник лаб. функциональных и ультразвуковых методов исследования ФГБУ «НИИ пульмонологии»

Russian Federation, Moscow; Moscow

Pavel A. Astanin

Pirogov Russian National Research Medical University; Izmerov Research Institute of Occupational Health

Email: olga-savushkina@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1854-8686

аспирант, ассистент кафедры медицинской кибернетики и информатики ФГАОУ ВО «РНИМУ имени Н.И. Пирогова», научный сотрудник лаб. комплексных проблем оценки риска для здоровья населения и работающих ФГБНУ «НИИ медицины труда имени академика Н.Ф. Измерова»

Russian Federation, Moscow; Moscow

Galina V. Nekludova

Federal Pulmonology Research Institute; Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: olga-savushkina@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9509-0867

доктор медицинских наук, вед. научный сотрудник лаб. функциональных и ультразвуковых методов исследования ФГБУ «НИИ пульмонологии», профессор кафедры пульмонологии Института клинической медицины имени Н.В. Склифосовского

Russian Federation, Moscow; Moscow

Sergey N. Avdeev

Federal Pulmonology Research Institute; Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: olga-savushkina@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5999-2150

академик РАН, доктор медицинских наук, профессор, рук. клин. отд. ФГБУ «НИИ пульмонологии», проректор по научной и инновационной работе, зав. кафедры пульмонологии Института клинической медицины имени Н.В. Склифосовского

Russian Federation, Moscow; Moscow

Andrey A. Zaytsev

Burdenko Main Military Clinical Hospital; BIOTECH University

Author for correspondence.
Email: olga-savushkina@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0934-7313

доктор медицинских наук, профессор, гл. пульмонолог ФГБУ «ГВКГ имени академика Н.Н. Бурденко», зав. кафедры пульмонологии (с курсом аллергологии) Медицинского института непрерывного образования

Russian Federation, Moscow; Moscow

References

Supplementary files