Dwiczenie laboratoryjne nr 10: SPIROMETRIA Cel dwiczenia: Poznanie zasady działania przetworników spirometrycznych. A. ZAGADNIENIA DO PRZYGOTOWANIA 1. Zasady fizyczne działania przetworników umożliwiających pomiar parametrów spirometrycznych. 2. Rodzaje badao spirometrycznych. B. LITERATURA 1. Wykład do przedmiotu EAM. 2. Instrukcja obsługi do aparatu spirobank. 3. Milic-Emili J., Respiratory mechanics: European Respiratory Society Journals, Sheffield 1999, 4, 12. C. WPROWADZENIE TEORETYCZNE 1. Rodzaje spirometrów Spirometry można podzielid na: Spirometry objętościowe (starszego typu): Dzwonowy, Mieszkowy, Spirometry przepływowe: Zwężkowy, Turbinkowy, Termiczny (oporowy), Ultradźwiękowy.
1.1 Spirometry objętościowe Budowa i zasada działania spirometru typu dzwon Spirometr dzwonowy porusza się pod wpływem zmian objętości gazu wchodzącego (lub wychodzącego) do jego wnętrza (rys. 1). Dzwon zanurzony jest w wodzie, która stanowi jego uszczelnienie. Rys.1 Spirometr typu dzwonowego Budowa i zasada działania przetwornika mieszkowego Mieszek jest typowym przetwornikiem objętościowym. Powietrze wdychane do mieszka powoduje ruch jego górnej ścianki, co powoduje wychylenie i ruch pisaka, który rysuje krzywą spirometryczną (rys.2). Rys.2 Spirometr typu mieszkowego 1.2 Spirometry przepływowe Budowa i zasada działania spirometru zwężkowego Spirometryczny przetwornik przepływowy, zwany zwężką, zamienia prędkośd przepływu gazu na różnicę ciśnieo zgodnie z prawem Bernoulliego, na skutek oporu przepływowego, jaki stawia przewężenie istniejące w kanale przetwornika. Różnica ta zależy od prędkości przepływającego powietrza, a także od powierzchni przekroju przewężenia.
Budowa i zasada działania przetwornika turbinkowego Turbinka (wiatraczek) umieszczony w strumieniu powietrza obraca się z prędkością zależną od prędkości przepływającego gazu. Turbinka wprawiona w ruch przecina strumieo światła emitowany na drodze fotonadajnik (fotodioda) odbiornik (fototranzystor). Wygenerowana w ten sposób liczba impulsów pozawala na określenie prędkości przepływającego gazu (rys.3). Rys.3 Spirometr turbinkowy Budowa i zasada działania przetwornika termicznego (oporowego) W spirometrze termicznym znajdują się dwa czujniki. Jeden z nich wykorzystywany jest jako czujnik odniesienia - mierzący aktualną temperaturę powietrza. Drugi czujnik stanowi element podgrzewany, który poprzez zmianę płynącego przez niego prądu, utrzymywany jest w temperaturze zapewniającej stałą różnicę temperatur pomiędzy nim a czujnikiem mierzącym aktualną temperaturę powietrza. Tak więc pomiar termiczny polega na monitorowaniu schładzania podgrzewanego czujnika przez opływające go powietrze wdychane bądź wydychane. Im większy jest przepływ powierza tym intensywniejszy jest proces chłodzenia, a co za tym idzie zużywana jest większa ilośd prądu w celu utrzymania stałej różnicy temperatur. Budowa i zasada działania spirometru ultradźwiękowego Spirometr ultradźwiękowy używa do pomiaru różnicę czasów przejścia fal ultradźwiękowych w oparciu o efekt Dopplera. Fale ultradźwiękowe emitowane są naprzemiennie pomiędzy dwoma czujnikami pomiarowymi. W przypadku braku przepływu gazu przez spirometr czasy przejścia fal ultradźwiękowych są jednakowe w obu kierunkach. Gdy fala ultradźwiękowa rozchodzi się przeciwnie do kierunku płynącego gazu, potrzebuje więcej czasu do pokonania swej drogi niż gdy rozchodzi się w kierunku zgodnym z ruchem gazu. Mierzona różnica czasów przejścia ultradźwięków jest proporcjonalna do prędkości gazu. Rys.3 Spirometr ultradźwiękowy
2. Badania spirometryczne Wśród badao spirometrycznych można wymienid: Badanie spirometrycze (klasyczne, statyczne), Badanie przepływ objętośd, Badanie maksymalnej wentylacji dowolnej (MVV). 2.1 Badanie spirometrycze (klasyczne, statyczne) Jest to badanie czynnościowe płuc, które pozwala wyznaczyd statyczne objętości płuc takie jak: pojemnośd życiowa (VC), pojemnośd wdechowa (IC), wydechowa objętośd rezerwowa (ERV), objętośd oddechowa (TV). Ponadto możliwe jest wyznaczenie: objętości minutowej wentylacji (MV), częstotliwości oddechów (BF) oraz wdechowej objętości rezerwowej (IRV=IC-TV). Wykonanie badania (rys.4): Rys.4 Spirometria klasyczna. Początkowo, pacjent powinien wykonad osiem spokojnych, naturalnych oddechów, a następnie głęboki wdech i głęboki wydech. Dopuszcza się dwie metody wykonania spirometrii. Pierwsza z nich (zalecana przez European Respiratory Society) polega na tym, że pacjent wykonuje najpierw głęboki wydech a następnie głęboki wdech. W drugiej metodzie wykonywany jest najpierw głęboki wdech a następnie głęboki wydech. Po wykonaniu właściwej fazy spirometrii, pacjent powinien wykonad jeszcze 1 lub 2 oddechy. 2.2 Badanie Przepływ-Objętośd Badanie Przepływ-Objętośd jest dynamicznym badaniem czynnościowym płuc wykorzystującym manewr natężonego wydechu po uprzednim natężonym wdechu. Badanie to umożliwia wyznaczenie szeregu parametrów (opisujących przede wszystkim krzywą wydechową) n.p.: MEF 75 [l/s] Maximal Expiratory Flow at 75% FVC. Maksymalny przepływ wydechowy
w momencie, gdy do kooca forsownego wydechu pozostało jeszcze 75% FVC. PEF [l/s] Peak Expiratory Flow. Szczytowy przepływ wydechowy. Największy przepływ jaki można osiągnąd podczas forsownego wydechu po uprzednim maksymalnym wdechu. 50 [l/s] Maximal Expiratory Flow at 50% FVC IN. Maksymalny przepływ wdechowy w momencie odpowiadającym 50% FVC IN. TC 25/50 [s] Time Constant. Stała czasowa. Jest to pojęcie czasu w jakim trwa określona porcja forsownego wydechu. MTT [s] Mean Transit Time. Średni czas tranzytu. Średni czas w jakim molekuły gazu wydostad się z płuc podczas forsownego wydechu. mogą itd. Badanie przepływ objętośd pozwala na ocenę stopnia obturacji poprzez zaobserwowanie już w trakcie badania ograniczenia przepływu wydechowego dla dowolnej objętości płuc. Wykonanie badania (rys.5): Rys.5 Badanie przepływ-objętośd Początkowo, pacjent powinien wykonad kilka spokojnych oddechów. Następnie powinien wykonad głęboki spokojny wydech (jak przy nurkowaniu na basenie), a po nim forsowny, głęboki wdech i forsowny, głęboki wydech. Na koniec pacjent powinien wykonad jeszcze jeden spokojny oddech.
2.3 Badanie maksymalnej wentylacji dowolnej (MVV) Badanie MVV pozwala na wyznaczenie maksymalnej wentylacji dowolnej (MVV - Maximal Voluntary Ventilation). Jest to największa objętośd powietrza, jaką badany wdycha i wydycha w okresie 12 lub 15 sekund przeliczana na litr/min. Wynik badania bardzo zależy od współpracy chorego, sprawności mięśni oddechowych i oporu dróg oddechowych. W badaniu można wyznaczyd takie parametry jak: BF [1/min] Breathing Frequency. Częstotliwośd oddechów. Liczba oddechów w czasie 1 minuty. MVV [l/min] Maximum Voluntary Ventilation. Maksymalna wentylacja minutowa. Ilośd gazu wentylowanego przez płuca w czasie 1 minuty obliczana z fazy dynamicznej. TV [l] Tidal Volume. Objętośd oddechowa. Objętośd powietrza wciąganego do płuc i wydmuchiwanego podczas wydechu w czasie spokojnego, spoczynkowego, jednostajnego oddychania. MV [l/min] Minute Ventilation. Objętośd minutowa wentylacji. Ilośd gazu wentylowanego przez płuca w czasie 1 minuty obliczana z fazy statycznej. BR [%] Breath Reserve. Rezerwa oddechowa. Rys.6 Badanie MVV Wykonanie badania (rys.6): Na ekranie będą narysowane 2 pionowe kreski. Początkowo, do pierwszej z nich badany powinien oddychad spokojnie, powoli, bez wysiłku (naturalnie). Pomiędzy dwoma pionowymi kreskami należy wykonywad oddechy możliwie jak najszybciej i jak najgłębiej.
D. INSTRUKCJA DO DWICZENIA LABORATORYJNEGO 1. Elementy stanowiska pomiarowego Spirometr Pneumo RS Spirometr spirobank MIR Instrukcja do spirometru spirobank MIR komputer stacjonarny 2. Przebieg eksperymentu pomiarowego Zadanie 1 Wykonanie badania spirometrem Pneumo RS (badanie może zostad wykonane przez jedną osobę): Włóż baterie do spirometru Pneumo RS, sprawdź czy spirometr jest podłączony do komputera za pomocą RS232, Włącz komputer i uruchom program Pneumo RS, Na wężyk spirometru nałóż jednorazowy pneumotachograf oraz ustnik (znajdują się na stanowisku pomiarowym), Wybierz Program Pneumo RS -> Pacjent -> Nowy Pacjent -> wpisz dane (uwaga: podanie prawdziwych danych ( w przypadku daty urodzenia i peselu - wpisz tylko prawdziwy rok, resztę wpisz losowo) pozwoli oszacowad parametry, które są inne w zależności od wzrostu, wagi, wieku i płci osoby badanej) -> OK Ustawid WARUNKI OTOCZENIA -> Włączyd i wykonad kolejno 3 badania spirometryczne: Spirometria Przepływ-objętośd MVV Oglądnij spirometr Spirobank MIR
E. WZORZEC SPRAWOZDANIA Dwiczenie laboratoryjne nr 10: SPIROMETRIA Grupa (1-7): Grupa (A-D): Skład osobowy grupy (Imię i Nazwisko): Data wykonania ćwiczenia: Data oddania sprawozdania: Dane uzyskane dla doświadczenia ze spirometrem Pneumo RS (zapisz jednostki!): Spirometria klasyczna Parametr Wartośd zmierzona Procent wartości należnej VC IC ERV TV MV BF Przepływ - objętośd Parametr Wartośd zmierzona Procent wartości należnej FEV 0.5 MEV 50 FEV1%FVC MVV Parametr Wartośd zmierzona Procent wartości należnej BF MVV TV MV(ST) BR
Jaka była objętośd płuc badanego?... Jaka była rezerwa oddechowa badanego?... Jakiego typu był każdy z używanych spirometrów? Wytłumacz ich zasadę działania?