WAW a opór inhalatora

Wskaźnik przyspieszenia wdechu w warunkach umiarkowanego i znacznego oporu wdechowego.

Wiadomo, że dynamikę wypełnienia dróg oddechowych można przedstawić w formie graficznej. W praktyce problem wypełniania się układu oddechowego powietrzem jest zdecydowanie marginalizowany a niemal cała uwaga lekarzy i pacjentów skupia się na sposobie, w jaki układ oddechowy się opróżnia. Badanie takie nosi nazwę spirometrii a jedną z jej odmian jest badanie zależności przepływ objętość, czyli badanie FV.

ryc. 1. Schematyczna ilustracja zapisu badania FV

 

Na ryc. 1 można dostrzec wspomnianą wyżej dysproporcję między skrupulatnym i wieloparametrowym opisem fazy wydechowej (dolna część wykresu) a skąpo opisaną fazą wdechową. Wynika to głównie z faktu, że faza wydechowa daje szeroki wgląd w patologię, na przykład chorób obturacyjnych, i praktycznie niemal wyłącznie na niej oparta jest wstępna ich diagnostyka.

Dlaczego jedne opory widać w badaniach spirometrycznych a inne nie a widoczne?

Czy w życiu codziennym znane są przykłady oddychania przez opór?  Jak w takiej sytuacji wygląda obwiednia spirogramu opisującego zależność przepływ-objętość?

Po pierwsze warto podkreślić, że prawidłowo skonstruowany spirometr cechuje możliwie niski opór głowicy pneumotachograficznej po to, by inne opory w drogach oddechowych można było interpretować z jego pominięciem. Po drugie, co do zasady, spirometr służy do oceny zaburzeń wentylacji w fazie wydechowej, zatem faza wdechu jest zupełnie swobodna. Po trzecie, przy poprawnie wykonanym badaniu spirometrycznym, wszystkie patologiczne opory opory dróg  oddechowych lokalizują się zawsze za głowicą pomiarową spirometru przy wdechu, natomiast przy wydechu lokalizują się zawsze przed głowicą pomiarową spirometru.

ryc. 2. Przebieg obwiedni przy oporze w drogach oddechowych – miejsce powstawania oporu w stosunku do głowicy pneumotachograficznej.

 

W przypadku oporów ze strony dolnych dróg oddechowych kształt obwiedni wydechu jest charakterystyczny dla obturacji. Rycina 3 ilustruje sytuację, w której opór zlokalizowany jest w obrębie górnych dróg oddechowych. Niestety, badanie takie można interpretować jedynie jakościowo (jest zwężenie) ale już nie ilościowo (jaki konkretnie jest to opór lub jaka konkretnie jest średnica przewężenia).

ryc. 3. Spłaszczenie i poziomy przebieg obwiedni przy oporze wydechowym.

Cechą tego typu patologii jest charakterystyczne odcinkowe spłaszczenie krzywej spirometrycznej. Na ryc. 3 zielona linia oznaczona jako A obrazuje kształt obwiedni cyklu oddechowego. Powyżej linii poziomej układu współrzędnych widać obwiednię wdechu, poniżej natomiast uwidoczniony jest kształt fazy wydechowej. W sytuacji B z ryc 3 można dostrzec zmianę kształtu obwiedni: w fazie wdechowej dynamika jest mniejsza, co widać z niżej położonego względem zielonej obwiedni wzorcowej i bardziej spłaszczonego kształtu linii czerwonej. W fazie wydechowej strzałka wskazuje na płaski, poziomy przebieg linii czerwonej. Obraz taki spotykany jest na przykład w przypadku zwężenia tchawicy czy patologii krtani skutkującej zwężeniem GDO. Podobny obraz widać w sytuacji C z ryc. 3. Po szybkim i stromym początku wydechu następuje wskazana strzałką faza plateau o wyraźnie płaskim i poziomym przebiegu (na przykład opory w obrębie części krtaniowej gardła i samym gardle).

Dozowniki DPI i WAW : świat między skrajnościami.

Przyjmijmy, że pozostajemy w kręgu chorób obturacyjnych, wymagających leczenia inhalacyjnego i zastanówmy się:

• choroby obturacyjne nie wiążą się ze zwężeniem górnych dróg oddechowych
• choroby obturacyjne cechuje zwiększenie oporów wydechowych zdecydowanie bardziej, niż wdechowych
• diagnostyka skupia się bardziej na oporach wydechowych niż na wdechowych
• odczytując spirogram analizujemy bardziej szczegółowo wydechową część obwiedni
• stopień ciężkości choroby określamy na podstawie wydechowej części obwiedni
• nie ma podstaw medycznych, by diagnozować zaburzenia typowe dla zwężenia GDO przy planowaniu terapii chorób obturacyjnych
• nie ma sposobu, by podczas rutynowego badania spirometrycznego symulować opory typowe dla zwężenia GDO

Mamy zatem do czynienia z sytuacją, w której osobę chorą trzeba poddać terapii inhalacyjnej. Inhalacyjnej, czyli wykonywanej w czasie wdechu. Gdy rzecz tyczy nebulizacji problem praktycznie nie istnieje, jednakże w obecnej dobie zauważyć można znaczący udział inhalatorów suchego proszku (DPI) w ofercie terapeutycznej. Czy użycie urządzenia, do działania którego konieczne jest wykorzystanie wdechu pacjenta jako czynnika nieodzownego dla  wytworzenia i pobrania aerozolu, może znacząco zmienić reguły gry ?

ryc. 4. Modyfikacja niskooporowej głowicy pneumotachograficznej do pomiaru oporu wdechowego

Wiadomo już, że opory zlokalizowane w obrębie GDO zmieniają obwiednię, ponadto wiadomo również, ze obrazu zmian jakościowych nie da się przełożyć na ocenę ilościową. Może jednak dałoby się postawić problem odwrotnie? Co stanie się, jeśli w obrębie górnych dróg oddechowych zastosujemy konkretny opór? Czy znając wartość stałego oporu można zbadać jego wpływ na zachowanie się obwiedni spirometrycznej osób zdrowych? Czy osoby z obturacją (czytaj: niewydolnym układem oddechowym) będą w stanie pokonać ten konkretny opór?

 ryc. 5. Zestaw zwężek symulujących opory z zakresu spotykanego w przypadku powszechnie dostępnych DPI

Na ryc. 5 podano średnice zwężek wykorzystanych do eksperymentu, którego celem było prześledzenie skali zaburzeń obwiedni wdechowej przy obciążeniu wdechu oporem symulującym urządzenie DPI. Na tym etapie dołożono starań, by średnice zwężek nie odpowiadały żadnemu istniejącemu na rynku urządzeniu DPI. Cel tego zabiegu był prosty: nie chodziło o to, by wskazać urządzenia „lepsze” czy „gorsze” lecz o zwrócenie uwagi, że każde urządzenie DPI daje w efekcie „chwilowe ciężkie zwężenie górnych dróg oddechowych”.

ryc. 6. Układ pomiarowy do symulowania oporów stawianych przez urządzenia DPI.

Po zastosowaniu metody zobrazowanej na ryc 6 można było dokonać próby prześledzenia obrazu „świata dozowników DPI zawieszonych między skrajnościami”. Jedną skrajnością byłaby zatem sytuacja, w której dozownik DPI nie ma żadnego oporu wewnętrznego, drugą natomiast byłby dozownik DPI „prawie całkowicie niedrożny”. Obraz układu oddechowego jako „maszyny do wentylacji płuc” widziany z tej perspektywy  będzie  różnić się od przyjętych założeń wstępnych w zależności od konkretnego oporu zbliżając się albo ku jednej, albo ku drugiej skrajności.

ryc.7. Zestawienie 2 kolejnych spirogramów wykonanych u tego samego pacjenta.

 

Rycina 7 ukazuje konsekwencje włączenia konkretnego oporu w przebieg dróg oddechowych w trakcie wdechu. Jak widać, nawet osoba dysponująca ponadprzeciętną wydolnością oddechową nie jest w stanie wykonać swobodnego wdechu przez opór. „Klikniecie” na obrazek przekierowuje do odrębnej strony z szerzej zaprezentowanymi wynikami eksperymentu.

Jaki jest mechanizm powstawania fazy plateau w czasie wdechu obciążonego oporem ?

Prześledźmy treść ryc. 8 upraszczając maksymalnie sposób prezentacji treści. Oprócz opisanych w odrębnym artykule sytuacji skrajnych, można wyobrazić sobie cała gamę stanów pośrednich, w których  z jednej strony opór nie zamyka całkowicie wlotu do cylindra pozwalając na przedostawanie się pod tłok kolejnych „porcji” powietrza, z drugiej strony opór ten jest na tyle istotny, że ogranicza swobodny napływ powietrza do cylindra.

ryc. 8. Równowaga dynamiczna między siłą wdechu i generowanym podciśnieniem a oporem wdechowym i przepływem na wejściu do układu .

 

Tłok narysowany po stronie lewej ryc. 8 zaczął poruszać się gwałtownie, ponieważ w chwili t₀ nie był „hamowany” różnicą ciśnień, jednak po chwili od t₀ do t₁ zadziałało prawo Boyle’a-Mariotte’a, podciśnienie w cylindrze osiągnęło wartość maksymalną dla konkretnie wykorzystywanej siły. W układzie zamkniętym tłok zatrzymałby się, jednak tym rzem do cylindra może dostawać się powietrze z zewnątrz. Wpadając do cylindra zmniejsza panujące w nim ciśnienie. Ponieważ różnica ciśnień jest teraz mniejsza niż w przypadku maksymalnego podciśnienia wdechowego siła F (cylinder środkowy z ryc.8) jest w stanie ponownie pociągnąć tłok dalej, dopóki nie osiągnie po chwili od t₁ do t₂ kolejnego stanu równowagi między użytą maksymalną siłą a „blokującym ją” podciśnieniem. Dzięki dopływowi powietrza na wlocie możliwa jest jednak kolejna zmiana układu ciśnień i ruch tłoka do pozycji t₃ , jak w prawym cylindrze na ryc.8 W rzeczywistości nie ruch tłoka nie zachodzi skokowo, lecz harmonijnie, a wspomniane „zawieszenie miedzy skrajnościami” sprowadza się do równowagi dynamicznej, w której tłok nigdy nie zatrzyma się w miejscu¹⁾, ale też nigdy nie będzie w stanie wykonać gwałtownego skoku .

---

¹⁾ oczywiście do momentu osiągnięcia skrajnego położenia tłoka