Респираторная акустика в диагностике заболеваний органов дыхания

2

Респираторная акустика в диагностике заболеваний органов дыхания

Григорьева В.А1., Мельникова И.М1., Мизерницкий Ю.Л.2

ГБОУ ВПО Ярославская государственная медицинская академия Минздравсоцразвития России

ФГУ Московский НИИ педиатрии и детской хирургии Минздравсоцразвития России

Определение функционального состояния органов дыхания крайне необходимо для ранней диагностики патологических процессов легких, снижения заболеваемости бронхолегочной системы, улучшения лечения больных, а также объективной оценки состояния пациентов (Лукина О.Ф., 2007; Геппе Н.А., 2010; Мизерницкий Ю.Л., 2008 и др.). В последние десятилетия наряду с традиционными методами функционального исследования легких, такими как спирография, пневмотахометрия, пикфлоуметрия, эргоспирометрия, бодиплетизмография, осциллометрия и др. в клинической практике стали появляться высокоэффективные, неинвазивные методы акустической диагностики, базирующиеся на применении новейших достижений акустоэлектроники и компьютерных технологий (Beck R. et al., 2007).

Известно, что еще врачи Древней Греции и Древнего Китая в целях диагностики выслушивали шумы, возникающие в организме. Новейший период в изучении акустики респираторного тракта начался во второй половине XX века с применением цифровых электронных средств и технологий для регистрации акустических сигналов. Компьютерная система регистрации звуков дыхания позволяет сохранить информацию и многократно использовать ее в дальнейшем для анализа и систематизации полученных данных (Филатова Н.Н. с соавт., 2007). В настоящее время активно проводятся международные исследования, финансируемые европейской комиссией по стандартизации компьютерного анализа дыхательных звуков (CORSA - Computerized Respiratory Sound Analysis) (Гусейнов А.А., 2010).

На характер дыхательных шумов влияет множество анатомо-функциональных особенностей пациента, в том числе антропометрические данные, возраст, пол, а также состояние паренхимы, скорость движения воздуха, наличие патологических препятствий на его пути (Fiz J.A. et al., 2008; Gross V. et al., 2000). Так было отмечено, что два различных механизма проведения дыхательных звуков к грудной стенке – респираторные пути и ткани легких – создают эффекты взаимной маскировки, которые и затрудняют объективную интерпретацию аускультативных феноменов (Коренбаум В.И., 2003). Ряд исследователей, изучая особенности детской респираторной акустики, отметили, что у детей грудного возраста имеется более выраженная интенсивность звука и более высокие срединные частоты нормальных звуков легкого по сравнению с таковыми у старших детей и взрослых (Pasterkamp H. et al., 1996).

Компьютерный анализ звуков легкого в отличие от субъективного выслушивания позволяет объективизировать длительность и интенсивность хрипов, что особенно важно в раннем детском возрасте (Дука Е.Д. с соавт., 2009).

Одним из методов акустической диагностики, основанном на анализе трахеальных шумов, является трахеофонография форсированного выдоха (Почекутова И.А. с соавт., 2001; Кулаков Ю.В. с соавт., 1996). В ходе исследования доказано, что у лиц с бронхиальной астмой, имеющих подтвержденные нарушения бронхиальной проходимости, трахеофонография форсированного выдоха была в 1,3 раза чувствительнее компьютерной спирографии (соответственно 85% и 65%; р<0,05) (Горшков C.B., 2000).

Для акустической оценки степени воздухонаполнения легочных тканей предложена методика пневмофонографии, основанная на исследовании звуков голоса с разделением воздушного и структурного проведения (Коренбаум В.И. с соавт., 1998; Батищев Э.М. с соавт., 2003). В результате акустического картирования поверхности грудной клетки (при помощи специально разработанных критериев соотношения воздушного и структурного проведения звука голоса пациента) у всех больных с пневмонией отмечалось резкое изменение соотношения воздушного и структурного звука (в сторону ослабления первого и усиления второго) над очагом пневмонии (Малышенко И.Ю., 1999). При спектральном анализе пневмофонограмм у детей с пневмонией выявлен резкий резонанс амплитуд в зоне поражения (Бондарь Г.Н. с соавт., 2004). Предлагаемый метод сопоставим по чувствительности с рентгенографией (95,9%) и более чем в 2 раза превосходит субъективную оценку проведения голоса на грудную стенку (40,5%) (Малышенко И.Ю., 1999; Кулаков Ю.В. с соавт., 2002).

Также была разработана новая акустическая методика вибрационной диагностики (Vibration Response Imaging), позволяющая визуализировать функциональное состояние легких на основе вибрации, возникающей вследствие движения воздушного потока в легких. Этот метод обеспечивает количественную оценку функционального состояния легких на основе акустических сигналов (Hou X.M. et al., 2009).

Представляет интерес метод компьютерной респиросонографии основанный на регистрации звуков дыхания с помощью высокочувствительных акселерометров с малошумными усилителями одновременно в четырех симметричных зонах легких с обеих сторон при спокойном дыхании и форсированном выдохе. При обработке звуковых образцов у детей с клиническими симптомами бронхообструктивного синдрома выявлено перераспределение спектров звука легкого в сторону более высоких частот, а также восходящее изменение средних частот. Также отмечено, что не всегда интенсивность жесткого дыхания, выслушиваемого через стетоскоп, соответствует тяжести бронхиальной обструкции (Ильченко C.И., 2009).

Среди методов акустической диагностики особое место занимает одна из новых технологий акустического мониторинга респираторных шумов (в т.ч. во время сна) и оценки течения острой и хронической бронхолегочной патологии с помощью прибора PulmoTrack, имеющего пять фонопневмографических пьезоэлектрических датчиков. Данный метод может быть использован для оценки эффективности методов лечения пациентов, начиная с раннего возраста, с респираторной инфекцией, бронхиальной астмой, хроническим и обструктивным бронхитом, гастроэзофагеальной рефлюксной болезнью и др. (Vizel E. et al., 2010). В ходе исследования было отмечено, что у детей школьного возраста с бронхиальной астмой легкого или среднетяжелого течения количественные характеристики ночной одышки достоверно коррелируют со стандартными показателями спирометрии (Bentur L. et al., 2004). При оценке взаимосвязи между бронхиальной обструкцией и положением человека во сне выявлено, что обструкция реже фиксировалась в положении на боку, чем лежа на спине, особенно у пациентов с частыми эпизодами обструкции (Gross V. et al., 2002).

Проводилось клиническое исследование по сравнительной оценке субъективных (врачи, пульмонологи, медсестры) и объективных (цифровая регистрация PulmoTrack) параметров одышки и свистящего дыхания при бронхообструктивном синдроме у детей. В результате исследования доказано, что цифровая регистрация респираторных симптомов имеет более высокую чувствительность в диагностике бронхообструктивного синдрома, по сравнению субъективными возможностями медицинских работников (врачи, p=0,002; медсестры, p<0,001; пульмонологи, p=0,001). Однако, специфичность методики регистрации респираторных шумов при помощи прибора PulmoTrack в диагностике бронхообструкции лишь незначительно отличалась от сотрудников (Prodhan P. et al., 2008).

В настоящее время перспективными методами диагностики акустических параметров кашля являются туссография, а также спектральная туссофонобарография. Метод туссографии позволяет осуществлять мониторирование кашля, оценивать его интенсивность. При помощи спектральной туссофонобарографии можно судить о степени бронхиальной обструкции, наличии воспаления в бронхах, а также об эффективности терапии (Провоторов В.М. с соавт., 2002). Проводилась спектральная туссофонобарография для определения степени обратимости бронхиальной обструкции у больных бронхиальной астмой. Так после бронхолитического теста с b2-агонистом короткого действия у этих пациентов выявлено существенное уменьшение частот звуков (Семенкова Г.Г. с соавт., 2003).

Также акустический анализ кашля осуществлялся с помощью системы регистрации Coughsounds. Авторами предложено разделить звуки кашля на три этапа: первый этап состоит из взрывного звука, что соответствует открытию голосовой щели; второй - звук выдоха; третий - формируется в момент закрытия голосовой щели. Было отмечено, что кашель у всех пациентов значительно отличался из-за индивидуальных особенностей, таких как глубина вдоха перед началом кашля; структура и вязкость мокроты (Murata A. et al., 1998).

В настоящее время, возрастает интерес к системам, которые обладают способностью не просто выполнять запрограммированную последовательность действий, но и сами могут анализировать информацию. В этой области хорошо зарекомендовали себя искусственные нейронные сети (ИНС) - самообучающиеся системы, имитирующие деятельность человеческого мозга (Алексеева О.В., 2010). Имеется предположение, что акустическая оценка дыхательных шумов при бронхиальной астме может быть достигнута при помощи самообучающейся нейропрограммы (ИНС). Звуки дыхания с помощью трахеального датчика были зарегистрированы у пациентов школьного возраста с бронхиальной астмой в периоде обострения и ремиссии, а также у здоровых лиц контрольной группы. Отмечено, что врачи, оценивая графическое изображение спектров, не смогли четко выявить разницу между этими тремя группами, в отличие от ИНС (Rietveld S. et al., 1999).

Ряд исследователей предлагает использование цифрового стетоскопа и акустическую оценку, основанную на Гауссовских Смешанных Моделях, которая помогает в диагностике и идентификации бронхиальной астмы и основывается на анализе области частоты хрипов (Mayorga P. et al., 2010).

Общеизвестно, что у детей раннего возраста выбор методов функционального исследования легких с целью контроля динамики заболевания и оценки эффективности терапии ограничен (Beck R. et al., 2007; Branco A. et al., 2007). Одним из методов, получающих все большую распространенность в практике педиатра, является бронхофонография (БФГ) (Геппе Н.А. с соавт., 2002; Малышев В.С. с соавт., 1995). В основу БФГ положен анализ временных и частотных характеристик спектра дыхательных шумов, возникающих в процессе дыхания, а также дополнительных легочных звуков, появляющихся при патологических изменениях в бронхолегочной системе (Малышев В.С., 2000; Макарова С.А., 2004; Дементьева Г.М. с соавт., 1996; Егорова В.Б. с соавт., 2007), в частности метод позволяет контролировать динамику заболевания и оценивать эффективность терапии при бронхиальной астме и обструктивном бронхите. БФГ является эффективным, неинвазивным методом, простым в применении, не требует выполнения форсированного дыхания, может применяться с первых дней жизни (Селиверстова Н.А. с соавт., 2009).

Исследовалось диагностическое значение БФГ при заболеваниях органов дыхания у новорожденных, таких как бронхолегочная дисплазия (БЛД), синдром дыхательных расстройств (СДР), внутриутробная пневмония (ВУП), а также у здоровых новорожденных. Наибольшие акустические изменения выявлены у новорожденных детей с БЛД как в низкочастотной, так и в высокочастотной части спектра, существенно превышающие данные параметры при ВУП и СДР, что, по мнению авторов, свидетельствовало о выраженной бронхиальной обструкции стойкого характера. У новорожденных детей с внутриутробной пневмонией отмечено умеренное увеличение параметров акустической работы дыхания, что связано с развитием воспалительных изменений с обструктивными нарушениями. В паттерне дыхания у здоровых новорожденных детей преобладали низкочастотные колебания с незначительным повышением в высокочастотной части спектра (Егорова В.Б., 2006).

Также бронхофонографическое обследование проводилось недоношенным детям с БЛД и ателектазами легких. Отмечено, что у детей с БЛД имеются изменения преимущественно в высокочастотной части спектра, существенно превышающие данные контрольной группы и свидетельствующие о бронхиальной обструкции. Клинической картине ателектазов легких соответствовало увеличение показателей акустической работы дыхания в низкочастотных диапазонах, что, по мнению автора, связано с поверхностным характером дыхания у детей этой группы, снижением растяжимости легких (Тресорукова О.В., 2007).

Была оценена диагностическая значимость БФГ для раннего выявления бронхиальной астмы у детей в возрасте от 2 до 7 лет. У пациентов с бронхиальной астмой по сравнению с группой практически здоровых детей выявлено повышение показателей акустической работы дыхания в высокочастотном диапазоне, обратимое после проведения фармакологического теста с бронхолитиком. Аналогичные функциональные акустические изменения были зарегистрированы у 20% пациентов с частыми ОРИ, причем у всех этих детей спустя 2 года имели место типичные клинические проявления бронхиальной астмы (Павликов A.A. с соавт., 2009).

В результате обследования детей с бронхообструктивным синдромом различного генеза при помощи БФГ было выявлено, что акустическая работа дыхания у детей, страдающих бронхиальной астмой и обструктивным бронхитом, была достоверно выше, чем у пациентов, больных муковисцидозом, что можно объяснить различными патогенетическими механизмами нарушения проходимости дыхательных путей при разных нозологических формах (Павлинова Е.Б. с соавт., 2006).

В то же время, результаты исследований в области акустики дыхания с применением современных компьютерных технологий не всегда однозначны и распознавание физических процессов, лежащих в основе образования и распространения дыхательных звуков, требует дальнейших исследований (Вовк И.В. с соавт., 1995). Остаются недостаточно изученными акустические параметры дыхания здоровых лиц и больных различными заболеваниями лёгких, отсутствуют возрастные стандарты показателей респираторной акустической топографии легких здоровых (Гусейнов А.А., 2010; Gavriely N., 1996; Rietveld S. et al., 1997).

В целом, полученные данные внушают определенный оптимизм и позволяют в обозримом будущем надеяться на внедрение в практическое здравоохранение высокоэффективных, простых, неинвазивных компьютерных акустических технологий с целью ранней диагностики, позволяющей повысить эффективность лечения и профилактики острых и хронических заболеваний органов дыхания.

Список литературы:

1.         Вовк И. В., Гринченко В. Т., Олейник В. Н. Проблемы моделирования акустических свойств грудной клетки и измерения шумов дыхания // Акустический журнал. 1995. Т. 41. № 5. С. 756-768.