Различия между ротовым давлением при резком вдохе через нос и статическим максимальным ротовым давлением при вдохе
Измерение статического максимального ротового давления при вдохе (“Pi max”) и динамического ротового давления при резком вдохе через нос (“P sniff max”) часто используются для оценки силы мышц вдоха. Целью данного исследования является обследование с помощью 42 здоровых субъектов равнозначности Pi max и P sniff, влияние положения тела на Pi max и P sniff, а также воздействие назальной проходимости и повторяемых маневров на P sniff.
Pi max был значительно выше P sniff, 11.05±0.42 и 8.53±0.31 кПа, соответственно. Вследствие низкой согласованности между Pi max и P sniff, данные методы обследования не могли быть взаимозаменяемыми. Пределы согласованности составляли 2.56±3.92 кПа. Pi max в сидячем положении был равен 11.05±0.42 кПа, и Pi max в положении лежа был равен 9.63±0.41 кПа. P sniff в положении сидя и лежа составляли соответственно 8.53±0.31 кПа и 7.52±0.33 кПа. P sniff, измеренное с одной открытой ноздрей вместо двух, был выше: 9.67±0.32 кПа (левая ноздря) и 9.62±0.32 кПа (правая ноздря) по сравнению с 8.53±0.31 кПа (обе ноздри открыты). После 20-28 маневров, P sniff упал с 8.53±0.31 кПа до 7.83±0.30 кПа, что наводит на мысль о механизме утомления мышц вдоха.
Мы сделали вывод о том, что при измерении Pi max в положении сидя достигаются наибольшие значения силы мышц вдоха. Два метола обследования, Pi max и P sniff, не являются взаимозаменяемыми. Измерение P sniff подвержено влиянию назальной проходимости.
European Respiratory Journal, 1993, 6, 541-546.
Измерение максимального статического давления при вдохе и выдохе является общепринятым клиническим методом оценки силы мышц вдоха [1-4]. Другим методом оценки функционирования респираторных мышц является динамический маневр резкого вдоха через нос. Статическое и динамическое давление при дыхании можно измерить во рту (mo), носоглотке (np), пищеводе (oes) и за диафрагмой (di). Колорис (Koulouris) и др. [5] показали, что у нормальных субъектов и у пациентов с ослабленными мышцами вдоха, P sniff во рту (“P sniff”) и P sniff в носоглотке (“P sniff, np”) были немного ниже P sniff в пищеводе (“P sniff, oes”). Было обнаружено, что у 10 пациентов статическое максимальное ротовое давление при вдохе (Pi max) находилось в тех же пределах, что и P sniff. P sniff у 10 здоровых субъектов находилось в тех же пределах, что и Pi max, описанный другими. Ларуш (Laroche) и др. [6] обследовали 61 пациента, имеющих предварительный диагноз о предполагаемом дисфункции респираторных мышц. Они обнаружили, что P sniff, oes и P sniff, di были выше Pi max и максимального статического давления за диафрагмой (“Pi max, di”). Миллер (Miller) и др. [7] с помощью здоровых добровольцев сравнили давление в пищеводе (P oes) и давление за диафрагмой (P di) во время обоих маневров. Данные авторы показали, что P sniff было выше, имело более узкие пределы ориентировочных значений и большую репродуктивность, чем статическое Pi max. В соответствии с их выводом, максимальный резкий вдох через нос является натуральным маневром, имеет чрезвычайно простую процедуру проведения и не вызывает утомления при повторении. Наоборот, Ванк (Wanke) и др. [8] обнаружили, что P sniff при остаточном объеме (RV – Residual Volume) был менее отрицательным, чем Pi max, описанный другими авторами [1-3]. Насколько нам известно, еще не проводилось исследование и сравнение P sniff и статического Pi max у одного и того же здорового субъекта.
Нг (Ng) и Стоукс (Stokes) [9] исследовали с помощью нормальных субъектов статическое Pi max и Pe max в положении сидя и полулежа. Они показали, что положение тела не влияет на Pi max и Pe max. Наоборот, P sniff, oes, измеренное в положении лежа, было менее отрицательным, чем в положении сидя или полулежа [10].
При выявлении причин легочного заболевания, особое значение приобретает точное измерение силы мышц вдоха. Вследствие разногласий в литературе о факторах, влияющих на этот метод измерения, данное исследование имеет следующие цели: 1) выявить, равнозначно ли измерение P sniff статическому Pi max при остаточном объеме; 2) обследовать возможное воздействие назальной проходимости на P sniff; 3) обследовать возможное влияние положения тела пациента; 4) выявить, появляются ли признаки утомления после повторения маневров резкого вдоха через нос.
Методы
Измерение давления
Прибор и процедура для измерения Pi max и Pe max основываются на методах, использованных Блэком (Black) и Хайаттом (Hyatt) [1]. Пластмассовый фланцевый мундштук соединяется с замкнутой твердой пластмассовой трубкой с небольшой утечкой (внутренний диаметр 1.1 мм, длина 40 мм) и предотвращает создание щечечными мышцами значительного давления и закрытия голосовой щели. Давление внутри трубки измеряется с помощью датчика давления (диапазон ±40 кПа) (Validyne DP16-34), показания которого записываются чернильным рекордером (Kipp en Zonen BD 101, Delft, The Netherlands).
P sniff измеряется с помощью гибкого катетера с открытыми наконечниками (внутренний диаметр 1,8 мм) [11,12]. Наконечник катетера устанавливается в оральную полость, как можно ближе к задней стенке глотки [5,8]. Перед каждым измерением проводится калибровка с использованием водного манометра. 95-процентное время реакции в системе катетера P mo равняется 0,03 секунды. Субъекты имеют возможность наблюдать за записью результатов, при этом их побуждают создавать максимальные отклонения.
Субъекты и протокол
В данном исследовании участвовали сорок два здоровых человека (21 мужчина, 21 женщина). Средний возраст субъектов равняется 42±2 года (диапазон 23-68 лет), рост 1,74±0,02 м, вес 71±2 кг. Pi max измеряется при остаточном объеме (RV), в положении сидя и лежа, в случайном порядке. Pe max измеряется в положении сидя при полном объеме легких (TLC – Total Lung Capacity). Субъекты надевают носовую зажимную скобу. В течение всего эксперимента, при измерении в любом положении особое внимание уделяется сохранению идентичной позы и адекватного расположения подлокотника. Маневр повторяется не менее трех раз, до получения трех репродуктивных результатов с максимальным отклонением 10% [13]. При измерении давления “плато” необходимо поддерживать постоянное давление в течение 2 секунд. При анализе данных используется максимальное значение давления “плато”.
Субъектов попросили максимально резко вдохнуть через нос при остаточном объеме, при этом рот остается закрытым. Между резкими вдохами через нос выдерживается пауза в течение не менее двух спокойных дыхательных циклов длительностью 10 секунд. Маневр повторяется до тех пор, пока P sniff прекращает увеличиваться. Обычно это достигается в течение восьми маневром. Впоследствии субъекты производят шесть резких вдохов с уровня RV через нос (с обеими ноздрями открытыми) в положении сидя (P sniff – начало) и лежа. Данный маневр обследовался в 35 из 42 пациентов в случайном порядке. Затем субъекты производят шесть резких вдохов с уровня RV через нос с одной закрытой ноздрей, а затем – с другой. По окончании, они повторно производят шесть резких вдохов через нос с открытыми ноздрями в положении сидя (P sniff – конец), для проверки, изменилось ли значение P sniff. В промежутках между резкими вдохами через нос проводится проверка системы катетера на наличие слизи. При анализе данных используется максимальное значение P sniff.
Перед проведением маневров, в конце выдоха или вдоха ротовое давление произвольно устанавливается на ноль, соответственно для давления при вдохе и выдохе.
Анализ данных
Результаты исследования выражаются как среднее число ± SEM. Проверка разностей осуществляется с использованием ранжирующего теста Уилкоксона (Wilcoxon), скорректированного для многократных сравнений Бонферони (Bonferoni). Значение “p”, равное 0,01, считается существенным. Используемый статистический метод для оценки согласованности между P sniff Pi max соответствует методике, описанной Блэндом (Bland) и Альтманом (Altman) [14].
Результаты
Данные о силе респираторных мышц мужчин и женщин показаны отдельно в таблице 1. В прочих результатах, средние значения для мужчин и женщин используются вместе. Статическое максимальное ротовое давление превышает динамическое давление во время резкого вдоха через нос с одной или двумя открытыми ноздрями. Pi max равно 11,05±0,42 кПа, P sniff равно 8,53±0,31 кПа (p<0,00005). P sniff с открытой левой ноздрей (P sniff – левая) равен 9,67±0,32 кПа, P sniff с открытой правой ноздрей (P sniff – правая) равен 9,62±0,32 кПа (p=0,002).
Верхний предел: d+2SD, 2,56+(2 x 1,96) = 6,48 кПа
Нижний предел: d-2SD, 2,56-(2 x 1,96) = -1,36 кПа
Таким образом, P sniff может быть ниже Pi max на 6,48 кПа, или выше на 1,36 кПа.
95-процентный интервал уверенности тенденциозности равен:
d±2SEM, 2,56+(2 x 0,30) = 3,16 кПа,
и 2,56-(2 x 0,30) = 1,96 кПа
SEM верхнего и нижнего пределов равен:
√(3SD²/n) = 0,53 кПа
95-процентный интервал уверенности верхнего предела равен:
6,48±2SEM, 6,48+(2 x 0,53) = 7,53 кПа
и, 6,48-(2 x 0,53) = 5,42 кПа
95-процентный интервал уверенности нижнего предела равен:
-1,36±2SEM, -1,36+(2 x 0,53) = -0,30 кПа
и, -1,36-(2 x 0,53) = -2,42 кПа
Средняя разность (d) между Pi max и P sniff – левая равна 1,38±0,32 кПа. График разности между Pi max и P sniff – левая по сравнению с их средним значением показан на рисунке 3. Пределами согласованности являются:
Верхний предел: d+2SD, 1,38+(2 x 2,07) = 5,52 кПа
Нижний предел: d-2SD, 1,38-(2 x 2,07) = -2,76 кПа
P sniff – левая может быть ниже Pi max на 5,52 кПа, или выше на 2,76 кПа.
95-процентный интервал уверенности тенденциозности равен:
d±2SEM, 1,38+(2 x 0,32) = 2,02 кПа,
и 1,38-(2 x 0,32) = 0,74 кПа
Средняя разность (d) между Pi max и P sniff – правая равна 1,43±0,31 кПа. График разности между Pi max и P sniff – правая по сравнению с их средним числом показан на рисунке 4. Пределами согласованности являются:
Верхний предел: d+2SD, 1,43+(2 x 2,01) = 5,45 кПа
Нижний предел: d-2SD, 1,43-(2 x 2,01) = -2,59 кПа
P sniff – левая может быть ниже Pi max на 5,45 кПа, или выше на 2,59 кПа.
95-процентный интервал уверенности тенденциозности равен:
d±2SEM, 1,43+(2 x 0,31) = 2,05 кПа,
и 1,43-(2 x 0,31) = 0,81 кПа
P sniff с двумя открытыми ноздрями (8,53±0,31 кПа) ниже P sniff с одной открытой ноздрей: левая 9,67±0,32 кПа (p<0,00005) и правая 9,62±0,32 кПа (p=0,0001) (рисунок 5).
И статический Pi max, и P sniff имеют значительно более низкие значения в положении лежа. Pi max в положении сидя равен 11,05±0,42 кПа, Pi max в положении лежа равен 9,36±0,41 кПа (p<0,00005). P sniff в положении сидя равен 8,53±0,31 кПа, P sniff в положении лежа равен 7,52±0,33 кПа (p=0,0001) (рисунок 6). Максимальное ротовое давление при выдохе (Pe max) в положении сидя равно 12,14±0,61 кПа.
После 20-28 резких вдохов через нос, P sniff уменьшается с 8,43±0,31 кПа (P sniff – начало) до 7,83±0,30 кПа (P sniff – конец) (p=0,0007) (рисунок 5).
Дискуссия
Данное исследование показало низкую согласованность между статическим Pi max и динамическим P sniff с одной или двумя открытыми ноздрями; статический Pi max был значительно выше динамического P sniff. P sniff с одной закрытой ноздрей был значительно выше и ближе к Pi max, чем P sniff с двумя открытыми ноздрями. Следовательно, результаты измерения P sniff подвержены влиянию назальной закупорки. Давление в положении сидя было выше аналогичных параметров в положении лежа, и значение P sniff уменьшается после 20-28 маневров.
При сравнении Pi max и P sniff получили широкие 95-процентные интервалы уверенности, отражающие широкое отклонение разностей между двумя методами. Данные методы не являются взаимозаменяемыми. При сравнении Pi max и P sniff только с одной открытой ноздрей, средняя разность была меньше, но пределы согласования не улучшились, и, таким образом, различные методы по-прежнему не являются взаимозаменяемыми.
Статический Pi max был значительно выше динамического P sniff. Объяснением полученной разности может служить зависимости “сила-скорость” и “длина-напряжение” респираторных мышц [15-19]. При проведении маневров статистического давления, через утечку проходит минимальный воздушный поток, что может привести к более высокому давлению вследствие зависимости “сила-скорость”. Кроме того, изменение объема также будет значительно меньшим, результатом которого является меньшее уменьшение длины диафрагмы и более высокое давление вследствие зависимости “длина-напряжение”. Другим механизмом, который может объяснить более высокое статическое давление по сравнению с динамическим давлением, может быть анестезия местного воздействия, используемая другими учеными. Когда другие исследователи измеряли P,mo, одновременное измерение P,di, P,oes или P,np было достигнуто путем установки катетера через нос. В этих случаях обычно использовалась местная анестезия [5,7,8]. В данном исследовании катетер устанавливается непосредственно в рот. Таким образом, необходимость в местной анестезии отпадает. Можно построить гипотезу о том, что боль или назальный дискомфорт при проведении многочисленных резких вдохов через нос могут привести к неполноценным усилиям (т.е. ниже максимальных) и более низкому давлению. После нескольких резких вдохов через нос некоторые субъекты жаловались на боль в носе.
Часто сообщалось, что давление во время резкого вдоха через нос выше статического давления [6, 7]. Ванк (Wanke) и др. [8] являются единственными авторами, которые в своих исследованиях обнаружили более низкие значения P sniff. Однако ни один из авторов не сравнивали обе методики у одних и тех же субъектов. Ванк (Wanke) и др. [8] также показал, что наивысшее значение давления при резком вдохе через нос достигается при остаточном объеме. Из-за данного открытия мы предпочли измерять P sniff от остаточного объема, а не от традиционного уровня функционального остаточного объема (Functional Residual Capacity, или FRC). При уровнях ниже FRC, сила мышц вдоха будет переоценена вследствие давления эластичной отдачи грудной клетки [16, 20]. Однако данный факт действует как для давления при резком вдохе через нос, так и для статического максимального давления при вдохе. Херитер (Heritier) и др. [21], при обследовании пациентов с респираторными заболеваниями в острой форме, не обнаружили разницы между нестатическим пиковым максимальным ротовым давлением при вдохе и P sniff. Коэффициент корреляции между двумя методиками равнялся 0,60. Похожая корреляция между статическим и динамическим давлением была обнаружена у пациентов с предполагаемым ослаблением респираторных мышц [6]. Однако коэффициент корреляции измеряет взаимосвязь между двумя методами измерения давления, а не согласованность [14].
В различных исследованиях наблюдается чрезвычайно широкий диапазон значений Pi max и Pe max. Наиболее исчерпывающие исследования были проведены Рингквистом (Ringqvist) [3], Блэком (Black) и Хайаттом (Hyatt) [1], и Уилсоном (Wilson) и др. [2]. Средние значения Pe max равнялись соответственно 23,7±0,6 кПа, 23,3±0,6 кПа и 14,8±0,5 кПа. Мы использовали ожидаемые значения в соответствии с Уилсоном (Wilson) и др. [2], т.к. эти авторы использовали фланцевый мундштук. Тот факт, что значения при вдохе, полученные в нашем исследовании, близки к ориентировочным значениям Блэка (Black) и Хайатта (Hyatt) [1], полученным с помощью трубчатого мундштука, наводит на мысль о том, что форма мундштука не играет важной роли [22]. Значения давления при выдохе, полученные в нашем исследовании, находятся в тех же пределах, что и у Уилсона (Wilson) и др. [2]. Субъекты в исследованиях Рингквиста (Ringqvist) [3] прилагали настолько сильные усилия, что некоторые страдали от спонтанного кровотечения из носа и конъюнктивными кровоизлияниями. Нормальные значения P sniff не были получены. Количество людей, участвующих в исследованиях с измерением P sniff, чрезвычайно мало. В своих исследованиях Ванк (Wanke) и др. [8] обнаружили, что у шести субъектов P sniff равен 7,5±0,3 кПа. Колорис (Koulouris) и др. [5] измерили P sniff у 10 нормальных субъектов и получили значение, равное 11,4±0,3 кПа.
Давление при резком вдохе через нос с одной открытой ноздрей вместо двух было выше у 40 субъектов из 42. Пертуз (Pertuze) и др. [23] показали, что сумма двух отдельных графиков поток-объем, проходящих через левую и правую ноздрю, примерно равна совокупному назальному потоку при вдохе. Одностороннее преграждение не привело к немедленному расширению противоположного назального воздушного пути. Назальный поток при вдохе зависит от назального сопротивления и изменяется пропорционально степени слизистой закупорки [24-26]. Следовательно, как было показано выше, зависимости “сила-скорость” и “сила-длина” могут являться причинами обнаруженных различий в давлении. Другим объяснением может быть тот факт, что коллапс назального клапана происходит при более низком градиенте транс-назального давления, когда во время резкого вдоха через нос используется только одна ноздря [24]. Возможно, оценка силы мышц вдоха могла быть улучшена путем использования одной, а не двух ноздрей.
Активация, координация и работа диафрагмы и других респираторных мышц не являются максимальными в положении лежа [10]. В вертикальном положении, в неравносторонних, грудично-клютичных и окологрудных мышцах обычно наблюдается большая фазная и тонизирующая активность. Это приводит к увеличению движения грудной клетки [27,28]. Кроме того, в вертикальном положении также эластичность грудной клетки увеличивается, а эластичность диафрагмы и брюшной полости уменьшается [29]. Все эти факторы компенсируют более длинные реберный и бедренный сегменты диафрагмы и более высокую скорость сокращения в положении лежа у нормальных субъектов [30], т.к. ротовое давление при вдохе, измеренное в положении лежа, значительно ниже аналогичного параметра в положении вертикальном сидячем положении.
После 20-28 резких вдохов через нос, P sniff оказался значительно ниже, чем P sniff в начале измерения, когда было достигнуто “плато”. Объяснением может служить “утомление” – состояние, в котором наблюдается уменьшение способности к созданию физических усилий в результате активности мышц под нагрузкой; обратным по отношению к процессу утомления является отдых [31]. Несмотря на то, что индекс временного натяжения (Time Tension Index – TTI) был значительно ниже порога утомления (TTI<0.15) [32], учитывая тот факт, что время сжатия было менее 500 миллисекунд, а пауза равнялась 10 секундам, утомление имело место. Причины обнаруженного в данном исследовании утомления не выяснены. Измерение мотивации, темпа релаксации [33] или силового спектра электрограммы респираторных мышц [34] может привнести некоторую ясность. Миллер (Miller) и др. [7] утверждали, в своем первоначальном исследовании, что маневр не приносил утомления. Их субъекты произвели приблизительно 16 резких вдохов через нос. Возможно, данную разницу может объяснить большее количество маневров в нашем исследовании. Пауза между маневрами равняется паузе в исследованиях Миллера (Miller) и др. [7]. В последующих исследованиях длительность паузы между маневрами была увеличены с двух нормальных дыхательных циклов до 10-45 секунд [6, 8]. Физ (Fiz) и др. [35] показали, что пациенты с хронической болезнь, заграждающей проход в легкие (COPD), могли произвести 20 последовательных маневров статического Pi max без снижения давления. Они не исследовали, когда Pi max начинает уменьшаться, и поэтому нам не известно, после какого количества статических маневров появляется “утомление”.
На основе информации, полученной во время данного исследования, мы делаем следующие выводы:
1) Pi max значительно выше P sniff;
2) Согласование между Pi max и P sniff, а также согласование между P sniff с одной открытой ноздрей и Pi max чрезвычайно низкое, поэтому данные методики не являются взаимозаменяемыми;
3) P sniff с одной открытой ноздрей значительно выше P sniff с двумя открытыми ноздрями, и, следовательно, на результат измерения P sniff оказывает влияние назальная закупорка;
4) Pi max и P sniff в положении лежа значительно ниже аналогичных параметров в положении сидя;
5) После 20-28 маневров имеет место уменьшение P sniff, возможно вследствие “утомления”.
При оценке максимальной силы мышц вдоха, важно осознать, что на результаты измерения максимальной силы респираторных мышц оказывают влияние метод измерения, положение тела и количество маневров.
Благодарность: авторы признательны Т.М. де Бу (Th.M. de Boo) и В.Д.Ж.М. Лемменсу (W.J.G.M. Lemmens) Медицинского Статистического Департамента за полученные статистические советы.