UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA NARAVOSLOVJE IN MATEMATIKO

Oddelek za fiziko

DIPLOMSKO DELO

Mojca Žunkovi�

Maribor, 2009

_________________________________________________

Diplomsko delo

SPIROMETRIJA

Mojca Žunkovi�

Mentor: doc. dr. Aleš Fajmut

Maribor, 2009

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA NARAVOSLOVJE IN MATEMATIKO ODDELEK ZA FIZIKO

Zahvala

Iskreno se zahvaljujem mentorju docentu dr. Alešu

Fajmutu za vso pomo� in nasvete pri izdelavi

diplomskega dela.

Zahvaljujem se tudi Fakulteti za zdravstvene vede, ki mi

je omogo�ila izvedbo meritev z njihovo eksperimentalno

opremo. Prav tako se zahvaljujem dr. med. Sonji Šunko

Koražija iz zasebno internisti�no-pulmološke ambulante

v Slovenski Bistrici, kjer sem izvedla meritve. Družini,

za vso podporo skozi ves �as študija.

III

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA NARAVOSLOVJE IN MATEMATIKO

IZJAVA Podpisana Mojca Žunkovi�, rojena 07. 04. 1982, študentka Fakultete za naravoslovje in matematiko Univerze v Mariboru, smer fizika in proizvodno tehni�na vzgoja, izjavljam, da je diplomsko delo z naslovom

SPIROMETRIJA

pri mentorju doc. dr. Alešu Fajmutu avtorsko delo. V diplomskem delu so uporabljeni viri in literatura korektno navedeni; teksti niso prepisani brez navedbe avtorjev. _______________

(podpis študentke)

Maribor, 14. 12. 2009

IV

Kratek povzetek diplomske naloge V diplomskem delu obravnavam metodo za merjenje plju�nih volumnov in pretokov -

spirometrijo. Najprej na kratko predstavim mehaniko dihanja z vidika fizike. Nato

pojasnim spirometrijo in metode, ki se uporabljajo pri spirometriji. S pomo�jo anemometra

izvedem meritev plju�ne funkcije. Omenjena priprava je zgrajena iz pihalne cevi in

anemometra, ki deluje na principu »vro�e žice«. Ker je težava pri ve�ini anemometrov ta,

da imajo prepo�asen �as zajemanja vrednosti in so rezultati lahko nenatan�ni, smo naše

izmerjene vrednosti primerjali z meritvami v pulmološki ambulanti, ki jih je izvedla

zdravnica, specialistka pulmologije. Na ta na�in smo lahko ovrednotili natan�nost naših

izmerjenih podatkov.

Klju�ne besede: spirometrija, spirometer, plju�ni volumen, plju�na kapaciteta, anemometer

Short abstract of diploma work

The essence of my diploma work is spirometry, a method for measuring lung capacities

and volume flows. First, we shortly introduce the mechanics of breathing from the physics

point of view. Further, we continue describing spirometry and the methods used in

spirometry. With the help of anemometer we carry out measurements of lung functions.

This spirometer consists of blowing tube and a “hot-wire”-type. anemometer. The

disadvantage of many anemometers is that the rate of measurements is rather slow and this

might lead to inaccuracy of measured values; therefore, we compared our results with the

results obtained in the laboratory of medical doctor, specialist for pulmonary diseases.

Hence, we were able to compare and evaluate our measurements.

Key words: spirometry, spirometer, lung volume, lung capacity, anemometer

1

KAZALO

1 UVOD ______________________________________________________________________________ 2

2 ANATOMIJA IN FIZIOLOGIJA PLJU� IN DIHALNIH POTI ______________________________ 3

3 MEHANIKA DIHANJA _______________________________________________________________ 5

3.1 DIHALNE MIŠICE __________________________________________________________________ 5 3.2 TLAKI V PLJU�IH__________________________________________________________________ 6 3.3 PODAJNOST IN ELASTI�NOST PLJU� ________________________________________________ 8 3.4 ZLIVANJE ALVEOLOV ____________________________________________________________ 10 3.5 UPORNOST DIHALNIH POTI _______________________________________________________ 11 3.6 DELO DIHANJA __________________________________________________________________ 13 3.8 ENERGIJA POTREBNA ZA DIHANJE_________________________________________________ 13

4 PLJU�NA VENTILACIJA____________________________________________________________ 13

4.1 PLJU�NI VOLUMNI IN KAPACITETE ________________________________________________ 13 4.2 MERJENJE IN MERILNIKI PLJU�NIH VOLUMNOV ____________________________________ 18 4.2.1 PEF-METER ____________________________________________________________________ 20 4.2.2 METODA: IZPIRANJE DUŠIKA ____________________________________________________ 21 4.2.3 METODA: RAZRED�ENJE PLINA - HELIJA _________________________________________ 22 4.2.4 TELESNA PLETIZMOGRAFIJA ____________________________________________________ 23

5 SPIROMETER S TERMOANEMOMETROM ___________________________________________ 25

5.1 SESTAVNI DELI SPIROMETRA S TERMOANEMOMETROM ____________________________ 25 5.2 MERITEV S TERMOANEMOMETROM _______________________________________________ 26

Meritev ekspiratornega rezervnega volumna (ERV) _______________________________________ 28 Meritev inspiratornega rezervnega volumna (IRV) ________________________________________ 30 Meritev dihalnega volumna (TV)______________________________________________________ 31 Meritev vitalne kapacitete (VC) _______________________________________________________ 32 Meritev forsiranega ekspiratornega volumna v prvi sekundi (FEV1) __________________________ 33 Meritev maksimalnega pretoka (PEF) __________________________________________________ 34

6 SPIROMETRIJA V PLJU�NI AMBULANTI ____________________________________________ 35

6.1 ANALIZA PODATKOV IN PRIMERJAVA _____________________________________________ 36

7 BOLEZNI PLJU� PRI KATERIH SE UPORABLJA SPIROMETRIJA ______________________ 39

7.1 ASTMA __________________________________________________________________________ 39 7.2 KRONI�NA OBSTRUKTIVNA PLJU�NA BOLEZEN ____________________________________ 41

ZAKLJU�EK ________________________________________________________________________ 44

PRILOGA 1 __________________________________________________________________________ 48

PRILOGA 2 __________________________________________________________________________ 49

2

1 UVOD Vsi organizmi, ki za življenje potrebujejo prosti kisik, morajo dihati, da preživijo. Dihanje

je prenos kisika v telo in izlo�anje ogljikovega dioksida iz telesa. Študij spirometrije je

pomemben s stališ�a plju�nih preiskav. V pulmoloških ambulantah s pomo�jo merilnikov

plju�ne funkcije in poznavanjem fizikalnih lastnosti mehanike dihanja ugotavljajo plju�ne

bolezni, kot so npr. astma, kroni�na obstruktivna plju�na bolezen (KOPB) in bronhitis.

V diplomskem delu najprej obravnavam zgradbo dihal in lastnosti dihalnih mišic, elasti�ne

lastnosti plju�, tlake v plju�ih, upore dihalnih poti, podajnost plju� in delo ter energijo pri

dihanju. Koli�ine, ki se merijo v okviru spirometrije in opredeljujejo plju�no funkcijo, so

plju�na ventilacija, dihalni volumni in plju�na kapaciteta.

Plju�no ventilacijo se meri s pomo�jo spirografskega testiranja, ki sodi v medicini med

rutinske dihalne preiskave. Spirometrija je temeljna funkcijska preiskave plju�. Pri izvedbi

je potrebno dobro sodelovanje preiskovanca. Ko preiskovanec maksimalno vdihne in nato

ves ta zrak izdiha v spirometer, mu lahko izmerimo kapaciteto plju�. S tem lahko ocenimo

tudi pretok zraka. Najboljše merilo za pretok zraka je volumen zraka, ki ga preiskovanec

izdihne v prvi sekundi. Ve�ina ljudi v prvi sekundi izdiha 70 % kapacitete.

Obstajajo razli�ni merilniki – spirometri. Prvi so bili preprosti vodni spirometri, danes pa

obstajajo natan�nejši elektronski. Obstaja tudi preprost merilnik, ki ga imenujemo PEF

meter, ki ga imajo bolniki, ki bolehajo za astmo, ponavadi kar doma. Obstajajo pa še druge

metode za merjenje plju�ne funkcije. Najbolj znane so:

• pletizmografija (metoda, kjer je preiskovanec zaprt v zrakotesni komori);

• metoda, ki temelji na razred�enju plina (helija) in

• metoda izpiranja dušika iz alveolov.

Namen in cilj diplomske naloge je opisati mehaniko dihanja s stališ�a fizike, spoznati

metode spirometrije in ugotoviti, ali je mo� s preprostim anemometrom izvesti meritev

plju�ne kapacitete. Omenjeni spirometer bo zgrajen iz pihalne cevi in anemometra na

vro�o žico. Težava pri ve�ini anemometrov je namre�, da imajo prepo�asen �as beleženja

vrednosti, zato bi lahko bile pri hitrem izdihu izmerjene vrednosti zelo nenatan�ne. Zaradi

možne nezanesljivosti omenjene metode sem meritve pridobila tudi v pulmološki

ambulanti.

3

Cilj naloge je analizirati in vrednotiti dobljene meritve ter ugotoviti, ali je izvedba

spirometra z anemometrom na vro�o žico dovolj natan�na in zanesljiva.

2 ANATOMIJA IN FIZIOLOGIJA PLJU� IN DIHALNIH POTI Dihanje je telesna funkcija, pri kateri najdemo veliko fizikalnih zakonitosti. Da si jih lažje

razlagamo, pa moramo prej poznati anatomijo in fiziologijo plju�, iz katerih organov in

delov so zgrajene in sestavljene dihalne poti. Dihala se za�nejo z nosom in usti in se skozi

dihalne poti nadaljujejo v plju�a. V plju�ih se kisik iz ozra�ja izmenjuje z ogljikovim

dioksidom iz tkiv. Zrak vstopa skozi nos in usta, nato potuje po sapniku. Sapnik se razdeli

na dve sapnici oziroma bronhi, ki se potem še mnogokrat delita v manjše dihalne poti

bronhiole, ki v premer merijo le približno pol milimetra. Na koncu vsakega bronhiola je na

tiso�e mehur�kastih, z zrakom napolnjenih meši�kov ali druga�e imenovanih alveolov, ki

so podobni grozdju, kar je lepo razvidno iz slike 1. Plju�a, najve�ji del dihal, so po videzu

podobna rožnati gobi in zapolnjujejo prsni koš. Leva stran plju� je nekoliko manjša od

desne. Plju�a se delijo na režnje. Desna stran je sestavljena iz treh režnjev, leva pa iz dveh,

ker si prostor v prsnem košu delijo s srcem [2].

Slika 1: Dihalne poti in zgradba plju� [2].

4

Kot vidimo na sliki 2, alveole obdaja gosto omrežje kapilar, kjer se izmenjujeta kisik in

ogljikov dioksid. Alveoli so premera od 0,2 mm do 0,3 mm in jih je približno 300 tiso�,

kar zavzema površino 80 m2.

Slika 2: Plju�ni meši�ki oz. alveoli obdani s kapilarami [6].

Slika 3: Prerez plju�nega meši�ka oz. alveola [6].

Slika 3 prikazuje prerez plju�nega meši�ka. Tanke stene kapilar omogo�ajo, da kisik

prehaja iz alveolov v kapilarno kri in da ogljikov dioksid preide iz kapilarne krvi v alveole,

kot je prikazano na sliki 4. To je mogo�e le takrat, ko plini prehajajo iz predelov z višjim

5

tlakom v predele z nižjim tlakom. Hemoglobin, protein rde�ih krvnih celic, veže kisik iz

vdihanega zraka. Na vsako molekulo hemoglobina se lahko vežejo štiri molekule kisika.

Spojini, ki pri tem nastane, pravimo oksihemoglobin. Kri, obogatena s kisikom, prite�e iz

plju� v srce, od koder se potem po arterijah porazdeli v tkiva organizmov [2].

Slika 4: Izmenjava plinov med alveoli in kapilarami [2].

3 MEHANIKA DIHANJA

Pri dihanju sodelujejo mišice, ki obdajajo plju�a in plju�no votlino, te pa posledi�no

vplivajo na tlak v plju�ih, na površinsko napetost in elasti�nost plju�. Plju�a pri dihanju

opravljajo delo in porabljajo energijo.

3.1 DIHALNE MIŠICE

Vsako plju�no krilo pokriva tanka opnasta mrena, ki se imenuje poprsnica ali plevra. Na

robovih plju� se zaviha nazaj in prestopi na notranjo stran prsnega koša tako, da sestavlja

okrog vsakega plju�nega krila dvojno plast. V tem prostoru je majhna koli�ina mazalne

teko�ine, ki omogo�a nemoteno kr�enje in širjenje plju�. Notranja plast je priraš�ena na

plju�a, zunanja pa na prsni koš, ki pomaga, da se plju�a med dihanjem gladko gibljejo.

Medrebrne mišice, ki ležijo med rebri, pomagajo pri gibanju prsnega koša in tako

sodelujejo pri dihanju. Najpomembnejša dihalna mišica je trebušna prepona oziroma

diafragma. Ta lo�uje prsno votlino od trebušne, kot je prikazano na sliki 5. Ko se prepona

skr�i, se prsna votlina pove�a in tlak v njej se zmanjša. Zaradi izena�itve tlaka, ste�e zrak v

6

plju�a. Ko se prepona sprosti, se prsni koš skr�i, to zve�a tlak v plju�ih in zrak ste�e iz

plju� [2].

Slika 5: Vloga trebušne prepone pri dihanju [2].

Plju�a se lahko raztegnejo in skr�ijo na dva na�ina. Prvi na�in je s premikanjem trebušne

prepone gor in dol. Drugi na�in je z dvigovanjem rebrne kletke. Dihalne mišice se delijo na

inspiratorne mišice, ki ob vdihu dvigujejo prsni koš in ekspiratorne mišice, ki ob izdihu

spuš�ajo prsni koš.

Inspiratorna mišica je diafragma oz. trebušna prepona, ki se pri normalnem dihanju

premakne navzdol za 1 do 2 centimetra, pri globokem dihanju, pa se zniža tudi za 10

centimetrov. Pri tem izrine abdominalno vsebino, ki potisne rebra navzgor in narazen. Pri

izdihu se trebušna prepona sprosti, stene prsne votline stisnejo plju�a in iztisnejo zrak.

Rebra so pri izdihu obrnjena malce navzdol, kot je vidno na desni strani slike 5. Pri vdihu,

ko je rebrna kletka dvignjena, pa gledajo rebra ravno naprej, kot je vidno na levi strani

slike 5. Prsni koš se med maksimalno inspiracijo pove�a za 20 odstotkov glede na stanje po

maksimalni ekspiraciji. Pri izdihu sodelujejo tudi inspiratorne mišice, katere ugladijo

prehod. Pri pospešenem dihanju in pri plju�nih obolenjih sodelujejo inspiratorne mišice

tudi pri izdihu, takrat jih poimenujemo ekspiratorne mišice [2].

3.2 TLAKI V PLJU�IH

Ob delovanju dihalnih mišic se v plju�ih ustvarja tlak. Tlaki, ki so pomembni pri dihanju

so: zunanji oz. t.i. atmosferski tlak (p0), tlak v alveolih (pa) in transpulmonalni tlak (pL).

Atmosferski tlak je zunanji zra�ni tlak na površju Zemlje oz. v prostoru, kjer oseba diha.

7

Ker so pri meritvah pomembne zgolj razlike tlakov, ne pa tudi absolutne vrednosti, se za

izhodiš�no vrednost izbere atmosferski tlak (p0). Potemtakem sledi, da so tlaki, ki so višji

od atmosferskega pozitivni, nižji pa negativni. Tlak se pri spirometriji meri v cm H2O, kjer

vrednost pomeni razmik gladin v U cevki, ki je napolnjena z vodo. 1 mmHg ustreza 1,36

cm H2O, saj ima živo srebro 13,6-krat ve�jo gostoto, 1 cm H2O pa ustreza tlaku 100 Pa.

Slika 6: Tlaki v plju�ih.

Alveolni tlak (pa) je v vseh delih respiratornih poti vse do alveolov približno enak in znaša

takrat, ko zrak v plju�ih miruje, toliko kot atmosferski tlak, zato je njegova vrednost 0 cm

H2O. Da med vdihom ustvarimo tok zraka proti alveolu, mora alveolni tlak pasti pod

vrednost atmosferskega tlaka, se pravi pod 0 cm H2O. Med izdihom je ta tlak nad

atmosferskim in znaša približno 1 cm H2O. Ta tla�na razlika potisne zrak iz plju�.

Transpulmonalni tlak ( Lp ) je enak razliki med alveolnim ( Ap ) in plevralnim tlakom

( IPp ):

IPAL ppp −= , (1)

pri �emer je slednji, tlak v plevralni teko�ini, ki se nahaja med ovojnicama (pleurama) na

površini plju� in steni prsnega koša. Funkcija transpulmonalnega tlaka je, da razpenja

plju�a. Shematsko so mesta tlakov prikazana na sliki 6. Tlaki v plju�ih vplivajo na

podajnost plju� in na zlivanje alveolov [1], kar bomo opisali v nadaljevanju.

alveolni tlak (pa)

atmosferski tlak (p0).

transpulmonalni tlak (pl)

plevralnim tlakom (pip)

8

Pri izdihu tlak vzdolž dihalnih poti pada zaradi upora toka zraka ob dihalnih poteh. V

dolo�eni to�ki dihalnih poti, znotraj prsnega koša pade tlak toka zraka na vrednost, ki je

enaka tlaku zunaj bronhiolov, le-ta pa je približno enak plevralnemu tlaku. To mesto, kjer

se tlaka v bronhiolih in izven njih izena�ita, se imenuje to�ka enakih tlakov. Od te to�ke

naprej proti grlu je tlak v bronhiolih manjši kot tlak izven njih, zato v tem odseku plevralni

tlak stisne dihalne poti, kar imenujemo dinami�na kompresija dihalnih poti. Pri zdravem

�loveku je ta to�ka v predelu velikih bronhiolov, pri bolniku z obstruktivno boleznijo pa se

spusti do majhnih bronhiolov.

Pogoj za dinami�no kompresijo dihal je pozitiven plevralni tlak, do katerega pride med

forsiranim izdihom. �e �lovek globoko vdihne in nato izdihne z vso mo�jo ekspiratornih

mišic, postane plevralni tlak pozitiven, saj se prostornina prsnega koša zaradi kr�enja

ekspiratornih mišic hitreje zmanjšuje, kot pa se plju�a praznijo. Pri astmatikih, ki imajo

zožene dihalne poti, morajo torej za izdih ekspiratorne mišice mo�neje delovati, kar

posledi�no ustvari pozitiven plevralni tlak in pri hujših oblikah tudi dinami�no kompresijo

dihal. Mo�nejše kontrakcije ekspiratornih mišic namre� ne morejo bistveno popraviti

ekspiratornega pretoka, saj je gradient tlakov v notranjem segmentu bronhiolov, ki dolo�a

pretok med forsiranim izdihom, enak transpulmonalnemu tlaku [1].

3.3 PODAJNOST IN ELASTI�NOST PLJU�

Vrednost, za kolikšen volumen se plju�a pri dihanju raztegnejo pri neki transpulmonalni

tla�ni razliki, se imenuje podajnost plju�. Celotna podajnost plju� (angl. compliance) pri

zdravem odraslem �loveku znaša okoli 200 mL zraka na cm H2O transpulmonalnega tlaka

in se izra�una po ena�bi:

dpdV

C = . (2)

Podajnost plju� je dolo�ena z elasti�no silo plju�, ta pa je odvisna od elasti�nosti tkiva in

površinske napetosti teko�ine, ki pokriva površino notranjih sten alveolov [1].

Pri spremembi tlaka za 1 cm H2O se plju�ni volumen po nekaj sekundah pove�a za 200

mL. Podajnostni diagram plju� na sliki 7 kaže spremembe plju�nega volumna glede na

spremembe plevralnega tlaka. Krivulji za vdih in izdih se razlikujeta. Imenujeta se

inspiratorna krivulja (vdih) in ekspiratorna krivulja (izdih).

9

Slika 7: Podajnostni diagram plju� pri zdravi osebi [1].

Zna�ilna oblika podajnostnega diagrama je dolo�ena z elasti�nimi silami in s površinsko

napetostjo snovi v alveolih. Na sliki 8 opazimo, da histereza prakti�no izgine, ko so plju�a

napolnjena s solno raztopino, ki zmanjša površinsko napetost. Krivulja postane tudi bolj

strma.

Slika 8: Podajnostni diagram plju� napolnjenih s solno raztopino (levi diagram) in z

zrakom (desni diagram) [1].

Kadar so plju�a napolnjena z zrakom, obstaja med alveolno teko�ino in zrakom v alveolih

interakcija. Ko je v plju�ih solna raztopina, ni te interakcije med zrakom v alveolih in

teko�ino. Zato pri tem ni prisoten efekt površinske napetosti, dejavne pa so le elasti�ne

sile. Iz tega opazimo, da je za razteg plju� napolnjenih z zrakom, potreben plevralni tlak.

Ta je trikrat ve�ji kot tlak, ki je potreben za razteg plju�, katera so napolnjena s solno

10

raztopino. Iz tega sklepamo, da elasti�ne sile tkiva predstavljajo le tretjino elasti�nosti

plju�. Dve tretjini pa predstavlja površinska napetost v alveolih.

3.4 ZLIVANJE ALVEOLOV

�e imamo dva alveola, enega z manjšim in drugega z ve�jim polmerom ter enakima

koeficientoma površinske napetosti na obeh straneh, je tlak v manjšem alveolu ve�ji, kot

pa v velikem, zato se manjši alveol zlije v ve�jega (slika 9).

�e pa je koeficient površinske napetost v ve�jem alveolu ve�ji kot pri manjšem, to privede

do izena�itve tlakov tako, da je tlak v obeh alveolih približno enak in do zlitja ne pride.

Slika 9: Zlivanje alveolov [1].

V plju�ih pokriva alveole površinsko aktivna snov, ki zmanjšuje površinsko napetost

alveolov. To je kompleksna mešanica imenovana surfaktant, ki je sestavljena iz

fosfolipidov, proteinov in razli�nih ionov. Zna�ilnost tega surfaktanta je, da je njegov

koeficient površinske napetosti odvisen od polmera alveola. Manjši kot je polmer, manjši

je koeficient površinske napetosti. Ta odvisnost pa ni kar premo sorazmerna, temve�

mo�nejša, zato je sistem dveh alveolov z razli�nima polmeroma lahko stabilen. Surfaktant

v alveolih ima naslednje fiziološke u�inke: zmanjša miši�ni napor za raztegnitev plju�,

pomaga prepre�evati sesedanje alveolov ob koncu izdiha, stabilizira jih, kajti alveoli težijo

k razli�nim hitrostim praznjenja. Tisti, ki se praznijo hitreje, povzro�ajo manjšo površinsko

napetost, kar upo�asni hitrost praznjenja. Tisti z manjšo hitrostjo pa imajo višjo površinsko

napetost in jih zato dohitevajo.

11

3.5 UPORNOST DIHALNIH POTI

Volumski pretok je dolo�en s prostornino teko�ine (dV), ki ste�e v kratkem �asu (dt) skozi

izbran presek in je definiran z ena�bo:

dtdV

V =Φ (3)

Pretok zraka v plju�ih poganja razlika tlakov ( p∆ ), odvisen pa je tudi od upora dihalnih

poti (R). Zvezo podaja naslednja ena�ba

pRV ∆=Φ 1

(4)

Pretok zraka ima enoto L/s.

Slika 10: Laminarni tok [1].

Iz Poiseuillovega zakona pri laminarnem toku, ki je shematsko prikazan na sliki 10,

nestisljive viskozne teko�ine pri majhnih vrednostih Reynoldsovega števila lahko

izpeljemo ena�bo za upor:

4

8r

lR

πη= (5)

kjer je r je polmer cevi, � dinami�na viskoznost teko�ine in l dolžina cevi. Upor R je najbolj odvisen od radija cevi oziroma v našem primeru dihalnih poti. Enota za upor, ki se

uporablja v fiziologiji in medicini, je

sl

OcmH 2 . Pri zdravih ljudeh znaša upor dihalnih poti

12

sl

OcmH 25,1 . Lahko se giblje med 0,6 in 2,3

sl

OcmH 2 . Pri bolezni dihal lahko v ekstremnih

primerih doseže vrednost do 10

sl

OcmH 2 .

80 % celotnega upora oziroma trenja v plju�ih je posledica upora med zrakom in stenami

dihalnih poti, 20 % pa je posledica trenja med tkivi.

V primerih, ko so dihalne poti zelo razvejane in v primerih, ko je tok zraka turbulenten

(slika 11), se upornost dihalnih poti mo�no pove�a. 80 % upora v zgornjih dihalnih poteh

je zaradi turbulentnega gibanja zraka.

Slika 11: Razvejan tok (levo) in turbulentni tok (desno) [1].

Kdaj je tok laminaren, nam pove Reynoldsovo število (Re), ki ga izra�unamo z ena�bo:

ηρvr2

Re = , (6)

kjer je r polmer dihalne poti, v hitrost gibanja teko�ine, ρ gostota teko�ine in η dinami�na

viskoznost. �e je Re < 2000, je tok v valjasti cevi laminaren. Ker so dihalne poti zelo

razvejane, je v plju�ih težko sploh govoriti o laminarnem toku. Mogo�e ga je najti le v

ravnih delih najožjih dihalnih poti, kjer je hitrost gibanja zraka zelo majhna, vendar so taka

podro�ja zelo kratka. Tok zraka v plju�ih je torej ve�inoma turbulenten, pri �emer velja, da

je pretok premo sorazmeren s kvadratnim korenom tla�ne razlike ( p∆ ). Potemtakem je

pri turbulentnem toku potrebna ve�ja tla�na razlika za enak volumski pretok kot pri

laminarnem toku.

13

3.6 DELO DIHANJA

Pod normalnimi pogoji mišice opravljajo delo le pri vdihu, pri izdihu pa ne. Delo plju� pri

vdihu lahko delimo na tri dele:

• delo, ki je potrebno za raztegnitev plju� proti elasti�nim silam med plju�i in prsi

(delo podajnosti ali elasti�no delo);

• delo, ki je potrebno za premagovanje viskoznosti med plju�i in stenami prsne

votline (delo tkivne upornosti);

• delo, ki je potrebno za premagovanje upora dihalnih poti (delo upornosti dihalnih

poti).

3.8 ENERGIJA POTREBNA ZA DIHANJE

Pri normalnem dihanju v mirovanju predstavlja mehanska mo� dihanja 3 % do 5 %

celotnega energijskega toka metabolizma. Ta znaša v mirovanju okrog 100 W, kar pomeni,

da je mehanska mo� dihanja v mirovanju od 3 do 5 W. Med težko vadbo se mehanska mo�

poviša tudi do 50-krat, še posebej, �e ima �lovek kakršnokoli pove�ano upornost dihalnih

poti ali zmanjšano plju�no podajnost.

4 PLJU�NA VENTILACIJA

Plju�na ventilacija je izmenjava zraka v plju�ih. Vse prej naštete in opisane fizikalne

koli�ine omogo�ajo plju�no ventilacijo. Plju�no ventilacijo lahko tudi merimo. Te meritve

se imenujejo spirometrija. Spirometrija je temeljna funkcijska preiskava plju�. S spirometri

merimo plju�ne volumne in kapacitete.

4.1 PLJU�NI VOLUMNI IN KAPACITETE

Kazalci plju�ne funkcije so plju�ni volumni. Maksimalni volumen plju� je tipi�no med 5 in

6 litri. Poznamo štiri plju�ne volumne. Prvi je rezidualni volumen (RV). To je volumen

zraka, ki ostane v plju�ih po maksimalnem izdihu. Ta znaša okoli 1,7 L. Naslednji je

ekspiratorni rezervni volumen (ERV). To je tisti dodatni volumen, ki ga preiskovanec še

izdihne po normalnem izdihu. Ta znaša okoli 1,3 L. Naslednji je dihalni volumen (TV)

14

(angl. tidal volume), to je volumen zraka, ki ga preiskovanec vdihne in izdihne pri

normalnem dihanju. Znaša okrog 0,4 L. Inspiratorni rezervni volumen (IRV) je volumen, ki

ga lahko preiskovanec še dodatno vdihne po normalnem vdihu. Ta znaša okoli 2,4 L.

Tipi�ne vrednosti posameznih volumnov so podrobneje navedene v tabeli 1. Pri volumnih

je pomemben tudi forsiran ekspiratorni volumen v prvi sekundi (FEV1). Ponavadi znaša

okoli 80% vitalne kapacitete (VC). Moramo pa še omeniti mrtvi prostor. To je volumen

vdihanega zraka, ki ne pride do alveolov, kjer poteka izmenjava plinov, temve� ostane v

dihalnih poteh. Njegov volumen je približno 0,2 L.

�e seštejemo vse volumne, vidimo, da se v plju�ih zadržuje okoli 6 L zraka, to je totalna

plju�na kapaciteta (TLC):

TLC = ERV+TV+IRV+RV, (7)

kjer je ERV ekspiratorni rezervni volumen, TV dihalni volumen, IRV inspiratorni rezervni

volumne in RV rezidualni volumen.

Vitalna kapaciteta (VC) je seštevek inspiratornega rezervnega volumna (IRV) in

ekspiratornega rezervnega volumna (ERV) oziroma volumen zraka po skrajnem vdihu:

VC = IRV+ERV+TV. (8)

Funkcionalna rezidualna kapaciteta (FRC) je seštevek rezidualnega volumna (RV),

dihalnega volumna (TV) in ekspiratornega rezervnega volumna (ERV):

FRC = ERV+ RV+TV. (9)

Inspiratorna kapaciteta (IC) je vsota dihalnega (TV) in inspiratornega rezervnega volumna

(IRV) ter je najve�ja prostornina, ki jo lahko vdihnemo po mirnem izdihu:

IC = TV+ IRV . (10)

15

Forsirana vitalna kapaciteta (FVC) je prostornina zraka, ki jo lahko preiskovanec kar se da

hitro izdihne po maksimalnem vdihu. Plju�ne kapacitete so torej seštevki razli�nih

volumnov.

Slika 12 prikazuje volumen izdihanega zraka pri spirometriji v odvisnosti od �asa, kar

imenujemo tudi spirogram. S spirograma dolo�imo posamezne volumne, ki so pomembni

za dolo�itev plju�ne funkcije. Volumni, ki so ozna�eni na spirogramu so naslednji:

- dihalni volumen (TV) je prikazan kot razlika med minimalnim in maksimalnim

volumnom pri normalnem dihanju;

- inspiratorni rezervni volumen (IRV) je volumen zraka, ki ga lahko vdihnemo po

normalnem vdihu in je na grafu dosežen ob �asu pribl. 1,5 s;

- forsiran ekspiratorni volumen v prvi sekundi (FEV1) je volumen, ki se izdiha v prvi

sekundi po dosegi maksimalnega plju�nega volumna. Na sliki je obmo�je ene

sekunde obarvano rde�e;

- ekspiratorni rezervni volumen (ERV) predstavlja razliko volumnov med normalnim

izdihom in popolnim izdihom, ki je v tem primeru dosežen kar ob forsiranem

izdihu.

Zeleno obarvano obmo�je predstavlja rezidualni volumen (RV), t.j. volumen zraka, ki

ostane v plju�ih tudi po maksimalnem izdihu in ga s spirometrijo ne moremo izmeriti.

Na grafu so prikazane še plju�ne kapacitete, ki jih izra�unamo iz posameznih

izmerjenih volumnov.

16

Slika 12 : Plju�ni volumni in kapacitete [4].

V tabeli 1 pa so prikazane tipi�ne vrednosti posameznih volumnov.

Tabela 1: Tipi�ne vrednosti volumnov in kapacitet [4].

Volumni in kapacitete Tipi�ne vrednosti [L]

TV ( dihalni volumen) 0,4 - 0,5

VC (vitalna kapaciteta) 3,4 - 4,5

RV (rezidualni volumen) 1,5 - 1,9

TLC (totalna plju�na kapaciteta) 4,9 - 6,4

FRC (funkcionalna rezidualna kapaciteta) 2,6 - 3,4

IC (inspiratorna kapaciteta) 2,3 - 3,0

IRV (inspiratorni rezervni volumen) 1,9 - 2,5

ERV ( ekspiratorni rezervni volumen) 1,1 - 1,5

Pri izvedbi meritev plju�nih volumnov in kapacitet je za dobre rezultate meritev potrebno

zelo dobro sodelovanje preiskovanca. Pri tem moramo zagotoviti, da je dihanje skozi

17

nosno votlino onemogo�eno. Ob meritvi dobi preiskovanec na nos š�ipalko, ki zapre

pretok zraka skozi nos.

Preiskovanec maksimalno vdihne in nato izdiha ves zrak v spirometer. Aparat izriše

krivuljo v diagramu izdihanega volumna v odvisnosti od �asa, kot je prikazano na sliki 13.

Maksimalni izdihani volumen predstavlja vitalno kapaciteto. Dolo�imo pa lahko tudi

volumen zraka, ki ga preiskovanec izdihne v prvi sekundi. Ta volumen imenujemo forsiran

ekspiratorni volumen v prvi sekundi (FEV1). Zdravi ljudje izdihajo v prvi sekundi

približno 70-80 % vitalne kapacitete. So�asno lahko merimo tudi volumski pretok zraka v

odvisnosti od �asa. �e preiskovanec izdihne zrak z maksimalnim naporom, lahko s tega

grafa ocenimo maksimalni pretok, ki je prav tako zelo pomemben podatek za ugotavljanje

bolezenskih stanj. Poleg odvisnosti volumen-�as in pretok-�as lahko prikažemo še

odvisnost pretoka od volumna izdihanega zraka. Ta odvisnost je prikazana na sliki 14. Na

tem diagramu lahko zdravnik opazi bolezenska stanja. Kot bomo videli v nadaljevanju, so

pri preiskovancih z obolenji plju� odvisnosti razli�ne kot pri zdravih osebkih.

Pri boleznih plju�, na primer pri kroni�ni obstruktivni bolezni, se odvisnosti razlikujejo. Na

slikah sta prikazani odvisnosti: volumna od �asa (slika 13) in pretok od volumna (slika 14)

za normalno (�rna krivulja) in bolezensko stanje (rde�a krivulja). Na sliki 13 vidimo, da se

�asa vdiha in izdiha podaljšata, kar pomeni, da so pretoki pri vdihu in izdihu manjši kot

normalno. To je razvidno iz slike 14.

Slika 13: Odvisnost izdihanega volumna zraka od �asa pri zdravem (�rna krivulja) in

obolelem (rde�a krivulja) osebku [3].

18

Slika 14: Pretok v odvisnosti volumna pri zdravem (�rna krivulja) in obolelem (rde�a

krivulja) osebku [3].

4.2 MERJENJE IN MERILNIKI PLJU�NIH VOLUMNOV

Plju�ne volumne merimo s spirometrom. Grafe, ki jih dobimo pri meritvi s spirometrom,

imenujemo spirogrami. Preprosti spirometer, kot ga lahko vidimo na spodnji sliki 15, je

pred ve� kot sto leti izdelal angleški zdravnik J. Duthchinson. Sestavljen je iz dveh posod.

V spodnji posodi je voda. Druga posoda je obrnjena narobe in potopljena v spodnjo. Skozi

steno spodnje je napeljana cevka do notranjosti zgornje posode. Zgornja posoda je preko

škripca povezana z utežjo. Na drugi strani škripca je pisalo, ki na papir zarisuje krivuljo.

Ko skozi cevko pihnemo, se zgornja posoda dvigne, pri vdihu pa spusti in pisalo zariše

krivuljo, ki se imenuje spirografski zapis.

19

Slika 15: Shematski prikaz preprostega vodnega spirometra [1].

Sodobni spirometri so ra�unalniško vodeni. V ra�unalnik je treba vnesti klju�ne faktorje in

tako program to�no izra�una kon�ne rezultate. Ti faktorji pa so: starost, teža in velikost.

Sodobni spirometer je prikazan na sliki 16. Sestavljen je iz ra�unalnika in senzorja, ki

pretok zraka pretvori v elektri�ni analogni signal in nato naprej v digitalni signal preko

analogno-digitalnega (A/D) pretvornika, ki ga lahko zajamemo z ra�unalnikom in

obdelamo. Glavni namen pretvornika signalov je pretvorba signala iz analogne v digitalno

obliko. Pomembno je, da je pretvorba kakovostna in hitra. Pretvornik mora izlo�iti zunanje

šume in vplive, ki vplivajo na pretvorbo oz. mora le-te izni�iti. Glavni sestavni del

spirometra je anemometer, t.j. merilec hitrosti teko�ine – v našem primeru zraka. V

primeru spirometrov, ki se uporabljajo v medicinske namene, je merilec hitrosti Pitot-

Prandtl-ova cev, v kateri senzor za tlak meri tla�ne razlike in jih prera�unava v hitrost.

Zna�ilnost takih spirometrov je tudi, da podatke obdelujejo prakti�no v realnem �asu.

20

Slika 16: Spirometer iz pulmološke ambulante.

4.2.1 PEF-METER

PEF-meter (merilec maksimalnega pretoka; angl. Peak Flow meter) je najstarejši merilec

maksimalnega pretoka izdihanega zraka (PEF). Prikazan je na sliki 17.

Slika 17: PEF meter [8].

S PEF-metrom si lahko plju�no funkcijo izmeri oseba sama. Te merilce najpogosteje

uporabljajo bolniki, ki bolehajo za astmo. PEF-meter je priro�en aparat, ki pokaže,

kolikšen je najve�ji pretok v L/min. Znotraj tulca je trda plasti�na ploš�ica v obliki kroga,

ki se tesno prilega ohišju. Nanjo je pripeta vzmet, ki se pod vplivom delovanja sile

izdihanega zraka do dolo�ene mere raztegne, kazalec, ki pa ga ploš�ica pred sabo potiska

navzgor, pa pokaže maksimalni raztezek vzmeti. Ta raztezek je na skali prikazan kot

volumski pretok z enoto L/min. Postopek merjenja poteka tako, da oseba globoko zajame

zrak v plju�a in hitro v eni sapi z vso mo�jo izdihne zrak v aparat. Meritev mora oseba

21

ponoviti vsaj trikrat zaporedoma in zapisati najve�jo vrednost. Kakovost meritve je

uspešna, �e se dve najboljši meritvi ne razlikujeta za ve� kot 50 L/min [8].

4.2.2 METODA: IZPIRANJE DUŠIKA

To je metoda, pri kateri izpirajo dušik iz alveolov z vdihavanjem �istega kisika O2 iz

jeklenke, izra�una pa se rezidualni volumen (RV), tukaj ozna�en z Vp. Koncentracija

dušika v plju�ih je na za�etku ( zNC 2 ) poznana in je kar enaka koncentraciji dušika v zraku.

Predpostavimo, da je delež dušika v zraku pred meritvijo približno 80 %. Med vdihom 100

% O2 se koncentracija dušika zmanjša (na CN2), kar je shematsko prikazano sliki 18.

Slika 18: Shematski prikaz za merjenje rezidualnega volumna plju� (RV) z metodo

izpiranja dušika [1].

Med izdihom potuje zrak (obenem pa tudi dušik), ki ga izdihnemo, v balon. Ta balon ima

za�etni volumen enak ni�. Koncentracija izdihanega dušika v balonu je CN2. �as izpiranja

dušika traja približno 7 minut pri normalnem dihanju. Po kon�anem izpiranju izmerimo

vrednosti volumna balona (Vb) in koncentracijo dušika (CN2) v balonu. Ker se množina

dušika v celotnem postopku meritve ohranja, lahko zapišemo ena�bo:

22 NbpzN CVVC ⋅=⋅ . (11)

Iz te ena�be lahko izra�unamo za�etni plju�ni volumen (Vp):

zN

Nbp C

CVV

2

2⋅= . (12)

22

�e diha preiskovanec 7 minut s pretokom 6 L/min, je kon�ni volumen balona (Vb)

približno 40 litrov. Koncentracija dušika v balonu (CN2) je približno 4 %. Iz teh podatkov

dobljen plju�ni volumen, to�neje rezidualni volumen (RV), znaša 2 L.

4.2.3 METODA: RAZRED�ENJE PLINA - HELIJA

Metoda razred�enja plina - helija, je metoda, s katero prav tako merimo rezidualni

volumen (RV). Preiskovanec je povezan s spirometrom, kot je razvidno na sliki 19.

Spirometer vsebuje znano koncentracijo helija. Preiskovanec za�ne po odprtju ventila na

cevki iz spirometra vdihavati helij. Po nekaj vdihih se koncentraciji helija v spirometru in v

plju�ih izena�ita. Ker je helij slabo topljiv v vodi in v krvi, je koli�ina helija pred in po

izena�itvi koncentracije enaka. Vdihovanje helija in premikanje spirometra je shematsko

prikazano na sliki 19. Koncentracija helija (CHez) pred za�etkom vdihavanja je približno 10

%, volumen spirometra (Vs) pred za�etkom merjenja pa je približno 2 L.

Slika 19: Shematski prikaz za merjenje rezidualnega volumna plju� (RV) z metodo

razred�enja helija [1].

Po izena�itvi koncentracije je v plju�ih in spirometru koncentracija helija (CHek) le

približno 5 %. Ker je volumen spirometra pred in po vdihavanju helija enak, lahko

zapišemo ena�bo za ohranitev množine snovi:

)( pskHeszHe VVCVC +⋅=⋅ . (13)

Iz ena�be 13 izpeljemo:

23

)1( −=kHe

zHesp C

CVV . (14)

Tudi s pomo�jo metode razred�enja plina s helijem je dobljeni rezultat za rezidualni

rezervni plju�ni volumen (RV) v povpre�ju okrog 2 L [1].

4.2.4 TELESNA PLETIZMOGRAFIJA

Telesna pletizmografija je preiskava plju�, ki jo izvajajo le specializirani centri. S to

preiskavo se ugotavlja restrikcija (zmanjšana plju�a), za katero je zna�ilno zmanjšanje vseh

plju�nih volumnov. Na restrikcijo se lahko s spirometrijo le posumi, dokaže pa se jo s

telesno pletizmografijo, s katero se dolo�i funkcionalno rezidualno kapaciteto (FRC). Pri

preiskavi je zelo pomembno sodelovanje preiskovanca. To preiskavo se izvede tako, da se

preiskovanca zapre v zrakotesno komoro, ki je prikazana na sliki 20. Preiskovanec diha

zrak, ki se mu ga preko cevke dovaja od zunaj. Na tej cevki je priklju�en natan�en

manometer, ki meri tlak na mestu, kjer preiskovanec diha skozi usta. Komora je povezana

tudi s spirometrom, ki se nahaja zunaj in meri volumne vdihanega oz. izdihanega zraka

preko sprememb volumna zraka v komori, do katere pride zaradi sprememb v volumnu

prsnega koša, ko preiskovanec diha. Na sliki 20 je spirometer viden v spodnjem levem

kotu. Ker je temperatura zraka v komori približno konstantna in ker je množina snovi

nespremenjena tekom meritve, lahko za dolo�itev FRC uporabimo plinsko ena�bo v obliki:

.konstVp =⋅ (15)

Iz spremembe tlaka v komori in znane spremembe volumna plju� lahko izra�unamo

volumen zraka, ki ostane v plju�ih po koncu izdiha, t.j. funkcionalno rezidualno kapaciteto

(FRC).

24

Slika 20: Shematski prikaz merjenja funkcionalne rezidulane kapacitete (FRC) po principu

telesne pletizmografije [1].

Meritev poteka po slede�em postopku. Oseba najprej normalno diha skozi cevko, nato pa

popolnoma izdihne. Takoj za tem se na cevki zapre ventil. Volumen zraka, ki po popolnem

izdihu ostane v plju�ih je ravno enak forsirani rezidualni kapaciteti oz. FRC, ki ga tukaj

ozna�imo z (V1), tlak v ustih pa je enak normalnemu zunanjemu zra�nemu tlaku (p1), saj

zrak ob koncu izdiha ne te�e ve�. Ko se ventil zapre, naredi preiskovanec navidezen vdih,

pri �emer se volumen plju� pove�a malenkostno pove�a, npr. za pV∆ , ker pa se množina

snovi v plju�ih ne spremeni (preiskovanec dejansko ni vdihnil ni� zraka), mora v skladu s

plinskim zakonom tlak v plju�ih pasti. Ta padec izmeri manometer, ki je priklju�en na cev

z ustnikom. Kon�ni tlak v plju�ih je potemtakem ppp ∆−= 12 , kon�ni volumen plju� pa

je V1+ pV∆ . Tipi�ni vrednosti izmerjeni ob meritvi sta: pV∆ je 50 ml in p∆ je12 mmHg.

Zunanji zra�ni tlak je 760 mmHg.

Po ena�bi 15 sledi:

)()( 1111 pVVppVp ∆+⋅∆−=⋅ . (16)

Iz ena�be 16 izrazimo V1:

ppp

VV p ∆−∆⋅∆=1 , (17)

25

ki ob predpostavljenih podatkih znaša 3,1 L. Ta izra�unani volumen (V1) je funkcionalna

rezidualna kapaciteta plju� (FRC) [1].

5 SPIROMETER S TERMOANEMOMETROM

5.1 SESTAVNI DELI SPIROMETRA S TERMOANEMOMETROM

Sestavni deli spirometra s termoanemometrom so:

• snemalnik podatkov in A/D pretvornik Almemo 2590 (slika 21),

• senzor hitrosti zraka in merilna sonda (Slika 22) in

• ra�unalnik.

Slika 21 : Merilni instrument Almemo 2590 [9].

Almemo 2590 je ro�ni merilni instrument z grafi�nim ekranom in spominsko kartico.

Lahko se uporablja kot samostojen merilec z izbrano merilno sondo ali pa se priklju�i na

ra�unalnik, na katerem kasneje dobljene meritve obdelujemo. Z njim lahko merimo

temperaturo, atmosferski tlak, vlažnost, pH,… Možno je meriti posamezne vrednosti ali

ve� vrednosti hkrati.

26

Slika 22: Senzor hitrosti zraka podjetja TSI model 8455 z merilno sondo na vro�o žico

(termoanemometer) [10].

Merilna sonda (termoanemometer) vsebuje termistor z vro�o žico, ki je zelo ob�utljiv

senzor, saj lahko meri tudi zelo majhne hitrosti zraka. Uporablja se za merjenje hitrosti v

klimatskih napravah, pri prezra�evanju, pa tudi pri meritvah zra�nega toka na delovnih

mestih v zaprtih prostorih. Deluje kot temperaturno odvisni polprevodnik (NTC –

negativni temperaturni koeficient), ki je vstavljen v merilno napravo in ga segreva

elektri�ni tok, ki te�e skozenj. Segret polprevodnik se hladi, ko je izpostavljen zra�nemu

pretoku, saj je padec temperature odvisen od le-tega. Kontrolno elektri�no vezje vzdržuje

temperaturo elementa na merilni sondi konstantno. Potemtakem je kontrolni elektri�ni tok

sorazmeren s hitrostjo zraka.

5.2 MERITEV S TERMOANEMOMETROM

V postopku meritev uporabimo zgoraj naštete merilnike in pripomo�ke. Za priklju�itev

merilnika hitrosti zraka model 8455 potrebujemo napajalnik enosmerne napetosti med 12

in 35 V. Enosmerno napetost smo nastavili na 16 V. K pretvorniku priklju�imo A/D

pretvornik, ki je hkrati tudi pomnilnik podatkov, Almemo 2590. Merilni senzor merilnika

hitrosti zraka je nameš�en v sredino merilne cevi. Postavitev poskusa je prikazana na sliki

23. V to cev pri meritvi pihamo. Pretvornik Almemo 2590 je možno preko serijskega

priklju�ka RS-232 povezati z ra�unalnikom, vendar je �asovni interval direktnega zajema

podatkov v ra�unalnik prepo�asen (�t=1 s). Zato se za�asno meritve med samim potekom

merjenja zapisujejo v interni pomnilnik te naprave, po posamezni kon�ani meritvi pa se

podatki prenesejo na osebni ra�unalnik in se obdelajo. Na merilniku hitrosti zraka je

možno nastaviti �asovni interval osveževanja vrednosti izhodnega signala in razpon skale

27

izmerjenih vrednosti. �asovni interval izhodnega signala smo v našem primeru nastavili na

minimalno vrednost 0,05 s, razpon skale merilnika pa na 0-30 m/s. Interval izhodne

napetosti na merilniku hitrosti je prav tako možno izbirati. Zaradi najlažje pretvorbe v

vrednost hitrosti smo izbrali interval 0-10 V, kar pomeni, da smo na pretvorniku Almemo

2590 nastavili faktor 3, ki je z njim pomnožil vhodne napetosti in na zaslonu izpisal enake

vrednosti hitrosti kot na samem merilniku hitrosti. V instrumentu Almemo je A/D

pretvornik, ki pretvarja analogni signal vhodne napetosti iz merilnika hitrosti v digitalni

signal s frekvenco 10 s-1, zato je �asovni korak shranjenih podatkov na tem pretvorniku 0,1

s.

Poskus se izvaja tako, da oseba diha skozi merilno cev, sproži se funkcija snemanja

podatkov, ki se shranjujejo v interni pomnilnik. Ob koncu se funkcija snemanja prekine.

Posneti podatki, ki se jih po koncu meritve prenese na ra�unalnik, so vrednosti hitrosti

zraka v odvisnosti od �asa. Le-te uvozimo v program Origin, kjer jih naprej obdelujemo.

Slika 23 : Postavitev poskusa.

V okviru diplomske naloge smo z omenjenimi aparaturami izvedli meritve iz katerih smo

dolo�ili ekspiratorni rezervni volumen (ERV), inspiratorni rezervni volumen (IRV), dihalni

volumen (TV), vitalno kapaciteto (VC), forsiran ekspiratorni volumen v prvi sekundi

(FEV1) in maksimalni pretok (PEF).

28

Meritev ekspiratornega rezervnega volumna (ERV)

Pri meritvi ekspiratornega rezervnega volumna (ERV) najprej normalno dihamo, nato pa po

zadnjem normalnem izdihu še dodatno izdihnemo do konca. Dobimo graf hitrosti v

odvisnosti od �asa, s katerega lahko od�itamo ERV (slika 24). Na grafu je lepo vidno

obdobje, ko oseba normalno diha. Hitrost zraka skozi cev se takrat spreminja med

približnima vrednostma 1 m/s in 7 m/s. Merilni senzor ne lo�i med hitrostima zraka v

razli�nih smereh, temve� dejansko beleži brzino zraka. Posamezni vrh v diagramu

ozna�uje vdih ali izdih. Za dolo�itev ERV je najbolj pomemben zadnji del diagrama, v

katerem vidimo visok porast hitrosti. Meritev je izvedena na tak na�in, da se zadnji

dokon�ni izdih lo�i od normalnega izdiha, saj oseba tik pred zadnjim izdihom za trenutek

po�aka, kar opazimo na diagramu kot zadnji minimum. Potemtakem celoten zadnji vrh

opisuje spreminjanje hitrosti ob dokon�nem izdihu.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 180,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

v [m

/s] x

10

t [s] Slika 24: Graf hitrosti v odvisnosti od �asa pri meritvi ekspiratornega rezervnega volumna

(ERV).

Da bi lahko izra�unali volumen izdihanega zraka, moramo najprej dolo�iti pretok zraka. To

storimo tako, da vrednosti hitrosti (v) pomnožimo s površino pre�nega preseka cevi (S), v

katero pri meritvi pihamo, kar opišemo z ena�bo:

v v SΦ = , (18)

kjer je vΦ volumski pretok, v hitrost zraka in S površina pre�nega preseka cevi.

29

Površina pre�nega preseka uporabljene cevi je konstantna in znaša (28±2)×10-3 dm2.

Vrednosti hitrosti v tabeli, izražene z enoto dm/s, pomnožimo z omenjeno vrednostjo

preseka in dobimo �asovno odvisnost volumskega pretoka z enoto dm3/s oz. L/s. Ker nas

zanima le dogajanje v zadnji fazi izdiha, analiziramo le ta del diagrama, ki je prikazan na

sliki 24 in prikazuje �asovno odvisnost volumskega pretoka z enoto L/s. Z omenjenega

diagrama je možno dolo�iti volumen izdihanega zraka v zadnjem kon�nem izdihu tako, da

se izra�una površino pod krivuljo. Namre�, volumski pretok je definiran kot:

( )V

dVt

dt= Φ , (19)

od koder izra�unamo preto�eni volumen zraka v danem �asovnem intervalu ( V∆ ) kot:

2

1

t

Vt

V dt∆ = Φ� . (20)

Potemtakem je integral krivulje na grafu na sliki 25 po celotnem prikazanem �asovnem

intervalu enak površini pod krivuljo, kar ustreza ERV. Omenjeni izra�un izvedemo kar v

programskem paketu Origin s funkcijo Analysis� Calculus � Integrate. V našem primeru

znaša ERV 1,9 L, napako meritve pa ocenimo na ±0,2 L. Ta rezultat je povpre�je petih

razli�nih meritev.

Slika 25: Graf volumskega pretoka z enoto L/s v odvisnosti od �asa pri meritvi

ekspiratornega rezervnega volumna (ERV) z ozna�eno površino.

30

Meritev inspiratornega rezervnega volumna (IRV)

Pri meritvi inspiratornega rezervnega volumna (IRV) najprej normalno dihamo, nato pa po

normalnem vdihu še vdihnemo do konca, kolikor gre. Podobno kot pri ERV je tudi za

dolo�itev IRV najbolj pomemben zadnji del diagrama, v katerem vidimo visok porast

hitrosti. Meritev je izvedena na tak na�in, da se zadnji dokon�ni vdih lo�i od normalnega

vdiha, saj oseba tik pred zadnjim vdihom za trenutek po�aka, kar opazimo na diagramu kot

zadnji minimum. Celoten zadnji vrh opisuje spreminjanje hitrosti ob dokon�nem vdihu.

Slika 26: Graf hitrosti v odvisnosti od �asa pri meritvi inspiratornega rezervnega volumna

(IRV).

Ker nas zanima le dogajanje v zadnji fazi vdiha, analiziramo le ta del diagrama, ki je

prikazan na sliki 26. Z omenjenega diagrama dolo�imo volumen izdihanega zraka v

zadnjem kon�nem vdihu na enak na�in kot pri ERV, in sicer da izra�unamo ploš�ino pod

krivuljo. Vrednost za inspiratorni rezervni volumen (IRV) je 1,5 L, napako meritve pa

ocenimo na ± 0,2 L. Ta rezultat je povpre�je petih razli�nih meritev.

31

19,6 19,8 20,0 20,2 20,4 20,6 20,8 21,00,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

ΦV [L

/s]

t [s] Slika 27: Graf volumskega pretoka zraka v odvisnosti od �asa pri merjenju inspiratornega

rezervnega volumna (IRV).

Meritev dihalnega volumna (TV)

Dihalni volumen (TV) je volumen vdihanega oz. izdihanega zraka pri normalnem dihanju.

Za ta namen analiziramo tiste dele krivulj, pridobljene pri prejšnjih meritvah, kjer je

dihanje normalno. Analizo opravimo za ve� vdihov in izdihov, s �imer dobimo boljšo

povpre�no vrednost. Slika 28 prikazuje spreminjanje volumskega pretoka v odvisnosti od

�asa za 4 zaporedne pare vdih-izdih. Rezultat integrala krivulje prikazane na sliki 28, po

celotnem �asovnem intervalu delimo z osem, saj nas zanima povpre�ni volumen

posameznega vdiha oz. izdiha. Rezultat za TV je v našem primeru 0,4 L, napako pa

ocenimo na ± 0,1 L. Ta rezultat je povpre�je petih razli�nih meritev.

32

Slika 28: Graf pretoka v odvisnosti od �asa pri merjenju dihalnega volumna (TV).

Meritev vitalne kapacitete (VC)

Vitalna kapaciteta (VC) je volumen zraka, ki ga izdihnemo po maksimalnem vdihu.

Merimo jo tako, da najprej normalno dihamo, nato globoko vdihnemo in globoko

izdihnemo. Graf na sliki 29 prikazuje �asovno spreminjanje volumskega pretoka zraka pri

tej meritvi. Prvi visoki porast vrednosti se nanaša na globok vdih, drugi še višji porast pa

na izdih.

Slika 29: Graf hitrost v odvisnosti od �asa za vitalno kapaciteto (VC) z ozna�enima

to�kama.

Analiziramo izdih (slika 29) in dobimo rezultat za vitalno kapaciteto (VC) 3,8 L, napako pa

ocenimo na ± 0,2 L. Ta rezultat je povpre�je petih razli�nih meritev.

33

Slika 30: Graf volumskega pretoka v odvisnosti od �asa za vitalno kapaciteto (VC).

Meritev forsiranega ekspiratornega volumna v prvi sekundi (FEV1)

Forsiran ekspiratorni volumen v prvi sekundi (FEV1) je volumen, ki ga izmerimo v prvi

sekundi maksimalnega izdiha po maksimalnem vdihu. Analiziramo ga iz slike 31. Nas

zanima drugi višji vrh, ki je izdih v prvi sekundi (slika 31).

Slika 31: Graf hitrost v odvisnosti od �asa za vitalno kapaciteto (VC) z ozna�enim

forsiranim ekspiratornim volumnom v prvi sekundi (FEV1).

Analiziramo izdih v prvi sekundi (slika 32) in dobimo rezultat za forsiran ekspiratorni

volumen v prvi sekundi (FEV1) 2,6 L, napako pa ocenimo na ±0,2 L. Zdravi ljudje

34

izdihajo v prvi sekundi 70-80 % vitalne kapacitete. Tudi v našem primeru je forsiran

ekspiratorni volumen v prvi sekundi (FEV1) 70-80 % vitalne kapacitete.

Slika 32: Graf pretoka v odvisnosti od �asa za forsiran ekspiratorni volumen v prvi

sekundi (FEV1).

Meritev maksimalnega pretoka (PEF)

Maksimalni pretok zraka je najve�ja koli�ina zraka, ki lahko ste�e skozi dihalne poti pri

izdihu. Izmerili smo ga z A/D pretvornikom Phywe Cobra 3, ki ima frekvenco zajemanja

10-krat ve�jo kot merilnik Almemo 2590. �as beleženja meritev smo v tem primeru

nastavili na 0,01 s, kar je manj kot je �as osveževanja meritev na termoanemometru 0,05 s.

Zaradi tega je odvisnost na sliki 33 videti bolj nazob�ana. Da smo lahko izra�unali

maksimalni pretok zraka, smo iz meritve, ki je prikazana na sliki 33, najprej od�itali

maksimalno hitrost pri izdihu in vrednost pomnožili s površino pre�nega preseka cevi (S).

Dobimo rezultat 6,2 L/s, napako pa ocenimo na ± 0,2 L/s. Ta rezultat je povpre�je petih

razli�nih meritev. Meritev maksimalnega pretoka smo izmerili tudi s PEF-metrom in dobili

rezultat 7,5 L/s.

35

Slika 33: Graf pretoka v odvisnosti od �asa za maksimalni pretok (PEF) .

6 SPIROMETRIJA V PLJU�NI AMBULANTI

V plju�ni ambulanti poleg diagnoze, ki je postavljena na osnovi rentgenske slike plju�,

opravijo še spirometrijo. Z le-to lahko natan�neje diagnosticirajo astmo ali kroni�no

obstruktivno plju�no bolezen (KOPB) ter druge plju�ne bolezni in jih med seboj tudi

razlo�ujejo. Preiskavo opravi za to usposobljen medicinski delavec, ki da navodila, kako je

potrebno dihati. Na nosu ima preiskovanec š�ipalko, da zrak ne uide skozenj. Ta preiskava

traja nekaj minut, rezultati pa so znani takoj po preiskavi.

V zasebni internisti�no - pulmološki ambulanti dr. med. Sonje Šunko Koražija v Slovenski

Bistrici smo opravili meritev pri kateri sem bila preiskovanec jaz sama. Dobila sem izpis

meritev, ki je v prilogi 1.

Medicinski delavec vnese v program tudi podatke o višini, masi, spolu in starosti, kar so

pomembni podatki pri interpretaciji rezultatov meritev. Program s pomo�jo teh faktorjev in

meritve naredi izpis – izvid, s katerega so vidne meritve in priporo�ene normalne vrednosti

zdrave osebe enake mase, spola in starosti ter odstopanje od teh referen�nih vrednosti. Kot

opazimo na izvidu (priloga 1), so zabeleženi tudi temperatura, tlak in vlažnost ob meritvi.

Na izvidu so najpomembnejše vrednosti:

• maksimalna vitalna kapaciteta (VCmax) je 4 L,

• maksimalni ekspiratorni volumen (PEF) je 7,44 L,

36

• forsirani ekspiratorni volumen v prvi minuti (FEV1) je 3,26 L in

• razmerje med FEV1 in VCmax je 81 % ,

• inspiratorni rezervni volumen (IRV) je 0,70 L,

• ekspiratorni rezervni volumen (ERV) je 2,69 L.

Z izvida so lahko razvidne še naslednje koli�ine:

• forsirana vitalna kapaciteta ob izdihu (FECex),

• maksimalni ekspiratorni pretok pri 25 % vitalne kapacitete (MEF 25),

• maksimalni ekspiratorni pretok pri 50 % vitalne kapacitete (MEF 50),

• maksimalni ekspiratorni pretok pri 75 % vitalne kapacitete (MEF 75) in

• maksimalni ekspiratorni pretok med 75 % in 85 % vitalne kapacitete (MEF 75-

85).

Na izvidu so izrisani grafi: izdihani volumen v odvisnosti od �asa, zra�ni pretok v

odvisnosti od volumna in izdihani volumen v 1 sekundi izdiha.

6.1 ANALIZA PODATKOV IN PRIMERJAVA

Pri meritvah z anemometrom sem dobila rezultate, ki so prikazani v prvem stolpcu tabele

2. Vrednosti z izvida (priloga 1) so podane v drugem stolpcu te tabele, v �etrtem pa so

podane vrednosti, ki bi ustrezale pacientu, ki ima KOPB (izvid je podan v prilogi 2). Vse

vrednosti sem primerjala s tipi�nimi povpre�nimi vrednostmi zdrave osebe moje starosti,

spola in mase, ki so prikazane v tretjem stolpcu.

�e primerjam izmerjene vrednosti z anemometrom in tiste pridobljene v pulmološki

ambulanti, ugotovim, da le-te niso povsem identi�ne, so pa primerljive. Najve�je

odstopanje opažam pri meritvi inspiratornega rezervnega volumna (IRV) in ekspiratornega

rezervnega volumna (ERV), forsiranega ekspiratornega volumna v 1 sekundi (FEV1) in

maksimalnem pretoku (PEF).

Meritve s termoanemometrom sem ve�krat ponovila, tako da so predstavljeni rezultati

povpre�je vsaj petih meritev. Rezultati posameznih meritev niso mo�no odstopali od

povpre�ne vrednosti. Razlike bi lahko sicer pripisala razli�nemu �asu opravljanja meritev,

vendar menim, da je do razlik v rezultatih meritev verjetno prišlo zaradi razlik v na�inih

merjenja v ambulanti in s termoanemometrom, pa tudi zaradi razlik v samem postopku

merjenja. Ko sem test opravljala v ambulanti so rezultate pridobili iz poteka ene same

37

meritve, ki morda v posameznih delih ni bila tako natan�na kot meritve, ki sem jih izvedla

sama in sem zavestno dihala to�no tako, kot je potrebno pri posamezni meritvi. Vemo

namre�, da je pri dolo�anju posameznih volumnov potrebno dihati na prav poseben na�in.

Predvsem me �udita razliki v izmerjenih vrednostih ERV in IRV v ambulanti in z

anemometrom. Prva vrednost je nižja od tipi�ne v ambulanti in višja od tipi�ne pri meritvi

z anemometrom. Pri meritvi IRV je ravno obratno. Iz tega bi sklepala, da je zelo

pomembno, kako preiskovanec pri meritvi diha. V tem primeru najverjetneje ne bi mogla

pripisati napak samim merilnim napravam temve� postopkom merjenja. Po drugi strani bi

vzrok za odstopanje meritev FEV1 in PEF lahko bil tudi v samem na�inu merjenja. Pri

obeh meritvah je namre� pomembna dolo�itev podatkov v zelo kratkem �asovnem

razmaku. Pri tem pa igrata zelo pomembno vlogo hitrost osveževanja podatkov in

odzivnost merilnika na spremembe v hitrostih zraka. Sklepam, da bi to lahko bila

pomanjkljivost anemometra na vro�o žico, ki razmeroma po�asi osvežuje podatke

merjenja, hkrati pa je bila tudi frekvenca zajemanja podatkov v vseh primerih razen pri

meritvi PEF 2-krat manjša od frekvence osveževanja podatkov na anemometru. Zaradi tega

sem zadnjo meritev (PEF) izvedla z drugim, hitrejšim A/D pretvornikom (Phywe Cobra 3).

Tudi na�in vpihavanja zraka se je npr. izkazal kot izjemno pomemben pri merjenju

maksimalnega pretoka zraka, kjer so nekatere meritve precej odstopale. Ugotovila sem, da

je rezultat mo�no odvisen od tega ali so ustnice objemale celotno cev ali pa so bile deloma

stisnjene. V prvem primeru je bila hitrost zraka (in s tem posledi�no tudi pretok) manjša, v

drugem pa ve�ja, saj je bila odprtina, skozi katero je prihajal zrak manjša od preseka cevi

na mestu merjenja. Ker je razdalja od ust do mesta merjenja razmeroma majhna, se je ta

efekt pri meritvi z anemometrom opazil, med tem ko je pri meritvi s preprostim PEF-

metrom bil rezultat neodvisen od na�ina vpihavanja zraka.

38

Tabela 2: Primerjalna tabela meritve z anemometrom, meritve iz ambulante in meritve iz

ambulante za bolnika s KOPB ter tipi�ne vrednosti za zdrave osebe.

ANEMOMETER AMBULANTA TIPI�NA

VREDNOST KOPB

TV ( dihalni volumen) 0,4 [L] 0,61 [L] 0,4 - 0,5 [L] 0,06 [L]

VC (vitalna kapaciteta) 3,8 [L] 4,00 [L] 3,4 - 4,5 [L] 2,45 [L]

IRV (inspiratorni rezervni volumen) 1,5 [L] 2,69 [L] 1,9 - 2,5 [L] 2,37 [L]

ERV ( ekspiratorni rezervni volumen) 1,9 [L] 0,70 [L] 1,1 - 1,5 [L] 0,02 [L]

FEV1(forsiran ekspiratorni volumen v 1sekundi) 2,6 [L] 3,26 [L] ~3 [L] 1,53 [L]

PEF ( maksimalni pretok) 6,2 [L/min] 7,44 [L/min] ~7 [L/min] 3,07 [L/min]

FEV1/VC (razmerje med FEV1 in VC) 68 % 81 % 70-80% 63 %

V tabeli 4 so zabeležene meritve z anemometrom, meritve iz ambulante in meritve iz

ambulante za neznanega bolnika s KOPB. Opazimo, da so pri slednjem vrednosti zelo

majhne. FEV1 je pri bolniku s KOPB zmanjšan za ve� kot 50 % vitalne kapacitete. Ker se

zožijo dihalne poti, se zmanjša tudi forsiran ekspiratorni volumen v prvi sekundi (FEV1).

Zmanjšata se tudi maksimalni pretok (PEF) in vitalna kapaciteta (VC). Pri ekspiratornem

rezervnem volumnu (ERV) je pri bolniku s KOPB vrednost zelo majhna – skoraj 0. Vzrok

za to je porušena zgradba alveolov, ki izgubijo svojo strukturno oporo in se med izdihom

na najožjih delih sesedajo in zapirajo odtok zraka, tako da se v njih zadržuje zrak. Zrak

tako ostane ujet v plju�ih in bolnik ga ne more na hitro izdihniti. Pri izdihu s silo se alveoli

še bolj sesedejo in tudi na tak na�in ni mogo�e izdihniti zraka.

39

7 BOLEZNI PLJU� PRI KATERIH SE UPORABLJA SPIROMETRIJA

7.1 ASTMA

Astma je ena najpogostejših kroni�nih bolezni dihal. Z astmo je obolelih 5 odstotkov

starejših in 30 odstotkov otrok, v povpre�ju približno 10 % prebivalstva. Je bolezen, ki se

razvije ob prekomerni odzivnosti na dolo�ene dražljaje, kar pa povzro�i vnetje dihalnih

poti in njihovo prekomerno oženje. Najpogostejši dražljaji so alergeni iz okolice, kot so

iztrebki pršice, plesni, prah, pelodi, izlo�ki živali, cigaretni dim, dolo�ena hrana in nekatera

zdravila, �e jih preob�utljivo telo prepozna kot tujke in se nanje burno odziva. Sprožijo jo

lahko tudi nealergi�ni sprožilci, kot so telesni napor, virusne okužbe in hitre temperaturne

spremembe. Poslabšajo pa jo stres in �ustvene spremembe. Povzro�itelj je ve�krat tudi

neznan. Astmatiki težko dihajo, v plju�ih jim piska, kašljajo z gostim izpljunkom, ali jih

tiš�i v prsih [5].

Pri astmi je v dihalnih poteh zmeraj navzo�e vnetje. Sprožilci astme povzro�ijo, da se v

bronhijih sprostijo snovi, ki povzro�ijo skr�enje gladkih mišic, pove�a se izlo�anje sluzi.

Zaradi tega se zožijo dihalne poti oziroma premer bronhijev se zmanjša, kot je prikazano

na sliki 34.

Slika 34: Zdrav bronhij in bronhij pri astmi [12].

Skupina zdravil, ki sprostijo kr� gladkega miši�ja v stenah bronhov so t.i. olajševalci oz.

bronhodilatatorji. Hitro olajšajo dihanje pri bolniku z napadom astme.

Zdravniki, na vsakem pacientu, pri katerem sumijo na astmo, opravijo spirometrijo. �e je

le-ta normalna (FEV1 > 80 %), poskušajo pove�ano variabilnost zapore dokazati s

serijskimi meritvami najve�jega pretoka med izdihom (PEF). S prenosnim merilcem PEF

spremljamo �asovni potek zapore. Vsaj 7 zaporednih dni je potrebno 4-krat dnevno meriti

PEF. Za astmo je zna�ilna variabilnost PEF, ki je ve�ja od 20 %. Variabilnost PEF

izra�unamo po ena�bi:

40

100*min)max(*5,0

minmaxPEFPEF

PEFPEF+

−. (21)

Zaradi zoženja dihalnih poti se med akutnim poslabšanjem astme pove�a upor proti toku

zraka v bronhialnem drevesu. Pri izdihu zaradi pove�anega upora v dihalnih poteh pride do

upo�asnjenega praznjenja plju�. Pri bolnikih z astmo delujejo pri izdihu tudi ekspiratorne

mišice. Tlak v prsnem košu se mo�no pove�a in zoži dihalne poti. Gre za dinami�no

kompresijo bronhusov [3].

V primeru, da s spirometrijo astme ne ugotovijo, morajo opraviti še bronhialni

provokacijski test. Najpogostejši test, s katerim iš�ejo preodzivnost, je bronhialni

provokacijski test z metaholinom. Vdihan metaholin povzro�i kr�enje gladkih mišic

dihalnih poti, kar zmanjša pretok zraka v izdihu. Test poteka tako, da oseba najprej

vdihava fiziološko snov - NaCl, nato opravi spirometrijo. Sledi vdihovanje odmerjene

koli�ine metaholina, na kar se ponovno opravi spirometrija. Ko se pove�a odmerek

metaholina, se zopet opravi spirometrijo. Koli�ino metaholina se pove�uje od 0,08 mg do 4

mg. Slika 35 prikazuje odvisnost FEV1 v odvisnosti od koli�ine metaholina.

Slika 35: Odvisnost FEV1 od koli�ine metaholina pri bronhialnem provokacijskem testu z

metaholinom [3].

Test je pozitiven, �e se pri skupnem odmerku 4 mg metaholina FEV1 zmanjša za ve� kot

20 %. Test je lahko pozitiven tudi pri kroni�ni obstruktivni bolezni in alergijskih obolenjih.

41

Tudi ta test smo opravili v pulmološki ambulanti. Ker test z alergeni ni pokazal reakcije na

alergene, smo naredili bronhialni test z metaholinom, da bi ugotovili morebitne znake

astme. Izvid je bil negativen, kajti FEV1 se ni zmanjšal za 20 %. Na sliki 36 lahko na grafu

desno opazimo, da se je FEV1 zmanjšal le na 88 % za�etne vrednosti.

Slika 36: Izvid provokacijskega testa z metaholinom.

7.2 KRONI�NA OBSTRUKTIVNA PLJU�NA BOLEZEN

Kratica KOPB je krajši zapis za kroni�no obstruktivno plju�no bolezen. KOPB je bolezen

pri kateri nastopi trajna zoženost dihalnih poti zaradi empifizema in kroni�nega bronhitisa.

Empifizem je razširitev alveolov in propadanje njihovih sten, kot je vidno na sliki 37. S

tem izgubijo alveoli strukturno oporo in se med izdihom sesedajo. Na ta na�in se

zmanjšuje tudi število alveolnih kapilar. Taki alveoli ne opravljajo ve� prvotne funkcije,

temve� se v njih zadržuje zrak, ki ga bolnik ne more dovolj hitro izdihniti. Zrak ostane ujet

v plju�ih. V primeru, da ho�e izdihnit na silo, se stanje še poslabša, bolnik dobi težko sapo.

42

Slika 37: Propadanje alveolnih sten [13].

Pri kroni�nem bronhitisu se pove�ajo bronhialne žleze in izlo�ajo velike koli�ine sluzi, ki

zapirajo dihalne poti. Prihaja do vnetja dihalnih poti, zaradi odebelitve sten in koli�ine

sluzi, ki nastane, kot je vidno na sliki 38.

Slika 38: Zapora dihalnih poti zaradi kroni�nega bronhitisa [14].

Pri KOPB je zna�ilno zmanjšanje pretoka zraka. Pojavijo se lahko naduha, to je bolezen z

napadi kr�evitega dušenja, kašlja in izkašljevanja. Nanjo posumijo, kadar bolnik ve� kot tri

mesece kašlja in izkašljuje. KOPB se pojavlja ponavadi okoli 50. leta starosti (pri kadilcih

lahko nekoliko prej).

Pri zdravem �loveku je FEV1 približno 80 % vitalne kapacitete (VC), medtem ko je pri

bolnikih s KOPB forsiran ekspiratorni volumen v prvi sekundi (FEV1) zgolj 20-60 %

vitalne kapacitete (VC), na ra�un povišane upornosti dihalnih poti. V povezavi z uporom

dihalnih poti je zanimivo, da je skupni upor ozkih dihalnih poti, pri katerih je premer

manjši od 2 mm, razmeroma majhen, �eprav bi pri�akovali ravno nasprotno. Vendar pa

43

ima KOPB zelo velik vpliv ravno upornost ozkih dihalnih poti, saj lahko poviša njihovo

upornost kar za 10-krat.

Tabela 5: Upornost v odvisnosti od mesta dihalnih poti [1].

premer R (OBI�AJNO) R (KOPB)

grlo 0,6 0,6

Dihalne poti >2mm 0,6 0,9

Dihalne poti<2mm 0,3 3,5

Vsota upornosti

1,5

����

�

�

����

�

�

sL

OcmH 2 5,0

����

�

�

����

�

�

sL

OcmH 2

Vsaka posamezna dihalna pot s premerom, ki je manjši od 2 mm, ima razmeroma veliko

upornost. Vendar so ozke dihalne poti med seboj vzporedne in ne zaporedne, kar

zmanjšuje njihov skupni upor. To je analogno vzporedni vezavi elektri�nih upornikov.

�e izra�unamo razmerje med upornostjo pri KOPB z upornostjo pri zdravem osebku z

ena�bo

sl

OcmHsl

OcmH

RRKOPB

2

2

0,5

5,1

= (22)

dobimo faktor, ki znaša 3,3. Za tolikšen faktor se bi pri enaki tla�ni razliki zmanjšal pretok

pri bolniku s KOPB. Ker pa mora pretok ostati bolj ali manj konstanten, je nujno, da se

tla�na razlika pove�a za enak faktor. Tak tlak pa se da dose�i samo z intenzivnejšim

kr�enjem mišic – tudi pri izdihu, kjer normalno to ni potrebno. Na ta na�in �lovek opravi

ve� dela in se hitreje utrudi [1].

44

ZAKLJU�EK

V diplomskem delu smo obravnavali spirometrijo, ki je pomembna s stališ�a plju�nih

preiskav. Najprej smo predstavili anatomijo in fiziologijo plju�. Opisali smo mehaniko

dihanja in spoznali metode spirometrije ter opisali bolezni, pri katerih se najpogosteje

izvajajo meritve spirometrije.

Cilj diplomskega dela je bil izvesti spirometri�ne meritve s pomo�jo anemometra na vro�o

žico. Te meritve smo izvedli s pomo�jo termoanemometra ter A/D pretvornikov

ALMEMO 2590 in Phywe Cobra 3. Podatke smo obdelali v programu Origin. Izmerili smo

ekspiratorni rezervni volumen (ERV), inspiratorni rezervni volumen (IRV), dihalni

volumen (TV), vitalno kapaciteto (VC), forsirani ekspiratorni volumen v prvi minuti

(FEV1) in maksimalni pretok (PEF). Maksimalni pretok smo izmerili tudi s priro�nim

PEF-metrom. Da pa smo izmerjene podatke lahko primerjali, sem pridobila lastne meritve

tudi v pulmološki ambulanti. Vrednosti, izmerjene z anemometrom, se rahlo razlikujejo od

vrednosti, ki so izmerjene v ambulanti, vendar so kljub temu v okviru tipi�nih vrednosti -

ob upoštevanju, da sem bila v primeru obeh meritev zdrava. Meritve z anemometrom so

bile ve�krat ponovljene, predstavljeni rezultati pa so povpre�je najmanj petih meritev. Pri

merjenju z anemometrom je bilo ugotovljeno, da so rezultati lahko odvisni od ve� razli�nih

faktorjev – od na�ina dihanja oz. vpihavanja zraka v �asu zajemanja meritev in od hitrosti

zajemanja meritev oz. odzivnosti merilnika, na katero nismo imeli vpliva. Da smo

izboljšali natan�nost meritve, smo za zadnjo meritev uporabili tudi A/D pretvornik, ki ima

enako frekvenco zajemanja podatkov kot je frekvenca osveževanja rezultatov

termoanemometra. Izmerjene rezultate smo komentirali s stališ�a ustreznosti na�ina

meritve, naredili pa smo tudi primerjavo meritev, ki so bile izvedene na zdravi osebi z

meritvami pri osebi, ki ima KOPB.

Kon�na ugotovitev glede natan�nosti meritev je, da je termoanemometer pogojno uporaben

za meritve v spirometriji, saj ima dokaj majhno frekvenco osveževanja rezultatov in je s

tem posledi�no tudi frekvenca zajemanja podatkov majhna. To je lahko sicer dobro s

stališ�a eliminacije šuma pri meritvah, vendar so nekatere spremembe v hitrostih zraka pri

spirometriji tako hitre, da bi najverjetneje za to potrebovali odzivnejši merilnik. Meritve

vitalne kapacitete in dihalnega volumna so dovolj po�asne, da se jih da s tem merilnikom

dobro izmeriti, za merjenje PEF pa je npr. enostavneje izbrati metodo merjenja s priro�nim

PEF-metrom, ki ga je mo� kupiti v lekarnah, je zanesljiv, poceni, rezultati meritev pa so

neodvisni od na�ina vpihavanja zraka. Glede meritev inspiratornega in ekspiratornega

45

volumna bi težko podali kon�ni sklep o tem ali so meritve slabe ali dobre, saj tudi meritve

iz ambulante odstopajo od tipi�nih vrednosti za zdravo osebo, vendar ravno v nasprotno

smer kot tiste, izmerjene z anemometrom. Morda bi bilo te meritve potrebo tudi v

ambulanti ponoviti. Zanimivo bi bilo primerjati tudi meritve, ki bi jih opravili še s kakšnim

drugim merilnikom hitrosti zraka na Oddelku za fiziko, kjer bi hitrost merili preko tla�nih

senzorjev kot npr. v Venturijevi ali Pitot-Prandtlovi cevi, kar pa je lahko že tema kakšne

druge diplomske naloge. Tema, ki pa še prav tako ostaja odprta pa je obdelava podatkov v

realnem �asu in sprotno izrisovanje krivulj na ra�unalniškem zaslonu in izra�unavanje

volumnov vdihanega in izdihanega zraka ter prikazovanje pretoka v odvisnosti od volumna

vdihanega oz. izdihanega zraka.

46

VIRI IN LITERATURA

[1] Walter F.Baron in Emile L.Boulpaep, Medical physiology, updated edition, (Elsevier

saunders, Philadelphia, 2005).

[2] Dušan Andoljšek (prevod), Robert Berkow, Veliki zdravstveni priro�nik, (Založba

Mladinska knjiga, Ljubljana 2002).

[3] Andreja Kocijan�i�, Interna medicina, 3.izdaja, (Založba Littera picta, Ljubljana

2005).

[4] Zvone Balanti�, Matjaž Fležar, Pregled delovanja dihalnega sistema (Moderna

organizacija, Kranj 2004)

[5] Stanislav Šuškovi�, Astma, (Klinika za plju�ne bolezni in alergijo, Golnik 2000).

[6] David Bellamy, Chronic obstructive pulmonary disease, second edition, (Class

Publishing, London, 2002).

[7] Edvard Arnau, �loveško telo: vodnik po �loveškem telesu, (Tehniška založba

Slovenije, Ljubljana, 1997).

[8] Uporaba Pef merilcev pri astmi, Matjaž Fležar. Pridobljeno 28.5.2008, iz

http://med.over.net/javne_datoteke/novice/datoteke/443-24c-

cflezar.pdfhttp://en.wikipedia.org/wiki/Peak_flow_meter

[9] Ahlborn Almemo. Pridobljeno 30.9.2008, iz

http://www.ahlborn.com/sites/eng/getfile.php?1034.pdf

[10] Geneq. Pridobljeno 30.9.2008, iz

http://www.geneq.com/catalog/en/velocicalc_8455.html

[11] Ahlborn Almemo. Pridobljeno 30.9.2008, iz

www.ahlborn.com/sites/eng/getfile.php?872.pdf

47

[12] Moj doktor. Pridobljeno 21.5.2008, iz http://www.mojdoktor.hr/slike/clanki/astma/jpg

[13] KOPB seminar pri predmetu fiziologija. Pridobljeno 12.5.2008, iz

www.mf.uni-mb.si/slike/Gradivo/Fiziologija07/KOPB.doc

[14] Astma in COPB. Pridobljeno 13.5.2008, iz www.croicu.net/pact/PACT-astma-

KOPB.ppt

48

PRILOGA 1

49

PRILOGA 2