spirometr

Spirometr
Spirometr
	Badanie spirometryczne
Zamiar	pomiar objętości powietrza wdychanego i wydychanego przez płuca

Spirometr to urządzenie służące do pomiaru objętości powietrza wdychanego i wydychanego przez płuca . Spirometr mierzy wentylację, ruch powietrza do i z płuc. Spirogram zidentyfikuje dwa różne typy nieprawidłowych wzorców wentylacji, obturacyjne i restrykcyjne. Istnieją różne rodzaje spirometrów, które wykorzystują szereg różnych metod pomiaru (przetworniki ciśnienia, ultradźwięki, wodowskazy).

Testy funkcji płuc

Spirometr jest głównym elementem wyposażenia używanym do podstawowych badań czynnościowych płuc (PFT). Choroby płuc, takie jak astma , zapalenie oskrzeli i rozedma płuc , mogą zostać wykluczone z testów. Ponadto spirometr jest często używany do ustalenia przyczyny duszności, oceny wpływu zanieczyszczeń na czynność płuc, wpływu leków i oceny postępów w leczeniu choroby.

Powody testowania

Diagnozuj niektóre rodzaje chorób płuc (takich jak COVID-19 , zapalenie oskrzeli i rozedma płuc )
Znajdź przyczynę duszności
Zmierzyć, czy narażenie na chemikalia w pracy wpływa na czynność płuc
Sprawdź czynność płuc, zanim ktoś podda się operacji
Oceń działanie leków
Mierz postępy w leczeniu chorób

Historia

Prosty spirometr pływakowy używany podczas demonstracji naukowej w szkole średniej

Wczesny rozwój

Najwcześniejszą próbę pomiaru objętości płuc można datować na okres 129–200 ne. Klaudiusz Galen , rzymski lekarz i filozof, przeprowadził wolumetryczny eksperyment dotyczący wentylacji człowieka. Kazał dziecku wdychać i wydychać powietrze z pęcherza i stwierdził, że objętość się nie zmienia. Eksperyment okazał się niejednoznaczny.

1681 Borelli próbował zmierzyć objętość powietrza wdychanego podczas jednego oddechu. Zmontował cylindryczną rurkę częściowo wypełnioną wodą, z otwartym źródłem wody wchodzącym na dno cylindra. Zatkał nozdrza, wciągnął powietrze przez wylot u góry cylindra i zmierzył objętość powietrza wypartego przez wodę. Obecnie technika ta jest bardzo ważna w określaniu parametrów objętości płuc.

Dziewiętnasty wiek

1813, Kentish, E. użył prostego „Pulmometru” do badania wpływu chorób na objętość płuc. Użył odwróconego dzbanka z podziałką stojącego w wodzie, z wylotem na górze dzbanka sterowanym kranem. Objętość powietrza mierzono w jednostkach pinty .
1831, Thackrah, CT opisał „Pulmometr” podobny do tego z Kentish. Przedstawił urządzenie jako dzwonek z otworem, przez który powietrze może wchodzić od dołu. Nie było korekty na ciśnienie. Dlatego spirometr mierzył nie tylko objętość oddechową, ale także siłę mięśni oddechowych.
1845, Vierordt w swojej książce zatytułowanej „Physiologie des Athmens mit besonderer Rücksicht auf die Auscheidung der Kohlensäure” omówił swoje zainteresowanie dokładnym pomiarem objętości wydechu. Dokonał również dokładnych pomiarów innych parametrów objętości za pomocą swojego „Expiratora”. Niektóre z opisanych przez niego parametrów są używane dzisiaj, w tym objętość zalegająca i pojemność życiowa .
1846 Spirometr wodny mierzący pojemność życiową został opracowany przez chirurga Johna Hutchinsona . Wynalazł skalibrowany dzwon odwrócony do wody, który służył do wychwytywania objętości powietrza wydychanego przez człowieka. Hutchinson opublikował swój artykuł na temat swojego spirometru wodnego i pomiarów, które wykonał od ponad 4000 osób, opisując bezpośredni związek między pojemnością życiową a wzrostem oraz odwrotną zależność między pojemnością życiową a wiekiem. Pokazał również, że pojemność życiowa nie odnosi się do wagi na danym wzroście. Hutchinson jest uważany za wynalazcę pojemności życiowej, ponieważ odkrył, że z każdym centymetrem wzrostu pojemność życiowa zwiększa się o osiem cali sześciennych. Użył również swojej maszyny do przewidywania przedwczesnej śmierci. Ukuł termin „zdolność życiowa”, który uznano za potężny rokowanie w przypadku chorób serca w badaniu Framingham. Uważał, że jego maszyna powinna służyć do prognoz aktuarialnych dla firm sprzedających ubezpieczenia na życie.
1854 Dr M. Alton Wintrich opracował spirometr, który był łatwiejszy w użyciu niż spirometr Hutchinsona. Przeprowadził eksperyment na 4000 osób i doszedł do wniosku, że istnieją trzy parametry wpływające na pojemność życiową: wzrost, waga i wiek. Jego eksperyment dał wyniki podobne do tych z badania Hutchinsona.
1859 E. Smith opracował przenośny spirometr, którego używał do pomiaru metabolizmu gazów.
1866 Henry Hyde Salter (1823-1871) dodał do spirometru kymograf w celu rejestrowania czasu podczas uzyskiwania objętości powietrza.
1879 Gad J. opublikował artykuł zatytułowany „Pneumatograf”, w którym opisał maszynę umożliwiającą rejestrację zmian objętości płuc.

Dwudziesty wiek

1902, Brodie TG jako pierwszy zastosował spirometr klinowy z suchym mieszkiem
1904 Tissot wprowadza spirometr z obiegiem zamkniętym
1939 Compton SD opracował longometr do użytku przez nazistowskie Niemcy
1959 Wright BM i McKerrow CB wprowadzili szczytowy przepływomierz
pletyzmografu całego ciała
1974 Campbell i in. udoskonalił poprzedni przepływomierz szczytowy, opracowując tańszą i lżejszą wersję

Interpretacja spirometrii

Nawet przy numerycznej precyzji, jaką może zapewnić spirometr, określenie czynności płuc polega na odróżnieniu nieprawidłowości od normy. Pomiary czynności płuc mogą się różnić zarówno w obrębie grup osób, osób i urządzeń spirometrycznych, jak i między nimi. Na przykład pojemność płuc może zmieniać się w czasie, zwiększając się, a następnie zmniejszając w ciągu życia jednej osoby. W rezultacie wyobrażenia o tym, co stanowi „normalność”, opierają się na zrozumieniu źródeł zmienności i można je pozostawić do interpretacji.

Tradycyjnie źródła zmienności były rozumiane w odrębnych kategoriach, takich jak wiek, wzrost, waga, płeć, region geograficzny (wysokość) oraz rasa lub pochodzenie etniczne. Na początku XX wieku podjęto globalne wysiłki w celu ujednolicenia tych źródeł, aby umożliwić właściwą diagnozę i dokładną ocenę czynności płuc. Jednak zamiast dalszego dążenia do zrozumienia przyczyn takich różnic, podstawowym podejściem do radzenia sobie z zaobserwowanymi różnicami w pojemności płuc było ich „skorygowanie”. Korzystając z wyników porównawczych badań populacyjnych, atrybuty są empirycznie uwzględniane razem w „współczynniku korygującym”. Liczba ta jest następnie wykorzystywana do utworzenia spersonalizowanej „wartości referencyjnej”, która określa, co jest uważane za normalne dla jednej osoby. Praktycy mogą w ten sposób znaleźć procentowe odchylenie od tej przewidywanej wartości, znane jako „procent przewidywanej” i określić, czy czyjaś czynność płuc jest wyjątkowo słaba czy doskonała.

W szczególności „korekta rasy” lub „przystosowanie etniczne” została skutecznie zaprogramowana komputerowo we współczesnym spirometrze. Z góry przyjęte przekonania, że „białi” ludzie mają lepszą czynność płuc, są osadzone w interpretacji pomiarów spirometrycznych i zostały jedynie wzmocnione przez te medyczne stereotypy . W Stanach Zjednoczonych spirometry wykorzystują współczynniki korygujące 10-15% dla osób zidentyfikowanych jako „czarne” i 4-6% dla osób zidentyfikowanych jako „Azjaci”.

Standardowe wytyczne

W 1960 roku Europejska Wspólnota Węgla i Stali (ECCS) jako pierwsza zaleciła wytyczne dotyczące spirometrii. Następnie organizacja opublikowała przewidywane wartości parametrów, takich jak wskaźniki spirometryczne, objętość zalegająca, całkowita pojemność płuc i funkcjonalna pojemność zalegająca w 1971 r. Amerykańskie Towarzystwo Klatki Piersiowej / Europejskie Towarzystwo Chorób Płuc zaleca również wartości referencyjne specyficzne dla rasy, jeśli są dostępne. Nawet dzisiaj Przewodnik szkoleniowy Narodowego Instytutu Bezpieczeństwa i Higieny Pracy w zakresie spirometrii, który jest połączony ze stroną internetową Centrum Kontroli i Zapobiegania Chorobom, odnotowuje stosowanie korekty rasy i wartości referencyjnej specyficznej dla rasy w kroku czwartym „normalnej” spirometrii.

Motywacje

Wykorzystanie wartości odniesienia i dyskretnych kategoryzacji źródeł zmienności było motywowane ideami antropometrii i pojemności życiowej. W badaniach skupiono się w szczególności na związku między zmiennymi antropometrycznymi a parametrami czynności płuc.

Implikacje

Stosowanie wartości odniesienia nie uwzględniało dotychczas społecznego etykietowania rasy i pochodzenia etnicznego. Często ustalenia są subiektywne lub po cichu przypisywane przez praktyka. Innym problemem związanym z używaniem wartości referencyjnych jest błędna diagnoza. Był to ważny czynnik w zarządzaniu i kontroli odszkodowań dla górników w Wielkiej Brytanii w okresie międzywojennym. W tym obciążonym politycznie kontekście, w którym nowej technologii rentgenowskiej nie można było w pełni zaufać, spirometr stanowił pewny dowód chorób układu oddechowego w kategoriach liczbowych, które można było wykorzystać w złożonej sieci odszkodowań.

Ocena pojemności życiowej wpłynęła również na inne sektory życia poza medycyną, w tym na ocenę osób ubiegających się o ubezpieczenie na życie i diagnozę gruźlicy.

Jeśli chodzi o płeć, niektóre badania populacyjne wykazały brak różnic ze względu na płeć. Warto zauważyć, że spirometry były używane do oceny pojemności życiowej w Indiach od 1929 roku, odnotowując statystycznie istotną różnicę między mężczyznami (21,8 ml / cm) i kobietami (18 ml / cm). Ponadto do 1990 r. około połowa programów treningu oddechowego w Stanach Zjednoczonych i Kanadzie została dostosowana do rasy i pochodzenia etnicznego.

Spirometr spopularyzował pojęcia „korekty rasowej” i „dostosowań etnicznych”, które sugerowały, że osoby rasy czarnej mają słabsze płuca niż osoby rasy białej. Na przykład Thomas Jefferson zauważył fizyczne różnice między różnymi rasami, takie jak „różnice w budowie aparatu płucnego”, które czyniły osoby czarne „bardziej tolerancyjnymi na ciepło, a mniej na zimno niż biali”. Teorie Jeffersona zachęcały do spekulacji na temat naturalnych uwarunkowań czarnych do pracy w rolnictwie na południowych plantacjach w USA. Samuel Cartwright, apologeta niewolnictwa i właściciel plantacji, użył spirometru, aby stwierdzić, że czarni zużywają mniej tlenu niż ludzie biali oprócz rasy. osobliwości” wyłożył w New Orleans Medical and Surgical Journal , w którym opisano różnice rasowe w układzie oddechowym i ich wpływ na poród.

W badaniach południowoafrykańskich wykorzystano również spirometr do uwzględnienia różnic rasowych i klasowych. Eustace H. Cluver przeprowadził badania pomiaru pojemności życiowej na Uniwersytecie Witwatersrand i odkrył, że biedni biali ludzie mają fizyczną niezdolność, ale można to przypisać raczej problemom środowiskowym niż genetyce. Korzystając z tych badań, Cluver przekonywał South African Association for the Advancement of Science podczas drugiej wojny światowej, że poprawa programów żywieniowych i treningu fizycznego może pomóc w tworzeniu bogactwa i wygraniu wojny poprzez zwiększenie zdolności do pracy jednostek wszystkich ras, ponieważ ich praca była niezbędne do osiągnięcia tych celów. Rasizm i spirometr przecięły się ponownie w tych badaniach, kiedy przeprowadzono dalsze badania nad wpływem treningu fizycznego na biednych białych rekrutów; badania nad zdolnościami życiowymi wykazały, że „biedny biały jest biologicznie zdrowy i można go zmienić w wartościowego obywatela”, ale nie poczyniono żadnego komentarza na temat wyników czarnych mieszkańców RPA.

Poza Stanami Zjednoczonymi i Republiką Południowej Afryki spirometr był używany w badaniach rasowych w Indiach w latach dwudziestych XX wieku. Naukowcy odkryli, że pojemność życiowa Indian była mniejsza niż u mieszkańców Zachodu.

Zmieniające się interpretacje

Wiele osób kwestionowało, czy obecne standardy są wystarczające i dokładne. W miarę rozwoju wieloetnicznego społeczeństwa pochodzenie rasowe i etniczne jako czynnik staje się coraz bardziej problematyczne w użyciu. Pomysły łączące pochodzenie etniczne z brakiem wyżywienia i miejscem urodzenia w biednym kraju stają się nieważne, gdy ludzie imigrują lub mogą się urodzić w bogatszych krajach.

Rodzaje spirometrów

Pletyzmograf całego ciała

Ten typ spirometru zapewnia dokładniejszy pomiar składowych objętości płuc w porównaniu do innych konwencjonalnych spirometrów. Osoba jest zamknięta w małej przestrzeni podczas wykonywania pomiaru.

Pneumotachometr

Ten spirometr mierzy natężenie przepływu gazów, wykrywając różnice ciśnień na drobnych oczkach. Jedną z zalet tego spirometru jest to, że badany może oddychać świeżym powietrzem podczas eksperymentu.

W pełni elektroniczny spirometr

Opracowano spirometry elektroniczne, które obliczają natężenie przepływu powietrza w kanale bez potrzeby stosowania drobnych oczek lub ruchomych części. Działają na zasadzie pomiaru prędkości przepływu powietrza za pomocą takich technik, jak przetworniki ultradźwiękowe lub poprzez pomiar różnicy ciśnień w kanale. Te spirometry mają większą dokładność, eliminując błędy pędu i oporu związane z ruchomymi częściami, takimi jak wiatraki lub zawory przepływowe do pomiaru przepływu. Pozwalają również na poprawę higieny, umożliwiając w pełni jednorazowe kanały przepływu powietrza.

Spirometr motywacyjny

Ten spirometr został specjalnie zaprojektowany, aby zachęcać do poprawy funkcji płuc.

Przepływomierz szczytowy

To urządzenie jest przydatne do mierzenia, jak dobrze płuca danej osoby usuwają powietrze.

Spirometr typu wiatrak

Ten typ spirometru jest używany w szczególności do pomiaru natężonej pojemności życiowej bez użycia wody; ma szerokie wymiary od 1000 ml do 7000 ml. Jest bardziej przenośny i lżejszy niż tradycyjne spirometry ze zbiornikiem na wodę. Spirometr należy trzymać poziomo podczas wykonywania pomiarów ze względu na obecność obracającego się dysku.

Zobacz też

przypisy

Dalsza lektura

Lundy Braun, Oddychający wyścig do maszyny: zaskakująca kariera spirometru od plantacji do genetyki. Minneapolis, MN: University of Minnesota Press, 2014.