Proces oddychania zapewnia wymianę tlenu i dwutlenku węgla między organizmem i otoczeniem. Wyróżniamy w nim trzy etapy: 1) wentylację płuc (przepływ powietrza przez płuca), polegającą na wymianie powietrza między pęcherzykami płucnymi a środowiskiem zewnętrznym; 2) dyfuzję – wymianę tlenu i dwutlenku węgla między pęcherzykami płucnymi a krwią; 3) transport tlenu przez krew do tkanek, pochłanianie tlenu w tkankach oraz odwrotnie skierowany transport dwutlenku węgla z tkanek do pęcherzyków płucnych.

Choroby płuc już we wczesnych stadiach ich rozwoju mogą zmienić własności mechaniczne tkanki płucnej i dróg oddechowych. Badania fizykalne i radiologiczne klatki piersiowej nie dają dokładnych informacji o naturze i rozległości zaburzeń wentylacji, dlatego do pełnej diagnostyki konieczne jest wykonanie testów czynnościowych, na podstawie których można ocenić sprawność wentylacyjną płuc i mechanikę oddychania.

Główne testy służące do oceny sprawności wentylacyjnej płuc to: pomiar szczytowego przepływu wydechowego (PEF – peak expiratory flow); spirometria dynamiczna i statyczna; spirometryczna próba rozkurczowa; oskrzelowe próby prowokacyjne; pletyzmografia. Lekarz rodzinny w ramach podstawowej opieki zdrowotnej jest w stanie wykonać trzy z wymienionych testów: pomiar PEF, spirometrię i próbę rozkurczową (1). Spirometria jest podstawowym badaniem czynnościowym oceniającym wentylację płuc. Nazwa ma pochodzenie łacińskie i w dosłownym tłumaczeniu oznacza pomiar oddychania. Za ojca spirometrii uważany jest angielski chirurg John Hutchinson, który skonstruował pierwszy spirometr w 1846 roku (4, 5). Badanie jest wprawdzie „stare”, ale dopiero w połowie XX wieku odkryte na nowo. W dobie dzisiejszego rozwoju elektroniki i komputeryzacji mamy do dyspozycji duży asortyment „wygodnych” spirometrów (małe wymiary aparatu, brak konieczności częstej kalibracji, wbudowana drukarka itp.). Dzięki temu badanie może być wykonane nie tylko w pracowni specjalistycznej czy w gabinecie lekarskim, ale także w domu chorego (2, 3).

Metoda spirometryczna umożliwia pomiar oraz zapis objętości i szybkości przepływu powietrza przesuwającego się z lub do układu oddechowego. Występuje więc pojęcie objętości (z jęz. angielskiego V – volume) dla ilości powietrza, które – z fizjologicznego punktu widzenia – stanowi pewną niepodzielną całość oraz pojęcie pojemności (z jęz. angielskiego C – capacity) dla sumy dwóch lub więcej objętości. (W Polsce używa się angielskich skrótów nazw zmiennych mierzonych podczas spirometrii.)

Pomiar objętości i pojemności płuc można przeprowadzić w warunkach statycznych i dynamicznych.

Parametry spirometrii klasycznej – statycznej. Objętości płuc mierzone w warunkach statycznych odzwierciedlają własności sprężyste płuc i ściany klatki piersiowej: VC (Vital Capacity) – pojemność życiowa, czyli objętość powietrza wydychanego w czasie maksymalnego powolnego wydechu wykonanego po maksymalnym wdechu. Jest to tzw. pojemność życiowa wydechowa (VC_EX). Jeżeli pacjent wykona po maksymalnym wydechu najgłębszy wdech to uzyskamy pomiar pojemności życiowej wdechowej (VC_IN); IC (Inspiratory Capacity) – pojemność wdechowa; objętość powietrza wdychana podczas maksymalnego wdechu rozpoczynającego się po wykonaniu spokojnego wydechu; TV (Tidal Volume) – objętość oddechowa; objętość powietrza wdychanego lub wydychanego w czasie spokojnego oddychania; ERV (Expiratory Reserve Volume) – wydechowa objętość zapasowa; objętość powietrza możliwa do wydechu po zakończeniu spokojnego wydechu; IRV (Inspiratory Reserve Volume) – wdechowa objętość zapasowa; objętość powietrza możliwa do wprowadzania do płuc w czasie maksymalnego wdechu po zakończeniu spokojnego wdechu (ryc. 1).

Parametry spirometrii dynamicznej. Objętości płuc mierzone w warunkach dynamicznych odzwierciedlają stan dróg oddechowych. FVC (Forced Vital Capacity) – natężona pojemność życiowa płuc; pojemność mierzona w czasie gwałtownego wydechu poprzedzonego maksymalnym wdechem. FEV₁ (Forced Expiratory Volume in one second) – natężona objętość wydechowa pierwszosekundowa; objętość powietrza wydychanego w pierwszej sekundzie natężonego wydechu. FEV₁/FVC – stosunek FEV₁/FVC wyrażony w procentach. PEF (Peak Expiratory Flow) – szczytowy przepływ wydechowy; maksymalna liczba litrów powietrza, która byłaby wydychana w ciągu sekundy lub minuty, gdyby taka szybkość przepływu została utrzymana. MEF_75,50,25 (Maximal Expiratory Flow) – maksymalny przepływ wydechowy w wybranych momentach natężonego wydechu. Na przykład MEF₇₅ oznacza szybkość przepływu powietrza podczas natężonego wydechu po wydychnięciu 25% FVC, a liczba 75 oznacza, że pozostało jeszcze do wydychnięcia 75% FVC. MIF₅₀ (Maximal Inspiratory Flow) – maksymalny przepływ wdechowy dla 50% FVC. FEF_25,50,75 (Forced Expiratory Flow) – natężony przepływ wydechowy w wybranych momentach natężonego wydechu. Na przykład FEF₇₅ oznacza, że badany już wydychnął 75% FVC. Wobec tego należy pamiętać, że można porównywać tylko wartości MEF₅₀ i FEF₅₀, ponieważ mierzone są w tym samym momencie wydechu (ryc. 2).

Podczas badania spirometrycznego nie można dokonać pomiaru objętości zalegającej (RV), czynnościowej pojemności zalegającej (FRC) ani całkowitej pojemności płuc (TLC). Parametry te mierzone są w czasie badania pletyzmograficznego wykonywanego w specjalistycznych ośrodkach (1, 2, 3, 4).

Wskazania do wykonania badania spirometrycznego (4) są następujące: diagnostyka zaburzeń w obrębie układu oddechowego (przewlekły kaszel, duszność, pogarszająca się tolerancja wysiłku); ocena dynamiki procesu chorobowego; ocena skuteczności leczenia; kwalifikacja do leczenia chirurgicznego (zabiegi torakochirurgiczne i poza klatką piersiową); ocena rokowania; ocena zdolności do wykonywania określonych zawodów; ocena wpływu narażenia zawodowego (warunki pracy, otoczenia, palenie tytoniu); ocena stopnia inwalidztwa. Przeciwwskazaniem do wykonania badania spirometrycznego (1) są: odma opłucnowa; tętniaki; krwioplucie o niejasnej przyczynie; świeże zaburzenia rytmu serca; wczesny okres po operacji brzusznej, okulistycznej lub na klatce piersiowej; niedawno przebyty zawał serca lub udar mózgu; uporczywy kaszel; podwyższone ciśnienie śródczaszkowe; bóle w klatce piersiowej lub jamie brzusznej uniemożliwiające wykonanie maksymalnego wysiłku; znaczna niewydolność oddechowa; brak zgody lub współpracy chorego.

Wartość kliniczna badania spirometrycznego zależy w bardzo dużym stopniu od umiejętności wykonującego badanie i współpracy z badanym. Należy pamiętać, że tylko wynik poprawnie wykonanej spirometrii nadaje się do interpretacji i jest przydatny w diagnostyce i terapii.

Przed rozpoczęciem badania pacjent powinien być w możliwie prostych słowach poinstruowany o sposobie jego wykonania. Trzeba zaznaczyć, że jest to badanie wymagające od niego wykonania maksymalnego wysiłku. Test jest najczęściej wykonywany w pozycji siedzącej wyprostowanej. Wyjątek stanowią kobiety w zaawansowanej ciąży i osoby bardzo otyłe; badanie jest wtedy wykonywane w pozycji stojącej.

W czasie badania pacjent powinien siedzieć wyprostowany, z kolanami zgiętymi pod kątem prostym, stopami opartymi o podłogę. Wskazane jest rozluźnienie paska, krawatu lub kołnierzyka. Ustnik połączony z pneumotachometrem wkłada się za zęby i szczelnie obejmuje go wargami. W celu ułatwienia wykonania maksymalnego wydechu zaleca się założenie klipsa na nos.

Wykonujący badanie powinien nie tylko wyjaśnić pacjentowi technikę badania i instruować go w czasie jego wykonywania, ale dopingować badanego podczas natężonego wydechu, który powinien trwać minimum 6 sekund. W trakcie pojedynczej próby pacjent nie może dobierać powietrza. Należy wykonać przynajmniej trzy próby, z których minimum dwie powinny być identyczne, tzn. różnica w wielkości FVC i FEV₁ nie powinna przekraczać 5% lub 100 ml. Maksymalna różnica nie może być większa niż 200 ml. W czasie jednego badania nie należy wykonywać więcej niż 8 prób. Jeśli wyniki nie nadają się do interpretacji badanie powinno być powtórzone, ale w terminie późniejszym (5). Poprawność wykonania badania określa się w skali od A do F. Za prawidłowy technicznie uważa się wynik oznaczony literą A, B lub C (6).

Jakość i przydatność wyniku spirometrii zależy także od rodzaju używanej aparatury i właściwej interpretacji wyniku badania.

Należy używać spirometrów zgodnie z zaleceniami producenta, prawidłowo skalibrowanych, zawierających normy populacyjne ERS/ECCS. Uzyskanie wiarygodnych wyników wyrażonych w procentach wartości należnej zależy od prawidłowego wprowadzenia takich aktualnych danych pacjenta, jak wiek, płeć, rasa, wzrost i masa ciała (7).

Do podstawowych typów zaburzeń wentylacji należy obturacja i restrykcja (ryc. 3, 4).

Przyczyny obturacji (8): obturacja uogólniona (astma, POChP), obturacja lokalna w klatce piersiowej (ucisk z zewnątrz na duże oskrzela, naciek w świetle oskrzeli), obturacja lokalna poza klatką piersiową (naciek w świetle tchawicy, porażenie strun głosowych, obrzęk krtani).

Kryteria obturacji wg GOLD 2003 i PTFP 2004 (6): FEV₁ % FVC (VC) – obniżona (<70%, <5 percentyla, <85% wartości należnej), FEV₁ – obniżone (<80% wartości należnej), FVC (VC) – prawidłowe lub obniżone (<80% wartości należnej).

Stopień obturacji oceniamy na podstawie kryteriów GOLD 2003 i PTFP 2004 biorąc pod uwagę wielkość FEV₁ wyrażoną jako procent wartości należnej.

Stopnie obturacji: łagodna FEV₁> 80% wartości należnej; umiarkowana FEV₁ 79-50% wartości należnej; ciężka FEV₁ 49-30% wartości należnej; bardzo ciężka FEV₁<30% wartości należnej.

Przyczyny restrykcji (8): płucne (zapalenie płuc, resekcja tkanki płucnej, naciek nowotworowy, choroby śródmiąższowe płuc, zastoinowa niewydolność serca); pozapłucne (zmiany w opłucnej, zmiany w ścianie klatki piersiowej, zmiany w jamie brzusznej, choroby nerwowo-mięśniowe, otyłość).

Kryteria sugerujące restrykcję (6): FEV₁ %FVC (VC) – prawidłowe, FVC (VC) – obniżone (<80% wartości należnej), FEV₁ – obniżone (<80% wartości należnej).

Głównym kryterium pozwalającym rozpoznać restrykcję jest stwierdzenie zmniejszenia całkowitej pojemności życiowej płuc (TLC). Parametr ten może być zmierzony tylko za pomocą pletyzmografii. Stwierdzenie w spirometrii obniżenia FVC i FEV₁ jedynie sugeruje restrykcję. Z tego względu spirometria nie pozwala na jednoznaczne rozpoznanie zaburzeń wentylacyjnych o typie restrykcji.