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.

Stopień nasilenia zmniejszenia FVC wg ATS i PTFP 2004 (6): łagodne 80%>FVC>70% wartości należnej, umiarkowane 70%> FVC>60% wartości należnej, umiarkowanie ciężkie 60%> FVC> 50% wartości należnej, ciężkie 50%> FVC> 34% wartości należnej, bardzo ciężkie FVC <34% wartości należnej.

Pseudorestrykcja. Występuje ona u chorych na zaawansowane POChP, gdy utracie sprężystości płuc towarzyszy zwiększenie objętości zalegającej i wtedy podczas nasilonego wydechu dochodzi do zapadania się drobnych oskrzeli. Tego typu zaburzenie wentylacji jest stwierdzane tylko w czasie pomiaru FVC. VC mierzone w klasycznej spirometrii jest prawidłowe. Nie należy więc u chorych na POChP, u których FVC jest zmniejszone rozpoznawać mieszanych zaburzeń wentylacji (3).

Zawsze powinien być analizowany wynik zawierający wartości liczbowe i zapis graficzny badania (krzywe przepływ – objętość i objętość – czas). Można również zapytać pacjenta czy wykonał przynajmniej trzy natężone wydechy oraz czy badanie było dla niego wysiłkiem fizycznym i spowodowało zmęczenie. Patrząc na wykres należy ustalić czy: zapis graficzny jest bez artefaktów; początek zapisu jest w odpowiedniej fazie cyklu oddechowego; badany wykonał pełny wydech (czas trwania minimum 6 sekund i/lub uzyskano plateau krzywej przepływu w funkcji czasu).

Warto zauważyć, że już sam kształt krzywej może sugerować typ zaburzeń (wąska krzywa – restrykcja, wklęsła krzywa – obturacja). Dopiero wtedy, gdy ustalimy, że badanie zostało wykonane poprawnie technicznie możemy brać pod uwagę wartości liczbowe w celu ustalenia typu zaburzeń wentylacji.

Najważniejsze wskaźniki spirometryczne w różnicowaniu podstawowych rodzajów zaburzeń wentylacji: VC lub FVC, FEV₁, FEV₁% VC lub FEV₁% FVC. Natomiast PEF, MEF₂₅, MEF₅₀, MEF₇₅, MEF_75-25 mają znaczenie jeśli wyżej wymienione parametry są w normie (6). Kryteria rozpoznawania obturacji i restrykcji zostały podane wcześniej.

Wartości MEF_25,50,75 obrazują drożność małych oskrzeli obwodowych o średnicy poniżej 2-3 mm i z tego powodu nazywane są testami drobnych oskrzeli. Uważa się, że mają dużą czułość, co umożliwia rozpoznanie choroby w jej wczesnym okresie, a więc wtedy, gdy badanie spirometryczne (FVC, FEV₁, FEV₁% FVC) jest jeszcze bez zmian. Taki pogląd wynika z założenia, że w drugiej połowie nasilonego wydechu kształt krzywej nie zależy od siły skurczu mięśni oddechowych, ale od geometrii drzewa oskrzelowego.

Nieprawidłowy wynik testu drobnych oskrzeli można rozpoznać jeśli MEF₅₀ wynosi poniżej 60% wartości należnej, a wskaźniki FVC, FEV₁, FEV₁ %FVC są prawidłowe. Nieprawidłowy test drobnych oskrzeli nie jest równoznaczny z obturacją drobnych oskrzeli.

Badanie spirometryczne służy głównie do rozpoznawania obturacji. W przypadku stwierdzenia jej w wyjściowym badaniu spirometrycznym, należy ustalić czy jest ona odwracalna, czy nie. W tym celu wykonujemy próbę rozkurczową. Polega ona na dwukrotnym wykonaniu spirometrii przed i po 15 minutach od inhalacji krótkodziałającego b2-mimetyku (Salbutamol lub Fenoterol).

Jeżeli istnieją przeciwwskazania do podania B₂-mimetyku to można wykonać badanie po inhalacji krótko działającego cholinolityku (bromek ipratropium), ale najwcześniej po 30 min. od podania leku.

Kryteria dodatniej próby rozkurczowej według ERS to wzrost wartości FEV₁ i/lub FVC>12% wartości należnej, co powinno odpowiadać przyrostowi wartości bezwzględnej o minimum 200 ml.

Kryteria dodatniej próby rozkurczowej według Polskiego Towarzystwa Ftyzjopneumonologicznego to wzrost FEV₁ i/lub FVC o więcej niż 200 ml i 15% wartości wyjściowej.

Przed wykonaniem próby rozkurczowej należy odstawić: długodziałające b₂-mimetyki i metyloksantyny na 12 godzin, krótkodziałające b₂-mimetyki i cholinolityki na 8 godzin.

Ujemny wynik testu rozkurczowego nie jest równoznaczny z brakiem wrażliwości dróg oddechowych na lek i nie powinien być podstawą decyzji o zaprzestaniu leczenia bronchodilatatorem. W przypadku konkretnego chorego bardziej istotna jest poprawa kliniczna, a nie wzrost parametrów spirometrycznych.

Próba rozkurczowa jest pomocna w różnicowaniu astmy oskrzelowej i POChP. Należy jednak pamiętać, że odwracalność obturacji nie jest cechą patognomoniczną dla astmy oskrzelowej, a słabo odwracalna lub nieodwracalna obturacja to cecha nie tylko POChP. Test rozkurczowy może być wykorzystany również do odróżnienia prawdziwej restrykcji od pseudorestrykcji.

Interpretując wskaźniki badania spirometrycznego najlepiej posługiwać się standaryzowaną resztą (SR) i percentylami. Spirometry nowej generacji mają wprowadzone dane z siatek percentylowych. Za wartości prawidłowe uważa się wyniki mieszczące się w przedziale pomiędzy 5 a 95 percentylem. Wszystkie wyniki poniżej 5 percentyla są nieprawidłowe. Posługiwanie się siatką percentylową zmniejsza możliwość popełnienia błędu i jest zalecane przez ATS, ERS, BTS, PTFP. Jest to szczególnie istotne w interpretowaniu wskaźnika FEV₁ %FVC, ponieważ posługiwanie się sztywną stałą wartością graniczną tego wskaźnika może być przyczyną błędów interpretacyjnych, gdyż wskaźnik ten ulega zmianie wraz z wiekiem (5, 6, 9).

Spirometria jest podstawowym badaniem czynnościowym układu oddechowego pozwalającym ocenić sprawność wentylacji. Odpowie więc na następujące pytania: czy są zaburzenia wentylacji, a jeśli tak to o jakim charakterze? Jeśli jest obturacja, to gdzie zlokalizowana jest jej przyczyna (w klatce piersiowej czy poza nią?), jaki jest jej stopień zaawansowania oraz czy jest odwracalna?

Nie odpowie nam jednak na pytanie dotyczące wydolności oddechowej pacjenta. W tym celu konieczne jest wykonanie badania gazometrycznego krwi tętniczej.

Badanie spirometryczne jest łatwe i szybkie do wykonania oraz szeroko dostępne dzięki zastosowaniu niedrogich spirometrów elektronicznych, dlatego powinno być traktowane w praktyce lekarskiej na równi z pomiarem ciśnienia tętniczego czy badaniem EKG. Trzeba jednak pamiętać, że jest to tylko badanie dodatkowe, a jego prawidłowy wynik nie wyklucza istnienia patologii układu oddechowego.

Do pełnej oceny obrazu chorobowego konieczna jest wnikliwa analiza informacji uzyskanych z badania podmiotowego i przedmiotowego oraz innych badań dodatkowych. Jeżeli pacjent zgłasza dolegliwości ze strony układu oddechowego, a wyniki badania fizykalnego i spirometrycznego są prawidłowe, konieczne jest wykonanie takich badań specjalistycznych jak: test nadreaktywności oskrzeli, badanie wysiłkowe układu oddechowego, pletyzmografia lub ocena pojemności dyfuzyjnej płuc. Badania te należą do kompetencji lekarza specjalisty chorób płuc, do którego powinien trafić chory z wykonaną już spirometrią.

Prawidłowo wykonane i zinterpretowane badanie spirometryczne jest bardzo pomocne w diagnostyce w wielu specjalnościach medycyny klinicznej. Warto przypomnieć, że światowa organizacja zajmująca się prewencją i zwalczaniem POChP (GOLD) badanie spirometryczne uznała za tzw. „złoty standard” w rozpoznawaniu i późniejszym monitorowaniu chorych na POChP.

Spirometria ma również swój udział w zwalczaniu nałogu palenia papierosów. Zaobserwowano, że nieprawidłowy wynik spirometrii wykonanej u bezobjawowego palacza tytoniu jest silnym czynnikiem motywującym do zaprzestania palenia.

Spirometria służy przede wszystkim do rozpoznania zaburzeń wentylacji o typie obturacji. Kryterium rozpoznania restrykcji stanowi stwierdzenie w badaniu pletyzmograficznym zmniejszenia wielkości TLC, a nie zmniejszenie FVC odnotowane w spirometrii. Każdy pacjent, u którego po wykonaniu spirometrii stwierdzamy obniżenie FVC i wykluczymy pseudorestrykcję, powinien być kierowany na pletyzmografię w celu weryfikacji rozpoznania (10).