При вентиляционных нарушениях обструктивного типа кривая «поток–объем» имеет характерную вогнутую форму, направленную к оси абсцисс, причем интенсивность вогнутости коррелирует с выраженностью бронхообструктивных проявлений [1–3]. На практике изменение внешнего вида кривой зачастую не учитывают при расшифровке полученных результатов, а анализируют только процент отклонения фактических показателей функции внешнего дыхания (ФВД) пациента от должных [1]. Если подобную оценку все же проводят, то проводят визуально, поскольку должных математических показателей для оценки вогнутости на сегодняшний день в клиническую практику еще не внедрено. Безусловно, оценка «на глаз» является очень субъективным диагностическим показателем, поскольку такой способ требует от врача определенного опыта и квалификации. К тому же в практике нередки случаи, когда даже при наличии упомянутой вогнутости кривой процент отклонения фактического показателя ФВД от должного превышает 100%, что свидетельствует об отсутствии у пациента каких-либо нарушений со стороны дыхательной системы. И хотя анамнез жизни пациента в совокупности с характерным внешним видом кривой говорит об обратном, в заключении эти моменты не будут отражены, в результате чего сделать объективный вывод о состоянии пациента не представляется возможным.

Также следует отметить, что возможность постановки диагноза путем анализа лишь нескольких показателей ФВД (в частности, это процент снижения объема форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1), процент снижения жизненной емкости легких (ЖЕЛ) и форсированной жизненной емкости легких (ФЖЕЛ) и оценка индексов Тиффно или Генслера), с одной стороны, сокращает время расшифровки одного исследования, но с другой, искусственно сужает клинические возможности спирометрии. В рутинной практике зачастую не анализируются скоростные показатели ФВД, в то время как они отражают состояние бронхиального дерева по уровням [3] и могли бы дать более ясное понимание о состоянии пациента, не прибегая к использованию дорогостоящих и трудоемких диагностических процедур (например, рентгенографии органов грудной клетки или бронхоскопии).

Ранее уже предпринимались попытки сделать визуальную оценку кривой более объективной путем анализа дополнительных параметров, рассчитываемых на основе кривой «поток–объем». Так, в одном из обзоров авторы рассматривают несколько таких параметров, а именно оценку угла, образованного кривой, оценку отношения площадей (AEX-FV) и оценку степени отклонения фактических значений МОС от предполагаемых авторами должных [4]. Однако, несмотря на интерес научного сообщества к описанным методам [5–8], понимание их эффективности в клинической практике еще не сформировано окончательно. Поэтому целью настоящего исследования является сравнительный анализ диагностической эффективности методов оценки кривой «поток–объем» по изменению ее формы на фоне обструктивных вентиляционных нарушений для определения наиболее достоверного из них.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Материал для настоящего исследования был собран на базе научно-клинического центра № 2 РНХЦ им. Б. В. Петровского. Критерии включения в исследование: обращение в медицинскую организацию по причинам, относящимся к классам МКБ-10 J00-J99 («Болезни органов дыхания») и Z00-Z99 («Факторы, влияющие на состояние здоровья населения и обращения в учреждения здравоохранения»); согласие пациента на проведение диагностических манипуляций; спирометрическое исследование соответствует стандартам качества, утвержденным Европейским и Американским торакальным сообществами (стандарты ATS/ERS) [9], принятым Российским респираторным обществом [1]; возраст пациента старше 18 лет.

Таким образом, было отобрано 540 человек, из которых 234 (43,3%) мужчин и 306 (56,7%) женщин. Средний возраст мужчин составил 57 [36; 67] лет, женщин — 59 [44; 69] лет. Для понимания эффективности рассматриваемых методов среди пациентов разных возрастов выборка была разделена на 10-летние возрастные интервалы. В группу пациентов возраста «18–30 лет» вошло 76 пациентов, в группу «31–40 лет» — 50 пациентов, в группу «41–50 лет» — 57 пациентов, в группу «51–60 лет» — 109 пациентов, в группу «61–70 лет» — 134 пациента, в группу «71–80 лет» — 93 пациента, в группу «81–90 лет» — 21 пациент. Для каждого пациента:

1. определено наличие или отсутствие обструкции бронхов (при помощи оценки индекса Тиффно или Генслера);
2. при наличии обструкции определена ее степень (по степени снижения ОФВ1 пациента относительно рассчитанной для него должной величины по системе Knudson);
3. определено процентное отношение площадей под фактической кривой «поток–объем» и кривой предполагаемой нормы;
4. рассчитан угол, образованный кривой;
5. определено процентное отношение фактических МОС и рассчитанных предположительно нормальных.

Результаты исследований ФВД сохраняли в ПО MS Excel (США). Фиксировали следующие данные пациента: пол и возраст; рост и вес; данные о результатах исследования спокойного дыхания (ЖЕЛ); данные о результатах исследования форсированного дыхания (форсированные объемные и скоростные показатели ФВД (в частности, форсированная ЖЕЛ, объем форсированного выдоха за первую секунду, пиковая объемная скорость (ПОС) выдоха, минутные объемные скорости (МОС) на уровне выдоха 25%, 50% и 75% от ФЖЕЛ), а также рассчитанные индексы Тиффно и Генслера).

Для определения функции, задающей нисходящую часть кривой «поток–объем», был использован метод интерполяции Лагранжа. Показано, что для кривой с узлами интерполяции в точках ПОС, МОС₂₅, МОС₅₀, МОС₇₅ и ФЖЕЛ интерполяционная функция будет иметь следующий вид:

форм. 1

где a, b, c, d, e — коэффициенты интерполяционного полинома, рассчитываемые для каждого пациента индивидуально.

Для расчета AEX-FV было использовано численное интегрирование определенной выше функции. Для приближенного вычисления определенного интеграла вида  

форм. 2

где α, β — границы определенного интеграла, был использован метод левых прямоугольников.

Для определения угла β использовали метод определения угла между векторами с расчетом скалярного произведения векторов и оценкой длины вектора в координатной форме. Векторами, угол между которыми рассматривается, в данном случае были приняты вектор a, определяемый как (МОС_х-проекция ПОС на ось ординат) и вектор b, равный (МОС_х-ФЖЕЛ) (рис. 1) [4], где в качестве МОС_х рассматривается МОС₅₀ или МОС₇₅. Для каждого пациента рассчитывали угол при МОС₅₀, однако в случаях, когда фактическая МОС₅₀ превышает предположительно нормальное значение указанного показателя, в качестве угла β рассматривали угол, центром которого является МОС₇₅.

Таким образом, формула для определения угла между векторами имеет следующий вид:

форм. 3

где в качестве МОС_х рассматривается МОС₅₀ или МОС₇₅.

Нормальные значения для скоростных показателей ФВД для метода оценки общей вогнутости определяли из уравнения прямой, соединяющей значения ПОС и ФЖЕЛ. В случаях, когда разница между ФЖЕЛ и ЖЕЛ составляет больше 200 мл, целесообразнее заменить значение ФЖЕЛ на ЖЕЛ и построить прямую, соединяющую точки ПОС и ЖЕЛ. Как и в предыдущем случае, предположительно нормальные скоростные показатели ФВД будут располагаться на этой прямой, однако в данном случае они будут определяться как ¼, ½ и ¾ от ФЖЕЛ (а не ЖЕЛ), поскольку в противном случае логика расчетов будет противоречить установленным Российским респираторным обществом определениям для МОС₂₅, МОС₅₀ и МОС₇₅ [1], согласно которым каждый из этих показателей равен указанному проценту от ФЖЕЛ (а не ЖЕЛ). Визуальное представление данного метода представлено на рис. 2.

В основу оценки показателей ФВД легла принятая система оценивания результатов спирометрии, а именно сравнение фактического значения с должным путем расчета процента отклонения от последнего [1, 2]. Подобная логика предусматривает дальнейшее сопоставление полученного отношения с референсными интервалами. Поскольку популяционная мощность нашего исследования недостаточна для определения интервалов сравнения, нами были принято решение о расчете отрезных точек для каждого метода оценки кривой «поток–объем» по форме, которые могли бы разделить наличие и отсутствие обструктивных нарушений. Для определения отрезных точек из основной выборки были отобраны пациенты (n = 81), которых в рамках настоящего исследования считали здоровыми — их индекс Тиффно был больше 70% [1, 2] и проведенная визуальная экспертная оценка врачом функциональной диагностики утверждала норму. Для полученной тестовой выборки были рассчитаны средние значения AEX-FV, угла β, а также процентов отклонения фактических МОС от предположительно нормальных. Данные значения приняты за отрезные точки. Для тех пациентов, чьи показатели были меньше отрезных точек, обструктивные нарушения считали подтвержденными.

Исследование ФВД методом спирометрии проводили на спирометре «СпироС-100» («АльтоМедика», Россия) [10]. Статистический анализ проводили путем расчета абсолютных и относительных частот встречаемости признаков «обструкция» и «норма» для каждого из описанных методов оценки формы кривой «поток–объем» с дальнейшим расчетом операционных характеристик теста относительно стандарта (путем построения таблиц сопряженностей). Эталоном сравнения при расчете операционных характеристик считали результаты оценки ФВД по системе Knudson. Выбор именно этой системы расчета должных обусловлен отсутствием каких-либо ограничений, накладываемых на характеристики пациента (в отличие, например, от систем Клемента [11, 12], GLI [13] и ECCS [14]). Статистический анализ проводили в программных пакетах IBM SPSS Statistics for Windows v.27.0 (США) и MedCalc by MedCalc Software Ltd v.23.0.6 (Бельгия).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

AEX-FV

Для каждого пациента из обучающей выборки была рассчитана площадь под фактической кривой «поток– объем» (AEX-FV) методом численного интегрирования. Площадь под кривой предполагаемой нормы определяли как площадь прямоугольного треугольника, равную половине произведения его катетов:

форм. 4

Для формирования мнения о контрольной цифре процентного отношения AEX-FV и AEX-Normal, которая позволит однозначно разделить норму и обструкцию дыхательных путей, было рассчитано среднее значение для отношения AEX-FV и AEX-Normal (табл. 1). С учетом близких значений отрезных точек для всех возрастных групп, кроме пациентов старше 70 лет, в качестве единой отрезной точки для этих возрастных диапазонов взято значение отношения площадей, равное 85% (рассчитано как среднее значение между значениями отрезных точек для рассматриваемых возрастных диапазонов). Получено, что при использовании метода оценки AEX-FV состояние «норма» встречалось в 38,1% случаев (206 пациентов), а «обструкция» — в 61,9%, (334 пациента), в то время как при использовании системы расчета должных по Knudson норма встречалась в 31,1% случаев (168 пациентов), а обструкция — в 68,9% (372 пациента).

Угол β

Предварительно проведенный расчет среднего значения угла показал, что даже при определенных нормальных значениях угла на фоне диагностического заключения, зафиксированного в истории болезни пациента, утверждающего норму, отмечается характерная для обструктивного типа вентиляционных нарушений вогнутость кривой «поток–объем», направленная к оси объема. Это вызвано снижением показателя МОС₇₅, которое ранее не учитывалось в исследованиях, посвященных данному вопросу [7, 8]. Поэтому было дополнительно определено среднее значение угла, центром которого является МОС₇₅, при условии, что фактическая МОС₅₀ превышает предположительно нормальное значение указанного показателя. Результаты расчета отрезных точек, позволяющих однозначно разделить норму и проявления обструктивных нарушений, представлены в табл. 2. При использовании метода оценки угла β состояние «норма» встречалось в 26,9% случаев (145 пациентов), а «обструкция» — в 73,1%, (395 пациентов), в то время как при использовании системы расчета должных по Knudson норма встречалась в 31,1% случаев (168 пациентов), а обструкция — в 68,9% (372 пациента).

Оценка общей вогнутости

По аналогии с принятой в практике логикой формирования заключения для каждого пациента были рассчитаны предположительно нормальные значения максимальных объемных скоростей на уровне 25%, 50% и 75% от ФЖЕЛ и определено процентное отклонение фактических значений этих показателей с рассчитанными «должными». При расчете предположительно нормальных значений использовали следующее уравнение прямой, проходящей через две заданные точки:

форм. 5

Таким образом, для определения МОС заданного уровня было использовано уравнение:

форм. 6

где х и у — координаты точки на соответствующих координатных осях. Следует отметить: в случае, когда фактическое значение МОС пациента превышало рассчитанное «должное», за норму принимали фактическое значение, а их отношения, соответственно, определяли как 100%. Такое допущение не противоречит Методическим рекомендациями о проведении метода спирометрии [1], поскольку утвержденный алгоритм оценки показателей спирометрии допускает существование значения процентного отношения фактического и должного значения больше 100%. В данном случае, если значение превышает эту отметку, то оно принимается за 100% и считается нормой.

Подобным образом проанализирована вся выборка, на основании чего определены отрезные точки для каждого рассматриваемого возрастного диапазона (табл. 3). При использовании метода оценки общей вогнутости состояние «норма» встречалось в 18,5% случаев (100 пациентов), а «обструкция» — в 81,5%, (440 пациентов), в то время как при использовании системы расчета должных по Knudson норма встречалась в 31,1% случаев (168 пациентов), а обструкция — в 68,9% (372 пациента). Метод оценки общей вогнутости чаще определяет обструктивные нарушения по сравнению с системой расчета должных Knudson (табл. 4).

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Метод расчета AEX-FV в целом обладает достаточно сбалансированными операционными характеристиками. Максимальная чувствительность теста зафиксирована в группе пациентов 61–70 лет (0,916), минимальная — в группе пациентов 71–80 лет, достигая 0,674. Что касается специфичности, то в этом случае максимального информативного значения данный показатель достигает в группе 18–30 лет (0,933), а минимального информативного значения — в группе пациентов 61–70 лет (0,800). В силу того, что для пациентов пожилого возраста наблюдается постепенное ослабление дыхательных мышц, которое при спирометрическом исследовании диагностируется как обструктивные нарушения определенной степени, «треугольник нормы» у пожилых пациентов почти не встречается. Таким образом, у пациентов пожилого возраста наблюдается характерный разброс между AEX-FV и AEX-Normal, который является естественным. С учетом подобной возрастной особенности скрининг дыхательных патологий в данном возрастном диапазоне несколько затруднителен. Полученные результаты также можно объяснить структурой анализируемой выборки пациентов. В выборку, рассматриваемую в настоящем исследовании, были включены преимущественно пациенты с подтвержденными дыхательными патологиями, в то время как для оценки скрининговой мощности теста требуется значительная выборка данных ФВД здоровых пациентов. В таком случае целесообразно повышение разнородности выборки, однако в силу ограниченности исследовательской мощности настоящей работы это не представлялось возможным.

Метод определения угла β, образованного кривой «поток–объем», демонстрирует достаточно высокую для всех рассматриваемых возрастов диагностическую чувствительность. Это свидетельствует о значительном потенциале данного метода как диагностического. Его дополнительным преимуществом является оценка нарушений по уровням, в отличие, например, от рассмотренного ранее метода оценки AEX-FV, который оценивает состояние бронхиального дерева в целом. Что касается специфичности, то если для «AEX-FV» ее значения были информативны во всех возрастных группах (кроме лиц пожилого и старческого возраста), то в случае с углом β данный показатель в большинстве возрастных групп не является информативным. Как и в случае с методом оценки AEX-FV подобный результат может быть объяснен структурой анализируемых данных и численным превосходством больных пациентов над здоровыми.

Что касается оценки общей вогнутости кривой «поток– объем», то чувствительность данного метода, как и чувствительность метода оценки угла β, стабильно высока для всех возрастных групп. Это говорит о значительном качестве диагностических заключений, сформированных с учетом метода определения общей вогнутости. Показатель специфичности, как и для метода оценки угла, является неинформативным во всех рассматриваемых группах.

Таким образом, все рассматриваемые методы оценки кривой «поток–объем» по изменению ее формы в силу своих высоких диагностических мощностей могут быть рассмотрены в качестве уточняющих параметров в сомнительных клинических случаях. Для повышения качества скрининговых мероприятий для болезней органов дыхания, проводимых с помощью спирометрии, в качестве уточняющего критерия для пациентов младше 70 лет можно рассматривать определение отношения площадей под фактической кривой и кривой предполагаемой нормы, т. е. метод «AEX-FV».

Логичным кажется опасение, что логика оценивания, заложенная в рассматриваемые методы, может привести к большему, по сравнению с классической методикой, числу ложноположительных результатов. Однако, по нашему мнению, под ложноположительным результатом в контексте принятого Российским респираторным обществом метода [1] будет пониматься скрытая обструкция, которая прямо не выявляется при помощи систем расчета должных, индексов Тиффно или Генслера или новых параметров оценки показателей ФВД (в частности, таких как нижняя граница нормы (LLN) [15–17] и z-оценка [1, 2, 15]). По нашему мнению, в данном случае повышенная настороженность к обструктивным вентиляционным нарушениям методов оценки кривой «поток–объем» по изменению ее формы оправдана, поскольку скрытая обструкция является доклинической стадией хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) и впоследствии может спровоцировать дыхательную недостаточность [18].

ВЫВОДЫ

На сегодняшний день доля заболеваний органов дыхания в общемировой структуре смертности остается значительной. Так, третьей по частоте причиной смерти в мире является ХОБЛ — заболевание с ярко выраженным обструктивным синдромом. Для диагностики патологий подобного рода можно использовать различные методы, однако самый простой и доступный — метод спирометрии с регистрацией петли «поток–объем». Основой спирометрии является сравнение полученных показателей ФВД пациента с рассчитанными по определенной системе должными значениями. Подобный подход достаточно давно используют в клинической практике и не раз подвергали критике. Целесообразно рассмотрение новых показателей или методов, с помощью которых возможно уточнение заключений, сделанных на основе кривой «поток–объем». Проведенное в рамках настоящей работы исследование диагностической эффективности методов оценки кривой «поток–объем» по изменению ее формы на фоне вентиляционных нарушений обструктивного типа позволяет рассматривать их как весьма точные методы диагностики обструктивных процессов в бронхах (в частности, методы оценки угла β и оценки общей вогнутости, которые обладают средними значениями чувствительности 87,8% и 95,6% соответственно). Оценка AEX-FV, напротив, обладает высоким средним значением специфичности (88,6%), что позволяет говорить об этом методе как более ориентированном на профилактический скрининг дыхательных нарушений обструктивного типа. Однако неправильным было бы рассматривать эти методы изолированно от систем расчета должных. По нашему мнению, использование описанных методов в отрыве от принятых систем расчета должных значений на сегодняшний день не является целесообразным для клинической практики.

Более логичным видится их совместное использование для взаимного повышения диагностических возможностей. Именно совместное использование, по нашему мнению, потенциально может иметь наибольшую эффективность для практической медицины. Таким образом определяется вектор будущих исследований в данной проблемной области.