دمسنجی یا اسپیرومتری (Spirometry) چیست و چه کاربردهایی دارد؟

تعریف اسپیرومتری :

دَم‌سنجی یا اسپیرومتری (Spirometry) روشی رایج برای اندازه‌گیری و ثبت ظرفیت تنفسی شش‌ها است. . از دم‌سنجی برای اندازه‌گیری برخی از حجم‌ها و ظرفیت‌های ریوی در بیماران ریوی مانند آسم، بیماری‌های ریوی انسدادی مزمن (COPD) و بیماریهای تحدیدی ریوی جهت تشخیص و ارزیابی شدت بیماری استفاده می‌ شود. اسپیرومتری همچنین به صورت دوره‌ای جهت بررسی عملکرد ریه افراد دچار بیماری مزمن و کارگران در معرض بیماریهای ریوی (پنوموکونیوز) انجام می‌ شود.

آشنایی با ظرفیت‌های ریوی :

• ظرفیت حیاتی (vital capacity)، این مقدار، حداکثر هوایی که فرد پس از پر کردن ریه‌ها تا حداکثر گنجایش و خالی کردن آن تا همین بازه از ریه‌هایش خارج می‌سازد.
• ظرفیت دمی (inspiratory capacity)، حداکثر میزان گازی است که می‌توان پس از بازدم، وارد ریه کرد.
• ظرفیت باقی‌مانده عملکردی (function residual capacity)، میزان هوایی که در پایان یک بازدم عادی در ریه‌ها باقی می‌ماند.
• ظرفیت کل ریوی(total lung capacity)، به بیش‌ترین نیروی ممکن ریه‌ها برای حداکثر اتساع ممکن برای وارد کردن هوا به مجاری تنفسی می‌ گویند.

در اسپیرومتری میزان هوایی که شما می‌توانید دم و بازدم کنید اندازه‌گیری می‌شود. همچنین سرعت عمل دم را مورد اندازه‌گیری قرار می‌دهد. مقادیر نشان دهنده بوسیله اسپیرومتری اگر پایین‌تر از حد متوسط باشد نشان دهنده این امر است که ریه‌های شما عملکرد خوبی ندارند.

روش‌های دم‌سنجی :

روش‌های دم‌سنجی به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند:

1. روش حجم‌سنجی
2. روش فلومتری

علاوه بر اندازه گیری حجم ها و ظرفیت های ریه می توان سرعت خروج گازها از ریه را نیز توسط آزمون های عملکردریه اندازه گیری نمود . همچنین سنجش های اطلاعاتی درباره باز شدن راههای هوایی ، شدت اختلال راههای هوایی و یا اینکه آیا بیمار دچار مشکل راه هوایی کوچک یا بزرگ است به دست می آید .

برخی از اسپیرومترها یک خروجی الکتریکی دارند به این شکل که وقتی تک قسمتی در قطعه دهانی وجود ندارد پتانسیل الکتریکی صفر و در نتیجه سیگنالی نداریم اما در هنگامی که بیمار در داخل لوله نفس می‌کشد، پتانسیل الکتریکی مثبت و منفی متناسب با حجم به دو انتهای پتانسیومتر، متصل می‌شود و سیگنال الکتریکی حاصل بیانگر حجم مورد نظر است. فلومترهای التراسونیک هم به صورت تجاری موجود است که بر اساس اختلاف تغییر داپلر که روی امواج التراسونیک ثبت شده کار می‌کند. از ترانسدیوسر Pinwheel نیز جهت اندازه گیری حجم‌های ریوی، استفاده شده است.

روش فلومتری :

روش فلومتری خود شامل تکنیک‌های مختلفی است که به ۴ تکنیک آن در ذیل اشاره می شود:

• اسپیرومتر نوع فلیسچ( Fleisch) : شار هوا در این دستگاه به وسیله مقاومت معینی که در داخل تیوپ ثابت شده است اندازه گیری می شود. در این نوع اسپیرومتر مقاومت در برابر شار به وسیلهٔ آرایه ای از مویرگ‌های هم جهت با فشار هوا اندازه گیری می شود. افت فشار در طول مقاومت در جریان‌های نسبتا کم هوایی به طور خطی با جریان هوا متناسب است. در این حالت الگوی شار لامینار است. در شارهای بالاتر، جریان هوایی شکل متلاطمی به خود می گیرد و در این حالت افت فشار در طول مقاومت نسبت به شار بیشتر است. دقت اندازه گیری‌ها در حالتی که الگوی جریان هوا لامینار و ارتباط شار با افت فشار خطی باشد بیشترین مقدار خود را دارد. اسپیرومترهای نوع فلیسچ در اندازه‌های مختلف و برای بازه‌های مختلف شار عبوری وجود دارند. مقاومت در برابر عبور شار می تواند بر اثر انباشته شدن ترشحات یا سایر آلاینده‌ها افزایش یابد. همچنین با تقطیر بخار آب(موجود در بازدم) مشخصهٔ شاری آن دستخوش تغییر می شود. همچنین مشخصه شار با ویسکوزیته شار نیز تغییر می‌کند که این ویسکوزیته خود ناشی از نسبت گازهای موجود در هوای تنفسی و همچنین دمای هواست.
• اسپیرومتر نوع لی لی (Lilly) : در این روش شار بر اثر اختلاف فشار در دو طرف یک مقاومت کوچک(ناشی از یک صفحه مشبک فلزی) که در داخل تیوب ثابت شده است اندازه گیری می شود. در این حالت نیز مانند حالت قبل، به ازای جریان‌های کم ارتباط شار با افت فشار خطی و الگوی شار لامینار است، در جریان‌های عبوری زیاد دستخوش تلاطم می‌شود و رابطه ا حالت خطی خارج می گردد. به علاوه دقت اندازه گیری‌ها در حالت اول(خطی و الگوی لامینار) بیشتر است. سر اسپیرومتر شکل شیپوری دارد و این طراحی برای این است که در بازه‌های بزرگی از شار عبوری امکان دستیابی به الگوی لامینار فراهم باشد. از این رو اسپیرمترهای نوع لی لی به ازای شارهای ۰ تا ۱۲ لیتر بر ثانیه رابطه خطی از خود نشان می دهند. در این حالت هم مانند حالت قبل عواملی نظیر انباشته شدن ترشحات و تقطیر بخار هوا و … می تواند مقاومت را دستخوش تغییر نماید. و همچنین ویسکوزیته مشخصه شار را تغییر می دهد.

• فلومتر توربینی: در این روش وقتی گاز از در محفظه جریان می یابد، پره چرخان به حرکت در می آید؛ شار عبوری از محفظه با تعداد چرخش پره در واحد زمان متناسب است که این تعداد چرخش با استفاده از سیگنال هایی که از منبع نور پالسی به سلول نوری رسیده و شمارش می‌شود به دست می آید(طبق شکل). یک مزیت این دستگاه مقاومت آن در برای شار تلاطمی، بخار آب و دمای گاز است. اما عیب این وسیله اینرسی پره است که باید با حداقل کردن جرم پره و اعمال یک منحرف کننده اثر این اینرسی را حتی الامکان کم نمود.
• فلومتر سیم داغ: این فلومتر شامل یک سیم پلاتینی باریک است که تا دمای معینی گرم شده و در مرکز محفظه قرار گرفته است. با عبور جریان هوا از فلومتر، این سیم سرد می‌شود و برای بازیابی دمای اولیه خود به انرژی الکتریکی نیاز خواهد داشت. میزان انرژی الکتریکی اضافی مورد نیاز، شار گاز عبوری را معلوم می کند.

برخی اصطلاحات دم‌سنجی:

1. ظرفیت کل ریوی (Total Lung Capacity) یا TLC: عبارت است از حداکثر مقدار هوایی که ریه‌ها می‌توانند در خود جا دهد که مجموع RVو VC می‌باشد.
2. ظرفیت حیاتی (Vital Capacity) یا VC: حداکثر حجم هوایی است که می‌توان پس از یک دم بسیار عمیق به بیرون فرستاد. (نمودار مقابل)
3. ظرفیت دمی (Inspiratory Capacity) یا IC: حداکثر حجم هوایی است که می‌توان در انتهای یک بازدم معمولی وارد ریه‌ها کرد.
4. ظرفیت باقیمانده عملی یا عملکردی (Functional Residual Capacity) یا FRC: حجم هوایی است که پس از یک بازدم معمولی، هنگامیکه ریه‌ها و قفسه سینه در وضعیت استراحت قرار دارند، در داخل ریه‌ها باقی می‌ماند.
5. حجم جاری (Tidal volume) یا TV: حجم هوایی است که در هر دم یا بازدم معمولی به ریه وارد یا خارج می‌شود.
6. حجم ذخیره دمی (Inspiratory Reserve Volume) یا IRV: در انتهای یک دم معمولی به حداکثر حجم هوایی که بتوان وارد ریه‌ها نمود گفته می‌شود.
7. حجم ذخیره بازدمی (Expiratory Reserve Volume) یا ERV: در پایان یک بازدم معمولی حجمی از هواست که بتوان از ریه‌ها خارج کرد.
8. حجم باقیمانده (Residual Volume) یا RV: حجم هوایی است که در پایان یک بازدم بسیار عمیق در داخل ریه‌ها باقی می‌ماند.
9. ظرفیت حیاتی اجباری (با فشار) (Forced Vital Capacity) یا FVC: حجم هوایی است که بعد از یک دم عمیق می‌توان با شدت هر چه بیشتر و با حداکثر توان از ریه‌ها خارج کرد.
10. حجم بازدمی اجباری (FEV (Forced Expiratory Volume: عبارت است از حداکثر حجم هوایی که ممکن است در یک زمان خاص حین بازدم از ریه‌ها خارج شود.
11. FEV1 (Forced Expiratory Volume in First Second): مقدار هوایی است که طی اولین ثانیه بازدم اجباری و پر فشار که پس از TLC شروع می‌شود از ریه‌ها خارج می‌گردد.
12.  درصد FVC / FEVı: عبارت است از کسری از ظرفیت حیاتی که می‌توان آن را در ثانیه اول در طی بازدم از ریه خارج کرد یا نسبت FEV1 به ظرفیت حیاتی اجباری.
13.  MVV (Maximum Ventilatory Volume): به حداکثر تنفس ارادی به صورت سریع و عمیق در یک زمان مشخص (مثلا دوازده ثانیه) اطلاق می‌شود. گاه به این متغیر حداکثر ظرفیت تنفسی (MBC) گفته می‌شود.

اهمیت کالیبراسیون دوره ای اسپیرومتر :

اکثر خطاهای اسپیرومتری باعث کاهش پارامترهای اندازه گیری شده و به نظر می رسد که صحت نتایج به وسیله کالیبراسیون دوره ای تضمین شده است . با  این حال خطای حالت صفر و تغییرات سنسور اندازه گیری کننده ممکن است در طول تست باعث بالا رفتن پارامترهای اندازه گیری شده از حالت عادی آن شود . که این خطاها باعث ایجاد اسپیروگرام های غیر عادی در بسیار از تستها در مراکر مختلف شده است . جوابهای غیر واقعی معمولا به علت صفر کردن نادرست سنسور یا جمع شدن رسوبات روی سنسور و یا کالیبراسیون غیر واقعی میباشد .این خطا گاها” باعث افزایش ‏FVC‏ از ۱۴۴% تا ۲۰۴% شده است بنابراین کابرهای اسپیرومترهای فلوتایپ از یک تکنسین گرفته تا متخصص باید با این نوع خطاها آشنا باشند و آنها را تشخیص داده و خذف کنند. ‏

در سال ۱۹۷۸ انجمن های ایمنی و بهداشت حرفه ای و انجمن ریه آمریکا ( ‏ATS‏ ) پیشنهاد دادند که بیشترین مقدار ‏FEV1 ‎‏ و ‏FVC ‎‏ را به عنوان خلاصه یک تست اسپیرومتری انتخاب کنند . این شیوه در مقابل خطاهایی که پارامترها را افزایش می دهند آسیب پذیر می باشد . اگر این منحنی های اشتباه ، تشخیص داده نشوند و پاک نشوند در نهایت به عنوان مقادیر پیشینه ثبت شده و به عنوان گزارش نهایی ارسال می شوند . این مشکلات از محدودیت های زیر که در برخی اسپیرومترها وجود دارد ناشی می شوند:‏

‏ ۱- عدم نمایش زمان واقعی ( منحنی ‏VT ‎‏) روی صفحه ‏LCD ‎دستگاه ‏

‏۲- ثبت کردن سه تست با مقادیر بیشینه

۳- نبودن این امکان در نرم افزار دستگاه که تست های قبلی را در صورت غیر نرمال بودن نتایج حذف کنند

۴ – عدم دارا بودن پمپ کالیبراسیون

مشکل دیگری که در اسپیرومترها وجود دارد به غیر دقیق بودن لایه های ریه بر می گردد. ریه ها باید به طور کامل در طول انبساط با سرنگ کالیراسیون ارزیابی شوند که در طول این عمل متورم  می شوند و اگر به این صورت نیست باید به وسیله یک ریه جدید جایگزین شوند.

هدف از انجام اسپیرومتری :

• در معاینات قبل از استخدام جهت تعیین استعداد و قابلیت فرد برای کار مورد نظر
• تشخیص زود رس بیماریهای ریوی و عوارض ناشی از کار
• درمان بهنگام و جلوگیری از بیماریهای شغلی
• توصیه برای تغییر شغل و یا محدود نمودن کار کارگران بیمار
• حفظ سلامت سایر کارگران و در برخی موارد سایر افراد جامعه

اندازه گیری های اسپیرومتری کلیدی عبارتند از:

• ظرفیت حیاتی اجباری (FVC). بیشترین مقدار هوایی که شما قادرید بعد از تنفس عمیق بدمید. اگر رقم نشان داده شده کمتر از حد نرمال در FVCباشد نشان دهنده تنگی نفس است.
• حجم اجبار بازدمی (FEV -۱). حجماجبار بازدمی این است که چه مقدار هوا می توانید از ریه ها در یک ثانیه به بیرون بدمید. انجام این تست روش خوبی برای اندازه گیری شدت مشکلات تنفسی است. پایین بودن مقدار FEV-۱  نشان دهنده انسداد قابل توجه است.

هنگام انجام آزمون اسپیرومتری به موارد زیر توجه کنید :