Спирометрия: ОФВ₁, ФЖЕЛ и отношение ОФВ₁/ФЖЕЛ — расчёт процентов от должных величин
Оценка вентиляционной функции лёгких по показателям форсированного выдоха (ОФВ₁, ФЖЕЛ и их отношение) в процентах от должных величин, рассчитанных по полу, возрасту и росту.
- Полное название
- Спирометрия (спирография) с оценкой форсированного выдоха: ОФВ₁, ФЖЕЛ и их отношение в процентах от должных величин
- Авторы
- Форсированный экспираторный манёвр — R. Tiffeneau, A. Pinelli (1947) и E. A. Gaensler (1951); должные величины — Ph. H. Quanjer и соавт. (ECSC/ERS, 1993); критерий обструкции и степени тяжести — GOLD; степени снижения ОФВ₁ — ATS/ERS (R. Pellegrino и соавт., 2005)
- Назначение
- Оценка вентиляционной функции лёгких по показателям форсированного выдоха (ОФВ₁, ФЖЕЛ и их отношение) в процентах от должных величин, рассчитанных по полу, возрасту и росту.
Спирометрия — основной метод оценки функции внешнего дыхания. Обследуемый делает максимально глубокий вдох и максимально быстрый и полный выдох, а прибор регистрирует ФЖЕЛ (весь объём этого выдоха) и ОФВ₁ (сколько из него выдохнуто за первую секунду). Дальше оба показателя переводят в проценты от должных величин, а их отношение ОФВ₁/ФЖЕЛ сравнивают с порогом 0,70.
Литры сами по себе ни о чём не говорят. ОФВ₁ = 3,2 л у мужчины ростом 190 см и у женщины ростом 155 см означают совершенно разное. Поэтому спирометрию всегда интерпретируют в процентах от должной величины — расчётного значения для здорового человека того же пола, возраста и роста. Именно поэтому в таблицу исходных данных приходится вносить не только объёмы, но и антропометрию.
Что считает калькулятор ниже. Вы вносите по каждому обследуемому пять чисел — ОФВ₁ и ФЖЕЛ в литрах, пол, возраст и рост. Калькулятор рассчитывает должные величины по уравнениям ECSC/ERS 1993 и выдаёт главный показатель работы — ОФВ₁ в процентах от должного: по нему считаются M ± SD и Me [Q₁; Q₃], проверяется значимость различий выбранным критерием и строится диаграмма. Попутно по каждой строке проверяется отношение ОФВ₁/ФЖЕЛ и процент ФЖЕЛ от должного, и в столбце «Заключение» появляется тип вентиляционных нарушений: норма, обструктивный (с указанием степени GOLD), возможный рестриктивный или смешанный. Таблицы и диаграмма выгружаются в Word.
Где это применяют в дипломе. В работах по ЛФК, физической реабилитации, спортивной медицине и адаптивной физкультуре спирометрию снимают до и после курса дыхательной гимнастики, плавания, интервальных тренировок и доказывают прирост показателей критерием Вилкоксона, а различия между группами — критерием Манна-Уитни.
Это учебный расчёт, а не диагноз. Порог 0,70 применяется к постбронходилатационным значениям и только вместе с клинической картиной; сам по себе результат калькулятора не является ни диагнозом, ни основанием для его исключения. Заключение о состоянии функции внешнего дыхания даёт врач.
Онлайн-расчёт и генерация данных
БесплатноПосчитайте по своим данным или подберите правдоподобный набор для диплома — с таблицей и экспортом в Word.
Шаг 1. Что вам нужно?
Шкалы методики
ОФВ₁ (FEV₁), % от должного
Главный показатель спирометрии. Отражает и проходимость бронхов, и объём лёгких. По нему определяют степень тяжести нарушений — как по GOLD, так и по ATS/ERS.
Объём форсированного выдоха за первую секунду, л ÷ должный ОФВ₁ × 100 %
ФЖЕЛ (FVC), % от должного
Весь объём воздуха, выдохнутый при форсированном манёвре. Снижение ФЖЕЛ при нормальном отношении ОФВ₁/ФЖЕЛ заставляет заподозрить рестрикцию — ограничение расправления лёгких.
Форсированная жизненная ёмкость лёгких, л ÷ должная ФЖЕЛ × 100 %
ОФВ₁/ФЖЕЛ, %
Отношение двух измеренных объёмов; в отчётах его называют индексом Тиффно (строго — индекс Генслера). Не переводится в проценты от должного: с ним сравнивают фиксированный порог 0,70. Отвечает на вопрос «есть ли обструкция», но не на вопрос «насколько она тяжёлая».
ОФВ₁, л ÷ ФЖЕЛ, л × 100 %
Полный текст методики
Спирометрия проводится натощак или не ранее чем через 2 часа после еды, в положении сидя, после 15 минут покоя. Обследуемому объясняют манёвр и показывают его. Ниже — порядок процедуры; шкалы ответов у методики нет, регистрируются объёмы в литрах.
Шкала ответов: Шкалы ответов нет: регистрируются ОФВ₁ и ФЖЕЛ в литрах, отношение и проценты — в процентах
- 1.Измерить и записать рост стоя (без обуви, с точностью до 0,5 см), массу тела, возраст и пол — без них должные величины рассчитать нельзя.
- 2.Усадить обследуемого прямо, ноги на полу, не скрещены; наложить на нос зажим.
- 3.Плотно обхватить губами загубник, язык не должен перекрывать отверстие.
- 4.Дать несколько спокойных дыхательных циклов, чтобы прибор зафиксировал уровень спокойного дыхания.
- 5.Команда: максимально глубокий вдох «до предела», без паузы на высоте вдоха (пауза более 1–2 секунд снижает результат).
- 6.Команда: резкий, максимально быстрый и полный выдох «до конца», выдох продолжать не менее 6 секунд и до появления плато на кривой объём — время.
- 7.Прибор регистрирует ФЖЕЛ (весь выдохнутый объём) и ОФВ₁ (объём за первую секунду выдоха).
- 8.Выполнить не менее трёх приемлемых манёвров; два наибольших значения ФЖЕЛ и два наибольших ОФВ₁ должны отличаться не более чем на 150 мл.
- 9.В расчёт взять наибольший ОФВ₁ и наибольшую ФЖЕЛ — даже если они получены в разных попытках.
- 10.Между попытками — отдых не менее 1 минуты; всего не более 8 манёвров, дальше результаты падают из-за утомления.
- 11.Рассчитать должные ОФВ₁ и ФЖЕЛ по уравнениям ECSC/ERS 1993 и перевести измеренные значения в проценты от должного.
- 12.Рассчитать отношение ОФВ₁/ФЖЕЛ и сопоставить с порогом 0,70.
Ключи: как обрабатываются ответы
- 1Шаг 1. Получить у каждого обследуемого пол, возраст (полных лет) и рост стоя (см), а из протокола спирометрии — ОФВ₁ и ФЖЕЛ в литрах (наибольшие значения из не менее чем трёх приемлемых попыток).
- 2Шаг 2. Рассчитать должные величины по уравнениям ECSC/ERS 1993, где H — рост в метрах, A — возраст в годах: мужчины ФЖЕЛ = 5,76·H − 0,026·A − 4,34 и ОФВ₁ = 4,30·H − 0,029·A − 2,49; женщины ФЖЕЛ = 4,43·H − 0,026·A − 2,89 и ОФВ₁ = 3,95·H − 0,025·A − 2,60.
- 3Шаг 3. Для обследуемых моложе 25 лет подставить в уравнение A = 25: по методике ECSC до 25 лет функция лёгких находится на плато, и подстановка реального возраста завышает должную величину.
- 4Шаг 4. Перевести измеренные значения в проценты: ОФВ₁ % = ОФВ₁ ÷ должный ОФВ₁ × 100 %, аналогично для ФЖЕЛ. Условная нижняя граница нормы — 80 % от должного.
- 5Шаг 5. Посчитать отношение ОФВ₁/ФЖЕЛ = ОФВ₁ ÷ ФЖЕЛ × 100 %. Значение ниже 70 % (0,70) — критерий бронхиальной обструкции по GOLD.
- 6Шаг 6. Если обструкция есть — определить её степень по ОФВ₁ в процентах от должного (GOLD 1–4). Если отношение в норме, а ФЖЕЛ снижена — записать как возможные рестриктивные нарушения: подтвердить рестрикцию по одной спирометрии нельзя, нужна общая ёмкость лёгких (бодиплетизмография).
Как оценить результат
ОФВ₁ ≥ 80 % и ОФВ₁/ФЖЕЛ ≥ 70 %
Норма
ОФВ₁ 70–79 % от должного
Лёгкое снижение
ОФВ₁ 50–69 % от должного
Умеренное и среднетяжёлое снижение
ОФВ₁ < 50 % от должного
Тяжёлое и крайне тяжёлое снижение
Как обрабатывать математически
Единица измерения
ОФВ₁ и ФЖЕЛ — литры; % от должного и ОФВ₁/ФЖЕЛ — проценты
Тип шкалы
Метрическая (отношений) → параметрические методы допустимы
Как описывать
M ± SD при нормальном распределении, иначе Me [Q₁; Q₃]
Основные критерии
Стьюдент / Вилкоксон / Манна-Уитни
Проценты от должных величин — метрическая шкала, поэтому при нормальном распределении (проверка Шапиро-Уилка) уместен параметрический критерий Стьюдента, а описание ведётся через M ± SD. На типичных для дипломов выборках 10–30 человек нормальность подтверждается не всегда, и тогда переходят к ранговым критериям (Вилкоксон, Манна-Уитни) с описанием через медиану и квартили. Долю обследуемых с ОФВ₁/ФЖЕЛ < 0,70 сравнивают между группами угловым преобразованием Фишера или критерием χ².
Пошаговый план расчёта
- 1Соберите по каждому обследуемому пол, возраст, рост и наибольшие из трёх приемлемых попыток значения ОФВ₁ и ФЖЕЛ в литрах.
- 2Рассчитайте должные ОФВ₁ и ФЖЕЛ по уравнениям ECSC/ERS 1993 и переведите измеренные значения в проценты от должного.
- 3Посчитайте отношение ОФВ₁/ФЖЕЛ и отметьте обследуемых, у которых оно ниже 0,70.
- 4Проверьте распределение процентов от должного критерием Шапиро-Уилка и опишите выборку: M ± SD либо Me [Q₁; Q₃].
- 5Выберите критерий по дизайну исследования (таблица ниже) и оцените значимость различий (p < 0,05).
Какой критерий выбрать
Пример обработки результатов
В исследовании участвовали 12 студентов 19–22 лет с бронхиальной астмой лёгкого течения вне обострения. Спирометрию выполняли до и после 10-недельного курса дыхательной гимнастики по Бутейко. Оценивали ОФВ₁ в процентах от должной величины (ECSC/ERS 1993). Нужно проверить, значимо ли выросла вентиляционная функция лёгких.
До: 76 81 74 85 79 72 83 77 80 75 84 78
После: 84 88 80 91 86 79 89 85 87 82 90 86
- 1По полу, возрасту и росту каждому студенту рассчитали должный ОФВ₁ по уравнению ECSC/ERS 1993 (для лиц моложе 25 лет в формулу подставляли A = 25).
- 2Измеренный ОФВ₁ разделили на должный и умножили на 100 % — получили ОФВ₁ в процентах от должного до и после курса.
- 3Замеры связанные (одни и те же студенты), выборка малая (n = 12), нормальность не подтвердилась → выбрали критерий Вилкоксона.
- 4Нашли сдвиги «после − до», проранжировали их по модулю и посчитали T эмпирическое.
- 5Сравнили T эмп с T критическим для n = 12 при α = 0,01.
Как оформить это в дипломе
В таблице 1 представлены показатели спирометрии до и после курса дыхательной гимнастики.
Таблица 1 — Динамика ОФВ₁ (% от должного) «до/после» (n = 12)
| Показатель | До | После | T эмп | T крит | p |
|---|---|---|---|---|---|
| ОФВ₁, % от должного: Me | 78,5 | 86,0 | 0 | 7 | < 0,01 |
| Квартили (Q₁–Q₃) | 75,8–81,5 | 83,5–88,3 | — | — | — |
| Обследуемых с ОФВ₁ < 80 % | 7 (58,3 %) | 1 (8,3 %) | — | — | — |
На рисунке 1 графически представлена динамика медианы ОФВ₁ в процентах от должного.
Рисунок 1 — Медиана ОФВ₁ (% от должного) до и после курса
Медиана ОФВ₁ выросла с 78,5 % от должной величины до курса до 86,0 % после 10 недель дыхательной гимнастики. Число студентов с показателем ниже условной границы нормы 80 % сократилось с семи до одного.
Сдвиг «после − до» положителен у всех 12 студентов, поэтому по критерию Вилкоксона T эмп = 0, а T крит = 7 (n = 12, α = 0,01). Так как T эмп < T крит, сдвиг статистически значим (p < 0,01).
Вывод
После 10-недельного курса дыхательной гимнастики ОФВ₁ значимо вырос (медиана с 78,5 % до 86,0 % от должного; p < 0,01) — вентиляционная функция лёгких улучшилась.
Что означает каждый показатель
Из форсированного выдоха получают три числа, и путать их нельзя: два из них — измеренные объёмы, третье — их отношение.
- ФЖЕЛ (FVC, forced vital capacity) — форсированная жизненная ёмкость лёгких: весь объём воздуха, который человек способен выдохнуть при максимально быстром и полном выдохе после максимального вдоха. Измеряется в литрах.
- ОФВ₁ (FEV₁, forced expiratory volume in 1 second) — объём форсированного выдоха за первую секунду. Тоже в литрах, всегда меньше ФЖЕЛ, потому что это её часть.
- ОФВ₁/ФЖЕЛ — какая доля всего форсированного выдоха приходится на первую секунду. Выражают в процентах или долях единицы. Чем хуже проходимость бронхов, тем медленнее выходит воздух и тем ниже это отношение.
Индекс Тиффно или индекс Генслера: почему в отчёте стоит ОФВ₁/ФЖЕЛ
Строго говоря, индекс Тиффно — это ОФВ₁/ЖЕЛ, где в знаменателе стоит жизненная ёмкость лёгких, измеренная при спокойном, не форсированном выдохе. Отношение ОФВ₁/ФЖЕЛ предложил Э. Генслер в 1951 году, и правильное его название — индекс Генслера, хотя в русскоязычной литературе за ним закрепилось название «модифицированный индекс Тиффно».
На практике современные спирометры печатают именно ОФВ₁/ФЖЕЛ, и все международные критерии (в том числе порог 0,70 по GOLD) сформулированы для него. У здорового человека оба варианта близки, но при выраженной обструкции ЖЕЛ оказывается заметно больше ФЖЕЛ (воздух «запирается» в лёгких при форсировании), и тогда индекс Тиффно получается ниже индекса Генслера.
Если в вашей работе нужен именно классический вариант ОФВ₁/ЖЕЛ и его нормы — он разобран на отдельной странице Индекс Тиффно. Эта же страница — про полный набор показателей форсированного выдоха и про перевод их в проценты от должных величин.
Должные величины: уравнения ECSC/ERS 1993
Должная величина — это значение показателя, ожидаемое у здорового человека того же пола, возраста и роста. Все три признака влияют сильно: с ростом должные объёмы растут, с возрастом (после 25 лет) снижаются, у мужчин при прочих равных они выше, чем у женщин. Поэтому спирометрию нельзя интерпретировать по литрам — только по процентам от должного.
В таблице H — рост в метрах (175 см = 1,75), A — возраст в годах; результат получается в литрах.
Таблица — Уравнения должных величин ECSC/ERS 1993 (Quanjer et al.)
| Пол | Показатель | Уравнение |
|---|---|---|
| Мужчины | ФЖЕЛ, л | 5,76 · H − 0,026 · A − 4,34 |
| Мужчины | ОФВ₁, л | 4,30 · H − 0,029 · A − 2,49 |
| Женщины | ФЖЕЛ, л | 4,43 · H − 0,026 · A − 2,89 |
| Женщины | ОФВ₁, л | 3,95 · H − 0,025 · A − 2,60 |
Для лиц 18–24 лет в уравнение подставляют A = 25: ECSC исходит из того, что до 25 лет функция лёгких находится на плато. Уравнения выведены на европейской популяции и для других этнических групп требуют поправочного коэффициента.
Почему ECSC/ERS 1993, а не GLI-2012
GLI-2012 (Global Lung Function Initiative) — более современный и более точный набор должных величин: он построен на данных почти 100 000 здоровых людей 3–95 лет, учитывает этническую принадлежность и выдаёт не только должное значение, но и z-оценку. С 2022 года ERS/ATS рекомендуют для клинической интерпретации именно его.
Но должное значение по GLI-2012 получают методом LMS по сплайнам, коэффициенты которых лежат в таблице поиска на каждый год возраста. Записать это в диплом формулой и пересчитать вручную невозможно — нужен онлайн-калькулятор GLI или встроенный в спирометр модуль.
Уравнения ECSC/ERS 1993 — обычная линейная регрессия по полу, возрасту и росту. Студент может показать в работе подстановку и проверить расчёт на калькуляторе, поэтому в учебных работах по ЛФК и физической реабилитации до сих пор используют именно их. Если ваш спирометр печатает проценты по GLI-2012 — берите их и укажите это в разделе «Организация и методы исследования»; сравнивать в одной таблице проценты по разным наборам должных величин нельзя.
Критерий обструкции и степени тяжести по GOLD
Обструкция считается подтверждённой, если ОФВ₁/ФЖЕЛ < 0,70 (70 %) после ингаляции бронхолитика. Само отношение при этом степень тяжести не определяет: соотношение 0,5/1,0 и 2,0/4,0 даёт одни и те же 50 %, но это принципиально разное состояние. Поэтому тяжесть оценивают по ОФВ₁ в процентах от должного.
Таблица — Степени бронхиальной обструкции по GOLD (при ОФВ₁/ФЖЕЛ < 0,70)
| Степень | Тяжесть | ОФВ₁, % от должного |
|---|---|---|
| GOLD 1 | Лёгкая | ОФВ₁ ≥ 80 % от должного |
| GOLD 2 | Среднетяжёлая | 50 % ≤ ОФВ₁ < 80 % |
| GOLD 3 | Тяжёлая | 30 % ≤ ОФВ₁ < 50 % |
| GOLD 4 | Крайне тяжёлая | ОФВ₁ < 30 % от должного |
Классификация применяется к постбронходилатационным значениям и только при уже подтверждённой обструкции. При ОФВ₁/ФЖЕЛ ≥ 0,70 степени GOLD не присваиваются.
Степени снижения ОФВ₁ по ATS/ERS 2005
Для любых вентиляционных нарушений — не только обструктивных — ATS/ERS предлагает более дробную шкалу по ОФВ₁ в процентах от должного. Ей удобно пользоваться в дипломе, когда нужно распределить выборку по степени снижения показателя.
Таблица — Степени выраженности нарушений по ОФВ₁ (ATS/ERS, 2005)
| Степень | ОФВ₁, % от должного |
|---|---|
| Норма | ≥ 80 % |
| Лёгкая | > 70 % |
| Умеренная | 60–69 % |
| Среднетяжёлая | 50–59 % |
| Тяжёлая | 35–49 % |
| Крайне тяжёлая | < 35 % |
Строка «Норма» добавлена для полноты: сама таблица ATS/ERS 2005 начинается со степени «лёгкая». Значения границ приведены как в источнике; калькулятор выше относит ровно 70,0 % к лёгкой степени, потому что в исходной таблице это значение не попадает ни в одну строку. В редакции ERS/ATS 2022 тяжесть рекомендуют оценивать по z-оценкам, а не по процентам от должного.
Обструкция и рестрикция: как различить по спирометрии
Спирометрия уверенно выявляет обструкцию и лишь заставляет заподозрить рестрикцию. Подтвердить ограничение расправления лёгких можно только по общей ёмкости лёгких (ОЕЛ), а её измеряют бодиплетизмографией или методом разведения газов — спирометром это не делается.
Таблица — Типы вентиляционных нарушений
| Тип | ОФВ₁/ФЖЕЛ | ОФВ₁, % должн. | ФЖЕЛ, % должн. | Как записать в работе |
|---|---|---|---|---|
| Норма | ≥ 70 % | ≥ 80 % | ≥ 80 % | Показатели в пределах должных величин |
| Обструктивный | < 70 % | снижен | норма или снижена | Нарушения вентиляции по обструктивному типу |
| Возможен рестриктивный | ≥ 70 % | снижен | < 80 % | Возможны рестриктивные нарушения; требуется измерение ОЕЛ |
| Смешанный | < 70 % | снижен | < 80 % | Возможны нарушения по смешанному типу |
Именно по этой схеме калькулятор выше распределяет обследуемых по типам нарушений.
Ограничения и оговорки
- Это учебный расчёт, а не диагноз. Калькулятор нужен для статистической обработки материала выпускной работы. Диагноз ставит врач по клинике и полному обследованию.
- Порог 0,70 фиксированный и потому неточен на краях возрастного диапазона: у молодых он пропускает начальную обструкцию, у пожилых — завышает её частоту. Альтернатива — нижняя граница нормы (LLN, z-оценка ниже −1,645) по GLI-2012.
- Уравнения ECSC/ERS 1993 выведены для взрослых европейской популяции. Для детей и подростков нужны детские должные величины, для других этнических групп — поправочные коэффициенты.
- Результат сильно зависит от техники манёвра: недостаточный вдох, ранний обрыв выдоха, утечка мимо загубника занижают показатели. Без трёх приемлемых и воспроизводимых попыток (расхождение не более 150 мл) данные в работу брать нельзя.
- Перед исследованием отменяют бронхолитики (по назначению врача), исключают курение за час, тяжёлую физическую нагрузку за 30 минут и плотную еду за 2 часа.
- Спирометрия противопоказана при кровохарканье, пневмотораксе, недавнем инфаркте, аневризме, недавних операциях на глазах, грудной и брюшной полости — со студентами такие ограничения тоже проверяют.