Spirometer

Spirometer
Spirometer
	Spirometertest
Syfte	mäter volymen av luft som inandas och utsöndras av lungorna

En spirometer är en apparat för att mäta volymen av luft som inandas och andas ut av lungorna . En spirometer mäter ventilation, luftens rörelse in i och ut ur lungorna. Spirogrammet kommer att identifiera två olika typer av onormala ventilationsmönster, obstruktiva och restriktiva. Det finns olika typer av spirometrar som använder ett antal olika metoder för mätning (tryckgivare, ultraljud, vattenmätare).

Lungfunktionstester

En spirometer är den huvudsakliga utrustningen som används för grundläggande lungfunktionstester (PFT). Lungsjukdomar som astma , bronkit och emfysem kan uteslutas från testerna. Dessutom används en spirometer ofta för att hitta orsaken till andnöd, bedöma effekten av föroreningar på lungfunktionen, effekten av medicinering och utvärdera framsteg för sjukdomsbehandling.

Anledningar till att testa

Diagnostisera vissa typer av lungsjukdomar (som covid-19 , bronkit och emfysem )
Hitta orsaken till andnöd
Mät om exponering för kemikalier på jobbet påverkar lungfunktionen
Kontrollera lungfunktionen innan någon opereras
Bedöm effekten av medicinering
Mät framsteg i sjukdomsbehandling

Historia

En enkel flottörspirometer som används i en vetenskaplig demonstration på gymnasiet

Tidig utveckling

Det tidigaste försöket att mäta lungvolymen kan dateras tillbaka till perioden 129–200 e.Kr. Claudius Galen , en romersk läkare och filosof, gjorde ett volymetriskt experiment på mänsklig ventilation. Han fick ett barn att andas in och ut ur en blåsa och fann att volymen inte förändrades. Experimentet visade sig inte vara avgörande.

1681 försökte Borelli mäta volymen av luft som inspirerats i ett andetag. Han satte ihop ett cylindriskt rör delvis fyllt med vatten, med en öppen vattenkälla som kom in i cylinderns botten. Han tilltäppte sina näsborrar, andades in genom ett utlopp längst upp på cylindern och mätte volymen luft som undanträngdes av vatten. Nuförtiden är denna teknik mycket viktig för att bestämma parametrar för lungvolym.

Artonhundratalet

1813, Kentish, E. använde en enkel "Pulmometer" för att studera effekten av sjukdomar på pulmonell lungvolym. Han använde en inverterad graderad klockburk som stod i vatten, med ett utlopp längst upp på klockburken kontrollerat av en kran. Luftvolymen mättes i enheter av pints .
1831, Thackrah, CT beskrev en "Pulmometer" liknande den i Kentish. Han framställde apparaten som en klockburk med en öppning för luften att komma in underifrån. Det fanns ingen korrigering för tryck. Därför mätte spirometern inte bara andningsvolymen utan också andningsmusklernas styrka.
1845 diskuterade Vierordt i sin bok med titeln "Physiologie des Athmens mit besonderer Rücksicht auf die Auscheidung der Kohlensäure" sitt intresse av att mäta utandningsvolymen exakt. Han genomförde också noggranna mätningar av andra volymparametrar genom att använda sin "Expirator". Några av parametrarna han beskrev används idag, inklusive restvolym och vitalkapacitet .
1846 Vattenspirometern som mäter vitalkapacitet utvecklades av en kirurg vid namn John Hutchinson . Han uppfann en kalibrerad klocka inverterad i vatten, som användes för att fånga volymen luft som andades ut av en person. Hutchinson publicerade sin artikel om sin vattenspirometer och de mätningar han hade tagit från mer än 4 000 försökspersoner, som beskrev det direkta sambandet mellan vitalkapacitet och höjd och det omvända förhållandet mellan vitalkapacitet och ålder. Han visade också att vitalkapacitet inte relaterar till vikt vid någon given höjd. Hutchinson betraktas som uppfinnaren av vitalkapacitet eftersom han fann att med varje tum av höjden ökade vitalkapaciteten med åtta kubiktum. Han använde också sin maskin för att förutsäga för tidig dödlighet. Han myntade termen "vital kapacitet", som hävdades som en kraftfull prognos för hjärtsjukdomar av Framingham-studien. Han ansåg att hans maskin skulle användas för försäkringstekniska prognoser för företag som säljer livförsäkring.
1854 utvecklade Dr M. Alton Wintrich en spirometer, som var lättare att använda än Hutchinsons. Han gjorde ett experiment med 4 000 försökspersoner och kom fram till att det finns tre parametrar som påverkar vitalkapacitet: längd, vikt och ålder. Hans experiment gav resultat liknande de i Hutchinsons studie.
1859 E. Smith utvecklade en bärbar spirometer, som han använde för att mäta gasmetabolism.
1866 Henry Hyde Salter (1823-1871) lade till en kymograf till spirometern för att registrera tid samtidigt som luftvolymerna erhölls.
1879 Gad J. publicerade en artikel med titeln "Pneumatograph" som beskrev en maskin som gjorde det möjligt att registrera lungvolymförändringar.

Tjugonde århundradet

1902 var Brodie TG den första som använde en torrbälgspirometer
1904 Tissot introducerade spirometern med sluten krets
1939 Compton SD utvecklade lungometern för användning av Nazityskland
1959 Wright BM och McKerrow CB introducerade toppflödesmätaren
pletysmograf för hela kroppen
1974 Campbell et al. förfinade den tidigare toppflödesmätaren och utvecklade en billigare och lättare version

Tolkning av spirometri

Även med den numeriska precision som en spirometer kan ge, bygger bestämning av lungfunktionen på att skilja det onormala från det normala. Mätningar av lungfunktion kan variera både inom och mellan grupper av människor, individer och spirometerenheter. Lungkapaciteten kan till exempel variera temporärt, öka och sedan minska under en persons livstid. Som ett resultat är idéer om vad som är "normalt" baserade på ens förståelse om källorna till variationer och kan lämnas åt tolkning.

Traditionellt har källor till variation uppfattats i diskreta kategorier, såsom ålder, längd, vikt, kön, geografisk region (höjd) och ras eller etnicitet. Globala ansträngningar gjordes i början av 1900-talet för att standardisera dessa källor för att möjliggöra korrekt diagnos och noggrann utvärdering av lungfunktionen. Men snarare än att ytterligare försöka förstå orsakerna till sådana variationer, har den primära metoden för att hantera observerade skillnader i lungkapacitet varit att "korrigera för" dem. Med hjälp av resultat från jämförande befolkningsstudier, faktoriseras attribut empiriskt ihop till en "korrigeringsfaktor". Detta nummer används sedan för att bilda ett personligt "referensvärde" som definierar vad som anses vara normalt för en individ. Utövare kan därigenom hitta den procentuella avvikelsen från detta förutsagda värde, känt som "procent av förutsagt", och avgöra om någons lungfunktion är onormalt dålig eller utmärkt.

I synnerhet har "raskorrigering" eller "etnisk anpassning" effektivt datorprogrammerats i den moderna spirometern. Förutfattade meningar om att "vita" människor har större lungfunktion är inbäddade i tolkning av spirometermätningar och har bara förstärkts genom denna medicinska stereotypisering . I USA använder spirometrar korrigeringsfaktorer på 10-15% för de som identifieras som "svarta" och 4-6% för de som identifieras som "asiatiska".

Standardriktlinjer

År 1960 rekommenderade Europeiska gemenskapen för kol och stål (ECCS) först riktlinjer för spirometri. Organisationen publicerade sedan predikterade värden för parametrar som spirometriska index, restvolym, total lungkapacitet och funktionell restkapacitet 1971. American Thoracic Society/European Respiratory Society rekommenderar även rasspecifika referensvärden när sådana finns tillgängliga. Än idag noterar National Institute for Occupational Safety and Healths Spirometri Training Guide som är länkad till Centers for Disease Control and Preventions webbplats användningen av raskorrigering och ett rasspecifikt referensvärde i steg fyra av "normal" spirometri.

Motivationer

Användningen av referensvärden och diskreta kategoriseringar av källor till variabilitet har motiverats av idéer om antropometri och vital kapacitet. Studier har tittat specifikt på sambandet mellan antropometriska variabler och lungfunktionsparametrar.

Implikationer

Användningen av referensvärden har hittills inte tagit hänsyn till den sociala märkningen av ras och etnicitet. Ofta är bestämningar subjektiva eller tysta tillskrivna av en utövare. Ett annat problem med att använda referensvärden är feldiagnostik. Detta var en viktig faktor i förvaltningen och kontrollen av ersättningen till gruvarbetare i Storbritannien under mellankrigstiden. I detta politiskt laddade sammanhang, där ny röntgenteknik inte kunde litas fullt ut, representerade spirometern säkra bevis på luftvägssjukdomar i numeriska termer som kunde användas i det komplexa kompensationsnätverket.

Utvärdering av vitalkapacitet har också påverkat andra livssektorer än medicin, inklusive utvärdering av livförsäkringssökande och diagnos av tuberkulos.

När det gäller kön har vissa befolkningsstudier inte visat någon skillnad baserat på kön. Speciellt har spirometrar använts för att utvärdera vitalkapacitet i Indien sedan 1929, och registrerar en statistiskt signifikant skillnad mellan män (21,8 mL/cm) och kvinnor (18 mL/cm). Dessutom, 1990, var ungefär hälften av lungträningsprogrammen i både USA och Kanada justerade för ras och etnicitet.

Spirometern populariserade föreställningar om "raskorrigeringar" och "etniska justeringar", vilket antydde att svarta individer har svagare lungor än vita individer. Thomas Jefferson noterade till exempel fysiska skillnader mellan olika raser som en "skillnad i strukturen hos lungapparaten", som gjorde svarta individer "mer toleranta mot värme och mindre kyla än de vita." Jeffersons teorier uppmuntrade spekulationer om den naturliga konditioneringen av svarta för jordbruksarbete på södra plantager i USA. Samuel Cartwright, en slaveriapologet och plantageägare, använde spirometern för att göra påståendet att svarta människor konsumerade mindre syre än vita människor förutom ras. egenheter' lade han fram i New Orleans Medical and Surgical Journal som beskrev rasskillnader i andningssystemet och konsekvenserna av dem på förlossningen.

Sydafrikanska studier använde också spirometern för att ta itu med ras- och klassskillnader. Eustace H. Cluver genomförde forskning om vital kapacitetsmätning vid University of Witwatersrand och fann att fattiga vita människor hade fysisk olämplighet men att det berodde på miljöproblem snarare än genetik. Med hjälp av dessa studier hävdade Cluver för South African Association for the Advancement of Science under andra världskriget att en förbättring av både kost och fysisk träning skulle kunna bidra till att producera rikedom och vinna kriget genom att öka arbetsförmågan hos individer över alla raser eftersom deras arbete var nödvändiga för att uppnå dessa mål. Rasism och spirometern korsades igen i dessa studier när ytterligare forskning genomfördes om effekterna av fysisk träning på fattiga vita rekryter; Vital kapacitetsstudier visade att "den fattigvita är biologiskt sund och kan förvandlas till en värdefull medborgare", men ingen kommentar gjordes om resultatet för svarta sydafrikaner.

Bortom USA och Sydafrika användes spirometern i rasstudier i Indien på 1920-talet. Forskare fann att indianernas vitala kapacitet var mindre än västerlänningarnas.

Ändra tolkningar

Många har ifrågasatt om de nuvarande standarderna är tillräckliga och korrekta. I takt med att ett multietniskt samhälle utvecklas blir ras och etniskt ursprung som en faktor mer och mer problematisk att utnyttja. Idéer som kopplar etnicitet till brist på näring och födelseplats i ett fattigt land blir ogiltiga när människor immigrerar till eller kan födas i rikare länder.

Typer av spirometer

Helkroppspletysmograf

Denna typ av spirometer ger en mer exakt mätning av komponenterna i lungvolymer jämfört med andra konventionella spirometrar. En person är innesluten i ett litet utrymme när mätningen görs.

Pneumotachometer

Denna spirometer mäter gasernas flödeshastighet genom att detektera tryckskillnader över finmaskiga. En fördel med denna spirometer är att försökspersonen kan andas frisk luft under experimentet.

Helelektronisk spirometer

Elektroniska spirometrar har utvecklats som beräknar luftflödeshastigheter i en kanal utan behov av fina maskor eller rörliga delar. De fungerar genom att mäta luftflödets hastighet med tekniker som ultraljudsgivare, eller genom att mäta tryckskillnaden i kanalen. Dessa spirometrar har större noggrannhet genom att eliminera momentum och motståndsfel som är förknippade med rörliga delar som väderkvarnar eller flödesventiler för flödesmätning. De möjliggör också förbättrad hygien genom att tillåta luftflödeskanaler för engångsbruk.

Incitamentspirometer

Denna spirometer är speciellt utformad för att uppmuntra förbättring av ens lungfunktion.

Toppflödesmätare

Den här enheten är användbar för att mäta hur väl en persons lungor driver ut luft.

Spirometer av väderkvarnstyp

Denna typ av spirometer används speciellt för att mäta forcerad vitalkapacitet utan att använda vatten; den har breda mått som sträcker sig från 1000 ml till 7000 ml. Den är mer bärbar och lättare än traditionella spirometrar av vattentanktyp. Denna spirometer bör hållas horisontellt när du gör mätningar på grund av närvaron av en roterande skiva.

Se även

Fotnoter

Vidare läsning

Lundy Braun, Breathing Race into the Machine: The Surprising Career of the Spirometer from Plantation to Genetics. Minneapolis, MN: University of Minnesota Press, 2014.