До середины XIX века медики не имели достаточно точных и удобных инструментов для измерения параметров дыхания в условиях рутинного исследования пациентов. В 1846 г. британский врач Дж. Хатчинсон (J. Hutchinson)
[20] опубликовал сообщение об изобретенном им приборе для измерения объемов выдыхаемого воздуха спирометре, с использованием которого Хатчинсон сделал ряд актуальных и по настоящее время наблюдений: определена структура ЖЕЛ как сумма дыхательного и резервных объемов вдоха и выдоха, сделаны ценные наблюдения изменения окружности грудной клетки при исследовании ЖЕЛ и ДО, сформулированы основные принципы методики клинического измерения ЖЕЛ, проведены исследования биомеханики межреберной мускулатуры. На основе измерений ЖЕЛ у нескольких тысяч здоровых лиц с разными антропометрическими данными Хатчинсон экспериментально выявил линейную корреляцию между ростом и ЖЕЛ и не обнаружил связи ЖЕЛ с массой тела, фактически заложив основу оценки параметров легочной вентиляции сравнением с ДВ.
Можно считать, что именно с этой даты берет начало история объективного исследования функции внешнего дыхания, хотя и до Хатчинсона были публикации о приборах, позволявших измерить дыхательные объемы или экскурсию грудной клетки.
Спирометр Хатчинсона представлял собой воздушный колокол, в который пациент производил максимальный выдох (на рис. 1 представлена схема относительно современного прибора такой конструкции). Колокол поднимался пропорционально объему выдохнутого в него воздуха. Это позволяло определить жизненную емкость легких (ЖЕЛ ) или, при изменении методики, дыхательный объем (ДО ). Для уменьшения сопротивления дыханию колокол уравновешивался системой противовесов, а герметизация осуществлялась водой. Усовершенствования спирометра Хатчинсона, которые производились в течение десятков лет, касались в основном способов уравновешивания колокола и графической регистрации результатов измерений. Такие спирометры выпускались вплоть до вытеснения их микропроцессорными системами.
&hide_Cookie=yes)
Рис. 1. Схема спирометра с воздушным колоколом. Стрелками показано направление движения воздуха
В 1925 г. швейцарский физиолог и инженер А. Флейш (A. Fleisch) [17] ввел в практику прибор для регистрации объемной скорости потока воздуха в процессе дыхания, получивший название «пневмотахограф». Прибор представлял собой трубку с пневмосопротивлением и дифференциальным манометром, измерявшим перепад давления на резистивном элементе. Перепад давления в таком устройстве определяется сопротивлением резистивного элемента и объемной скоростью потока. В последующем был осуществлен ряд усовершенствований конструкции Флейша, однако основной принцип измерения объемной скорости потока оставался неизменным. Удобство конструкции заключается в возможности измерения не только скорости потока, но и его направления, оценивая раздельно вдох и выдох.
Форсированная ЖЕЛ была предложена Б.Е. Вотчалом в 1947 г., примерно в то же время, в 1949 г. Р. Тиффно (R. Tiffeneau) предложил показатель ОФВ1 и индекс ОФВ1/ЖЕЛ .
В 1951 г. Х. Дайман (H. Dayman) [16], используя пневмотахограф, детально описал кривые поток–объем у пациентов с различной легочной и бронхиальной патологией, обосновал удобство графического представления взаимосвязи скорости потока и объема во время форсированного выдоха. Им также были сделаны важные наблюдения о сопротивлении легочной ткани в процессе форсированного выдоха у разных категорий пациентов. Вероятно, это было первое детальное исследование, продемонстрировавшее высокую диагностическую ценность одновременного исследования скорости потока и объемов дыхания.
Важной задачей объективного исследования ФВД была миниатюризация аппаратуры, поскольку все имевшиеся к середине XX века конструкции приборов были достаточно массивными и не позволяли проводить исследования вне специальных лабораторий. Создать по-настоящему портативную конструкцию удалось Б. Райту (B. Wright) [25], который в 1950-х годах разработал и ввел в практику два важнейших для объективного исследования ФВД портативных измерительных прибора: «сухой» спирометр и пикфлоуметр.
Спирометр Райта представляет механический счетчик оборотов турбины, на которую подается выдыхаемый воздух. Число оборотов прямо пропорционально объему прошедшего через направляющую систему спирометра воздуха. Считывание результата измерения ЖЕЛ производится на круговой шкале, проградуированной в единицах объема. После прохождения через спирометр воздух выходит в атмосферу. Сухие спирометры пользовались популярностью в течение полувека, когда их позиции стали теснить микропроцессорные комбинированные приборы.
В 1959 г. Б. Райт и К. МакКерроу (C. McKerrow) [25] описали пикфлоуметр и методику исследования пиковой объемной скорости (ПОС ) форсированного выдоха. Выдыхаемый с силой воздух, воздействуя на подвижный подпружиненный элемент конструкции, вызывал его отклонение, которое показывалось на круговой шкале, проградуированной в значениях объемной скорости выдоха (л/мин). Пикфлоуметр с линейной шкалой, также изобретенный Райтом, широко применяется и сегодня для самоконтроля ПОС в домашних условиях. Исследование ПОС, ставшее благодаря этому прибору необременительным, позволило объективно оценивать обструкцию дыхательных путей.
Бодиплетизмография как метод детального исследования дыхательных объемов, включая остаточный объем и общую емкость легких, бронхиального сопротивления была введена в 1969 г. А. Дюбуа (A. DuBois) [15] и соавт. Эта методика без существенных изменений используется сейчас.
С 1980-х годов в спирометрической аппаратуре начинается широкое использование микропроцессоров и цифровых технологий обработки сигналов. Это произошло благодаря высокой точности измерений, надежности приборов, возможности наращивать число параметров путем относительно несложных вычислений. В настоящее время большинство приборов для рутинных исследований являются цифровыми.