Методы функциональной диагностики системы внешнего дыхания дают возможность выявить наличие дыхательной недостаточности, установить ее тип, характер и степень выраженности, проследить динамику изменения функций аппарата внешнего дыхания в процессе развития болезни и под влиянием лечения.
Спирометрия (СМ) - это метод измерения и графической регистрации статических и динамических объемов и емкостей, а также форсированных экспираторных и инспираторных потоков.
Методика и режимы спирометрии.
Режим определения статических объемов и емкостей (режим МОД или режим ЖЕЛ)
В этом режиме (рис. 3-5) определяют: ЧД (число дыханий в минуту), ДО (дыхательный объем - воздух, вдыхаемый и выдыхаемый при каждом дыхательном цикле), МОД (минутный объем дыхания - количество воздуха, вентилируемого через легкие при спокойном дыхании за 1 минуту). Синонимом МОД является термин "общая вентиляция легких".
Затем больному предлагается сделать максимально глубокий вдох (запись РОвд - резервного объема вдоха) и после нескольких спокойных дыхательных движений - максимально глубокий выдох (запись РОвыд - резервного объема выдоха), а далее - максимально глубокие вдох и выдох (запись ЖЕЛ - жизненной емкости легких).
Рис. 7. Статические легочные объемы при записи ЖЕЛ вдоха.
Inspiration - вдох; Expiration – выдох; TLC - общая емкость легких; ERV - РОвыд; Tidal breathing - дыхательный объем; FRC - уровень функциональной остаточной емкости легких; IVC - ЖЕЛ вдоха; IC – емкость вдоха;
RV - уровень остаточного объема; Tidal breathing - дыхательный объем
Рис.8. Статические легочные объемы при записи
жизненной емкости выдоха.
Рис. 9. Структура общей емкости легких.
TLC - общая емкость легких; ERV - РОвыд; IRV - РОвд; RV - остаточный объем; IVC– ЖЕЛ вдоха; FRC - функциональная остаточная емкость легких; Vt, Tidal breathing - дыхательный объем; EVC - ЖЕЛ выдоха; Inspiration - вдох; Expiration – выдох; IC – емкость вдоха
После спокойного максимального выдоха в легких остается остаточный объем - ООЛ. ООЛ можно определить с помощью газоанализатора гелия, присоединив его к системе «спирограф - легкие пациента» (рис. 6). Газоанализатор измеряет концентрацию гелия до подключения пациента к системе и непрерывно в течение 4-7 мин. дыхания в спирограф вплоть до достижения равномерного распределения гелия в указанной системе. Зная исходную и конечную концентрации гелия и объем воздуха в спирографе, рассчитывают ООЛ:
, где V1 - объем воздуха в спирографе в л., С1 и С2 - исходная и конечная концентрации гелия. В отличие от ООЛ функциональная остаточная емкость легких ФОЕЛ - это объем воздуха, остающийся в легких после обычного спокойного выдоха. ФОЕЛ всегда > ООЛ. Между собой они связаны уравнением: 
Общая емкость легких - это сумма ООЛ и ЖЕЛ: 
Рис. 10. Схема измерения остаточного объема легких
методом разведения гелия в закрытой системе.
Таким образом, по спирограмме определяют ДО, РОвд., РОвыд., ЖЕЛ. ООЛ измеряют с помощью индикаторного газа. Остальные показатели являются расчетными. Значительное увеличение ОЕЛ в сочетании с ростом соотношения ООЛ/ОЕЛ характерно для легочной гиперинфляции, которая является главным функциональным проявлением развивающейся эмфиземы легких.
Режим определения динамических легочных объемов, экспираторных и инспираторных потоков (режим ФЖЕЛ). Данный режим спирометрии предназначен для регистрации объемной скорости воздушного потока в разные фазы дыхательного цикла в зависимости от объема легких.
Характерная кривая «поток-объем» у здорового человека представлена на рисунке 11.
Исследование проводят в положении сидя в условиях покоя. Из положения максимального вдоха больной делает резкий, форсированный, полный выдох. Для объективной оценки получаемых результатов необходимо провести не менее трех маневров ФЖЕЛ. На полученных кривых определяют ПСВ (пиковую скорость выдоха), МОС25, МОС50, МОС75 (мгновенные объемные скорости выдоха на уровне 25, 50 и 75% ФЖЕЛ соответственно). Количественная оценка этих показателей основана на сравнении с должными величинами, которые зависят от пола, возраста и роста.
Рис. 11. Кривая «поток-объем» в норме
Flow – поток (объемная скорость); volume - объем
Для бронхиальной обструкции характерна спирограмма заостренно-вогнутого типа или низкого плато. Преимущественное сужение крупных бронхов приводит к уменьшению ПСВ и МОС25, а МОС50 и МОС75 при этом будут близки к норме. Преимущественное уменьшение МОС50 и МОС75 свидетельствует о возможной обструкции на уровне средних и мелких бронхов соответственно. Снижение только МОС75 свидетельствует в пользу изолированной обструкции дистальных мелких бронхов диаметром < 2 мм.
При рестриктивных нарушениях преимущественно уменьшается ЖЕЛ и ее составляющие без существенного снижения ОФВ1 и скоростных показателей бронхиальной проходимости.
В норме весь форсированный выдох происходит за 3-6 сек. При этом объем форсированного выдоха за первую секунду ОФВ1 составляет примерно 83% ЖЕЛ. Индекс Вотчала-Тиффно (ИТ) определяется соотношением: 
и также отражает степень бронхиальной обструкции.
Применяют расчет индекса Генслера (ИГ), величина которого определяется соотношением 
. В норме ИГ > 70%.
Фактические показатели у конкретного больного, характеризующие режимы определения статических и динамических легочных объемов, экспираторных и инспираторных потоков выражают в процентах по отношению к должным величинам согласно полу, росту и возрасту испытуемого.
Метод спирометрии нашел широкое применение при проведении фармакологических проб для проверки обратимости бронхиальной обструкции и индивидуального подбора бронхолитиков больным бронхиальной астмой (БА) и хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ). Чаще всего применяют холинолитики (ипратропиум бромид 40-80 мкг) и/или b2-адреномиметики (сальбутамол 200-800 мкг, фенотерол 100-800 мкг, тербуталин 250-1000 мкг) ингаляционным способом. Перед проведением пробы необходимо за 6 часов до исследования отменить короткодействующие b2-агонисты, за 12 часов – длительно действующие b2-агонисты, а за 24 часа - пролонгированные теофиллины. Кривую поток-объем записывают исходно, и после применения одного из вышеназванных бронхолитиков (через 15 мин. после ингаляции b2-адреномиметиков короткого действия или спустя 30-45 мин. после применения холинолитиков). Для оценки пробы рассчитывают коэффициент бронходилатации (КБД): [6] 
.
Положительными считаются пробы с КБД ≥ 15% или с абсолютным приростом ОФВ1 > 200 мл., либо ≥ 200 мл.
Режим МВЛ.
Больной дышит как можно глубже и чаще. Проба проводится в течение 15 сек., а результат ее приводят к 1 мин. Определяют максимальную вентиляцию легких МВЛ:[8] 
, где ЧДмакс - максимальная частота дыхания в 1 минуту, а ДОмакс - максимальный дыхательный объем.
Согласно определению, МВЛ - это максимальный объем воздуха, который вентилируется через легкие за 1 мин. В норме МВЛ ≈ 80 л/мин.
Показатели легочной вентиляции:
ЧД, МОД, МАВ (минутная альвеолярная вентиляция), МВЛ, ФЖЕЛ, РД (резерв дыхания).
Минутная альвеолярная вентиляция - это минутный объем воздуха, вентилируемого через альвеолы, т.е. воздуха, участвующего в газообмене. Величина МАВ определяется ДО, ЧД и объемом мертвого пространства МП: 
МП - это объем вдыхаемого воздуха, не участвующего в газообмене. Различают анатомическое (АМП) и функциональное (ФМП) мертвое пространство. АМП - объем воздухоносных проводящих путей до конечных бронхиол, еще не связанных с альвеолами (гортань, трахея, бронхи вплоть до 16 генерации). ФМП включает АМП и объем вентилируемых, но не перфузируемых альвеол. В здоровых легких количество подобных альвеол невелико, поэтому в норме объем АМП почти равен объему ФМП. ФМП рассчитывают по формуле Бора:
, где ДО – дыхательный объем (л); РаСО2 - парциальное напряжение СО2 (мм Hg) в артериальной крови. РЕСО2 - парциальное напряжение СО2 (мм Hg) в выдыхаемом воздухе. Увеличение МАВ называется альвеолярной гипервентиляцией, уменьшение МАВ - альвеолярной гиповентиляцией.
РД - разница между МВЛ и МОД: 
Показатели легочного газообмена.
Поглощение кислорода (ПО2) - объем О2 в мл., поглощаемый за 1 мин. Уменьшение ПО2 наблюдается при выраженной дыхательной и сердечной недостаточности. Увеличение - при активации обменных процессов и повышении потребности организма в кислороде (тиреотоксикоз, лихорадка и другие причины). ПО2 определяется по наклону спирографической кривой.
Коэффициент использования кислорода (КИО2) - объем О2, потребляемый из 1 л вентилируемого воздуха. Данный показатель расчетный:
КИО2 отражает эффективность и адекватность вентиляции. В норме КИО2 = 40 мл/л. При гипервентиляции КИО2 < 35, а при гиповентиляции КИО2 >45 мл/л.
В домашних условиях для мониторирования функции легких рекомендуется определение пиковой скорости выдоха (ПСВ) с использованием пикфлоуметрии. Этот метод относится к ранней скрининг-диагностике бронхиальной обструкции – одного из важнейших биомаркеров бронхиальной астмы и ХОБЛ. Пикфлоуметрию больной после необходимого обучения медработником способен применять самостоятельно для объективного контроля своего состояния и своевременного обращения к врачу в случае ухудшения своего функционального состояния. Применяют 2 метода измерения ПСВ:
1. Измерение ПСВ производится двукратно: утром после пробуждения до бронхолитика и накануне вечером после бронхолитика (за 12 часов до очередного утреннего измерения). Оба раза выполняют 3 и измерения и записывают лучший показатель. Суточная вариабельность дыхательных путей (разница указанных измерений, отнесенная к среднему дневному значению ПСВ и выраженная в процентах).
2. Измерение ПСВ производится однократно утром до бронхолитика. Делают 3 и измерения и записывают лучший показатель. Измерения следует производить 2-3 недели (не менее 1 недели). Если результат измерения, отнесенный к должному или наилучшему за период измерения показателю ПСВ (т. н. «индекс ПСВ-вариабельности или ПСВ-лабильности дыхательных путей») < 80%, то следует откоррегировать базисную терапию.
Метод бодиплетизмографии позволяет определять легочные объемы и емкости, включая невентилируемые зоны легких (внутригрудной объем), а также функциональную остаточную емкость легких [ФОЕЛ]. Возможность анализа невентилируемых зон легких - важное достоинство бодиплетизмографии. Существенной положительной особенностью бодиплетизмографии является и тот факт, что условия исследования максимально приближены к физиологическим. С помощью бодиплетизмографии оценивают «механику дыхания ».
Пульсоксиметрия.
Пульсоксиметрия проводится транскутанно для определения уровня насыщения гемоглобина кислородом SpO2, т.е. среднее количество кислорода, свзанное с каждой молекулой гемоглобина.
В норме уровень насыщения гемоглобина кислородом SpO2 100-95%.