Hô hấp kế (spirometer) là một thiết bị đo thể tích không khí do hai phổi hít vào và thở ra. Hô hấp kế đo lường thông khí, sự lưu thông không khí vào và ra khỏi hai phổi. Hô hấp đồ (spirogram) sẽ xác định hai loại kiểu thông khí bất thường tắc nghẽn (obstructive) và hạn chế (restrictive). Có nhiều loại hô hấp kế khác nhau, sử dụng nhiều phương pháp đo lường khác nhau (áp suất (pressure transducers), siêu âm (ultrasound), nước (water gauge)).
Thăm dò chức năng hô hấp
Hô hấp kế là thiết bị chủ yếu được sử dụng trong các Thăm dò Chức năng Hô hấp cơ bản (Pulmonary Function Tests – PFTs). Các bệnh phổi như hen, viêm phế quản và khí phế thủng có thể được chẩn đoán nhờ các test này. Ngoài ra, hô hấp kế thường được sử dụng để tìm ra nguyên nhân của khó thở, đánh giá ảnh hưởng của các chất ô nhiễm lên chức năng phổi, tác dụng của thuốc men và sự tiến triển của điều trị.
Lý do thăm dò
+ Chẩn đoán một số loại bệnh phổi (như hen, viêm phế quản và khí phế thủng)
+ Tìm nguyên nhân khó thở
+ Đo lường xem phơi nhiễm các hóa chất khi làm việc có ảnh hưởng đến chức năng phổi không
+ Kiểm tra chức năng phổi trước khi được phẫu thuật
+ Đánh giá tác dụng của thuốc men
+ Đo lường tiến triển trong điều trị
Lịch sử
Phát triển ban đầu
Cố gắng đầu tiên nhằm đo lường các thể tích phổi được kể từ năm 129 đến năm 200 sau công nguyên. Claudius Galen, một thầy thuốc, triết gia La Mã, lần đầu tiên thực hiện một thí nghiệm đo thể tích thông khí của người. Ông cho một đứa trẻ hít vào và thở ra một quả bóng và thấy rằng thể tích này không thay đổi. Thí nghiệm này không kết luận được.
Năm 1681, Borelli thử đo lường thể tích không khí được hít vào một lần thở. Ông gắn một ống hình trụ có chứa một phần nước, thông với một nguồn nước ở đáy hình trụ. Ông bịt lỗ mũi, hít vào thông qua một lỗ ở phía trên hình trụ và đo lường thể tích không khí bị nước chiếm chỗ. Kỹ thuật này rất quan trọng trong việc đo các thông số thể tích phổi hiện nay.
Thế kỷ 19
Năm 1813, Kentish E. sử dụng một “phổi kế” (pulmometer) đơn giản để nghiên cứu ảnh hưởng của các bệnh lên thể tích hô hấp. Ông sử dụng một quả chuông thủy tinh có chia độ úp ngược vào nước, có lỗ phía trên đỉnh chuông điều khiển bằng một khóa. Thể tích không khí được đo theo đơn vị pint (0,473 lít).
Năm 1831, Thrackrah C.T. mô tả một “phổi kế” tương tự như của Kentish. Ông vẽ một thiết bị là chuông thủy tinh với lỗ cho không khí ra vào từ phía dưới. Không có điều chỉnh để giữ nguyên áp suất. Do đó, hô hấp kế không chỉ đo thể tích hô hấp mà còn đo sức mạnh của các cơ hô hấp.
Năm 1845, Vierordt trong quyển sách của ông tên “Physiologie des Athmens mit besonderer Rücksicht auf die Auscheidung der Kohlensäure”, mô tả mục tiêu chính là đo lường thể tích thở ra một cách chính xác. Ông cũng hoàn tất số đo chính xác của các thông số thể tích khác bằng cách sử dụng “máy thở ra” (expirator) của ông . Một số các thông số do ông mô tả được sử dụng hiện nay, bao gồm thể tích khí cặn (residual volume) và dung tích sống (vital capacity).
Năm 1846, hô hấp kế nước đo lường dung tích sống được phát triển bởi một phẫu thuật viên tên John Hutchinson. Ông phát minh một cái chuông có chia độ, úp lên nước, để chứa không khí do một người thở ra. John công bố bài báo của mình về hô hấp kế nước và các số đo ông đã thu thập được từ 4.000 đối tượng, mô tả sự liên quan trực tiếp giữa dung tích sống với chiều cao, mối liên quan ngược chiều giữa dung tích sống với độ tuổi. Ông cũng cho thấy rằng dung tích sống không liên quan với cân nặng ở bất kỳ một chiều cao đã cho nào. Ông cũng sử dụng máy đo của mình để dự đoán tử vong sớm. Ông đặt ra từ dung tích sống, được công trình nghiên cứu Framingham công nhận là một chỉ số dự hậu mạnh mẽ đối với bệnh tim. Ông tin rằng máy này nên được sử dụng như là một dự báo rủi ro cho các công ty bán bảo hiểm nhân thọ.
Năm 1854, Wintrich thiết kế một hô hấp kế dễ sử dụng hơn của Hutchinson. Ông thực hiện một thí nghiệm với 4.000 đối tượng và kết luận rằng có 3 thông số ảnh hưởng đến dung tích sống: chiều cao, cân nặng và tuổi tác, cho thấy các kết quả tương tự như nghiên cứu của Hutchinson. Năm 1979, Gad J. công bố một bài báo tên “phổi ký” (pneumatograph), cho phép ghi nhận các thay đổi thể tích phổi.
Năm 1859, E. Smith thiết kế một hô hấp kế xách tay, được ông sử dụng đo chuyển hóa gas.
Năm 1866, Salter lắp thêm một dao động ký (kymograph) vào hô hấp kế để ghi nhận thời gian trong khi ghi nhận các thể tích không khí.
Thế kỷ 20
Năm 1902, Brodie T.G. là người đầu tiên sử dụng hô hấp kế khô dùng túi xếp (dry-bellowed wedge spirometer). Compton S.D. thiết kế “phổi kế” (lungometer) năm 1939 để sử dụng trong quân đội Đức. Wright B.M. và McKerrow C.B. giới thiệu lưu lượng đỉnh kế (peak flow meter) năm 1959. Năm 1969, DuBois A.B. và van de Woestijne K.P. thí nghiệm phế thân kế (plethysmograph) trên người. Năm 1974, Campbell và cs. cải thiện lưu lượng đỉnh kế trước đây và đưa ra một thế hệ lưu lượng đỉnh kế rẻ tiền hơn và nhẹ hơn.
Năm 1904 Tissot giới thiệu hô hấp kế vòng kín (closed-circuit spirometer).
Năm 2008, Advanced Medical Engineering thiết kế hô hấp kế không dây đầu tiên trên thế giới với 3D Tilt-Sensing để kiểm soát chất lượng tốt hơn trong việc thử nghiệm.
Loại hô hấp kế
Phế thân kế (whole body plethysmograph)
Loại hô hấp kế này cho số đo chính xác hơn các thành phần thể tích phổi so với các hô hấp kế truyền thống khác. Người đo được cho vào một buồng hẹp khi đo.
Hô hấp kế đo vận tốc (pneumotachometer)
Hô hấp kế này đo vận tốc luồng khí bằng cách phát hiện sai biệt áp suất hai bên một màng lưới. Một tiện lợi của hô hấp ký này là người đo có thể hít thở khí trời trong lúc thử nghiệm.
Hô hấp kế điện tử hoàn toàn (fully electronic spirometer)
Các hô hấp kế điện tử được tạo ra tính toán tốc độ luồng khí trong một ống mà không cần đến các màng lưới hoặc các thành phần di động. Chúng hoạt động bằng cách đo lường tốc độ của luồng khí với các kỹ thuật như chuyển đổi siêu âm, hoặc đo chênh lệch áp suất trong ống. Các hô hấp kế này có độ chính xác cao hơn bằng cách loại bỏ các lỗi quán tính và kháng lực đi cùng với các thành phần di động như là cánh quạt (windmills) hoặc van lưu lượng dùng đo lưu lượng. Chúng cũng cho phép cải thiện vệ sinh giữa các bệnh nhân bằng cách cho phép sử dụng các ống lưu lượng khí sử dụng một lần.
Hô hấp kế khuyến khích (incentive spirometer)
Loại hô hấp kế này được thiết kế đặc biệt để cải thiện chức năng của hai phổi.
Lưu lượng đỉnh kế (peak flow meter)
Thiết bị này hữu ích trong việc đo khả năng thở ra của một người.
Hô hấp kế cánh quạt (windmill-type spirometer)
Được sử dụng đặc biệt để đo dung tích sống gắng sức mà không dùng nước và biên độ đo rộng, từ 1.000 ml đến 7.000 ml. Nó nhẹ và dễ vận chuyển hơn so với hô hấp kế nước truyền thống. Hô hấp kế này nên được giữ nằm ngang khi đo, bởi về có các đĩa xoay.
Hô hấp kế chỉnh nghiêng (tilt-compensated spirometer)
Hô hấp kế chỉnh nghiêng còn được biết là hô hấp kế AME EVOLVE. Hô hấp kế mới này có thể được giữ nằm ngang trong khi đo, nhưng nếu bệnh nhân nghiêng ra phía trước hoặc phía sau quá nhiều, bộ cảm ứng nghiêng 3D của hô hấp kế này điều chỉnh và cho biết ví trí của bệnh nhân.
Nguồn: Wikipedia
https://en.wikipedia.org/wiki/Spirometer
Trần Thanh Xuân dịch