The issue OF TEMPORAL and frequency analysis of cough sound in bronchial asthma patients
- Authors: Semenkova GG1, Provotorov VМ1, Sichyov VV1, Bolotskih VI1, Kokoreva LV1, Lozinskaya YА1, Ovsyannikov Е1
-
Affiliations:
- Voronezh State Medical Academy
- Issue: Vol 5, No 1-2 (2002)
- Pages: 52-58
- Section: Articles
- URL: https://new.vestnik-surgery.com/index.php/2070-9277/article/view/1314
- DOI: https://doi.org/10.18499/2070-9277-2002-5-1-2-52-58
Cite item
Full Text
Abstract
Full Text
Актуальность. В течение последних 15 лет акустический анализ дыхательных шумов используется как диагностический метод выявления нарушения бронхиальной проходимости [1]. Имеются отдельные публикации, свидетельствующие об изменении частотных характеристик звука кашля у здоровых и больных бронхиальной астмой [2, 3]. Однако подробных исследований на эту тему еще не было. Целью нашего исследования явилось изучение временно-спектральных параметров звуков кашля у больных бронхиальной астмой (БА) и у здоровых добровольцев. Материал и методы исследования. Обследованы 28 больных БА (18 женщин, 10 мужчин, средний возраст 48,5 ± 14,5 лет) с давностью заболевания более 15 лет и 25 здоровых добровольцев (12 мужчин и 13 женщин; средний возраст 31 ± 11,5 лет). Всем больным проводили клинические, рентгенографические и функциональные методы исследования (спирометрия и пикфлоуметрия). Больные БА были разделены на 2 группы. В 1-ю группу вошли больные с тяжелым течением БА (мужчин - 6, женщин - 9). 2-ю группу составили больные со среднетяжелым течением заболевания (мужчин - 5, женщин - 8 человек). В качестве основных факторов анамнеза выявлялись: контакт с агрессивными производственными поллютантами, частые обострения заболевания, внелегочные аллергические проявления (аллергический ринит), хронические заболевания носоглотки, семейная склонность к бронхолегочным заболеваниям. Тщательное исследование функции внешнего дыхания выявило снижение функциональных показателей соответственно степени тяжести. В группе 1 (больные БА с тяжелым течением) ОФВ1 составлял в среднем 34 ± 8 % от должного. В группе 2 (больные со среднетяжелым течением БА) ОФВ1 составлял 52 ± 6 % от должного. В группе контроля ОФВ1 был равен 108 ± 5 % от должного. Оценка степени тяжести производилась с учетом рекомендаций ВОЗ (GYNA, 2002) [4]. У 6 больных с тяжелым течением БА запись звука кашля производилась во время приступа кашля. Все больные получали базисную терапию ингаляционными и системными глюкокортикостероидами и бронходилататорами пролонгированного действия в дозе, адекватной степени тяжести БА. Для звукового анализа кашля мы разработали метод спектральной туссофонобарографии, позволяющий преобразовывать звук кашля в цифровую запись с последующим ее частотным анализом. Согласно предложенной нами методике, испытуемому, сидящему на стуле, устанавливался микрофон на расстоянии 15 см от полости рта. Перед проведением исследования больному подробно объясняли особенности правильного выполнения маневра кашля. Особое внимание обращалось на полноту вдоха перед выполнением кашлевого маневра. В случае отсутствия самостоятельного кашля больному ингалировали гипотонический раствор хлорида натрия для провокации кашля. Производили регистрацию каскадов кашля и осуществляли анализ звука первого кашля из каждого каскада. Аналоговым способом мы усилили звуковые сигналы от микрофона для обеспечения возможности слухового контроля в процессе анализа. Все звуковые сигналы подвергались цифровой обработке в диапазоне частот 60-6000 Гц с 12 битным разрешением для компьютеризированного временно-частотного анализа с помощью быстрого преобразования Фурье с интервалом времени 50 мс. Благодаря этому разрешение для частот доходило до 11 Гц. Спектральная энергия звука кашля нормировалась к 1, что позволяло производить сравнительный анализ различных записей независимо от громкости звука. Отдельные кашли были разделены на 2 или 3 фазы: 1-я фаза соответствовала резкому открытию гортани, 2-я - срединная, более продолжительная, соответствовала выбросу воздуха из легких и 3-я - непостоянная, соответствовала закрытию гортани в конце кашля. У каждого обследуемого анализу подвергали как минимум 3 кашля и вычисляли средние значения показателей. Вычислялись следующие показатели: общая продолжительность звука кашля (Tобщ, мс), продолжительность каждой фазы (Т1, Т2, Т3, мс), частота максимальной мощности звука кашля (Fmax, Гц), частота, содержащая 90 % всей энергии звукового спектра (F90%, Гц). Согласно классификации легочных звуков по полосам частот нормальный спектр включает низкие (100-300 Гц), средние (300-600 Гц) и высокие (600-1200 Гц) частоты [5]. При наличии патологических феноменов, таких как хрипы, стридор и т.п., иногда могут регистрироваться звуки на частоте свыше 2000 Гц [6]. Результаты исследования и их обсуждение. Для оценки спектрально-временных показателей трех фаз кашля были применены стандартные способы обработки сигнала. Факторный анализ показал, что форма огибающей спектра каждой из трех фаз является независимой и характеризуется амплитудой «пиков» и перераспределением энергии между низкими и высокими частотами. Следует подчеркнуть, что многократные обследования одних и тех же здоровых лиц с интервалом до 6 месяцев выявили специфичность и высокую повторяемость звуковых параметров кашля. Мы обнаружили существенную разницу в общей продолжительности звука кашля, а также в продолжительности 1, 2 и 3 фаз у здоровых и больных БА. Наряду с этим имелись достоверные отличия в продолжительности фаз у мужчин и женщин во всех группах (см. таблицу). Особый интерес представляла 2-я фаза кашля. Она была самой продолжительной у больных 1-й группы и в отдельных случаях составляла 1000 мс и более и напоминала по звуку «свистящий кашель-выдох», при этом 3-я фаза кашля отсутствовала (см. рис. 1). В группе контроля продолжительность кашля не превышала 450 мс (см. рис. 2). Частота максимальной энергии звука кашля (Fmax) в группе контроля находилась в диапазоне низких частот (у здоровых мужчин она составила 282±110 Гц, а у женщин - 316±98 Гц, p<0,05), и пик Fmax регистрировался, как правило, в конце кашля (в 3-ю фазу); основная энергия кашля F90% в этой группе обследованных регистрировалась до 1400 Гц. Таблица. Сравнительная характеристика частотно-временных параметров звуков кашля у больных БА и здоровых Параметры Группа I - БА тяжелого течени Группа II - БА среднетяжелого течения Группа контроля Муж (n = 5) Жен (n = 10) Муж (n = 5) Жен (n = 8) Муж (n = 12) Жен (n = 13) Tобщ, мс 638,6±182 р<0,05 723,5±125 р<0,05 490,2±120 р<0,05 510,3±150 р<0,05 293±123 р<0,05 315±130 р<0,05 T1, мс 35±11 p<0,05 38±9 p<0,05 38±6 p<0,05 42±7 p<0,05 41±8 p<0,05 44±10 p<0,05 T2, мс 527±113 p<0,05 613,5±148 p<0,05 370,2±92 p<0,05 380±95 p<0,05 155±58 p<0,05 170±63 p<0,05 T3, мс 70±23 p<0,05 65±15 p<0,05 82±29 p<0,05 78±23 p<0,05 103±51 p<0,05 99±48 p<0,05 Fmax, Гц 1663±254 p<0,05 1897±203 p<0,05 573±112 p<0,05 612±109 p<0,05 282±110 p<0,05 316±98 p<0,05 F90%, Гц 2858±256 p<0,05 3558±352 p<0,05 1813±196 p<0,05 1953±217 p<0,05 1212±150 p<0,05 1283±105 p<0,05 Рис. 1. Временно-частотная характеристика спектра звука кашля больной Р., 43 лет, во время тяжелого приступа бронхиальной астмы от 13.02.2002. Рис. 2. Временно-частотная характеристика спектра звука кашля здорового П., 23 лет от 17.10.02 Значительные отличия исследуемых параметров были обнаружены у больных тяжелой БА: Fmax у них находилась в более высоком частотном диапазоне и доходила до 2000 Гц (в среднем она составила у мужчин 1667±254 Гц, у женщин - 1897,3±203 Гц); пик (Fmax) регистрировался во 2-ю фазу, так как третья фаза нередко отсутствовала. Основная энергия звука кашля F90% перемещалась в диапазон частот до 4000 Гц и в среднем составила для мужчин 2858±256 Гц, а для женщин 3558±352 Гц (р<0,05). Во 2-й группе (больные БА со среднетяжелым течением) акустические параметры звука кашля достоверно отличались от двух предыдущих групп. У данных больных чаще регистрировалась 3-я фаза кашля, пик (Fmax) лежал в третьей фазе и составил в среднем 573±112 Гц у мужчин и 612±109 Гц для женщин; F90% смещалась в диапазон до 750 Гц. Выводы. 1. Различия спектрально-временных показателей звуков кашля у здоровых лиц и больных БА статистически достоверны. 2. Метод оценки спектрально-временных параметров звука кашля может служить объективным критерием нарушения бронхиальной проходимости у больных БА и быть использован для оценки эффективности проводимой терапии.About the authors
G G Semenkova
Voronezh State Medical Academy
V М Provotorov
Voronezh State Medical Academy
V V Sichyov
Voronezh State Medical Academy
V I Bolotskih
Voronezh State Medical Academy
L V Kokoreva
Voronezh State Medical Academy
Y А Lozinskaya
Voronezh State Medical Academy
Е Ovsyannikov
Voronezh State Medical Academy
References
- Почекутова И.А., Коренбаум В.И., Кулаков Ю.В., Авдеева Е.В., Тагильцев А.А. О значении спектрально-временных параметров шума форсированного выдоха в оценке состояния бронхиальной проходимости / Физиология человека. - 2001, том 27, № 4. - с. 61-65.
- Olia P.M., Sestini P., Vagliasindi M. Acoustic parameters of voluntary cough in healthy non-smoking subjects. / Respirology 2000 Sep;5(3):271-5.
- Thorpe C.W., Toop L.J., Dawson K.P. Towards a quantitative description of asthmatic cough sounds. - Eur. Respir. J. 1992 Jun;5(6):685-92.
- Глобальная стратегия лечения и профилактики бронхиальной астмы / Под ред. А.Г. Чучалина. - М.: «Атмосфера», 2002. - 160 с.
- Pasterkamp H., Patel S., Wodicka G.R. Asymmetry f respiratory sounds and thoracic transmission / Med. Boil. Eng. Comput. - 1997, 35: 103-106.
- Pasterkamp H., Kraman S.S., Wodicka G.R. Respiratory sounds - advances beyond the stetoscope / Am. J. Respir. Crit. Care Med. - 1997, 156: 974-987.