BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI Přírodovědecká fakulta Laboratoř růstových regulátorů

Transkript

1 UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI Přírodovědecká fakulta Laboratoř růstových regulátorů Analýza vybraných spirometrických dat získaných od studentů PřF UP v letech BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Autor: Studijní program: Studijní obor: Forma studia: Vedoucí práce: Termín odevzdání práce: 2019 Adriana Cilečková B1501 Biologie Experimentální biologie Prezenční RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D.

2 Bibliografická identifikace Jméno a příjmení autora Adriana Cilečková Název práce Analýza vybraných spirometrických dat získaných od studentů PřF UP v letech Typ práce Bakalářská Pracoviště Laboratoř růstových regulátorů Vedoucí práce RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. Rok obhajoby práce 2019 Abstrakt Práce se zabývá tématem spirometrie, jako jedné z metod charakterizující tělesnou zdatnost a výkonnost dýchací soustavy. V teoretické části jsou, kromě přehledu anatomie a fyziologie dýchání popsány spirometrické metody, včetně charakteristiky a zdravotního významu jednotlivých měřených hodnot. V praktické části jsou měřena vybraná spirometrická data studentů biologických oborů na PřF UP v zimním a letním semestru r Nově naměřená data jsou následně sloučena a statisticky zpracována s daty naměřenými v letech V rámci statického vyhodnocení je sledována závislost spirometrických parametrů na pohlaví, čase a studijním zaměření respondentů. Klíčová slova spirometrie, vitální kapacita plic, plicní objemy, respondenti Počet stran 61 Počet příloh 1 Jazyk český

3 Bibliografical identification Author s first name and surname Adriana Cilečková Title of thesis Analysis of selected spirometric data obtained from students of Faculty of Science UP during period Type of thesis Bachelor Department Laboratory of Growth Regulators Supervisor RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. The year of presentation 2019 Abstract The bachelor thesis deals with the topic of spirometry as one of the methods of characterising the physical fitness and the efficiency of the respiratory system. In the theoretical part, apart from the overview of anatomy and the physiology of respiration, spirometry methods including the characteristics and importance of the individual measured values to health are described. In the practical part selected spirometry data of students of biological departments at the Faculty of Science at the Palacký University in the winter and summer semester 2018 are measured. The newly measured data is then merged and statistically processed with data measured from 2012 to Within the statistical evaluation, the main focus is placed on the relation of spirometry parameters to gender, time and field of study of respondents. Keywords spirometry, vital lung capacity, pulmonary volumes, respondents Number of pages 61 Number of appendices 1

4 Language Czech

5 Prohlašuji, že jsem předloženou bakalářskou práci vypracovala samostatně a použila jsem pouze literaturu uvedenou v seznamu. V Olomouci dne Adriana Cilečková

6 Na tomto místě bych ráda poděkovala všem, kteří mě podporovali během celého studia a také při psaní této práce. Velké díky patří mým rodičům za trpělivost a psychickou podporu. V neposlední řadě bych chtěla poděkovat vedoucí mé bakalářské práce paní RNDr. Ivaně Fellnerové, Ph. D. za odborné vedení, cenné rady a zejména za trpělivost.

7 OBSAH OBSAH... 7 SEZNAM ZKRATEK ÚVOD A CÍLE TEORETICKÁ ČÁST Charakteristika respiračního systému člověka Anatomie dýchací soustavy Fyziologie dýchání Dýchací plyny a jejich význam Ventilace plic Vyšetření plicních funkcí Spirometrie Základní statické a dynamické ventilační parametry Statické ventilační parametry Dynamické ventilační parametry Patologie dýchací soustavy člověka Ventilační poruchy Obstrukční ventilační poruchy Restrikční ventilační poruchy EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST Materiál a metody Charakteristika souboru studentů Použité přístrojové vybavení Experimentální metody Měření oxyhemoglobinu a karboxyhemoglobinu Vodní spirometrie Digitální spirometrie Výpočet náležité hodnoty vitální kapacity plic (NHVK) Zpracování dat VÝSLEDKY Porovnání spirometrických hodnot vzhledem k pohlaví respondentů Porovnání spirometrických hodnot respondentů mezi jednotlivými semestry Porovnání spirometrických hodnot respondentů mezi jednotlivými studijními obory

8 5 DISKUSE ZÁVĚR POUŽITÁ LITERATURA PŘÍLOHY

9 SEZNAM ZKRATEK a ATS BE BI BIO BIOCH DCD ERS ERV EXBIO F FEF 25%-75% FEF 25% FEF 50% FEF 75% FEV 1 FRC FVC GEO h HCD CH CHOPN IC IRV M MBB MEF 25%-75% MEF 25% MEF 50% MEF 75% MIF 50% MVV věk respondenta Americká hrudní společnost studijní obor biologie, ekologie studijní obor biologie studijní obor biologie v ochraně životního prostředí studijní obor biochemie dolní cesty dýchací Evropská respirační společnost expirační rezervní objem studijní obor experimentální biologie studijní obor fyzika střední průtok mezi 25% a 75% FVC maximální usilovný expirační průtok při 25% FVC maximální usilovný expirační průtok při 50% FVC maximální usilovný expirační průtok při 75% FVC usilovný výdechový objem za 1 sekundu funkční reziduální kapacita usilovná vitální kapacita studijní obor geologie a ochrana životního prostředí tělesná výška respondenta horní cesty dýchací studijní obor chemie chronická obstrukční plicní nemoc inspirační kapacita inspirační dechový objem studijní obor matematika studijní obor molekulární a buněčná biologie maximální průtoková rychlost maximální průtoková rychlost při 25% FVC maximální průtoková rychlost při 50% FVC maximální průtoková rychlost při 75% FVC maximální průtoková rychlost na úrovni 50% VC maximální minutová ventilace 9

10 NHVK p PEF PIF PŘF RV SE TLC TV UPOL VKP VC V T w Z náležitá hodnota vitální kapacity plic povrch těla respondenta vrcholová výdechová rychlost vrcholová nádechová rychlost Přírodovědecká fakulta reziduální objem standardní chyba celková kapacita plic studijní obor tělesná výchova Univerzita Palackého v Olomouci vitální kapacita plic vitální kapacita respirační dechový objem tělesná výška respondenta studijní obor geografie 10

11 1 ÚVOD A CÍLE Funkční vlastnosti plic jsou vyšetřovány na základě spirometrických metod. Spirometrie je používána nejen k měření plicních objemů a kapacit, ale také k měření průchodnosti dýchacích cest. Spirometrická data jsou využívána zejména v medicíně k diagnostice chorob dýchacího aparátu, ale také ve sportovním lékařství. Téma mé bakalářské práce je zaměřeno na teorii fyziologie dýchání a na základní charakteristiky metod digitální spirometrie, a rovněž na zpracování spirometrických dat naměřených u studentů Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci v letech 2012 až Cílem teoretické části této práce je popsat fyziologii a anatomi dýchání, základní charakteristiky metod digitální spirometrie a základní statické a dynamické ventilační parametry. V neposlední řadě se zabývá patologií dýchací soustavy člověka (restrikční ventilační a obstrukční ventilační poruchy). Cílem praktické části je analyzovat spirometrické hodnoty naměřené u studentů biologických oborů MBB, BIOCH, EXBIO, BE, a BI na PřF UPOL. Spirometrická data byla postupně měřena v rámci praktických cvičení z fyziologie od zimního semestru 2012 do zimního semestru V rámci experimentální části práce bylo stanoveno několik dílčích cílů: Naměřit spirometrická data studentů biologických oborů PřF v letním a zimním semestru roku 2018 (měřené hodnoty: FVC, FEV1, PEF, Tiffeneaův index). Komplexně připravit pro statistické zpracování všechny výsledky naměřené u studentů PřF v letech a sloučit je s již dříve zpracovanými výsledky z let Všechna data z let statisticky zpracovat a vyhodnotit případný časový trend vývoje spirometrických dat, jejich závislost na pohlaví a studijním oboru. 11

12 2 TEORETICKÁ ČÁST 2.1 Charakteristika respiračního systému člověka Dýchání neboli respirace je jednou ze základních životních funkcí všech organismů. Na základě dýchání, dochází k výměně dýchacích plynů mezi aerobním organismem a jeho vnějším prostředím. U člověka je ke všem tělním buňkám přiváděn kyslík (O 2 ) a z těla ven je odváděn oxid uhličitý (CO 2 ). Respirační systém zajišťuje kromě výměny dýchacích plynů také fonační funkce (mluvení) a metabolické funkce, jako je udržení acidobazické rovnováhy či termoregulace (Bernášková et al., 2015 [online]). Dýchací soustava vzniká společně s trávicí soustavou. Po vytvoření tvrdého a měkkého patra dochází k oddělení dutiny nosní a dutiny ústní Anatomie dýchací soustavy Dýchací cesty (obr. 1) jsou rozlišeny na horní cesty dýchací (HCD) a dolní cesty dýchací (DCD). Horní cesty dýchací tvoří dutina nosní a nosohltan. Při nádechu, vzduch nejprve proudí do nosu, kde se zvlhčuje, popř. zbaví nežádoucích částic. Nosem je vzduch veden dál do oblasti hltanu, kde se kříží dýchací cesty a trávicí trubice. Horní cesty dýchací jsou vystlány kubickým nebo cylindrickým epitelem s vmezeřenými pohárkovými buňkami. Mezi hlavní funkce horních cest dýchacích patří zvlhčení a ohřátí vdechovaného vzduchu, které je uskutečňováno prokrvením řasinkového epitelu a nosními skořepami. Epitel, vyskytující se v HCD taktéž napomáhá k čištění vdechovaného vzduchu. Dolní cesty dýchací začínají hrtanem, kde je hlasový (fonační) orgán (Rosypal et al., 2003). Hrtan dále pokračuje průdušnicí, která se větví na průdušky a končí slepě plicními sklípky. Nadechnutý vzduch prochází hrtanem, následně vstupuje přes průdušnice a průdušky do pravé a levé plíce. DCD jsou tvořeny cylindrickým řasinkovým epitelem s pohárkovými buňkami. Tyto cesty zajišťují transport vzduchu k plicním sklípkům (Chlumský, 2004). Dutina nosní (cavum nasi) je rozdělena přepážkou na dvě dutiny, které jsou tvořeny vnitřními nozdrami, tzv. choanami. Dutina nosní přechází choanami do nosohltanu. Je propojena s prostory v některých lebečních kostech tzv. vedlejšími dutinami nosními (sinusy), jež zvětšují její celkový prostor. Její sliznice tvoří čichový a dýchací okrsek. Epitel čichového okrsku obsahuje čichové 12

13 receptory. Dýchací epitel pokrývá zbytek nosní dutiny. Buňky čichové, bazální a podpůrné jsou základními buňkami čichu (Jelínek et al., 2011). Nosohltan (epipharynx) spojuje nosní dutinu s hltanem a hrtanem. V místě odstupu hltanu a hrtanu leží epiglottis (Jelínek et al., 2011). Hrtan (larynx) je nepárový orgán tvořený souborem navzájem spojených a pohyblivých chrupavek. Dorsálně se spojuje s hltanem a podílí se na tvorbě zvuku. Skelet hrtanu je tvořen jednotlivými chrupavkami, cartilago thyroidea, cartilago cricoidea, cartilagines arytaenoideae a cartilago epiglottis. Chrupavky jsou navzájem spojeny ligamenty a tvoří kloubní pohyblivé spojení. Sliznice hrtanu je kryta řasinkovým epitelem a obsahuje drobné hlenové žlázky (Rosypal et al., 2003). Průdušnice (trachea) je cm dlouhá a ohebná trubice navazující na hrtan pomocí ligamenta. Je složena z chrupavek. Začíná v oblasti šestého krčního obratle a sestupuje do mezihrudní přepážky ve výši 4. a 5. hrudního obratle (Jelínek et al., 2011). Průdušky (bronchi) se v plicích rozvětvují na průdušinky. Jejich stěny, stejně jako stěny průdušnice a průdušek, jsou vyztuženy chrupavkami podkovovitého tvaru. Plíce (pulmo) jsou párovým orgánem kuželovitého tvaru. Jsou uloženy v hrudním koši. Jejich hmotnost je variabilní a závislá na obsahu vzduchu v plicích, na stupni prokrvení a také na množství tekutin v intersticiálním vazivu plic. Průměrná hmotnost obou plic je 0,7 kg. Na pohmat jsou plíce pružné a měkké. V raném věku mají nejprve růžové zbarvení a postupem času získávají, vlivem vdechování různých nečistot a prachu, šedou barvu. Plíce jsou mezihrudní přepážkou rozděleny na pravou plíci a levou plíci. Vazivová tkáň rozděluje plíce na jednotlivé laloky. Pravá plíce je větší a dělí se na tři laloky: horní lalok (lobus superior), střední lalok (lobus medius) a dolní lalok (lobus inferior). Levá plíce má pouze horní lalok (lobus superior) a dolní lalok (lobus inferior), neboť v levé části dutiny hrudní je uloženo srdce. Povrch plic je pokryt vazivovou blánou, tzv. poplicnicí, která přechází v místě vstupu průdušek v pohrudnici. Obě blány jsou zvlhčeny malým množstvím pleurální tekutiny. V mediastinu se nachází plicní branka, kde vstupují nervy, cévy a průdušky. Plíce slouží k výměně dýchacích plynů mezi vzduchem a krví (Jelínek et al., 2011). Alveolární systém je při výměně plynů nezbytnou součástí plic, který obsahuje v každé plíci okolo 300 milionů plicních sklípků (Wagner, 2014). 13

14 Obr. 1: Anatomie dýchací soustavy člověka (převzato a upraveno podle CCOHS, 2017) Fyziologie dýchání Dýchání představuje jednu ze základních životních funkcí organismu. Dýchací soustava slouží k příjmu kyslíku a odvádění oxidu uhličitého z těla ven. Kyslík je přenášen pomocí dýchacího barviva hemoglobinu, kdy se na jednu molekulu hemoglobinu váží čtyři molekuly kyslíku. Oxid uhličitý se přenáší třemi způsoby: (1) rozpuštěný v roztoku, (2) formou kyseliny uhličité, resp. hydrogenuhličitanovými ionty a (3) vázaný na proteiny, především hemoglobin (Arthurs, 2005). Přibližně 75 % CO 2 je transportováno červenými krvinkami a 25 % je obsaženo v krevní plazmě. Proces dýchání je řízen dvěma základními způsoby: řízení nervové a řízení humorální. Z hlediska ovladatelnosti vůlí se nervová regulace dýchání dělí na řízení automatické a samovolné. Pro nervovou regulaci jsou nejdůležitější centra v prodloužené míše a mozkovém kmeni. Pro chemickou regulaci jsou důležité centrální a periferní receptory, které kontrolují účinek dýchacích funkcí (Bernášková et al., 2015 [online]). Lidský systém dýchání představuje složitě tvořený komplex diferencovaných struktur a funkčních mechanismů, které jsou schopny zajistit výměnu plynů. Na základě výměny plynů jsou rozlišeny dva typy dýchání. Vnější dýchání zajišťuje výměnu plynů mezi vnějším prostředím a plícemi. Vnitřní dýchání zajišťuje výměnu plynů mezi krví a tkáněmi. Existují čtyři základní procesy, které zajišťují tuto výměnu plynů (Trojan, 2003). 1) Ventilace plic 14

15 2) Intrapulmonální distribuce 3) Perfúze 4) Vlastní respirace neboli difúze Výměna plynů je zprostředkovaná cyklickým přívodem vzduchu z vnějšího prostředí do plic a opačně (tj. ventilace plic). Tento proces je podrobněji popsán v následující kapitole. Dalším procesem zajišťující výměnu plynů je intrapulmonální distribuce. Ta zajišťuje výměnu přísunem a promícháním nadechnutého vzduchu v jednotlivých oblastech plic. Třetí typ výměny plynů je zprostředkován přívodem a odvodem krve v oblasti plicních sklípků. Posledním typem výměny plynů je tzv. difúze neboli průnik plynů přes membránu. Je rozlišena difúze probíhající v plicích a probíhající v tkáních. Při pohybu plynů přes membránu, je na základě Fickova zákona prioritní hnací sílou, rozdíl jejich parciálních tlaků v plicních sklípcích, červených krvinkách a buňkách tkání. Plyny difundují z místa s větším tlakem do místa, kde je tlak podstatně nižší. (Trojan, 2003; Rosina, 2013) Dýchací plyny a jejich význam Vzduch, který běžně dýcháme tzv. atmosférický vzduch, je směs plynů, zejména dusíku, kyslíku, oxidu uhličitého a proměnlivého množství vodních par (0-6 %). Energie je nezbytná pro správnou funkci organismu. Každý organismus získává energii postupným štěpením různých živin, jako jsou cukry, tuky, bílkoviny. Při štěpení dochází ke spotřebě kyslíku a tvorbě oxidu uhličitého (Langmeier et al., 2009). Kyslík (O 2 ) je jedním z nejdůležitějších dýchacích plynů. Jeho specifickou vlastností je reakce a schopnost vazby s jiným prvkem. Na kyslíku závisí vznik biologicky použitelné energie v lidském organismu. Princip spočívá v tom, že živiny neboli substráty bohaté na energii se postupně zbavují vodíkových atomů během uvolňování energie, která se z 56 % uvolňuje formou tepla a ze 44 % se váže do makroergních fosfátových vazeb (ATP) (Mourek, 2012). Kyslík společně s vodíkovými atomy tvoří vodu. Periferní chemoreceptory podílející se na řízení dýchaní monitorují nejen hladinu parciálního tlaku kyslíku (po 2 ), ale také koncentraci H + iontů (Bernášková et al., 2015 [online]). Alveolární vzduch obsahuje přibližně 15 % kyslíku. Po klidovém výdechu odpovídá plicní objem tzv. funkční reziduální kapacitě (FRC, 2-3 l), tedy objem kyslíku odpovídá 15 % FRC, 15

16 což činí ml O 2. V krvi je kyslík vázán na krevní barvivo hemoglobin, přibližně 200 mll arteriální krve a 150 mll smíšené venózní krve, to je celkem ml. Malé množství kyslíku (250 ml) je uloženo ve tkáních, ve volné nebo vázané formě (Mourek, 2012; Kittnar et al., 2011). Ze substrátů dochází taktéž k oxidaci uhlíku. Ten společně s kyslíkem tvoří druhý významný dýchací plyn, tj. oxid uhličitý (CO 2 ). Jedná se o dobře odstranitelný produkt metabolismu, je dobře rozpustný ve vodě, málo reaktivní a v koncentracích pod 5% je netoxický (Kittnar et al., 2011; Mourek, 2012). Při nahromadění oxidu uhličitého dochází k okyselení organismu (acidóza, acidemie). Centrální chemoreceptory hlídají hladinu parciálního tlaku oxidu uhličitého (Rokyta, 2016) Ventilace plic Výměna vzduchu mezi okolní atmosférou a plicními sklípky je označovaná jako plicní ventilace neboli dýchání. Do dýchacích cest vzduch vstupuje dutinou nosní přes hltan, hrtan, pokračuje do průdušnice, průdušek, průdušinek a nakonec proudí do plicních sklípků. Je známo, že vzduch může do dýchacích cest vstupovat také dutinou ústní, v případě ucpaného nosu, při rýmě nebo při zvýšené fyzické zátěži. Obě dutiny, nosní i ústní jsou vzájemně propojeny (Slavíková et al., 2012). Jeden dýchací cyklus se skládá z jednoho nádechu a jednoho výdechu. Mechanismy probíhající při ventilaci se společně nazývají mechanika dýchání. Ve směru tlakových gradientů proudí vzduch do plic nebo ven z plic. Ventilace je zejména řízena autonomním nervovým systémem (Langmeier et al., 2009; Mourek, 2012). Nádech (inspirum, inflace) je pohyb vzduchu do plic ve směru tlakového gradientu. O inflaci se hovoří jako o aktivním ději, který probíhá při snížení alveolárního tlaku. Bránice (diaphragma) a zevní svaly mezižeberní jsou hlavní dýchací svaly. Bránice společně s těmito svaly roztahuje prostor, kde jsou plíce uloženy. Plíce jsou roztahovány díky adhezi plic k vnitřní stěně dutiny hrudní a vzduch je tak nasáván do alveolů (Langmeier et al., 2009). Na konci nádechu ustoupí impulzy od somatických motorických neuronů k nádechovým svalům, které se uvolní. Bránice a hrudní koš se vrátí do původní polohy. Výdech více využívá pasivní pružný zpětný ráz, než aktivní svalovou kontrakci. Mluví se o tzv. pasivní exspiraci. Dochází k uvolnění vzduchu ven z plic 16

17 a vzniká tak tlak s vyšší hodnotou, než je hodnota atmosférického tlaku (Silverthorn, 2014). 2.2 Vyšetření plicních funkcí Podstatnou součástí diagnostiky a diferenciální diagnostiky v pneumologii je vyšetřování plicních funkcí. Informační hodnota, senzitivita, dostupnost či specifita se může lišit u jednotlivých testů. Metody používané k vyšetřování zdravotního stavu dýchacích cest jsou děleny do tří skupin: základní metody, rozšířené vyšetřovací metody a speciální metody (Fišerová, 2001). Základní vyšetření je používáno u nemocných s respiračními příznaky k hodnocení typu a stupně poruchy, k diagnóze nemocného, před operací nebo preventivně u rizikových skupin. K základním metodám funkčního vyšetření plic je řazeno měření vrcholového výdechového průtoku, smyčka průtok-objem, bronchodilatační test, maximální minutová ventilace a pulzní symetrie. K rozšířeným metodám patří nepřímo měřitelné statické plicní objemy, odpor dýchacích cest bronchokonstrikční testy, šestiminutový test chůzí, transfer faktor, NO ve vydechovaném vzduchu. Spiroergometrie, analýza vydechovaného vzduchu, vyšetření plicní cirkulace, distribuce ventilace, vyšetření funkce dýchacích svalů a další jsou druhem speciálních metod (Kandus, 2001; Kolek et al., 2011). Vyšetřování plicních funkcí musí provádět za normovaných podmínek a normovaných postupů pouze kvalifikovaný personál, který musí dodržovat zásady kontroly kvality a hygienické postupy doporučené výrobcem. Veškerá vyšetření vyžadují maximální spolupráci pacienta. Vyhodnocení testů by mělo být co nejpřesnější a mělo by zodpovědět klinickou otázku. V České republice vychází provedení funkčního vyšetření ze standardu ERS-Evropská respirační společnost) a ATS-Americká hrudní společnost (Kolek et al., 2011) Spirometrie K základním funkčním vyšetřením plic patří spirometrie, která napomáhá jednak při diagnóze obstrukčních a restrikčních chorob, při kontrole jejich průběhu, ale také poskytuje retrospektivní vazbu v pooperační péči. Při vyšetřování se měří množství vdechovaného a vydechovaného vzduchu. Jsou měřeny jak objemy plic, tak i plicní kapacity. Spirometrické metody se zabývají statickými i dynamickými 17

18 ventilačními parametry dýchacího ústrojí. Vyšetření se provádí pomocí speciálního přístroje zvaný spirometr (Miller et al., 2005; Barreiro et al., 2004) Základní statické a dynamické ventilační parametry Plicní parametry jsou děleny na statické a dynamické ventilační parametry. U dynamických plicních objemů je sledován vztah k času a jsou měřeny během rychlého či usilovného dýchání (Kittnar, 2011) Statické ventilační parametry Statické ventilační parametry jsou označovány jako objemy nebo kapacity plic (obr. 2). Součtem dvou nebo více objemů jsou vyjadřovány kapacity (Silbernagl, 1993). Při normálním klidovém dýchání se jedním nádechem a výdechem vymění asi 500 ml vzduchu. Tento objem se značí jako respirační dechový objem (V T ). Po ukončení klidového výdechu můžeme maximálním expiračním úsilím vydechnout objem vzduchu tzv. expirační rezervní objem (ERV), který činí okolo ml. Stejně tak je tomu po ukončení klidového nádechu, kdy za pomoci maximálního inspiračního úsilí, můžeme ještě vdechnout přibližně 2 až 3 litry vzduchu. Tento objem je označován jako inspirační rezervní objem (IRV). Objem vzduchu, který zůstává v plicích po maximálním výdechovém úsilí je reziduální objem (RV), je to tedy objem vzduchu, který nelze z plic vydechnout (Quanjer et al., 1993). Součtem jednotlivých objemů získáme vitální kapacitu plic. Vitální kapacita plic (VC) je dána součtem tří objemů: dechového objemu, expiračního rezervního objemu, inspiračního rezervního objemu (Hutchinson, 1846). Měří se pomocí přístroje spirometru. Je to tedy množství vzduchu, které je za užití maximálního úsilí vydechnuto po maximálním nádechu. Fyziologická norma vitální kapacity plic je ovlivňována pohlavím, věkem, výškou, hmotností jedince a životním stylem. Na základě těchto parametrů je pro každého definována tzv. náležitá hodnota vitální kapacity (NHVK), která je určitým fyziologickým standardem pro daného jedince. U žen má v průměru hodnotu okolo 3-3, 5 litru a u mužů až 5 litrů. Její hodnota se dá zvýšit trénovaností (zejména u sportovců, také zpěváků nebo hráčů na dechový nástroj) (Mourek, 2012). Součástí statických ventilačních parametrů jsou kromě objemů také zmiňované kapacity plic. Jedná se o funkční zbytkovou kapacitu plic, 18

19 celkovou kapacitu plic a inspirační kapacitu plic. Funkční reziduální kapacita (FRC) udává objem vzduchu v plicích po klidovém výdechu. Objem vzduchu, který je obsažen v plicích při maximální inflaci se nazývá celková kapacita plic (TLC). Inspirační kapacitou (IC) se rozumí maximální objem vzduchu inhalovaný z klidové exspirační hladiny (Barreiro et al., 2004). Obr. 2: Plicní objemy a kapacity. Na obrázku je znázorněna: vitální kapacita (VC), inspirační kapacita (IC), funkční reziduální kapacita (FRC), celková kapacita plic (TLC), inspirační rezervní objem (IRV), exspirační rezervní objem (ERV), reziduální objem (RV), dechový objem (V T) (převzato a upraveno podle Barreiro et al., 2004) Dynamické ventilační parametry Správně vyhodnocené spirometrické měření je podstatné k určení diagnózy pomocí spirometrických testů. Výsledek testu je nezbytný interpretovat v souladu s výsledky diagnostických testů určitého pacienta při předchozím vyšetření. Také je nutné výsledek porovnat s výsledky testů pacientů s podobnými příznaky (Al- Ashkar et al., 2003). S vyžitím následujících dynamických parametrů lze rozhodnout, zda se jedná o obstrukční, restrikční či kombinované plicní onemocnění. Dynamické hodnoty se projevují u různého plicního onemocnění (např. chronická obstrukční plicní nemoc či astma) nižší. Tyto hodnoty jsou dány omezenou průchodností dýchacích cest (Pijnenburg et al., 2015). Při spirometrickém vyšetření se sledují zejména parametry FVC, FEV 1, Tiffeneaův index. Mezi základní dynamické hodnoty je řazena usilovná vitální kapacita (FVC). Jedná se o maximální objem vzduchu, udávaný v litrech, který je vydechován s maximálně vynuceným úsilím po maximálním nádechu. Doba usilovného výdechu u pacientů by měla trvat po dobu 6 s a méně (Pearce, 2011). 19

20 Hodnota pod zkratkou FEV 1,neboli vteřinová usilovná kapacita, vyjadřuje objem vzduchu, který byl vydechnut během první sekundy maximálního výdechu. Podíl těchto dvou hodnot a následně vynásobený stem (FEV1FVC)x100 je využíván k určení diagnózy pacienta. Poměr je vyjadřován v procentech jako Tiffeneaův index (Nečas et al., 2009). Tiffeneaův index by měl u zdravého člověka dosahovat 80 % a více. Pokud hodnota dosahuje pod 80 % je u pacienta diagnostikována obstrukční choroba. V případě porovnání hodnoty FVC s NHVK a hodnota FVC je výrazně snížena, je u pacienta diagnostikována restrikční choroba. Dalším důležitým parametrem, který je využíván k vyšetření pacientů s ventilační poruchou, zejména astmatiků, je vrcholová výdechová rychlost (PEF). Vyjadřuje největší rychlost průtoku vzduchu při výdechu po maximálním nádechu a udává se v litrech za minutu (Miller et al., 2005; Sobotka, 2012). Do kategorie dynamických ventilačních parametrů patří i měně důležité parametry, maximální usilovný expirační průtok (FEF 25%-75% ) a maximální průtoková rychlost (MEF 25%-75% ). FEF i MEF se pohybují na různých úrovních usilovné vitální kapacity (FEF 25%, FEF 50%, FEF 75%, MEF 25%, MEF 50%, MEF 75% ). Je důležité si uvědomit při záměně těchto dvou parametrů, že pokud hovoříme o FEF, udávají hodnoty procentuální množství již změřené FVC, v opačném případě u hodnot MEF se jedná o procentuální množství zbývající FVC. Součástí měření dynamických ventilačních parametrů je i vrcholová nádechová rychlost (PIF) a maximální průtoková rychlost na úrovni 50 % VC (MIF 50% ) (Chlumský, 2014, Miller et al., 2005). Výsledkem spirometrického měření je křivka průtok-objem (obr. 3), která se používá pro vyhodnocení celého měření a křivka objem-čas, je nezbytná pro potvrzení pravdivosti daného měření. Na křivce je rozpoznána část expirační (výdech) a část inspirační (nádech). Na počátku měření se vychází z nuly, na ose X (objem), na ose Y (průtok). Výsledky měření jsou objasněny v porovnání s výsledky u zdravých jedinců (Quanjer et al., 1993; Stockey et al., 2017). Restrikční, obstrukční i smíšené respirační onemocnění má v porovnání s normou viditelnou deformaci křivky (obr. 4). 20

21 Obr. 3: Spirometrická křivka průtok objem. Ze spirogramu lze stanovit tyto hodnoty: vrcholový expirační průtok (PEF), maximální průtoková rychlost v jednotlivých částech vydechnuté FVC (MEF 25-75%), expirační objem během první sekundy (FEV 1), usilovná vitální kapacita (FVC) (převzato a upraveno podle Stockey et al., 2017). 2.3 Patologie dýchací soustavy člověka Ventilační poruchy Ventilační poruchy plic se podle projevu dělí do tří základních skupin: poruchy obstrukční, restrikční a smíšené. V případě smíšené ventilační poruchy se jedná o kombinaci obstrukční a restrikční poruchy. (Beneš et al., 2015). Rozdíly mezi obstrukčními, restrikčními a smíšenými plicními defekty popisuje tabulka 1 a obrázek Obstrukční ventilační poruchy Obstrukční ventilační vada je dána poklesem FEV 1, což je usilovný výdechový objem vzduchu za 1 sekundu. Dochází ke snížení poměru vteřinové usilovné vitální kapacity plic k vitální kapacitě plic (Quanjer et al., 1993). Naproti tomu celkový vydechnutý objem zůstává stejný. Pro zdravé jedince populace je charakteristické, že Tiffeneaův index je nad 80 %, zatímco nemocný jedinec má Tiffeneaův index nižší než 80 %. Patologické změny, které vedou ke zvětšení reziduálního objemu, jsou považovány za důsledek obstrukčních ventilačních poruch. Následně po výdechu v plicích zůstává více vzduchu a hovoříme tedy o tzv. hyperinflaci plic (Kaňková et al., 2009). Při obstrukci dýchacích cest dochází ke zvýšení sekrece, zhoršení mukociliární clearance, vzniku obstrukčního syndromu spánkové apnoe, zúžení 21

22 průdušek a hrtanu otokem popřípadě hlenem a vzniku zánětu (Vondráčková et al., 2007). Mezi obstrukční ventilační poruchy se řadí astma nebo chronická obstrukční plicní nemoc. Chronická obstrukční plicní nemoc nebo též CHOPN je druh progresivního onemocnění průdušek a plic, které ztěžuje dýchání. CHOPN vede ke kašli z důvodů nadprodukce hlenu. Kouření, ale také další faktory, jako je například časté vystavení plic znečištěnému ovzduší či vystavení chemickým výparům nebo i dědičné vlivy patří mezi příčiny vzniku chronické obstrukční plicní nemoci (NIH, 2013) Restrikční ventilační poruchy Restrikční ventilační vada způsobuje snížení funkčního objemu plic. V důsledku toho se zmenšují i ostatní dýchací objemy a kapacity plic (Kaňková et al., 2009). Jedná se o snížení množství vzduchu, které je nemocný jedinec schopen nadechnout do plic, jako jsou například stavy po plicních operacích, plicní fibróza či těžké záněty plic (Beneš et al., 2015). Souběžně s poklesem funkčního objemu plic dochází i k tzv. hypoxémii namáhavé, která se projevuje v raném stádiu nemoci, zatímco v pozdějších stádiích se jedná o hypoxémii klidovou (Paleček, 2001). Tab. 1: Porovnání obstrukční a restrikční ventilační poruchy (převzato a upraveno podle Špinar et al., 2013). Obr. 4: Příklady ventilačních poruch. a, b) příklady obstrukčních ventilačních poruch, c) příklad restrikční ventilační poruchy, d) příklad smíšené ventilační poruchy; : předpokládané křivky průtoku a objemu; : pozorované křivky inspiračního a výdechového průtoku (převzato a upraveno podle Pellegrino et al., 2005). 22

23 3 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST Všechna spirometrická vyšetření byla provedena na základě níže uvedené metodiky na Univerzitě Palackého v Olomouci. Všichni zúčastnění jedinci byli obeznámeni s průběhem vyšetření i účelem této práce. 3.1 Materiál a metody Charakteristika souboru studentů V rámci cvičení předmětu Fyziologie živočichů byla naměřena použitá data, se kterými se v této práci pracuje. Tato data byla měřena pouze u studentů studující Přírodovědeckou fakultu Univerzity Palackého v Olomouci v letech V těchto letech absolvovalo cvičení zaměřené na spirometrické metody celkem 697 studentů druhých a třetích ročníků v prezenčním studiu. Z celkového počtu studentů čítalo 553 žen a 144 mužů. Tito studenti studovali následující obory: Biologie a ekologie (BE) 80 studentů, Experimentální biologie (EXBIO) 75 studentů, Biochemie (BIOCH) 91 studentů, Molekulární a buněčná biologie (MBB) 204 studentů, učitelské dvouoborové studium v kombinaci s biologií (BI+): biologie-fyzika (BI-F) 13 studentů, biologie-geologie a ochrana životního prostředí (BI-GEO) 35 studentů, biologie-chemie (BI-CH) 62 studentů, biologie-matematika (BI-M) 37 studentů, biologie-tělesná výchova (BI-TV) 43 studentů, biologie-geografie (BI-Z) 82 studentů, geografie-biologie v ochraně životního prostředí (Z-BIO) 20 studentů. Z celkového počtu měřených osob bylo 80,2 % studentů ve věkové kategorii let. Zbylých 20 % studentů tvořilo různé věkové kategorie, kdy nejmladší student měl 20 let a nejstarší měřený student měl 30 let. Přibližně 7 % studentů uvedlo, že jsou kuřáci, 21 % studentů tvrdilo, že jsou sportovci a 6 % studentů se věnuje aktivně zpěvu či hře na hudební dechový nástroj (příloha 1, tabulky 14-26). Všichni studenti byli označeni unikátním kódem, pod kterým byli řazeni do jednotlivých tabulek (příloha 1, tabulky 14-26). Tento specifický kód se skládal z šesti informací: poslední dvojčíslí kalendářního roku, kdy bylo provedeno dané měření semestr studijního roku, v případě letního semestru byla použita zkratka L naopak zimní semestr byl označen zkratkou Z pořadové číslo studenta v abecedním seznamu daného semestru zkratka studijního oboru 23

24 pohlaví studenta (žena=ž, muž=m) věk Například kód 17Z6EXBIOž22 patří studentovi, u něhož bylo provedeno vyšetření v zimním semestru roku Jedná se o ženu studující obor Experimentální biologii ve věku 22 let. Na základě těchto kódů, lze dohledat originální protokoly jednotlivých studentů Použité přístrojové vybavení Experimentální část práce byla provedena za použití těchto přístrojů: Digitální spirometr Digitální spirometr Vodní spirometr Oxymetr Oxymetr MicroGP MS07 Micro CO Hutchinsonův sp. FingerPrint Pulse Fingertip V tabulkách (příloha 1, tabulky 14-26) jsou uvedena kompletně naměřená data, která se týkají respirace. Ve své práci jsem se ale podrobně zaměřila jen na výklad a zpracování spirometrických dat získaných z digitálního spirometru MicroGP MS07. Ostatní měření jsou popsána jen okrajově, pro celkový přehled Experimentální metody Měření oxyhemoglobinu a karboxyhemoglobinu Kromě základních statických a dynamických parametrů spirometrie, byla sledována také saturace hemoglobinu arteriální krve kyslíkem (koncentrace oxyhemoglobinu). Neinvazivní metoda pulzní oxymetrie využívá pro své měření speciální přístroj tzv. pulzní oxymetr (obr. 5b). Při měření koncentrace oxyhemoglobinů byla sonda oxymetru přiložena na prst či ušní lalůček. Vyšetřovaná osoba volně vdechne vzduch z okolního prostředí. Výsledná hodnota při měření saturace je pak SpO 2. U respondentů s tmavě pigmentovanou kůží nebo se žloutenkou či nízkým krevním tlakem může být měření oxyhemoglobinu zkresleno. Výsledné hodnoty mohou být též ovlivněny nejrůznějšími hemoglobinop atiemi (vyšší koncentrace karboxyhemoglobinu). 24

25 U respondentů byla stanovena nejen koncentrace oxyhemoglobinu, ale také koncentrace karboxyhemoglobinu, které odpovídá kontaminaci hemoglobinu oxidem uhelnatým. K tomuto měření byl využit spirometr značky Micro CO. Poslední hodnota měřená u studentů ve cvičení byla hodnota apnoe. Jedná se o zadržení dechu po určitý časový interval. Byly naměřeny čtyři typy apnoe: apnoe po klidném nádechu, apnoe po hlubokém nádechu, apnoe po hlubokém nádechu s předchozí hyperventilací, apnoe po usilovném výdechu. Jako přístroj pro měření těchto hodnot byly použity stopky. Výsledné hodnoty jsou udávány v sekundách Vodní spirometrie Vodní Hutchinsonův spirometr je považován za historicky první, plně funkční spirometr, který byl zrekonstruován anglickým chirurgem Johnem Hutchinsonem. Jako první prokázal spojitost výška člověka s objemem plic. Mylně se však domníval, že kapacita plic není závislá na hmotnosti jedince. Později byl tento spirometr obohacen a záznamové médium. Jedná se o otočný válec, na který byly zaznamenávány perem jeho pohyby. Hutchinsonův spirometr je složen ze dvou válců, které se navzájem překrývají. Horní válec překrývá dolní válec. Ve spodním válci je obsažena voda. Vyšetřovaná osoba volně vdechne vzduch z okolního prostředí a následně jej vydechuje do trubice vyúsťující nad hladinu spodního válce. Nad vodní hladinou se hromadí vydechovaný vzduch, který následně zvedá horní válec. Na horním válci je umístěna stupnice, podle níž lze stanovit vitální kapacitu plic. Na rozdíl od FEV, měření VKP není časově omezeno. Délka výdechu může trvat více než 5 sekund Digitální spirometrie Měření usilovné vitální kapacity bylo provedeno spirometrem MicroGP MS07 (obr. 5a). Tento typ umožňuje v nejjednodušším provedení měřit nejzákladnější hodnoty plicní ventilace. Spirometr byl využit k měření spirometrických parametrů FVC, FEV1 a PEF. Před samotným vyšetřením byl spirometr spuštěn a následně byly do přístroje zadány osobní údaje (pohlaví, výška a věk) vyšetřovaného respondenta. Po nastavení spirometru byl nasazen jednorázový sterilní náustek. Přístroj byl takto připraven k použití. Vyšetřovaná osoba usilovně hlubokým nádechem s maximálním úsilím vdechne vzduch z okolního prostředí. 25

26 Po maximálním hlubokém nádechu uchopí do úst náustek nasazený na koncovku spirometru a snaží se co nejrychleji s maximálním úsilím vydechnout z plic co nejvíce vzduchu. Délka tohoto usilovného výdechu nesmí přesáhnout 5 sekund. Po celou dobu výdechu je nutné mít uzavřený nos, běžně se používá nosní svorka. Na digitálním displeji spirometru jsou zobrazovány jednotlivě naměřené hodnoty. Pro mou analýzu byly využity tři základní parametry: FVC, FEV 1 a PEF. Z hodnot usilovné vitální kapacity (FVC) a usilovného výdechového objemu za 1 sekundu (FEV 1 ) lze stanovit Tiffeneaův index. Ten se vypočítá jako podíl FEV 1 a FVC vynásobený stem. Jeho výsledek je udáván v procentech. Způsob měření vitální kapacity plic (VKP) se od metody měření usilovné vitální kapacity plic (FVC) liší především rychlostí výdechu. U měření FVC délka výdechu nesmí trvat více než 5 sekund. a) b) Obr. 5: Ukázky přístrojového vybavení. a) digitální spirometr MicroGP MS07, b) pulzní oxymetr Fingertip (zdroj vlastní) Výpočet náležité hodnoty vitální kapacity plic (NHVK) Náležitá hodnota vitální kapacity plic (NHVK), označována též jako predikovaná, je teoretická hodnota. Tato teoretická hodnota je odvozena z průměru vitální kapacity plic zdravé populace. NHVK označuje objem plic, jaký by měl člověk mít vzhledem k jeho výšce, váze, věku a pohlaví. NHVK závisí kromě uvedených parametrů také na etnickém původu, ale nepromítá se do ní případné zdravotní indispozice (je vykazována pro běžnou zdravou populaci). Hodnotu NHVK lze vypočítat několika různými způsoby. V mé práci byly pro výpočet NHVK využity dva základní výpočty. První výpočet NHVK 1 vychází z rovnice podle povrchu těla, kde se využívá znalost nejen výšky, ale i váhy jedince (obr. 6). Tento výpočet je vhodný 26

27 pro různé typy postav, příliš malí a silní lidé, či naopak velmi hubení a vysocí lidé. Druhý výpočet NHVK 2 vychází z rovnice podle věku a výšky tzv. Cournandova Baldwinova rovnice (Baldwin, 1948). Při použití této rovnice se zohledňuje z tělesných parametrů jen výška, nikoliv váha. Tento výpočet je vhodný nejen pro dětskou populaci, ale i seniorskou populaci. Aby byla hodnota NHVK co nejpřesnější, studenti si vypočítali oběma způsoby náležitou hodnotu a poté ji zprůměrovali. Tento průměr NHVK byl využit pro analýzu dat. Vzorce pro výpočet NHVK: Pro ženy: NHVK 1 = p x 2,0 x 1000 NHVK 2 = [21,78 (0,101 x a)] x h Pro muže: NHVK 1 = p x 2,5 x 1000 NHVK 2 = [27,63 (0,112 x a)] x h p = povrch těla respondenta [m 2 ] h = tělesná výška respondenta [cm] a = věk respondenta [roky] (Baldwin, 1948) Vzorec pro výpočet povrchu těla: p = ( w 0,425 x h 0,725 ) x 0, w = tělesná váha respondenta [kg] h = tělesná výška respondenta [cm] (Du Bois, 1916) 27

28 Obr. 6: Nomogram (převzato a upraveno podle Brodetsky, 1920). Povrch těla závisí na dvou tělesných parametrech a to na výšce a na váze. Hodnota povrchu těla je zjistitelná z nomogramu. Levá osa nomogramu odpovídá tělesné výšce a pravá osa odpovídá tělesné hmotnosti. V bodě, kde spojnice těchto hodnot protne střední osu, odečteme povrch těla. (Například jedinec s výškou 170 cm a váhou 70 kg má povrch těla 1,9 m 2.) Vzorec pro výpočet Tiffeneaova indexu: Tiffeneaův index = (FEV 1 FVC) x 100 FEV 1 = usilovný výdechový objem za 1 sekundu [ml] FVC = usilovná vitální kapacita [ml] (Miller et al., 2005) Zpracování dat Všechny hodnoty naměřené pro analýzu byly uvedeny pod jednotlivými kódy respondentů a zaneseny do souhrnných základních tabulek (příloha1). Dále byly do tabulek uvedeny informace o momentálních či trvalých zdravotních indispozicích, ale také o behaviorálních faktorech, jako je kouření, sport či hra na dechový hudební nástroj. Veškeré tyto údaje mohou ovlivňovat spirometrická data. Tiffeneaův index a poměry naměřených vitálních kapacit s náležitou hodnotou daného respondenta jsou objektivně srovnávanými hodnotami. 28

29 O případných obstrukčních chorobách vypovídá Tiffeneaův index, který znázorňuje průchodnost dýchacích cest. Oproti tomu o případných restrikčních chorobách respondenta vypovídá poměr vitální kapacity plic a náležité hodnoty. Skupinové průměry Tiffeneaova indexu a poměru vitální a náležité hodnoty byly srovnávány jednak mezi muži a ženami (za celé období bez ohledu na studijní obor), u respondentů mezi jednotlivými semestry a dále mezi jednotlivými studijními obory. Byl proveden výpočet základních statistických parametrů (průměr, medián, minimum, maximum, směrodatná odchylka, standardní chyba a variační koeficient) v programu Statistica. Výpočet průkaznosti rozdílů mezi skupinami respondentů byl proveden metodou ANOVA, (Tukey HSD test). 29

30 4 VÝSLEDKY Výzkumný soubor studentů měřených v letech 2012 až 2018 čítal celkem 697 jedinců, z toho 553 žen a 144 mužů. Od těchto jedinců byly shromážděny spirometrické údaje a další hodnoty související s funkcí dýchací soustavy. Všechna data byla evidována a shrnuta v tabulkách (příloha 1, tabulky 14-26). V této bakalářské práci byly statisticky zpracovány ze všech získaných spirometrických hodnot dvě základní hodnoty, a to Tiffeneaův index a poměr vitální a náležité hodnoty. 4.1 Porovnání spirometrických hodnot vzhledem k pohlaví respondentů Z celkového počtu 697 respondentů bylo 553 žen a 144 můžu. Komplexní naměřené i vypočítané hodnoty pro jednotlivá pohlaví jsou uvedeny v příloze 1, tabulky Základní statistické parametry při porovnávání dat mezi muži a ženami jsou uvedeny v tabulkách 2-5 a zaznamenány v grafech 1-2. Tab. 2: Základní statistické parametry při porovnání poměru vitální a náležité hodnoty mezi muži a ženami. Tab. 3: Průkaznost rozdílů mezi muži a ženami v poměru vitální a náležité hodnoty. 30

31 Tiffeneaův index (%) FVKNHVK (%) muži Pohlaví ženy Graf 1: Srovnání poměru vitální a náležité hodnoty mezi muži a ženami. Standardní chyba u mužů je 1,451 a u žen je 0,650. Podle tabulky 3 a grafu 1 není v parametru poměru vitální a náležité hodnoty pozorovatelný statistický rozdíl mezi testovanými muži a ženami. Tab. 4: Základní statické parametry při porovnání Tiffeneaova indexu mezi muži a ženami. Tab. 5: Průkaznost rozdílů mezi muži a ženami v Tiffeneaova indexu muži Pohlaví ženy Graf 2: Srovnání Tiffeneaova indexu mezi muži a ženami. Standardní chyba u mužů je 0,642 a u žen 0,350. Podle tabulky 5 a grafu 2 není v parametru Tiffeneaova indexu pozorovatelný statistický rozdíl mezi testovanými muži a ženami. 31

32 4.2 Porovnání spirometrických hodnot respondentů mezi jednotlivými semestry Spirometrické měření probíhalo celkem ve třinácti semestrech. Komplexní naměřené i vypočítané hodnoty pro jednotlivé semestry jsou uvedeny v příloze1, tabulky Základní statistické parametry při porovnávání dat mezi jednotlivými semestry jsou uvedeny v tabulkách 6-9 a znázorněny v grafech 3-4. Tab. 6: Základní statistické parametry při porovnání poměru vitální a náležité hodnoty mezi jednotlivými semestry. Tab. 7: Průkaznost rozdílů mezi jednotlivými semestry v poměru vitální a náležité hodnoty. 32

33 FVKNHVK (%) Z 13L 13Z 14L 14Z 15L 15Z 16L 16Z 17L 17Z 18L 18Z Studijní období Graf 3: Srovnání poměru vitální a náležité hodnoty mezi jednotlivými semestry. Podle tabulky 7 a grafu 3 není ve většině případů v parametru poměru vitální a náležité hodnoty pozorovatelný statistický rozdíl mezi jednotlivými semestry. Statisticky významný rozdíl je pouze mezi letním semestrem 2014 a letním semestrem V tomto případě vychází koeficient průkaznosti p=0,03. Tab. 8: Základní statistické parametry při porovnání Tiffeneaova indexu mezi jednotlivými semestry. 33

34 Tiffeneaův index (%) Tab. 9: Průkaznost rozdílů mezi jednotlivými semestry v Tiffeneaova indexu Z 13L 13Z 14L 14Z 15L 15Z 16L 16Z 17L 17Z 18L 18Z Studijní období Graf 4: Srovnání Tiffeneaova indexu mezi jednotlivými semestry. Podle tabulky 9 a grafu 4 není ve většině případů v parametru Tiffeneaova indexu pozorovatelný statistický rozdíl mezi jednotlivými semestry. Statisticky významný rozdíl je mezi letním semestrem 2013 a zimním semestrem 2017, kde koeficient průkaznosti je p=0,014. Další statistický rozdíl je mezi zimním semestrem 2016 a zimním semestrem V tomto případě vychází koeficient průkaznosti p=0,01. 34

35 4.3 Porovnání spirometrických hodnot respondentů mezi jednotlivými studijními obory Spirometrické měření probíhalo celkem u jedenácti oborových skupin. Jedinci studující obor SBE pak byli zahrnuti pod obor BE. Jedná se totiž o téměř stejný obor, který při reakreditaci změnil název. Porovnávaných oborových skupin je tedy pouze deset. Komplexní naměřené i vypočítané hodnoty pro jednotlivé obory jsou uvedeny v příloze 1, tabulky Základní statistické parametry při porovnávání dat mezi studijními obory jsou uvedeny v tabulkách a znázorněny v grafech 5-6. Tab. 10: Základní statistické parametry při porovnání poměru vitální a náležité hodnoty mezi jednotlivými obory. Tab. 11: Průkaznost rozdílů mezi jednotlivými obory v poměru vitální a náležité hodnoty. 35

36 FVKNHVK (%) BE EXBIO BIOCH MBB BI-GEO BI-CH BI-M BI-TV BI-Z Z-BIO BI-F Studijní obory Graf 5: Srovnání poměru vitální a náležité hodnoty mezi jednotlivými studijními obory. Podle tabulky 11 a grafu 5 není v parametru poměru vitální a náležité hodnoty pozorovatelný statistický rozdíl mezi jednotlivými studijními obory. Tab. 12: Základní statistické parametry při porovnání Tiffeneaova indexu mezi jednotlivými obory. 36

37 Tiffeneaův index (%) Tab. 13: Průkaznost rozdílů mezi jednotlivými obory v Tiffeneaova indexu BE EXBIO BIOCH MBB BI-GEO BI-CH BI-M BI-TV BI-Z Z-BIO BI-F Studijní obory Graf 6: Srovnání Tiffeneaova indexu mezi jednotlivými studijními obory. Podle tabulky 13 a grafu 6 není ve většině případů v parametru Tiffeneaova indexu pozorovatelný statistický rozdíl mezi jednotlivými studijními obory. Statisticky významný rozdíl je mezi oborem EXBIO a BI-GEO, kde koeficient průkaznosti je p=0,018. Další statistický rozdíl je mezi oborem BIOCH a BI-GEO. V tomto případě vychází koeficient průkaznosti p=0,001. Statistický rozdíl je také mezi obory BI-GEO a BI-M, kde koeficient průkaznosti je p=0,025 a mezi obory BI- GEO a BI-Z, kde je koeficient průkaznosti p=0,

38 5 DISKUSE Hlavním cílem praktické části mé bakalářské práce bylo statistické zpracování základních spirometrických dat naměřených u studentů biologických oborů PřF Univerzity Palackého v Olomouci v letech 2012 až Celkem byla zpracována data od 697 studentů, z toho 553 žen a 144 mužů, ve věku let. Vitální kapacita plic člověka je vždy závislá na několika faktorech. Mezi tyto faktory jsou řazeny zejména věk, výška a váha. Rozhodujícím ukazatelem je také pohlaví, příslušnost k etnické skupině, zdravotní stav, pravidelná tělesná zátěž jedince a životní prostředí, ve kterém se daný jedinec vyskytuje. Spirometrická data jsou tedy jedním z ukazatelů fyzické zdatnosti a celkového zdraví (Neukrich et al., 1994, Subbarao et al., 2004). Vzhledem k obecnému trendu snižování fyzické zdatnosti a pohybových aktivit u mládeže, nás dále zajímalo, zda se tento trend nepromítne do naměřených hodnot v rámci sledovaného časového úseku (období ). Při porovnání poměru námi naměřené VKP a predikované NHVK pro studenty jednotlivých semestrů pozorujeme jen malé rozdíly. Kolísání mezi semestry je bez zjevné závislosti a trendu. U průměru dělá rozdíl mezi největší a nejmenší hodnotou 14 procentních bodů. Průměr posledních čtyř semestrů je sice nižší než za roky , což by mohlo ukazovat na zhoršenou fyzickou zdatnost, ale naopak trend posledních čtyř semestrů je vzestupný. Experimentální časový úsek je zřejmě příliš krátký na stanovení jednoznačného trendu. Mezi hodnotami mediánu vyčnívají semestry 13L, 17L a 17Z. Ostatní semestry se pohybují v rozmezí 8 procentních bodů. Hodnoty směrodatné odchylky, standardní chyby a variačního koeficientu jsou u všech měřených semestrů poměrně vysoké. Podle tabulky 7 a grafu 3 není ve většině případů v parametru poměru vitální a náležité hodnoty pozorovatelný statistický rozdíl mezi jednotlivými semestry. Statisticky významný rozdíl je pouze mezi letním semestrem 2014 a letním semestrem V tomto případě vychází koeficient průkaznosti p=0,03. Z našich výsledků tedy není u studentů experimentálního souboru patrný žádný trend zhoršení vitální kapacity plic. Existují studie porovnávající standardní plicní hodnoty u afrických a japonských studentů ve věku 20 let. Podle Belacy je hodnota usilovné vitální kapacity (FVC) u afrických studentů rovna 4,18 l, zatímco u japonských studentů činí 4,27 l. Hodnota vteřinové vitální kapacity (FEV 1 ) u afrických studentů odpovídá 38

39 3,57 l a u japonských studentů je tato hodnota rovna 3,65 l (Belacy et al., 2014). Standardní plicní hodnota FVC u evropských studentů ve věku let a při výšce 170 cm odpovídá hodnotě 3,99 l pro ženy a 4,80 l pro muže. Naopak standardní hodnota FEV 1 u evropských studentů ve věku let a při výšce 170 cm odpovídá hodnotě 3,49 l pro ženy a 4,10 l pro muže (Vitalograph, 2011). Dále nás zajímalo, jestli naměřená spirometrická data vykazují nějaké rozdíly v závislosti na pohlaví a oboru studia. Dechové hodnoty se v průběhu dospívání výrazně mění a navíc dívky v období před pubertou mají hodnoty vteřinové vitální kapacity plic (FEV1), usilovné vitální kapacity plic (FVC) a Tiffeneaova indexu o 2 až 8 % nižší než chlapci daného věku při stejné výšce (Rosenthal et al., 1993). Podobně je to i u studentů ve věku let. Vitalograph uvádí standardní hodnoty pro všechny Evropany. Dívky ve věku let mají hodnoty vteřinové vitální kapacity (FEV1), usilovné vitální kapacity (FVC) a vrcholové výdechové rychlosti (PEF) menší než chlapci ve věku let stejné výšky (Vitalograph, 2011). V případě našich měření byla data vycházející z poměru vitální a náležité kapacity (průměr, medián a maximum) vyšší u mužů než u žen. Hodnota minima byla pro obě pohlaví totožná. Výrazně vyšší hodnota standardní chyby u mužů, je pravděpodobně způsobena nižším počtem respondentů této kategorie. Na základě grafu 1 a koeficientu průkaznosti p=0,604 můžeme konstatovat, že rozdíly pozorované v tabulce 2 nejsou statisticky významné. Z hlediska pohlaví dosahují obě skupiny téměř přesně predikovaných hodnot (tzn. 100 %) a není mezi nimi statistický průkazný rozdíl. Oborové zaměření studentů našeho experimentálního souboru by se mohlo projevit rozdílem v naměřených hodnotách. Zvlášť, pokud jde např. o srovnání studentů zaměřených více na fyzickou nebo outdoorovou praxi (tělovýchovné, terénní a ekologické obory) ve srovnání se studenty typicky teoretických oborů nebo oborů, jejichž těžištěm je laboratorní práce (např. chemie, molekulární a experimentální biologie). Jednotlivé studie, využívající spirometrii jako jednu z výzkumných metod prokázaly, že lidé pracující v kanceláři mají slabší kapacitu plic než fyzicky pracující, astmatici mají kapacitu plic podstatně nižší než aktivní sportovci a kuřáci mají kapacitu plic mnohem menší než nekuřáci (Neukrich et al., 1994, Subbarao et al., 2004). 39