Geschiedenis van de Spirometrie - Deel IV
1800
In het begin van de jaren 1800 gebruikte Sir Humphry Davy een gazometer om de verschillende longvolumes en inhouden te meten. Hij mat het residuele volume van zijn eigen longen door een waterstofmengeling in te ademen dat in een “mercurial air holder” zat. Hij kwam uit op een vitale capaciteit van 3110 ml, een tidaal volume van 210 ml en, door het gebruik van die hydrogene dilutiemethode, een residueel volume van 590-600ml. De gazometer die hij gebruikte was een complex toestel met een ingenieus tegengewicht dat gebruikt werd om het toegenomen gewicht van de gazometer te balanceren wanneer het gas binnenkomt van de zijden zak. Hij zou de zak gebruikt hebben om de uitgeademde lucht te verzamelen. Naast het maken van een beoordeling van zijn eigen longvolumes, zou Davy ook wel eens de eerste persoon kunnen zijn die een succesvolle beoordeling maakte van zijn eigen zuurstofconsumptie en koolstofdioxideproductie.
Sir Humphry Davy en zijn lab
Bij een serie van 20 experimenten, verzamelde hij gedurende 1 minuut zijn uitgeademde lucht. Hij mat de zuurstof en koolstofdioxide inhoud en vergeleek die met de inhoud van de lucht die hij had ingeademd. Hij schatte dat zijn zuurstofverbruik 484ml/min was en zijn koolstofdioxideproductie 447ml/min.
Davy’s metingen van het zuurstofverbruik en de koolstofdioxideproductie waren een enorme bijdrage voor de spirometrie omdat artsen en fysiologen hierop aanzienlijk vertrouwden. VO2 of zuurstofverbruik is nu nog altijd absoluut één van de meest belangrijke metingen van energieverbruik binnen het lichaam.
De gazometer van Clayfeld
De klassieke watergevulde spirometer werd ontwikkeld vanuit de gashouder of “gazometer” waarmee de grootste scheikundigen van de late 18de eeuw, zoals Priestley, Lavoisier en Watt, hun pionierswerk leverden op het vlak van zuurstof, koolstofdioxide en andere gassen. Dit type instrument werd spoedig aangepast voor humaan gebruik, eerst door het gebruik van kwik maar later water. Speciaal was de mercurial air holder ontwikkeld door William Clayfield.
Het belangrijkste kenmerk (gebruikt door Lavoisier in zijn gazometer) bestond uit een balancerend tegengewicht, dat de weerstand van het toestel verminderde en later standaard werd. Clayfield werkte in het Pneumatic Institute van Bristol (UK), waar de grote scheikundige Humphry Davy zijn carriere startte. Davy wordt vooral bekend omwille van zijn ontdekking van stikstofoxide ("lachgas") en hij realiseerde dat om de resultaten te kunnen interpreteren van zijn experimenten op stikstofoxide, hij moest immers de absolute capaciteit van de longen kennen. Behalve de VC te meten door het gebruik van de spirometer van Clayfield, herademde hij een gasmengsel dat waterstof bevatte, waarvan de dilutie hem in staat stelde het residueel volume te schatten. Hij registeerde voor zichzelf een VC van 3.5 L en een residueel volume van slechts 670 ml, maar hij becommentarieerde dat "deze capaciteit zeer waarschijnlijk onder het gemiddelde is, gezien mijn borst smal is met een omtrek van 29 inches" John Hutchinson betwijfelde later deze onrealistische meting en stelde dat het een drukfout zou kunnen zijn van 39 inches (99 cm).
De gazometer van Lavoisier
1813
E. Kentish gebruikte een simpele 'Pulmometer' om de ventilatoire volumes bij ziekte vast te stellen. Een in water omgekeerde klok met een ingang aan de top, gecontroleerd door een kraan en met graduaties per 'pint' aan de zijkant. Dit toestel werd door zowel E. Kentish als Charles Turner Thackrah gebruikt. Het probleem met de pulmometer was dat hij niet kon bijgesteld worden voor druk, de machine mat dus niet alleen respiratoire volumes, maar eveneens de kracht van de expiratoire spieren.
de "pulmometer" van Edward Kentish (1814)
Zoals bij de vroegere metingen van Borelli, werden de volumes gelimiteerd door de stijgende druk binnen de kruik. Kentish rapporteerde dat “Mr. S., een 17 jarige jongen met longtuberculose slechts 2 pints lucht kon inademen. Volgens zijn gestalte en indien zijn longen gezond zouden zijn, had hij normaal meer dan 7 pints moeten inademen, en misschien zelfs meer”, observaties die duidelijk aantonen dat hij de nood om te vergelijken met referentiewaarden besefte. Kentish ging zelfs verder door te noteren dat de longen, bij een autopsie 3 weken later, "redelijk goed vol met knobbels leken te zijn, met de grootte van een hazelnoot, geleidelijk aan verminderend naar het uitzicht van een gerstkorreltje…. Het onderste of neerhangende deel van de longen was vrij hard en dikker geworden; wanneer een afgesneden stuk van de long in water geworpen werd, zonk het naar de bodem…. Had men de toestand van de longen van deze jonge man vroeger gemeten met de pulmometer, hadden sommige middelen om de progressie van de ziekte tegen te houden kunnen uitgeprobeerd worden", een commentaar die duidelijk vooruitloopt op de waarde van de spirometrie in het vroegtijdig screenen van een ziekte. Kentish rapporteerde bij een patiënt met pleurale effusies eveneens een verminderd volume als gevolg van hartfalen ("waterzucht van de borst"), met een toename van het volume na de opgeloste effusies, een vroegtijdige observatie van extrapulmonaire volumerestrictie.
Charles Turner Thrackrah
1831
Een gelijkaardig "Pulmometer" werd gebruikt door Charles Thackrah (1831), een arts die beschouwd wordt als de vader van de arbeidsgeneeskunde. Maar de lucht kwam via een glazen stolp langs onder binnen. Er was nog geen correctie voor druk, zodat de machine niet alleen respiratoire volumes mat, maar ook de kracht van de expiratoire spieren. Hij herkende dat het genoteerde volume (de VC) "niet de pure capaciteit van de longen aantoont", maar “de samenstelling is van de capaciteit van de luchtzakjes en de kracht van de respiratoire spieren”. Hij rapporteerde dat het gemiddelde luchtvolume die 19 dragonders "zouden kunnen uitstoten bij een volledige expiratie” 3,56L was. Negen van deze proefpersonen waren officieren (waarschijnlijk beter gevoed?) en hun gemiddelde was 3.94L, terwijl een "slanke jonge cornetblazer" 4,84L uitstootte en dit is de langste expiratie die we ooit gekend hebben".
In zijn woning richtte hij een eigen anatomieschool op. Thackrah wordt beschouwd als één van de stichters van "provincial medical education" in Engeland, maar zijn reputatie als vader van de arbeidsgeneeskunde in de engelssprekende wereld is groter. Thackrah stierf in 1833 op de leeftijd van 38 jaar.