本文介绍了两种肺功能检测方法——体积描记法，可用于测量肺容积；以及容积二氧化碳描记法，用于测量解剖死腔和气道均一性。这些技术可单独使用，也可结合使用，以评估不同肺容积下的气道功能。
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本文内容
摘要
摘要
用于测量肺和气道容积的工具对于评估疾病或新型疗法对肺部影响的呼吸系统研究人员至关重要。体积描记法是一种经典的评估肺容积的技术，具有长期的临床应用历史。容积二氧化碳图法利用呼出二氧化碳的曲线特征来确定传导气道（即死腔）的容积，并提供气道均一性的指标。这些技术可独立使用，也可联合应用，以评估气道容积和均一性对肺容积的依赖关系。本文提供了复制这些技术的详细操作说明，我们的代表性数据表明，气道容积和均一性与肺容积高度相关。我们还提供了一个用于分析二氧化碳图数据的宏程序，可根据不同的实验设计进行修改或调整。这些测量方法的优势在于，其优点和局限性已有数十年的实验数据支持，且可在同一受试对象中反复进行，无需昂贵的成像设备或技术复杂的分析算法。这些方法对于关注肺功能残气量和气道容积同时发生变化的研究人员可能尤为有用。
引言
气体洗出技术已使用数十年，用于提供有关气道树结构和通气均一性的重要信息。肺通常被描述为具有两个区域——传导区和呼吸区。传导区由解剖死腔组成，而呼吸区则在肺泡中进行气体交换。由于传导气道不参与氧气与二氧化碳的交换，因此被称为“死腔”。在单次呼吸气体洗出法中，可通过分析呼出气体的浓度分布曲线，测定解剖死腔容积，并获取有关通气均一性的信息。部分方法依赖于吸入惰性气体来实现这些测量（N2，氩气，He，SF6, 等等。）。惰性气体的使用已有充分依据，得到科学共识声明的支持1，且市面上已有配备用户友好界面的商用设备。然而，呼出二氧化碳（CO₂）的曲线特征2) 可用于获取类似信息。评估 CO 的谱型2 作为呼出气体体积的函数，或容积二氧化碳图法，无需受试者吸入特殊气体混合物，且允许研究者灵活获取有关代谢和气体交换的额外信息，同时对技术本身仅需极少调整。
在受控呼气过程中，可以将 CO2 浓度随总呼出气体体积的变化绘制成图。呼气开始时，解剖死腔内充满大气气体，这反映在呼出 CO2 曲线的 I 相中，此时 CO2 含量无法检测到（图 1，上方）。II 相标志着向肺泡气体的过渡，此处发生气体交换，CO2 含量显著升高。II ....
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方案
本方案此前已获得爱荷华大学机构审查委员会的批准，并遵循其制定的指南。所示数据是根据爱荷华大学机构审查委员会批准的一项研究项目收集的。参与者均签署了知情同意书，研究均按照《赫尔辛基宣言》的规定进行。
1. 仪器设备
- 查看设备列表，确认所有必需的设备均已备齐。根据图2中的设备示意图仔细核对配置。
2. 体积描记法
注意：体积描记法是一种已有明确描述的临床工具，应根据关于标准化肺容积测量的共识声明，使用商用设备进行操作14,15。必要时，将测得的肺部气流和容积数据与体积描记仪软件中内置的NHANES数据集以及Goldman和Becklake16的预测值进行比较。
- 每天进行体积描记仪的校准，并在任何实验开始前完成校准。
- 在校准前，使用标准气压计测量温度、大气压和相对湿度，并将这些数值作为校正因子输入体积描记仪软件中。
- 使用经校准的3 L注射器在不同流速下校准流量传感器。使用精确的50 mL泵校准箱内压力。箱内压力传感器应每月检查一次，并根据制造商....
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结果
代表性体积描记法结果如下所示 图4该受试者经过四次尝试才成功收集到三个FRC值 <均值的5%变异。%Ref反映的是根据考虑性别、年龄、种族、身高和体重的人群回归方程预测的每个变量的预测值百分比
图1（上方）显示了用于分析的典型单次容积二氧化碳图，图1（下方）显示了整个操作序列的原始数据。在图1（下方）中，容积二氧化碳图与流量波形未对齐以校正时间延迟。通过宏运行一系列呼吸所生成的数据见补充图2末尾。该受试者的死腔容积为0.266 L，斜率为0.523% CO2/L，标准化斜率为0.0826 L-1。有关操作的质量信息也列于F、G、I、J.......
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讨论
本文提供了一种测量 VD 和气道均一性（斜率）的实验方案。这些测量可在功能残气量（FRC）下进行，也可作为肺容积的函数进行。在实验开始前及施加干扰后分别测量 FRC，可将 VD 和斜率表示为肺容积的函数，从而提供仅通过 FRC 下的二氧化碳图无法获得的肺结构-功能关系的有用信息。
通过计算机断层扫描成像可获得气道容积及高分辨率结构信息17,18，但该方法需要暴露于辐射，且需具备图像处理的专业知识。而体积描记二氧化碳图法可在不增加受试者风险的情况下进行重复测量，且无需昂贵设备或高级数据处理能力。对于需要多个时间点、多次肺容积测量的实验，以及需尽量减少辐射暴露的住院患者群体，体积描记二氧化碳图法是一种理想的研究方法。
关于体积描记法中的气压法，应按照共识声明进行测量操作。当需要将受试者的测量值与预测的群体数值进行比较时，应使用体重秤测量体重，并使用身高计确认身高。如本方案.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本研究由爱荷华大学健康与人类生理学系及内科学系资助。同时获得美国癌症协会通过爱荷华大学霍尔登综合癌症中心管理的老金奖学金（Bates）以及资助号 IRG-15-176-40 的支持（Bates）
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 配备双显示器的计算机 | Dell Instruments | ||
| PowerLab 8/35* | AD Instruments | PL3508 | |
| LabChart 数据采集软件* | AD Instruments | 版本 8 | |
| Gemini 呼吸气体分析仪*（升级选项） | CWE, Inc | GEMINI 14-10000 | *表示该部件包含在 AD Instruments 的运动生理学套装中 |
| 带加热控制器的加热式 pneumotach*（升级选项） | Hans Rudolph, Inc | MLT3813H-V | |
| 3L 校准注射器 | Vitalograph | 36020 | |
| 鼻夹* | VacuMed | Snuffer 1008 | |
| 脉搏换能器* | AD Instruments | TN1012/ST | |
| 气压计 | Fischer Scientific | 15-078-198 | |
| 带法兰口的咬嘴* | AD Instruments | MLA1026 | |
| 带三通旋塞的 Nafion 干燥管* | AD Instruments | MLA0343 | |
| 干燥剂筒（潮湿环境下的可选配件）* | AD Instruments | MLA6024 | |
| 电阻器 | Hans Rudolph, Inc | 7100 R5 | |
| 流量头适配器* | AD Instruments | MLA1081 | |
| 改良型管路适配器（可选） | AD Instruments | SP0145 | |
| 双向非重复呼吸阀（可选）* | AD Instruments | SP0146 | |
| 体积描记仪 | Vyaire | V62J | |
| 高纯度氦气 | Praxair | He 4.8 | |
| 6% CO2 和 16% O2 校准气体 | Praxair | 定制 | |
| Microsoft Excel | Microsoft | Office 365 |
参考文献
- Robinson, P. D., et al. Consensus statement for inert gas washout measurement using multiple- and single- breath tests. European Respiratory Journal. 41 (3), 507-522 (2013).
- Verbanck, S., Paiva, M. Gas mixing in the airways and airspaces. ....
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重印与许可
