Name: 肺毛细血管血量，膜弥散能力，及肺内动静脉吻合的评估期间行使 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-20T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 9 s
Description: 了解使用多浓度吸入氧扩散能力和对比增强超声心动图评估运动期间肺毛细血管血量、膜弥散能力及肺内动静脉吻合招募的方法。该技术适用于健康受试者和心肺疾病患者。

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资金由加拿大自然科学与工程研究理事会和加拿大心脏与中风基金会提供。

本方案遵循阿尔伯塔大学人类研究伦理委员会的指导方针，并符合最新修订版《赫尔辛基宣言》所规定的标准 赫尔辛基宣言
1. 递增负荷运动试验（VO2peak）
<ol>
	<li>获得受试者的书面知情同意。让受试者阅读并回答《身体活动准备问卷+》（PAR-Q+）中所列问题，以评估其是否适合进行运动。24.</li>
	<li>根据受试者的偏好调节功率自行车的座椅高度。按照标准三导联心电图（ECG）电极放置方法，在受试者背部放置四个心电图电极，采用改良肢体导联以测量心率（HR）。25.</li>
	<li>将咬嘴插入受试者口中，使用代谢测量系统全程监测呼出气体和通气情况。25. 
	注意：代谢系统将测量实时的氧气消耗量（VO2），二氧化碳产生量（VCO2），通气（VE）、心率（HR）和呼气末二氧化碳2 (PETCO2).</li>
	<li>在采集2分钟基线数据后，指导受试者以50瓦的初始负荷开始骑行，并保持不低于60转/分钟的稳定踏频。每2分钟将负荷增加25瓦，直至受试者达到主观力竭或要求停止测试。25.</li>
</ol>
2. 多种吸入氧分数（FIO2）下的弥散能力（DLCO）测定法7
<ol>
	<li>计算与 VO₂ 的 30%、50%、70% 和 90% 相对应的运动负荷2峰 使用峰值 VO2 在递增负荷运动试验中获得数据后，至少48小时再让受试者返回实验室进行一氧化碳弥散量（DLCO）操作。</li>
	<li>每天进行的 DLco 检测不应超过 12 次，因为重复检测可能导致碳氧血红蛋白（COHb）蓄积5因此，应根据需进行的运动负荷数量以及DLCO数据的质量，在多个不同日期进行测试。</li>
	<li>通过连接一罐100% O₂气源来制备预呼吸气体2 气体和一罐医用级空气（21% O₂）2 和 79% N2) 连接到空气混合器系统。填充两个60 L非扩散型道格拉斯袋，其中一个含有40% O₂2，以及一个含有60% O₂的2，使用空气混合系统。</li>
	<li>设置两个大口径三通旋塞阀，用于调节吸入的气体混合物。这两个阀门将被称为“预呼吸阀门”。</li>
	<li>使用柔韧且不可压缩的管路将道格拉斯袋连接至阀门系统。将阀门系统连接至一个双向T型非重复呼吸阀，并将其与代谢测量系统质量流量传感器的测试气体进气组件相连。</li>
	<li>静息测量时，受试者应坐直，双脚平放在地面上。运动试验期间，通过心电图监测心率（HR ± 3 次/分钟为稳态标准），确保受试者处于稳态。 
	注意：稳态可能在 VO 的 90% 时仍未达到2峰；因此，当受试者的心率达到其VO₂峰值的90%时，即开始测量2峰 在递增负荷运动试验中。</li>
	<li>通过指尖采血获取一滴毛细血管血液，检测其血红蛋白浓度。随后，调整所有后续的DLCO 使用以下公式计算[Hb]26: 
	<img alt="静态平衡；基于血红蛋白水平的DLco校正公式；教学用方程" src="/files/ftp_upload/54949/54949equation1.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="公式 1"></li>
	<li>选择一个 FIO2 （21%、40% 或 60%）通过随机切换预呼吸阀门至所需位置来实现。选择相应的 FIO2-二硫辛酸CO 通过转动DL来调节气体CO 气体阀选择器（参见 图1C).</li>
	<li>指导受试者佩戴鼻夹，并通过与相应 F 对应的道格拉斯袋中的面罩正常呼吸五次IO2.</li>
	<li>指导受试者呼气至残气量。当肺容积在残气量处达到平台时，让受试者吸入一氧化碳弥散量（DL）气体CO 将气体混合物吸入至肺总量，屏气6秒，然后呼气至残气量。</li>
	<li>监测呼气过程中的甲烷示踪，确保其斜率为水平，这表明CO测试气体在肺内已充分平衡。 
	注意：肺泡容积（VA) 和屏气时间由代谢测量系统自动计算并报告。</li>
	<li>确保 VA 每次DLco操作的测量值应与先前试验结果相差在5%以内。同样，屏气时间应为6.0 ± 0.3秒。若不符合要求，需重复该操作。</li>
	<li>等待4分钟，使残留的一氧化碳充分洗脱，然后对每个剩余的F重复步骤2.8–2.11IO2 静息状态下。</li>
	<li>至少48小时后，在每个运动强度（分别为VO₂峰值的30%、50%、70%和90%）下的稳态阶段重复步骤2.9至2.15。2峰）适用于每个 FIO2将屏气之间的负荷减少至 VO₂峰值的90%2峰 恢复受试者所需的工作量。</li>
	<li>运动期间进行一氧化碳弥散量（DLco）检测时，每次检测间隔至少2分钟，以清除肺泡内的一氧化碳。每日DLco检测次数不得超过12次，以避免碳氧血红蛋白（COHb）蓄积。5.</li>
</ol>
3. 肺毛细血管血容量和膜弥散能力的计算
<ol>
	<li>计算肺泡氧分压2 (PAO2）使用以下公式 
	<img alt="肺泡气方程，pAO2 计算公式，呼吸生理学概念" src="/files/ftp_upload/54949/54949equation2.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="公式 2"> 
	注意：FIO2 是吸入氧的分数2，PBAR 是大气压强，PH2O 是水蒸气压，PaCO2 是动脉血中 CO₂ 的分压2，RER 为呼吸交换率。</li>
	<li>估算呼吸交换率（RER）和功率（P）aCO2 使用测得的30秒平均PETCO2 以及根据先前递增负荷运动测试获得的数据得出相应运动强度的RER。</li>
	<li>计算 θCO 使用以下公式7. <img alt="氧结合能力方程；公式：1/θ_CO = 0.0058 × P_AO2 + 0.73；仅供科研使用。" src="/files/ftp_upload/54949/54949equation3.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="公式 3"></li>
	<li>绘制 1/DLco 之间的关系图adj 和 1/θCO 每个 FIO2 并计算回归方程。 
	注意：可接受的最低 r2 值为 0.95，且 DLCO 当 r 时应重复操作步骤2 数值超出此范围21.</li>
</ol>
<img alt="范特霍夫图显示线性回归，R²=0.996，用于描述吸附过程分析。" src="/files/ftp_upload/54949/54949fig2.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图2"> 
图2：1/DL 的代表性图谱CO 与 1/θCO 在峰值运动时。 1/DL 之间的关系CO 和 1/θ一氧化碳 在不同 F 条件下对三次屏气进行绘图IO2 （21%、40%和60%）。Vc 和 Dm 的计算基于上述关系的回归方程。该直线斜率的倒数（1/0.00796）给出 Vc 的值（125.5 mL），y 轴截距的倒数（1/0.00869）给出 Dm 的值（115.0 mL·min⁻¹）-1·mmHg-1). <a href="http://cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/54949/54949fig2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<ol start="5">
	<li>通过计算 1/DLCO 与 1/θCO 回归方程斜率的倒数来确定 Vc；通过计算该方程 y 轴截距的倒数来确定 Dm。</li>
</ol>
4. 肺内动静脉吻合支的募集
<ol>
	<li>在与DLCO数据采集不同的另一天，将20号静脉导管插入前臂静脉，并通过6英寸静脉延长管连接至三通旋塞，用于注射振荡盐水以进行对比超声心动图检查11,17。</li>
</ol>
<img alt="手臂静脉注射设置，展示医疗操作过程。" src="/files/ftp_upload/54949/54949fig3.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 3"> 
图 3：振荡盐水造影剂制备示意图。 在肘前区放置静脉导管，并通过一条6英寸延长管连接三通阀。将两个10 mL注射器连接至三通阀，用于制备造影剂溶液，其中包含10 mL生理盐水和0.5 mL室温空气。<a href="http://cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/54949/54949fig3large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<ol start="2">
	<li>将两个10 mL注射器连接至三通旋塞。取10 mL 0.9%无菌生理盐水与0.5 mL空气混合，通过三通旋塞在两个注射器之间用力来回振荡，形成细小且悬浮的气泡，直至超声医师准备好进行造影。</li>
	<li>由经验丰富的超声医师或心脏病专家获取标准的心尖四腔心切面图像。在静息状态下，由超声医师使用标准超声心动图及彩色多普勒成像评估房间隔和室间隔是否存在心内分流。
	<ol>
		<li>若未检测到心内分流，指导受试者在注射造影剂时进行瓦尔萨尔瓦动作（Valsalva maneuver），以评估卵圆孔未闭（PFO）11,17。在非瓦尔萨尔瓦状态下重复测量。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>在超声医师保持四腔心切面的同时注射造影剂。从右心室首次检测到造影剂开始，记录随后的15个心动周期。</li>
	<li>在相当于VO2peak的30%、50%和70%的稳态运动期间重复造影增强成像。由于在VO2peak的90%时无法达到稳态，因此当心率达到分级运动试验中确定的相当于VO2peak 90%时的目标心率时，即开始成像。 
	注：不同运动强度之间的间隔时间取决于造影剂从两个心室的清除情况，应≥ 2分钟。</li>
	<li>由对实验条件设盲的超声医师根据先前描述的评分系统17,27解读振荡盐水造影超声心动图。 
	注：评分依据为单帧超声心动图中左心室（LV）内可见的最大造影气泡数量，具体如下：左心室内无造影气泡 = 0，≤3个气泡 = 1，4–12个气泡 = 2，&gt;12个气泡 = 3。 
	注：若造影剂在左心室的出现晚于五个心动周期，则提示存在肺内动静脉分流（IPAVA）。心内分流则定义为造影剂在少于五个心动周期内出现在左心室27。</li>
</ol>
<img alt="心脏超声示意图；超声心动图，心腔，运动分析，诊断成像。" src="/files/ftp_upload/54949/54949fig4.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 4"> 
图 4：IPAVA 评分的代表性图像。 标尺为 5 cm（白色实线）。(A) 对比剂注射前。(B) IPAVA 评分为 0。(C) IPAVA 评分为 1。(D) IPAVA 评分为 3。 <a href="http://cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/54949/54949fig4large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>

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</ol>

作者声明不存在任何竞争性经济利益。

该方法可用于评估运动期间的肺弥散能力及肺内动静脉吻合支的开放情况。
方案中的关键步骤
尽管在静息状态下进行一氧化碳弥散量（DLCO）的屏气测试相对简单，但在运动过程中屏气对受试者而言却是一项独特的挑战，因为这与直觉相悖，且受试者在运动时呼吸欲望强烈。因此，肺毛细血管容积（Vc）和肺泡-毛细血管膜弥散能力（Dm）的准确测定依赖于测试者与受试者之间的良好沟通与默契。测试者的技术水平可通过肺泡容积的变异程度（与既往试验相比在±5%以内）和屏气时间（BHT）为6.0±0.3秒来量化评估。
修改与故障排除
在完成 Vc/Dm 测量后，测试人员应迅速绘制三次 DLCO 操作的曲线图，以确定数据点的最佳拟合线；使用 21% FIO2 测得的 DLCO 值应始终高于 40% 的测量值，而 40% 的测量值又应高于 60% 的测量值。若结果不符合此规律，建议检查阀门切换是否对应正确的测试气体。同样，需确认预呼吸袋中所充气体的 FIO2 与测试气体相对应（图 1B-1D）。对吸烟受试者进行测试时应格外谨慎，因其体内较高的碳氧血红蛋白（COHb）水平可能导致 DLco 被低估。
在进行IPAVA招募评估时，受试者的体位至关重要，以确保获得高质量的图像。可以使用卧式功率自行车替代直立式功率自行车，以尽量减少受试者的移动。然而，卧式功率自行车运动在相同功率输出下会引发不同的代谢反应，因此应在卧式功率自行车上重新进行分级运动试验。对部分女性而言，上胸部扫描可能会引起不适；在此情况下，建议由女性超声技师进行操作。最后，推荐的运动方案是针对年轻健康个体设计的；因此，可根据不同的目标人群对运动方案进行适当调整。
该技术的局限性
多次FIO2 DLCO技术的主要局限性在于操作人员的技术水平以及受试者遵循指令并在屏气期间保持镇静的能力，因为做瓦尔萨尔瓦（Valsalva）或穆勒（Müller）动作会影响测量结果。其次，由于一氧化碳（CO）反压升高可能影响Vc和Dm的测量值5,30并对受试者造成健康风险，因此单次检测中屏气次数应限制在12次以内。根据研究设计的不同，可能需要在多个检测阶段中完成测试，以便让体内CO充分清除并减少受试者的疲劳。通过良好的受试者指导和技术操作，我们确定DLco、Vc和Dm在不同测试之间的变异系数分别达到满意的7%、8%和15%。
多重FIO2 DLCO技术假设肺泡O2与毛细血管O2相同，因此在解释已知存在气体交换障碍个体的数据时应谨慎。
激动盐水对比超声心动成像受限于超声技师的技术水平以及受试者在运动时尽量减少胸壁移动的能力。此外，图像解读人员必须熟悉根据既定规程对IPAVA开放程度进行评分的分级标准（图4）27。运动期间盐水对比超声心动图呈阳性结果的临床意义仍存在争议15,16，有观点认为左心室出现激动盐水对比信号可能继发于毛细血管扩张，而非IPAVA开放。目前相关研究正在努力解决这一问题。
该技术相对于现有/替代方法的重要性
通过利用这些生理学技术，可以在多种条件下评估运动过程中的肺血管系统，包括健康状态、疾病状态以及药物干预情况。尽管检测质量依赖于操作者的技能水平，但在适当的指导和培训下，这些技能很容易且快速地掌握。多种吸入氧浓度（FIO2）下的肺一氧化碳弥散量（DLCO）测定方法被认为是测量肺泡-毛细血管膜弥散能力（Dm）和肺毛细血管血容量（Vc）的&#34;金标准&#34;31。虽然这些指标目前未在临床常规计算，但其数值可用于确定低氧血症和运动不耐受的机制、预测患者预后，并进一步细化疾病诊断31,32。同样，振荡盐水超声心动图技术是目前用于判断肺内动静脉分流（IPAVA）开放程度的最常用方法。
掌握此技术后的未来应用或发展方向
这些技术适用于多种实验条件和干预措施。我们以运动状态为例演示了这些技术，但也可轻松修改用于测量药物输注期间的肺血管反应，例如已知可增加心输出量的正性肌力药物多巴酚丁胺或多巴胺17。此外，这些技术还可应用于临床人群，例如心力衰竭患者34或慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者，这些人群的一氧化碳弥散量（DLCO）较同龄对照人群降低35。

运动期间，心输出量可增加至静息水平的六倍以上1。由于肺是唯一接受全部心输出量的器官，运动对肺系统构成了显著的压力。随着运动强度的逐步增加，肺弥散能力（DLCO）必须相应增强，以满足增高的氧气需求2。从静息状态到最大运动强度，DLCO可升高至静息值的150%左右，且在心输出量范围内尚未达到上限3,4,5。弥散能力的增加是由于肺毛细血管的募集和扩张，导致膜弥散能力（Dm）和毛细血管血容量（Vc）增加所致6。
Roughton 和 Forster（1957 年）开发了一种技术，通过在标准一氧化碳弥散量测试（DLCO）期间调节吸入氧分数（FIO2），来分别测定肺泡-毛细血管膜弥散量（Dm）和肺毛细血管血容量（Vc）7。氧气与一氧化碳（CO）在血红蛋白的亚铁血红素位点上存在竞争性结合，因此提高 FIO2 将降低 DLCO8,9。通过在标准 DLCO 操作过程中调节 FIO2，可利用这一关系来测量 Vc 和 Dm7。我们近期已将该技术改进并应用于运动状态下的检测5。与先前研究一致，我们发现 DLCO 在运动至峰值时持续升高，这主要继发于 Vc 和 Dm 的共同增加5。有趣的是，我们发现耐力训练运动员的最大耗氧量更高，因而对气体弥散能力的需求更大，在达到峰值运动时其 DLCO 的升高主要归因于 Dm 的增加，而非 Vc 的变化，提示运动员的肺泡-毛细血管膜可能存在某种潜在的适应性改变5。
运动期间Vc和Dm的增加是通过肺动脉压升高实现的，这会导致在静息时灌注不足的肺毛细血管被招募并扩张4,10。这使得肺毛细血管网的横截面积增大，从而降低肺血管阻力，并减轻肺动脉压的升高幅度。
采用振荡盐水对比超声心动图的研究已表明，运动期间存在肺内动静脉吻合支（IPAVA）开放的现象11,12,13,14。IPAVA开放的意义尚不明确；尽管一些研究提示其可能参与气体交换障碍12,14，并可能有助于减轻右心室负荷11,12，但该问题仍存在争议15,16。此外，尽管IPAVA开放的确切机制尚不清楚，但我们发现增加心输出量以及外源性多巴胺均可在静息状态下诱发IPAVA开放17。急性升高的肺动脉压力18或多巴胺受体阻断似乎对运动期间的IPAVA开放无明显影响11。有推测认为，这些管径较大的IPAVA血管可能通过降低肺血管阻力，帮助保护肺毛细血管免受肺动脉压力大幅升高的影响12,17,19,20,21。
当与Vc和Dm的评估相结合时，振荡生理盐水对比超声心动图是研究肺循环对运动应激适应情况的一项重要工具22,23。

<table><tbody><tr><td>代谢测量系统</td><td>SensorMedics 公司</td><td>Encore 299 Vmax</td><td></td></tr><tr><td>功率自行车</td><td>麦角碱</td><td>Ergoselect II 1200</td><td></td></tr><tr><td>60 升道格拉斯袋</td><td>Hans Rudolph</td><td>6100 系列</td><td></td></tr><tr><td>双向T型阀</td><td>Hans Rudolph</td><td>2700 系列</td><td></td></tr><tr><td>血红蛋白测量系统</td><td>HemoCue</td><td>Hb 201+</td><td></td></tr><tr><td>22号静脉留置针</td><td>BD</td><td>Insyte-W</td><td></td></tr><tr><td>超声&amp;nbsp;</td><td>Vivid Q</td><td>ECHOpac</td><td></td></tr><tr><td>压缩气体 21% O₂&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;，0.3% CO，0.3% CH&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;，平衡氮气</td><td>普莱克斯</td><td></td><td></td></tr><tr><td>压缩气体 40% O₂&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;，0.3% CO，0.3% CH&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;，平衡氮气</td><td>普莱克斯</td><td></td><td></td></tr><tr><td>压缩气体 60% O₂&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;，0.3% CO，0.3% CH&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;，平衡氮气</td><td>普莱克斯</td><td></td><td></td></tr><tr><td>鼻夹</td><td>Vacu-Med</td><td>snuffer #1008</td><td></td></tr></tbody></table>

运动期间肺毛细血管血容量、膜弥散能力及肺内动静脉吻合支的评估

Assessment of Pulmonary Capillary Blood Volume, Membrane Diffusing Capacity, and Intrapulmonary Arteriovenous Anastomoses During Exercise

运动对肺血管系统是一种应激。随着运动强度的增加，肺弥散能力（DLCO）必须相应增强以满足升高的氧需求；否则可能发生弥散受限。运动时DLCO的增加源于毛细血管血容量（Vc）和膜弥散能力（Dm）的提升。Vc和Dm的增加继发于肺毛细血管的募集与扩张，从而增大了气体交换的表面积，并降低肺血管阻力，进而减轻肺动脉压的上升。与此同时，运动期间肺内动静脉吻合支（IPAVA）的开放可能引起气体交换功能受损，和/或阻止肺动脉压显著升高。
我们介绍了两种用于评估静息和运动状态下肺部扩散和循环功能的技术。第一种技术采用多种吸入氧分数（FIO2）下的DLCO屏气法，以测定静息和运动时的肺毛细血管血容量（Vc）和肺泡-毛细血管膜弥散能力（Dm）。此外，通过静脉注射振荡生理盐水造影的超声心动图技术用于评估肺内动-静脉吻合支（IPAVAs）的开放情况。
代表性数据显示，DLCO、Vc 和 Dm 随运动强度增加而升高。超声心动图数据显示，静息状态下未见IPAVA开放，而运动时左心室可见对比微泡，提示运动诱导的IPAVA开放。
利用超声心动图方法评估肺毛细血管血容量、膜弥散能力和IPAVA的招募情况，有助于表征健康人群以及肺动脉高压和慢性阻塞性肺疾病等疾病群体的肺血管系统在运动应激下的适应能力。

运动强度增加对氧消耗量、弥散能力、肺毛细血管血容量、膜弥散能力以及IPAVA评分的影响见表1。随着功率输出的增加，VO2、DLCO、Vc 和 Dm 均随之升高。
图2展示了在运动期间使用多种吸入氧浓度（FIO2）-一氧化碳弥散量（DLCO）技术计算肺泡毛细血管血容量（Vc）和肺弥散常数（Dm）的代表性计算示例。随着吸入氧浓度（FIO2）的升高，一氧化碳弥散量（DLCO）下降，该关系被用于区分Vc与Dm。通过计算1/DLCO对1/θCO曲线斜率的倒数，可得到Vc值；而其y轴截距的倒数则给出Dm值。与静息状态相比，运动期间Vc和Dm均如预期增加。
结果表明，这些技术可用于评估运动期间肺血管的反应。通过多种吸入氧浓度（FIO2）下的一氧化碳弥散量（DLCO）测定结合振荡盐水对比超声心动图方法，研究人员能够更深入地了解肺毛细血管和肺膜募集对总体弥散能力的贡献，该方法可作为临床环境中传统肺功能检测的补充。若在运动时毛细血管血容量（Vc）或肺泡-毛细血管膜弥散常数（Dm）未能增加，将导致弥散受限和低氧血症。例如，DLCO降低若继发于Vc降低，则提示肺毛细血管发生改变；同样，Dm降低则提示肺膜结构发生改变。
图4展示了四个腔室对比超声心动图的代表性描记图。随着运动强度的增加，IPAVA评分从静息状态下的0分（即无IPAVA证据）增加至最高运动强度时的3分（表1）。先前的研究表明，运动可增加IPAVA评分11,12,14，但目前尚无共识阐明这些IPAVA是如何被募集的。已有证据显示，IPAVA可在静息状态下通过多巴胺药理学手段17,28被募集，也可通过多巴酚丁胺17,28和肾上腺素28增加心输出量而被募集。像多巴胺和肾上腺素这样的正性肌力药物尤其值得关注，因为它们在运动过程中会内源性增加29。此外，有部分证据表明IPAVA的募集可能对运动血流动力学具有重要意义，因为缺乏IPAVA似乎会导致肺动脉压力更高、心输出量降低以及峰值功率输出减少12。因此，该技术可用于针对肺动脉高压患者的研究。
<img alt="带有气体交换分析的心肺运动试验装置，显示设备和气瓶。" src="/files/ftp_upload/54949/54949fig1.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图1"> 
图1：多种吸入氧浓度（FIO2）下的一氧化碳弥散量（DLCO）测试装置。 (A) 装置整体布局。(B) 压缩气体钢瓶，内含21%、40%和60%的O2，以及0.3% CO、0.3%甲烷，余量为氮气；另有一个额外供氧用的压缩氧气钢瓶。(C) 用于三种不同FIO2 DLCO气瓶的三通阀选择器。(D) 串联三通阀的切换开关，用于预呼吸阶段选择相应的FIO2。 <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54949/54949fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="肺功能数据表；静息至90%运动强度下的VO₂、DLCO、Vc、Dm值，包含IPAVA评分。" src="/files/ftp_upload/54949/54949table1.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="表1"> 
表1：一名受试者在静息及运动强度分别为VO2peak的30%、50%、70%和90%时的代表性数据。VO2，单位体重的耗氧量；DLCO，一氧化碳弥散能力；Vc，肺毛细血管血容量；Dm，膜弥散能力；IPAVA评分，左心室在五个心动周期后出现造影剂的评分。数据经修改自Tedjasaputra et al. 2016。

为了评估肺部在运动时的气体弥散和血管反应，我们描述了多次吸入氧气弥散能力技术，用于测定毛细血管血容量和膜弥散能力，以及采用振荡生理盐水对比超声心动图来评估肺内动静脉吻合支的募集情况。

运动对肺血管系统是一种应激。随着运动强度的逐步增加，肺弥散能力（DLCO）必须相应提高，以满足增高的…

本实验的主要目标是通过使用多种吸入氧分数（FiO2）、弥散能力及对比增强超声心动图，评估肺血管在运动状态下的反应。该方法有助于我们更深入地理解肺循环在运动应激条件下的响应机制。该技术的主要优势在于其可广泛应用于多种实验、临床及药理学条件下，包括在患有心脏或肺部疾病的受试者进行运动时的应用。演示屏气技术的将是本实验室的研究生 Wade Michaelchuk 和 Sophie Collins。进行对比超声心动图技术操作的将是心脏病学家 Sean van Diepen 医生。在开始操作之前，使用空气-氧气混合系统，将一个 60 升的非弥散型 Douglas 袋充满 40% 氧气，另一个充满 60% 氧气。连接两个大孔径三通旋塞阀以调节吸入气体，并使用柔性无压缩性管路将道格拉斯袋与阀门系统相连。然后，将阀门系统连接至一个双向T型非重复呼吸阀，该阀与质量流量传感器的测试气体进气组件相连。将预呼吸阀和一氧化碳气体选择阀切换至与所选FiO₂相对应的适当位置，并指导受试者以目标强度开始骑行，同时将心率维持在目标值上下每分钟三次的范围内。达到稳态后，将鼻夹和口嘴固定于受试者，让其从40%氧气的道格拉斯气袋中正常呼吸五次。第五次呼吸后，指示受试者吸气至肺总量，然后呼气至残气量。当肺容积开始趋于平稳时，按下阀系统键盘上的F1键切换至一氧化碳气体，并指示受试者继续呼气三秒钟，随后将一氧化碳气体吸入至肺总量。深吸一口气，彻底呼出，继续用力呼气，六、五、四、三、二、一，然后深吸一口气，向上，向上，向上，向上，向上，向上，向上，六、五、四——从六秒开始倒数。三、二、一，全部呼出——并指导受试者再次呼气至残气量。很好，恢复正常呼吸。监测呼气过程中甲烷的追踪情况，以确保曲线斜率为水平。此步骤的成功取决于测试者的操作技能以及受试者遵循指令并在屏气期间保持镇静的能力。我们建议在实施该程序前，先与受试者预演屏气的时间控制。现在，取下吹嘴，让受试者继续骑行至少两分钟，以充分清除残留的一氧化碳。随后，针对其余的吸入氧浓度（FiO₂）重复屏气操作。为确保操作质量，需确认肺泡容积与前次试验相比差异在5%以内，且屏气时间约为6秒。对于肺内动静脉吻合（IPAVA）的招募，首先将一根20号静脉导管插入受试者的一侧肘前静脉。然后，使用一段六英寸的延长管将导管连接至一个三通旋塞阀，并将两个10毫升注射器连接到该旋塞阀上。为了制备静脉对比剂，将10毫升无菌生理盐水与0.5毫升空气混合，并通过旋塞阀快速来回推注两个注射器，直至气泡均匀悬浮为止。指导受试者以100瓦的强度开始骑行运动。当达到稳态后，由经验丰富的心脏病专家获取心脏标准心尖四腔切面图像。在心脏病专家准备开始记录前，持续震荡生理盐水。然后，在心脏科医生保持四腔心切面的同时注射造影剂，并在右心室检测到造影剂后记录15个心动周期。超声图像的质量取决于超声技师在运动过程中维持四个心腔均可接受图像的技术能力。随后，由一位对实验条件设盲的超声心动图医师解读超声心动图，判断是否存在肺内动静脉吻合（IPAVAs）。随着运动强度的增加，毛细血管血容量和弥散能力均增加，这与机体需要更大的氧气消耗所对应的增强扩散能力相一致。事实上，在本项代表性实验中，超声心动图数据显示，静息状态下无IPAVA开放，但随着运动强度的增加，IPAVA评分逐渐升高。在该受试者静息状态下的心脏记录中，可以清楚地观察到对比剂进入右心室。即使经过五个心动周期，在左心室中仍无法观察到任何造影剂，因此该受试者的静息IPAVA评分为零。此处展示了四个腔室的造影超声心动图的代表性图像。请注意，随着运动强度的增加，肺内动静脉吻合评分从静息时的零分上升至最高运动强度时的三分。一旦掌握，该技术可在两小时内完成。在实施该操作时，重要的是要指导志愿者正确掌握呼吸技巧和时机。在完成该操作后，可采用其他干预措施（如药物输注）来探究肺循环相关问题。该技术问世后，为肺生理学领域的研究人员探索人类肺部弥散能力的决定因素铺平了道路。观看本视频后，您应能够充分理解如何评估静息状态和运动状态下的肺血管系统。请务必注意，一氧化碳具有极高的危险性，在进行该操作时，应始终采取适当的预防措施，例如确保实验场所通风良好。

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