Bewegung führt zu einem erheblichen Anstieg des Energiebedarfs im Vergleich zum Ruhezustand. Herz und Lunge reagieren mit einer Erhöhung des Herzzeitvolumens und der Beatmung, was zu einer Erweiterung des Alveolarkapillarbetts führt, hauptsächlich der Rekrutierung und Dehnung von Lungenkapillaren1. Dies gewährleistet einen ausreichenden pulmonalen Gasaustausch, der durch eine Erhöhung der pulmonalen Diffusionskapazität (DL) gemessen werden kann2,3,4. Die ersten Versuche, DL während des Trainings zu messen, liegen mehr als ein Jahrhundert zurück 5,6,7. Die Fähigkeit, DL aus dem Ruhezustand heraus zu erhöhen, wird oft als alveolar-kapillare Reserve bezeichnet 8,9.
Experimentell können die relativen Beiträge der Alveolar-Kapillarmembran-Diffusionskapazität (DM) und des pulmonalen kapillaren Blutvolumens (VC) zur alveolar-kapillaren Reserve mit verschiedenen Methoden bewertet werden, einschließlich der klassischen Mehrfachfraktionen des eingeatmeten Sauerstoffs (
) Methode10. Eine alternative Technik, die in diesem Zusammenhang nützlich sein kann, ist die Dual-Testgas-Methode, bei der DL zu Kohlenmonoxid (CO) und Stickstoffmonoxid (NO) (DL, CO/NO) gleichzeitig gemessen werden11. Diese Technik wurde in den 1980er Jahren entwickelt und macht sich die Tatsache zunutze, dass die Reaktionsgeschwindigkeit von NO mit Hämoglobin (Hb) wesentlich größer ist als die von CO, so dass die pulmonale Diffusion von CO stärker von VC als von NO abhängt. Daher befindet sich der Hauptort des Widerstands (~75%) gegen CO-Diffusion innerhalb der roten Blutkörperchen. während der Hauptwiderstand (~60%) gegen NO-Diffusion an der Alveolarkapillarmembran und im Lungenplasmaliegt 12. Die gleichzeitige Messung von DL,CO undD L,NO ermöglicht somit die Bewertung der relativen Beiträge von DM und VC zu DL12, wobei die während der Belastung beobachtete Änderung vonD L,NO somit weitgehend die Ausdehnung der Alveolar-Kapillarmembran widerspiegelt. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Methode bei der Erfassung von Messungen während des Trainings besteht darin, dass sie eine relativ kurze Atemhaltezeit (~5 s) und weniger Manöver im Vergleich zur klassischen
Technik beinhaltet, bei der mehrere wiederholte Manöver mit einem standardisierten Atemanhalten von 10 s bei unterschiedlichen Sauerstoffgehalten durchgeführt werden. Obwohl
kürzlich mit einer kürzeren Atemanhaltezeit und weniger Manövern bei jeder Intensität13 angewendet wurde. Trotzdem erlaubt es nur insgesamt sechs DL,CO-Manöver pro Sitzung, während bis zu 12 wiederholte DL,CO/NO-Manöver ohne messbare Auswirkungen auf die resultierenden Schätzungen durchgeführt werdenkönnen 14.
Dies sind wichtige Überlegungen bei der Durchführung von Messungen während des Trainings, da sowohl ein langes Atemanhalten als auch mehrere Manöver bei sehr hohen Intensitäten oder bei Patientenpopulationen mit Dyspnoe schwierig durchzuführen sein können.
Die vorliegende Arbeit enthält ein detailliertes Protokoll, einschließlich theoretischer Überlegungen und praktischer Empfehlungen zur Messung vonD L, CO/NO während des Trainings und seiner Verwendung als Index der Alveolar-Kapillar-Reserve. Diese Methode ist im experimentellen Umfeld leicht anwendbar und ermöglicht die Beurteilung, wie sich die Diffusionsbegrenzung in der Lunge auf die Sauerstoffaufnahme in verschiedenen Populationen auswirken kann.
Theorie und Messprinzipien
Die DL,CO/NO-Methode beinhaltet einen einzigen Atemzug eines Gasgemisches mit der Annahme, dass sich die Gase nach der Inhalation gleichmäßig im belüfteten Alveolarraum verteilen. Das Gasgemisch besteht aus mehreren Gasen, darunter ein inertes Prüfgas. Die Verdünnung des Tracergases im belüfteten Alveolarraum, basierend auf seinem Anteil in der endexspiratorischen Luft, kann zur Berechnung des Alveolarvolumens (VA) verwendet werden15. Das Gasgemisch enthält auch die Prüfgase CO und NO, die beide im belüfteten Alveolarraum verdünnt sind und über die Alveolar-Kapillarmembran diffundieren. Anhand ihrer Alveolarfraktionen können ihre individuellen Verschwindensraten (k), auch Diffusionskonstante genannt, aus dem Alveolarraum berechnet werden. Gemäß der Konvention wird derD L für ein Prüfgas, das während eines Einatemmanövers gemessen wird, aus der folgenden Gleichung16 abgeleitet:

wobei FA0 der alveoläre Anteil des Testgases (CO oder NO) zu Beginn des Atemanhaltens deseinzelnen DL-Manövers ist, während FA der alveoläre Anteil des Testgases am Ende des Atemanhaltens und tBH die Atemanhaltezeit ist. DL entspricht mechanisch der Leitfähigkeit des Testgases durch die Alveolarkapillarmembran, durch Plasma und das Innere der roten Blutkörperchen zu Hämoglobin. Sie hängt also sowohl von der Leitfähigkeit von DM als auch von der sogenannten spezifischen Leitfähigkeit des Lungenkapillarblutes (θ) ab, wobei letztere sowohl von der Leitfähigkeit des Prüfgases im Blut als auch von seiner Reaktionsgeschwindigkeit mit Hämoglobin10 abhängt. Da der Kehrwert des Leitwerts der Widerstand ist, hängt der Gesamtwiderstand gegen die Übertragung eines Prüfgases von den folgenden Widerständen der Reihe10 ab:

Diese Komponenten können durch gleichzeitige Messung von DL zu CO und NO unterschieden werden, da diese unterschiedliche θ-Werte haben und ihrejeweiligen DL-Werte daher unterschiedlich von VC abhängen. Die pulmonale Diffusion von CO hängt stärker von VC ab als von NO, wobei sich der Hauptwiderstandsort (~75%) gegen CO-Diffusion innerhalb der roten Blutkörperchenbefindet 12. Im Gegensatz dazu liegt der Hauptwiderstand (~60%) gegen NO-Diffusion an der Alveolarkapillarmembran und im Lungenplasma, da die Reaktionsgeschwindigkeit von NO mit Hämoglobin wesentlich größer ist als die von CO. Daher wirken sich bei gleichzeitiger Messung von DL, CO und DL,NO Änderungen sowohl von DM als auch von VC deutlich auf erstere aus. während letzteres viel weniger von VC abhängt und somit eine integrative Bewertung der Faktoren ermöglicht, die DL bestimmen.
Die Meldung von DL, CO/NO-Metriken kann mit unterschiedlichen Einheiten erfolgen. Daher verwendet die European Respiratory Society (ERS) mmol/min/kPa, während die American Thoracic Society (ATS) mL/min/mmHg verwendet. Der Umrechnungsfaktor zwischen den Einheiten beträgt 2,987 mmol/min/kPa = ml/min/mmHg.