La valutazione di polmonare capillare sanguigno Volume, Diffusione di membrana, e intrapolmonare artero-anastomosi durante l'allenamento
20 febbraio 2017
Per valutare la diffusione e vascolare risposte polmonari di esercitare, descriviamo la tecnica multipla di ispirazione capacità di diffusione di ossigeno per determinare il volume di sangue capillare e capacità di diffusione a membrana, così come l'ecocardiografia agitato contrasto salina per valutare il reclutamento di anastomosi arterovenose intrapolmonari.
L'obiettivo generale di questa procedura è valutare la risposta vascolare polmonare all'esercizio utilizzando frazioni multiple di ossigeno inspirato, o FiO2, capacità di diffusione ed ecocardiografia con mezzo di contrasto. Questo metodo ci aiuta a capire meglio come la circolazione polmonare risponde allo stress dell'esercizio. Il vantaggio principale di questa tecnica è che può essere applicata a una varietà di condizioni sperimentali, cliniche e farmacologiche, anche durante l'esercizio fisico in partecipanti con malattie cardiache o polmonari.
A dimostrare la tecnica di apnea saranno Wade Michaelchuk e Sophie Collins, studenti laureati nel mio laboratorio. A eseguire la tecnica dell'ecocardiografia con mezzo di contrasto sarà il dottor Sean van Diepen, cardiologo. Prima di iniziare la procedura, utilizzare un sistema di miscelazione aria-ossigeno per riempire una sacca Douglas da 60 litri non diffondente con il 40% di ossigeno e una con il 60% di ossigeno.
Collegare due rubinetti a tre vie di grande diametro per la modulazione dei gas inalati e utilizzare tubi flessibili non compressi per collegare le maniche Douglas al sistema di valvole. Quindi, collegare il sistema di valvole a una valvola non respiratoria a forma di T a due vie collegata al gruppo di aspirazione del gas di prova del sensore di flusso di massa. Portare la valvola di pre-respirazione e il selettore del monossido di carbonio sull'orientamento appropriato per la FiO2 selezionata e istruire il soggetto a iniziare a pedalare all'intensità di interesse mantenendo una frequenza cardiaca compresa tra più o meno tre battiti al minuto.
Una volta raggiunto lo stato stazionario, applicare le clip per il naso e il boccaglio sul soggetto e far respirare normalmente il soggetto per cinque respiri dalla sacca Douglas al 40% di ossigeno. Dopo il quinto respiro, istruire il soggetto a inspirare fino alla capacità polmonare totale, quindi espirare fino al volume residuo. Quando il volume polmonare inizia a stabilizzarsi, premere F1 sulla tastiera del sistema valvolare per passare al monossido di carbonio gassoso e istruire il soggetto a continuare a espirare per tre secondi, seguito dall'inalazione del monossido di carbonio gassoso fino alla capacità polmonare totale.
Fai un grande respiro, soffialo fino in fondo, continua a spingere, tre, due, uno e grande respiro dentro, su, su, su, sei, cinque, quattro-Conto alla rovescia da sei secondi. Tre, due, uno, soffialo fuori-E istruisci il soggetto a espirare di nuovo fino al volume residuo. Bene, respira normalmente.
Monitoraggio del tracciamento del metano durante l'espirazione per garantire che la pendenza sia orizzontale. Il successo di questo passaggio si basa sull'abilità del tester e sulla capacità del soggetto di seguire i comandi e mantenere la calma durante l'apnea. Ti suggeriamo di provare il momento delle trattenute del respiro con il soggetto prima di tentare questa procedura.
A questo punto, rimuovere il bocchino e far scorrere il soggetto per almeno altri due minuti per consentire il lavaggio del monossido di carbonio residuo. Quindi, ripeti le manovre di apnea per i FiO2 rimanenti. Per garantire una manovra di alta qualità, verificare che il volume alveolare sia entro il 5% delle prove precedenti e che il tempo di apnea sia di circa sei secondi.
Per il reclutamento dell'anastomosi arterovenosa intrapolmonare, o IPAVA, inserire prima un catetere endovenoso da 20 calibri in una delle vene antecubitali del soggetto. Quindi, utilizzare un pezzo di tubo di prolunga da sei pollici per collegare il catetere a un rubinetto a tre vie e collegare due siringhe da 10 millilitri al rubinetto. Per creare il contrasto endovenoso, combinare 10 millilitri di soluzione fisiologica sterile con cinque millilitri di aria e agitare rapidamente le due siringhe avanti e indietro attraverso il rubinetto fino a quando le bolle non sono finalmente sospese.
Istruire il soggetto a iniziare l'esercizio ciclistico a 100 watt di intensità. Una volta raggiunto lo stato stazionario, chiedere a un cardiologo esperto di ottenere una vista apicale standard a quattro camere del cuore. Continuare ad agitare la soluzione salina fino a quando il cardiologo non è pronto per registrare.
Quindi, iniettare il contrasto mentre il cardiologo mantiene la vista a quattro camere e registrare 15 cicli cardiaci dopo il rilevamento del contrasto nel ventricolo destro. La qualità dell'immagine ecografica dipende dalla capacità tecnica dell'ecografista di mantenere un'immagine accettabile di tutte e quattro le camere del cuore durante l'esercizio. Quindi, chiedi a un ecocardiologo che è cieco alle condizioni sperimentali di interpretare gli ecocardiogrammi per la presenza di IPAVA.
Il volume del sangue capillare e la capacità di diffusione aumentano all'aumentare dell'intensità dell'esercizio, coerentemente con la necessità di una maggiore capacità di diffusione per un maggiore consumo di ossigeno. Infatti, in questo esperimento rappresentativo, i dati ecocardiografici dimostrano che non c'è reclutamento di IPAVA a riposo, ma con un punteggio IPAVA che aumenta all'aumentare dell'intensità dell'esercizio. In questa registrazione del cuore di un soggetto a riposo, l'agente di contrasto può essere chiaramente visualizzato entrando nel ventricolo destro.
Anche dopo cinque cicli cardiaci, non si può osservare alcun contrasto nel ventricolo sinistro, dando a questo partecipante un punteggio IPAVA a riposo pari a zero. Qui vengono mostrati i tracciati rappresentativi di ecocardiografi con mezzo di contrasto a quattro camere. Si noti che all'aumentare dell'intensità dell'esercizio, il punteggio dell'anastomosi arterovenosa intrapolmonare aumenta da zero a riposo a tre alla massima intensità di esercizio.
Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere completata in due ore. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di istruire il volontario sulla corretta tecnica di respirazione e sui tempi. Dopo questa procedura, altri interventi, come un'infusione di farmaci, possono essere utilizzati per rispondere a domande sulla circolazione polmonare.
Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo della fisiologia polmonare, per esplorare i determinanti della capacità di diffusione polmonare nell'uomo. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come valutare la vascolarizzazione polmonare a riposo e durante l'esercizio. Non dimenticare che lavorare con il monossido di carbonio può essere estremamente pericoloso e che quando si esegue questa procedura è necessario prendere sempre precauzioni, come un'adeguata ventilazione della stanza.
Panoramica
Questo articolo descrive una tecnica per valutare le risposte vascolari polmonari all'esercizio utilizzando più frazioni di ossigeno inspirato ed ecocardiografia di contrasto. Il metodo fornisce informazioni su come la circolazione polmonare si adatta allo stress dell'esercizio, in particolare negli individui con malattie cardiache o polmonari.
Componenti chiave dello studio
Area della scienza
- Fisiopatologia polmonare
- Fisiopatologia dell'esercizio
- Risposta cardiovascolare
Sfondo
- Comprendere la capacità di diffusione polmonare è cruciale per valutare la salute respiratoria.
- L'esercizio può influenzare significativamente le risposte vascolari polmonari.
- L'ecocardiografia di contrasto aiuta a visualizzare le dinamiche del flusso sanguigno.
- Le tecniche per misurare le risposte polmonari possono informare le pratiche cliniche.
Scopo dello studio
- Valutare come la vascolarizzazione polmonare risponde all'esercizio.
- Utilizzare capacità di diffusione di ossigeno inspirato multiple per la valutazione.
- Esplorare il reclutamento delle anastomosi arterovenose intrapolmonari durante l'esercizio.
Metodi utilizzati
- Applicazione di multiple frazioni di ossigeno inspirato (FiO2) durante l'esercizio.
- Ecocardiografia con contrasto per visualizzare il flusso sanguigno polmonare.
- Tecniche di apnea per misurare la capacità di diffusione.
- Monitoraggio della frequenza cardiaca e dell'intensità dell'esercizio durante tutta la procedura.
Principali risultati
- Il volume sanguigno capillare e la capacità di diffusione aumentano con l'intensità dell'esercizio.
- Nessun reclutamento di IPAVA osservato a riposo; il reclutamento aumenta con l'esercizio.
- L'ecocardiografia di contrasto visualizza efficacemente i cambiamenti nella circolazione polmonare.
- La tecnica può essere eseguita entro due ore con un adeguato addestramento.
Conclusioni
- Questo metodo migliora la comprensione delle risposte polmonari all'esercizio.
- Può essere applicato in vari contesti clinici e sperimentali.
- Studi futuri possono basarsi su questa tecnica per esplorare ulteriormente la fisiologia polmonare.
Domande frequenti
Executive Industry Relevance
Quantitative assessment of pulmonary capillary blood volume, membrane diffusing capacity, and IPAVA recruitment during exercise provides critical insight into vascular adaptation under physiological stress. These measurements enable biopharma teams to evaluate pulmonary function in both healthy and disease-relevant populations, supporting translational research and mechanistic de-risking for cardiopulmonary drug development. Integrating these techniques into early discovery and preclinical workflows enhances predictive confidence for portfolio advancement decisions.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of pulmonary vascular response to stress for target validation in cardiopulmonary indications.
- Supports mechanistic de-risking by quantifying capillary recruitment and membrane diffusion changes during exercise.
- Facilitates identification of disease-relevant physiological endpoints for early-stage compound evaluation.
Screening & Assay Development
- Provides validated physiological readouts for screening compounds affecting pulmonary vascular function.
- Standardizes measurement of DLCO, Vc, and Dm across experimental conditions for reproducibility.
- Enables quantitative comparison of intervention effects on pulmonary diffusion and vascular adaptation.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical models with human physiological endpoints relevant to pulmonary hypertension and COPD.
- Supports continuity from discovery through preclinical validation by tracking vascular adaptation metrics.
- De-risks translational progression by linking mechanistic outputs to disease-relevant functional changes.
Pipeline & Workflow Integration
This method bridges early discovery, target validation, and preclinical research by providing quantitative, reproducible measures of pulmonary vascular adaptation to exercise.
- Discovery Biology: Quantifies vascular and membrane responses to physiological stress for hypothesis testing and pathway clarification.
- Screening: Delivers standardized, reproducible outputs (DLCO, Vc, Dm, IPAVA scores) for compound evaluation.
- Analytics: Enables statistical comparison of intervention effects on pulmonary function across conditions.
- Translational Research: Connects preclinical findings to human disease endpoints for risk-adjusted advancement.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for cardiopulmonary functional assessment in diverse R&D programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in pulmonary target validation.
- Operational Value: Standardizes physiological measurements and supports reproducibility across studies.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and reduces late-stage biological risk in cardiopulmonary portfolios.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of assets targeting pulmonary vascular adaptation.
Implementation Considerations
- Requires expertise in pulmonary physiology, echocardiography, and gas diffusion measurement.
- Needs specialized instrumentation for gas delivery, mass flow sensing, and contrast echocardiography.
- Demands rigorous cross-team standardization of protocols and data interpretation.
- Adaptation across model systems may require protocol optimization for species or disease context.
- Safety precautions are essential when handling carbon monoxide and intravenous contrast agents.
