Method Article

Ocena objętości krwi włośniczkowej w naczyniach włosowatych płuc, zdolności dyfuzyjnej błony i wewnątrzpłucnych zespoleń tętniczo-żylnych podczas wysiłku fizycznego

DOI:

10.3791/54949

⸱

February 20th, 2017

 ,  ,  ,  , 
1Division of Pulmonary Medicine, University of Alberta, 2Faculty of Physical Education and Recreation, University of Alberta, 3Divisions of Critical Care and Cardiology, University of Alberta, 4Faculty of Rehabilitation Medicine, University of Alberta, 5G.F. MacDonald Centre for Lung Health

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Aby ocenić reakcje dyfuzji płuc i układu naczyniowego na ćwiczenia, opisujemy technikę wielokrotnego dyfuzji tlenu w celu określenia objętości krwi włośniczkowej i zdolności dyfuzji błony, a także echokardiografię kontrastową z pobudzoną solą fizjologiczną, aby ocenić rekrutację wewnątrzpłucnych zespoleń tętniczo-żylnych.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ćwiczenia są obciążeniem dla układu oddechowego. Przy ćwiczeniach przyrostowych zdolność dyfuzji płuc (DLCO) musi wzrosnąć, aby sprostać zwiększonemu zapotrzebowaniu na tlen; W przeciwnym razie może wystąpić ograniczenie dyfuzji. Wzrost DLCO podczas ćwiczeń jest spowodowany zwiększoną objętością krwi włośniczkowej (Vc) i zdolnością dyfuzji błony (Dm). Vc i Dm zwiększają się wtórnie do rekrutacji i rozdęcia naczyń włosowatych płuc, zwiększając powierzchnię wymiany gazowej i zmniejszając opór naczyniowy płuc, osłabiając w ten sposób wzrost ciśnienia tętniczego w płucach. Jednocześnie rekrutacja zespoleń wewnątrzpłucno-żylnych (IPAVA) podczas wysiłku może przyczynić się do upośledzenia wymiany gazowej i/lub zapobiec znacznemu wzrostowi ciśnienia w tętnicy płucnej.

Opisujemy dwie techniki oceny dyfuzji i krążenia w płucach w spoczynku i podczas ćwiczeń. Pierwsza technika wykorzystuje wielokrotność frakcji wdychanego tlenu (FIO2) DLCO wstrzymania oddechu w celu określenia Vc i Dm w spoczynku i podczas ćwiczeń. Dodatkowo echokardiografia z dożylnym pobudzonym kontrastem soli fizjologicznej służy do oceny rekrutacji IPAVA.

Reprezentatywne dane pokazały, że DLCO, Vc i Dm wzrastały wraz z intensywnością ćwiczeń. Dane echokardiograficzne wykazały brak rekrutacji IPAVA w spoczynku, podczas gdy pęcherzyki kontrastu zaobserwowano w lewej komorze podczas wysiłku, co sugeruje rekrutację IPAVA wywołaną wysiłkiem.

Ocena objętości krwi w naczyniach włosowatych w płucach, zdolności dyfuzyjnej błony i rekrutacji IPAVA za pomocą metod echokardiograficznych jest przydatna do scharakteryzowania zdolności układu naczyniowego płuc do adaptacji do stresu związanego z ćwiczeniami w zdrowiu, jak również w grupach chorych, takich jak osoby z tętniczym nadciśnieniem płucnym i przewlekłą obturacyjną chorobą płuc.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Podczas ćwiczeń pojemność minutowa serca może wzrosnąć nawet sześciokrotnie powyżej wartości spoczynkowej1. Biorąc pod uwagę, że płuca są jedynym narządem, który otrzymuje 100% rzutu serca, ćwiczenia stanowią znaczne obciążenie dla układu oddechowego. Przy ćwiczeniach przyrostowych zdolność dyfuzji płuc (DLCO) musi wzrosnąć, aby sprostać zwiększonemu zapotrzebowaniu na tlen2. Od spoczynku do szczytu, DLCO może wzrosnąć nawet do 150% wartości spoczynkowych bez osiągania górnej granicy w odniesieniu do rzutu serca3,4,5. Wzrost zdolności dyfuzji następuje w wyniku wzrostu zdolności dyfuzyjnej błony (Dm) i objętości krwi włośniczkowej (Vc), wtórnego do rekrutacji i rozdęcia naczyń włosowatych płucnych6.

Roughton i Forster (1957) opracowali technikę podziału Dm i Vc7 poprzez modulację frakcji wdychanego tlenu (FIO2) podczas standardowej zdolności dyfuzyjnej dla testu tlenku węgla (DLCO). Tlen i tlenek węgla (CO) konkurencyjnie wiążą się z miejscami hemowymi na hemoglobinie, tak że zwiększenie FIO2 zmniejszy DLCO8,9. Modulując FIO2 podczas standardowego manewruDL CO, zależność ta może być wykorzystana do pomiaru Vc i Dm7. Niedawno dostosowaliśmy tę technikę do użycia podczas ćwiczeń5. Podobnie jak w poprzedniej pracy, odkryliśmy, że DLCO stale wzrasta aż do szczytowego wysiłku wtórnego do wzrostu zarówno w Vc, jak i Dm5. Co ciekawe, odkryliśmy, że u sportowców trenowanych wytrzymałościowo, którzy mają większe zużycie tlenu, a tym samym większą potrzebę zdolności dyfuzyjnej, występuje wzrost DLCO podczas szczytowego wysiłku, wtórny do zwiększonego Dm, a nie Vc, co sugeruje potencjalną adaptację w błonie płucnej sportowca5.

Wzrost Vc i Dm podczas ćwiczeń jest osiągany przez wzrost ciśnienia w tętnicy płucnej, co skutkuje rekrutacją i rozdęciem naczyń włosowatych płuc, które wcześniej były hipoperfundowane w spoczynku4,10. Powoduje to zwiększenie pola przekroju poprzecznego sieci naczyń włosowatych płucnych, zmniejszając tym samym opór naczyniowy płuc i tłumiąc wzrost ciśnienia w tętnicy płucnej.

Badania z użyciem echokardiografii kontrastowej z solą fizjologiczną wykazały dowody na rekrutację wewnątrzpłucnych zespoleń tętniczo-żylnych (IPAVA) podczas ćwiczeń11,12,13,14. Znaczenie rekrutacji IPAVA nie jest jeszcze jasne i chociaż niektóre badania sugerują, że mogą one przyczyniać się do utraty wymiany gazowej12,14 i mogą służyć do odciążenia prawej komory11,12, temat pozostaje kontrowersyjny15,16. Ponadto, chociaż dokładny mechanizm rekrutacji IPAVA nie jest znany, odkryliśmy, że zwiększenie pojemności minutowej serca, a także egzogennej dopaminy, powoduje rekrutację IPAVA w spoczynku17. Gwałtownie rosnące ciśnienie w tętnicy płucnej18 lub blokada dopaminy nie wydają się znacząco wpływać na rekrutację IPAVA podczas ćwiczeń11. Istnieją spekulacje, że te naczynia IPAVA o większej średnicy mogą pomóc chronić naczynia włosowate płuc przed dużym wzrostem ciśnienia w tętnicy płucnej poprzez zmniejszenie oporu naczyniowego płuc12,17,19,20,21.

W połączeniu z oceną Vc i Dm, echokardiografia z kontrastem soli fizjologicznej jest cennym narzędziem do badania adaptacji krążenia płucnego do stresu związanego z wysiłkiem fizycznym22,23.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Protokół ten jest zgodny z wytycznymi rady etycznej ds. badań naukowych na ludziach na Uniwersytecie Alberty i jest zgodny ze standardami określonymi w najnowszej wersji Deklaracji Helsińskiej.

1. Stopniowany test wysiłkowy (VO2peak)

  1. Uzyskaj pisemną, świadomą zgodę od uczestnika. Poproś osobę badaną o przeczytanie i udzielenie odpowiedzi na pytania wymienione w Kwestionariuszu Gotowości do Aktywności Fizycznej+ (PAR-Q+), aby określić jej gotowość do ćwiczeń24.
  2. Dostosuj wysokość siedziska ergometru rowerowego zgodnie z preferencjami pacjenta. Umieść cztery elektrody do elektrokardiogramu (EKG) na plecach pacjenta zgodnie ze standardowym umieszczeniem 3-odprowadzeniowego EKG, ze zmodyfikowanymi elektrodami kończynowymi do pomiaru tętna (HR)25.
  3. Włóż ustnik do ust badanego, aby zmierzyć wydychany gaz i wentylację podczas całego testu za pomocą systemu pomiaru metabolizmu25.
    UWAGA: System metaboliczny będzie mierzył zużycie tlenu w czasie rzeczywistym (VO2), produkcję dwutlenku węgla (VCO2), wentylację (VE), tętno (HR) i końcowe CO 2 (P ETCO 2).
  4. Po 2 minutach zbierania danych bazowych poinstruuj badanego, aby rozpoczął jazdę na rowerze z początkowym obciążeniem 50 watów, aby utrzymać stałą kadencję ≥60 obr./min. Zwiększaj obciążenie robocze w krokach co 25 W co 2 minuty, aż badany osiągnie wolicjonalne wyczerpanie lub poprosi o przerwanie testu25.

2. Wielokrotna frakcja wdychanego tlenu (FIO2 ) Zdolność dyfuzji (DLCO ) Metoda7

  1. Oblicz obciążenia odpowiadające 30%, 50%, 70% i 90% VO2peak, używając szczytowego VO2 uzyskanego w stopniowanym teście wysiłkowym. Co najmniej 48 godzin po stopniowanym teście wysiłkowym niech tester wróci do laboratorium w celu wykonania manewrów DLCO.
  2. Nie należy przekraczać 12 testów DLco dziennie, ponieważ nagromadzenie karboksyhemoglobiny (COHb) może wystąpić przy wielokrotnych testach5. Dlatego wykonuj testy przez wiele dni w oparciu o liczbę obciążeń ćwiczeń, które mają zostać wykonane, i jakość danych DLCO.
  3. Przygotuj gazy do wstępnego oddychania, podłączając zbiornik ze 100% gazemO2 i zbiornik z powietrzem klasy medycznej (21%O2 i 79% N2) do systemu mieszania powietrza. Napełnij dwa 60-litrowe niedyfuzyjne worki Douglas, jeden zawierający 40%O2 i jeden zawierający 60%O2, za pomocą systemu mieszacza powietrza.
  4. Ustaw dwa trójdrogowe zawory odcinające o dużej średnicy, które pozwolą na modulację wdychanych mieszanin gazów. Będą one określane jako "zawory przedoddechowe".
  5. Podłącz worki Douglas do systemu zaworów za pomocą elastycznych, nieściśliwych przewodów. Podłączyć układ zaworów do dwudrogowego zaworu bez ponownego wdychania w kształcie litery T, połączonego z zespołem wlotu gazu testowego czujnika przepływu masowego układu pomiaru metabolizmu.
  6. W przypadku pomiarów spoczynkowych połóż badanego pionowo, z obiema stopami płasko na podłodze. W przypadku prób wysiłkowych upewnij się, że pacjent jest w stanie stacjonarnym, monitorując tętno za pomocą EKG (HR ± 3 uderzenia na minutę dla stanu stacjonarnego).
    UWAGA: Stan ustalony może nie zostać osiągnięty przy 90%VO 2peak; dlatego rozpocznij pomiar, gdy badany osiągnie HR odpowiadające 90%VO 2peak w teście wysiłkowym z ocenioną
    7. próbą.
  7. Zbierz pojedynczą kroplę krwi włośniczkowej za pomocą nakłucia palca i przeanalizuj ją pod kątem stężenia hemoglobiny. Następnie dostosuj wszystkie kolejne DLCO dla [Hb], używając następującego równania26:
    figure-protocol-1
  8. Wybierz losowo FIO2 (21%, 40% lub 60%), przełączając zawory wstępnego oddychania w żądaną orientację. Wybierz odpowiedni gaz FIO2-DL CO, obracając selektor zaworu gazowego DLCO (patrz rysunek 1C).
  9. Poinstruuj pacjenta, aby założył zaciski na nos i normalnie oddychał do ustnika przez pięć oddechów z worka Douglas odpowiadającego odpowiedniemu FIO2.
  10. Poinstruuj temat, aby wygasł do pozostałej objętości. Gdy objętość płuc ustabilizuje się na poziomie objętości resztkowej, poproś pacjenta, aby wdychał mieszaninę gazów DLCO do całkowitej pojemności płuc i wstrzymał oddech na 6 sekund przed wydychaniem do objętości resztkowej.
  11. Monitorować ślad metanu podczas wydechu, aby upewnić się, że nachylenie jest poziome, ponieważ oznacza to, że gaz testowy CO jest dobrze zrównoważony w płucach.
    UWAGA: Objętość pęcherzykówpłucnych (V A) i czas wstrzymania oddechu są obliczane automatycznie i raportowane przez system pomiaru metabolizmu.
  12. Upewnij się, że VA dla każdego manewru DLco mieści się w zakresie 5% poprzednich prób. Podobnie czas wstrzymania oddechu powinien wynosić 6,0 ± 0,3 s. Jeśli nie, powtórz manewr.
  13. Odczekaj 4 minuty, aby resztkowy tlenek węgla został wypłukany, a następnie powtórz kroki 2,8 - 2,11 dla każdego pozostałego FIO2 w spoczynku.
  14. Co najmniej 48 godzin później powtórz kroki 2,9 - 2,15 w stanie stacjonarnym przy każdej intensywności ćwiczenia (30%, 50%, 70% i 90%VO 2peak) dla każdego FIO2. Zmniejsz obciążenie między wstrzymaniami oddechu przy 90% obciążenia VO2peak, aby odzyskać badany.
  15. Odczekaj 2 minuty między testami DLco podczas ćwiczeń, aby usunąć CO pęcherzyków płucnych podczas ćwiczeń. Nie przekraczaj 12 testów DLco dziennie, aby uniknąć nagromadzenia karboksyhemoglobiny (COHb) 5.

3. Obliczanie objętości krwi włośniczkowej w płucach i zdolności dyfuzyjnej błony

  1. Obliczyć ciśnienie parcjalne pęcherzyków płucnych O2 (PAO2) za pomocą następującego równania
    figure-protocol-2
    UWAGA: FIO 2 to ułamek wdychanego O2, PBAR to ciśnienie atmosferyczne, PH2O to ciśnienie pary wodnej, PaCO2 to ciśnienie tętniczego CO2 , a RER to współczynnik wymiany oddechowej.
  2. Oszacuj poziom błędu rezydualnego i PaCO2 przy użyciu zmierzonej średniej 30 s PETCO 2 i RER dla odpowiedniej intensywności wysiłku na podstawie danych uzyskanych w poprzednim stopniowanym teście wysiłku.
  3. Oblicz θCO, korzystając z następującego równania7. figure-protocol-3
  4. Narysuj zależność między 1/DLcoadj i 1/θCO dla każdego FIO2 i oblicz równanie regresji.
    UWAGA: Minimalna akceptowalna wartość r2 to 0,95, a manewry DLCO należy powtarzać, gdy wartości 2 są poza tym zakresem21.

figure-protocol-4
Rysunek 2: Wykres reprezentatywny 1/DLCO w porównaniu z 1/θCO w szczytowym okresie wysiłku. Zależność między 1/DLCO a 1/θCO jest wykreślana dla trzech wstrzymań oddechu w różnych FIO2 (21%, 40% i 60%). Obliczenia Vc i Dm pochodzą z równania regresji dla powyższej relacji. Odwrotność nachylenia (1/0,00796) linii daje wartość Vc (125,5 mL), a odwrotność punktu przecięcia z osią y (1/0,00869) daje wartość Dm (115,0 mL·min-1·mmHg-1). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

  1. Obliczyć Vc, biorąc odwrotność nachylenia równania regresji między 1/DLCO a 1/θCO. Oblicz Dm, biorąc odwrotność punktu przecięcia z osią y równania.

4. Rekrutacja wewnątrzpłucnego zespolenia tętniczo-żylnego

  1. W innym dniu od zbierania danychDL CO należy wprowadzić cewnik dożylny (IV) o rozmiarze 20G do żyły łokciowej i podłączyć go do trójdrożnego kurka za pomocą 6-calowej rurki przedłużającej dożylnej w celu wstrzyknięcia mieszanej soli fizjologicznej do echokardiografii kontrastowej11,17.

figure-protocol-5
Rysunek 3: Konfiguracja kontrastu z pobudzoną solą fizjologiczną. Cewnik dożylny umieszcza się w przestrzeni przedłokciowej i jest podłączony do trójdrożnego kranu za pomocą 6-calowego przedłużenia. Dwie strzykawki o pojemności 10 ml są podłączone do kurka w celu wytworzenia roztworu kontrastowego, który zawiera 10 ml soli fizjologicznej i 0,5 ml powietrza w pomieszczeniu. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

  1. Podłączyć dwie strzykawki o pojemności 10 ml do trójdrożnego kurka. Połącz 10 ml 0,9% sterylnego roztworu soli fizjologicznej z 0,5 ml powietrza i mocno przetrząśnij go przez trójdrożny kurek, tam iz powrotem między dwiema strzykawkami, aby utworzyć drobne, zawieszone pęcherzyki, aż ultrasonograf będzie gotowy na kontrast.
  2. Poproś doświadczonego ultrasonografistę lub kardiologa o uzyskanie standardowego czterokomorowego widoku wierzchołkowego serca. W stanie spoczynku poproś echokardiografistę, aby ocenił przegrodę śródprzedsionkową i przegrodę komorową pod kątem zastawki wewnątrzsercowej za pomocą standardowego obrazowania echokardiograficznego i kolorowego Dopplera.
    1. Jeśli nie zostanie wykryta zastawka wewnątrzsercowa, poinstruuj pacjenta, aby wykonał manewr Valsalvy podczas wstrzyknięcia kontrastu w celu oceny pod kątem opatentowanego otworu owalnego (PFO)11,17. Powtórz pomiar w przypadku braku Valsalvy.
  3. Wstrzyknij kontrast, podczas gdy ultrasonograf utrzymuje widok czterokomorowy. Zapisz 15 cykli pracy serca po wykryciu kontrastu w prawej komorze.
  4. Powtórz obrazowanie ze wzmocnionym kontrastem podczas ćwiczeń w stanie ustalonym przy 30%, 50% i 70% VO2peak. Ponieważ nie można osiągnąć stanu stacjonarnego przy 90%VO 2peak, należy rozpocząć obrazowanie po osiągnięciu docelowego HR, zidentyfikowanego przez HR na poziomie 90%VO 2peak podczas stopniowanego testu wysiłkowego.
    UWAGA: Czas pomiędzy intensywnościami ćwiczeń zależy od klirensu kontrastu z obu komór, ≥ 2 min.
  5. Poproś echokardiografa, który jest ślepy na warunki eksperymentalne, aby zinterpretował echokardiogramy z kontrastem soli fizjologicznej zgodnie z wcześniej opisanym systemem punktacji17,27.
    UWAGA: Punktacja opiera się na maksymalnej liczbie pęcherzyków kontrastu widocznych w lewej komorze (LV) w pojedynczej ramce echokardiograficznej, w następujący sposób: brak pęcherzyków kontrastu w LV = 0, ≤3 pęcherzyki = 1, 4 - 12 pęcherzyków = 2, > 12 pęcherzyków = 3,
    UWAGA: Pojawienie się kontrastu w lewej komorze po pięciu cyklach pracy serca sugeruje IPAVA. Zastawka wewnątrzsercowa jest oceniana na podstawie pojawienia się kontrastu w mniej niż pięciu cyklach pracy serca27.

figure-protocol-6
Rysunek 4: Reprezentatywne obrazy dla punktacji IPAVA. Skala ma 5 cm (ciągła biała linia). (A) Przed wstrzyknięciem kontrastu. (B) Wynik IPAVA = 0. (C) Wynik IPAVA = 1. (D) Wynik IPAVA = 3. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wpływ zwiększenia intensywności ćwiczeń na zużycie tlenu, zdolność dyfuzji, objętość krwi w naczyniach włosowatych płuc, zdolność dyfuzji błony i wynik IPAVA jest pokazany w Tabeli 1. VO2, DLCO, Vc i Dm zwiększają się w odpowiedzi na rosnącą moc wyjściową.

Rysunek 2 pokazuje reprezentatywne obliczenia Vc i Dm przy użyciu techniki wielokrotnego FIO2-DL CO podczas ćwiczeń. DLCO zmniejsza się wraz ze wzrostem FIO2 i ta zależność jest wykorzystywana do podziału Vc i Dm. Obliczenie odwrotności nachylenia 1/DLCO w stosunku do 1/θCO daje Vc, a odwrotność punktu przecięcia z osią y daje wartość Dm. Zgodnie z oczekiwaniami, zarówno Vc, jak i Dm wzrastają podczas ćwiczeń w porównaniu z wartościami spoczynkowymi.

Wyniki pokazują, że techniki te mogą być wykorzystane do oceny reakcji układu krążenia płuc podczas ćwiczeń. Metoda echokardiografii wieloskładnikowej FIO 2 DLCO i echokardiografii z kontrastem soli fizjologicznej zapewnia badaczom lepszy wgląd w udział rekrutacji naczyń włosowatych i błon płucnych na ogólną zdolność dyfuzyjną i może uzupełnić tradycyjne badania czynności płuc w warunkach klinicznych. Brak zwiększenia Vc lub Dm podczas wysiłku doprowadziłby do ograniczenia dyfuzji i hipoksemii. Na przykład niskipoziom DL CO wtórny do niskiego Vc wskazywałby na zmiany w naczyniach włosowatych płucnych; podobnie obniżona Dm wskazywałaby na zmiany w błonie płucnej.

Rysunek 4 pokazuje reprezentatywne ślady czterokomorowych echokardiografów z kontrastem. Wraz ze wzrostem intensywności ćwiczeń, wynik IPAVA wzrasta z 0 (tj. brak dowodów na IPAVA) w spoczynku do 3 przy najwyższej intensywności ćwiczeń (Tabela 1). Wcześniejsze prace wykazały, że ćwiczenia zwiększają wynik IPAVA11,12,14, ale nie ma zgody co do tego, w jaki sposób te IPAVA są rekrutowane. Istnieją dowody na to, że IPAVA mogą być rekrutowane farmakologicznie w spoczynku za pomocą dopaminy17,28, a także poprzez zwiększenie pojemności minutowej serca za pomocą dobutaminy17,28 i epinephrine28. Szczególnie interesujące są inotropy, takie jak dopamina i epinefryna, ponieważ ich poziom wzrasta endogennie podczas ćwiczeń29. Co więcej, istnieją pewne dowody na to, że rekrutacja IPAVA może być ważna dla ćwiczeń hemodynamicznych, ponieważ brak IPAVA wydaje się skutkować wyższym ciśnieniem w tętnicy płucnej, zmniejszoną pojemnością minutową serca i zmniejszoną szczytową mocą wyjściową12. W związku z tym technika ta może być stosowana w badaniach oceniających osoby z nadciśnieniem tętniczym płucnym.

figure-results-1
Rysunek 1: Konfiguracja wielu FIO 2 DLCO. (A) Przegląd konfiguracji. (B) Butle ze sprężonym gazem zawierające 21%, 40% i 60%O2 z 0,3% CO, 0,3% metanu i azotem równoważącym, a także butlę z dodatkowym tlenem sprężonym gazem. (C) Przełącznik zaworu trójdrogowego dla trzech zbiornikówCO FIO2 DL. (D) Przełącznik zaworu dla zaworów trójdrogowych z serii do wyboru FIO2 dla oddychania wstępnego. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-2
Tabela 1: Reprezentatywne dane dla jednego pacjenta w spoczynku i podczas ćwiczeń przy 30, 50, 70 i 90%VO 2peak. VO2, objętość zużycia tlenu w stosunku do masy ciała; DLCO, zdolność dyfuzyjna tlenku węgla; Vc, objętość krwi włośniczkowej w płucach; Dm, zdolność dyfuzji membrany; Skala IPAVA, ocena kontrastu wyglądu w lewej komorze po pięciu cyklach pracy serca. Dane zmodyfikowane na podstawie Tedjasaputra i wsp. 2016 roku.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Metoda ta umożliwia ocenę zdolności dyfuzyjnej płuc i rekrutacji zespoleń tętniczo-żylnych wewnątrzpłucnych podczas wysiłku.

Krytyczne kroki w ramach protokołu

Chociaż wstrzymanie oddechu DLCO jest stosunkowo proste w spoczynku, wstrzymanie oddechu podczas ćwiczeń stanowi wyjątkowe wyzwanie dla pacjenta, ponieważ jest sprzeczne z intuicją, a osoby badane mają wysoki popęd do oddychania podczas ćwiczeń. Tak więc dobrej jakości określenie Vc i Dm opiera się na relacji i jasnej komunikacji między testerem a podmiotem. Zdolność techniczną testera można określić ilościowo za pomocą zmienności objętości pęcherzyków płucnych (± 5% poprzednich prób) i czasu wstrzymania oddechu (BHT) wynoszącego 6,0 ± 0,3 s.

Modyfikacje i rozwiązywanie problemów

Po zakończeniu pomiaru Vc/Dm tester powinien szybko narysować wykres trzech manewrów DLCO , aby określić najlepiej dopasowaną linię punktów danych; DLCO mierzony przy 21% FIO2 powinien być zawsze większy niż przy 40%, który powinien być większy niż przy 60%. Jeśli nie, zaleca się sprawdzenie, czy przełącznik zaworu odpowiada właściwemu gazowi testowemu. Podobnie należy sprawdzić, czy worki do wstępnego oddychania są napełnione właściwym gazem FIO2 odpowiadającym gazowi testowemu (rysunek 1B-1D). Należy zachować ostrożność podczas testowania uczestnika, który jest palaczem, ponieważ podwyższony poziom COHb może zaniżać DLco.

W przypadku oceny rekrutacyjnej IPAVA pozycja osoby badanej ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia wysokiej jakości pozyskiwania obrazu. Możliwe jest zastąpienie pionowego ergometru rowerowego ergometrem poziomym, aby zminimalizować ruch obiektu. Jednak ćwiczenia w cyklu leżącym wywołają inną odpowiedź metaboliczną dla danego tempa pracy, a zatem stopniowany test wysiłkowy należy powtórzyć na ergometrze cyklu poziomego. Skanowanie górnej części klatki piersiowej może być niewygodne dla niektórych kobiet; W takim przypadku zalecana jest kobieta-ultrasonografistka. Wreszcie, zalecany protokół ćwiczeń jest przeznaczony dla młodej, zdrowej osoby; W związku z tym protokół ćwiczeń może być modyfikowany dla innej populacji docelowej.

Ograniczenia techniki

Głównymi ograniczeniami techniki wielokrotnego FIO2 DLCO są umiejętności testera oraz zdolność badanego do wykonywania poleceń i zachowania spokoju podczas wstrzymania oddechu, ponieważ manewry Valsalvy lub Müllera wpłyną na pomiary. Po drugie, liczba wstrzymanych oddechów w jednej sesji powinna być ograniczona do 12, ze względu na wzrost ciśnienia wstecznego CO, co może wpływać na pomiar Vc i Dm 5,30 i stanowić zagrożenie dla zdrowia pacjenta. W zależności od projektu badawczego może być konieczne przeprowadzenie testów w wielu sesjach, aby umożliwić usunięcie CO i ograniczyć zmęczenie uczestników. Dzięki dobremu coachingowi uczestników i dobrym umiejętnościom technicznym określiliśmy zadowalający współczynnik zmienności między badaniami dla DLco, Vc i Dm na poziomie odpowiednio 7%, 8% i 15%.

Technika wielokrotnego FIO2 DLCO zakłada, że pęcherzyk płucny O2 jest taki sam jak kapilara O2, dlatego należy zachować ostrożność przy interpretacji danych u osób ze stwierdzonym zaburzeniem wymiany gazowej.

Obrazowanie echokardiograficzne z kontrastem soli fizjologicznej jest ograniczone przez możliwości techniczne ultrasonografisty i zdolność pacjenta do zminimalizowania ruchów klatki piersiowej podczas ćwiczeń. Niezwykle ważne jest również, aby interpretator obrazów był zaznajomiony ze skalą oceny rekrutacji IPAVA zgodnie z ustalonymi procedurami (rys. 4)27. Znaczenie dodatniej echokardiografii z kontrastem soli fizjologicznej podczas wysiłku pozostaje tematem debaty15,16 i istnieje dyskusja, że dodatni kontrast z solą fizjologiczną w lewej komorze może być wtórny do rozdęcia naczyń włosowatych, a nie do rekrutacji IPAVA. Trwają prace mające na celu rozwiązanie tego problemu.

Znaczenie techniki w odniesieniu do istniejących/alternatywnych metod

Wykorzystując te techniki fizjologiczne, możliwa jest ocena unaczynienia płuc podczas ćwiczeń w różnych warunkach, w tym w zdrowiu, chorobie i interwencjach lekowych. Chociaż jakość zależy od umiejętności testera, umiejętności te można łatwo i szybko nabyć dzięki odpowiedniemu mentoringowi i szkoleniu. Metoda wielokrotnego FIO2 DLCO jest uważana za "złoty standard" w pomiarach Dm i Vc31. Chociaż miary te nie są obliczane klinicznie, wartości te można wykorzystać do określenia mechanizmów hipoksemii i nietolerancji wysiłku fizycznego, do przewidywania wyników pacjentów i dalszego charakteryzowania diagnozy31,32. Podobnie, technika echokardiografii soli fizjologicznej jest najpowszechniej stosowaną metodą w określaniu rekrutacji IPAVA.

Przyszłe zastosowania lub wskazówki po opanowaniu tej techniki

Techniki te mają zastosowanie w różnych warunkach eksperymentalnych i interwencjach. Demonstrujemy te techniki podczas ćwiczeń, ale można je łatwo zmodyfikować, aby zmierzyć reakcje naczyń płucnych podczas wlewu leków, takich jak dobutamina lub dopamina, inotropy, o których wiadomo, że zwiększają pojemność minutową serca17. Ponadto możliwe jest zastosowanie tych technik w populacjach klinicznych, takich jak osoby z niewydolnością serca34 lub przewlekłą obturacyjną chorobą płuc (POChP), w których DLCO jest niższe w porównaniu z osobami kontrolnymi w tym samym wieku35.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Finansowanie zostało zapewnione przez Kanadyjską Radę Badań Nauk Przyrodniczych i Inżynierii oraz Kanadyjską Fundację Serca i Udaru Mózgu.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
System pomiaru metabolizmuSensorMedics Inc.Encore 299 Vmax
ErgolineErgoselect II 1200
60 L Worki DouglasHans Rudolphserii
Hans Rudolphserii 2700
HemoCueHb 201+
22-gaugeBDInsyte-W
Ultradźwięki Vivid QECHOpac
Gaz sprężony 21% O2, 0,3% CO, 0,3% CH4, azot równoważącyPraxair
Gaz sprężony 40% O2, 0,3% CO, 0,3% CH4, azotrównoważący Praxair
Gaz sprężony 60% O2, 0,3% CO, 0,3% CH4, równoważenie azotuPraxair
Vacu-Medtabakiera #1008
Ergometr rowerowy Dwukierunkowy zawór T 6100 System pomiaru hemoglobiny Cewnik dożylny Klips na nos

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Naeije, R., Chesler, N. Pulmonary Circulation at Exercise. Comp Physiol. 2 (1), (2012).
  2. Stickland, M. K., Lindinger, M. I., Olfert, I. M., Heigenhauser, G. J. F., Hopkins, S. R. Pulmonary gas exchange and acid-base balance during exercise. Comp Physiol. 3 (2), 693-739 (2013).
  3. Hsia, C. C., Herazo, L. F., Ramanathan, M., Johnson, R. L. Cardiac output during exercise measured by acetylene rebreathing, thermodilution, and Fick techniques. J Appl Physiol. 78 (4), 1612-1616 (1995).
  4. Hsia, C. C. W. Recruitment of lung diffusing capacity: update of concept and application. Chest. 122 (5), 1774-1783 (2002).
  5. Tedjasaputra, V., Bouwsema, M. M., Stickland, M. K. Effect of aerobic fitness on capillary blood volume and diffusing membrane capacity response to exercise. J Physiol. 594 (15), 4359-4370 (2016).
  6. Johnson, R. L., Spicer, W. S., Bishop, J. M., Forster, R. E. Pulmonary capillary blood volume, flow and diffusing capacity during exercise. J Appl Physiol. 15 (5), 893-902 (1960).
  7. Roughton, F. J., Forster, R. E. Relative importance of diffusion and chemical reaction rates in determining rate of exchange of gases in the human lung, with special reference to true diffusing capacity of pulmonary membrane and volume of blood in the lung capillaries. J Appl Physiol. 11 (2), 290(1957).
  8. Forster, R. E., Roughton, F. J., Cander, L., Briscoe, W. A., Kreuzer, F. Apparent pulmonary diffusing capacity for CO at varying alveolar O2 tensions. J Appl Physiol. 11 (2), 277-289 (1957).
  9. Roughton, F. J., Forster, R. E., Cander, L. Rate at which carbon monoxide replaces oxygen from combination with human hemoglobin in solution and in the red cell. J Appl Physiol. 11 (2), 269-276 (1957).
  10. Johnson, R. L., Hsia, C. C. Functional recruitment of pulmonary capillaries. J Appl Physiol. 76 (4), 1405-1407 (1994).
  11. Tedjasaputra, V., Bryan, T. L., et al. Dopamine receptor blockade improves pulmonary gas exchange but decreases exercise performance in healthy humans. J Physiol. 593 (14), 3147-3157 (2015).
  12. Stickland, M. K., Welsh, R. C., et al. Intra-pulmonary shunt and pulmonary gas exchange during exercise in humans. J Physiol. 561 (1), 321-329 (2004).
  13. Stickland, M. K., Lovering, A. T. Exercise-induced intrapulmonary arteriovenous shunting and pulmonary gas exchange. Exerc Sport Sci Rev. 34 (3), 99-106 (2006).
  14. Eldridge, M. W., Dempsey, J. A., Haverkamp, H. C., Lovering, A. T., Hokanson, J. S. Exercise-induced intrapulmonary arteriovenous shunting in healthy humans. J Appl Physiol. 97 (3), 797-805 (2004).
  15. Hopkins, S. R., Olfert, I. M., Wagner, P. D. Point:Counterpoint: Exercise-induced intrapulmonary shunting is imaginary. J Appl Physiol. 107 (3), 993-994 (2009).
  16. Lovering, A. T., Eldridge, M. W., Stickland, M. K. Counterpoint: Exercise-induced intrapulmonary shunting is real. J Appl Physiol. 107 (3), 994-997 (2009).
  17. Bryan, T. L., van Diepen, S., Bhutani, M., Shanks, M., Welsh, R. C., Stickland, M. K. The effects of dobutamine and dopamine on intrapulmonary shunt and gas exchange in healthy humans. J Appl Physiol. 113 (4), 541-548 (2012).
  18. Stickland, M. K., Welsh, R. C., et al. Effect of acute increases in pulmonary vascular pressures on exercise pulmonary gas exchange. J Appl Physiol. 100 (6), 1910-1917 (2006).
  19. Berk, J. L., Hagen, J. F., Tong, R. K., Maly, G. The use of dopamine to correct the reduced cardiac output resulting from positive end-expiratory pressure. A two-edged sword. Crit Care Med. 5 (6), 269(1977).
  20. Lalande, S., Yerly, P., Faoro, V., Naeije, R. Pulmonary vascular distensibility predicts aerobic capacity in healthy individuals. J Physiol. 590 (17), 4279-4288 (2012).
  21. Tedjasaputra, V., Collins, S. É, Bryan, T. L., van Diepen, S., Bouwsema, M. M., Stickland, M. K. Is there a relationship between pulmonary capillary blood volume and intrapulmonary arteriovenous anastomosis recruitment during exercise? FASEB J. 30 (1), (2016).
  22. Reeves, J. T., Linehan, J. H., Stenmark, K. R. Distensibility of the normal human lung circulation during exercise. Am J Physiol. Lung cellular and molecular physiology. 288 (3), 419-425 (2005).
  23. Thadani, U., Parker, J. O. Hemodynamics at rest and during supine and sitting bicycle exercise in normal subjects. Am J Card. 41 (1), 52-59 (1978).
  24. Warburton, D. E. R., Jamnik, V. K., Bredin, S. S. D., Gledhill, N. The Physical Activity Readiness Questionnaire for Everyone (PAR-Q) and Electronic Physical Activity Readiness Medical Examination (ePARmed-X+). The Health & Fitness Journal of Canada. 4 (2), (2011).
  25. Wasserman, K. Principles of Exercise Testing and Interpretation. , Lippincott Williams & Wilkins. (2012).
  26. Wasserman, K. Determinants and detection of anaerobic threshold and consequences of exercise above it. Circulation. 76 (6), Pt 2 (1987).
  27. Marrades, R. M., Diaz, O., et al. Adjustment of DLCO for hemoglobin concentration. Am J Resp Crit Care Med. 155 (1), 236-241 (2011).
  28. Lovering, A. T., Romer, L. M., Haverkamp, H. C., Pegelow, D. F., Hokanson, J. S., Eldridge, M. W. Intrapulmonary shunting and pulmonary gas exchange during normoxic and hypoxic exercise in healthy humans. J Appl Physiol. 104 (5), 1418-1425 (2008).
  29. Weyman, A. E. Principles and Practice of Echocardiography. , 2nd ed, Lippincott Williams & Wilkins & Wilkings. (1994).
  30. Laurie, S. S., Elliott, J. E., Goodman, R. D., Lovering, A. T. Catecholamine-induced opening of intrapulmonary arteriovenous anastomoses in healthy humans at rest. J Appl Physiol. 113 (8), 1213-1222 (2012).
  31. Hopkins, S. R., Bogaard, H. J., Niizeki, K., Yamaya, Y., Ziegler, M. G., Wagner, P. D. β-Adrenergic or parasympathetic inhibition, heart rate and cardiac output during normoxic and acute hypoxic exercise in humans. J Physiol. 550 (2), 605-616 (2009).
  32. Zavorsky, G. S. The rise in carboxyhemoglobin from repeated pulmonary diffusing capacity tests. Respir Physiol Neurobiol. 186 (1), 103-108 (2013).
  33. Coffman, K. E., Taylor, B. J., Carlson, A. R., Wentz, R. J., Johnson, B. D. Optimizing the calculation of DM,CO and VC via the single breath single oxygen tension DLCO/NO method. Respir Physiol Neurobiol. 221, 19-29 (2015).
  34. Guazzi, M., Pontone, G., Brambilla, R., Agostoni, P., Rèina, G. Alveolar-capillary membrane gas conductance: a novel prognostic indicator in chronic heart failure. Eur Heart J. 23 (6), 467-476 (2002).
  35. Ofir, D., Laveneziana, P., Webb, K. A., Lam, Y. -M., O'Donnell, D. E. Mechanisms of Dyspnea during Cycle Exercise in Symptomatic Patients with GOLD Stage I Chronic Obstructive Pulmonary Disease. Am J Resp Crit Care Med. 177 (6), 622-629 (2008).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Pulmonary Capillary Blood VolumeMembrane Diffusing CapacityIntrapulmonary Arteriovenous AnastomosesPulmonary Diffusing CapacityExercise PhysiologyBreath Hold TechniqueContrast EchocardiographyPulmonary CirculationGas ExchangeCarbon Monoxide Diffusion

Related Articles