Artykuł metodologiczny

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

14K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/54949

⸱

20 lutego 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

W tym artykule

Podsumowanie

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.

Streszczenie

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.

Wprowadzenie

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.

Protokół

Niniejszy protokół jest zgodny z wytycznymi komisji etyki badań z udziałem ludzi na University of Alberta oraz spełnia standardy określone w najnowszej rewizji Deklaracji helsińskiej.

1. Stopniowany test wysiłkowy (VO2peak)

  1. Uzyskać pisemną, świadomą zgodę od badanego. Poprosić badanego o przeczytanie i udzielenie odpowiedzi na pytania zawarte w Kwestionariuszu Gotowości do Aktywności Fizycznej+ (PAR-Q+), aby określić jego gotowość do wysiłku24.
  2. Dostosować wysokość siodełka ergomtru rowerowego zgodnie z preferencjami badanego. Umieścić cztery elektrody elektrokardiograficzne (EKG) na plecach pacjenta zgodnie ze standardowym rozmieszczeniem 3-odprowadzeniowym EKG, stosując zmodyfikowane odprowadzenia kończynowe do pomiaru częstotliwości akcji serca (HR)25.
  3. Włożyć ustnik do ust badanego, aby mierzyć wydychane gazy i wentylację podczas całego testu przy użyciu systemu pomiaru metabolicznego25.
    UWAGA: System metaboliczny będzie mierzyć w czasie rzeczywistym pobór tlenu (VO2), produkcję dwutlenku węgla (VCO2), wentylację (VE), częstotliwość akcji serca (HR) oraz końcowe stężenie CO2 w powietrzu wydychanym (PETCO2).
  4. Po 2 min zbierania danych bazowych, polecić badanemu rozpoczęcie jazdy na rowerze z początkowym obciążeniem 50 watt, utrzymując stałą kadencję ≥60 RPM. Zwiększać obciążenie w krokach co 25 W co 2 min, aż do momentu wystąpienia dobrowolnego wyczerpania badanego lub zgłoszenia prośby o przerwanie testu25.

2. Metoda pomiaru zdolności dyfuzyjnej (DLCO ) przy wielu wartościach frakcji tlenu w powietrzu wdechowym (FIO2 )7

  1. Oblicz obciążenia odpowiadające 30%, 50%, 70% i 90% VO2peak, korzystając z szczytowej wartości VO2 uzyskanej podczas stopniowanego testu wysiłkowego. Po upływie co najmniej 48 h od testu wysiłkowego poproś badanego o powrót do laboratorium w celu wykonania manewrów DLCO.
  2. Nie wykonuj więcej niż 12 testów DLco dziennie, ponieważ przy powtarzanych pomiarach może dojść do kumulacji karboksyhemoglobiny (COHb)5. W związku z tym rozdziel testy na kilka dni, zależnie od liczby planowanych obciążeń wysiłkowych oraz jakości uzyskanych danych DLCO.
  3. Przygotuj gazy do wstępnego oddychania, podłączając butlę z 100% O2 oraz butlę z powietrzem medycznym (21% O2 i 79% N2) do systemu mieszalnika powietrza. Za pomocą mieszalnika napełnij dwa nieprzepuszczalne worki Douglasa o pojemności 60 L – jeden zawierający 40% O2, a drugi 60% O2.
  4. Zainstaluj dwa trójdrożne zawory odcinające o dużym prześwicie, które umożliwią modulację mieszanin gazów wdechowych. Będą one określane jako „zawory wstępnego oddychania”.
  5. Podłącz worki Douglasa do systemu zaworów za pomocą elastycznych, nieściśliwych przewodów. Podłącz system zaworów do dwudrożnego, T-kształtnego zaworu jednokierunkowego, który jest połączony z wlotem gazu testowego czujnika przepływu masy systemu pomiaru metabolicznego.
  6. W przypadku pomiarów spoczynkowych badany powinien siedzieć prosto, z obiema stopami opartymi o podłogę. W przypadku prób wysiłkowych upewnij się, że badany znajduje się w stanie stacjonarnym, monitorując HR za pomocą EKG (stan stacjonarny: HR ± 3 bpm).
    UWAGA: Stan stacjonarny może nie zostać osiągnięty przy 90% VO2peak; w takim przypadku rozpocznij pomiar, gdy badany osiągnie HR odpowiadający 90% VO2peak z grupy testów stopniowanego wysiłku.
  7. Pobierz jedną kroplę krwi kapilarnej poprzez nakłucie palca i przeanalizuj stężenie hemoglobiny. Następnie skoryguj wszystkie kolejne wyniki DLCO pod kątem [Hb], stosując następujące równanie26:
    Równowaga statyczna; formuła korekty DLco dla poziomu hemoglobiny; równanie edukacyjne.
  8. Wybierz losowo wartość FIO2 (21%, 40% lub 60%), przełączając zawory wstępnego oddychania w pożądaną pozycję. Wybierz odpowiedni gaz FIO2-DLCO, przekręcając selektor zaworu gazu DLCO (patrz Rycina 1C).
  9. Poleć badanemu założenie klamerek na nos i normalne oddychanie przez ustnik przez pięć oddechów z worka Douglasa odpowiadającego wybranej wartości FIO2.
  10. Poleć badanemu wydech do objętości zalegającej. Gdy objętość płuc osiągnie plateau na poziomie objętości zalegającej, poproś badanego o wdech mieszaniny gazu DLCO do całkowitej pojemności płuc i wstrzymanie oddechu na 6 s przed wydechem do objętości zalegającej.
  11. Monitoruj zapis metanu podczas wydechu, aby upewnić się, że nachylenie krzywej jest poziome, co wskazuje na prawidłową równowagę gazu testowego CO w płucach.
    UWAGA: Objętość pęcherzykowa (VA) oraz czas wstrzymania oddechu są obliczane automatycznie i raportowane przez system pomiaru metabolicznego.
  12. Upewnij się, że VA dla każdego manewru DLco mieści się w granicach 5% wyników z poprzednich prób. Analogicznie, czas wstrzymania oddechu powinien wynosić 6,0 ± 0,3 s. W przeciwnym razie powtórz manewr.
  13. Odczekaj 4 min, aby umożliwić usunięcie resztkowego tlenku węgla, a następnie powtórz kroki 2.8–2.11 dla każdej pozostałej wartości FIO2 w spoczynku.
  14. Po co najmniej 48 h powtórz kroki 2.9–2.15 w stanie stacjonarnym przy każdej intensywności wysiłku (30%, 50%, 70% i 90% VO2peak) dla każdego FIO2. Zmniejsz obciążenie między wstrzymaniami oddechu przy obciążeniu 90% VO2peak , aby umożliwić regenerację badanego.
  15. Odczekaj 2 min między testami DLco podczas wysiłku, aby usunąć CO z pęcherzyków płucnych. Nie wykonuj więcej niż 12 testów DLco dziennie, aby uniknąć kumulacji karboksyhemoglobiny (COHb)5.

3. Obliczanie objętości krwi w naczyniach włosowatych płuc oraz zdolności dyfuzyjnej błony

  1. Oblicz p aałveolarne ciśnienie parcjalne O22 (PAO2) przy użyciu następującego równania
    Równanie gazów pęcherzykowych, wzór na obliczanie pAO2, koncepcja fizjologii oddychania.
    UWAGA: FIO2 jest ułamkiem tlenu w powietrzu wdechowym (FiO2)2, PBAR jest ciśnieniem atmosferycznym, PH2O jest ciśnieniem pary wodnej, Patlenek węgla2 czy ciśnienie tętniczego CO2, a RER to współczynnik wymiany oddechowej.
  2. Oszacuj RER i PaCO2 wykorzystując zmierzoną średnią wartość P z 30 sETCO2 oraz RER dla odpowiedniej intensywności wysiłku na podstawie danych uzyskanych podczas poprzedniego stopniowanego testu wysiłkowego.
  3. Oblicz θCO korzystując z następującego równania7. Równanie zdolności wiązania tlenu; wzór: 1/θ_CO = 0,0058 × P_AO2 + 0,73; do użytku badawczego.
  4. Nanieś na wykres zależność 1/DLcoprzymiotnik i 1/θtlenek węgla dla każdego FIO2 oraz obliczyć równanie regresji.
    UWAGA: Minimalna dopuszczalna w2 wartość wynosi 0,95, a DLCO manewry należy powtórzyć, gdy r2 wartości wykraczają poza ten zakres21.

Wykres Van't Hoffa przedstawiający regresję liniową, R²=0,996, obrazujący analizę procesu adsorpcji.
Rysunek 2: Reprezentatywny wykres 1/DLCO w zależności od 1/θCO podczas maksymalnego wysiłku. Zależność między 1/DLCO a 1/θCO została przedstawiona dla trzech wstrzymań oddechu przy różnych poziomach FIO2 (21%, 40% i 60%). Obliczenia Vc oraz Dm zostały wyprowadzone z równania regresji dla powyższej zależności. Odwrotność nachylenia prostej (1/0,00796) 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 wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

  1. Oblicz Vc, wyznaczając odwrotność nachylenia równania regresji pomiędzy 1/DLCO a 1/θCO. Oblicz Dm, wyznaczając odwrotność punktu przecięcia z osią y tego równania.

4. Rekrutacja wewnątrzwieńcowych zespoleń tętniczo-żylnych w płucach

  1. W dniu innym niż dzień gromadzenia danych DLCO, wprowadź do żyły w jamie łokciowej kaniulę dożylną (IV) o rozmiarze 20G i podłącz ją do kurka trójdrożnego za pomocą 6-calowego przedłużnika dożylnego w celu wstrzyknięcia solanki z pęcherzykami powietrza do echokardiografii kontrastowej11,17.

Układ do wstrzykiwania dożylnego ze strzykawką w ramieniu, demonstracja procedury medycznej.
Rycina 3: Układ do przygotowania kontrastu z wstrząśniętej soli fizjologicznej. W jamie łokciowej umieszczono cewnik dożylny, który jest połączony z kurkiem trójdrożnym za pomocą 6-calowego przedłużenia. Do kurka przymocowano dwie strzykawki o pojemności 10 mL w celu przygotowania roztworu kontrastowego, który zawiera 10 mL soli fizjologicznej oraz 0,5 mL powietrza pokojowego. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

  1. Podłączyć dwie strzykawki 10 mL do trójdrożnego kranu. Połączyć 10 mL 0,9% sterylnej soli fizjologicznej z 0,5 mL powietrza i energicznie mieszać przez trójdrożny kran, przepływając treścią między dwiema strzykawkami, aby wytworzyć drobne, zawieszone pęcherzyki powietrza, aż sonograf będzie gotowy do podania środka kontrastowego.
  2. Doświadczony sonograf lub kardiolog powinien uzyskać standardowy obraz serca w widoku czterojamowym z wierzchołka. W spoczynku echokardiograf powinien ocenić przegrodę międzyprzedsionkową i przegrodę międzykomorową pod kątem obecności przecieku wewnątrzsercowego, stosując standardowe obrazowanie echokardiograficzne i kolorowy Doppler.
    1. Jeśli nie wykryto przecieku wewnątrzsercowego, należy polecić badanemu wykonanie manewru Valsalvy podczas wstrzykiwania kontrastu w celu oceny obecności otworu owalnego (PFO)11,17. Pomiar należy powtórzyć bez wykonywania manewru Valsalvy.
  3. Wstrzyknąć kontrast, podczas gdy sonograf utrzymuje widok czterojamowy. Należy zarejestrować 15 cykli serca po wykryciu kontrastu w prawej komorze.
  4. Powtórzyć obrazowanie z wzmocnieniem kontrastowym podczas wysiłku w stanie stacjonarnym przy 30%, 50% i 70% VO2peak. Ponieważ stanu stacjonarnego nie można osiągnąć przy 90% VO2peak, obrazowanie należy rozpocząć po osiągnięciu docelowego HR, zidentyfikowanego jako HR przy 90% VO2peak podczas stopniowanego testu wysiłkowego.
    UWAGA: Czas między poszczególnymi intensywnościami wysiłku zależy od czasu usuwania kontrastu z obu komór, ≥ 2 min.
  5. Echokardiograf, który nie zna warunków eksperymentalnych, powinien zinterpretować echokardiogramy z kontrastem z ubitej soli fizjologicznej zgodnie z wcześniej opisanym systemem punktacji17,27.
    UWAGA: Punktacja opiera się na maksymalnej liczbie pęcherzyków kontrastu widocznych w lewej komorze (LV) w jednej klatce obrazu echokardiograficznego, według następującego schematu: brak pęcherzyków kontrastu w LV = 0, ≤3 pęcherzyki = 1, 4 - 12 pęcheryków = 2, > 12 pęcheryków = 3.
    UWAGA: Pojawienie się kontrastu w lewej komorze po pięciu cyklach serca sugeruje IPAVA. Przeciek wewnątrzsercowy jest oceniany na podstawie pojawienia się kontrastu w czasie krótszym niż pięć cykli serca27.

Schemat USG serca; Echokardiografia, jamy serca, analiza ruchu, obrazowanie diagnostyczne.
Rycina 4: Reprezentatywne obrazy do oceny IPAVA. Skala wynosi 5 cm (ciągła biała linia). (A) Przed wstrzyknięciem kontrastu. (B) Wynik IPAVA = 0. (C) Wynik IPAVA = 1. (D) Wynik IPAVA = 3. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Wyniki

Wpływ zwiększania intensywności wysiłku fizycznego na pobór tlenu, zdolność dyfuzyjną, objętość krwi w kapilarach płucnych, zdolność dyfuzyjną błony oraz wynik IPAVA przedstawiono w Tabeli 1. VO2, DLCO, Vc oraz Dm zwiększają się w odpowiedzi na wzrost mocy wyjściowej.

Rysunek 2 przedstawia reprezentatywne obliczenia Vc i Dm z zastosowaniem techniki wielokrotnych wartości FIO2-DLCO podczas wysiłku. DLCO maleje wraz ze wzrostem FIO2, a zależność ta jest wykorzystywana do rozdzielenia Vc i Dm. Obliczenie odwrotności nachylenia wykresu 1/DLCO w funkcji 1/θCO pozwala wyznaczyć Vc, natomiast odwrotność punktu przecięcia z osią y daje wartość Dm. Zgodnie z oczekiwaniami, zarówno Vc, jak i Dm zwiększają się podczas wysiłku w porównaniu do wartości spoczynkowych.

Wyniki pokazują, że techniki te mogą być wykorzystywane do oceny reakcji naczyń płucnych podczas wysiłku. Metoda wielokrotnego DLCO przy różnych poziomach FIO2 oraz echokardiografia z kontrastem w postaci wstrzykniętej soli fizjologicznej dostarczają badaczom szerszych informacji na temat udziału rekrutacji kapilar płucnych i błony w całkowitej pojemności dyfuzyjnej i mogą stanowić uzupełnienie tradycyjnych badań czynnościowych płuc w warunkach klinicznych. Brak wzrostu Vc lub Dm podczas wysiłku prowadziłby do ograniczenia dyfuzji i hipoksemii. Na przykład niskie DLCO wynikające z niskiego Vc wskazywałoby na zmiany w kapilarach płucnych; podobnie, obniżone Dm wskazywałoby na zmiany w błonie płucnej.

Rysunek 4 przedstawia reprezentatywne zapisy echokardiografii kontrastowej w przekroju czterojamowym. Wraz ze wzrostem intensywności wysiłku wynik IPAVA wzrasta od 0 (tj. brak dowodów na występowanie IPAVAs) w spoczynku do 3 przy najwyższej intensywności wysiłku (Tabela 1). Wcześniejsze prace wykazały, że wysiłek fizyczny zwiększa wynik IPAVA11,12,14, jednak nie ma konsensusu co do mechanizmu rekrutacji tych IPAVAs. Istnieją dowody na to, że IPAVAs mogą być rekrutowane farmakologicznie w spoczynku za pomocą dopaminy17,28, a także poprzez zwiększenie rzutu serca przy użyciu dobutaminy17,28 i epinefryny28. Leki inotropowe, takie jak dopamina i epinefryna, są szczególnie interesujące, ponieważ ich poziom endogenny wzrasta podczas wysiłku29. Co więcej, istnieją dowody, że rekrutacja IPAVA może mieć istotne znaczenie dla hemodynamiki wysiłkowej, w tym sensie, że brak IPAVAs wydaje się skutkować wyższym ciśnieniem w tętnicy płucnej, zmniejszonym rzutem serca i obniżoną szczytową mocą12. Zatem technika ta może być stosowana w badaniach osób z nadciśnieniem płucnym.

Układ do testu wysiłkowego z analizą wymiany gazowej, przedstawiający sprzęt i butle z gazem.
Rysunek 1: Układ do pomiaru DLCO przy różnych wartościach FIO2. (A) Przegląd układu. (B) Butle ze sprężonym gazem zawierające 21%, 40% oraz 60% O2 z dodatkiem 0,3% CO, 0,3% metanu i azotem jako wypełniaczem, a także dodatkowa butla z tlenem sprężonym. (C) Trójdrożny zawór wyboru dla trzech butli FIO2 DLCO. (D) Przełącznik zaworów dla zaworów trójdrożnych połączonych szeregowo do wyboru FIO2 do wstępnego oddychania. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Tabela danych funkcji płuc; wartości VO₂, DLCO, Vc, Dm od spoczynku do 90% wysiłku, w tym wynik IPAVA.
Tabela 1: Reprezentatywne dane dla jednego badanego w spoczynku oraz podczas wysiłku przy 30, 50, 70 i 90% VO2peak. VO2, objętość zużycia tlenu w stosunku do masy ciała; DLCO, zdolność dyfuzyjna dla tlenku węgla; Vc, objętość krwi w naczyniach włosowatych płuc; Dm, zdolność dyfuzyjna błony; wynik IPAVA, ocena pojawienia się kontrastu w lewej komorze po pięciu cyklach serca. Dane zmodyfikowane na podstawie Tedjasaputra et al. 2016.

Dyskusja

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.

Oświadczenia

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Podziękowania

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

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
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

Bibliografia

  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).

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Dyfuzyjna zdolność płucfizjologia wysiłkutechnika wstrzymania oddechuechokardiografia kontrastowakrążenie płucnewymiana gazowadyfuzja tlenku węgla
Ocena objętości krwi włośniczkowej w naczyniach włosowatych płuc, zdolności dyfuzyjnej błony i wewnątrzpłucnych zespoleń tętniczo-żylnych podczas wysiłku fizycznego
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.