Artykuł metodologiczny

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

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

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

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.

Streszczenie

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

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.

Wprowadzenie

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

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.

Protokół

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

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. Uzyskaj pisemną, świadomą zgodę od badanego. Poproś badanego o przeczytanie i odpowiedź na pytania zawarte w Kwestionariuszu Gotowości do Aktywności Fizycznej (PAR-Q+), aby ocenić jego gotowość do wysiłku24.
  2. Dostosuj wysokość siedziska ergo-cyklometru zgodnie z preferencjami badanego. Umieść cztery elektrody do elektrokardiogramu (ECG) na plecach pacjenta zgodnie ze standardowym rozmieszczeniem 3-odprowadzeniowego ECG, z modyfikacją odprowadzeń kończynowych w celu pomiaru tętna (HR)25.
  3. Włóż ustnik do ust badanego, aby za pomocą systemu pomiaru metabolicznego mierzyć wydychany gaz oraz wentylację przez cały czas trwania testu25.
    UWAGA: System metaboliczny będzie mierzył w czasie rzeczywistym pobór tlenu (VO2), produkcję dwutlenku węgla (VCO2), wentylację (VE), tętno (HR) oraz końcowe stężenie CO2 w powietrzu wydychanym (PETCO2).
  4. Po 2 min zbierania danych wyjściowych poproś badanego o rozpoczęcie jazdy z początkowym obciążeniem 50 W, utrzymując stałą kadencję   ≥60 RPM. Zwiększaj obciążenie co 2 min o 25 W, aż badany osiągnie dobrowolne wyczerpanie lub poprosi o przerwanie testu25.

2. Metoda pomiaru pojemności dyfuzyjnej (DLCO ) przy wielu frakcjach tlenu w powietrzu wdechowym (FIO2 )7

  1. Oblicz obciążenia odpowiadające 30%, 50%, 70% i 90% VO2max2 szczyty przy użyciu szczytowego VO22 uzyskanych podczas stopniowanego testu wysiłkowego. Po upływie co najmniej 48 h od wykonania stopniowanego testu wysiłkowego poproś badanego o ponowne stawienie się w laboratorium w celu wykonania manewrów DLCO.
  2. Nie należy przeprowadzać więcej niż 12 testów DLco dziennie, ponieważ wielokrotne powtórzenia badania mogą prowadzić do kumulacji karboksyhemoglobiny (COHb).5W związku z tym należy przeprowadzić badania w ciągu kilku dni, zależnie od liczby zaplanowanych obciążeń wysiłkowych oraz jakości uzyskanych danych DLCO.
  3. Przygotować gazy do wstępnego oddychania, podłączając butlę z 100% O22 gaz oraz butlę z powietrzem medycznym (21% O2 oraz 79% N2) do systemu mieszalnika powietrza. Napełnić dwie niedyfuzyjne worki Douglasa o pojemności 60 l, jeden zawierający 40% O2or jedna zawierająca 60% O22przy użyciu systemu mieszania powietrza.
  4. Zainstaluj dwa szerokostrumieniowe zawory trójdrożne, które umożliwią modulację mieszanin gazów wdechowych. Będą one nazywane "zawory przedoddychowe."
  5. Połącz worki Douglasa z systemem zaworowym za pomocą elastycznych, nieściskanialnych przewodów. Podłącz system zaworowy do dwudrożnego, T-kształtnego zaworu nieoddychającego, który jest połączony z wlotem gazu testowego czujnika przepływu masy systemu do pomiarów metabolicznych.
  6. W przypadku pomiarów spoczynkowych badany powinien siedzieć w pozycji wyprostowanej, z obiema stopami opartymi o podłogę. W przypadku prób wysiłkowych należy upewnić się, że badany znajduje się w stanie stacjonarnym, monitorując tętno (HR) za pomocą EKG (HR ± 3 bpm dla stanu ustalonego).
    UWAGA: Przy 90% VO może nie zostać osiągnięty stan stacjonarny2peak; zatem należy rozpocząć pomiar, gdy badany osiągnie tętno odpowiadające 90% VO2max2 szczyty w próbie wysiłkowej progresywnej.
  7. Pobierz pojedynczą kroplę krwi kapilarnej poprzez nakłucie palca i przeanalizuj ją pod kątem stężenia hemoglobiny. Następnie dostosuj wszystkie kolejne DLtlenek węgla dla [Hb], stosując następujące równanie26:
    figure-protocol-1
  8. Wybierz FIO2 (21%, 40% lub 60%) w sposób losowy, przełączając zawory wstępnego oddychania do pożądanej orientacji. Wybierz odpowiedni FIO2-DLCO gaz poprzez przekręcenie DLCO przełącznik zaworu gazowego (patrz Rysunek 1C).
  9. Poproś badanego o założenie klipsów do nosa i normalne oddychanie przez ustnik przez pięć oddechów z worka Douglasa odpowiadającego odpowiedniej frakcji FIO2.
  10. Poproś badanego o wydech do objętości rezydualnej. Gdy objętość płuc ustabilizuje się na poziomie objętości rezydualnej, badany powinien wprowadzić DL.CO mieszaninę gazową do całkowitej pojemności płuc, a następnie wstrzymać oddech na 6 s przed wydechem do objętości zalegającej.
  11. Monitoruj przebieg stężenia metanu podczas wydechu, aby upewnić się, że nachylenie krzywej jest poziome, co wskazuje na prawidłowe wyrównanie 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 każdy manewr DLco mieści się w granicach 5% poprzednich prób. Podobnie czas wstrzymania oddechu powinien wynosić 6,0 ± 0,3 s. W przeciwnym razie powtórzyć manewr.
  13. Odczekać 4 min, aby umożliwić wypłukanie pozostałego tlenku węgla, a następnie powtórzyć kroki 2.8 – 2.11 dla każdego pozostałego FIO2 w spoczynku.
  14. Po co najmniej 48 h powtórzyć kroki 2.9–2.15 w stanie stabilnym dla każdego obciążenia wysiłkowego (30%, 50%, 70% i 90% VO2max)2peak) dla każdego FIO2Zredukuj obciążenie między wstrzymaniami oddechu do 90% VO2max.2peak obciążenie wymagane do doprowadzenia badanego do stanu równowagi.
  15. Odczekać 2 min między testami DLco podczas wysiłku, aby usunąć CO z pęcherzyków płucnych. Nie przekraczać 12 testów DLco dziennie, aby uniknąć kumulacji karboksyhemoglobiny (COHb).5.

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

  1. Oblicz pęcherzykowe ciśnienie parcjalne O2 (PAO2), korzystając z poniższego równania
    figure-protocol-2
    UWAGA: FIO2 to ułamek wdechowego O2, PBAR to ciśnienie atmosferyczne, PH2O to ciśnienie pary wodnej, PaCO2 to ciśnienie tętniczego CO2, a RER to wskaźnik wymiany oddechowej.
  2. Oszacuj RER oraz PaCO2 , wykorzystując zmierzoną średnią 30-sekundową wartość PETCO2 oraz RER dla odpowiedniej intensywności wysiłku, na podstawie danych uzyskanych podczas poprzedniego stopniowanego testu wysiłkowego.
  3. Oblicz θCO, korzystając z poniższego równania7. figure-protocol-3
  4. Przedstaw na wykresie zależność między 1/DLcoadj a 1/θCO dla każdego FIO2 i oblicz równanie regresji.
    UWAGA: Minimalna akceptowalna wartość r2 wynosi 0,95; manewry DLCO należy powtórzyć, gdy wartości r2 wykraczają poza ten zakres21.

figure-protocol-4
Rysunek 2: Reprezentatywny wykres 1/DLCO w funkcji 1/θCO w szczytowym wysiłku. Zależność między 1/DLCO a 1/θCO przedstawiono dla trzech zatrzymań oddechu przy różnych poziomach FIO2 (21%, 40% i 60%). Obliczenia Vc i Dm wynikają z równania regresji dla powyższej zależności. Odwrotność nachylenia linii (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 zobaczyć 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 wewnątrz płucnych anastomoz tętniczo-żylnych

  1. W dniu innym niż ten, w którym zbierano dane DLCO, wprowadź do żyły w zgięciu łokcia cewnik dożylny (IV) o rozmiarze 20G i podłącz go do trójdrożnego kurka za pomocą 6-calowego przedłużenia do kaniuli IV w celu wstrzyknięcia soli fizjologicznej z pęcherzykami powietrza do echokardiografii kontrastowej11,17.

figure-protocol-5
Rysunek 3: Układ do podawania wstrząśniętego kontrastu solnego. Kaniula do infuzji dożylnej zostaje umieszczona w dołku łokciowym i połączona 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 i 0.5 mL powietrza pokojowego. Aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.

  1. Podłączyć dwie strzykawki 10 mL do kurka trójdrożnego. Połączyć 10 mL 0,9% jałowej soli fizjologicznej z 0,5 mL powietrza i energicznie mieszać poprzez kurek trójdrożny, tłocząc płyn w przód i w tył między dwiema strzykawkami, aby utworzyć drobne, zawieszone pęcherzyki, aż sonograf będzie gotowy do podania kontrastu.
  2. Doświadczony sonograf lub kardiolog powinien uzyskać standardowy widok czterojamowy serca w przekroju koniuszkowym. W spoczynku echokardiograf powinien ocenić przegrodę międzyprzedsionkową i przegrodę komorową pod kątem obecności przecieku wewnątrzsercowego, stosując standardowe obrazowanie echokardiograficzne oraz 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. Pomiary należy powtórzyć bez wykonywania manewru Valsalvy.
  3. Wstrzyknąć kontrast, podczas gdy sonograf utrzymuje widok czterojamowy. Nagrać 15 cykli serca po wykryciu kontrastu w prawej komorze.
  4. Powtórzyć obrazowanie z kontrastem podczas wysiłku w stanie stacjonarnym przy 30%, 50% i 70% VO2peak. Ponieważ przy 90% VO2peak nie można osiągnąć stanu stacjonarnego, obrazowanie należy rozpocząć po osiągnięciu docelowego HR, określonego jako HR przy 90% VO2peak podczas stopniowanego testu wysiłkowego.
    UWAGA: Czas między stopniami intensywności wysiłku zależy od czasu wypłukiwania kontrastu z obu komór i wynosi ≥ 2 min.
  5. Echokardiograf, który nie zna warunków eksperymentalnych (ślepa próba), powinien zinterpretować echokardiogramy z kontrastem z 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 klucza: 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 serca sugeruje IPAVA. Przeciek wewnątrzsercowy jest oceniany na podstawie pojawienia się kontrastu w mniej niż pięciu cyklach serca27.

figure-protocol-6
Rysunek 4: Reprezentatywne obrazy dla 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 tego rysunku.

Wyniki

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

Wpływ zwiększenia intensywności wysiłku 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 wzrastają w odpowiedzi na zwiększenie mocy wyjściowej.

Rysunek 2 przedstawia reprezentatywne obliczenia Vc i Dm z zastosowaniem techniki wielokrotnego 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 z wartościami spoczynkowymi.

Wyniki pokazują, że techniki te mogą być wykorzystywane do oceny odpowiedzi naczyń krwionośnych płuc podczas wysiłku. Metoda wielokrotnego pomiaru DLCO przy różnych wartościach FIO2 oraz echokardiografia z kontrastem z soli fizjologicznej dostarczają badaczom głębszego wglądu w udział rekrutacji kapilar i błony płucnej w całkowitą pojemność dyfuzyjną i mogłyby uzupełnić tradycyjne badania czynności płuc w warunkach klinicznych. Brak wzrostu Vc lub Dm podczas wysiłku prowadzi do ograniczenia dyfuzji i hipoksemii. Na przykład niska wartość DLCO wynikająca z niskiego Vc wskazywałaby na zmiany w kapilarach płucnych; podobnie zmniejszone Dm wskazywałoby na zmiany w błonie płucnej.

Rysunek 4 przedstawia reprezentatywne zapisy kontrastowego echokardiograficznego obrazowania czterech jam serca. Wraz ze wzrostem intensywności wysiłku wynik IPAVA wzrasta od 0 (tj. brak dowodów na obecność IPAVA) w spoczynku do 3 przy najwyższej intensywności wysiłku (Tabela 1). Poprzednie badania wykazały, że wysiłek fizyczny zwiększa wynik IPAVA11,12,14, jednak brakuje konsensusu co do mechanizmu rekrutacji tych IPAVA. Istnieją dowody na to, że IPAVA mogą być rekrutowane farmakologicznie w spoczynku za pomocą dopaminy17,28, a także poprzez zwiększenie rzutu serca za pomocą dobutaminy17,28 i epinefryny28. Inotropowe środki, takie jak dopamina i epinefryna, są szczególnie interesujące, ponieważ ich poziom wzrasta endogennie podczas wysiłku29. Ponadto istnieją pewne dowody na to, że rekrutacja IPAVA może mieć istotne znaczenie dla hemodynamiki wysiłkowej, gdyż brak IPAVA zdaje się prowadzić do wyższego ciśnienia w tętnicy płucnej, zmniejszonego rzutu serca oraz obniżonej szczytowej mocy wyjściowej12. Zatem technika ta może być wykorzystana w badaniach osób z nadciśnieniem tętnicy płucnej.

figure-results-1
Rysunek 1: Układ do wielokrotnego pomiaru FIO2 DLCO. (A) Przegląd układu. (B) Butle ze sprężonym gazem zawierające 21%, 40% i 60% O2 z dodatkiem 0,3% CO, 0,3% metanu i azotem do pełnej objętości, a także dodatkowa butla z tlenem sprężonym. (C) Trójdrożny zawór selekcyjny dla trzech butli FIO2 DLCO. (D) Przełącznik zaworów dla zaworów trójdrożnych w serii do wyboru FIO2 do wstępnego oddychania. Prosimy kliknąć tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.

figure-results-2
Tabela 1: Reprezentatywne dane dla jednego badanego w spoczynku oraz podczas wysiłku przy 30, 50, 70 i 90% VO2peak. VO2, objętość spożycia tlenu w stosunku do masy ciała; DLCO, zdolność dyfuzyjna dla tlenku węgla; Vc, objętość krwi w naczyniach włosowatych płuc; Dm, zdolność dyfuzyjna błony; wskaźnik IPAVA, ocena pojawienia się kontrastu w lewej komorze po pięciu cyklach serca. Dane zmodyfikowane na podstawie Tedjasaputra et al. 2016.

Dyskusja

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

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.

Oświadczenia

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

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Podziękowania

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

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

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

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Dyfuzyjna zdolno p ucfizjologia wysi kutechnika wstrzymania oddechuechokardiografia kontrastowakr enie p ucnewymiana gazowadyfuzja tlenku w gla

Powiązane artykuły