Artykuł metodologiczny

Pomiar podwójnej zdolności dyfuzyjnej płuc gazu podczas wysiłku fizycznego u ludzi metodą pojedynczego oddechu

1.8K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/65871

⸱

2 lutego 2024

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Centre for Physical Activity Research, Copenhagen University Hospital - Rigshospitalet, 2Department of Biomedical Sciences, Faculty of Health and Medical Sciences, University of Copenhagen, 3Department of Clinical Physiology and Nuclear Medicine, Copenhagen University Hospital - Rigshospitalet, 4Department of Anesthesiology and Intensive Care, Hvidovre Hospital, 5Department of Clinical Medicine, Faculty of Health and Medical Sciences, University of Copenhagen, 6Neurovascular Research Laboratory, Faculty of Life Sciences and Education, University of South Wales

W tym artykule

Podsumowanie

Ten protokół przedstawia metodę oceny rezerwy pęcherzykowo-kapilarnej płuc mierzonej za pomocą połączonego pomiaru pojedynczego oddechu zdolności dyfuzji tlenku węgla (DL, CO) i tlenku azotu (DL, NO) podczas ćwiczeń. Założenia i zalecenia dotyczące stosowania techniki podczas ćwiczeń stanowią fundament tego artykułu.

Streszczenie

Połączony pomiar zdolności dyfuzji tlenku węgla (DL, CO) i tlenku azotu (DL, NO) jest użytecznym techniką pomiaru rezerwy pęcherzykowej płuc zarówno w populacjach zdrowych, jak i pacjentów. Pomiar zapewnia oszacowanie zdolności uczestnika do rekrutacji i rozdęcia naczyń włosowatych płuc. Niedawno doniesiono, że metoda wykazuje wysoką wiarygodność testu-ponownego testu u zdrowych ochotników podczas ćwiczeń o lekkiej lub umiarkowanej intensywności. Warto zauważyć, że technika ta pozwala na wykonanie do 12 powtarzających się manewrów i wymaga tylko jednego oddechu przy stosunkowo krótkim czasie wstrzymania oddechu wynoszącym 5 s. Przedstawiono reprezentatywne dane pokazujące stopniowe zmiany DL, NO i DL, CO od odpoczynku do wysiłku fizycznego przy rosnącej intensywności do 60% maksymalnego obciążenia pracą. Pomiar zdolności dyfuzyjnej i ocena rezerwy pęcherzykowo-kapilarnej jest użytecznym narzędziem do oceny zdolności płuc do reagowania na wysiłek fizyczny zarówno w populacji zdrowej, jak i w populacjach pacjentów, takich jak osoby z przewlekłą chorobą płuc.

Wprowadzenie

Wysiłek fizyczny prowadzi do znacznego wzrostu zapotrzebowania na energię w porównaniu ze stanem spoczynku. Serce i płuca reagują poprzez zwiększenie rzutu serca i wentylacji, co skutkuje rozszerzeniem łoża pęcherzykowo-kapilarnego, głównie poprzez rekrutację i dystensję kapilar płucnych1. Zapewnia to wystarczającą wymianę gazową w płucach, którą można zmierzyć poprzez wzrost dyfuzyjnej wydolności płuc (DL)2,3,4. Pierwsze próby pomiaru DL podczas wysiłku datują się na ponad wiek temu5,6,7. Zdolność do zwiększenia DL w stosunku do stanu spoczynku często określa się jako rezerwę pęcherzykowo-kapilarną8, 9.

Doświadczalnie wzglne wkłady do pojemności dyfuzyjnej błony pęcherzykowo-włośniczkowej (DM) oraz objętości krwi w kapilarach płucnych (VCrezerwę pęcherzykowo-włośniczkową można ocenić różnymi metodami, w tym klasyczną metodą wielu frakcji tlenu w powietrzu wdechowym (Koncepcja równowagi statycznej; równanie mF<sub>I,O<sub>2</sub></sub>.) metoda10Alternatywną techniką, która może być użyteczna w tym kontekście, jest metoda podwójnego testu gazowego, w której DL na tlenek węgla (CO) i tlenek azotu (NO) (DL,CO/NO) są mierzone jednocześnie11Technika ta została opracowana w latach 80. XX wieku i wykorzystuje fakt, że szybkość reakcji NO z hemoglobiną (Hb) jest znacznie większa niż szybkość reakcji CO, przez co dyfuzja płucna CO w większym stopniu zależy od VC niż w przypadku NO. Zatem główne miejsce oporu (~75%) dla dyfuzji CO znajduje się wewnątrz erytrocytu, podczas gdy główny opór (~60%) dla dyfuzji NO występuje na poziomie błony pęcherzykowo-włośniczkowej oraz w osoczu płucnym12Jednoczesny pomiar DL,CO oraz DL,NO pozwala to na ocenę względnego wkładu DM oraz VC do DL12, gdzie zmiana w DL,NO obserwowane podczas wysiłku, co w dużej mierze odzwierciedla rozszerzenie błony pęcherzykowo-włośniczkowej. Dodatkową zaletą tej metody podczas pomiarów w trakcie wysiłku jest stosunkowo krótki czas wstrzymania oddechu (~5 s) oraz mniejsza liczba manewrów w porównaniu z metodą klasyczną Koncepcja równowagi statycznej; równanie mF<sub>I,O<sub>2</sub></sub>. technika, w której wykonuje się wielokrotne, powtarzalne manewry z ustandaryzowanym 10-sekundowym wstrzymaniem oddechu przy różnych poziomach natlenienia. Chociaż Koncepcja równowagi statycznej; równanie mF<sub>I,O<sub>2</sub></sub>. zostało ostatnio zastosowane z krótszym czasem wstrzymania oddechu i mniejszą liczbą manewrów przy każdym poziomie intensywności13Niemniej jednak, Koncepcja równowagi statycznej; równanie mF<sub>I,O<sub>2</sub></sub>. pozwala jedynie na łącznie sześć DL,CO manewrów na sesję, podczas gdy do 12 powtórzeń DL,CO/NO manewry te można przeprowadzać bez mierzalnego wpływu na wynikowe szacunki14Są to istotne kwestie przy dokonywaniu pomiarów podczas wysiłku, ponieważ zarówno długie wstrzymanie oddechu, jak i wielokrotne manewry mogą być trudne do wykonania przy bardzo wysokich intensywnościach lub u pacjentów cierpiących na duszność.

Niniejsza praca przedstawia szczegółowy protokół, obejmujący rozważania teoretyczne oraz praktyczne zalecenia dotyczące pomiaru DL,CO/NO podczas wysiłku oraz jego zastosowania jako wskaźnika rezerwy pęcherzykowo-kapilarnej. Metoda ta jest łatwa do zastosowania w warunkach eksperymentalnych i pozwala na ocenę, w jaki sposób ograniczenie dyfuzji w płucach może wpływać na pobór tlenu w różnych populacjach.

Teoria i zasady pomiaru
Metoda DL,CO/NO polega na wykonaniu pojedynczego wdechu mieszaniny gazów przy założeniu, że gazy rozkładają się równomiernie w wentylowanej przestrzeni pęcherzykowej po inhalacji. Mieszanina gazów składa się z kilku gazów, w tym z gazu znacznikowego o charakterze obojętnym. Rozcieńczenie gazu znacznikowego w wentylowanej przestrzeni pęcherzykowej, wyliczone na podstawie jego frakcji w powietrzu koniec-wydechowym, może służyć do obliczenia objętości pęcherzykowej (VA)15. Mieszanina gazów zawiera również gazy testowe CO i NO, które ulegają rozcieńczeniu w wentylowanej przestrzeni pęcherzykowej i dyfundują przez błonę pęcherzykowo-włośniczkową. Na podstawie ich frakcji pęcherzykowych można obliczyć ich indywidualne szybkości zaniku (k), nazywane również stałymi dyfuzyjnymi, z przestrzeni pęcherzykowej. Zgodnie z konwencją, DL dla gazu testowego mierzone podczas manewru pojedynczego wdechu wyznacza się za pomocą następującego równania16:

Równanie kinetyki chemicznej DL=ln(FA0/FA)/tBH·VA=k·VA; analiza szybkości reakcji.

gdzie FA0 to frakcja pęcherzykowa gazu testowego (CO lub NO) na początku wstrzymania oddechu podczas manewru DL danej osoby, FA to frakcja pęcherzykowa gazu testowego na koniec wstrzymania oddechu, a tBH to czas wstrzymania oddechu. DL jest mechanicznie równoważne przewodnictwu gazu testowego przez błonę pęcherzykowo-włośniczkową, osocze i wnętrze erytrocytów do hemoglobiny. Zależne jest zatem zarówno od przewodnictwa DM, jak i tzw. przewodnictwa właściwego krwi w naczyniach włosowatych płuc (θ), przy czym to drugie zależy zarówno od przewodnictwa gazu testowego we krwi, jak i od szybkości jego reakcji z hemoglobiną10. Biorąc pod uwagę, że odwrotnością przewodnictwa jest opór, całkowity opór przenoszenia gazu testowego zależy od następujących oporów szeregowych10:

Równanie stanu stacjonarnego: 1/DL = 1/DM + 1/θ·VC, istotne dla analizy chromatograficznej.

Komponenty te można rozróżnić poprzez jednoczesny pomiar DL dla CO i NO, ponieważ posiadają one różne wartości θ, a zatem ich odpowiednie wartości DL zależą w odmienny sposób od VC. Dyfuzja płucna CO zależy silniej od VC niż NO, przy czym główne miejsce oporu (~75%) dla dyfuzji CO znajduje się wewnątrz erytrocytów12. W przeciwieństwie do tego, główny opór (~60%) dla dyfuzji NO występuje na błonie pęcherzykowo-włośniczkowej oraz w osoczu płucnym, ponieważ szybkość reakcji NO z hemoglobiną jest znacznie większa niż w przypadku CO. Zatem poprzez jednoczesny pomiar DL,CO oraz DL,NO, zmiany zarówno w DM, jak i VC będą wyraźnie wpływać na pierwszą wartość, podczas gdy druga będzie znacznie mniej zależna od VC, co pozwala na zintegrowaną ocenę czynników determinujących DL.

Raportowanie wskaźników DL,CO/NO może być wykonywane przy użyciu różnych jednostek. W związku z tym Europejskie Towarzystwo Oddechowe (ERS) stosuje mmol/min/kPa, podczas gdy Amerykańskie Towarzystwo Torakalne (ATS) stosuje mL/min/mmHg. Współczynnik przeliczeniowy między tymi jednostkami wynosi 2,987 mmol/min/kPa = mL/min/mmHg.

Protokół

Naukowy Komitet Etyczny dla Regionu Stołecznego Danii wcześniej zatwierdził pomiar DL, CO/NO w spoczynku, podczas ćwiczeń i w pozycji leżącej zarówno u zdrowych ochotników, jak i pacjentów z przewlekłą obturacyjną chorobą płuc (POChP) w naszej instytucji (protokoły H-20052659, H-21021723 i H-21060230).

UWAGA: Zanim DL,CO/NO zostanie zmierzone podczas ćwiczeń, musi zostać wykonana dynamiczna spirometria i test wysiłkowy krążeniowo-oddechowy (CPET). Spirometria dynamiczna służy do kontroli jakości poszczególnych manewrów DL,CO/NO, natomiast CPET służy do określenia obciążenia, przy którym należy mierzyć DL,CO/NO podczas ćwiczeń. U pacjentów z ograniczeniem przepływu powietrza, zwłaszcza z powodu obturacyjnej choroby płuc, korzystne może być uzupełnienie spirometrii dynamicznej o pletyzmografię całego ciała w celu uzyskania miarodajnej miary pojemności życiowej. Zaleca się przeprowadzenie kontroli lekarskiej w celu wykluczenia wszelkich znanych przeciwwskazań przed rozpoczęciem CPET 17. Co ważne, CPET powinien być wykonywany co najmniej 48 godzin przed pomiarem DL,CO/NO uzyskanym podczas ćwiczeń, ponieważ wcześniejsze intensywne ćwiczenia mogą wpływać na DL przez co najmniej 24 godziny 18,19.

1. Spirometria dynamiczna

UWAGA: Spirometria dynamiczna powinna być wykonywana zgodnie z aktualnymi wytycznymi klinicznymi z klasy ERS i ATS20.

  1. Zmierz wagę (z dokładnością do 100 g) i wzrost (z dokładnością do 1 mm).
  2. Poproś uczestnika, aby usiadł na wyprostowanym krześle.
  3. Wykonaj dynamiczną spirometrię podczas manewru wymuszonego wydechu, aby zidentyfikować wymuszoną objętość wydechu w ciągu 1 s (FEV1) i natężoną pojemność życiową (FVC) uczestnika, zgodnie z opisem w innym miejscu20.

2. Test wysiłkowy krążeniowo-oddechowy (CPET)

UWAGA: CPET powinien być wykonywany zgodnie z aktualnymi zaleceniami klinicznymi21.

  1. Dostosuj ergometr rowerowy do wzrostu uczestnika i umieść monitor tętna (HR) na klatce piersiowej.
  2. Umieść uczestnika na ergometrze rowerowym. Wyposaż uczestnika w maskę podłączoną do systemu pomiaru metabolizmu, aby mierzyć wentylację i wymianę gazową w płucach przez cały czas trwania testu.
  3. Poinstruuj uczestnika, aby rozpoczął jazdę na rowerze w wybranym przez siebie tempie ≥60 rund na minutę (RPM) i wykonał 5-minutowy okres rozgrzewki przy submaksymalnym obciążeniu w oparciu o zgłaszany przez siebie poziom aktywności, codzienną sprawność i stan choroby (np. 15-150 W).
  4. Zwiększaj obciążenie o 5-20 W co minutę, aż uczestnik osiągnie dobrowolne wyczerpanie. Przyrosty powinny być oparte na aktualnym poziomie sprawności uczestnika, tak aby test zakończył się 8-12 minut po rozpoczęciu fazy przyrostowej.
  5. Poinstruuj uczestnika, aby unikał innych intensywnych ćwiczeń przez następne 48 godzin.

3. Kalibracja urządzeń do dyfuzji pojedynczego oddechu

UWAGA: Konieczne jest skalibrowanie czujników przepływu i analizatorów gazów, aby upewnić się, że pomiary są zarówno prawidłowe, jak i wiarygodne. Dokładna procedura jest zależna od producenta i urządzenia. Procedura kalibracji, w tym kontrola biologiczna, powinna być przeprowadzana w każdym dniu badania, a jeśli w tygodniu przeprowadza się mniej niż jeden dzień badania, należy przeprowadzić dodatkowe kalibracje w tygodniu. Konfiguracja eksperymentalna jest pokazana w Rysunek 1.

  1. Otwórz oprogramowanie na komputerze, a automatyczny okres nagrzewania wynoszący 50 minut zostanie zainicjowany, aby zapewnić odpowiednią temperaturę pneumotach.
  2. Upewnij się, że pojemniki z gazami testowymi są otwarte (patrz Rysunek 1D).
  3. Przeprowadzić kalibrację gazu, podłączając najpierw przewód próbkujący z pneumotach do wtyczki analizatora MS-PFT o nazwie CAL (patrz Rysunek 1B).
  4. Rozpocznij kalibrację gazu, wybierając opcję Kalibracja na stronie głównej (patrz Rysunek 2A) i wybierz opcję Kalibracja gazu. Rozpocznij kalibrację, naciskając Start lub F1 (patrz Rysunek 2B).
  5. Podłączyć przewód do pobierania próbek do pneumotach, gdy kalibracja gazu zostanie spełniona i zaakceptowana.
  6. Przeprowadzić kalibrację objętości za pomocą ważnej strzykawki o pojemności 3 l. Rozpocznij kalibrację objętości, wybierając opcję Kalibracja na stronie głównej (patrz Rysunek 2A) i wybierz opcję Kalibracja objętości. Rozpocznij kalibrację, naciskając F1 i postępuj zgodnie z instrukcjami dostarczonymi przez oprogramowanie (patrz Rysunek 2C).
  7. Upewnij się, że worek wdechowy jest podłączony do analizatora MS-PFT (patrz Rysunek 1C).
  8. Zakończyć procedurę kalibracji, wykonując pomiar kontroli biologicznej w spoczynku w pozycji siedzącej. Powinno to być wykonane przez zdrową osobę niepalącą, aby zapewnić niezawodność metody. Jeśli zmienność DL, CO lub DL, NO u danego pacjenta z tygodnia na tydzień waha się odpowiednio o więcej niż 1,6 i 6,5 mmol/min/kPa (5 i 20 mL/min/mmHg), zmiana może być spowodowana błędem maszyny i powinna być dalej badana12, 22.

4. Przygotowanie uczestnika

  1. Oblicz żądane obciążenie pracą na podstawie wcześniejszych wyników CPET dla wybranej intensywności (% maksymalnego obciążenia roboczego (Wmax)), przy której będzie mierzone D, L,CO/NO.
  2. Co najmniej 48 godzin po wykonaniu przez uczestnika CPET, poproś uczestnika o powrót do laboratorium w celu uzyskania pomiaru DL,CO/NO podczas wysiłku
    3. .
  3. Zmierz wzrost (w cm z dokładnością do milimetra), wagę (w kg z dokładnością do 100 g) i Hb z krwi włośniczkowej (w mmol/L z dokładnością do 0,1 mmol/l) pacjenta.
  4. Na stronie głównej programu wybierz Pacjent > Nowy pacjent (patrz Rysunek 2A) i wypełnij wymagane dane: Identyfikacja, Nazwisko, Imię, Data urodzenia, Płeć, Wzrost i Waga uczestnika. Kontynuuj, wybierając OK lub F1 (patrz Rysunek 2D).

5. Pomiar DL,CO/NO podczas odpoczynku w pozycji pionowej

UWAGA: Pomiary DL,CO/NO są wykonywane zgodnie z aktualnymi zaleceniami klinicznymi grupy zadaniowej ERS12.

  1. Na stronie głównej wybierz Pomiar > dyfuzji membrany NO (patrz Rysunek 2E).
  2. Uruchom automatyczne resetowanie oprogramowania, aby wyzerować analizator gazów dla wszystkich gazów testowych i zainicjować mieszanie gazów testowych w podłączonym worku wdechowym. Zainicjuj automatyczne resetowanie, naciskając F1 (patrz Rysunek 2F).
    1. Automatyczne resetowanie trwa 140-210 s. Postępuj zgodnie z instrukcjami dostarczonymi przez oprogramowanie, aby rozpoznać, kiedy należy rozpocząć pomiar. Ważne jest, aby rozpocząć pomiar natychmiast po tym, jak oprogramowanie poinstruuje, aby podłączyć pacjenta.
  3. Umieść uczestnika na pionowym krześle wyposażonym w klips na nos. Poinstruuj uczestnika, jak wykonać manewr zgodnie z poniższym opisem.
    1. Poproś uczestnika, aby użył klipsa na nos i rozpoczął normalne oddychanie oddechowe przez ustnik podłączony do pneumotach. Aby zapewnić zamknięty system pomiarów, upewnij się, że usta uczestnika są zamknięte wokół ustnika.
    2. Po trzech normalnych oddechach poinstruuj uczestnika, aby wykonał szybki maksymalny wydech, aby osiągnąć objętość resztkową (RV).
    3. Po osiągnięciu RV natychmiast poinstruuj uczestnika, aby wykonał szybki maksymalny wdech do całkowitej pojemności płuc (TLC), dążąc do czasu wdechu < 4 s. Podczas maksymalnego wdechu otwiera się zawór, który pozwala uczestnikowi na wdychanie mieszaniny gazów zmieszanej o znanym stężeniu NO (800 ppm NO/N2) w worku wdechowym tuż przed inhalacją.
    4. Poproś uczestnika, aby wstrzymał oddech na 5 (4-8) s podczas TLC. Podczas wdechu celuje się w wdech objętość (VI) ≥90% FVC (lub pletyzmografia oparta na pojemności życiowej) z czasem wstrzymania oddechu 4-8 s23 (Tabela 1).
    5. Po wstrzymaniu oddechu poinstruuj uczestnika, aby wykonał silny, stały, maksymalny wydech bez żadnych przerw.
    6. Po maksymalnym wydechu poproś uczestnika, aby puścił ustnik i klips na nos. Oprogramowanie obliczy następnie DL, NO i DL, CO bez żadnego polecenia.
  4. Używaj słownej zachęty przez cały manewr, aby upewnić się, że uczestnik dotrze do RV i TLC. Oceń dopuszczalność manewru zgodnie z tabelą 1.
  5. Wykonać manewr ponownie po co najmniej 4-minutowym okresie wymywania i do momentu, gdy dwa manewry spełniają kryteria dopuszczalności (tabela 1) lub do momentu, gdy w tej samej sesji wykonano łącznie 12 manewrów (patrz poniżej).
  6. DL, NO i DL, CO podaje się zgodnie z kryteriami określonymi w tabeli 2. Zalecamy również, aby czas wstrzymania oddechu, objętość wdechu i objętość wyrostka zębodołowego zgodnie z raportem. Ponadto należy podać liczbę dopuszczalnych i powtarzalnych manewrów, a wyniki oparte na manewrach, które albo nie spełniają kryteriów akceptowalności, albo powtarzalności, powinny być interpretowane z ostrożnością.

6. Pomiar DL,CO/NO podczas ćwiczeń

UWAGA: Oś czasu pomiarów DL,CO/NO podczas ćwiczeń znajduje się w Rysunek 3.

  1. Umieść ergometr rowerowy w odległości umożliwiającej uczestnikowi oddychanie przez ustnik bez konieczności zmiany pozycji rowerowej. Zwiększ wysokość sprzętu, aby pomiary można było przeprowadzić w prawidłowej pozycji roboczej na rowerze (patrz Rysunek 2).
  2. Umieść uczestnika na ergometrze rowerowym i umieść monitor tętna na klatce piersiowej. Poinstruuj uczestnika, aby wykonał każdy manewr zgodnie z opisem w kroku 5.3.
  3. Poinstruuj uczestnika, aby rozpoczął jazdę na rowerze przez 5 minut przy submaksymalnym obciążeniu, jako rozgrzewkę przed pomiarem.
  4. Zwiększ obciążenie do docelowej intensywności, jednocześnie rozpoczynając automatyczne resetowanie urządzenia, naciskając F1 (patrz krok 5.2). Automatyczne resetowanie trwa 140-210 s, co wystarczy, aby upewnić się, że uczestnik osiągnął stan ustalony
    5. .
  5. Po zakończeniu automatycznego resetowania obróć ustnik w stronę uczestnika i wykonaj manewr opisany poniżej, podczas gdy uczestnik kontynuuje jazdę na rowerze z docelową intensywnością.
    1. Wykonaj czynności opisane w krokach od 5.4 do 5.5. Oceń kryteria akceptowalności i powtarzalności (Tabela 1) dla każdego obciążenia roboczego i podaj raport jak w przypadku pomiarów podczas spoczynku (patrz krok 5.6 i Tabela 2).
  6. Po zakończeniu manewru wyjmij ustnik i zmniejsz obciążenie do 15-40 W. Wykonaj aktywną fazę odzyskiwania przez 2 minuty, po czym powtórz kroki 6.4 i 6.5. 2 minuty aktywnego odzyskiwania i 140-210 s podczas automatycznego resetowania zapewniają wystarczający okres wymywania wynoszący 4-5 minut.

Wyniki

Protokół został wdrożony w 2021 roku i w momencie sporządzania tekstu wykonano łącznie 124 pomiary podczas wysiłku (tj. 51 u zdrowych ochotników i 73 u pacjentów z POChP o różnym stopniu zaawansowania). Manewry, a także dane dotyczące spełnienia kryteriów akceptowalności i powtarzalności oraz wskaźnik niepowodzeń przedstawiono w Tabeli 3.

Obliczenia
Przykładowo, poniżej przedstawiono obliczenia z pojedynczego manewru DL,CO/NO na podstawie danych z pierwszego manewru przy 20% Wmax w grupie zdrowej, jako opisane poniżej studium przypadku. Na podstawie wartości pomiarowych podanych w Tabeli 4, obliczono następujące parametry:

Diagram analizy równania wzoru wentylacji VA=FI,He/FA,He * (VI-DD,inst-VD,anat).
Obliczenia matematyczne, rozwiązywanie wzoru, równanie obliczania objętości, zastosowanie edukacyjne.
(BTPS)

gdzie FI to frakcja wdechowa, VI to objętość wdechowa, a DD,inst oraz VD,anat to odpowiednio instrumentalna i anatomiczna przestrzeń martwa.

Równanie równowagi statycznej; ΣF_A0,CO = F_I,CO · F_A,He/F_I,He, schemat wyniku obliczeń.

Równanie kinetyki chemicznej, obliczenie \( k_{CO} \), przedstawiające szybkość reakcji.

Równanie DLco dla zdolności dyfuzyjnej płuc, obejmujące zmienne kCO, VA oraz ciśnienia, przedstawiony wzór.

gdzie FI to frakcja wdechowa, PB to ciśnienie barometryczne, a PH2O to ciśnienie nasyconej pary wodnej, oraz gdzie Wzór na konwersję objętości gazu; równanie dla VA(STPD) z przelicznikami ciśnienia i temperatury; schemat.

Wzór obliczeniowy procesów chemicznych; równanie FA0,NO; wyznaczanie szybkości przepływu reakcji.

Wzór kinetyki chemicznej do obliczania szybkości reakcji, przedstawiający równania ln i stałą szybkości.

Wymiana gazowa w płucach, wzór DL,NO, ilustrujący metodę obliczania pojemności dyfuzyjnej.

Interpretacja wyników DL,CO/NO uzyskanych podczas wysiłku
Głównym miernikiem rezultatu jest DL,NO, ponieważ zmianę DL,NO od spoczynku do konkretnego obciążenia interpretuje się jako ogólną miarę rezerwy pęcherzykowo-kapilarnej. U zdrowych osób DL,NO wzrasta liniowo wraz ze wzrostem intensywności wysiłku, co przypisuje się zwiększonemu napływowi krwi do łoża kapilar płucnych, ułatwionemu przez wzrost rzutu serca12. Prowadzi to do rekrutacji kapilar na skutek zwiększonego przepływu lub ciśnienia krwi oraz rekrutacji powierzchni błony pęcherzykowo-kapilarnej, co skutkuje bardziej jednorodnym rozkładem erytrocytów i lepszym dopasowaniem powierzchni błon tkankowych do błon erytrocytów12. W przeciwieństwie do tego, DL,CO jest uważany za miarę pomocniczą w tym kontekście, wykorzystywaną głównie do ustalenia, czy zachodzą jednoczesne zmiany w VC. W przypadku interpretacji na poziomie indywidualnym, różnice między dwoma pomiarami większe niż błąd pomiarowy uznaje się za fizjologiczne24, tj. 2,7 mmol/min/kPa dla DL,NO oraz 1,6 mmol/min/kPa dla DL,CO.

Studia przypadków
Zdrowa 25-letnia kobieta z Równanie współczynnika rozszerzalności cieplnej, symbol α, na schemacie badań nad materiałami.O2max wynoszącym 2696 mL O2/min (47,3 mL O2/min/kg) wykonała osiem manewrów DL,CO/NO , zaczynając od pomiarów podczas spoczynku w pozycji siedzącej, a następnie pomiarów podczas wysiłku na ergometrze rowerowym (Wmax = 208) przy zwiększającej się intensywności do 60% Wmax (Tabela 5). Wszystkie manewry spełniły kryteria akceptowalności i powtarzalności.

68-letni mężczyzna z umiarkowaną POChP (FEV1= 56% wartości przewidywanej) z Równanie współczynnika rozszerzalności cieplnej, symbol α, na schemacie badań nad materiałami.O2peak wynoszącym 1852 mL O2/min (22,8 mL O2/min/kg) wykonał osiem manewrów DL,CO/NO, rozpoczynając od pomiarów podczas spoczynku w pozycji siedzącej, a następnie od pomiarów podczas wysiłku na ergometrze rowerowym (Wmax = 125 W) przy zwiększającej się intensywności do 60% Wmax (Tabela 6). Wszystkie manewry spełniały kryteria akceptowalności i powtarzalności.

Wyniki zgłoszone dla każdego obciążenia z dwóch opisanych powyżej przypadków przedstawiono na Rysunku 4. Ponadto, DL,NO oraz DL,CO w funkcji Równanie współczynnika rozszerzalności cieplnej, symbol α, na schemacie z badań nad materiałami.O2 (obliczone na podstawie pomiarów powietrza wydychanego) przedstawiono na Rysunku 5. U zdrowej osoby obserwuje się, zgodnie z oczekiwaniami, niemal liniowy wzrost DL,NO, z wyjątkiem plateau w zakresie od 20% do 40% Wmax, podczas gdy przy wszystkich obciążeniach następuje niewielki stopniowy wzrost DL,CO . Sugeruje to, że na początku wysiłku DM początkowo wzrasta przy niezmienionym VC, co odzwierciedla redystrybucję przepływu krwi płucnej w celu rekrutacji wcześniej nieperfundowanych naczyń kapilarnych, ale przy jednoczesnym stopniowym wzroście VC przy wyższych obciążeniach, co pokazuje, że naprzemienna rekrutacja i dystensja naczyń kapilarnych wspólnie działają w celu optymalizacji wymiany gazowej w płucach podczas wysiłku progresywnego. W przypadku POChP DL,NO wzrasta przy pierwszym obciążeniu, a następnie osiąga plateau i utrzymuje się na tym samym poziomie podczas pozostałych obciążeń, co wskazuje, że cała rezerwa pęcherzykowo-kapilarna zostaje wykorzystana już przy 20% Wmax. Ogólnie rzecz biorąc, zakres rekrutacji i dystensji naczyń kapilarnych płuc, t.j. rezerwa pęcherzykowo-kapilarna, jest mniejszy w przypadku POChP niż u zdrowej osoby.

Konfiguracja laboratorium fizjologii wysiłku z urządzeniem do spirometrii i analizą gazów do pomiarów metabolicznych.
Rycina 1: Przegląd konfiguracji badania. (A) Konfiguracja badania dla pomiarów wykonywanych podczas wysiłku. (B) Kalibracja gazów z podłączoną linią pobierną do gniazda CAL w jednostce analizatora MS-PFT. (C) Worek inspiracyjny podłączony do jednostki analizatora MS-PFT. (D) Pojemniki zawierające gazy testowe. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.

Schemat blokowy interfejsu użytkownika procesu kalibracji, obejmujący wyniki analizy danych i elementy interfejsu oprogramowania.
Rysunek 2: Przewodnik po programie. (A) Na stronie głównej wybierz Calibration. (B) Wybierz Gas calibration. (C) Wybierz Volume calibration. (D) Wybierz New Patient. (E) Wybierz New patient i uzupełnij wymagane informacje. (F) Wybierz measurements i wybierz NO diff Membrane. (G) Rozpocznij automatyczne resetowanie, naciskając F1. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Wykres intensywności ćwiczeń w czasie; kalibracja, manewr DLCO/NO, fazy rozgrzewki/odpoczynku.
Rycina 3: Harmonogram pomiaru zdolności dyfuzyjnej podczas wysiłku. Utworzono przy użyciu BioRender. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Wykres zdolności dyfuzyjnej, DLNO i DLCO, porównujący grupy zdrowej i z POChP, analiza zmienności pochłaniania.
Rycina 4: Płucna zdolność dyfuzyjna. Porównanie płucnej zdolności dyfuzyjnej dla tlenku węgla (DL,CO) i tlenku azotu (DL,NO) podczas stopniowanego wysiłku jako funkcja % maksymalnego obciążenia (Wmax) u osoby zdrowej oraz osoby z przewlekłą obturacyjną chorobą płuc (POChP). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej ryciny.

Wykres pojemności dyfuzyjnej względem VO2; trendy dla osób zdrowych i z POChP; zmienne DL_NO i DL_CO; analiza danych.
Rycina 5: Pojemność dyfuzyjna płuc. Porównanie pojemności dyfuzyjnej płuc dla tlenku węgla (DL,CO) i tlenku azotu (DL,NO) podczas wysiłku stopniowanego w funkcji poboru tlenu (Równanie współczynnika rozszerzalności cieplnej, symbol α, na schemacie z badań nad inżynierią materiałową.O2) u osoby zdrowej oraz osoby z przewlekłą obturacyjną chorobą płuc (POChP). Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.

Kryteria akceptacji
1.≥ 90% FVC lub VC
OR ≥ 85% FVC lub VC
ORAZ VA w obrębie 200 ml największej objętości VA od innych dopuszczalnych manewrów
OR ≥ 85% FVC lub VC
ORAZ VA w granicach 5% największej wartości VA od innych dopuszczalnych manewrów
2.Stabilne wstrzymanie oddechu przez 4–8 s bez oznak przecieków lub manewrów Valsalvy/Müllera
Kryteria powtarzalności
Dwa dopuszczalne manewry z wartościami w zakresie
< 5,8 mmol·min-1·kPa-1 dla DL,NO
< 1 mmol·min-1·kPa-1 dla DL,CO

Tzdolny 1: Kryteria akceptowalności i powtarzalności. Skróty: DL,COZdolność dyfuzyjna płuc dla tlenku węgla, DL,NOZdolność dyfuzyjna płuc dla tlenku azotu, FVC: wymuszona pojemność życiolna, VAVA: objętość pęcherzyków płucnych; VC: pojemność życiolna.

Liczba prawidłowych manewrówSpełniono kryteria powtarzalnościDziałanie
≥2TakPodaj średnią wartość DL,NO or średnia wartość DL,CO dwóch akceptowalnych i powtarzalnych manewrów
≥2NieNależy raportować wartości z manewru z najwyższą wartością DL,NO
1TakNależy zgłosić wartości z prawidłowo wykonanego manewru
1NieNależy podać wartości z dopuszczalnego manewru
0TakPodaj średnią wartość DL,NO oraz średnią wartość DL,CO wszystkich powtarzalnych manewrów
0NieBłąd pomiaru

Ttabela 2: Raportowanie danych. Skróty: DL,COZdolność dyfuzyjna płuc dla tlenku węgla, DLCOL,NOZdolność dyfuzyjna płuc dla tlenku azotu.

GrupaPomiary (n)Manewry na pomiar (mediana [IQR])Spełnione kryteria akceptowalności, n (%)Spełnione kryteria powtarzalności, n (%)Nieudany pomiar, n (%)
Zdrowi512 (2-2)50 (98)51 (100)0 (0)
Łagodna POChP243 (2-3)22 (92)22 (92)0 (0)
Umiarkowana POChP392 (2-3)26 (67)32 (82)3 (8)
Ciężka POChP102 (2-3)1 (10)4 (40)6 (60)
Wszystkie1242 (2-3)99 (80)109 (88)9 (7)

Ttabela 3: Ukończone DL,CO/NO pomiary podczas wysiłku fizycznego przeprowadzone w naszej instytucji między lipcem 2021 r. a grudniem 2023 r. Skróty: COPD, przewlekła obturacyjna choroba płuc.

Frakcje
FI,CO0.238
FI,NO48,75 x 10-6
FJa, On0.08
FA, CO0.12
FA,NO6,18 x 10-6
FA, He0.0603
Objętości (BTPS)
VI (L)4.13
VD,anat (L)0.132
VD,inst (L)0.220
tBH (s)5.65

Tabela 4: Zmierzone frakcje gazu testowego i gazu znacznikowego obojętnego w powietrzu wdechowym (FI) i pęcherzykowym (FA) podczas manewru pojedynczego oddechu. Skróty: VI: objętość wdechowa; VD,anat: anatomiczna przestrzeń martwa; VD,inst: instrumentalna przestrzeń martwa; tBH: czas wstrzymania oddechu.

Pionowo0.20.40.6
odpoczynekz Wmaksymalnyz Wmaksymalnyz Wmaks.
Obciążenie (wat)04080125
Manewr12121212
DL,NO (mmol/min/kPa)35.034.737.038.937.438.442.243.4
DL,CO (mmol/min/kPa)8.07.88.48.49.29.19.89.9
Czas wstrzymania oddechu (s)5.85.65.75.85.85.75.75.5
VI (L)4.14.14.14.14.04.03.84.0
VA (L)4.94.85.05.05.15.15.25.3

Ttabela 5: Dane od zdrowego ochotnika. Skróty: DL,NOZdolność dyfuzyjna płuc dla tlenku azotu, DlNOL,COZdolność dyfuzyjna płuc dla tlenku węgla, VIObjętość oddechowa wdechowa, VAObjętość pęcherzyków płucnych.

Pionowo0.20.40.6
odpoczynekz Wmaksymalnyz Wmaksymalnyz Wmaksymalny
Obciążenie (wat)0255075
Manewr12121212
DL,NO (mmol/min/kPa)17.921.623.3524.3524.924.221.823.6
DL,CO (mmol/min/kPa)4.75.35.05.25.14.93.34.1
Czas wstrzymania oddechu (s)6.66.16.15.85.85.85.86.0
VI (L)4.34.44.24.34.14.03.83.9
VA (L)6.76.66.76.76.76.76.76.8

Tabela 6: Dane osoby z przewlekłą obturacyjną chorobą płuc. Skróty: DL,NO: dyfuzyjna zdolność płuc do tlenku azotu, DL,CO: dyfuzyjna zdolność płuc do tlenku węgla, VI: objętość wdechowa, VA: objętość pęcherzykowa.

Dyskusja

Protokół ten przedstawia zestandaryzowane podejście do pomiaru DL,CO/NO podczas wysiłku z wykorzystaniem techniki pojedynczego oddechu w podwójnym teście gazowym. Ponieważ uzyskane wskaźniki DL,CO/NO wzrastają w wyniku rekrutacji i rozszerzenia naczyń włosowatych płuc, metoda ta zapewnia fizjologicznie istotny pomiar rezerwy pęcherzykowo-włośniczkowej.

Kluczowe kroki protokołu
Metoda wymaga wydechu do objętości resztkowej, a następnie wdechu do całkowitej pojemności płuc, po którym następuje 5 s zatrzymania oddechu, kończące się wydechem do RV. Jest to krytyczny etap, ponieważ jego wykonanie może być utrudnione podczas wysiłku, a szczególnie podczas ćwiczeń o wysokiej intensywności. Wzrastająca intensywność wysiłku może prowadzić do zmniejszenia VI, a jeśli spadnie ona poniżej 85% pojemności życiowej, manewr uznaje się za nieakceptowalny (patrz Tabela 1). Dlatego ważne jest, aby osoba prowadząca test odnotowała, czy uczestnik wdycha odpowiednią ilość powietrza i potwierdziła wystarczający czas wstrzymania oddechu od czterech do ośmiu sekund bezpośrednio po każdym manewrze12. Ponadto w niektórych przypadkach może być trudno spełnić kryteria powtarzalności; w takich sytuacjach raportuje się dane z manewru z najwyższym DL,NO, a przy prezentacji danych zalecamy wyraźne określenie, w ilu przypadkach było to konieczne. W niektórych sytuacjach może być całkowicie niemożliwe uzyskanie akceptowalnych lub powtarzalnych pomiarów podczas wysiłku, na przykład w badaniach pacjentów z ciężką dusznością, którzy nie są w stanie odpowiednio wstrzymać oddechu i/lub osób z dynamiczną hiperinflacją z towarzyszącym zmniejszeniem pojemności inspiracyjnej podczas wysiłku. W takich przypadkach bardziej odpowiednie może być zastosowanie pomiarów DL,CO/NO wykonanych w pozycji leżącej, co również prowadzi do rekrutacji i rozszerzenia naczyń włosowatych płuc, choć w stopniu mniej wyraźnym niż podczas wysiłku podmaksymalnego24,25.

Modyfikacje i rozwiązywanie problemów metody
Istotne jest, aby pomiarowi wykonanemu podczas wysiłku zawsze poprzedzał pomiar spoczynkowy, ponieważ DL,CO może być obniżone przez okres od 6 do 20 h po wysiłku o wysokiej intensywności wykonanym do wyczerpania18,19,26. Ponadto ważne jest rejestrowanie HR i/lub innych wskaźników obciążenia metabolicznego, aby upewnić się, że pomiary uzyskane u różnych badanych zostały wykonane w stanie stabilnym i przy podobnym obciążeniu metabolicznym.

Metoda ta może nie być wystarczająco czuła, aby wykryć niewielkie zmiany w DL,NO lub DL,CO, ponieważ zmienność między testami w obrębie tej samej sesji była zgłaszana na poziomie do 7% w zależności od konkretnego parametru12W związku z tym istotne jest wybranie takiej intensywności ćwiczeń, która będzie wystarczająca do wywołania wzrostu przekraczającego błąd pomiarowy, przy jednoczesnym uwzględnieniu, że uczestnik musi być w stanie wykonać co najmniej dwa poprawne manewry przy danej intensywności. W poprzednich badaniach, w których zastosowano metodę gazową z podwójnym testem, wykorzystywano różne intensywności – od niskiej do umiarkowanej. W większości badań stosowano intensywność względną, określoną jako procent progu wentylacyjnego.24, 27, % tętna maksymalnego obliczonego z wieku28lub do % maksymalnej rezerwy tlenowej29podczas gdy tylko jedna z badań zastosowała intensywność absolutną przy stałym obciążeniu wynoszącym 80 W30W badaniach tych obciążenia odpowiadały intensywnościom relatywnym w zakresie od 20% do 86% Wmaksymalny24, 27, 29Aby ułatwić porównanie pomiarów między badaniami, zaleca się zastosowanie natężenia względnego, tj. % W.maksymalny, % maksymalnej częstości uderzeń serca (HRmaksymalny) lub % z Równanie współczynnika rozszerzalności cieplnej, symbol α, na schemacie z badań nad nauką o materiałach.O2maksymalny (lub Równanie współczynnika rozszerzalności cieplnej, symbol α, na schemacie z badań nad inżynierią materiałową.O2pik), a także do raportowania Wmaksymalny or obciążeniem, przy którym uzyskano pomiar.

Znaczenie metody w odniesieniu do metod istniejących/alternatywnych
Zgodnie z Koncepcja równowagi statycznej; równanie mF<sub>I,O<sub>2</sub></sub>., DM oraz VC mogą zostać matematycznie wyznaczone na podstawie DL,CO/NO12,31, a choć należy to robić ostrożnie (patrz „Ograniczenia metody” poniżej), pozwala to na bardziej bezpośrednią ocenę mechanistyczną tego, w jaki sposób rozszerzenie powierzchni pęcherzykowo-włośniczkowej poprzez rekrutację kapilar płucnych (oceniane przez DM) i rozciąganie (wzrost VC przekraczający wzrost DM) przyczyniają się do zmian w wymianie gazowej w płucach związanych z wysiłkiem. Jednak według naszej wiedzy metoda DL,CO/NO z jednego oddechu została zwalidowana w odniesieniu do Koncepcja równowagi statycznej; równanie mF<sub>I,O<sub>2</sub></sub>. jedynie w warunkach spoczynkowych w pozycji pionowej11. Obie metody stosowano podczas wysiłku w kilku poprzednich badaniach, wykazując podobne zmiany fizjologiczne DM i VC u zdrowych młodych osób3,24. Możliwa jest jednak różna liczba manewrów w zależności od metody: Koncepcja równowagi statycznej; równanie mF<sub>I,O<sub>2</sub></sub>. pozwala na maksymalnie sześć, a DL,CO/NO do 12 manewrów w jednej sesji12. Wynika to z faktu, że mimo zastosowania tej samej frakcji CO (~0,30), krótszy czas wstrzymania oddechu (5 s vs 10 s) w metodzie DL,CO/NO skutkuje mniejszą akumulacją CO we krwi, a w konsekwencji mniejszym ciśnieniem wstecznym CO14. Dodatkowo można przeprowadzić do 22 manewrów DL,CO/NO bez wpływu na DL,NO, ponieważ poziomy endogennego NO w powietrzu wydychanym, mieszczące się w zakresie od 11 do 66 ppb, są 1000 razy niższe od pomiarów NO, które znajdują się w zakresie ppm14. Zatem, biorąc pod uwagę, że Koncepcja równowagi statycznej; równanie mF<sub>I,O<sub>2</sub></sub>. wykorzystuje 10 s DL,CO, a do oceny powtarzalności przy każdym Koncepcja równowagi statycznej; równanie mF<sub>I,O<sub>2</sub></sub>. wymagane są co najmniej dwa manewry, co odpowiada minimum czterem manewrom przy każdej intensywności wysiłku w przypadku zastosowania podwójnej terminacji, może to być niewykonalne podczas wysiłku. W związku z tym poprzednie metody oparte na Koncepcja równowagi statycznej; równanie mF<sub>I,O<sub>2</sub></sub>. wykorzystywały pojedynczy manewr przy każdym Symbol FiO2 reprezentujący frakcję tlenu wdechowego w analizie fizjologii oddychania., co skutkowało minimum trzema manewrami przy każdej intensywności wysiłku32, z istotną wadą w postaci braku możliwości oceny stopnia powtarzalności manewrów. Niemniej jednak metoda DL,CO/NO wymaga tylko dwóch pomiarów, jeśli spełniają one kryteria powtarzalności i zostaną uznane za akceptowalne przy każdej intensywności wysiłku. Wykazano jednak, że Koncepcja równowagi statycznej; równanie mF<sub>I,O<sub>2</sub></sub>. zapewnia akceptowalną powtarzalność porównywalną do DL,CO/NO podczas wysiłku, nawet gdy czas wstrzymania oddechu w Koncepcja równowagi statycznej; równanie mF<sub>I,O<sub>2</sub></sub>. jest skrócony. W rezultacie podczas wysiłku o umiarkowanej intensywności ustaliliśmy wcześniej między-dniowy współczynnik zmienności (CV) od 2% do 6% dla różnych parametrów DL,CO/NO przy czasie wstrzymania oddechu wynoszącym ~ 6 s24, podczas gdy nieco wyższe wartości CV wynoszące odpowiednio 7%, 8% i 15% dla DL,CO, VC i DM zgłoszono przy użyciu Koncepcja równowagi statycznej; równanie mF<sub>I,O<sub>2</sub></sub>. przy podobnym czasie wstrzymania oddechu32.

W powiązaniu z tym, DL,CO mierzone w kontekście DL,CO/NO jest znane z tego, że jest konsekwentnie niższe niż powszechniej stosowane DL,CO oparte na 10 s bezdechu12, 33. Zgodnie z wcześniejszymi badaniami nie wynika to z różnicy w czasie bezdechu, ponieważ krótszy czas bezdechu zwiększyłby DL,CO34. Może to raczej wynikać z różnych innych czynników, w tym składu wdychanego gazu oraz odmiennej kinetyki CO w porównaniu z NO33. Po pierwsze, w badaniu DL,CO/NO stosuje się hel, podczas gdy w klasycznym badaniu DL,CO z 10 s bezdechu wykorzystuje się metan jako inertny gaz znacznikowy; ze względu na odmienne właściwości fizyczne gazy te wykazują różną dystrybucję i rozpuszczalność w płucach i tkankach. Może to skutkować niższą wartością VA przy zastosowaniu helu niż przy zastosowaniu metanu. Wreszcie, ze względu na reaktywność gazów testowych, rolę mogą odgrywać różnice w kinetyce NO i CO podczas wiązania się z hemoglobiną. Choć jest to hipoteza, obecność NO w DL,CO/NO może zatem wpływać na wiązanie CO z hemoglobiną33.

Szybkość dyfuzji CO przez błonę pęcherzykowo-włośniczkową zależy od wiązania CO z hemoglobiną we krwi i poza wykorzystaniem do obliczenia θCO, korekta wartości DL,CO względem poziomu hemoglobiny może być odpowiednia w zależności od konkretnego kontekstu35. Jest to powszechne w warunkach klinicznych, ale mniej istotne u zdrowych osób, u których wpływ na DL,CO jest często pomijalny. Takie korekty mogą być również stosowane przy ocenie DL,CO/NO podczas wysiłku, lecz są mniej istotne przy ocenie konkretnych zmian między spoczynkiem a wysiłkiem, gdzie (ostre) zmiany poziomu hemoglobiny mają drugorzędne znaczenie. W każdym razie powinny być one przeprowadzane z ostrożnością, ponieważ równania te zakładają stosunek 0,7 między DM a θ∙Vc dla CO35, co może nie być prawdziwe podczas wysiłku.

Ograniczenia metody
Zależny od intensywności wzrost DL,NO i DL,CO podczas wysiłku u zdrowych osób odzwierciedla rekrutację i rozszerzenie naczyń włosowatych płuc. Bezpośredni pomiar rezerwy pęcherzykowo-włośniczkowej jest prawdopodobnie możliwy do uzyskania jedynie przy intensywności podmaksymalnej, ponieważ podejście to nie byłoby praktycznie wykonalne ani w warunkach eksperymentalnych, ani klinicznych przy intensywności maksymalnej, gdzie może występować maksymalna rekrutacja i rozszerzenie naczyń. Pragmatycznym rozwiązaniem jest zatem wybór określonego (bezwzględnego lub względnego) obciążenia, które jest wystarczające do systematycznego wywołania rekrutacji i rozszerzenia naczyń włosowatych płuc, a jednocześnie wykonalne dla wszystkich uczestników. W niniejszym protokole intensywność oparto na % Wmax, ponieważ jest to łatwo przenoszalne do innych badań. Tradycyjnie wysiłek był prescribes w oparciu o % Równanie współczynnika rozszerzalności cieplnej, symbol α, w diagramie badań nad inżynierią materiałową.O2max lub HRmax, jednak wymaga to, aby wszyscy uczestnicy osiągnęli swój prawdziwy poziom maksymalny. W przeciwnym razie uczestnicy mogliby potencjalnie przeprowadzić pomiar przy różnych intensywnościach względnych36, co może stanowić szczególny problem i komplikować interpretację fizjologiczną w populacjach z ciężką dusznością wysiłkową, takich jak pacjenci z przewlekłymi chorobami płuc lub serca.

Należy zauważyć, że podczas pojedynczego manewru DL,CO/NO gazy testowe mogą nie dotrzeć do obszarów płuc o stosunkowo słabej wentylacji. Stanowi to niewielki problem u osób bez chorób płuc, jednak w przypadku znacznej niejednorodności wentylacji, w tym jawnego uwięzienia powietrza, rzeczywista wartość DL uczestnika może zostać przeszacowana, ponieważ pomiar odzwierciedla jedynie warunki w najlepiej wentylowanych obszarach płuc; efekt ten jest potęgowany przez krótsze bezdechy37. W zasadzie może to prowadzić do pozornie paradoksalnego zmniejszenia rezerwy pęcherzykowo-włośniczkowej, jeśli uczestnik z chorobą płuc zostanie poddany interwencji redukującej niejednorodność wentylacji.

Związany z wysiłkiem spadek DL,CO , który przy najwyższej intensywności (60% Wmax) jest większy niż spadek DL,NO w opisanym tutaj przypadku POChP, musi być interpretowany z ostrożnością, ponieważ nie jest on łatwy do wyjaśnienia z punktu widzenia fizjologicznego. Podobny wzorzec odnotowano u większości z 73 pacjentów z POChP, których dotychczas przebadaliśmy w naszej instytucji, zatem należy wziąć pod uwagę wkład samych ograniczeń metodycznych. Zatem, poza możliwością, że CO jest bardziej podatne na wpływ niejednorodności wentylacji opisanej powyżej niż NO, rolę może odgrywać również fakt, że NO reaguje z hemoglobiną niemal 300 razy szybciej i dyfunduje przez tkanki oraz osocze dwa razy szybciej niż CO31. W związku z tym, choć zarówno NO, jak i CO normalnie podlegają wymianie gazowej ograniczonej dyfuzyjnie, pobieranie CO może stać się ograniczone perfuzyjnie, gdy perfuzja w poszczególnych jednostkach płuc zmniejszy się ok. 100-krotnie31, co prowadzi do redukcji mierzonego DL,CO bez wpływu na DL,NO. Biorąc pod uwagę, że POChP wiąże się z destrukcją pęcherzyków płucnych i postępującą utratą naczyń włosowatych z towarzyszącym temu niejednorodnym rozkładem wentylacji i perfuzji w całych płucach39, jednostki płuc z 100-krotnym zmniejszeniem perfuzji nie są rzadkością40 i rzeczywiście reprezentują obszary, w których czas przejścia erytrocytów może ulec krytycznemu skróceniu, upośledzając pobieranie zarówno tlenu, jak i CO podczas wysiłku. Dodatkowym czynnikiem uzupełniającym, który może mieć znaczenie, jest nierównomierny rozkład erytrocytów w sieci naczyń włosowatych poszczególnych jednostek płucnych41, co może również mieć znacznie głębszy wpływ na DL,CO niż na DL,NO.

Można wyprowadzić DM oraz VC z DL, symbol CO/NO, równanie współczynnika dyfuzji gazów, badanie fizjologii układu oddechowego. pomiary12choć mimo to nie są one szeroko stosowane, ponieważ wprowadzają błędy systematyczne, gdyż ich wyprowadzenie wiąże się z przyjęciem kilku założeń i stałych empirycznych31Na przykład panujący konsensus naukowy przyjmuje współczynnik dyfuzyjności α wynoszący 1,97, co reprezentuje stosunek fizycznych rozpuszczalności NO i CO w tkance.42Kilka badań zakwestionowało tę wartość, a w niektórych zaproponowano wyższe wartości α, aby uzgodnić rozbieżności między różnymi metodami pomiarowymi. Propozycje te są jednak w przeważającej mierze odrzucane, ponieważ odbiegają one od fizycznego stosunku dyfuzyjności, co prowadzi do niespójnych wartości α.12Ponadto przyjmuje się, że $\theta_{\text{NO}}$ posiada skończoną wartość, choć historycznie uznawano ją za nieskończoną ze względu na szybkość reakcji z wolną hemoglobiną. Jednakże w toku szerokich dyskusji oraz w ramach ostatnich badań zakwestionowano to założenie, ustalając, że $\theta_{\text{NO}}$ jest skończona i wynosi 1,51 mlkrew/min/kPa/mmolCO zapewniając najlepszą aktualną szacunkową wartość, która dobrze pokrywa się z przewidywaniami teoretycznymi, a także z obszernymi in vitro i in vivo eksperymentowanie12Podobnie równania dla θCO opierają się na stałych empirycznych wyznaczonych przy pH 7,4, odrzucając wcześniejsze wartości oparte na mniej dokładnych i niefizjologicznych pomiarach pH.43. Jednakże, spośród różnych parametrów, jakie można uzyskać za pomocą tej metody, DL,NO w każdym razie opiera się na najmniejszej liczbie założeń i wydaje się zapewniać najbardziej powtarzalne oszacowania rezerwy pęcherzykowo-włośniczkowej24i w związku z tym pozostaje głównym, istotnym parametrem oceny w kontekście rezerwy pęcherzykowo-włośniczkowej.

Znaczenie i potencjalne zastosowania metody w konkretnych obszarach badawczych
Pomiary DL,CO/NO  mogą zapewnić kompleksowy opis wymiany gazowej w płucach podczas wysiłku. Metoda ta może być potencjalnie łatwiejsza do wdrożenia podczas wysiłku niż Koncepcja równowagi statycznej; równanie mF<sub>I,O<sub>2</sub></sub>. w badaniach klinicznych populacji z dusznością wysiłkową, takich jak pacjenci z niewydolnością serca i przewlekłą chorobą płuc, ze względu na krótsze wstrzymania oddechu i mniejszą liczbę wymaganych manewrów przy każdym obciążeniu. Ponadto pomiar DL,CO/NO dostarcza w szczególności wartości DL,NO , która prawdopodobnie stanowi najbardziej obiektywną ocenę rezerwy pęcherzykowo-włośniczkowej przy danej intensywności wysiłku, co czyni ją w wielu przypadkach odpowiednim punktem końcowym badania.

Oświadczenia

Sprzęt i oprogramowanie przedstawione w artykule nie są bezpłatne. Żaden z autorów nie jest powiązany z żadną firmą udzielającą licencji na oprogramowanie. Wszyscy autorzy deklarują brak sprzecznych interesów finansowych.

Podziękowania

Badanie otrzymało wsparcie finansowe od Fundacji Svenda Andersena. Centrum Badań nad Aktywnością Fizyczną jest wspierane przez TrygFonden Grants ID 101390, ID 20045 i ID 125132. JPH jest finansowany przez HelseFonden i Szpital Uniwersytecki w Kopenhadze, Rigshospitalet, natomiast HLH jest finansowany przez Fundację Becketta.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
HemoCue Hb 201+ HemoCue, Brø nshø j, DaniaNieznanyDo pomiarów hemoglobiny
Jaeger MasterScreen PFT pro (Sprzęt do czynności płuc)CareFusion, Hö chberg, NiemcyNieznanyDo pomiarów ustnika DLCO/NO
SpiroBac, Henrotech, Aartselaar, BelgiaNieznanyUżywany razem ze sprzętem do badania płuc. (martwa przestrzeń 56 ml, opór przepływu przy 12 L s− 1 0,9 cmH2O) 
Klips na nosIntraMedic, Gentofte, DaniaJAE-892895
PhenumotachIntraMedic, Gentofte, DaniaJAE-705048Używany razem ze sprzętem do pracy płuc
Oprogramowanie SentrySuiteVyaire's Medical GmbH, Leibnizstr. 7, D-97204 Hoechberg NiemcyNieznane
Gazy testoweIntraMedic, Gentofte, DaniaUnkownStężenia: 0,28% CO, 20,9% O2, 69,52% N2 i 9,3% He

Bibliografia

  1. Johnson Jr, R. L., Heigenhauser, G. J. F., Hsia, C. C., Jones, N. L., Wagner, P. D. Determinants of gas exchange and acid-base balance during exercise. Compr Physiol. , Suppl 29 515-584 (2011).
  2. Rampulla, C., Marconi, C., Beulcke, G., Amaducci, S. Correlations between lung-transfer factor, ventilation, and cardiac output during exercise. Respiration. 33 (6), 405-415 (1976).
  3. Tedjasaputra, V., Bouwsema, M. M., Stickland, M. K. Effect of aerobic fitness on capillary blood volume and diffusing membrane capacity responses to exercise. J Physiol. 594 (15), 4359-4370 (2016).
  4. Tamhane, R. M., Johnson, R. L., Hsia, C. C. W. Pulmonary membrane diffusing capacity and capillary blood volume measured during exercise from nitric oxide uptake. Chest. 120 (6), 1850-1856 (2001).
  5. Bohr, C. On the determination of gas diffusion through the lungs and its size during rest and work. Zentralblatt für Physiologie. 23 (12), 374-379 (1909).
  6. Krogh, A., Krogh, M. On the rate of diffusion of carbonic oxide into the lungs of man. Skandinavisches Archiv Für Physiologie. 23 (1), 236-247 (1910).
  7. Krogh, M. The diffusion of gases through the lungs of man. J Physiol. 49 (4), 271-300 (1915).
  8. Hsia, C. C., Herazo, L. F., Ramanathan, M., Johnson, R. L. Cardiopulmonary adaptations to pneumonectomy in dogs IV. Membrane diffusing capacity and capillary blood volume. J Appl Physiol. 77 (2), 998-1005 (1994).
  9. Behnia, M., Wheatley, C. M., Avolio, A., Johnson, B. D. Alveolar-capillary reserve during exercise in patients with chronic obstructive pulmonary disease. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. 12, 3115-3122 (2017).
  10. 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), 290-302 (1957).
  11. Borland, C., Higenbottam, T. A simultaneous single breath measurement of pulmonary diffusing capacity with nitric oxide and carbon monoxide. Eur Respir J. 2 (1), 56-63 (1989).
  12. Zavorsky, G. S., et al. Standardisation and application of the single-breath determination of nitric oxide uptake in the lung. Eur Respir J. 49 (2), 1600962(2017).
  13. Tedjasaputra, V., Van Diepen, S., Collins, S., Michaelchuk, W. M., Stickland, M. K. Assessment of pulmonary capillary blood volume, membrane diffusing capacity, and intrapulmonary arteriovenous anastomoses during exercise. J Vis Exp. (120), e54949(2017).
  14. Zavorsky, G. S. The rise in carboxyhemoglobin from repeated pulmonary diffusing capacity tests. Respir Physiol Neurobiol. 186 (1), 103-108 (2013).
  15. Graham, B. L., et al. ERS/ATS standards for single-breath carbon monoxide uptake in the lung. Eur Respir J. 49 (1), 1600016(2017).
  16. Hughes, J. M., Pride, N. B. Examination of the carbon monoxide diffusing capacity (DLCO) in relation to its KCO and VA components. Am J Respir Crit Care Med. 186 (2), 132-139 (2012).
  17. Balady, G. J., et al. Clinician's guide to cardiopulmonary exercise testing in adults: a scientific statement from the American heart association. Circulation. 122 (2), 191-225 (2010).
  18. Hanel, B., Clifford, P. S., Secher, N. H. Restricted postexercise pulmonary diffusion capacity does not impair maximal transport for O2. J Appl Physiol. 77 (5), 2408-2412 (1994).
  19. Sheel, A. W., Coutts, K. D., Potts, J. E., McKenzie, D. C. The time course of pulmonary diffusing capacity for carbon monoxide following short duration high intensity exercise. Respir Physiol. 111 (3), 271-281 (1998).
  20. Graham, B. L., et al. Standardization of spirometry 2019 update an official American Thoracic Society and European Respiratory Society technical statement. Am J Respir Crit Care Med. 200 (8), e70-e88 (2019).
  21. Glaab, T., Taube, C. Practical guide to cardiopulmonary exercise testing in adults. Respir Res. 23 (1), 9(2022).
  22. Munkholm, M., et al. Reference equations for pulmonary diffusing capacity of carbon monoxide and nitric oxide in adult Caucasians. Eur Respir J. 52 (1), 1500677(2018).
  23. Dressel, H., et al. Lung diffusing capacity for nitric oxide and carbon monoxide: dependence on breath-hold time. Chest. 133 (5), 1149-1154 (2008).
  24. Madsen, A. C., et al. Pulmonary diffusing capacity to nitric oxide and carbon monoxide during exercise and in the supine position: a test-retest reliability study. Exp Physiol. 108 (2), 307-317 (2023).
  25. Ross, B. A., et al. The supine position improves but does not normalize the blunted pulmonary capillary blood volume response to exercise in mild COPD. J Appl Physiol. 128 (4), 925-933 (2020).
  26. Zavorsky, G. S., Lands, L. C. Lung diffusion capacity for nitric oxide and carbon monoxide is impaired similarly following short-term graded exercise. Nitric Oxide. 12 (1), 31-38 (2005).
  27. Alves, M. M., Dressel, H., Radtke, T. Test-retest reliability of lung diffusing capacity for nitric oxide during light to moderate intensity cycling exercise. Respir Physiol Neurobiol. 304, 103940(2022).
  28. Jorgenson, C. C., Coffman, K. E., Johnson, B. D. Effects of intrathoracic pressure, inhalation time, and breath hold time on lung diffusing capacity. Respir Physiol Neurobiol. 258, 69-75 (2018).
  29. Zavorsky, G. S., Quiron, K. B., Massarelli, P. S., Lands, L. C. The relationship between single-breath diffusion capacity of the lung for nitric oxide and carbon monoxide during various exercise intensities. Chest. 125 (3), 1019-1027 (2004).
  30. Coffman, K. E., Boeker, M. G., Carlson, A. R., Johnson, B. D. Age-dependent effects of thoracic and capillary blood volume distribution on pulmonary artery pressure and lung diffusing capacity. Physiol Rep. 6 (17), e13834(2018).
  31. Borland, C. D. R., Hughes, J. M. B. Lung diffusing capacities (DL) for nitric oxide (NO) and carbon monoxide (CO): The evolving story. Compr Physiol. 11 (1), 1371(2021).
  32. Tedjasaputra, V., Van Diepen, S., Collins, S. É, Michaelchuk, W. M., Stickland, M. K. Assessment of pulmonary capillary blood volume, membrane diffusing capacity, and intrapulmonary arteriovenoua anastomoses during exercise. J. Vis. Exp. (120), e54949(2017).
  33. Thomas, A., et al. The single-breath diffusing capacity of CO and NO in healthy children of European descent. PLoS One. 12 (6), e0179097(2017).
  34. Blakemore, W. S., Forster, R. E., Morton, J. W., Ogilvie, C. M. A standardized breath holding technique for the clinical measurement of the diffusing capacity of the lung for carbon monoxide. J Clin Invest. 36 (1), 1-17 (1957).
  35. Cotes, J. E., et al. Iron-deficiency anaemia: its effect on transfer factor for the lung (diffusiong capacity) and ventilation and cardiac frequency during sub-maximal exercise. Clin Sci. 42 (3), 325-335 (1972).
  36. Mann, T., Lamberts, R. P., Lambert, M. I. Methods of prescribing relative exercise intensity: Physiological and practical considerations. Sports Med. 43 (7), 613-625 (2013).
  37. Forster, R. E. Exchange of gases between alveolar air and pulmonary capillary blood: pulmonary diffusing capacity. Physiol Rev. 37 (4), 391-452 (1957).
  38. Tedjasaputra, V., et al. Pulmonary capillary blood volume response to exercise is diminished in mild chronic obstructive pulmonary disease. Respir Med. 145, 57-65 (2018).
  39. Nymand, S. B., et al. Exercise adaptations in COPD: the pulmonary perspective. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 323 (6), L659-L666 (2022).
  40. Rodríguez-Roisin, R., et al. Ventilation-perfusion imbalance and chronic obstructive pulmonary disease staging severity. J Appl Physiol. 106 (6), 1902-1908 (2009).
  41. Hsia, C. C., Johnson, R. L. Jr, Shah, D. Red cell distribution and the recruitment of pulmonary diffusing capacity. J Appl Physiol. 86 (5), 1460-1467 (1999).
  42. Wilhelm, E., Battino, R., Wilcock, R. J. Low-pressure solubility of gases in liquid water. Chem Rev. 77 (2), 219-262 (1977).
  43. Forster, R. E. Diffusion of gases across the alveolar membrane. , American Physiological Society. Bethesda, MD, USA. (1987).

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Wymiana gazowarezerwa p cherzykowo w o niczkowadyfuzja tlenku w gladyfuzja tlenku azotucardiopulmonalny test wysi kowyprzewlek a choroba p ucergometr rowerowy
Pomiar podwójnej zdolności dyfuzyjnej płuc gazu podczas wysiłku fizycznego u ludzi metodą pojedynczego oddechu
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki Korzystania

Zasady

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.