Artigo de método

Medida da Capacidade de Difusão Pulmonar de Gases de Teste Duplo durante o Exercício em Humanos Usando o Método de Respiração Única

DOI:

10.3791/65871

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2 de fevereiro de 2024

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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

Neste artigo

Resumo

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

Este protocolo apresenta um método para avaliar a reserva alvéolo-capilar pulmonar medida pela medida combinada de respiração única da capacidade de difusão de monóxido de carbono (D, L,CO) e óxido nítrico (D, L,NO) durante o exercício. Pressupostos e recomendações para o uso da técnica durante o exercício formam a base deste artigo.

Resumo

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

A medida combinada de respiração única da capacidade de difusão de monóxido de carbono (D, L,CO) e óxido nítrico (D, L,NO) é uma técnica útil para medir a reserva alvéolo-capilar pulmonar em populações saudáveis e pacientes. A medida fornece uma estimativa da capacidade do participante de recrutar e distender capilares pulmonares. Recentemente, foi relatado que o método exibe uma alta confiabilidade teste-reteste em voluntários saudáveis durante exercícios de intensidade leve a moderada. Vale ressaltar que essa técnica permite até 12 manobras repetidas e requer apenas uma única respiração com um tempo de apneia relativamente curto, de 5 s. Dados representativos são fornecidos mostrando as mudanças graduais em DL,NO e DL,CO do repouso para o exercício em intensidades crescentes de até 60% da carga máxima. A mensuração da capacidade de difusão e a avaliação da reserva alvéolo-capilar são uma ferramenta útil para avaliar a capacidade de resposta do pulmão ao exercício tanto na população saudável quanto em populações de pacientes, como aqueles com doença pulmonar crônica.

Introdução

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

O exercício leva a um aumento considerável na demanda energética em comparação com o estado de repouso. O coração e os pulmões respondem aumentando o débito cardíaco e a ventilação, resultando em expansão do leito alvéolo-capilar, principalmente o recrutamento e distensão dos capilarespulmonares1. Isso garante uma troca gasosa pulmonar suficiente, que pode ser medida pelo aumento da capacidade de difusão pulmonar (D L)2,3,4. As primeiras tentativas de medir DL durante o exercício datam de mais de um século 5,6,7. A capacidade de aumentar DL a partir do estado de repouso é frequentemente referida como reserva alvéolo-capilar 8,9.

Experimentalmente, as contribuições relativas da capacidade de difusão da membrana alvéolo-capilar (DM) e do volume sanguíneo capilar pulmonar (VC) para a reserva alvéolo-capilar podem ser avaliadas por diferentes métodos, incluindo o clássico método das frações múltiplas inspiradas de oxigênio (figure-introduction-1)10. Uma técnica alternativa que pode ser útil nesse contexto é o método dos gases de teste duplo, no qual o DL para monóxido de carbono (CO) e óxido nítrico (NO) (DL,CO/NO) SÃO MEDIDOS SIMULTANEAMENTE11. Essa técnica foi desenvolvida na década de 1980 e aproveita o fato de que a taxa de reação do NO com a hemoglobina (Hb) é substancialmente maior que a do CO, de modo que a difusão pulmonar do CO depende mais da VC do que do NO. Assim, o principal sítio de resistência (~75%) à difusão do CO está localizado dentro da hemácia, enquanto a principal resistência (~60%) à difusão do NO está na membrana alvéolo-capilar e no plasma pulmonar12. A mensuração concomitante de D, L,CO e D, L,NO permite, assim, avaliar as contribuições relativas de D,M e V,C para D,L12, onde a variação de D, L,NO observada durante o exercício, reflete, assim, em grande parte, a expansão da membrana alvéolo-capilar. Uma vantagem adicional desse método na obtenção de medidas durante o exercício é que ele envolve um tempo de apneia relativamente curto (~5 s) e menos manobras em comparação com a técnica clássicafigure-introduction-2, onde múltiplas manobras repetidas com uma pausa respiratória padronizada de 10 s são realizadas em diferentes níveis de oxigênio. Embora figure-introduction-3 recentemente tenha sido aplicada com menor tempo de apneia e menos manobras a cada intensidade13. No entanto, figure-introduction-4 só permite um total de seis manobras DL,CO por sessão, enquanto até 12 manobras repetidasde D L,CO/NO podem ser realizadas sem qualquer efeito mensurável sobre as estimativas resultantes14. Essas são considerações importantes na obtenção de medidas durante o exercício, uma vez que tanto uma longa pausa respiratória quanto múltiplas manobras podem ser difíceis de realizar em intensidades muito altas ou em populações de pacientes que apresentam dispneia.

O presente trabalho fornece um protocolo detalhado, incluindo considerações teóricas e recomendações práticas sobre a mensuração do DL,CO/NO durante o exercício e sua utilização como índice da reserva alvéolo-capilar. Este método é facilmente aplicável no ambiente experimental e permite avaliar como a limitação à difusão nos pulmões pode afetar o consumo de oxigênio em diferentes populações.

Teoria e princípios de mensuração
O método D, L,CO/NO envolve uma única respiração de uma mistura gasosa com a suposição de que os gases se distribuem igualmente no espaço alveolar ventilado após a inalação. A mistura gasosa é constituída por vários gases, incluindo um gás traçador inerte. A diluição do gás traçador no espaço alveolar ventilado, a partir de sua fração no ar expiratório final, pode ser utilizada para calcular o volume alveolar (VA)15. A mistura gasosa também inclui o gás teste CO e NO, ambos diluídos no espaço alveolar ventilado e difundidos através da membrana alvéolo-capilar. Com base em suas frações alveolares, suas taxas individuais de desaparecimento (k), também denominadas constante difusora, do espaço alveolar podem ser calculadas. Por convenção, o DL para um gás de teste medido durante uma manobra de respiração única, é derivado pela seguinte equação16:

figure-introduction-5

onde FA0 é a fração alveolar do gás teste (CO ou NO) no início da pausa respiratória da manobra individual DL , enquanto FA é a fração alveolar do gás teste no final da pausa respiratória e tBH é o tempo de apneia. DL é mecanicamente equivalente à condutância do gás teste através da membrana alvéolo-capilar, através do plasma e do interior das hemácias até a hemoglobina. Depende, portanto, tanto da condutância da DM quanto da chamada condutância específica do sangue capilar pulmonar (θ), da qual esta última depende tanto da condutância do gás teste no sangue quanto de sua taxa de reação com a hemoglobina10. Dado que a recíproca da condutância é a resistência, a resistência total à transferência de um gás de ensaio depende das seguintes resistências na série10:

figure-introduction-6

Esses componentes podem ser distinguidos medindo-se simultaneamente o DL ao CO e NO, pois estes possuem valores θ diferentes, e seus respectivos valores deD L dependem, portanto, diferentemente do VC. A difusão pulmonar do CO depende mais fortemente da VC do que do NO, sendo o principal sítio de resistência (~75%) à difusão do CO localizado dentro da hemácia12. Em contraste, a principal resistência (~60%) à difusão do NO está na membrana alvéolo-capilar e no plasma pulmonar, porque a taxa de reação do NO com a hemoglobina é substancialmente maior do que a do CO. Assim, medindo simultaneamente DL,CO e DL,NO, mudanças em ambos DM e VC afetarão marcadamente o primeiro, enquanto este último dependerá muito menos de VC, permitindo assim uma avaliação integrativa dos fatores que determinam DL.

O reporte das métricas DL,CO/NO pode ser feito usando diferentes unidades. Assim, a European Respiratory Society (ERS) utiliza mmol/min/kPa, enquanto a American Thoracic Society (ATS) utiliza mL/min/mmHg. O fator de conversão entre as unidades é de 2,987 mmol/min/kPa = mL/min/mmHg.

Protocolo

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

O Comitê Científico de Ética para a Região da Capital da Dinamarca aprovou previamente a medida de DL,CO/NO em repouso, durante o exercício e na posição supina em voluntários saudáveis e pacientes com doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC) em nossa instituição (protocolos H-20052659, H-21021723 e H-21060230).

NOTA: Antes de DL,CO/NO ser medido durante o exercício, uma espirometria dinâmica e um teste de exercício cardiopulmonar (TECP) devem ser realizados. A espirometria dinâmica é utilizada para o controle de qualidade das manobras individuais de DL,CO/NO, enquanto o TCPE é utilizado para determinar a carga de trabalho na qual DL,CO/NO deve ser medido durante o exercício. Em pacientes com limitação ao fluxo aéreo, notadamente devido à doença pulmonar obstrutiva, pode ser vantajoso complementar a espirometria dinâmica com uma pletismografia de corpo inteiro para obter uma medida válida da capacidade vital. Recomenda-se um exame médico de saúde para descartar qualquer contraindicação conhecida antes de iniciar o TCPE17. É importante ressaltar que o TCPE deve ser realizado pelo menos 48 h antes da medida do DL,CO/NO obtido durante o exercício, pois o exercício vigoroso prévio pode afetar o DL por pelo menos 24 h18,19.

1. Espirometria dinâmica

NOTA: A espirometria dinâmica deve ser realizada de acordo com as diretrizes clínicas atuais da ERS e ATS20.

  1. Meça o peso (com uma aproximação de 100 g) e a altura (com uma aproximação de 1 mm).
  2. Peça ao participante que se sente em uma cadeira ereta.
  3. Realizar espirometria dinâmica durante manobra expirada forçada para identificar o volume expirado forçado em 1s (VEF1) e a capacidade vital forçada (CVF) do participante, conforme descrito anteriormente20.

2. Teste de exercício cardiopulmonar (TECP)

NOTA: O TECP deve ser realizado em alinhamento com as recomendações clínicasatuais21.

  1. Ajustar o cicloergômetro de acordo com a altura do participante e colocar um monitor de frequência cardíaca (FC) no tórax.
  2. Coloque o participante no cicloergômetro. Equipar o participante com uma máscara conectada a um sistema de medição metabólica, para medir a ventilação e as trocas gasosas pulmonares durante todo o teste.
  3. Instrua o participante a começar a pedalar em um ritmo auto-selecionado ≥60 rodadas por minuto (RPM) e realizar um período de aquecimento de 5 min em uma carga de trabalho submáxima com base no nível de atividade autorrelatado, condicionamento físico diário e estado da doença (por exemplo, 15-150 W).
  4. Aumente a carga de trabalho em 5-20 W a cada minuto até que o participante atinja a exaustão voluntária. Os incrementos devem ser baseados no nível de aptidão atual do participante, de modo que o teste deve terminar 8-12 min após o início da fase incremental.
  5. Instruir o participante a evitar outros exercícios vigorosos pelas próximas 48 h.

3. Calibração de equipamento de capacidade de difusão de respiração única

NOTA: É necessário calibrar sensores de fluxo e analisadores de gás para garantir que as medições sejam válidas e confiáveis. O procedimento exato é específico do fabricante e do dispositivo. O procedimento de calibração, incluindo o controle biológico, deve ser concluído em cada dia de estudo e, se menos de um dia de estudo for executado por semana, calibrações semanais adicionais devem ser realizadas. O arranjo experimental é mostrado na Figura 1.

  1. Abra o programa de software no computador e um período de aquecimento automático de 50 minutos será iniciado para garantir a temperatura suficiente do pneumotach.
  2. Certifique-se de que os recipientes com os gases de ensaio estão abertos (ver Figura 1D).
  3. Execute uma calibração de gás conectando primeiro a linha de amostragem do pneumotach ao plug-in da Unidade Analisadora MS-PFT denominado CAL (consulte a Figura 1B).
  4. Inicie a calibração de gás selecionando Calibração na página inicial (consulte a Figura 2A) e escolha Calibração de gás. Inicie a calibração pressionando Start ou F1 (veja a Figura 2B).
  5. Anexar a linha de recolha de amostras ao pneumotach quando a calibração do gás for cumprida e aceite.
  6. Efetue uma calibração de volume utilizando uma seringa válida de 3 L. Inicie a calibração de volume selecionando Calibração na página inicial (consulte a Figura 2A) e escolha Calibração de volume. Inicie a calibração pressionando F1 e siga as instruções fornecidas pelo software (veja a Figura 2C).
  7. Certifique-se de que a bolsa inspiratória esteja conectada à unidade analisadora MS-PFT (consulte a Figura 1C).
  8. Complete o procedimento de calibração realizando uma medição de controle biológico em repouso na posição sentada. Isso deve ser realizado por um não fumante saudável para garantir a confiabilidade do método. Se a variação semanal de DL,CO ou DL,NO do indivíduo varia mais de 1,6 e 6,5 mmol/min/kPa (5 e 20 mL/min/mmHg), respectivamente, a variação pode ser devida a erro da máquina e deve ser investigada mais afundo12,22.

4. Preparação do participante

  1. Calcular a carga de trabalho desejada a partir dos resultados anteriores do TCPE para a intensidade escolhida (% da carga máxima (Wmáx)) na qual o DL,CO/NO será medido.
  2. Pelo menos 48 h após o participante ter realizado o TECP, solicite ao participante que retorne ao laboratório para obter a medida do DL,CO/NO durante o exercício.
  3. Medir a altura (em cm com aproximação de mm), peso (em kg com aproximação de 100 g) e Hb do sangue capilar (em mmol/L com aproximação de 0,1 mmol/L) do doente.
  4. Na Página Inicial do programa, escolha Paciente > Novo paciente (Veja Figura 2A) e preencha os dados necessários: Identificação, Sobrenome, Nome, Data de Nascimento, Sexo, Altura e Peso do participante. Continue selecionando OK ou F1 (consulte a Figura 2D).

5. DL, CO/NO medição durante o repouso vertical

NOTA: AS MEDIÇÕESDE D L,CO/NO são realizadas de acordo com as recomendações clínicas atuais da força-tarefa da ERS12.

  1. Na página inicial, escolha Medição > difusão de membrana NO (consulte a Figura 2E).
  2. Inicie a reinicialização automática do software, para zerar o analisador de gases para todos os gases de teste e iniciar a mistura dos gases de teste no saco inspiratório conectado. Inicie a redefinição automática pressionando F1 (consulte a Figura 2F).
    1. A reinicialização automática leva de 140 a 210 s. Observe as instruções fornecidas pelo software para reconhecer quando iniciar a medição. É importante iniciar a medição imediatamente quando o software instruir o paciente a conectar.
  3. Coloque o participante em uma cadeira ereta equipada com um clipe nasal. Instruir o participante sobre como realizar a manobra conforme descrito abaixo.
    1. Peça ao participante que use o clipe nasal e inicie as respirações maréis normais através de um bocal conectado ao pneumotach. Para garantir um sistema fechado para as medidas, certifique-se de que os lábios do participante sejam mantidos fechados ao redor do bocal.
    2. Após três respirações normais, instruir o participante a realizar uma expiração máxima rápida para atingir o volume residual (VR).
    3. Quando o VR for atingido, instrua imediatamente o participante a realizar uma rápida inspiração máxima para a capacidade pulmonar total (CPT), visando um tempo inspiratório de < 4 s. Durante a inspiração máxima, uma válvula se abre, permitindo que o participante inale a mistura gasosa misturada com uma concentração conhecida de NO (800 ppm NO/N2) em uma bolsa inspiratória imediatamente antes da inalação.
    4. Peça ao participante que faça uma pausa respiratória de 5 (4-8) s no TLC. Durante a inspiração, um volume inspirado (VI) ≥90% da CVF (ou capacidade vital baseada em pletismografia) com um tempo de apneia de 4-8 s é alvo23 (Tabela 1).
    5. Após a pausa respiratória, instrua o participante a realizar uma expiração máxima forte e constante, sem interrupções.
    6. Após a expiração máxima, peça ao participante que solte o bocal e o clipe nasal. O software irá então calcular DL, NO e DL, CO sem qualquer comando.
  4. Utilizar incentivo verbal durante toda a manobra para garantir que o participante atinja VR e CPT. Avalie-se a aceitabilidade da manobra conforme Tabela 1.
  5. Realizar a manobra novamente após pelo menos 4 min de washout e até que duas manobras preencham os critérios de aceitabilidade (Tabela 1) ou até que um total de 12 manobras (veja abaixo) tenham sido realizadas na mesma sessão.
  6. O DL,NO e DL,CO são relatados de acordo com os critérios descritos na Tabela 2. Também recomendamos que o tempo de apneia, o volume inspirado e o volume alveolar sejam relatados. Além disso, o número de manobras aceitáveis e repetíveis deve ser relatado, e achados baseados em manobras que não preenchem os critérios de aceitabilidade ou repetibilidade devem ser interpretados com cautela.

6. DL, CO/NO medição durante o exercício

NOTA: Uma linha do tempo das medidas de DL,CO/NO durante o exercício é fornecida na Figura 3.

  1. Coloque o cicloergômetro a uma distância que permita ao participante respirar pelo bocal sem precisar alterar a posição de ciclismo. Aumentar a altura do equipamento para que as medições possam ser realizadas com uma posição de trabalho correta na bicicleta (ver Figura 2).
  2. Coloque o participante no cicloergômetro e coloque um monitor de FC no tórax. Instruir o participante a realizar cada manobra conforme descrito no passo 5.3.
  3. Instruir o participante a iniciar o ciclismo por 5 min em uma carga submáxima, como um aquecimento antes da medição.
  4. Aumente a carga de trabalho para a intensidade alvo e, simultaneamente, inicie a reposição automática do dispositivo premindo F1 (ver passo 5.2). A reinicialização automática leva de 140 a 210 s, o que é suficiente para garantir que o participante tenha atingido o estado estacionário.
  5. Quando o reset automático terminar, vire o bocal para o participante e realize uma manobra conforme descrito abaixo, enquanto o participante continua pedalando na intensidade alvo.
    1. Siga as etapas nas etapas 5.4 a 5.5. Avaliar os critérios de aceitabilidade e repetibilidade (Tabela 1) em cada carga de trabalho e relatar as medidas durante o repouso (ver passo 5.6 e Tabela 2).
  6. Após o término da manobra, remova o bocal e diminua a carga para 15-40 W. Realizar a fase de recuperação ativa por 2 min, após o que repita os passos 6.4 e 6.5. Os 2 min de recuperação ativa e os 140-210 s durante a reinicialização automática fornecem um período de washout suficiente de 4-5 min.

Resultados

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

O protocolo foi implementado em 2021 e, no momento em que este artigo foi escrito, um total de 124 medições durante o exercício (ou seja, 51 em voluntários saudáveis e 73 em pacientes com DPOC de várias gravidades) haviam sido realizadas. As manobras, bem como os dados sobre os critérios de aceitabilidade e repetibilidade preenchidos, e a taxa de falha estão todos apresentados na Tabela 3.

Cálculos
Como exemplo, cálculos de uma única manobra DL,CO/NO são fornecidos aqui com base nos dados da primeira manobra a 20% da Wmax no grupo saudável como um estudo de caso descrito abaixo. Com base nos valores medidos fornecidos na Tabela 4, calcula-se o seguinte:

figure-results-1
figure-results-2
(BTPS)

onde FI é a fração inspirada, VI é o volume inspirado e DD,inst e VD,anat são espaços mortos instrumentais e anatômicos, respectivamente.

figure-results-3

figure-results-4

figure-results-5

onde FI é a fração inspirada, PB é a pressão barométrica e PH2O é a pressão de vapor de água saturada, e onde figure-results-6

figure-results-7

figure-results-8

figure-results-9

Interpretação dos resultados de D, L,CO/NO obtidos durante o exercício
O desfecho primário de interesse é DL,NO, pois a mudança de DL,NO de repouso para uma carga de trabalho específica é interpretada para fornecer uma medida global de reserva alvéolo-capilar. Em indivíduos saudáveis, o DL,NO aumenta linearmente com o aumento da intensidade do exercício, o que é atribuído ao maior recrutamento de sangue para o leito capilar pulmonar, facilitado pela elevação do débito cardíaco12. Isso leva ao recrutamento capilar devido ao aumento do fluxo ou pressão sanguínea e recrutamento da área de superfície da membrana alvéolo-capilar, resultando em uma distribuição mais homogênea das hemácias e melhor alinhamento entre as superfícies teciduais e da membrana das hemácias12. Em contraste, DL,CO é considerado uma medida secundária nesse contexto, utilizada principalmente para deduzir se mudanças concomitantes na VC ocorrem. Para interpretação em nível individual, diferenças entre duas medidas maiores que o erro de medida são consideradas fisiológicas24, ou seja, 2,7 mmol/min/kPa para DL,NO e 1,6 mmol/min/kPa para DL,CO.

Estudos de caso
Uma mulher saudável de 25 anos de idade com figure-results-10um Ø2 máx de 2696 mL Ø2/min (47,3 mL Ø2/min/kg) realizou oito manobras de DL,CO/NO, iniciando com medidas durante o repouso ereto na posição sentada, seguidas de medidas durante o exercício em cicloergômetro (Wmáx = 208) com intensidade crescente até 60% da Wmáx (Tabela 5). Todas as manobras preencheram os critérios de aceitabilidade e repetibilidade.

Um homem de 68 anos com DPOC moderada (VEF1= 56% do previsto) com figure-results-11umP-O 2de 1852 mL Ø2/min (22,8 mLØ 2/min/kg) realizou oito manobras de DL,CO/NO, iniciando com medidas durante o repouso ereto na posição sentada, seguidas de medidas durante o exercício em cicloergômetro (Wmáx = 125 W) com intensidade crescente até 60% da Wmáx (Tabela 6). Todas as manobras preencheram os critérios de aceitabilidade e repetibilidade.

Os resultados relatados para cada carga de trabalho dos dois casos descritos acima são apresentados na Figura 4. Além disso, DL,NO e DL,CO em função do figure-results-12O2 (calculado a partir das medidas do ar expirado) é apresentado na Figura 5. No indivíduo saudável, um aumento quase linear no DL,NO é observado como esperado, com exceção de um platô de 20% a 40% do Wmax, enquanto um ligeiro aumento gradual no DL,CO ocorre em todas as cargas de trabalho. Isso sugere que a DM aumenta inicialmente com VC inalterada no início do exercício, refletindo uma redistribuição do fluxo sanguíneo pulmonar para recrutar capilares previamente não perfundidos, mas com um aumento gradual concomitante da VC em cargas de trabalho mais altas, mostrando que o recrutamento capilar e a distensão alternados funcionam juntos para otimizar as trocas gasosas pulmonares durante o exercício incremental. No caso da DPOC, o DE,NO aumenta na primeira carga de trabalho e, em seguida, platô para permanecer no mesmo nível durante as demais cargas, indicando que toda a reserva alvéolo-capilar já está atingida em 20% da Wmáx. Em geral, a extensão do recrutamento e da distensão capilar pulmonar, ou seja, a reserva alvéolo-capilar, é menor no caso da DPOC do que no indivíduo saudável.

figure-results-13
Figura 1: Visão geral da configuração do estudo. (A) Preparação do estudo para mensuração realizada durante o exercício. (B) Calibração de gás com uma linha de amostragem conectada ao plug-in da Unidade Analisadora MS-PFT denominado CAL. D) Recipientes contendo os gases de ensaio. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

figure-results-14
Figura 2: Guia do programa. (A) Na Página Inicial, selecione Calibração. (B) Selecione Calibração de gás. (C) Selecione Calibração de volume. (D) Selecionar Novo Paciente. (E) Selecione Novo paciente e preencha as informações solicitadas. (F) Selecione as medidas e escolha NO diff Membrane. (G) Inicie a reinicialização automática pressionando F1. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

figure-results-15
Figura 3: Linha do tempo de uma medição da capacidade de difusão durante o exercício. Criado usando BioRender. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

figure-results-16
Figura 4: Capacidade de difusão pulmonar. Comparação da capacidade de difusão pulmonar de monóxido de carbono (D, L,CO) e óxido nítrico (D, L,NO) durante o exercício incremental em função do % da carga máxima de trabalho (Wmáx) em um indivíduo saudável e um indivíduo com doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

figure-results-17
Figura 5: Capacidade de difusão pulmonar. Comparação da capacidade de difusão pulmonar de monóxido de carbono (D, L,CO) e óxido nítrico (D, L,NO) durante o exercício incremental em função do consumo de oxigênio (figure-results-18O2) em um indivíduo saudável e com doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Critérios de aceitabilidade
1.≥ 90% da CVF ou CV
OU ≥ 85% da CVF ou CV
E VA dentro de 200 ml do maior VA de outras manobras aceitáveis
OU ≥ 85% da CVF ou CV
E VA dentro de 5% do maior VA de outras manobras aceitáveis
2.Uma pausa estável de 4-8 segundos sem evidências de vazamentos ou manobras de Valsalva/Müller
Critérios de repetibilidade
Duas manobras aceitáveis com valores dentro de
< 5.8 mmol·min-1·kPa-1 para DL, NO
< 1 mmol·min-1·kPa-1 para DL,CO

Tcapaz 1: Critérios de aceitabilidade e repetibilidade. Abreviações: DL,CO: Capacidade de difusão pulmonar para monóxido de carbono, DL,NO: Capacidade de difusão pulmonar para óxido nítrico, CVF: Capacidade vital forçada, VA: Volume alveolar; VC: Capacidade vital.

Não. de manobras aceitáveisCritérios de repetibilidade cumpridosAção
≥2SimRelatar média DL,NO e média DL,CO de duas manobras aceitáveis e repetíveis
≥2NãoRelate os valores da manobra com o maior D, L,NO
1SimRelate os valores da manobra aceitável
1NãoRelate os valores da manobra aceitável
0SimRelatar média DL,NO e média DL,CO de todas as manobras repetíveis
0NãoFalha na medição

Table 2: Comunicação de dados. Abreviaturas: DL,CO: Capacidade de difusão pulmonar para monóxido de carbono, DL,NO: Capacidade de difusão pulmonar para óxido nítrico.

GrupoMedidas (n)Manobras pr. medição (mediana [IIQ])Preenchidos os critérios de aceitabilidade, n (%)Critérios de repetibilidade preenchidos, n (%)Falha na medida, n (%)
Saudável512 (2-2)50 (98)51 (100)0 (0)
DPOC leve243 (2-3)22 (92)22 (92)0 (0)
DPOC moderada392 (2-3)26 (67)32 (82)3 (8)
DPOC grave102 (2-3)1 (10)4 (40)6 (60)
Todo1242 (2-3)99 (80)109 (88)9 (7)

Tcapaz 3: Completou medições DL,CO/NO durante o exercício em nossa instituição entre julho de 2021 e dezembro de 2023. Abreviações: DPOC, doença pulmonar obstrutiva crônica.

Frações
FI,CO0.238
FI,NÃO48,75 x 10-6
FI,Ele0.08
FA,CO0.12
FA, NÃO6,18 x 10-6
FA,Ele0.0603
Volumes (BTPS)
VI (L)4.13
VD,anat (L)0.132
VD, inst (L)0.220
tBH (seg)5.65

Tcapaz 4: Teste medido e frações gasosas do traçador inerte em ar inspirado (FI) e alveolar (FA) durante uma manobra de respiração única. Abreviaturas: VI: volume inspirado; VD,anat: espaço morto anatômico; VD,inst: espaço morto do instrumento; tBH: tempo de apneia.

Ereto0.20.40.6
descansarde Wmaxde Wmaxde Wmax
Carga de trabalho (watt)04080125
Manobrar12121212
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
Tempo de apneia (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

Tcapaz 5: Dados de um indivíduo saudável. Abreviações: DL,NO: Capacidade de difusão pulmonar para óxido nítrico, DL,CO: Capacidade de difusão pulmonar para monóxido de carbono, VI: Volume inspirado, VA: Volume alveolar.

Ereto0.20.40.6
descansarde Wmaxde Wmaxde Wmax
Carga de trabalho (watt)0255075
Manobrar12121212
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
Tempo de apneia (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: Dados de um indivíduo com doença pulmonar obstrutiva crônica. Abreviações: DL,NO: Capacidade de difusão pulmonar para óxido nítrico, DL,CO: Capacidade de difusão pulmonar para monóxido de carbono, VI: Volume inspirado, VA: Volume alveolar.

Discussão

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

O protocolo fornece uma abordagem padronizada para a mensuração de D, L,CO/NO durante o exercício utilizando a técnica de respiração única com gás de teste duplo. Uma vez que as métricas de DL,CO/NO obtidas aumentam devido ao recrutamento e distensão capilar pulmonar, o método fornece uma medida fisiologicamente significativa da reserva alvéolo-capilar.

Etapas críticas do protocolo
O método requer uma expiração para o volume residual seguida de uma inspiração para a capacidade pulmonar total, na qual uma pausa respiratória de 5 s é realizada e terminada com uma expiração para VD. Esta é uma etapa crítica, pois pode ser complicada de executar durante o exercício e especialmente durante o exercício em altas intensidades. O aumento da intensidade do exercício pode levar a uma diminuição da VI, e se ela diminuir abaixo de 85% da capacidade vital, a manobra não é aceitável (ver Tabela 1). Assim, é importante que o instrutor do teste observe se o participante inspira o suficiente e confirma um tempo suficiente de apneia, de quatro a oito segundos, imediatamente após cada manobra12. Além disso, em alguns casos, pode ser difícil atingir critérios de repetibilidade; nesses casos, os dados da manobra com maior DL,NO são relatados, e recomendamos que seja explicitamente indicado em quantos casos isso foi necessário na apresentação dos dados. Em alguns casos, pode não ser possível obter medidas aceitáveis ou repetíveis durante o exercício, por exemplo, em estudos de pacientes com dispneia grave para que não consigam fazer uma pausa respiratória suficiente e/ou naqueles com hiperinsuflação dinâmica com concomitante diminuição da capacidade inspiratória durante o exercício. Nesses casos, pode ser mais adequado utilizar medidas de DL,CO/NO obtidas na posição supina, o que também leva ao recrutamento e distensão capilar pulmonar, embora menos pronunciada do que durante o exercício submáximo24,25.

Modificações e solução de problemas do método
É importante que uma medida de repouso sempre precede qualquer medida realizada durante o exercício, pois o DL,CO pode ser reduzido por até 6-20 h após exercício de alta intensidade realizado até a exaustão 18,19,26. Além disso, é importante registrar a FC e/ou outros índices de carga metabólica para garantir que as medidas obtidas em diferentes indivíduos tenham sido feitas em estado estacionário e em cargas metabólicas semelhantes.

O método pode não ser sensível para detectar pequenas alterações em DL,NO ou DL,CO, uma vez que a variabilidade teste-a-teste dentro da mesma sessão foi relatada em até 7%, dependendo da métrica específica12. Consequentemente, é importante escolher uma intensidade de exercício que seja suficiente para induzir um aumento maior do que o erro de medida, tendo em mente que o participante deve ser capaz de realizar pelo menos duas manobras aceitáveis na intensidade dada. Dentre os estudos anteriores que utilizaram o método de duplo teste de gases, várias intensidades de leve a moderada foram utilizadas. A maioria dos estudos utilizou uma intensidade relativa relacionada ao % do limiar ventilatório24,27, % da FC máxima prevista para a idade28 ou ao % da reserva máxima de oxigênio29, enquanto apenas um estudo aplicou uma intensidade absoluta a uma carga fixa de 80 W30. Ao longo dos estudos, essas cargas correspondem a intensidades relativas que variam de 20% a 86% do Wmáx 24,27,29. Para facilitar a comparação das medidas entre os estudos, recomenda-se implementar uma intensidade relativa, ou seja, % de Wmáx, % de FC máxima (FCmáx) ou % de Ó2máx (ou figure-discussion-1pico de figure-discussion-2O2), e relatar tanto Wmáx quanto a carga de trabalho na qual a medida foi obtida.

A importância do método em relação aos métodos existentes/alternativos
Quanto ao figure-discussion-3, DM e VC podem ser matematicamente derivados por DL,CO/NO12,31, e embora isso deva ser feito com cautela (ver "Limitações do método" abaixo), permite uma avaliação mecanicista mais direta de como expansão da área de superfície alvéolo-capilar através do recrutamento capilar pulmonar (avaliado por DM) e distensão (um aumento em VC que excede o de DM) contribuem para as alterações nas trocas gasosas pulmonares associadas ao exercício. No entanto, até onde sabemos, o método DL,CO/NO de respiração única só foi validado em figure-discussion-4 condições de repouso vertical11. Os dois métodos foram utilizados durante o exercício em vários estudos prévios e mostram alterações fisiológicas semelhantes em DM e VC em indivíduos jovens saudáveis 3,24. No entanto, um número diferente de manobras é possível com cada método, permitindo figure-discussion-5 no máximo seis e DL,CO/NO permitindo até 12 manobras na mesma sessão12. Isso ocorre porque, apesar de ter a mesma fração de CO (~0,30), o menor tempo de apneia (5 s vs. 10 s) de DL,CO/NO resulta em menor acúmulo de CO no sangue e, consequentemente, menor contrapressão de CO14. Além disso, manobras de até 22 DL,CO/NO podem ser realizadas sem impactar DL,NO, pois os níveis de NO exalado endógeno, variando entre 11 e 66 ppb, são 1000 vezes menores do que as medidas de NO, que estão na faixa de ppm14. Assim, como figure-discussion-6 se utiliza 10 s DL,CO, sendo necessárias pelo menos duas manobras para avaliar a repetibilidade em cada figure-discussion-7, correspondendo a um mínimo de quatro manobras em cada intensidade de exercício, quando uma dupla terminação é realizada, isso pode não ser viável durante o exercício. Assim, métodos prévios figure-discussion-8 utilizaram uma única manobra em cada figure-discussion-9, resultando em um mínimo de três manobras em cada intensidade de exercício32, com a notável desvantagem de não poder ser avaliado até que ponto as manobras são de fato repetíveis. Ainda assim, o método DL,CO/NO requer apenas duas medidas se elas preencherem os critérios de repetibilidade e forem consideradas aceitáveis a cada intensidade de exercício. No entanto, tem sido demonstrado que figure-discussion-10 fornece repetibilidade aceitável comparável à de DL,CO/NO durante o exercício, mesmo quando figure-discussion-11 o tempo de apneia é encurtado. Assim, durante o exercício moderado, encontramos previamente um coeficiente de variância (CV) entre os dias de 2% a 6% para as diferentes métricas de DL,CO/NO em tempo de apneia de ~ 6 s24, enquanto apenas CVs ligeiramente mais altos de 7%, 8% e 15% para DL,CO,V C e DM, respectivamente, foram relatados usando figure-discussion-12 em um tempo de apneia semelhante32.

Em uma nota relacionada, DL,CO medido no contexto de DL,CO/NO é conhecido por ser consistentemente menor do que o DL,CO mais amplamente utilizado com base em uma pausa de 10 s12,33. De acordo com estudos prévios, isso não se deve à diferença no tempo de apneia, pois um menor tempo de apneia aumentaria o DL,CO34. Em vez disso, pode decorrer de vários outros fatores, incluindo a composição do gás inalado e cinética de CO vs. NO díspares33. Em primeiro lugar, DL,CO/NO emprega hélio, enquanto o clássico 10 s DL,CO utiliza metano como gás traçador inerte; Devido às suas distintas propriedades físicas, esses gases exibem diferentes distribuições e solubilidades nos pulmões e tecidos. Isso pode resultar em um VA mais baixo com hélio do que com metano. Por último, a reactividade dos gases de ensaio significa que as diferenças na cinética do NO e do CO quando se ligam à hemoglobina podem desempenhar um papel. Apesar de especulativa, a presença de NO no DL,CO/NO pode, portanto, influenciar a ligação do CO à hemoglobina33.

A taxa de difusão do CO através da membrana alvéolo-capilar depende da ligação do CO à hemoglobina no sangue e, além de ser usada para calcular o θCO, a correção do valor de DL,CO, da hemoglobina, pode ser apropriada dependendo do contexto específico35. Isso é prevalente em um ambiente clínico, mas é menos crucial em indivíduos saudáveis, onde o impacto sobre DL,CO é muitas vezes desprezível. Tais correções também podem ser usadas para avaliar DL,CO/NO durante o exercício, mas são menos relevantes quando se avaliam mudanças específicas de repouso para exercício, onde as alterações (agudas) na hemoglobina são de menor importância. De qualquer forma, devem ser feitas com cautela, pois essas equações pressupõem uma razão de 0,7 entre DM e θ∙Vc para o CO35, uma presunção que pode não ser verdadeira durante o exercício.

Limitações do método
O aumento intensidade-dependente de DL,NO e DL,CO durante o exercício em indivíduos saudáveis reflete o recrutamento e a distensão capilar pulmonar. Uma medida direta da reserva alvéolo-capilar provavelmente só pode ser obtida em intensidade submáxima, pois a abordagem não seria praticamente viável nem no contexto experimental nem clínico em intensidade máxima, onde o recrutamento e a distensão máximos podem ser evidentes. A escolha pragmática é, portanto, direcionar uma carga de trabalho pré-especificada (absoluta ou relativa) suficiente para desencadear o recrutamento e a distensão capilar pulmonar de forma sistemática, além de ser viável para todos os participantes. No presente protocolo, a intensidade foi baseada em % do Wmáx por ser facilmente transferível para outros estudos. Tradicionalmente, o exercício tem sido prescrito de acordo com % de figure-discussion-13O2max ou FCmax, mas isso requer que todos os participantes atinjam seu verdadeiro máximo. Caso contrário, os participantes poderiam potencialmente realizar a medida em diferentes intensidades relativas36, o que pode particularmente representar um problema e complicar a interpretação fisiológica em populações com dispneia grave aos esforços, como pacientes com doença pulmonar ou cardíaca crônica.

Deve-se notar que, dentro da manobra individual de DL,CO/NO , os gases de teste podem não ser distribuídos para áreas pulmonares relativamente mal ventiladas. Isso representa um problema menor em indivíduos sem doença pulmonar, mas na presença de substancial não homogeneidade ventilatória, incluindo aprisionamento aéreo evidente, o verdadeiro DL do participante pode ser superestimado, pois a medida reflete apenas as condições nas regiões mais bem ventiladas dos pulmões, efeito que é acentuado por uma menor tempo de pausa respiratória37. Em princípio, isso pode levar a uma redução aparentemente paradoxal da reserva alvéolo-capilar se um participante com doença pulmonar for exposto a uma intervenção que reduza a não homogeneidade da ventilação.

A diminuição associada ao exercício do DL,CO que excede a do DL,NO na maior intensidade (60% do Wmax) no caso de DPOC aqui relatado deve ser interpretada com cautela, pois não é facilmente interpretada do ponto de vista fisiológico. Um padrão semelhante foi observado na maioria dos 73 pacientes com DPOC que estudamos em nossa instituição até o momento, e a contribuição de limitações meramente metódicas deve ser considerada. Assim, além do CO possivelmente ser mais suscetível que o NO à não homogeneidade da ventilação de impacto descrita acima, o fato de que esse NO reage quase 300 vezes mais rápido com a hemoglobina e também se difunde através dos tecidos e plasma duas vezes mais rápido que o CO também pode desempenhar um papel31. Assim, enquanto tanto o NO quanto o CO normalmente sofrem trocas gasosas limitadas por difusão, a captação de CO pode se tornar limitada quando a perfusão em unidades pulmonares individuais diminui ~100 vezes31, levando a uma redução do DL,CO medido sem afetar DL,NO. Como a DPOC está associada à destruição alveolar e à perda progressiva de capilares com distribuição concomitantemente não homogênea ventilação-perfusão pelos pulmões39, unidades pulmonares com redução de 100 vezes na perfusão não são incomuns40 e representam, de fato, áreas nas quais o tempo de trânsito das hemácias pode se tornar criticamente reduzido para prejudicar tanto a captação de oxigênio quanto de CO durante o exercício. Um fator complementar adicional que pode estar em jogo é uma distribuição desigual das hemácias dentro da rede capilar das unidades pulmonares individuais41, que também pode ter um efeito muito mais profundo sobre DL,CO do que sobre DL,NO.

É possível derivar DM e VC a partir de figure-discussion-14 medidas12, mas ainda assim não amplamente utilizadas, pois erros sistemáticos são introduzidos, pois sua derivação envolve vários pressupostos e constantes empíricas31. Por exemplo, o consenso científico predominante reconhece a razão de difusividade α como 1,97, representando a razão das solubilidades físicas de NO e CO no tecido42. Vários estudos têm contestado esse valor, com alguns propondo valores de α mais altos para conciliar discrepâncias entre diferentes métodos de medição. No entanto, essas proposições são predominantemente descartadas por se desviarem da razão de difusividade física, levando a valores α inconsistentes12. Além disso, assume-se que o θNO tem um valor finito, mas foi historicamente presumido infinito devido à sua rápida taxa de reação com hemoglobina livre. No entanto, debates abrangentes e estudos recentes têm contestado essa suposição, estabelecendo o θNO como finito, com 1,51 mLde sangue/min/kPa/mmolde CO fornecendo a melhor estimativa atual, pois se alinha bem às previsões teóricas, bem como à extensa experimentação in vitro e in vivo 12. Da mesma forma, as equações para θCO são baseadas em constantes empíricas obtidas em pH 7,4, rejeitando valores anteriores que se baseavam em medidas de pH menos precisas e não fisiológicas43. No entanto, das diferentes métricas que podem ser obtidas por esse método, o DL,NO é, de qualquer forma, baseado em menor número de suposições e parece fornecer as estimativas mais reprodutíveis da reserva alvéolo-capilar24, sendo, portanto, a principal medida de desfecho de interesse no contexto da reserva alvéolo-capilar.

Importância e potencial de aplicação do método em áreas específicas de pesquisa
As medidas de DL,CO/NO podem fornecer uma explicação abrangente das trocas gasosas pulmonares durante o exercício. O método pode ser potencialmente mais fácil de implementar durante o exercício do que figure-discussion-15 em estudos clínicos em populações com dispneia de esforço, como pacientes com insuficiência cardíaca e doença pulmonar crônica, devido às pausas respiratórias mais curtas e menos manobras necessárias a cada carga de trabalho. Além disso, DL,CO/NO fornece especificamente DL,NO que provavelmente fornece a estimativa mais imparcial da reserva alvéolo-capilar em uma dada intensidade de exercício, tornando-a uma medida de desfecho adequada em muitos casos.

Divulgações

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Os equipamentos e softwares apresentados no artigo não são gratuitos. Nenhum dos autores está associado a qualquer empresa que forneça a licença para o software. Todos os autores declaram não haver interesses financeiros concorrentes.

Agradecimentos

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O estudo recebeu apoio financeiro da Fundação Svend Andersen. O Centro de Pesquisa de Atividade Física é apoiado pelo TrygFonden Grants ID 101390, ID 20045 e ID 125132. O JPH é financiado pelo HelseFonden e pelo Hospital Universitário de Copenhague, Rigshospitalet, enquanto o HLH é financiado pela Fundação Beckett.

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
HemoCue Hb 201+ HemoCue, Brø nshø j, DinamarcaUnkownPara medições de hemoglobina
Jaeger MasterScreen PFT pro (Equipamento de Função Pulmonar)CareFusion, H & ouml; chberg, AlemanhaDesconhecidoPara medições de DLCO/NO
BocalSpiroBac, Henrotech, Aartselaar, BélgicaDesconhecidoUsado em conjunto com o Equipamento de Função Pulmonar. (espaço morto 56 ml, resistência ao fluxo a 12 L s− 1 0,9 cmH2O) 
Clipe nasalIntraMedic, Gentofte, DinamarcaJAE-892895
PhenumotachIntraMedic, Gentofte, DinamarcaJAE-705048Usado em conjunto com o equipamento de função pulmonar
Solução de software SentrySuiteVyaire's Medical GmbH, Leibnizstr. 7, D-97204 Hoechberg Alemanhadesconhecido
Gases de testeIntraMedic, Gentofte, DinamarcaDesconhecidoConcentrações: 0,28% CO, 20,9% O2, 69,52% N2 e 9,3% He

Referências

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