Att bedöma lung diffusion och kärl svar på motion, beskriver vi flera inspirerade syrediffusion kapacitet teknik för att bestämma kapillär blodvolym och membranspridande förmåga, liksom upprörd saltlösning kontrast ekokardiografi att bedöma rekryteringen av intrapulmonell arteriovenösa anastomoser.
Motion är en belastning på lungkärlen. Med inkrementell övningen ska lung spridande kapacitet (DL CO) ökar för att möta den ökade efterfrågan syre; annars kan en diffusionsbegränsning inträffa. Ökningen i DL CO med motion beror på ökad volym kapillärblodet (Ve) och membran spridande kapacitet (Dm). Ve och Dm öka sekundärt till rekrytering och utvidgning av pulmonell kapillärerna, vilket ökar ytan för gasutbyte och minska pulmonell vaskulär resistans, och därigenom dämpa ökningen i artärtryck. Samtidigt kan rekryteringen av intrapulmonell arteriovenösa anastomoser (Ipava) under träning bidrar till gasutbyte funktion och / eller förhindra stora ökningar i lungartären tryck.
Vi beskriver två tekniker för att utvärdera lung diffusion och cirkulation vid vila och under träning. Den första tekniken använder flera fraInsatser av inandat syre (F I O 2) DL CO andetag håller att bestämma Vc och Dm vid vila och under träning. Dessutom är ekokardiografi med intravenös upprörd saltlösning kontrast används för att bedöma IPAVAs rekrytering.
Representativa data visade att DL CO, Ve och Dm ökade med träningsintensitet. Ekokardiografiska data visade ingen Ipava rekrytering i vila, medan kontrast bubblor sågs i den vänstra kammaren med motion, vilket tyder på ansträngningsutlöst Ipava rekrytering.
Utvärderingen av lungornas kapillära blodvolym, membranet diffunderande kapacitet och Ipava rekrytering med användning ekokardiografiska metoder är användbar för att karakterisera förmågan hos lungan kärlsystemet att anpassa sig till den stress som övning i hälsa samt i sjuka grupper, såsom de med pulmonell arteriell hypertoni och kronisk obstruktiv lungsjukdom.
Under träning, kan hjärtminutvolym öka upp till sex gånger högre än vilovärden 1. Med tanke på att lungorna är det enda organ för att ta emot 100% av hjärtminutvolym, presenterar motion en avsevärd belastning på lungsystemet. Med inkrementell övningen ska lungspridningsförmåga (DL CO) ökar för att möta den ökade efterfrågan syre 2. Från stillastående till topp motion, kan DL CO öka till upp till 150% av vilovärden utan att nå en övre gräns med avseende på hjärtminutvolym 3, 4, 5. Ökningen av diffuserande kapacitet uppstår som en följd av ökade membran diffuse kapacitet (Dm) och kapillär blodvolym (Ve), sekundärt till rekrytering och utvidgning av pulmonell kapillärerna 6.
Roughton och Forster (1957) utvecklade en teknik för att partitionera Dm och Vc 7 genom att modulera den fraktion av inandat syre (F I O 2) under en vanlig diffusion för kolmonoxid test (DL CO). Syre och kolmonoxid (CO) konkurrenskraftigt binder till heme platser på hemoglobin, till exempel att öka F I O 2 kommer att minska DL CO 8, 9. Genom att modulera F I O 2 under en standard DL CO manöver, kan detta förhållande utnyttjas för att mäta Vc och Dm 7. Vi har nyligen anpassat denna teknik för att kunna användas under träning 5. I likhet med tidigare arbete, har vi funnit att DL CO ökar kontinuerligt upp till topp motion sekundärt till ökningar i både Ve och Dm 5. Intressant nog har vi funnit att i uthållighets utbildade idrottare som har en större syreförbrukning och därmed ett ökat behov för att sprida kapacitet, Det finns en ökning i DL CO vid topp motion, sekundärt till en ökad Dm, och inte Vc, vilket tyder på en potentiell anpassning i lungmembran av idrottaren 5.
Ökningarna i Vc och Dm under träning uppnås genom en ökning av lungartärtryck, vilket resulterar i rekryteringen och buk lung kapillärer tidigare hypo-perfusion vid vila 4, 10. Detta resulterar i en ökning av tvärsnittsarean av det pulmonella kapillära nätverket, och därmed minska pulmonell vaskulär resistens och dämpning av ökningen av pulmonellt arteriellt tryck.
Studier som använder upprörd saltlösning kontrast ekokardiografi har visat tecken på intrapulmonell arteriovenösa anastomoser (Ipava) rekrytering under träning 11, 12, 13, 14. Betydelsen av Ipava rekrytering är ännu inte klart, och medan vissa studier tyder på att de kan bidra till gasutbyte nedskrivningar 12, 14 och kan användas för att lossa den högra kammaren 11, 12, ämnet är fortfarande kontroversiell 15, 16. Vidare, även om den exakta mekanismen för Ipava rekrytering inte är känd, har vi funnit att en ökning hjärtminutvolym, såväl som exogena dopamin, orsakar Ipava rekrytering i vila 17. En akut ökande lungartärtryck 18 eller dopaminblockad verkar inte signifikant påverka Ipava rekrytering under träning 11. Det finns spekulationer om att dessa större diameter Ipava fartyg kan hjälpa till att skydda pulmonell kapillärerna från de stora ökningarna i lungartärentrycket genom att minska pulmonell vaskulär resistens 12, 17, 19, 20, 21.
I kombination med utvärderingen av Ve och Dm, är upprörd saltlösning kontrast ekokardiografi ett värdefullt verktyg för att undersöka anpassningen av lungkretsloppet till stress av motion 22, 23.
Denna metod möjliggör en utvärdering av lungdiffusekapacitet och intrapulmonell arteriovenös anastomos rekrytering under träning.
Kritiska steg i protokollet
Även om DL CO andetag hold är relativt enkel i vila, håller andan under träning är en unik utmaning till ämnet, eftersom det är krånglig och ämnen har en hög strävan att andas under träning. Således, en god kvalitet bestämning av Ve och Dm förlitar sig på rapport och tydlig kommunikation mellan testaren och motivet. Testarens tekniska förmåga kan kvantifieras med variationen i den alveolära volymen (± 5% av tidigare prövningar) och en fläkt-hålltid (BHT) av 6,0 ± 0,3 s.
Ändringar och felsökning
Vid slutet av en Vc / Dm mätning bör testaren snabbt plotta tre DL CO manövrar för att frånTermine den bäst anpassade linjen av datapunkterna; DL CO mätt med 21% F I O 2 bör alltid vara större än den med 40%, vilket bör vara större än 60%. Om inte, är det rekommenderat att kontrollera om ventilen omkopplaren motsvarar rätt testa gas. På samma sätt, kontrollera att före andningsblåsor fylls med rätt F I O 2 gas motsvarande test gas (Figur 1B-1D). Försiktighet bör iakttas när man testar en deltagare som är en rökare, som förhöjda COHb nivåer kan underskatta DLCO.
För Ipava rekrytering bedömning är läget för ämnet avgörande för att säkerställa hög bildkvalitet förvärv. Det är möjligt att ersätta den upprättstående cykelergometer med en recumbent cykelergometer för att minimera rörelse av ämnet. Dock kommer tillbakalutad cykel motion framkalla en annan metabolisk respons för en given arbetshastighet, och därmed den graderade träningstestet bör varaupprepas på den liggande cykelergometer. Skanning av den övre bröstkorgen kan vara obekvämt att vissa kvinnor; i detta fall är en kvinnlig sonographer rekommenderas. Slutligen är den rekommenderade övningsprotokollet avsedd för en ung, frisk individ; följaktligen kan övningsprotokollet modifieras för en annan målpopulation.
Begränsningar av tekniken
De huvudsakliga begränsningar av flera F I O 2 DL CO teknik är förmågan att testaren och förmågan hos ämnet att följa kommandon och att behålla lugnet under andningen håll, som Valsalva eller Mullerian manövrar kommer att påverka mätningarna. För det andra, antalet andetag håller i en session bör begränsas till 12, på grund av en ökning av CO mottryck, vilket kan påverka Vc och Dm mätning 5, 30 och utgör en hälsorisk för ämnet. Beroende på forskningsdesign, m detay vara nödvändigt för att slutföra testningen över flera sessioner för att möjliggöra för avslut av CO och begränsa deltagare trötthet. Med god deltagare coachning och god teknisk förmåga, har vi fastställt en tillfredsställande variationskoefficient mellan försöken för DLCO, Ve och Dm vara 7%, 8% och 15%, respektive.
Den multipla F I O 2 DL CO teknik förutsätter att alveolära O 2 är densamma som den kapillära O 2, och därför bör försiktighet iakttas vid tolkning av data hos individer med känd gasutbyte njurfunktion.
Upprörd saltlösning kontrast ekokardiografisk avbildning begränsas av den tekniska förmågan hos sonographer och förmågan hos patienten att minimera bröstkorg rörelse under träningen. Det är också viktigt att tolken av bilderna vara bekant med skala för att ha dödat Ipava rekrytering enligt etablerade procedurer (figur 4 </strong>) 27. Betydelsen av en positiv saltlösning kontrast ekokardiografi under träning är fortfarande ett ämne för debatt 15, 16, och det finns någon diskussion om att en positiv upprörd saltlösning kontrast i den vänstra ventrikeln kan vara sekundära till kapillär dilatation, och inte Ipava rekrytering. Pågående arbete försöker att lösa problemet.
Betydelsen av tekniken med avseende på befintliga / alternativa metoder
Genom att utnyttja dessa fysiologiska tekniker, är det möjligt att bedöma lungkärlen under träning i en rad olika tillstånd, däribland hälsa, sjukdom och narkotikainsatser. Även om kvaliteten bygger med förmåga testare, dessa färdigheter är lätt och snabbt fått med ordentlig mentorskap och utbildning. Den multipla F I O 2 DL CO metod anses vara den "gyllene standarden" i measurement av Dm och Vc 31. Även om dessa åtgärder inte beräknas kliniskt, kan värdena användas för att bestämma mekanismerna för hypoxemi och träningsintolerans, att förutsäga behandlingsresultat, och att ytterligare karakterisera diagnos 31, 32. Likaså är upprörd saltlösning ekokardiografi teknik den mest använda metoden för att bestämma rekryteringen av IPAVAs.
Framtida tillämpningar eller riktningar efter att behärska denna teknik
Dessa tekniker är användbara för användning i ett intervall av experimentella betingelser och insatser. Vi visar dessa tekniker under träningen, men de kan lätt ändras för att mäta lungkärl svar under en infusion av läkemedel, såsom dobutamin eller dopamin, inotroperna kända för att öka hjärtminutvolym 17. Vidare är det möjligt att använda dessa tekniker i kliniska populationer, såsomsom i de med hjärtsvikt 34 eller kronisk obstruktiv lungsjukdom (KOL), i vilken den DL CO är lägre jämfört med åldersmatchade kontrollpersoner 35.
The authors have nothing to disclose.
Funding was provided by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada and The Heart and Stroke Foundation of Canada.
Metabolic Measurement System | SensorMedics Inc. | Encore 299 Vmax | |
Cycle Ergometer | Ergoline | Ergoselect II 1200 | |
60L Douglas Bags | Hans Rudolph | 6100 Series | |
Two-way T Valve | Hans Rudolph | 2700 Series | |
Hemoglobin Measurement System | HemoCue | Hb 201+ | |
22-gauge Intravenous Catheter | BD | Insyte-W | |
Ultrasound | Vivid Q | ECHOpac | |
Compressed gas 21% O2, 0.3% CO, 0.3% CH4, balance nitrogen | Praxair | ||
Compressed gas 40% O2, 0.3% CO, 0.3% CH4, balance nitrogen | Praxair | ||
Compressed gas 60% O2, 0.3% CO, 0.3% CH4, balance nitrogen | Praxair | ||
Nose-clip | Vacu-Med | snuffer #1008 |