Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Medicine

Kombinere volumetriske Capnography og barometer Plethysmography for at måle lunge struktur-funktion relationer

doi: 10.3791/58238 Published: January 8, 2019

Summary

Her beskriver vi to foranstaltninger af pulmonal funktion – Barometrisk plethysmography, som giver mulighed for måling af lunge volumen, og volumetriske capnography, et redskab til at måle det anatomisk døde rum og airways ensartethed. Disse teknikker kan bruges uafhængigt eller kombineret for at vurdere airways funktion på forskellige lunge diskenheder.

Abstract

Værktøjer til at måle lunger og luftveje volumen er kritiske for pulmonal forskere interesseret i evaluering af virkningen af sygdom eller roman behandlinger på lungerne. Barometrisk plethysmography er en klassisk teknik til at evaluere lunge-volumen med en lang historie af klinisk brug. Volumetrisk capnography udnytter profil udåndede kuldioxid til at bestemme omfanget af de strømførende airways, eller dead space, og indeholder et indeks over airways homogenitet. Disse teknikker kan bruges uafhængigt eller i kombination til at evaluere afhængighed af airways volumen og homogenitet lunge volumen. Denne hvidbog indeholder detaljerede tekniske instruktioner til at replikere disse teknikker og vores repræsentative data viser, at luftvejene volumen og homogenitet stærkt korreleret til lunge volumen. Vi tilbyder også en makro for analysen af capnographic data, som kan blive ændret eller tilpasset forskellige eksperimentelle design. Fordelen ved disse foranstaltninger er at deres fordele og begrænsninger er støttet af årtier af forsøgsdata, og de kan gøres gentagne gange i det samme emne uden dyre imaging udstyr eller teknisk avanceret analyse algoritmer. Disse metoder kan være særligt nyttigt for efterforskerne interesseret i perturbationer at ændrer både de funktionelle resterende kapacitet i lungerne og luftvejene volumen.

Introduction

Gas udvaskning teknikker har været anvendt i årtier for at give vigtige oplysninger om struktur og ensartethed af luftvejs tree. Lungerne er klassisk beskrevet som havende to rum – en strømførende zone, der består af det anatomiske døde rum og den respiratoriske zone hvor luftskiftet sker i alveolerne. De strømførende airways er betegnes som "dead space" fordi de ikke deltager i udvekslingen af ilt og kuldioxid. I metoden enkelt åndedrag gas udvaskning kan koncentration profil af en udåndede gas bruges til at bestemme omfanget af det anatomiske døde rum og at udlede oplysninger om ensartethed af ventilation. Nogle metoder er afhængige af åndedræt af inaktive gasser til at gøre disse foranstaltninger (N2, argon, han, SF6, osv.). Brug af inert gas er veletablerede, understøttet af videnskabelig konsensus udtalelser1, og der er udstyr til rådighed kommercielle med brugervenlige grænseflader. Profilen udåndede kuldioxid (CO2) kan dog bruges til at udlede tilsvarende oplysninger. Evaluere profil af CO2 som en funktion af udåndede volumen eller volumetrisk capnography, kræver ikke deltager at indånde særlige gasblandinger og tillader investigator at indhente yderligere oplysninger fleksibelt om metabolisme og gas udveksle med minimal justering af teknikken.

Under en kontrolleret udånding, kan koncentrationen af CO2 afbildes mod den samlede udåndede volumen. I begyndelsen af en udånding, er den døde rum fyldt med atmosfærisk gas. Dette afspejles i fase I af den udåndede CO2 profile hvor der er et målbart mængde CO2 (figur 1, top). Fase II markerer overgangen til den alveolære gas, hvor luftskiftet opstår og CO2 er rigelige. Volumen ved midtpunktet af fase II er volumenet af det anatomiske døde rum (VD). Fase III indeholder alveolær gas. Fordi airways med forskellige diametre Tom til forskellige priser, hældning (S) i fase III indeholder oplysninger om airways ensartethed. En stejlere hældning af fase III foreslår en mindre ensartet luftvejs tree proksimalt for terminal bronchioles, eller konvektion-afhængige uensartethed2. I de tilfælde, hvor en undertrykkelse af netbårne kan ændre hastigheden af CO2 produktion, og at foretage sammenligninger mellem individer, kan hældningen divideret med arealet under kurven til at normalisere for forskelle i stofskiftet (NS eller normaliseret hældning). Volumetrisk capnography tidligere er blevet brugt til at vurdere ændringer i luftvejene volumen og ensartethed følgende luft forurenende eksponering3,4,5,6.

Gastransport i lungerne er underlagt både konvektion og diffusion. Enkelt åndedrag udvaskning foranstaltninger er stærkt afhængige af luft flow og den målte værdi af VD sker ved konvektion diffusion grænse. Strømningshastigheden af udånding eller foregående indånding ændres placeringen af denne grænse7. Capnography er også meget afhængig af mængden af lungen umiddelbart forud for manøvren. Større lunge diskenheder svulme op luftvejene, resulterer i større værdier af VD8. En løsning er at konsekvent at måling på den samme lunge volumen – normalt funktionelle resterende kapacitet (FRC). En alternativ, beskrevet her, er at par volumetriske capnography med Barometrisk plethysmography, for at få forholdet mellem VD og lunge volumen. Deltageren derefter udfører manøvren på konstant strømningshastigheder, mens varierende lunge-volumen. Dette tillader stadig klassiske capnographic foranstaltninger ved FRC, men også for forholdet mellem lunge volumen og døde plads volumen og mellem lunge volumen og ensartethed at være afledt. Faktisk kommer merværdi kobling capnography med plethysmography fra evnen til at teste hypoteser om distensibility af træet airways og struktur-funktion relationer i lungerne. Dette kan være et værdifuldt redskab for efterforskere har til formål at kvantificere airways mekanik versus lunge overholdelse og elastance indflydelse på pulmonal funktion i raske og syge befolkninger9,10,11 . Desuden tegner sig for den absolutte lunge volumen hvor volumetriske capnographic målinger der foretages giver mulighed for efterforskerne at karakterisere effekten af forhold, der kan ændre tilstanden inflation af lungerne, som fedme, lunge transplantation eller interventioner som brystet væg omsnøringsbånd. Volumetrisk capnography kan i sidste ende har kliniske anvendelighed i intensiv pleje indstilling12,13.

Protocol

Denne protokol er tidligere godkendt af og følger retningslinjerne ved University of Iowa institutionelle Review Board. Vises data blev indsamlet som en del af et projekt, der er godkendt af den institutionelle Review Board på University of Iowa. Deltagerne gav informeret samtykke og undersøgelserne blev udført i overensstemmelse med Helsinki-erklæringen.

1. udstyr

  1. Tjek er tabellen udstyr til at kontrollere, at alle nødvendige udstyr tilgængelige. Dobbelttjekke konfigurationen ved hjælp af den grafiske skildring af udstyr i figur 2.

2. plethysmography

Bemærk: Barometrisk plethysmography er et velbeskrevet klinisk værktøj og udføres ved hjælp af kommercielle udstyr efter konsensus-opgørelser på standardisering lunge volumen målinger14,15. Når det er nødvendigt, skal lunge strømme og diskenheder sammenlignes med forudsagte værdier fra NHANES datasæt og Goldman og Becklake16 , der indgår i plethysmograph software.

  1. Udfør kalibrering af plethysmograph dagligt og forud for enhver eksperimenter.
    1. Måle temperatur, barometertryk og relativ fugtighed ved hjælp af en standard barometer før kalibreringen og angive disse værdier ind i plethysmograph software som korrektionsfaktorer.
    2. Kalibrere flowsensoren ved hjælp af en kalibreret 3 L sprøjte på varierende strømningshastigheder. Kalibrere kasse trykket ved hjælp af en præcis 50 mL pumpe. Boks Tryktransducere bør kontrolleres månedligt og re kalibreret efter behov pr fabrikantens anbefaling.
  2. Umiddelbart inden måling, placere deltager i hele kroppen plethysmograph og lukke døren. Foretage målinger efter 30-60 s, som giver mulighed for termisk ækvilibrering.
    1. Pålægge Deltageren placerer deres mund på mundstykket, sat på næsen klip og placere deres hænder på deres kinder. Forebyggelse af "pustende" af kinderne under manøvren minimerer ændringer i lydstyrken, som følge af ændring af munden lydstyrke.
    2. Instruere deltager at trække vejret normalt, så mindst fire tidevandsenergi indåndinger for at være erhvervet og funktionelle resterende kapacitet (FRC) skal fastsættes.
    3. For enden af en normal udånding (FRC) lukke lukkeren. Coach deltager til pant let på 0,5-1 vejrtrækninger/s for 3-4 s. vurdere forholdet mellem mund pres og plethysmograph pres for at sikre, at det er en serie af overlappende, lige linjer uden termisk drift.
    4. Åbn lukkeren og give deltageren til at tage en normal ånde. Coach deltager at udånder til residualvolumen (RV), efterfulgt af en maksimal inspiratory manøvre til total lungekapacitet. Gentag mindst tre gange indtil FRC værdier, der er enig i 5% er opnået

3. volumetriske Capnography

Bemærk: Trin 3.1 – 3.4 er udført før ankomsten af forskning emnet.

  1. Før du fortsætter, løse variabler i tabel 1 og ændre hvis det er nødvendigt. Det er vigtigt, at disse variabler er justeret i designfasen undersøgelse og derefter holdt konstant for varigheden af undersøgelsen.
    1. Før du begynder en ny forsøgsplan, passe til nøjagtigt for at måle tidsforsinkelse mellem gas analysator, som måler CO2 koncentration, og pneumotach, som måler strømmen. Dette giver mulighed for CO2 og flow signaler skal justeres.
    2. Måle tidsforsinkelse eksperimentelt med en strøm af 5% CO2. Tillægge en stophane, efterfulgt af mundstykket gas linje.
    3. Åbne hanen, at indføre gas med en hastighed på 10 L/min. Bestem den gennemsnitlige tid forsinkelse mellem svar af pneumotach og gas analysator over 10 forsøg og indgå i makroen.
    4. Vedligeholde forsinkelse tidsvejning ved at opretholde analyzer samplingfrekvens. Forsinkelsen er stærkt afhængige af gas analysator samplefrekvensen og det er afgørende, at det forbliver konstant gennem forsøget og mellem deltagerne.
  2. Definere tre "kanaler" til indsamling af strømmen, udåndede CO2 (%) og volumen. Flow og udåndede CO2 (%) er analoge indgange og volumen er integralet af flow.
    1. Bekræfte, at flow og CO2 (%) er målt direkte fra pneumotach og gas analysator og at volumen beregnes som integralet af flow. Figur 3 viser, at disse er opsamles i kanaler 1,2 og 6.
  3. Kalibrere gas analysator før hver brug. Omfatte O2 sensor, hvis dette skal måles.
    1. Nul analyzer med en inaktiv gas. 100% kalibrering grade (< 0,01% forurenende) N2 eller han kan anvendes, selv om helium foretrækkes, fordi kvælstof kan være forurenet med spormængder af ilt. Tørring røret anbringes i en taske eller oprette forbindelse til et blandingskammer. Flugter posen eller kammer med inaktiv gas med en hastighed på mindst 10 L/min. pleje bør tages ikke at presse systemet, da dette kan påvirke kalibreringen.
    2. Oversvømmelse taske eller kammer med inaktiv gas at fortrænge O2 og CO2. Når de viste koncentrationer af CO2 og O2 stabilisere, justere de nul drejeknapper indtil de begge læse nul.
    3. Gentag med 6% CO2 og room air (20,93% O2) som kalibreringsgasser. Når koncentrationen af den ønskede gas stabiliserer, justere den span knop for at matche koncentrationen af kalibreringsgassen.
    4. Recheck inaktiv gas og kalibreringsgasser og justere nul og span indtil begge er nøjagtig ±0.1%.
  4. Kalibrere den opvarmede pneumotach ifølge producentens anvisninger.
    1. Kort, tillade pneumotach at varme til 37 ° C i mindst 20 min. inden undersøgelsen.
    2. Vælg rullemenuen af flow-kanal (kanal 1) og vælg menupunktet spirometeret Klik på nul til nul for pneumotach. Afslut ved at vælge Okay.
    3. Direkte forbinde en 3L sprøjte til pneumotach ved hjælp af en flow hoved adapter. Fremhæve kalibrering ånde. Igen, skal du vælge rullemenuen for flow-kanal. Vælg spirometeret flow | Kalibrer, skrive i 3 L, og vælg Okay"\.
    4. Kontrollere kalibreringen ved at indsprøjte 3L i pneumotach på varierende strømningshastigheder (0-4 L/s, 4-8 L/s, og 8-12 L/s). Forskellen fra 3 L bør være mindre end 5%.
  5. Indsamle manøvre, at sikre at to sekventielle vejrtrækninger er indsamlet og at de er lavet på den samme strømningshastighed.
    1. Coach emne til at udføre en enkelt manøvre bestående af to par vejrtrækninger – en coaching ånde og et pust til analyse. Dette er vist grafisk i figur 1 (nederst).
    2. Under manøvren, coach deltagere til at følge strømmen guide på computerskærmen. Investigator kan coache emnet ved angivelse af "inhalere nu" eller "udånder nu".
    3. Udføre manøvren, så der er to par af disse vejrtrækninger i en enkelt manøvre. Den første udånding af manøvren er 3 s og andet er 5 s. Overvej at tilføje en modstand linje med talerør for at lette udåndede flow kontrol. En modstand med 5 cm H2O/Larsen modstand er generelt veltolereret.
      Bemærk: Det er vigtigt, at hvis en modstand der bruges, det anvendes i hele undersøgelsen og for hver deltager fordi det øger mund og luftvejs tryk, som kan ændre luftvejene diameter. Det er også vigtigt, at deltagerne ikke "puste" kinderne som dette øger den dead space.
  6. Måling protokol
    1. Pålægge deltagerne at sidde lige med begge fødder på gulvet, sætte næsen klip på deres næse og placerer deres mund på mundstykket.
    2. Coach deltager at fuldføre mindst et minut af tidevands vejrtrækning. Dette er for foranstaltninger af metabolisk funktion og giver mulighed for deltageren at stifte bekendtskab med mundstykket. Efter et minut, stop dataindsamling.
    3. Næste, coach deltagere til at variere deres tidalvolumen, tager enten normale, mindre- eller større end normal tidevandsenergi vejrtrækninger. Dette sikrer, at capnograms er opnået på forskellige lunge diskenheder
    4. Træner den deltager, de bør overgangen til at udføre en capnogram manøvre, så snart de ser en flow sporing vises på skærmen.
    5. Genoptage dataindsamling på en tilfældig punkt i deltagerens respiratorisk cyklus. Dette giver mulighed for målinger skal foretages på forskellige lunge diskenheder.
    6. Endelig, coach til at udføre et suk i slutningen af hver manøvre, helt afslappende muskler af respiration. Dette giver mulighed for FRC skal fastlægges.
    7. Stop dataindsamling. Gentag trin 3.6.3-3.6.5 indtil mindst 6-8 manøvrer (12 -16 par indåndinger for analyse) er afsluttet.

4. dataanalyse

  1. Eksport af Data. For at køre gennem makroen, skal hvert par af vejrtrækninger eksporteres som en enkelt fil, der derefter importeres til makroen. Skærmbilleder af denne proces er givet i supplerende figur 1.
    1. Fremhæve hvert par af vejrtrækninger, under hensyntagen til at sørge for at fremhæve en del af udåndingen før manøvren begynder.
    2. Vælg Eksporterunder menuen filer, og navngiv fagets manøvre.
    3. Brug rullemenuen under Filtype og gemme det som en datafil. Vælg derefter Gem.
    4. Dette vil lynhurtig en Eksport som tekst boks vises. Fravælg blok header kolonner, tid, dato, kommentarer, og begivenhed markørertil højre.
    5. Til venstre, Vælg Aktuel markering og Output NaN for værdier. Vælg nedsample af og Skriv 10 i feltet.
    6. Vælg Flow kanal og CO2 (%) Kanal at blive eksporteret og klik Okay. Overveje at gøre dubletter af disse eksporterede filer som backup før du begynder at analyse.
  2. Udføre makro analysen. De trinvise kommenteret skærmbilleder af til at analysere eksporterede manøvrer med makroen og sammenligne med lunge volumen er givet i supplerende figur 2 og kan bruges som en guide.
    1. Åbne makroen, gå til fil, og vælg Open.
    2. Vælg den gemte datafil, gemmes med filtypenavnet .txt.
    3. Der vises en Guiden Tekstimport boks. I det øverste venstre hjørne, Vælg afgrænset og klik på næste. Trin 2, Vælg fanen under afgrænsere og klikke på næste. Vælg Generelt under Kolonnedataformat for trin 3, og klik på Udfør.
    4. For at køre makroen, skal du vælge View, makro, Makrovisning, og Kør i træk. Vælg Ja , hvis der er en sikkerhedskopi af dataene.
    5. Tillad makroen til at køre (ca 90 s) og generere en projektmappe med fire plader. Af relevans for disse målinger, ark 2 indeholder de numeriske data og diagram 3 indeholder et plot af capnogram.
    6. Tilbage til dataene og bestemmer lydstyrken for FRC. Dette er identificeret som volumen i slutningen af suk som flow = 0 L/s.
    7. Bestemme lydstyrken på som den anden udånding i hvert par af åndedræt var begyndt. Ved at trække dette fra FRC volumen, kan ovenfor eller nedenfor FRC start lydstyrken bestemmes for hvert åndedrag.

Representative Results

Repræsentative plethysmography resultaterne er gengivet i figur 4. Denne deltager kræves fire forsøg for at indsamle tre FRC værdier med < 5% variation fra mean.%Ref afspejler procentdelen af den forventede værdi for hver variabel baseret på befolkning regression ligninger, der tages hensyn køn, alder, race, højde og vægt

Figur 1 (top) viser en repræsentativ enkelt capnogram brugt i analysen og figur 1 (nederst) viser de rå data over hele sekvensen af manøvren. I figur 1 (nederst), er capnogram og flow sporing ikke justeret konto for forsinkelsen. Data, der genereres fra kører en sekvens af indåndinger gennem makroen er vist i slutningen af supplerende figur 2. Denne person havde en dead space af 0.266 L, en skråning af 0.523% CO2/L og en normaliseret skråning af 0.0826 L-1. Kvalitetsinformation om manøvren er også givet i kolonne F, G, I, J og K. kolonne F giver den gennemsnitlige udåndede strømningshastighed med standardafvigelse i kolonne G. Udåndet tidalvolumen er givet i kolonne J og den R-kvadrerede værdi for hældning i kolonne K.

Dead space og hældning afbildet som en funktion af lunge volumen er angivet i figur 5. I panelerne venstre døde rum, og hældningen er plottet versus lunge volumen i forhold til FRC, hvor FRC = 0 L. I panelerne højre er lunge volumen og hældningen plottet versus absolutte lunge volumen. I begge tilfælde døde rum, og hældningen er signifikant korreleret til lunge volumen (p < 0,05 for alle fire regression analyser). Dette tyder på, at dead space og airways homogenitet øge som lunge volumen øges, selv om lidt er kendt om dette forhold i befolkningerne med lungesygdom eller bronkodilatator terapi. Investigator kan også vælge at bruge disse data til at beskrive den numeriske værdi af dead space og hældningen på specifikke lunge diskenheder (FRC, residualvolumen, 50% af samlede lungekapacitet, etc.)3.

Figure 1
Figur 1. Prøven capnogram (top), med udåndede CO2 (%) afbildet som en funktion af den udåndede volumen. I, II og III angive de tre faser i capnogram. Den stiplede linje angiver omfanget af det døde rum og den faste linje repræsenterer skråning af alveolær plateauet (fase III). Hældningen kan divideres med området under capnogram (skygge grå, markeret med A) til at give den normaliserede skråning. Fire ånde sekvens er vist i det nederste panel, efterfulgt af et suk pust at bestemme funktionelle resterende kapacitet. Hvert par af åndedræt er analyseret som en enkelt manøvre. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2. Udstyr setup capnographic målinger. Vist i denne figur er den pneumotach og gas analysator kræves til capnographic målinger. Der benyttes venstre skærm og sporing af deltager som en guide i at generere strømningsmønster, mens data er observeret på den højre skærm investigator. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3. Kanalindstillinger for erhvervelse af den volumetriske capnogram. Flow er indsamlet i kanal 1, CO2 koncentration (%) er indsamlet i kanal 2, og tidalvolumen beregnes i kanal 3. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4. Repræsentative plethysmograph data fra en sund, mandlige emne. Særlig relevant for protokollen rapporteret her er den samlede lungekapacitet (TLC), residualvolumen (RV) og funktionelle resterende kapacitet (FRC). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5. Dead space og alveolær skråning afbildet som en funktion af absolutte lunge volumen (højre paneler) og volumen i forhold til de resterende funktionsevne (volumen-FRC, venstre). Bemærk afhængighed af airways volumen og lunge heterogenitet lunge volumen. Lunge volumen kan udtrykkes som en funktion af FRC eller absolutte volumen, alt efter de eksperimentelle design. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6. Faktorer påvirker data nøjagtighed. Data er givet som et gennemsnit ± 95% konfidensinterval. Forholdet mellem CO2 samplingfrekvens og tidsforsinkelse mellem gas analysator og pneumotach (top). Forsinkelsen bestemmes nøjagtigt før du begynder eksperimentet. Måling af otte samlede manøvrer giver mulighed for måling af den døde plads på en enkelt lunge volumen med < 5% udsving (nederst). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Discussion

Her tilbydes en protokol til måling af VD og airways homogenitet (hældning). Disse målinger kan foretages ved FRC, eller som en funktion af lunge volumen. Måling FRC før begyndelsen af eksperimentet og efter en undertrykkelse af netbårne tillader VD og hældning til afbildes som funktion af lunge volumen og kan give nyttige oplysninger om struktur-funktion relationer i den lunge, der ikke stammer fra capnography på FRC alene.

Airways volumen og høj opløsning struktur kan fås fra beregnede tomografisk imaging17,18, men dette kræver udsættelse for stråling og ekspertise i billedbehandling. Med volumetriske capnography, kan gentagne foranstaltninger gøres uden at øge risikoen for deltageren. Det kræver også ikke dyrt udstyr eller avanceret databehandling kapaciteter. Volumetrisk capnography er en ideel metode for eksperimenter med flere tidspunkter og flere lunge mængder og in-patient populationer hvis stråling bør minimeres.

Med hensyn til den barometer plethysmography, bør det sikres at udføre målingen efter konsensus udtalelser. Når det er vigtigt at sammenligne deltager værdier forudsagt befolkning værdierne, vægt bør måles med en skala og højde bør kontrolleres med en stadiometeret. Som det fremgår af protokollen, er den mest kritiske komponent til at måle før begyndelsen volumetriske capnography tidsforsinkelse mellem pneumotach og gas analysator. Tidsforskydningen er stærkt afhængige af analyzer samplingfrekvens (figur 5, øverst) og små ændringer i samplingfrekvens kan have stor indflydelse på målte værdier. Analyzer gennemstrømningshastighed skal kontrolleres i begyndelsen og under hele forsøget. Kalibrering af analyzer og pneumotach er også kritisk, og man bør sikre deres nøjagtighed før du begynder et eksperiment.

Vi har også konstateret målenøjagtighed på en enkelt lunge volumen i 3 deltagere. Figur 5 (nederst) viser, at det er nødvendigt at fuldføre fire manøvrer (8 total vejrtrækninger) på en enkelt lunge volumen til at måle dead space, således at variation er < 5%. Efterforskere bør sørge for at et tilstrækkeligt antal målinger, når er vigtigt at have data på en bestemt lunge volumen. I en delmængde af 36 manøvrer analyseres i duplikat af to efterforskere, var intra-investigator analyse variabilitet mindre end 0,5%.

Disse metoder kræver også en tekniker eller investigator, der er uddannet i coaching deltager for at gøre de respiratorafhængige manøvrer. En begrænsning i pulmonal funktion undersøgelser kan være deltagerens evne til at udføre manøvren. Deltagere, der er i stand til at udføre kliniske pulmonal funktion er dog typisk i stand til at udføre capnographic manøvrer. Hvis undersøgelsen er udformet således, at capnography følger plethysmography og Spirometri, kan deltagere, der ikke er i stand til at udføre en coachet spirometric eller plethysmographic manøvre udelukkes. I 60 tidligere undersøgelser, blev en deltager, der har udført kliniske Spirometri udelukket, fordi de ikke kunne følge capnographic vejrtrækningsmønster. Der er aktuelt ingen konsensus retningslinjer for journalføringskravene acceptable capnographic måling kriterier. Dog er intersubject variation 8±1% målet strømningshastigheden i vores 10 mest seneste deltagere. Intrasubject (mellem manøvre) variation er 4±2%.

Spørgsmål vedrørende data nøjagtighed og reproducerbarhed er et resultat af fejl i tidsforsinkelsen eller analyzer og pneumotach kalibrering. Før hvert forsøg, sørge for at kalibrere analyzer med en række kendte gasser og generere en multi-point Standardkurven for at bekræfte den analyzer nøjagtighed.

Ud over oplysningerne her rammer indeholder makroen to yderligere beregninger, der kan være af interesse. Når manøvrer er lavet på FRC, giver kolonnen FRC et skøn over FRC baseret på Farmery metode19. Beregningen af de perifere bronchiale tværsnitsareal er baseret på metoden beskrevet af Scherer, et al. 20. Endelig, hvis det ønskes, ende tidevandsenergi CO2 og gennemsnitlige udløbet CO2 -koncentration kan bruges til at beregne det fysiologiske døde rum til sammenligning med det anatomiske døde rum21,22.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgments

Dette arbejde blev finansieret af afdelinger for sundhed og Human fysiologi og intern medicin ved University of Iowa. Dette arbejde blev også støttet af gamle guld Fellowship (Bates) og Grant IRG-15-176-40 fra American Cancer Society, administreret gennem The Holden omfattende Cancer Center ved The University of Iowa (Bates)

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Computer with dual monitor Dell Instruments
PowerLab 8/35* AD Instruments PL3508
LabChart Data Acquisition Software* AD Instruments Version 8
Gemini Respiratory Gas Analyzer* (upgraded option) CWE, Inc GEMINI 14-10000 *indicates that part is available in the Exercise Physiology package from AD Instruments
Heated Pneumotach with Heater Controller* (upgraded option) Hans Rudolph, Inc MLT3813H-V
3L Calibration Syringe Vitalograph 36020
Nose Clip* VacuMed Snuffer 1008
Pulse Transducer* AD Instruments TN1012/ST
Barometer Fischer Scientific 15-078-198
Flanged Mouthpiece* AD Instruments MLA1026
Nafion drying tube with three-way stopcock* AD Instruments MLA0343
Desiccant cartridge (optional for humid environments)* AD Instruments MLA6024
Resistor Hans Rudolph, Inc 7100 R5
Flow head adapters* AD Instruments MLA1081
Modified Tubing Adapter (optional) AD Instruments SP0145
Two way non-rebreather valve (optional)* AD Instruments SP0146
Plethysmograph Vyaire V62J
High Purity Helium Gas Praxair He 4.8
6% CO2 and 16% O2 Calibration Gas Praxair Custom
Microsoft Excel Microsoft Office 365

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Robinson, P. D., et al. Consensus statement for inert gas washout measurement using multiple- and single- breath tests. European Respiratory Journal. 41, (3), 507-522 (2013).
  2. Verbanck, S., Paiva, M. Gas mixing in the airways and airspaces. Comprehensive Physiology. 1, (2), 809-834 (2011).
  3. Bates, M. L., et al. Pulmonary function responses to ozone in smokers with a limited smoking history. Toxicology and Applied Pharmacology. 278, (1), 85-90 (2014).
  4. Bates, M. L., Brenza, T. M., Ben-Jebria, A., Bascom, R., Ultman, J. S. Longitudinal distribution of ozone absorption in the lung: comparison of cigarette smokers and nonsmokers. Toxicology and Applied Pharmacology. 236, (3), 270-275 (2009).
  5. Reeser, W. H., et al. Uptake of ozone in human lungs and its relationship to local physiological response. Inhalation Toxicology. 17, (13), 699-707 (2005).
  6. Taylor, A. B., Lee, G. M., Nellore, K., Ben-Jebria, A., Ultman, J. S. Changes in the carbon dioxide expirogram in response to ozone exposure. Toxicology and Applied Pharmacology. 213, (1), 1-9 (2006).
  7. Baker, L. G., Ultman, J. S., Rhoades, R. A. Simultaneous gas flow and diffusion in a symmetric airway system: a mathematical model. Respiration Physiology. 21, (1), 119-138 (1974).
  8. Fowler, W. S. Lung Function Studies. II. The Respiratory Dead Space. American Journal of Physiology-Legacy Content. 154, (3), 405-416 (1948).
  9. Eberlein, M., et al. Supranormal Expiratory Airflow after Bilateral Lung Transplantation Is Associated with Improved Survival. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 183, (1), 79-87 (2011).
  10. Eberlein, M., Schmidt, G. A., Brower, R. G. Chest wall strapping. An old physiology experiment with new relevance to small airways diseases. Annals of the American Thoracic Society. 11, (8), 1258-1266 (2014).
  11. Taher, H., et al. Chest wall strapping increases expiratory airflow and detectable airway segments in computer tomographic scans of normal and obstructed lungs. Journal of Applied Physiology. (2017).
  12. Verscheure, S., Massion, P. B., Verschuren, F., Damas, P., Magder, S. Volumetric capnography: lessons from the past and current clinical applications. Critical Care. 20, (1), 184 (2016).
  13. Suarez-Sipmann, F., Bohm, S. H., Tusman, G. Volumetric capnography: the time has come. Current Opinion in Critical Care. 20, (3), 333-339 (2014).
  14. Wanger, J., et al. Standardisation of the measurement of lung volumes. European Respiratory Journal. 26, (3), 511-522 (2005).
  15. Culver, B. H., et al. Recommendations for a Standardized Pulmonary Function Report. An Official American Thoracic Society Technical Statement. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 196, (11), 1463-1472 (2017).
  16. Goldman, H. I., Becklake, M. R. Respiratory function tests; normal values at median altitudes and the prediction of normal results. Am Rev Tuberc. 79, (4), 457-467 (1959).
  17. Shim, S. S., et al. Lumen area change (Delta Lumen) between inspiratory and expiratory multidetector computed tomography as a measure of severe outcomes in asthmatic patients. J The Journal of Allergy and Clinical. (2018).
  18. Smith, B. M., et al. Human airway branch variation and chronic obstructive pulmonary disease. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115, (5), E974-E981 (2018).
  19. Farmery, A. D. Volumetric Capnography and Lung Growth in Children - a Simple-Model Validated. Anesthesiology. 83, (6), 1377-1379 (1995).
  20. Scherer, P. W., Neufeld, G. R., Aukburg, S. J., Hess, G. D. Measurement of Effective Peripheral Bronchial Cross-Section from Single-Breath Gas Washout. Journal of Biomechanical Engineering-Transactions of the Asme. 105, (3), 290-293 (1983).
  21. Sinha, P., Soni, N. Comparison of volumetric capnography and mixed expired gas methods to calculate physiological dead space in mechanically ventilated ICU patients. Intensive Care Medicine. 38, (10), 1712-1717 (2012).
  22. Bourgoin, P., et al. Assessment of Bohr and Enghoff Dead Space Equations in Mechanically Ventilated Children. Respiratory Care. 62, (4), 468-474 (2017).
Kombinere volumetriske Capnography og barometer Plethysmography for at måle lunge struktur-funktion relationer
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Seymour, M., Pritchard, E., Sajjad, H., Tomasson, E. P., Blodgett, C. M., Winnike, H., Paun, O. V., Eberlein, M., Bates, M. L. Combining Volumetric Capnography And Barometric Plethysmography To Measure The Lung Structure-function Relationship. J. Vis. Exp. (143), e58238, doi:10.3791/58238 (2019).More

Seymour, M., Pritchard, E., Sajjad, H., Tomasson, E. P., Blodgett, C. M., Winnike, H., Paun, O. V., Eberlein, M., Bates, M. L. Combining Volumetric Capnography And Barometric Plethysmography To Measure The Lung Structure-function Relationship. J. Vis. Exp. (143), e58238, doi:10.3791/58238 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter