Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Medicine

Combineren volumetrische Capnography en barometrische Plethysmography voor het meten van de Long structuur-functie relatie

doi: 10.3791/58238 Published: January 8, 2019

Summary

Hier beschrijven we twee maatregelen van pulmonaire functie – barometrische plethysmography, waarmee de meting van het volume van de longen, en volumetrische capnography, een instrument voor het meten van de anatomische dode ruimte en de eenvormigheid van de luchtwegen. Deze technieken kunnen worden afzonderlijk gebruikt of gecombineerd om te beoordelen airways functie bij verschillende Long volumes.

Abstract

Hulpprogramma's voor het meten van Long- en luchtwegen volume staan kritisch tegenover voor pulmonaire onderzoekers ook geïnteresseerd in de evaluatie van de gevolgen van ziekte of nieuwe therapieën op de longen. Barometrische plethysmography is een klassieke techniek te evalueren van het volume van de longen met een lange geschiedenis van klinisch gebruik. Volumetrische capnography maakt gebruik van het profiel van de uitgeademde kooldioxide te bepalen van de omvang van de dirigent luchtwegen of dode ruimte, en biedt een index van airways homogeniteit. Deze technieken kunnen zelfstandig of in combinatie worden gebruikt om te evalueren van de afhankelijkheid van airways volume en homogeniteit op longkanker volume. Dit document biedt gedetailleerde technische instructies voor het repliceren van deze technieken en onze representatieve gegevens blijkt dat het volume van de luchtwegen en homogeniteit zijn sterk gecorreleerd aan longkanker volume. We bieden ook een macro voor de analyse van gegevens van de capnographic, die kunnen worden gewijzigd of aangepast aanpassen aan verschillende experimentele designs. Het voordeel van deze maatregelen is dat hun voordelen en beperkingen worden ondersteund door tientallen jaren van experimentele gegevens, en ze herhaaldelijk in hetzelfde onderwerp zonder dure beeldvormende apparatuur of technisch geavanceerde analyse algoritmen kunnen worden gemaakt. Deze methoden kunnen met name nuttig zijn voor onderzoekers ook geïnteresseerd in de verstoringen die zowel de functionele residuele capaciteit van de Long- en luchtwegen volume veranderen.

Introduction

Gas wassen technieken zijn gebruikt voor decennia te leveren belangrijke informatie over de structuur en de eenvormigheid van de boom van de luchtwegen. De Long is klassiek beschreven als zijnde twee compartimenten – een geleidende zone die bestaat uit de anatomische dode ruimte en de respiratoire zone waar Gaswisseling in de longblaasjes voorkomt. De geleidende luchtwegen worden genoemd als "dead space", omdat ze niet aan de uitwisseling van zuurstof en koolstofdioxide deelnemen. In één adem gas wassen voorinstallatiemethode, kan het profiel van de concentratie van een uitgeademde gas worden gebruikt om te bepalen van de omvang van de anatomische dode ruimte en voor het afleiden van de informatie over de uniformiteit van ventilatie. Sommige methoden afhankelijk is van het ademen van inerte gassen te maken van deze maatregelen (N-2, argon, hij, SF6, enz.). Het gebruik van inert gas is reeds lang gevestigde, ondersteund door1van de verklaringen van wetenschappelijke consensus, en er zijn beschikbare commerciële apparatuur met gebruiksvriendelijke interfaces. Echter kan de uitgeademde Profiel van kooldioxide (CO2) worden gebruikt voor het afleiden van soortgelijke informatie. Evaluatie van het profiel van CO2 als een functie van de uitgeademde volume of volumetrische capnography, vereist geen de deelnemer om te ademen speciale gasmengsels en kunt de onderzoeker om extra informatie flexibel over het metabolisme en gas te verzamelen uitwisselen met minimale aanpassing aan de techniek.

Tijdens een gecontroleerde uitademing, kan de concentratie van CO2 worden afgeplot tegen de uitgeademde totaalvolume. Aan het begin van een uitademing, is de dode ruimte gevuld met atmosferische gas. Dit komt tot uiting in fase I van de uitgeademde CO2 profile waar er is een niet detecteerbaar hoeveelheid CO2 (Figuur 1, bovenaan). Fase II markeert de overgang naar de alveolaire gas, waar de gasuitwisseling plaatsvindt en CO2 is overvloedig. Het volume op het middelpunt van fase II is het volume van de anatomische dode ruimte (VD). Fase III bevat alveolaire gas. Omdat airways met verschillende diameters leeg tegen verschillende tarieven, de helling (S) van fase III informatie over airways uniformiteit bevat. Een steilere helling van fase III suggereert een minder uniforme airway boom proximale naar terminal bronchioli of convectie-afhankelijke heterogeniteit2. In het geval waar een verstoring kan veranderen het rentepercentage van CO2 productie, alsmede om vergelijkingen tussen individuen te maken, kan de helling worden onderverdeeld door het oppervlak onder de kromme te normaliseren voor verschillen in de stofwisseling (NS- of genormaliseerde helling). Volumetrische capnography nog eerder is gebruikt voor de evaluatie van de veranderingen in airways volume en uniformiteit volgende lucht verontreinigende stof blootstelling3,4,5,6.

Gastransport in de longen wordt beheerst door zowel convectie en verspreiding. Maatregelen in één adem wassen zijn sterk afhankelijk van de luchtstroom en de gemeten waarde van VD optreedt bij de grens van convectie-diffusie. Het debiet van de uitademing of voorgaande inademing wijzigt, wordt de locatie van die grens7. Capnography is ook sterk afhankelijk van het volume van de longen die onmiddellijk voorafgaat aan de manoeuvre. Grotere volumes van de Long opzwellen de luchtwegen, wat resulteert in grotere waarden van VD8. Een oplossing is om consequent de meting op hetzelfde Long volume – meestal functionele residuele capaciteit (FRC). Een alternatieve, beschreven hier, is het paar volumetrische capnography met barometrische plethysmography, met het oog op de relatie tussen VD en het volume van de longen. De deelnemer voert vervolgens de manoeuvre bij constant debiet, terwijl variërend van het volume van de longen. Hierdoor kan nog steeds voor klassieke capnographic maatregelen op FRC, maar ook voor de relatie tussen het volume van de longen en de dode ruimte volume en het volume van de longen en de homogeniteit te worden afgeleid. Inderdaad, de toegevoegde waarde van de koppeling van capnography aan plethysmography komt uit de mogelijkheid om te testen van de hypothesen over de distensibility van de boom van de luchtwegen en de structuur-functie relatie van de longen. Dit kan zijn een waardevol instrument voor onderzoekers gericht op het kwantificeren van de invloed van airways mechanica versus de naleving van de Long en elastance pulmonale-functie in gezonde en zieke populaties9,10,11 . Bovendien, boekhouding voor het volume van de absolute Long waartegen de volumetrische capnographic metingen worden uitgevoerd onderzoekers kunt te karakteriseren van de effecten van voorwaarden die de status van de inflatie van de longen, zoals obesitas veranderen kunnen, Long transplantatie of interventies zoals borst muur vastbindt. Volumetrische capnography wellicht uiteindelijk klinisch nut in de intensieve zorg instelling12,13.

Protocol

Dit protocol heeft eerder goedgekeurd en volgt de richtsnoeren die door de Universiteit van Iowa institutionele Review Board. Gegevens waren verzameld als onderdeel van een project goedgekeurd door de institutionele Review Board aan de Universiteit van Iowa. Deelnemers gaf geïnformeerde toestemming en de studies werden uitgevoerd overeenkomstig de verklaring van Helsinki.

1. apparatuur

  1. Controleer de apparatuur lijst om te verifiëren dat alle vereiste apparatuur is beschikbaar. Controleer de configuratie met behulp van de grafische voorstelling van de apparatuur in Figuur 2.

2. plethysmography

Opmerking: Barometrische plethysmography is een goed beschreven klinische tool en wordt uitgevoerd met behulp van commerciële apparatuur volgens de verklaringen van de consensus over het standaardiseren van longkanker volume metingen14,15. Indien nodig, worden Long stromen en volumes vergeleken met voorspelde waarden van de gegevensset van de NHANES en de Goldman en Becklake16 , die zijn opgenomen in de plethysmograph-software.

  1. Kalibratie van de plethysmograph dagelijks en voorafgaand aan alle experimenten uit te voeren.
    1. Meten van de temperatuur, de luchtdruk en de relatieve vochtigheid met behulp van een standaard barometer voor de kalibratie en deze waarden invoeren in de plethysmograph-software als correctiefactoren.
    2. Kalibreren van de flowsensor met een gekalibreerde 3 L-injectiespuit op variabel debiet. Kalibreren van de druk van de doos met behulp van een precieze 50 mL-pomp. Vak druk transducers moeten worden gecontroleerd, maandelijkse en opnieuw gekalibreerd indien nodig, per fabrikant aanbeveling.
  2. Onmiddellijk voorafgaand aan de meting, plaats van de deelnemer in het hele lichaam plethysmograph en sluit de deur. Meet de maten na 30-60-s, waardoor thermische evenwichtsinstelling.
    1. Instrueer de deelnemer aan hun mond zetten het mondstuk, neus clips zetten en plaatsen hun handen op hun wangen. Voorkomen van "puffen" van de wangen tijdens de manoeuvre minimaliseert veranderingen in volume die voortvloeien uit de mond volume wijzigen.
    2. Instrueren de deelnemer om te ademen normaal, waardoor minstens vier getijde adem te worden verworven en functionele residuele capaciteit (FRC) tot stand worden gebracht.
    3. Aan het einde van een normale uitademing (FRC), sluit de sluiter. Coach de deelnemer pant licht 0,5-1 adem/s voor 3-4 s. evalueren de relatie tussen de druk van de mond en plethysmograph om ervoor te zorgen dat er een aantal overlappende, rechte lijnen zonder thermische drift.
    4. Open de sluiter en laat de deelnemer een normaal ademhalen. Coach de deelnemer aan het uitademen te restvolume (RV), gevolgd door een maximale inspiratory manoeuvre naar totale longcapaciteit. Ten minste driemaal herhalen totdat de FRC waarden die eens binnen 5% zijn

3. volumetrische Capnography

Opmerking: De stappen 3.1-3.4 worden uitgevoerd vóór de komst van het onderzoeksonderwerp.

  1. Voordat u verdergaat, pakken de variabelen in tabel 1 en wijzig indien nodig. Het is belangrijk dat deze variabelen worden aangepast tijdens de ontwerpfase van onderzoek en vervolgens constant voor de duur van de studie gehouden.
    1. Zorg voordat u begint een nieuwe experimentele protocol, voor nauwkeurige meting van de vertraging tussen de gas analyzer, die meet CO2 -concentratie, en de pneumotach, die stroom meet. Dit zorgt voor de CO2 en stroom signalen moeten worden uitgelijnd.
    2. Meet de tijdvertraging experimenteel met een stroom van 5% CO2. De gasleiding hechten aan een afsluiter, gevolgd door het mondstuk.
    3. Openen van de afsluiter, invoering van het gas met een snelheid van 10 L/min. bepalen de gemiddelde tijd tussen de reactie van de pneumotach en gas analyzer vertraging van meer dan 10 proeven en aangaan van de macro.
    4. De tijdconstante vertraging handhaven door het behoud van de samplefrequentie analyzer. De vertraging is sterk afhankelijk van de samplefrequentie voor de gas analyzer en het is essentieel dat dit constant door het experiment en tussen deelnemers blijven.
  2. Define drie "kanalen" voor het verzamelen van stroom, uitgeademde CO2 (%) en volume. Stroom en uitgeademde CO2 (%) zijn analoge ingangen en volume is de integraal van stroom.
    1. Bevestigen dat stroom en CO2 (%) wordt gemeten rechtstreeks vanaf de pneumotach en gas analyzer en dat volume wordt berekend als de integraal van stroom. Figuur 3 toont dat deze worden verzameld in kanalen 1,2 en 6.
  3. Kalibreer de gas analyzer vóór elk gebruik. Omvatten de O2 sensor als dit te meten.
    1. Nul de analyzer met een inert gas. 100% kalibratie rang (< 0,01% verontreinigingen) N2 of hij kan worden gebruikt, hoewel helium verdient de voorkeur omdat stikstof kan worden besmet met sporen van zuurstof. Plaats de buis drogen in een zak of verbinding met een mengkamer. Spoel de zak of kamer met inert gas met een snelheid van ten minste 10 L/min. die oppassen moet niet te druk uitoefenen van het systeem zoals dit invloed op de kalibratie hebben kan.
    2. Overstroming van de zak of kamer met inert gas verplaatsen O2 en de CO2. Zodra de weergegeven concentraties van CO2 en O2 stabiliseren, pas de nul knoppen totdat ze allebei nul lezen.
    3. Herhaal met 6% CO2 en kamer lucht (20.93% O2) als kalibratiegassen. Wanneer de concentratie van het gewenste gas stabiliseert, stel de span knop zodat deze overeenkomen met de concentratie van het kalibratiegas.
    4. Controleer de inert gas en kalibratiegassen en aanpassen van de nul en span totdat beide nauwkeurige ±0.1 zijn %.
  4. Kalibreren van de verwarmde pneumotach volgens de instructies van de fabrikant.
    1. Kortom, laat de pneumotach om te warmen tot 37 ° C gedurende ten minste 20 minuten voorafgaand aan de studie.
    2. Selecteer het drop-down menu van de stroom-zender (kanaal 1), de Spirometer menu optie en klik op nul nul van de pneumotach. Tot slot okeselecteren.
    3. Rechtstreeks verbinden met een spuit 3L de pneumotach met behulp van een hoofd stroom-adapter. Markeer de adem van de kalibratie. Nogmaals, selecteer de drop-down menu van het kanaal van de stroom. Selecteer Spirometer stroom | Kalibreren, Typ in 3 L en selecteer oke"\.
    4. De kalibratie controleren door het injecteren van 3L in de pneumotach op verschillende debiet (0-4 L/s, 4-8 L/s, en 8-12 L/s). Het verschil van 3 L moet minder dan 5%.
  5. Het verzamelen van de manoeuvre, ervoor te zorgen dat twee opeenvolgende ademhalingen worden verzameld en dat ze zijn gemaakt op de dezelfde stroomsnelheid.
    1. Coach van het onderwerp voor het uitvoeren van een enkele manoeuvre, bestaande uit twee paar adem – een coaching adem en een adem voor analyse. Dit wordt grafisch weergegeven in Figuur 1 (onder).
    2. Tijdens de manoeuvre, coachen van de deelnemers te volgen de gids van de stroom op de computermonitor. De onderzoeker kan coach van het onderwerp door aan te geven "inhaleren nu" of "nu adem".
    3. De manoeuvre uitvoeren zodat er twee paren van deze adem in een enkele manoeuvre. De eerste uitademing van het manoeuvre is 3 s en de tweede is 5 s. overwegen het toevoegen van een weerstand in lijn met het mondstuk zodat uitgeademde stroom gemakkelijker te controleren. Een weerstand met 5 cm H2O/L/s van resistentie is over het algemeen goed verdragen.
      Opmerking: Het is belangrijk dat als een weerstand wordt gebruikt, het wordt gebruikt in de studie en voor elke deelnemer omdat het verhoogt de mond en luchtwegen druk, die van de diameter van de luchtwegen veranderen kan. Het is ook belangrijk dat deelnemers niet "bladerdeeg uit" hun wangen zoals dit de dode ruimte verhoogt.
  6. Protocol van de meting
    1. Instrueer de deelnemer om rechtstreeks met beide voeten op de grond zitten, neus clips op hun neus en hun mond op het mondstuk plaatst.
    2. Coach de deelnemer aan het voltooien van minstens één minuut van getijde ademhaling. Dit is voor de maatregelen van metabole functie en laat de deelnemer zich vertrouwd te maken met het mondstuk. Na één minuut stoppen met het verzamelen van gegevens.
    3. Vervolgens coach de deelnemers om te variëren van hun ademhalingsvolume, normale, kleinere- of groter dan normale getijde adem te nemen. Dit zorgt ervoor dat de capnograms worden verkregen op verschillende Long volumes
    4. Coach de deelnemer die ze moeten de overgang naar een capnogram-manoeuvre uitvoeren zodra ze zien de stroom tracering verschijnen op hun scherm.
    5. Verzamelen van de gegevens op een willekeurig punt in de deelnemer respiratoire cyclus te hervatten. Dit zorgt voor metingen bij verschillende Long volumes worden gemaakt.
    6. Ten slotte, coach voor het uitvoeren van een zucht aan het einde van elke manoeuvre, volledig ontspannen de spieren van de ademhaling. Dit zorgt voor FRC te bepalen.
    7. Stop het verzamelen van de gegevens. Herhaal de stappen 3.6.3-3.6.5 om ten minste 6-8 manoeuvres (12 -16 paren van ademhalingen p.a.) zijn voltooid.

4. de gegevensanalyse

  1. Het exporteren van gegevens. Om uit te voeren door middel van de macro, moet elk paar van ademhalingen worden geëxporteerd als een enkel tekstbestand dat vervolgens in de macro wordt ingevoerd. Screenshots van dit proces worden gegeven in aanvullende Figuur 1.
    1. Elk paar van adem, nemen zorg wil een gedeelte van de uitademing voordat het maneuver begint te markeren.
    2. Selecteer exporterenonder het bestandsmenu en de naam van de certificaathouder manoeuvre.
    3. Gebruik de drop-down menu onder Opslaan als Type en opslaan als een gegevensbestand. Selecteer vervolgens Opslaan.
    4. Dit vraagt een exporteren als tekstvak moet verschijnen. Schakel aan de rechterkant blok kop kolommen, tijd, datum, opmerkingen en markeringen van de gebeurtenis.
    5. Aan de linkerkant, selecteer Huidige selectie en Output NaN voor waarden. Selecteer downsamplen door en geef 10 op in het vak.
    6. Selecteer het Kanaal en de CO2 (%) Kanaal om te worden geëxporteerd en klik op Okay. Overwegen duplicaten van deze geëxporteerde bestanden als back-ups voordat u begint met de analyse.
  2. De analyses van de macro uit te voeren. De stapsgewijze geannoteerde screenshots van voor het analyseren van de geëxporteerde manoeuvres met de macro en vergelijken naar Long volume zijn aangegeven in aanvullende Figuur 2 en kunnen worden gebruikt als een gids.
    1. De macro openen, ga naar file en selecteer Open.
    2. Selecteer het bestand dat opgeslagen gegevens, opgeslagen met de extensie .txt.
    3. Een Wizard Tekst importeren -box zal verschijnen. In de linker bovenhoek, selecteert u gescheiden en klik op volgende. Stap 2 Selecteer tabblad onder scheidingstekens en klik op volgende. Stap 3 selecteert u Algemeen onder Gegevenstype per kolom en klik op Voltooien.
    4. Voordat u de macro uitvoert, selecteert u weergave, Macro, Macro weergave, en Run in successie. Selecteer Ja als er een back-up van de gegevens.
    5. Toestaan dat de macro uit te voeren (ongeveer 90 s) en het genereren van een werkmap met vier bladen. Van belang zijn voor deze metingen, blad 2 de numerieke gegevens bevat en grafiek 3 bevat een complot van de capnogram.
    6. Terug naar de gegevens en het volume te bepalen voor de FRC. Dit wordt aangeduid als het volume aan het einde van de zucht in die flow = 0 L/s.
    7. Bepalen het volume waarop de tweede uitademing in elk paar adem was begonnen. Door af te trekken dit uit het FRC volume, kan het begin volume boven of onder de FRC worden bepaald voor elke ademhaling.

Representative Results

Representatieve plethysmography selectieresultaten in Figuur 4. Deze deelnemer vereist vier pogingen om te verzamelen van drie FRC waarden met < 5% variabiliteit van de mean.%Ref weerspiegelt het percentage van de voorspelde waarde voor elke variabele die is gebaseerd op de bevolking regressie vergelijkingen die rekening account geslacht, leeftijd, ras, lengte en gewicht

Figuur 1 (boven) toont een representatieve één capnogram gebruikt in analyse en Figuur 1 (onder) toont de ruwe gegevens van de gehele opeenvolging van de manoeuvre. In Figuur 1 (onder), zijn het capnogram en de stroom traceren niet uitgelijnd met de account voor de vertraging. Gegevens die zijn gegenereerd op basis van een reeks van ademhalingen doorheen de macro worden weergegeven aan het einde van aanvullende figuur 2. Deze persoon had een dode ruimte van 0.266 L, een helling van 0.523% CO2/l en een genormaliseerde helling van 0.0826 L-1. Kwaliteitsinformatie over de manoeuvre worden ook gegeven in kolommen F, G, I, J en K. kolom F geeft het gemiddelde uitgeademde debiet, met de standaarddeviatie in de kolom G. De uitgeademde ademhalingsvolume in kolom J wordt gegeven en de R-kwadraatwaarde voor de helling is in kolom K.

Dode ruimte en helling uitgezet als functie van longkanker volume zijn aangegeven in Figuur 5. In de linker panelen, dode ruimte en helling zijn uitgezet tegenover de volume van de longen ten opzichte van de FRC, waar FRC = 0 L. In de juiste panelen zijn Long volume en de helling uitgezette versus absolute Long volume. In beide gevallen dode ruimte en helling zijn significant gecorreleerd aan longkanker volume (p < 0.05 voor alle vier regressieanalyses). Dit suggereert dat de dode ruimte en airways homogeniteit naarmate de longen volume toeneemt toenemen, hoewel er is weinig bekend over deze relatie in populaties met een longziekte of bronchodilatator therapie. De onderzoeker kan er ook voor kiezen om deze gegevens te gebruiken om te beschrijven de numerieke waarde van de dode ruimte en helling bij specifieke Long volumes (FRC, restvolume, 50% van de totale longcapaciteit, etc.)3.

Figure 1
Figuur 1. Monster capnogram (boven), met uitgeademde CO2 (%) uitgezet als functie van de uitgeademde volume. I, II en III geven de drie fasen van de capnogram. De stippellijn geeft het volume van de dode ruimte en de ononderbroken lijn vertegenwoordigt de helling van de alveolaire plateau (fase III). De helling kan worden verdeeld door het oppervlak onder de capnogram (grijs gearceerd, label A) opbrengst van de genormaliseerde helling. De vier adem-sequentie is getoond in het onderste paneel, gevolgd door een zucht adem te bepalen functionele residuele capaciteit. Elk paar van ademhalingen wordt geanalyseerd als een enkele manoeuvre. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2. De setup van de apparatuur voor metingen van de capnographic. Wordt weergegeven in deze afbeelding zijn de pneumotach en gas analyzer vereist voor capnographic metingen. Het linker display en traceren worden door de deelnemer als leidraad bij het genereren van de stroom patroon, terwijl gegevens worden waargenomen op de juiste monitor door de onderzoeker gebruikt. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3. Kanaal instellingen voor de verwerving van de volumetrische capnogram. Stroom is verzameld in kanaal 1, CO2 -concentratie (%) wordt verzameld in kanaal 2 en de ademhalingsvolume op kanaal 3 is berekend. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4. Representatieve plethysmograph gegevens uit een gezonde, mannelijke onderwerp. Bijzonder relevant zijn voor het protocol gemeld dat hier zijn de totale longcapaciteit (TLC), het restvolume (RV) en de functionele residuele capaciteit (FRC). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5. Dode ruimte en alveolaire helling uitgezet als functie van absolute Long volume (juiste panelen) en als het volume ten opzichte van de functionele residuele capaciteit (volume-FRC, links). Merk op de afhankelijkheid van de airways volume en longkanker heterogeniteit van longkanker volume. Volume van de longen kan worden uitgedrukt als functie van de FRC of absolute volume, afhankelijk van de proefopzet. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 6
Figuur 6. Factoren die invloed van de nauwkeurigheid van gegevens. Gegevens worden gegeven als de gemiddelde ± 95%-betrouwbaarheidsinterval. Relatie tussen de CO-2 sampling-snelheid en de vertraging tussen het gas analyzer en pneumotach (boven). De vertraging moet nauwkeurig worden bepaald voordat u begint met het experiment. Meten van acht totale manoeuvres zorgt voor de meting van de dode ruimte op een volume van één Long met < 5% variabiliteit (onder). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Discussion

Hier vindt u een protocol voor het meten van VD en airways homogeniteit (helling). Deze metingen kunnen worden verricht op FRC, of als een functie van longkanker volume. FRC te meten vóór het begin van het experiment en nadat een verstoring kan worden uitgezet als functie van longkanker volume VD en helling en kan nuttige informatie over de structuur-functie relatie van de longkanker die niet is verkregen capnography op FRC alleen.

Airways volume en structuur met een hoge resolutie kunnen worden verkregen bij berekende tomografische imaging17,18, maar dit vereist blootstelling aan straling en expertise in de beeldverwerking. Met volumetrische capnography, kunnen herhaalde maatregelen worden gemaakt zonder toenemende risico's voor de deelnemer. Het ook vereist geen dure apparatuur of geavanceerde mogelijkheden voor gegevensverwerking. Volumetrische capnography is een ideale methode voor experimenten met meerdere tijdstippen en meerdere Long volumes en klinische populaties waarvan blootstelling aan straling moet worden geminimaliseerd.

Met betrekking tot de barometrische plethysmography, moet worden gewaakt voor het uitvoeren van de meting volgens de verklaringen van de consensus. Wanneer het gaat om de deelnemer waarden vergelijken met voorspelde bevolking waarden, gewicht moet worden gemeten met een schaal en hoogte dient te worden geverifieerd met een stadiometer. Zoals opgemerkt in het protocol, is de meest kritische component te meten vóór begin volumetrische capnography de vertraging tussen de pneumotach en de gas analyzer. De vertraging is sterk afhankelijk van de samplefrequentie analyzer (Figuur 5, top) en kleine veranderingen in de samplefrequentie grote invloeden op de gemeten waarden kan hebben. Het debiet van de analysator moet worden gecontroleerd aan het begin en gedurende het gehele experiment. Kalibratie van de analysator en pneumotach zijn ook van cruciaal belang en moet worden gezorgd om hun juistheid voordat u begint met een experiment.

We hebben ook vastgesteld dat de nauwkeurigheid van de meting met een volume van één Long in 3 deelnemers. Figuur 5 (onder) toont aan dat het nodig is om vier manoeuvres (8 totaal adem) op een volume van één Long voor het meten van de dode ruimte zodat de variatie is < 5%. Onderzoekers moeten oppassen om een voldoende aantal metingen wanneer gegevens op een bepaalde Long-volume belangrijk is. In een subset van 36 manoeuvres in duplo geanalyseerd door twee onderzoekers, was intra-onderzoeker analyse variabiliteit minder dan 0,5%.

Deze methoden vereisen ook een technicus of de onderzoeker die is geschoold in het begeleiden van de deelnemer om de ventilatoire manoeuvres. Een beperking in de pulmonaire functie studies kunnen de deelnemer de mogelijkheid voor het uitvoeren van de manoeuvre. Deelnemers die in staat zijn om klinische pulmonaire functie te vervullen zijn echter meestal kunnen uitvoeren van de manoeuvres van de capnographic. Als de studie zodanig ontworpen is dat capnography plethysmography en spirometrie volgt, kunnen de deelnemers die niet kunnen uitvoeren van een gecoacht spirometrisch of plethysmographic manoeuvre worden uitgesloten. In 60 eerdere studies, werd één deelnemer die uitgevoerd klinische spirometrie uitgesloten omdat ze niet de capnographic ademhaling patroon volgen kon. Er zijn momenteel geen consensus richtlijnen aanvaardbare capnographic meting criteria vaststellen. Intersubject variabiliteit is echter 8±1% van het debiet van de doelstelling in onze 10 meest recente deelnemers. Intrasubject (tussen manoeuvre) variabiliteit is 4±2%.

Kwesties met betrekking tot gegevensnauwkeurigheid en reproduceerbaarheid zijn het resultaat van fouten in de vertraging of de analyzer en pneumotach kalibratie. Voor elk experiment, kalibreer de analysator met een aantal bekende gassen en genereren van een curve multi-point standaard om te bevestigen de juistheid van de analyzer verzorgen.

Buiten het bereik van de hier verstrekte informatie, bevat de macro twee aanvullende berekeningen die van belang kunnen zijn. De manoeuvres worden gedaan op FRC, biedt de FRC kolom een raming van de FRC op basis van de Farmery methode19. Berekening van de perifere bronchiale cross-sectionele gebied is gebaseerd op de methode die is beschreven door Scherer, et al.. 20. Tenslotte, indien gewenst, het einde getijde CO2 en gemiddelde verlopen CO2 -concentratie kunnen gebruikt worden om de fysiologische dode ruimte voor vergelijking met de anatomische dode ruimte21,22te berekenen.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Dit werk werd gefinancierd door de afdelingen van de gezondheid en de menselijke fysiologie en de interne geneeskunde aan de Universiteit van Iowa. Dit werk werd ook ondersteund door de oude goud Fellowship (Bates) en Grant IRG-15-176-40 van de American Cancer Society, beheerd door The Holden uitgebreide Cancer Center aan de 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).
Combineren volumetrische Capnography en barometrische Plethysmography voor het meten van de Long structuur-functie relatie
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