Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Medicine

Kombinera volymetrisk Capnography och barometrisk pletysmografi för att mäta förhållandet Lung struktur och funktion

doi: 10.3791/58238 Published: January 8, 2019

Summary

Här beskriver vi två åtgärder av lungfunktion – barometrisk pletysmografi, som tillåter mätning av lungvolym, och volymetrisk capnography, ett verktyg för att mäta anatomiska dödvolymen och luftvägarna enhetlighet. Dessa tekniker kan användas självständigt eller tillsammans för att bedöma airways funktion vid olika lung volymer.

Abstract

Verktyg för att mäta lungor och luftvägar volym är kritiska för pulmonell forskares utvärdering av sjukdom eller roman terapier på lungan. Barometer pletysmografi är en klassisk teknik för att utvärdera lungvolymen med en lång historia av klinisk användning. Volymetrisk capnography använder tredjeparts profilen av utandad koldioxid att bestämma volymen av ledande luftvägarna, eller dead space, och ger ett index av luftvägarna homogenitet. Dessa tekniker kan användas självständigt eller i kombination för att utvärdera beroendet av luftvägarna volym och homogenitet på lungvolym. Detta dokument innehåller detaljerade tekniska instruktioner att replikera dessa tekniker och vår representativa uppgifter visar att luftvägarna volym och homogenitet är starkt korrelerad till lungvolym. Vi ger också ett makro för analys av capnographic data, som kan ändras eller anpassas för att passa olika experimentella designer. Fördelen med dessa åtgärder är att deras fördelar och begränsningar som stöds av årtionden av experimentella data, och de kan göras flera gånger i samma ämne utan dyra bildgivande utrustning eller tekniskt avancerad analys algoritmer. Dessa metoder kan vara särskilt användbart för utredarna intresserade av störningar som ändrar både den funktionell residualkapacitet av lungorna och luftvägarna.

Introduction

Gas blekt tekniker har använts i årtionden för att tillhandahålla viktig information om struktur och enhetlighet i trädet luftvägarna. Lungan är klassiskt beskrivs som att ha två avdelningar – en ledande zon som består av den anatomiska dödvolymen och respiratoriska zonen där gasutbytet sker i alveolerna. Bedriver luftvägarna kallas som ”dead space” eftersom de inte deltar i utbytet av syre och koldioxid. I metoden enda andetag gas blekt kan koncentration profilen av en utandningsgasen användas att bestämma volymen av den anatomiska dödvolymen och att härleda information om likformigheten av ventilation. Vissa metoder är beroende av andningen av Inerta gaser att göra dessa åtgärder (N2, argon, han, SF6, etc.). Användning av inert gas är väletablerade, stöds av vetenskaplig konsensus uttalanden1, och det finns tillgänglig kommersiell utrustning med användarvänligt gränssnitt. Utandad profilen av koldioxid (CO2) kan dock användas för att härleda liknande information. Utvärdera profilen av CO2 som en funktion av utandad volym eller volymetrisk capnography, kräver inte deltagaren att andas speciella gasblandningar och tillåter utredaren att samla ytterligare information flexibelt om metabolism och gas utbyte med minimal justering till tekniken.

Under en kontrollerad utandning, kan koncentrationen av CO2 plottas mot den totala utandad volymen. I början av en utandning, är döda utrymmet fyllt med atmosfärisk gas. Detta återspeglas i fas I av den utandade CO2 profil där det finns en omätbara mängd CO2 (figur 1, överst). Fas II markerar övergången till alveolära gasen, där gasutbyte sker och CO2 är riklig. Volymen vid mittpunkten av Fasii är volymen av den anatomiska dödvolymen (VD). Fas III innehåller alveolär gas. Eftersom luftvägarna med olika diametrar tom i olika takt, lutning (S) FASIII ger information om airways enhetlighet. En brantare lutning på FASIII föreslår en mindre enhetlig luftvägarna träd proximala till terminalen bronkioler eller konvektion-beroende inhomogenitet2. I fall där en störning kan ändra antalet CO2 -produktion, och att göra jämförelser mellan individer, kan lutningen delas av arean under kurvan att normalisera för skillnader i metabolism (NS- eller normaliserade lutning). Volymetrisk capnography har använts tidigare att utvärdera förändringar i luftvägarna volym och enhetlighet följande luft förorening exponering3,4,5,6.

Gastransporter i lungan styrs av både konvektion och diffusion. Enda breath washout åtgärder är starkt beroende av luftflöde och det uppmätta värdet på VD uppstår vid konvektion-diffusion gränsen. Om du ändrar flödet av utandning eller föregående inandning ändras platsen för att gränsen7. Capnography är också starkt beroende av volymen av lungan föregår manövern. Större lung volymer distend luftvägarna, vilket resulterar i större värden av VD8. En lösning är att konsekvent göra mätningen på samma lunga volym – oftast funktionell residualkapacitet (FRC). En alternativ, beskrivs här, är att par volymetrisk capnography med barometrisk pletysmografi, för att få förhållandet mellan VD och lungvolym. Deltagaren utför sedan manövern vid konstanta flöden, medan varierande lungvolymen. Detta tillåter fortfarande för klassiska capnographic åtgärder göras på FRC, men också för förhållandet mellan lungvolym och dödvolymen volym och mellan lungvolym och homogenitet skall härledas. Mervärdet av koppling capnography med pletysmografi kommer faktiskt från möjligheten att testa hypoteser om distensibility av trädet airways och struktur och funktion förhållandet av lungan. Detta kan vara ett värdefullt verktyg för utredare som syftar till att kvantifiera påverkan av luftvägarna mekanik kontra lung efterlevnads- och elastans på lungfunktion i friska och sjuka populationer9,10,11 . Dessutom svarar för den absoluta lungvolym som volymetrisk capnographic mätningarna utförs kan utredarna att karakterisera effekterna av villkor som kan förändra tillståndet inflationen i lungan, såsom fetma, lung transplantation eller interventioner som bröstet vägg bandning. Volymetrisk capnography kan slutligen ha klinisk nytta i intensivvård inställning12,13.

Protocol

Detta protokoll tidigare har godkänts av och följer de riktlinjer som fastställs av universitetar av Iowa institutionella Review Board. Uppgifterna samlades in som en del av ett projekt som godkänts av den institutionella Review Board på University of Iowa. Deltagarna gav informerat samtycke och studierna utfördes i enlighet med Helsingforsdeklarationen.

1. utrustning

  1. Kontrollera tabellen utrustning för att kontrollera att alla nödvändiga utrustning finns. Dubbelkolla konfigurationen med hjälp av en grafisk skildring av utrustningen i figur 2.

2. pletysmografi

Obs: Barometrisk pletysmografi är ett väl beskrivna kliniska verktyg och utförs med kommersiell utrustning enligt konsensus på standardisera lung volym mätningar14,15. Vid behov, jämförs lung flöden och volymer förutsagda värden från NHANES datauppsättning och Goldman och Becklake16 som ingår i programvaran plethysmograph.

  1. Utför kalibrering av plethysmograph dagligen och innan några experiment.
    1. Mät temperatur, lufttryck och relativ fuktighet med hjälp av en standard barometer innan kalibreringen och ange dessa värden i programvaran plethysmograph korrektionsfaktorer.
    2. Kalibrera flödessensorn med en kalibrerad 3 L spruta vid variabla flöden. Kalibrera den rutan tryck med hjälp av en exakt 50 mL pump. Box tryckgivare bör kontrolleras varje månad och åter kalibreras vid behov, per tillverkarens rekommendation.
  2. Omedelbart före mätningen, placera deltagaren i den hela kroppen plethysmograph och Stäng luckan. Göra mätningar efter 30-60 s, vilket möjliggör termisk Jämviktstiden.
    1. Instruera deltagaren att placera sin mun på munstycket, sätta på näsa klipp och placera sina händer på deras kinder. Förhindra ”påsighet” i kinderna under manövern minimerar förändringar i volym som resulterar från att ändra volymen mun.
    2. Instruera deltagaren att andas normalt, så att minst fyra tidvatten andetag vara förvärvad och funktionell residualkapacitet (FRC) upprättas.
    3. I slutet av en normal utandning (FRC), stänga slutaren. Coacha deltagaren att flämta lätt på 0,5-1 andetag/s för 3-4 s. utvärdera förhållandet mellan mun trycket och plethysmograph trycket för att säkerställa att det är en serie överlappande, raka linjer utan termisk drift.
    4. Öppna slutaren och låt deltagaren att ta ett normalt andetag. Coacha deltagaren att andas ut till residualvolym (RV), följt av en maximal inspiratorisk manöver till total lungkapacitet. Upprepa minst tre gånger tills FRC värden som håller inom 5% erhålls

3. volymetrisk Capnography

Obs: Steg 3,1-3,4 utförs före ankomsten av forskningsämne.

  1. Innan du fortsätter, adress variabler i tabell 1 och ändra om det behövs. Det är viktigt att dessa variabler är justerat under konstruktionsfasen studie och sedan hölls konstant under hela studien.
    1. Innan du börjar ett nytt experimentellt protokoll, var noga med att noggrant mäta tidsfördröjningen mellan gas analyzer, som mäter CO2 -koncentration, och den pneumotach, som mäter flöde. Detta tillåter för CO2 och flöde signaler anpassas.
    2. Mät tiden försening experimentellt med en ström av 5% CO2. Fäst den gasar fodrar en Avstängningskranen, följt av munstycket.
    3. Öppna Avstängningskranen, införa gasen med en hastighet av 10 L/min. bestämma tiden fördröjning mellan svaret av pneumotach och gas analyzer över 10 prövningar och in i makrot.
    4. Upprätthålla dröjsmål tidskonstanten genom att upprätthålla analyzer samplingsfrekvens. Tidsfördröjningen är starkt beroende av samplingsfrekvens av gas analyzer och det är viktigt att detta förblir konstanta genom experiment och mellan deltagarna.
  2. Definiera tre ”kanaler” för insamling av flöde, utandad CO2 (%) och volym. Flöde och utandad CO2 (%) är analoga ingångar och volymen är integralen av flöde.
    1. Bekräfta att flödet och CO2 (%) mäts direkt från pneumotach och gas analyzer och att volymen beräknas som integralen av flöde. Figur 3 visar att dessa samlas i kanalerna 1,2 och 6.
  3. Kalibrera den gas analyzer före varje användning. Inkludera O2 sensorn om detta skall mätas.
    1. Noll analysatorn med en inert gas. 100% kalibrering grade (< 0,01% föroreningar) N2 eller han kan användas, även om helium föredras eftersom kväve kan vara kontaminerade med spårmängder av syre. Placera torkröret i en påse eller ansluta till en blandningskammare. Spola den väska eller kammare med inert gas med en hastighet av minst 10 L/min. försiktighet iakttas inte att trycksätta systemet eftersom detta kan påverka kalibreringen.
    2. Översvämning i väska eller kammare med inert gas att tränga undan O2 och CO2. När visas koncentrationerna av CO2 och O2 stabilisera, justera noll rattarna tills de båda läsa noll.
    3. Upprepa med 6% CO2 och rum luft (20,93% O2) kalibreringsgaser. När koncentrationen av önskad gasen stabiliserar, justera span vredet för att matcha koncentrationen av kalibreringsgas.
    4. Dubbelgranska inert gas och kalibreringsgaser och justera noll och span tills båda är korrekta ±0, 1%.
  4. Kalibrera den uppvärmda pneumotach enligt tillverkarens anvisningar.
    1. I korthet kan pneumotach värmas till 37 ° C i minst 20 min innan studien.
    2. Välj den nedrullningsbara menyn av flöde kanaliserar (kanal 1), Välj menyalternativet Spirometer och klicka på noll noll pneumotach. Avsluta genom att välja okej.
    3. Direkt ansluta en 3L spruta till den pneumotach med en flöde huvud adapter. Markera den kalibrering andedräkten. Återigen, Välj menyn nedrullningsbara flöde kanal. Välj Spirometer flöde | Kalibrera, Skriv i 3 L och välj okej”\.
    4. Kontrollera kalibreringen genom att injicera 3L i pneumotach på varierande flöden (0-4 L/s, 4-8 L/s och 8-12 L/s). Skillnaden från 3 L bör vara mindre än 5%.
  5. Samla den manöver, att säkerställa att två sekventiella andetag samlas och att de är gjorda på samma flödet.
    1. Coach föremål för att utföra en enkel manöver som består av två par andetag – ett coaching andetag och en andedräkt för analys. Detta visas grafiskt i figur 1 (nederst).
    2. Under manövern, coacha deltagarna att följa guiden flöde på bildskärmen. Utredaren kan coacha föremål genom att ange ”inhalera nu” eller ”andas ut nu”.
    3. Utföra manövern så att det finns två par av dessa andetag i en enkel manöver. Den första utandningen av manövern är 3 s och andra är 5 s. överväga att lägga ett motstånd i linje med munstycket för att göra utandad flöda lättare att kontrollera. Ett motstånd med 5 cm H2O/L/s för resistens är i allmänhet tolereras väl.
      Obs: Det är viktigt att om ett motstånd används, den används under hela studien och för varje deltagare eftersom det ökar mun och luftvägar pressar, som kan ändra luftvägarna diameter. Det är också viktigt att deltagarna inte ”puff” sina kinder eftersom detta ökar i dead space.
  6. Mätprotokoll
    1. Instruera deltagaren att sitta rakt med båda fötterna på golvet, satte näsa klipp på sin näsa och placera sin mun på munstycket.
    2. Coach deltagaren att slutföra minst en minut av tidvatten andas. Detta är för åtgärder av metabolisk funktion och gör deltagaren att bekanta sig med munstycket. Efter en minut, stoppa datainsamling.
    3. Nästa, coacha deltagarna för att variera sin tidalvolym, tar antingen normal, mindre eller större än normala tidvatten andetag. Detta säkerställer att capnograms erhålls vid olika lung volymer
    4. Coacha deltagaren som de bör övergången till utföra en capnogram manöver så fort de ser flödet spårning visas på deras skärm.
    5. Återuppta datainsamling vid en slumpmässig punkt i deltagarens andningscykeln. Detta möjliggör mätningar skall göras vid olika lung volymer.
    6. Slutligen, tränare att utföra en suck i slutet av varje manöver, helt avkopplande musklerna i andningen. Detta möjliggör FRC som skall fastställas.
    7. Stoppa datainsamling. Upprepa steg 3.6.3-3.6.5 förrän minst 6-8 manövrar (12 -16 par andetag för analys) är slutförda.

4. dataanalys

  1. Exportera Data. För att köra genom makrot, måste varje par andetag exporteras som en enda textfil som sedan importeras till makrot. Skärmdumpar av denna process ges i kompletterande figur 1.
    1. Markera varje par andetag, tar hand att belysa en del av utandningen innan manövern påbörjas.
    2. Under Arkiv-menyn väljer du Exporteraoch namnge motivets manöver.
    3. Använd den nedrullningsbara menyn under Filformat och spara den som en datafil. Välj sedan Spara.
    4. Detta kommer att uppmana en Exportera som Text ruta visas. Avmarkera Block huvudet kolumner, tid, datum, kommentarer, och händelsen markörertill höger.
    5. Till vänster, Välj Aktuell markering och Utdata NaN för värden. Markera nedsampla av och ange 10 i rutan.
    6. Välj den Flöde kanal och CO2 (%) Kanal ska exporteras och klicka på Okay. Överväga att göra dubbletter av dessa exporterade filer som säkerhetskopior innan du börjar analysen.
  2. Utföra omvärldsanalys. De stegvisa kommenterad Skärmdumparna av för att analysera exporterade manövrar med makrot och jämföra med lungvolym ges i kompletterande figur 2 och kan användas som en guide.
    1. Öppna makrot, gå till Arkiv och välj Openna.
    2. Välj den sparade datafilen, som sparas med filnamnstillägget .txt.
    3. En Textimportguiden ruta. I det övre vänstra hörnet, Välj avgränsat och klicka på Nästa. För steg 2, Välj fliken under avgränsare och klicka på Nästa. För steg 3, Välj Allmänt under Kolumndataformat och klicka på Slutför.
    4. Om du vill köra makrot, Välj Visa, makro, Visa makro, och kör i följd. Välj Ja om det finns en säkerhetskopia av data.
    5. Tillåta att makrot körs (ca 90 s) och skapa en arbetsbok med fyra ark. Av betydelse för dessa mätningar, ark 2 innehåller numeriska data och diagram 3 innehåller en tomt på capnogram.
    6. Tillbaka till data och bestäm volymen för FRC. Detta identifieras som volymen i slutet av suck vid vilket flöde = 0 L/s.
    7. Bestäm volymen där den andra utandningen i varje par andetag börjades. Genom att subtrahera det från FRC volymen, kan starta volymen ovanför eller nedanför FRC bestämmas för varje andetag.

Representative Results

Representativa pletysmografi resultat ges i figur 4. Denna deltagare krävs fyra försök för att samla in tre FRC värden med < 5% variabilitet från mean.%Ref återspeglar procenten av det förväntade värdet för varje variabel utifrån befolkning regression ekvationer som tar in i konto kön, ålder, ras, längd och vikt

Figur 1 (överst) visar en representativ enda capnogram som används i analysen och figur 1 (nederst) visar rådata av hela sekvensen av manövern. I figur 1 (botten) anpassas den capnogram och flöde spårning inte till konto för tidsfördröjningen. Data som genereras från löper en sekvens av andetag genom makrot visas i slutet av kompletterande figur 2. Denna person hade en dödvolymen 0.266 l, en lutning på 0.523% CO2/l och ett normaliserat sluttningen av 0.0826 L-1. Kvalitativ information om manövern ges också i kolumner F, G, I, J och K. kolumn F ger den utandade medelflöde, med standardavvikelsen i kolumn G. Den utandad tidalvolymen ges i kolumn J och R-kvadratvärdet för lutningen i kolumn K.

Dödvolymen och lutning ritas som en funktion av lungvolym ges i figur 5. I vänstra panelerna, dead space och lutningen är plottade kontra lungvolym i förhållande till FRC, där FRC = 0 L. I de högra panelerna är lungvolym och lutningen plottade kontra absolut lungvolym. I båda fallen dödvolymen och lutningen är signifikant korrelation mellan lungvolym (p < 0,05 för alla fyra regressionsanalyser). Detta tyder på att döda utrymme och luftvägarna homogenitet öka lung volym ökar, även om lite är känt om detta förhållande i populationer med lungsjukdom eller med bronkdilaterande behandling. Utredaren kan också välja att använda dessa data för att beskriva det numeriska värdet för dead space och lutningen på specifika lung volymer (FRC, residualvolym, 50% av totala lungkapacitet etc.)3.

Figure 1
Figur 1. Prov capnogram (överst), med utandningsluften CO2 (%) ritas som en funktion av den utandade volymen. I, II och III ange de tre faserna av capnogram. Den streckade linjen anger volymen av det döda utrymmet och den heldragna linjen representerar slutta av den alveolära platån (FASIII). Lutningen kan delas av området under capnogram (skuggade grå, märkt A) ge normaliserade lutningen. Fyra andedräkt sekvensen visas i den nedre panelen, följt av ett suck andetag att bestämma funktionell residualkapacitet. Varje par av andetag analyseras som en enkel manöver. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2. Utrustning installationsprogrammet för capnographic mätningar. Visas i denna figur är den pneumotach och gas analyzer som krävs för capnographic mätningar. Den vänstra bildskärmen och spårning används av deltagaren som guide i generera flödesmönster medan data observeras på rätt bildskärm av prövaren. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3. Kanalinställningar för förvärvet av den volymetriska capnogram. Flöde samlas i kanal 1, CO2 -koncentration (%) samlas i kanal 2 och tidalvolymen beräknas i kanal 3. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4. Representativ plethysmograph data från en frisk, manliga angående. Särskilt relevant för protokollet rapporterade här är total lungkapacitet (TLC), residualvolym (RV) och funktionell residualkapacitet (FRC). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 5
Figur 5. Dead rymden och alveolära sluttning ritas som en funktion av absoluta lungvolym (rätt panelerna) och volymen i förhållande till den funktionell residualkapacitet (volym-FRC, vänster). Observera beroendet av luftvägarna volym och lung heterogenitet på lungvolym. Lungvolym kan uttryckas som en funktion av FRC eller absoluta volym, beroende på experimentell design. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 6
Figur 6. Faktorer som påverkar datanoggrannhet. Data ges som medelvärde ± 95% konfidensintervallet. Förhållandet mellan CO2 samplingsfrekvens och tidsfördröjningen mellan gas analyzer och pneumotach (överst). Tidsfördröjning fastställas noggrant innan du börjar experimentet. Mäta åtta totalt manövrar möjliggör mätning av döda utrymmet på en enda lungvolym med < 5% variabilitet (nederst). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Discussion

Här finns ett protokoll för mätning av VD och airways homogenitet (lutning). Dessa mätningar kan göras på FRC, eller som en funktion av lungvolym. Mäta FRC före start av experiment och efter en störning gör VD och lutning för att ritas som en funktion av lungvolym och kan ge värdefull information om relationen struktur och funktion av lungan som inte erhålls från capnography på FRC ensam.

Airways volym och högupplösta struktur kan erhållas från beräknade tomografiska imaging17,18, men detta kräver exponering för strålning och expertis inom bildbehandling. Med volymetrisk capnography, kan upprepade mätningar göras utan att öka risken för deltagaren. Det kräver inte heller dyr utrustning eller avancerade data bearbetning kapacitet. Volymetrisk capnography är en idealisk metod för experiment med flera tidpunkter och flera lung volymer och sluten populationer vars exponering för strålning ska minimeras.

När det gäller den barometriska pletysmografi, bör vara försiktig att utföra mätningen enligt konsensus uttalanden. När det är viktigt att jämföra deltagare värden till förväntade befolkningen värden, vikt bör mätas med en skala och höjd bör verifieras med en stadiometer. Som noterades i protokollet, är den viktigaste komponenten att mäta före början volymetrisk capnography tidsfördröjningen mellan pneumotach och gas analyzer. Tidsfördröjningen är starkt beroende av analyzer samplingsfrekvens (figur 5, top) och små förändringar i samplingsfrekvensen kan ha stor påverkan på uppmätta värden. Analyzer flödeshastighet bör kontrolleras vid början och under experimentet. Kalibrering av analyzer och pneumotach är också kritiska och vård bör vidtas för att säkerställa deras noggrannhet innan du börjar ett experiment.

Vi har också fastställt noggrannheten i mätningen på en enda lungvolym i 3 deltagare. Figur 5 (nederst) visar att det är nödvändigt för att slutföra fyra manövrar (8 totalt andetag) på en enda lungvolym att mäta dödvolymen så att variationen är < 5%. Utredare ska ta hand för att göra ett tillräckligt antal mätningar när är viktigt att ha data på en viss lungvolym. I en delmängd av 36 manövrar analyseras i duplikat av två utredare, var intra-utredare analys variabiliteten mindre än 0,5%.

Dessa metoder kräver också en tekniker eller utredare som är skicklig i coaching deltagaren för att göra de andningshjälp manövrar. En begränsning i lungfunktion studier kan vara deltagarens förmåga att utföra manövern. Deltagare som har möjlighet att utföra kliniska lungfunktion är dock vanligtvis kunna utföra de capnographic manövrar. Om studien är utformad så att capnography följer pletysmografi och spirometri, kan deltagare som inte kan utföra en coachade spirometric eller pletysmografiska manöver uteslutas. I 60 tidigare studier uteslöts en deltagare som utförs klinisk spirometri eftersom de inte kunde följa capnographic andningsmönstret. Det finns för närvarande ingen konsensus riktlinjer definiera godtagbara capnographic mätning kriterier. Intersubject variabilitet är dock 8±1% av målet flödet i våra 10 senaste deltagare. Intrasubject (mellan manöver) variabilitet är 4±2%.

Frågor om datanoggrannhet och reproducerbarhet är resultatet av fel i tiden försening eller analyzer och pneumotach kalibreringen. Innan varje experiment ta hand att kalibrera analysutrustningen med en uppsättning kända gaser och generera en flerpunkts standardkurvan för att bekräfta analysatorns noggrannhet.

Utöver den information som lämnas här, innehåller makrot två ytterligare beräkningar som kan vara av intresse. När manövrer görs på FRC, ger kolumnen FRC en uppskattning av FRC baserat på den Farmery metod19. Beräkning av perifera bronkial tvärsnittsarea är baserat på den metod som beskrivs av Scherer, o.a. 20. Slutligen, om så önskas, den slut tidal CO2 och genomsnittliga utgångna CO2 koncentrationer kan användas att beräkna den fysiologiska dödvolymen för jämförelse med den anatomiska dödvolymen21,22.

Disclosures

Författarna har något att avslöja.

Acknowledgments

Detta arbete finansierades av avdelningar för hälsa och människans fysiologi och internmedicin vid University of Iowa. Detta arbete var också stöds av Old Gold Fellowship (Bates) och Grant IRG-15-176-40 från American Cancer Society, administreras via The Holden omfattande Cancer Center vid 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).
Kombinera volymetrisk Capnography och barometrisk pletysmografi för att mäta förhållandet Lung struktur och funktion
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