Method Article

Tek Nefes Yöntemi Kullanılarak İnsanlarda Egzersiz Sırasında İkili Test Gazı Pulmoner Difüzyon Kapasitesi Ölçümü

DOI:

10.3791/65871

⸱

February 2nd, 2024

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Centre for Physical Activity Research, Copenhagen University Hospital - Rigshospitalet, 2Department of Biomedical Sciences, Faculty of Health and Medical Sciences, University of Copenhagen, 3Department of Clinical Physiology and Nuclear Medicine, Copenhagen University Hospital - Rigshospitalet, 4Department of Anesthesiology and Intensive Care, Hvidovre Hospital, 5Department of Clinical Medicine, Faculty of Health and Medical Sciences, University of Copenhagen, 6Neurovascular Research Laboratory, Faculty of Life Sciences and Education, University of South Wales

In This Article

Summary

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

Bu protokol, egzersiz sırasında karbon monoksit (DL, CO) ve nitrik oksit (DL,NO) difüzyon kapasitesinin kombine tek nefes ölçümü ile ölçülen pulmoner alveolar-kapiller rezervi değerlendirmek için bir yöntem sunar. Egzersiz sırasında tekniğin kullanımına ilişkin varsayımlar ve öneriler bu makalenin temelini oluşturur.

Abstract

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

Karbon monoksit (DL, CO) ve nitrik oksidin (DL, NO) yayılma kapasitesinin birleşik tek nefesle ölçümü, hem sağlıklı hem de hasta popülasyonlarında pulmoner alveolar-kapiller rezervi ölçmek için yararlı bir tekniktir. Ölçüm, katılımcının pulmoner kılcal damarları işe alma ve şişirme yeteneğinin bir tahminini sağlar. Yöntemin yakın zamanda hafif ila orta yoğunlukta egzersiz sırasında sağlıklı gönüllülerde yüksek bir test-tekrar test güvenilirliği sergilediği bildirilmiştir. Bu tekniğin 12 defaya kadar tekrarlanan manevraya izin verdiğini ve yalnızca 5 sn gibi nispeten kısa bir nefes tutma süresi ile tek bir nefes gerektirdiğini unutmayın. DL, NO ve DL,CO'daki kademeli değişiklikleri maksimum iş yükünün %60'ına kadar artan yoğunluklarda dinlenmeden egzersize gösteren temsili veriler sağlanmıştır. Difüzyon kapasitesinin ölçülmesi ve alveolar-kapiller rezervin değerlendirilmesi, akciğerin hem sağlıklı popülasyonda hem de kronik akciğer hastalığı olanlar gibi hasta popülasyonlarında egzersize yanıt verme yeteneğini değerlendirmek için yararlı bir araçtır.

Introduction

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

Egzersiz, dinlenme durumuna kıyasla enerji talebinde önemli bir artışa yol açar. Kalp ve akciğerler, kalp debisini ve ventilasyonu artırarak yanıt verir, bu da alveolar-kılcal yatağın genişlemesine, özellikle pulmoner kılcal damarların toplanmasına ve şişmesineneden olur 1. Bu, pulmoner difüzyon kapasitesindeki(DL) bir artışla ölçülebilen yeterli bir pulmoner gaz değişimi sağlar2,3,4. Egzersiz sırasındaDL'yi ölçmeye yönelik ilk girişimler bir asırdan daha eskiye dayanmaktadır 5,6,7. Dinlenme durumundanDL'yi artırma yeteneği genellikle alveolar-kılcal rezerv 8,9 olarak adlandırılır.

Deneysel olarak, alveolar-kapiller membran difüzyon kapasitesinin(DM) ve pulmoner kapiller kan hacminin (VC) alveolar-kapiller rezervine göreceli katkıları, solunan oksijenin klasik çoklu fraksiyonları (figure-introduction-1) yöntemi10 dahil olmak üzere farklı yöntemlerle değerlendirilebilir. Bu bağlamda yararlı olabilecek alternatif bir teknik, DL ila karbon monoksit (CO) ve nitrik oksit (NO) (DL, CO / NO) aynı anda ölçüldüğü çift testli gaz yöntemidir11. Bu teknik 1980'lerde geliştirilmiştir ve NO'nun hemoglobin (Hb) ile reaksiyon hızının CO'nunkinden önemli ölçüde daha büyük olduğu gerçeğinden yararlanır, öyle ki CO'nun pulmoner difüzyonu NO'dan daha fazla VC'ye bağlıdır. Bu nedenle, CO difüzyonuna karşı ana direnç bölgesi (~% 75) kırmızı kan hücresi içinde bulunur, NO difüzyonuna karşı ana direnç (~% 60) alveolar-kapiller membran ve pulmoner plazmadadır12. DL, CO ve DL, NO'nun eşzamanlı ölçümü, D M ve VC'nin DL12'ye göreceli katkılarının değerlendirilmesine izin verir, burada egzersiz sırasında gözlenen DL, NO'daki değişiklik büyük ölçüde alveolar-kapiller membranın genişlemesini yansıtır. Egzersiz sırasında ölçümler elde edilirken bu yöntemin ek bir avantajı, farklı oksijen seviyelerinde standart 10 s'lik bir nefes tutma ile birden fazla tekrarlanan manevranın gerçekleştirildiği klasik figure-introduction-2 tekniğe kıyasla nispeten kısa bir nefes tutma süresi (~ 5 s) ve daha az manevra içermesidir. Her ne kadar son zamanlarda daha kısa nefes tutma süresi ve her şiddette daha az manevra ile uygulanmış olsa figure-introduction-3 da13. Bununla birlikte, figure-introduction-4 seans başına yalnızca toplam altı DL,CO manevrasına izin verirken, ortaya çıkan tahminler üzerinde ölçülebilir bir etki olmaksızın 12'ye kadar tekrarlanan DL,CO/NO manevrası gerçekleştirilebilir14. Bunlar, egzersiz sırasında ölçüm yaparken önemli hususlardır, çünkü hem uzun bir nefes tutma hem de çoklu manevraların çok yüksek yoğunluklarda veya nefes darlığı yaşayan hasta popülasyonlarında gerçekleştirilmesi zor olabilir.

Bu makale, egzersiz sırasında DL, CO/NO ölçümü ve alveolar-kapiller rezervin bir indeksi olarak kullanımı hakkında teorik düşünceler ve pratik öneriler içeren ayrıntılı bir protokol sunmaktadır. Bu yöntem deney ortamında kolayca uygulanabilir ve akciğerlerdeki difüzyon sınırlamasının farklı popülasyonlarda oksijen alımını nasıl etkileyebileceğinin değerlendirilmesine izin verir.

Teori ve ölçüm ilkeleri
DL, CO / NO yöntemi, gazların solunduktan sonra havalandırılan alveolar boşlukta eşit olarak dağıldığı varsayımıyla, bir gaz karışımının tek bir nefesini içerir. Gaz karışımı, inert bir izleyici gaz da dahil olmak üzere birkaç gazdan oluşur. İz gazın, ekspirasyon sonu havadaki fraksiyonuna bağlı olarak havalandırılan alveolar boşlukta seyreltilmesi, alveolar hacmi (VA)15 hesaplamak için kullanılabilir. Gaz karışımı ayrıca, her ikisi de havalandırılan alveolar boşlukta seyreltilen ve alveolar-kılcal membran boyunca yayılan test gazı CO ve NO'yu içerir. Alveolar fraksiyonlarına dayanarak, alveolar boşluktan yayılma sabiti olarak da adlandırılan bireysel kaybolma oranları (k) hesaplanabilir. Konvansiyonel olarak, tek nefesli bir manevra sırasında ölçülen bir test gazı için DL, aşağıdaki denklem16 ile türetilir:

figure-introduction-5

burada FA0,bireysel DL manevrasının nefes tutma başlangıcında test gazının (CO veya NO) alveolar fraksiyonu iken, FA, nefes tutmanın sonundaki test gazının alveolar fraksiyonudur ve tBH nefes tutma süresidir. DL, test gazının alveolar-kılcal zar boyunca, plazma ve kırmızı kan hücresinin iç kısmından hemoglobine iletkenliğine mekanik olarak eşdeğerdir. Bu nedenle, hem DM'nin iletkenliğine hem de pulmoner kılcal kanın (θ) spesifik iletkenliğine bağlıdır, ikincisi hem test gazının kandaki iletkenliğine hem de hemoglobin10 ile reaksiyon hızına bağlıdır. İletkenliğin tersinin direnç olduğu göz önüne alındığında, bir test gazının transferine karşı toplam direnç, seri10'daki aşağıdaki dirençlere bağlıdır:

figure-introduction-6

Bu bileşenler, DL'den CO ve NO'ya aynı anda ölçülerek ayırt edilebilir, çünkü bunlar farklı θ değerlerine sahiptir ve bu nedenleilgili DL değerleri VC'ye farklı şekilde bağlıdır. CO'nun pulmoner difüzyonu, NO'dan daha fazla VC'ye bağlıdır ve CO difüzyonuna karşı ana direnç bölgesi (~% 75) kırmızı kan hücresi12 içinde bulunur. Buna karşılık, NO difüzyonuna karşı ana direnç (~% 60) alveolar-kapiller membran ve pulmoner plazmadadır, çünkü NO'nun hemoglobin ile reaksiyon hızı CO'nunkinden önemli ölçüde daha yüksektir. Bu nedenle, DL, CO ve DL, NO'yu aynı anda ölçerek,hem DM hem deVC'deki değişiklikler birincisini belirgin şekilde etkileyecektir, ikincisi ise VC'ye çok daha az bağlı olacak, böyleceDL'yi belirleyen faktörlerin bütünleştirici bir değerlendirmesine izin verecektir.

D, L, CO/NO metriklerinin raporlanması farklı birimler kullanılarak yapılabilir. Bu nedenle, Avrupa solunum derneği (ERS) mmol/dak/kPa kullanırken, Amerikan Toraks Derneği (ATS) mL/dak/mmHg kullanır. Birimler arasındaki dönüşüm faktörü 2.987 mmol/dak/kPa = mL/dak/mmHg'dir.

Protocol

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

Danimarka Başkent Bölgesi Bilimsel Etik Komitesi, kurumumuzda hem sağlıklı gönüllülerde hem de kronik obstrüktif akciğer hastalığı (KOAH) olan hastalarda istirahatte, egzersiz sırasında ve sırtüstü pozisyondaDL,CO/NO ölçümünü daha önce onaylamıştır (protokoller H-20052659, H-21021723 ve H-21060230).

NOT: Egzersiz sırasında DL, CO / NO ölçülmeden önce dinamik bir spirometri ve bir kardiyopulmoner egzersiz testi (CPET) yapılmalıdır. Dinamik spirometri, bireysel DL, CO / NO manevralarının kalite kontrolü için kullanılırken, CPET, egzersiz sırasında DL, CO / NO'nun ölçüleceği iş yükünü belirlemek için kullanılır. Özellikle obstrüktif akciğer hastalığına bağlı hava akımı kısıtlılığı olan hastalarda, geçerli bir hayati kapasite ölçüsü elde etmek için dinamik spirometriyi tüm vücut pletismografisi ile desteklemek avantajlı olabilir. CPET'e başlamadan önce bilinen kontrendikasyonları ekarte etmek için tıbbi sağlık kontrolü önerilir17. Daha da önemlisi, CPET, egzersiz sırasında elde edilen DL, CO/ NO ölçümünden en az 48 saat önce yapılmalıdır, çünkü önceki şiddetli egzersizDL'yi en az 24 saate kadaretkileyebilir 18,19.

1. Dinamik spirometri

NOT: Dinamik spirometri, ERS ve ATS20'nin mevcut klinik kılavuzlarına uygun olarak yapılmalıdır.

  1. Ağırlığı (en yakın 100 g'a kadar) ve yüksekliği (en yakın 1 mm'ye kadar) ölçün.
  2. Katılımcıdan dik bir sandalyeye oturmasını isteyin.
  3. Başka bir yerde açıklandığı gibi, katılımcının 1 saniye (FEV1) cinsinden zorunlu süresi dolmuş hacmi (FEV20) ve zorlu yaşamsal kapasitesini (FVC) belirlemek için zorunlu süresi dolmuş bir manevra sırasında dinamik bir spirometri gerçekleştirin.

2. Kardiyopulmoner egzersiz testi (CPET)

NOT: CPET, mevcut klinik önerilere uygun olarak yapılmalıdır21.

  1. Döngü ergometresini katılımcının boyuna göre ayarlayın ve göğsünüze bir kalp atış hızı (HR) monitörü yerleştirin.
  2. Katılımcıyı döngü ergometresine yerleştirin. Test boyunca ventilasyonu ve pulmoner gaz değişimini ölçmek için katılımcıyı metabolik ölçüm sistemine bağlı bir maske ile donatın.
  3. Katılımcıya kendi seçtiği bir hızda ≥dakikada 60 tur (RPM) bisiklete binmeye başlamasını ve kendi bildirdiği aktivite seviyesine, günlük zindeliğe ve hastalık durumuna (örneğin, 5-15 W) dayalı olarak maksimum altı bir iş yükünde 15 dakikalık bir ısınma süresi gerçekleştirmesini söyleyin.
  4. Katılımcı gönüllü tükenmeye ulaşana kadar iş yükünü her dakika 5-20 W artırın. Artışlar, katılımcının mevcut kondisyon düzeyine dayanmalıdır, böylece testin artımlı aşamanın başlamasından 8-12 dakika sonra sona ermesi beklenir.
  5. Katılımcıya sonraki 48 saat boyunca diğer şiddetli egzersizlerden kaçınmasını söyleyin.

3. Tek nefes yayma kapasiteli ekipmanın kalibrasyonu

NOT: Ölçümlerin hem geçerli hem de güvenilir olduğundan emin olmak için akış sensörlerini ve gaz analizörlerini kalibre etmek gerekir. Kesin prosedür üreticiye ve cihaza özeldir. Biyolojik kontrol de dahil olmak üzere kalibrasyon prosedürü her çalışma gününde tamamlanmalı ve haftada bir çalışma gününden az yürütülüyorsa, haftalık ek kalibrasyonlar yapılmalıdır. Deney düzeneği Şekil 1'de gösterilmiştir.

  1. Bilgisayardaki yazılım programını açın ve pnömotakın yeterli sıcaklığını sağlamak için 50 dakikalık bir otomatik ısınma süresi başlatılacaktır.
  2. Test gazlarının bulunduğu kapların açık olduğundan emin olun (Bkz. Şekil 1D).
  3. Önce s'yi bağlayarak bir gaz kalibrasyonu gerçekleştirinampling hattı pnömotaktan CAL olarak adlandırılan MS-PFT Analizör Ünitesi eklentisine (Bkz. Şekil 1B).
  4. Ana Sayfada Kalibrasyon'u seçerek gaz kalibrasyonunu başlatın (Bkz. Şekil 2A) ve Gaz kalibrasyonunu seçin. Başlat veya F1 tuşuna basarak kalibrasyonu başlatın (Bkz. Şekil 2B).
  5. Gaz kalibrasyonu tamamlandığında ve kabul edildiğinde numune alma hattını pnömotaka takın.
  6. Geçerli bir 3 L şırınga kullanarak hacim kalibrasyonu yapın. Ana Sayfada Kalibrasyon'u seçerek hacim kalibrasyonunu başlatın (Bkz. Şekil 2A) ve Hacim kalibrasyonu'nu seçin. F1 tuşuna basarak kalibrasyonu başlatın ve yazılım tarafından sağlanan talimatları izleyin ( Bkz. Şekil 2C).
  7. İnspiratuar torbanın MS-PFT analizör ünitesine bağlı olduğundan emin olun ( Bkz. Şekil 1C).
  8. Oturma pozisyonunda istirahatte biyolojik kontrol ölçümü yaparak kalibrasyon prosedürünü tamamlayın. Bu, yöntemin güvenilirliğini sağlamak için sigara içmeyen sağlıklı bir kişi tarafından yapılmalıdır. Verilen deneğin DL, CO veya DL, NO'daki haftadan haftaya değişimi sırasıyla 1,6 ve 6,5 mmol/dak/kPa'dan (5 ve 20 mL/dak/mmHg) fazla değişiyorsa, değişiklik makine hatasından kaynaklanabilir ve daha fazla araştırılmalıdır12, 22.

4. Katılımcının hazırlanması

  1. DL, CO/ NO'nun ölçüleceği seçilen yoğunluk (maksimum iş yükünün %'si (Wmaks)) için önceki CPET sonuçlarından istenen iş yükünü hesaplayın.
  2. Katılımcı CPET'i gerçekleştirdikten en az 48 saat sonra, egzersiz sırasındaDL,CO/NO ölçümünü almak için katılımcıdan laboratuvara dönmesini isteyin.
  3. Hastanın boyunu (cm cinsinden en yakın mm'ye), ağırlığını (kg cinsinden en yakın 100 g'a) ve kılcal kandan Hb'yi (mmol / L cinsinden en yakın 0.1 mmol / L) ölçün.
  4. Programın Ana Sayfasında Hasta > Yeni hasta'yı seçin ( Bkz. Şekil 2A) ve gerekli verileri doldurun: Katılımcının Kimliği, Soyadı, Adı, Doğum Tarihi, Cinsiyeti, Boyu ve Kilosu. OK veya F1'i seçerek devam edin (Bkz. Şekil 2D).

5. Dik dinlenme sırasında DL, CO / NO ölçümü

NOT: DL, CO/NO ölçümleri, ERS görev gücü12'nin mevcut klinik tavsiyelerine uygun olarak gerçekleştirilir.

  1. Ana Sayfada, Membran difüzyonu > NO Ölçüm seçeneğini belirleyin ( Bkz. Şekil 2E).
  2. Tüm test gazları için gaz analizörünü sıfırlamak ve bağlı inspiratuar torbadaki test gazlarının karıştırılmasını başlatmak için yazılımı otomatik olarak sıfırlamayı başlatın. F1 tuşuna basarak otomatik sıfırlamayı başlatın (Bkz. Şekil 2F).
    1. Otomatik sıfırlama 140-210 s sürer. Ölçümün ne zaman başlatılacağını anlamak için yazılım tarafından sağlanan talimatları izleyin. Yazılım hastayı bağla talimatını verdiğinde ölçümü hemen başlatmak önemlidir.
  3. Katılımcıyı burun klipsi ile donatılmış dik bir sandalyeye yerleştirin. Katılımcıya aşağıda açıklandığı gibi manevrayı nasıl gerçekleştireceği konusunda talimat verin.
    1. Katılımcıdan burun klipsini kullanmasını ve pnömotaka bağlı bir ağızlık aracılığıyla normal gelgit solunumuna başlamasını isteyin. Ölçümler için kapalı bir sistem sağlamak için, katılımcının dudaklarının ağızlık çevresinde kapalı tutulduğundan emin olun.
    2. Üç normal solunumdan sonra, katılımcıya rezidüel hacme (RV) ulaşmak için hızlı bir maksimum ekspirasyon gerçekleştirmesini söyleyin.
    3. RV'ye ulaşıldığında, katılımcıya derhal < 4 s'lik bir inspiratuar süreyi hedefleyerek toplam akciğer kapasitesine (TLC) hızlı bir maksimum inspirasyon gerçekleştirmesini söyleyin. Maksimum inspirasyon sırasında, katılımcının inhalasyondan hemen önce bir inspiratuar torba içinde bilinen bir NO konsantrasyonu (800 ppm NO/N2) ile karıştırılmış gaz karışımını solumasına izin veren bir valf açılır.
    4. Katılımcıdan TLC'de 5 (4-8) sn nefes tutmasını isteyin. İnspirasyon sırasında, 4-8 sn nefes tutma süresine sahip FVC'nin (veya pletismografiye dayalı vital kapasitenin) %≥90'ı olan inspirasyonlu bir hacim (VI) hedeflenir23 (Tablo 1).
    5. Nefes tutulduktan sonra, katılımcıya kesinti olmadan güçlü, sabit bir maksimum ekspirasyon gerçekleştirmesini söyleyin.
    6. Maksimum son kullanma tarihinden sonra, katılımcıdan ağızlığı ve burun klipsini bırakmasını isteyin. Yazılım daha sonra herhangi bir komut olmadan DL, NO ve DL, CO'yu hesaplayacaktır.
  4. Katılımcının RV ve TLC'ye ulaşmasını sağlamak için manevra boyunca sözlü teşvik kullanın. Manevranın kabul edilebilirliğini Tablo 1'e göre değerlendirin.
  5. En az 4 dakikalık bir yıkama süresinden sonra ve iki manevra kabul edilebilirlik kriterlerini karşılayana kadar (Tablo 1) veya aynı seansta toplam 12 manevra (aşağıya bakınız) yapılana kadar manevrayı tekrar yapın.
  6. DL, NO ve DL, CO, Tablo 2'de belirtilen kriterlere göre rapor edilir. Ayrıca rapor edildiği gibi nefes tutma süresi, inspirasyon hacmi ve alveolar hacim öneriyoruz. Ayrıca, kabul edilebilir ve tekrarlanabilir manevraların sayısı bildirilmeli ve kabul edilebilirlik veya tekrarlanabilirlik kriterlerini karşılamayan manevralara dayalı bulgular dikkatle yorumlanmalıdır.

6. Egzersiz sırasında DL, CO / NO ölçümü

NOT: Egzersiz sırasında DL, CO / NO ölçümlerinin bir zaman çizelgesi Şekil 3'te verilmiştir.

  1. Döngü ergometresini, katılımcının bisiklet pozisyonunu değiştirmek zorunda kalmadan ağızlıktan nefes almasını sağlayacak bir mesafeye yerleştirin. Ölçümlerin bisiklet üzerinde doğru bir çalışma pozisyonunda yapılabilmesi için ekipmanın yüksekliğini artırın ( Bkz. Şekil 2).
  2. Katılımcıyı döngü ergometresine yerleştirin ve göğsüne bir HR monitörü yerleştirin. Katılımcıya her manevrayı adım 5.3'te belirtildiği gibi gerçekleştirmesini söyleyin.
  3. Katılımcıya, ölçümden önce ısınma olarak maksimum altı iş yükünde 5 dakika boyunca bisiklete binmeye başlamasını söyleyin.
  4. F1 tuşuna basarak cihazın otomatik olarak sıfırlanmasını sağlarken aynı anda iş yükünü hedef yoğunluğa yükseltin (bkz. adım 5.2). Otomatik sıfırlama 140-210 saniye sürer, bu da katılımcının sabit duruma ulaşmasını sağlamak için yeterlidir.
  5. Otomatik sıfırlama bittiğinde, ağızlığı katılımcıya çevirin ve katılımcı hedef yoğunlukta bisiklet sürmeye devam ederken aşağıda açıklandığı gibi bir manevra yapın.
    1. 5.4 ile 5.5 arasındaki adımlarda yer alan adımları izleyin. Her iş yükünde kabul edilebilirlik ve tekrarlanabilirlik kriterlerini (Tablo 1) değerlendirin ve dinlenme sırasındaki ölçümleri raporlayın (bkz. adım 5.6 ve Tablo 2).
  6. Manevranın tamamlanmasından sonra, ağızlığı çıkarın ve iş yükünü 15-40 W'a düşürün. Aktif kurtarma aşamasını 2 dakika boyunca gerçekleştirin, ardından 6.4 ve 6.5 adımlarını tekrarlayın. 2 dakikalık aktif toparlanma ve otomatik sıfırlama sırasındaki 140-210 sn, 4-5 dakikalık yeterli bir yıkama süresi sağlar.

Results

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

Protokol 2021'de uygulandı ve bu yazının yazıldığı sırada egzersiz sırasında toplam 124 ölçüm yapıldı (yani sağlıklı gönüllülerde 51 ve çeşitli şiddetlerde KOAH'lı hastalarda 73) yapıldı. Manevraların yanı sıra yerine getirilen kabul edilebilirlik ve tekrarlanabilirlik kriterlerine ilişkin veriler ve başarısızlık oranının tümü Tablo 3'te verilmiştir.

Hesaplama
Örnek olarak, tek birDDL,CO/NO manevrasından elde edilen hesaplamalar, aşağıda açıklanan bir vaka çalışması olarak sağlıklı grupta Wmax'ın 'sinde ilk manevradan elde edilen verilere dayalı olarak burada verilmiştir. Tablo 4'te verilen ölçülen değerlere göre aşağıdakiler hesaplanır:

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

burada FI esinlenmiş kesir, VI esinlenmiş hacimdir ve DD,inst ve VD,anat sırasıyla enstrümantal ve anatomik ölü boşluktur.

figure-results-3

figure-results-4

figure-results-5

burada FI esinlenen fraksiyondur, PB barometrik basınçtır ve PH2O doymuş su buharı basıncıdır ve buradafigure-results-6

figure-results-7

figure-results-8

figure-results-9

Egzersiz sırasında elde edilen DL, CO / NO sonuçlarının yorumlanması
İlgilenilen birincil sonuç ölçüsü DL, NO'dur, çünkü DL, NO'daki dinlenmeden belirli bir iş yüküne geçiş, alveolar-kılcal rezervin genel bir ölçüsünü sağlamak için yorumlanır. Sağlıklı bireylerde, DL, NO, artan egzersiz yoğunluğu ile doğrusal olarak artar, bu da kalp debisindeki bir artışla kolaylaştırılan pulmoner kılcal yatağa kan alımının artmasına atfedilir12. Bu, artan kan akışı veya basıncı ve alveolar-kılcal zar yüzey alanının toplanması nedeniyle kılcal damar alımına yol açar, böylece kırmızı kan hücrelerinin daha homojen bir dağılımına ve doku ile kırmızı kan hücresi zarı yüzeyleri arasında daha iyi hizalamaya neden olur12. Buna karşılık, DL,CO bu bağlamda ikincil bir ölçü olarak kabul edilir ve öncelikle VC'de eşzamanlı değişikliklerin meydana gelip gelmediğini anlamak için kullanılır. Bireysel düzeyde yorumlama için, ölçüm hatasından daha büyük iki ölçüm arasındaki farklar fizyolojik24 olarak kabul edilir, yani DL,NO için 2.7 mmol / dak / kPa ve DL,CO için 1.6 mmol / dak / kPa.

Örnek olay incelemeleri
O2max 2696 mL O2 / dak (47.3 mL O2 / dak / kg) olan figure-results-10sağlıklı 25 yaşında bir kadın, oturma pozisyonunda dik dinlenme sırasındaki ölçümlerle başlayarak sekiz DL, CO / NO manevrası gerçekleştirdi, ardından bir bisiklet ergometresinde egzersiz sırasında ölçümler yaptı (Wmax = 208) Wmax'ın% 60'ına kadar artan yoğunlukla (Tablo 5). Tüm manevralar hem kabul edilebilirlik hem de tekrarlanabilirlik kriterlerini karşıladı.

Orta derecede KOAH'lı 68 yaşında bir erkek (FEV1 = tahmin edilenin% 56'sı) figure-results-111852 mL O2 / dak (22.8 mL O2 / dak / kg) O2peak, oturur pozisyonda dik dinlenme sırasında ölçümlerle başlayarak, ardından Wmax'ın `'ına kadar artan yoğunlukta bir bisiklet ergometresinde (Wmax = 125 W) egzersiz sırasında ölçümler yaptı (Tablo 6). Tüm manevralar hem kabul edilebilirlik hem de tekrarlanabilirlik kriterlerini karşıladı.

Yukarıda özetlenen iki durumdan her iş yükü için bildirilen sonuçlar Şekil 4'te sunulmuştur. Ayrıca, O2'nin figure-results-12bir fonksiyonu olarak DL, NO ve DL, CO (son kullanma tarihi geçmiş hava ölçümlerinden hesaplanmıştır) Şekil 5'te sunulmaktadır. Sağlıklı bireyde, Wmax'ın 'sinden @'ına kadar bir plato dışında,DL,NO'da beklendiği gibi doğrusala yakın bir artış gözlenirken, tüm iş yüklerindeDL,CO'da hafif bir kademeli artış meydana gelir. Bu, DM'nin başlangıçta, daha önce perfüze edilmemiş kılcal damarları işe almak için pulmoner kan akışının yeniden dağılımını yansıtan egzersizin başlangıcında değişmemiş VC ile arttığını, ancak daha yüksek iş yüklerinde VC'de eşzamanlı kademeli bir artışla birlikte, alternatif kılcal alım ve distansiyonun birlikte artımlı egzersiz sırasında pulmoner gaz değişimini optimize etme işlevi gördüğünü göstermektedir. KOAH durumunda, ilk iş yükünde DL,NO artar ve daha sonra kalan iş yükleri sırasında aynı seviyede kalmak için platolar, tüm alveolar-kapiller rezervin Wmax'ın 'sinde zaten elde edildiğini gösterir. Genel olarak, pulmoner kapiller alım ve distansiyonun derecesi, yani alveolar-kapiller rezerv, KOAH olgusunda sağlıklı bireye göre daha düşüktür.

figure-results-13
Şekil 1: Çalışma düzeneğine genel bakış. (A) Egzersiz sırasında gerçekleştirilen ölçüm için çalışma düzeni. (B) CAL olarak adlandırılan MS-PFT Analizör Ünitesi eklentisine bağlı bir numune alma hattı ile gaz kalibrasyonu. (C) MS-PFT Analizör Ünitesine bağlı bir inspiratuar torba. (D) Test gazlarını içeren kaplar. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-14
Şekil 2: Program kılavuzu. (A) Ana Sayfa'da Kalibrasyon'u seçin. (B) Gaz kalibrasyonu'nu seçin. (C) Hacim kalibrasyonu'nu seçin. (D) Yeni Hasta'yı seçin. (E) Yeni hasta'yı seçin ve gerekli bilgileri doldurun. (F) Ölçümleri seçin ve fark Membranı YOK'u seçin. (G) F1 düğmesine basarak otomatik sıfırlamayı başlatın. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-15
Şekil 3: Egzersiz sırasında yayılma kapasitesi ölçümünün zaman çizelgesi. BioRender kullanılarak oluşturuldu. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-16
Şekil 4: Pulmoner difüzyon kapasitesi. Sağlıklı bir bireyde ve kronik obstrüktif akciğer hastalığı (KOAH) olan bir bireyde maksimum iş yükünün (Wmax) bir fonksiyonu olarak artımlı egzersiz sırasında pulmoner difüzyon kapasitesinin karbon monoksit (DL,CO) ve nitrik oksit (DL, NO) ile karşılaştırılması. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-17
Şekil 5: Pulmoner difüzyon kapasitesi. Sağlıklı bir bireyde ve kronik obstrüktif akciğer hastalığı (KOAH) olan bir bireyde oksijen alımının (figure-results-18O2) bir fonksiyonu olarak artımlı egzersiz sırasında pulmoner difüzyon kapasitesinin karbon monoksit (DL,CO) ve nitrik oksit (DL, NO) ile karşılaştırılması. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Kabul edilebilirlik kriterleri
1.

Discussion

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

Protokol, ikili test gazı tek nefes tekniğini kullanarak egzersiz sırasında DL, CO / NO ölçümüne standart bir yaklaşım sağlar. Elde edilen DL, CO/NO metrikleri pulmoner kapiller respirasyon ve distansiyon nedeniyle arttığından, yöntem alveolar-kapiller rezervin fizyolojik olarak anlamlı bir ölçümünü sağlar.

Protokoldeki kritik adımlar
Yöntem, rezidüel hacme bir ekshalasyon ve ardından 5 s'lik bir nefes tutmanın gerçekleştirildiği ve RV'ye bir ekspirasyonla sonlandırıldığı toplam akciğer kapasitesine bir inspirasyon gerektirir. Egzersiz sırasında ve özellikle yüksek yoğunluklarda egzersiz sırasında gerçekleştirilmesi karmaşık olabileceğinden bu kritik bir adımdır. Artan egzersiz şiddeti VI'de bir azalmaya yol açabilir ve vital kapasitenin% 85'inin altına düşerse, manevra kabul edilemez (bakınız Tablo 1). Bu nedenle, testin eğitmeninin, katılımcının yeterince nefes alıp almadığını not etmesi ve her manevradan hemen sonra dört ila sekiz saniyelik yeterli bir nefes tutma süresini onaylamasıönemlidir 12. Ayrıca, bazı durumlarda tekrarlanabilirlik kriterlerine ulaşmak zor olabilir; bu gibi durumlarda, en yüksek DL,NO ile manevradan elde edilen veriler rapor edilir ve veri sunarken bunun kaç durumda gerekli olduğunun açıkça belirtilmesini öneririz. Bazı durumlarda, egzersiz sırasında kabul edilebilir veya tekrarlanabilir ölçümler elde etmek mümkün olmayabilir, örneğin şiddetli bir nefes darlığı yaşayan hastalar üzerinde yapılan çalışmalarda, yeterli bir nefes tutma elde edememeleri ve/veya egzersiz sırasında inspiratuar kapasitede eşlik eden bir azalma ile dinamik hiperinflasyonu olan hastalarda. Bu gibi durumlarda, sırtüstü pozisyonda elde edilen DL, CO / NO ölçümlerinin kullanılması daha uygun olabilir, bu da pulmoner kapiller işe alım ve distansiyona yol açar, ancak submaksimal egzersiz24,25.

Yöntemin değiştirilmesi ve sorun giderme
Egzersiz sırasında yapılan herhangi bir ölçümden önce her zaman bir dinlenme ölçümünün yapılması önemlidir, çünkü DL, CO tükenme18,19,26'ya kadar yapılan yüksek yoğunluklu egzersizden sonra 6-20 saate kadar azaltılabilir. Ayrıca, farklı deneklerde elde edilen ölçümlerin kararlı durumda ve benzer metabolik iş yüklerinde yapıldığından emin olmak için HR ve/veya diğer metabolik yük indekslerinin kaydedilmesi önemlidir.

Yöntem, DL, NO veya DL,CO'daki küçük değişiklikleri tespit etmek için hassas olmayabilir, çünkü aynı oturumdaki testten teste değişkenlik, belirli metriğe bağlı olarak %7'ye kadar rapor edilmiştir12. Sonuç olarak, ölçüm hatasından daha büyük bir artışa neden olmak için yeterli bir egzersiz yoğunluğu seçmek ve aynı zamanda katılımcının verilen yoğunlukta en az iki kabul edilebilir manevra yapabilmesi gerektiğini akılda tutmak önemlidir. İkili test gazı yöntemini kullanan önceki çalışmalar arasında, hafiften orta dereceye kadar çeşitli yoğunluklar kullanılmıştır. Çoğu çalışma, ventilasyon eşiğinin% 24,27'si, yaşa göre tahmin edilen maksimum HR28'in %'si veya maksimum oksijen rezervinin%'si 29 ile ilgili göreceli bir yoğunluk kullanırken, yalnızca bir çalışma 80 W30'luk sabit bir iş yükünde mutlak bir yoğunluk uygulamıştır. Çalışmalar genelinde bu iş yükleri, Wmax 24,27,29'unfigure-discussion-1figure-discussion-2


figure-discussion-3figure-discussion-4figure-discussion-5figure-discussion-6figure-discussion-7figure-discussion-8figure-discussion-9figure-discussion-10figure-discussion-11figure-discussion-12


figure-discussion-13

figure-discussion-14


figure-discussion-15

Disclosures

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

Makalede sunulan ekipman ve yazılım ücretsiz değildir. Yazarların hiçbiri, yazılımın lisansını sağlayan herhangi bir şirketle ilişkili değildir. Tüm yazarlar hiçbir rakip mali çıkar beyan etmezler.

Acknowledgements

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

Çalışma, Svend Andersen Vakfı'ndan finansal destek aldı. Fiziksel Aktivite Araştırma Merkezi, TrygFonden Hibeleri ID 101390, ID 20045 ve ID 125132 tarafından desteklenmektedir. JPH, HelseFonden ve Kopenhag Üniversite Hastanesi, Rigshospitalet tarafından finanse edilirken, HLH Beckett Vakfı tarafından finanse edilmektedir.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
HemoCue Hb 201+ HemoCue, Brø nshø j, DanimarkaUnwownHemoglobin ölçümleri için
Jaeger MasterScreen PFT pro (Akciğer Fonksiyon Ekipmanı)CareFusion, Hö chberg, AlmanyaBilinmeyenDLCO/NO
AğızlıkSpiroBac, Henrotech, Aartselaar, BelçikaBilinmeyenölçümleri için Akciğer İşlev Ekipmanı ile birlikte kullanılır. (ölü alan 56 ml, 12 L s & eksi'de akışa direnç; 1 0.9 cmH2O) 
Burun klipsiIntraMedic, Gentofte, DanimarkaJAE-892895
PhenumotachIntraMedic, Gentofte, DanimarkaJAE-705048Akciğer İşlev Ekipmanı ile birlikte kullanılır
SentrySuite YazılımÇözümü Vyaire's Medical GmbH, Leibnizstr. 7, D-97204 Hoechberg AlmanyaBilinmeyen:
Test gazlarıIntraMedic, Gentofte, DanimarkaBilinmeyenKonsantrasyonlar:% 0.28 CO,% 20.9 O2,% 69.52 N2 ve% 9.3 He

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Johnson Jr, R. L., Heigenhauser, G. J. F., Hsia, C. C., Jones, N. L., Wagner, P. D. Determinants of gas exchange and acid-base balance during exercise. Compr Physiol. , Suppl 29 515-584 (2011).
  2. Rampulla, C., Marconi, C., Beulcke, G., Amaducci, S. Correlations between lung-transfer factor, ventilation, and cardiac output during exercise. Respiration. 33 (6), 405-415 (1976).
  3. Tedjasaputra, V., Bouwsema, M. M., Stickland, M. K. Effect of aerobic fitness on capillary blood volume and diffusing membrane capacity responses to exercise. J Physiol. 594 (15), 4359-4370 (2016).
  4. Tamhane, R. M., Johnson, R. L., Hsia, C. C. W. Pulmonary membrane diffusing capacity and capillary blood volume measured during exercise from nitric oxide uptake. Chest. 120 (6), 1850-1856 (2001).
  5. Bohr, C. On the determination of gas diffusion through the lungs and its size during rest and work. Zentralblatt für Physiologie. 23 (12), 374-379 (1909).
  6. Krogh, A., Krogh, M. On the rate of diffusion of carbonic oxide into the lungs of man. Skandinavisches Archiv Für Physiologie. 23 (1), 236-247 (1910).
  7. Krogh, M. The diffusion of gases through the lungs of man. J Physiol. 49 (4), 271-300 (1915).
  8. Hsia, C. C., Herazo, L. F., Ramanathan, M., Johnson, R. L. Cardiopulmonary adaptations to pneumonectomy in dogs IV. Membrane diffusing capacity and capillary blood volume. J Appl Physiol. 77 (2), 998-1005 (1994).
  9. Behnia, M., Wheatley, C. M., Avolio, A., Johnson, B. D. Alveolar-capillary reserve during exercise in patients with chronic obstructive pulmonary disease. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. 12, 3115-3122 (2017).
  10. Roughton, F. J., Forster, R. E. Relative importance of diffusion and chemical reaction rates in determining rate of exchange of gases in the human lung, with special reference to true diffusing capacity of pulmonary membrane and volume of blood in the lung capillaries. J Appl Physiol. 11 (2), 290-302 (1957).
  11. Borland, C., Higenbottam, T. A simultaneous single breath measurement of pulmonary diffusing capacity with nitric oxide and carbon monoxide. Eur Respir J. 2 (1), 56-63 (1989).
  12. Zavorsky, G. S., et al. Standardisation and application of the single-breath determination of nitric oxide uptake in the lung. Eur Respir J. 49 (2), 1600962(2017).
  13. Tedjasaputra, V., Van Diepen, S., Collins, S., Michaelchuk, W. M., Stickland, M. K. Assessment of pulmonary capillary blood volume, membrane diffusing capacity, and intrapulmonary arteriovenous anastomoses during exercise. J Vis Exp. (120), e54949(2017).
  14. Zavorsky, G. S. The rise in carboxyhemoglobin from repeated pulmonary diffusing capacity tests. Respir Physiol Neurobiol. 186 (1), 103-108 (2013).
  15. Graham, B. L., et al. ERS/ATS standards for single-breath carbon monoxide uptake in the lung. Eur Respir J. 49 (1), 1600016(2017).
  16. Hughes, J. M., Pride, N. B. Examination of the carbon monoxide diffusing capacity (DLCO) in relation to its KCO and VA components. Am J Respir Crit Care Med. 186 (2), 132-139 (2012).
  17. Balady, G. J., et al. Clinician's guide to cardiopulmonary exercise testing in adults: a scientific statement from the American heart association. Circulation. 122 (2), 191-225 (2010).
  18. Hanel, B., Clifford, P. S., Secher, N. H. Restricted postexercise pulmonary diffusion capacity does not impair maximal transport for O2. J Appl Physiol. 77 (5), 2408-2412 (1994).
  19. Sheel, A. W., Coutts, K. D., Potts, J. E., McKenzie, D. C. The time course of pulmonary diffusing capacity for carbon monoxide following short duration high intensity exercise. Respir Physiol. 111 (3), 271-281 (1998).
  20. Graham, B. L., et al. Standardization of spirometry 2019 update an official American Thoracic Society and European Respiratory Society technical statement. Am J Respir Crit Care Med. 200 (8), e70-e88 (2019).
  21. Glaab, T., Taube, C. Practical guide to cardiopulmonary exercise testing in adults. Respir Res. 23 (1), 9(2022).
  22. Munkholm, M., et al. Reference equations for pulmonary diffusing capacity of carbon monoxide and nitric oxide in adult Caucasians. Eur Respir J. 52 (1), 1500677(2018).
  23. Dressel, H., et al. Lung diffusing capacity for nitric oxide and carbon monoxide: dependence on breath-hold time. Chest. 133 (5), 1149-1154 (2008).
  24. Madsen, A. C., et al. Pulmonary diffusing capacity to nitric oxide and carbon monoxide during exercise and in the supine position: a test-retest reliability study. Exp Physiol. 108 (2), 307-317 (2023).
  25. Ross, B. A., et al. The supine position improves but does not normalize the blunted pulmonary capillary blood volume response to exercise in mild COPD. J Appl Physiol. 128 (4), 925-933 (2020).
  26. Zavorsky, G. S., Lands, L. C. Lung diffusion capacity for nitric oxide and carbon monoxide is impaired similarly following short-term graded exercise. Nitric Oxide. 12 (1), 31-38 (2005).
  27. Alves, M. M., Dressel, H., Radtke, T. Test-retest reliability of lung diffusing capacity for nitric oxide during light to moderate intensity cycling exercise. Respir Physiol Neurobiol. 304, 103940(2022).
  28. Jorgenson, C. C., Coffman, K. E., Johnson, B. D. Effects of intrathoracic pressure, inhalation time, and breath hold time on lung diffusing capacity. Respir Physiol Neurobiol. 258, 69-75 (2018).
  29. Zavorsky, G. S., Quiron, K. B., Massarelli, P. S., Lands, L. C. The relationship between single-breath diffusion capacity of the lung for nitric oxide and carbon monoxide during various exercise intensities. Chest. 125 (3), 1019-1027 (2004).
  30. Coffman, K. E., Boeker, M. G., Carlson, A. R., Johnson, B. D. Age-dependent effects of thoracic and capillary blood volume distribution on pulmonary artery pressure and lung diffusing capacity. Physiol Rep. 6 (17), e13834(2018).
  31. Borland, C. D. R., Hughes, J. M. B. Lung diffusing capacities (DL) for nitric oxide (NO) and carbon monoxide (CO): The evolving story. Compr Physiol. 11 (1), 1371(2021).
  32. Tedjasaputra, V., Van Diepen, S., Collins, S. É, Michaelchuk, W. M., Stickland, M. K. Assessment of pulmonary capillary blood volume, membrane diffusing capacity, and intrapulmonary arteriovenoua anastomoses during exercise. J. Vis. Exp. (120), e54949(2017).
  33. Thomas, A., et al. The single-breath diffusing capacity of CO and NO in healthy children of European descent. PLoS One. 12 (6), e0179097(2017).
  34. Blakemore, W. S., Forster, R. E., Morton, J. W., Ogilvie, C. M. A standardized breath holding technique for the clinical measurement of the diffusing capacity of the lung for carbon monoxide. J Clin Invest. 36 (1), 1-17 (1957).
  35. Cotes, J. E., et al. Iron-deficiency anaemia: its effect on transfer factor for the lung (diffusiong capacity) and ventilation and cardiac frequency during sub-maximal exercise. Clin Sci. 42 (3), 325-335 (1972).
  36. Mann, T., Lamberts, R. P., Lambert, M. I. Methods of prescribing relative exercise intensity: Physiological and practical considerations. Sports Med. 43 (7), 613-625 (2013).
  37. Forster, R. E. Exchange of gases between alveolar air and pulmonary capillary blood: pulmonary diffusing capacity. Physiol Rev. 37 (4), 391-452 (1957).
  38. Tedjasaputra, V., et al. Pulmonary capillary blood volume response to exercise is diminished in mild chronic obstructive pulmonary disease. Respir Med. 145, 57-65 (2018).
  39. Nymand, S. B., et al. Exercise adaptations in COPD: the pulmonary perspective. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 323 (6), L659-L666 (2022).
  40. Rodríguez-Roisin, R., et al. Ventilation-perfusion imbalance and chronic obstructive pulmonary disease staging severity. J Appl Physiol. 106 (6), 1902-1908 (2009).
  41. Hsia, C. C., Johnson, R. L. Jr, Shah, D. Red cell distribution and the recruitment of pulmonary diffusing capacity. J Appl Physiol. 86 (5), 1460-1467 (1999).
  42. Wilhelm, E., Battino, R., Wilcock, R. J. Low-pressure solubility of gases in liquid water. Chem Rev. 77 (2), 219-262 (1977).
  43. Forster, R. E. Diffusion of gases across the alveolar membrane. , American Physiological Society. Bethesda, MD, USA. (1987).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Pulmonary Diffusing CapacitySingle Breath MethodGas ExchangeAlveolar Capillary ReserveDiffusing Capacity MeasurementCarbon Monoxide DiffusionNitric Oxide DiffusionCardiopulmonary Exercise TestChronic Lung DiseaseCycle Ergometer

Related Articles