体积摄影与气压面学相结合测量肺结构-功能关系
Summary
在这里, 我们描述了肺功能的两个度量–允许测量肺体积的气压胸透和体积毛细血管造影, 这是测量解剖死空和气道均匀性的工具。这些技术可以单独使用, 也可以结合使用, 以评估不同肺体积的气道功能。
Abstract
测量肺和气道体积的工具对于有兴趣评估疾病或新疗法对肺影响的肺研究人员来说至关重要。气压胸透造影是一种经典的技术, 以评估肺体积具有悠久的临床使用历史。体积毛细管利用呼出的二氧化碳的轮廓来确定导电气道的体积, 或死的空间, 并提供了气道均匀性的指数。这些技术可以单独使用, 也可以结合使用, 以评估气道体积和同质性对肺体积的依赖性。本文提供了复制这些技术的详细技术说明, 我们的代表性数据表明, 气道体积和均匀性与肺体积高度相关。我们还提供了一个用于分析 capnox-sp衣数据的宏, 可以对其进行修改或调整, 以适应不同的实验设计。这些措施的优点是, 几十年的实验数据支持了它们的优点和局限性, 在没有昂贵的成像设备或技术先进的分析算法的情况下, 它们可以在同一主题中反复制造。这些方法可能对对改变肺和气道体积的功能残余能力的扰动感兴趣的研究人员特别有用。
Introduction
几十年来, 气体冲洗技术一直被用来提供有关气道树结构和均匀性的重要信息。肺被经典地描述为有两个隔间–一个是由解剖死区和肺泡中发生气体交换的呼吸区组成的传导区。导电气道被称为 “死区”, 因为它们不参与氧气和二氧化碳的交换。在单呼吸气体冲洗法中, 呼气的浓度分布可用于确定解剖死空间的体积, 并获得通风均匀性的信息。有些方法依靠惰性气体的呼吸来制定这些措施 (n2、氩、he、sf 6 等)。惰性气体的使用是公认的, 并得到科学共识声明1的支持, 有可用的商业设备与用户友好的界面。然而, 二氧化碳 (co2) 呼出的剖面可用于获得类似的信息。评估二氧化碳的轮廓作为呼出体积的函数, 或体积毛细血管造影, 不需要参与者呼吸特殊的气体混合物, 并允许调查人员灵活地收集有关新陈代谢和气体的其他信息以最小的调整技术进行交换。
在控制呼气过程中, 可根据呼出量总量绘制二氧化碳的浓度。呼气开始时, 死亡空间充满了大气气体。这反映在呼出的 co2 剖面的第一阶段 , 其中有一个无法检测到的 co2 量 (图 1, 上图)。第二阶段标志着向肺泡气体的过渡, 在肺泡中发生气体交换, 而二氧化碳是丰富的。第二阶段中点的体积是解剖死空间 (vd) 的体积。第三阶段含有肺泡气体。由于不同直径的气道在不同速率下呈空, 因此第三阶段的坡度 (s) 提供了有关气道均匀性的信息。第三阶段的陡峭坡度表明, 靠近末端细支气管的气道树不那么均匀, 或与对流有关的不均匀性2。在扰动可能改变二氧化碳产生率的情况下, 为了在个体之间进行比较, 可以将斜率除以曲线下的区域, 以使新陈代谢的差异 (ns 或归一化的坡度) 正常化。体积毛细管以前曾被用来评估空气污染物接触3、4、5、6后气道体积和均匀性的变化。
肺部的气体输送受对流和扩散的影响。单次呼气冲洗措施高度依赖于气流, vd的测量值发生在对流扩散边界。改变呼气或吸入前吸的流速会改变该边界的位置 7。光肺造影也高度依赖于紧接机动之前的肺体积。较大的肺体积使气道扩张, 从而产生更大的vd8值。一种解决方案是在相同的肺体积 (通常是功能剩余容量 (frc)) 下持续测量。这里描述的另一种方法是将体积毛细血管造影与气压胸透结合, 以获得 vd与肺体积之间的关系。然后, 参与者以恒定的流速进行机动, 同时改变肺体积。这仍然允许在 frc 采取经典的捕获措施, 也允许获得肺体积与死空间体积之间的关系以及肺体积与同质性之间的关系。事实上, 耦合毛细血管造影与胸透的附加价值来自于测试关于气道树的扩张性和肺的结构-功能关系的假设的能力。这可能是一个有价值的工具, 调查人员旨在量化气道力学与肺顺应性和弹性对健康和患病人群肺功能的影响9, 10,11.此外, 考虑到进行体积毛细血管测量的绝对肺体积, 调查人员可以描述肥胖、肺等可能改变肺部膨胀状态的疾病的影响移植, 或干预, 如胸壁捆绑。体积毛细血管造影可能最终有临床效用在重症监护室设置12,13。
Protocol
Representative Results
Discussion
本文给出了一种测量 v d 和气道均匀性 (斜率) 的协议。这些测量可以在 frc 进行, 也可以作为肺体积的函数。在实验开始前测量 frc, 在扰动之后测量frc , 使 v d 和斜率被绘制为肺体积的函数, 并可能提供有关未从仅在 frc 就有毛细血管造影。
航空的体积和高分辨率结构可以从计算机断层扫描成像 17,18 中获得, 但这需要?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作由爱荷华州大学卫生和人体生理和内科系资助。这项工作还得到了美国癌症协会的旧黄金研究金研究金研究金研究金研究金研究金研究金研究金研究金研究金 (b茨) 和美国癌症协会的 granga-176-40 的支持, 这些研究报告是通过爱荷华州大学 (贝茨) 的霍尔顿综合癌症中心管理的。
Materials
| 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 |
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