Che unisce la capnografia volumetrica e pletismografia barometrica per misurare la relazione struttura-funzione di polmone
Summary
Qui, descriviamo due misure della funzione polmonare – barometrica pletismografia, che permette la misurazione del volume polmonare e capnografia volumetrica, uno strumento per misurare la spazio morto anatomico e uniformità airways. Queste tecniche possono essere utilizzate in modo indipendente o combinate per valutare la funzione airways a volumi polmonari differenti.
Abstract
Strumenti per misurare il volume del polmone e le vie respiratorie sono critici per polmonari ricercatori interessati a valutare l’impatto delle terapie di malattia o romanzo sul polmone. Pletismografia barometrica è una tecnica classica per valutare il volume polmonare con una lunga storia di uso clinico. Capnografia volumetrica utilizza il profilo di anidride carbonica espirata per determinare il volume delle vie aeree di conduzione, o dead space e fornisce un indice di omogeneità airways. Queste tecniche possono essere utilizzate indipendentemente o in combinazione per valutare la dipendenza del volume airways e omogeneità il volume polmonare. Questo documento fornisce istruzioni tecniche dettagliate per replicare queste tecniche e nostri dati rappresentativi dimostrano che il volume di airways e omogeneità sono altamente correlati al volume del polmone. Forniamo anche una macro per l’analisi dei dati capnographic, che possono essere modificati o adattati a diversi disegni sperimentali. Il vantaggio di queste misure è loro vantaggi e limitazioni sono supportati da decenni di dati sperimentali, che possono essere realizzati più volte nello stesso soggetto senza costose apparecchiature di imaging o tecnicamente algoritmi di analisi avanzate. Questi metodi possono essere particolarmente utili per i ricercatori interessati a perturbazioni che cambiare sia la capacità residua funzionale del volume del polmone e le vie respiratorie.
Introduction
Tecniche di washout del gas sono stati utilizzati per decenni per fornire informazioni importanti circa la struttura e l’uniformità dell’albero della via aerea. Il polmone è classicamente descritto come avendo due scomparti – una zona di conduzione che comprende lo spazio morto anatomico e la zona respiratoria dove lo scambio di gas si verifica negli alveoli. Le vie aeree di conduzione sono definite come “dead space” perché non partecipano allo scambio di ossigeno e anidride carbonica. Nel metodo di interruzione gas singolo respiro, il profilo di concentrazione di un gas espirato utilizzabile per determinare il volume dello spazio morto anatomico e ricavare informazioni sull’uniformità della ventilazione. Alcuni metodi si basano sulla respirazione di gas inerti per rendere queste misure (N2, argon, egli, SF6, ecc.). L’uso di gas inerte è ben consolidata, supportato da dichiarazioni di consenso scientifico1, e ci sono attrezzature commerciali disponibili con interfacce user-friendly. Tuttavia, il profilo di espirata di anidride carbonica (CO2) utilizzabile per derivare informazioni simili. Valutando il profilo di CO2 in funzione del volume espirato o capnografia volumetrica, non richiede al partecipante di respirare miscele di gas speciali e permette al ricercatore di raccogliere ulteriori informazioni in modo flessibile su metabolismo e gas scambio con regolazione minima alla tecnica.
Durante un’espirazione controllata, la concentrazione di CO2 può essere tracciata contro il totale volume espirato. All’inizio di un’espirazione, lo spazio morto è riempito di gas atmosferici. Questo si riflette nella fase I di CO nell’aria espirata2 profilo dove c’è una quantità rilevabile di CO2 (Figura 1, alto). Fase II segna il passaggio al gas alveolare, dove lo scambio di gas avviene e CO2 è abbondante. Il volume nel punto medio della fase II è il volume dello spazio morto anatomico (VD). Fase III contiene gas alveolare. Perché airways con diversi diametri vuoti a velocità diverse, la pendenza (S) della fase III fornisce informazioni sull’uniformità airways. Un pendio ripido della fase III suggerisce un meno albero uniforme delle vie aeree prossimale al bronchioli terminali o disomogeneità di convezione-dipendente2. Nel caso in cui una perturbazione può modificare il tasso di produzione di CO2 e per effettuare confronti tra gli individui, la pendenza è divisibile dall’area sotto la curva per normalizzare le differenze nel metabolismo (NS o pendio normalizzato). Capnografia volumetrica è stato utilizzato in precedenza per valutare le variazioni di volume airways e segue uniformità aria inquinante dell’esposizione3,4,5,6.
Trasporto di gas nel polmone è disciplinato dalla convezione e la diffusione. Misure di sbiaditura del singolo respiro dipendono molto dal flusso d’aria e il valore misurato di VD si verifica al contorno di convezione-diffusione. Variare la velocità di flusso dell’espirazione o inalazione precedente cambia la posizione di quel limite7. Capnografia è anche altamente dipendente dal volume del polmone immediatamente precedente la manovra. Più grandi volumi polmonari dilatano le vie aeree, con conseguente più grandi valori di VD8. Una soluzione consiste nel rendere coerente la misura allo stesso volume del polmone – capacità di solito funzionale residua (FRC). Un’alternativa, descritta qui, è per coppia capnografia volumetrica con pletismografia barometrica, al fine di ottenere il rapporto tra VD e del volume polmonare. Il partecipante quindi esegue la manovra a velocità di flusso costante, pur variando il volume polmonare. Questo consente ancora classico capnographic misure da effettuarsi presso FRC, ma anche per il rapporto tra il volume polmonare e il volume dello spazio morto e tra il volume polmonare e omogeneità per essere derivato. Infatti, il valore aggiunto della capnografia di accoppiamento con pletismografia proviene dalla possibilità di testare le ipotesi circa la distensibilità dell’albero airways e la relazione struttura-funzione del polmone. Questo può essere uno strumento prezioso per gli investigatori con l’obiettivo di quantificare l’influenza delle vie aeree meccanica contro compliance polmonare ed elastanza sulla funzione polmonare in popolazioni sane e malate9,10,11 . Inoltre, contabilità per il volume assoluto del polmone in cui vengono eseguite le misurazioni volumetriche capnographic permette ai ricercatori di caratterizzare gli effetti delle condizioni che possono alterare lo stato di inflazione del polmone, come l’obesità, polmone trapianto, o interventi come la reggiatura di parete toracica. Capnografia volumetrica può in definitiva avere utilità clinica a cure intensive impostazione12,13.
Protocol
Representative Results
Discussion
Qui, viene fornito un protocollo per la misurazione di omogeneità diD e airways V (pendio). Possono essere misurati in FRC, o come una funzione del volume polmonare. FRC di misurazione prima dell’inizio dell’esperimento e dopo una perturbazione permette a VD e pendio di essere tracciati in funzione del volume polmonare e può fornire informazioni utili circa il rapporto struttura-funzione del polmone che non viene ottenuto da capnografia al FRC da solo.
Vie aeree volume …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato finanziato dal dipartimenti di salute e fisiologia umana e medicina interna presso la University of Iowa. Quest’opera è stata sostenuta anche dal vecchio oro Fellowship (Bates) e Grant IRG-15-176-40 dall’American Cancer Society, somministrato attraverso The Holden completa Cancer Center at The University of Iowa (Bates)
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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