الجمع بين كابنوجرافي الحجمي وضغطي بليثيسموجرافي لقياس علاقة بنية-وظيفة الرئة
Summary
هنا، يمكننا وصف التدابير اثنين من وظائف الرئة – بليثيسموجرافي ضغطي، مما يسمح بقياس حجم الرئة، وكابنوجرافي الحجمي، وأداة لقياس مساحة ميتة التشريحية وتوحيد الخطوط الجوية. قد تكون هذه التقنيات المستخدمة بشكل مستقل أو جنبا إلى جنب لتقييم الدالة الخطوط الجوية على وحدات التخزين المختلفة الرئة.
Abstract
أدوات لقياس حجم الرئة والخطوط الجوية حاسمة بالنسبة للرئة الباحثين المهتمين في تقييم أثر العلاجات رواية أو مرض في الرئة. بليثيسموجرافي ضغطي أسلوب كلاسيكي لتقييم حجم الرئة مع تاريخ طويل من الاستخدام السريري. كابنوجرافي الحجمي يستخدم التشكيل الجانبي لثاني أكسيد الكربون الزفير تحديد حجم الخطوط الجوية إجراء، أو قتلى الفضاء، ويوفر فهرس لتجانس الخطوط الجوية. قد تستخدم هذه التقنيات بشكل مستقل، أو في تركيبة لتقييم الاعتماد لحجم الخطوط الجوية والتجانس على حجم الرئة. تقدم هذه الورقة التعليمات التقنية المفصلة لتكرار هذه التقنيات ويوضح لنا بيانات تمثيلية أن حجم الخطوط الجوية والتجانس ارتباطاً عاليا بحجم الرئة. كما أننا نقدم ماكرو لتحليل البيانات كابنوجرافيك، والتي يمكن تعديلها أو تكييفها لتناسب تصاميم تجريبية مختلفة. الاستفادة من هذه التدابير هو أن مزايا وقيود معتمدة من قبل عقود بيانات التجريبية، وأنهم يمكن أن يتم مرارا وتكرارا في نفس الموضوع دون معدات التصوير غالية الثمن أو خوارزميات تحليل متقدمة تقنيا. هذه الطرق قد تكون مفيدة بشكل خاص للمحققين المهتمين في الاضطرابات التي تغير القدرات المتبقية الوظيفية من حجم الرئة والخطوط الجوية.
Introduction
استخدمت تقنيات تبييض الغاز على مدى عقود لتوفير معلومات هامة حول هيكل والتوحيد شجرة مجرى الهواء. الرئة وصف كلاسيكي وجود مقصورات اثنين – منطقة إجراء التي تتألف من الفضاء الميت التشريحية ومنطقة الجهاز التنفسي التي يحدث فيها تبادل الغازات بالحويصلات الهوائية. الخطوط الجوية إجراء توصف بأنها “قتلى الفضاء” نظراً لأنهم لا يشاركون في تبادل الأوكسجين وثاني أكسيد الكربون. في أسلوب تبييض الغاز نفسا واحدة، يمكن استخدام الشخصية تركيز غاز الزفير لتحديد حجم المساحة الميت التشريحية واستخلاص المعلومات حول التوحيد للتهوية. بعض الأساليب التي تعتمد على التنفس الغازات الخاملة لجعل هذه التدابير (ن2، الأرجون، أنه، سادس6، إلخ). استخدام غاز خامل الراسخة، تدعمها بيانات توافق الآراء العلمية1، وهناك المعدات التجارية المتاحة مع واجهات المستخدم الودية. ومع ذلك، يمكن استخدام الشخصية الزفير من ثاني أكسيد الكربون (CO2) لاستخلاص معلومات مماثلة. تقييم الشخصية من CO2 كدالة لحجم الزفير، أو الحجمي كابنوجرافي، لا يحتاج المشارك للتنفس خلائط الغازات الخاصة ويسمح للمحقق لجمع معلومات إضافية عن مرونة الأيض والغاز تبادل مع تعديل الحد الأدنى لهذه التقنية.
أثناء زفير الخاضعة لمراقبة، يمكن رسم تركيز CO2 ضد إجمالي حجم الزفير. في بداية زفير، امتلأ الفضاء الميت غازات الغلاف الجوي. وينعكس هذا في المرحلة الأولى من الزفير CO2 الشخصية حيث يوجد مبلغ غير قابل للكشف من أول أكسيد الكربون2 (الشكل 1، أعلى). المرحلة الثاني ويمثل الانتقال إلى الغاز السنخية، حيث يحدث تبادل الغازات وأول أكسيد الكربون2 الوفيرة. وحدة التخزين في منتصف “المرحلة الثانية” هو حجم المساحة الميت التشريحية (تد). المرحلة الثالثة تحتوي على غاز السنخية. لأن الخطوط الجوية مع أقطار مختلفة فارغة بمعدلات مختلفة، منحدر “المرحلة الثالثة” (S) يوفر معلومات حول توحيد الخطوط الجوية. منحدر أشد انحدارا من “المرحلة الثالثة” تشير إلى أقل شجرة موحدة مجرى الهواء الدانية إلى القصيبات المحطة الطرفية، أو تعتمد على الحمل الحراري إينهوموجينيتي2. في الحالة حيث قد تغيير اضطراب معدل إنتاج2 CO، وإجراء مقارنات بين الأفراد، يمكن تقسيم المنحدر من المنطقة الواقعة تحت المنحنى إلى تطبيع للاختلافات في التمثيل الغذائي (NS أو المنحدر طبيعية). كابنوجرافي الحجمي وقد استخدمت سابقا لتقييم التغيرات في حجم الخطوط الجوية ويلي التوحيد الهواء الملوثات التعرض3،،من45،6.
ويخضع نقل الغاز في الرئة الحراري ونشرها. التدابير تبييض نفسا واحدة تعتمد اعتماداً كبيرا على تدفق الهواء والقيمة المقاسة الخامسد يحدث عند حدود نشر الحراري. تغيير معدل التدفق من زفير أو استنشاق السابقة تغيير الموقع لأن حدود7. كابنوجرافي أيضا تعتمد اعتماداً كبيرا على حجم الرئة السابقة مباشرة للمناورة. وحدات تخزين أكبر من الرئة انتفخ الخطوط الجوية، أسفر عن القيم الأكبر من الخامسد8. حل واحد جعل القياس دائماً في نفس الرئة الحجم – الوظيفية عادة ما تكون القدرات المتبقية (FRC). البديلة، والموصوفة هنا، كابنوجرافي الحجمي زوجين مع بليثيسموجرافي ضغطي، بغية الحصول على العلاقة بين تد وحجم الرئة. ثم ينفذ المشارك المناورة في معدلات التدفق المستمر، بينما يتراوح حجم الرئة. وهذا لا يزال يسمح لتدابير كابنوجرافيك الكلاسيكية في المجلس الثوري لفتح، ولكن أيضا للعلاقة بين حجم الرئة وحجم قتلى الفضاء وبين حجم الرئة وتجانس المستمدة. والواقع أن القيمة المضافة لاقتران كابنوجرافي مع بليثيسموجرافي يأتي من القدرة على اختبار الفرضيات حول ديستينسيبيليتي شجرة الخطوط الجوية وعلاقة بنية-وظيفة الرئة. وهذا قد يكون أداة قيمة للمحققين تهدف إلى قياس تأثير ميكانيكا الطيران مقابل الامتثال الرئة والستانس على وظائف الرئة في السكان الصحية والمريضة9،10،11 . وعلاوة على ذلك، تمثل حجم الرئة المطلقة التي تنفذ القياسات الحجمية كابنوجرافيك يسمح للمحققين لوصف آثار الظروف التي يمكن أن تغير من حالة تضخم الرئة، مثل السمنة، الرئة زرع الأعضاء، أو تدخلات مثل الربط جدار الصدر. وفي نهاية المطاف قد الحجمي كابنوجرافي فائدة سريرية في العناية المركزة الإعداد12،13.
Protocol
Representative Results
Discussion
ويرد هنا، بروتوكولا لقياس تجانسد والخطوط الجوية الخامس (المنحدر). ويمكن إجراء هذه القياسات في المجلس الثوري لفتح، أو كدالة لحجم الرئة. قياس FRC قبل بدء التجربة وبعد اضطراب يسمح الخامسد والميل رسم كدالة لحجم الرئة وقد توفر معلومات مفيدة عن العلاقة هيكل وظيفة الرئة التي لم يتم الح…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم تمويل هذا العمل من قبل إدارات الصحة وعلم وظائف الأعضاء البشرية والطب الباطني في جامعة آيوا. هذا العمل أيضا يدعمه زمالة الذهب القديم (بيتس) وسيبحث المنحة-15-176-40 من “جمعية السرطان الأمريكية”، تدار عن طريق “هولدن شاملة مركز السرطان” في “جامعة آيوا” (بيتس)
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 |
References
- 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).
- Verbanck, S., Paiva, M. Gas mixing in the airways and airspaces. Comprehensive Physiology. 1 (2), 809-834 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Fowler, W. S. Lung Function Studies. II. The Respiratory Dead Space. American Journal of Physiology-Legacy Content. 154 (3), 405-416 (1948).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Suarez-Sipmann, F., Bohm, S. H., Tusman, G. Volumetric capnography: the time has come. Current Opinion in Critical Care. 20 (3), 333-339 (2014).
- Wanger, J., et al. Standardisation of the measurement of lung volumes. European Respiratory Journal. 26 (3), 511-522 (2005).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Farmery, A. D. Volumetric Capnography and Lung Growth in Children – a Simple-Model Validated. Anesthesiology. 83 (6), 1377-1379 (1995).
- 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).
- 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).
- Bourgoin, P., et al. Assessment of Bohr and Enghoff Dead Space Equations in Mechanically Ventilated Children. Respiratory Care. 62 (4), 468-474 (2017).
