Combinaison de capnographie volumétrique et pléthysmographie barométrique pour mesurer la relation Structure-fonction de poumon
Summary
Nous décrivons ici les deux mesures de la fonction pulmonaire – pléthysmographie barométrique, qui permet la mesure du volume pulmonaire et capnographie volumétrique, un outil pour mesurer l’espace mort anatomique et uniformité des voies respiratoires. Ces techniques peuvent être utilisés indépendamment ou combinées pour évaluer la fonction airways à volumes pulmonaires différents.
Abstract
Outils permettant de mesurer le volume du poumon et des bronches sont critiques pour pulmonaires chercheurs intéressés par l’évaluation de l’impact des thérapies de la maladie ou un roman sur le poumon. Pléthysmographie barométrique est une technique classique pour évaluer le volume pulmonaire avec une longue histoire d’utilisation clinique. Capnographie volumétrique utilise le profil de dioxyde de carbone expiré pour déterminer le volume des voies aériennes conductrices ou dead space et fournit un indice d’homogénéité des voies respiratoires. Ces techniques peuvent être utilisées indépendamment ou en combinaison pour évaluer la dépendance du volume des voies respiratoires et l’homogénéité du volume pulmonaire. Cet article fournit des instructions techniques détaillées pour répliquer ces techniques et nos données représentatives démontrent que le volume des voies respiratoires et l’homogénéité sont fortement corrélés au volume pulmonaire. Nous fournissons également une macro pour l’analyse des données de capnographic, qui peuvent être modifiées ou adaptées pour s’adapter à différents modèles expérimentaux. L’avantage de ces mesures est que leurs avantages et leurs limites sont pris en charge par des décennies de données expérimentales, et elles peuvent être faites à plusieurs reprises dans le même sujet sans équipement d’imagerie coûteux ou des algorithmes d’analyse avancés techniquement. Ces méthodes peuvent être particulièrement utiles pour les chercheurs intéressés par les perturbations qui modifient les deux la capacité résiduelle fonctionnelle du volume du poumon et des bronches.
Introduction
Techniques de lavage de gaz ont servi pendant des décennies pour fournir des informations importantes concernant la structure et l’uniformité de l’arbre bronchique. Le poumon est classiquement décrit comme ayant deux compartiments – une zone conductrice qui se compose de l’espace mort anatomique et la zone respiratoire où les échanges gazeux se produit dans les alvéoles. Des voies sont désignées comme « dead space » parce qu’ils ne participent pas à l’échange d’oxygène et de dioxyde de carbone. Dans la méthode de lavage de gaz seul souffle, le profil de concentration d’un gaz exhalé peut servir à déterminer le volume de l’espace mort anatomique et pour obtenir des informations sur l’uniformité de la ventilation. Certaines méthodes sont fondées sur la respiration de gaz inertes pour rendre ces mesures (N2, argon, il, SF6, etc.). L’utilisation de gaz inerte est bien établie, soutenus par des déclarations de consensus scientifique1, et il y a un appareil commercial disponible avec interfaces conviviales. Cependant, le profil expiré de dioxyde de carbone (CO2) peut être utilisé pour dériver des informations similaires. Évaluation du profil de CO2 en fonction du volume expiré ou capnographie volumétrique, ne nécessite pas le participant de respirer des mélanges de gaz spéciaux et permet au chercheur de recueillir des informations supplémentaires avec souplesse sur le métabolisme et gaz échanger avec ajustement minime à la technique.
Un expir contrôlé, la concentration de CO2 peut être tracée contre le total volume expiré. Au début de l’expiration, l’espace mort est rempli de gaz atmosphérique. Ceci est reflété dans la Phase I du CO2 expiré profil où il y a un montant indétectable de CO2 (Figure 1, haut). Phase II marque la transition vers le gaz alvéolaire, où les échanges gazeux se produit et CO2 est abondante. Le volume au milieu de la Phase II est le volume de l’espace mort anatomique (VD). Phase III contient du gaz alvéolaire. Car airways avec différents diamètres de vides à des vitesses différentes, la pente (S) de la Phase III fournit des informations sur l’uniformité des voies respiratoires. Une pente plus raide de la Phase III indique un inférieur arbre uniforme bronchique proximal au bronchioles terminales ou dépendante de convection inhomogénéité2. Dans le cas où une perturbation peut modifier le taux de production de CO2 et de faire des comparaisons entre les individus, la pente peut être divisée par l’aire sous la courbe de normaliser des différences de métabolisme (NS ou pente normalisée). Capnographie volumétrique a été utilisé auparavant pour évaluer les changements dans le volume des voies respiratoires et qui suit uniformité air pollutant exposition3,4,5,6.
Transport de gaz dans les poumons est régi par la convection et la diffusion. Mesures de lavage seul souffle dépendent fortement de l’écoulement d’air et la valeur mesurée de VD se produit à la limite de convection-diffusion. Changer la vitesse d’écoulement de l’expiration ou inhalation précédente modifie l’emplacement de cette limite de7. Capnographie dépend aussi fortement le volume du poumon qui précède immédiatement la manœuvre. Grands volumes pulmonaires distendre les voies respiratoires, ce qui entraîne des valeurs plus élevées de VD8. Une solution consiste à toujours faire la mesure au même volume pulmonaire – capacité résiduelle généralement fonctionnelle (FRC). Une alternative, décrite ici, est de capnographie volumétrique couple avec barométrique pléthysmographie, afin d’obtenir la relation VD / volume pulmonaire. Le participant exécute alors la manœuvre à débit constant, tout en variant le volume pulmonaire. Cela permet encore pour capnographic classique des mesures prises à la FRC, mais aussi pour la relation entre le volume pulmonaire et le volume de l’espace mort et entre le volume pulmonaire et l’homogénéité doivent être dérivées. En effet, la valeur ajoutée de capnographie de couplage avec pléthysmographie provient de la possibilité de tester des hypothèses sur la distensibilité de l’arborescence des voies respiratoires et de la relation structure-fonction des poumons. Cela peut être un outil précieux pour les enquêteurs, qui vise à quantifier l’influence des voies respiratoires mécanique versus compliance pulmonaire et l’élastance sur la fonction pulmonaire chez les populations en bonne santé et malades9,10,11 . En outre, représentent le volume pulmonaire absolue au cours de laquelle sont effectuées les mesures volumétriques capnographic permet aux enquêteurs caractériser les effets des conditions qui peuvent altérer l’état de l’inflation du poumon, comme l’obésité, poumon transplantation, ou interventions comme la poitrine mur cerclage. Capnographie volumétrique peut finalement avoir utilité clinique dans les soins intensifs réglage12,13.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ici, un protocole pour la mesure de l’homogénéité deD et des bronches V (pente) est fourni. Ces mesures peuvent être effectuées au CFD, ou en fonction du volume pulmonaire. ERS de mesure avant le début de l’expérience et après qu’une perturbation permet de VD et pente à tracer en fonction du volume pulmonaire et peut fournir des informations utiles sur la relation structure-fonction des poumons qui ne provient pas de capnographie au CFD seul.
Volume des voi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été financé par les ministères de la santé et de la physiologie humaine et de médecine interne à l’Université de l’Iowa. Ce travail a été également soutenu par le vieil or Fellowship (Bates) et Grant IRG-15-176-40 de l’American Cancer Society, administré par le biais de la Holden complets Cancer Center de l’Université de l’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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