Kombination von volumetrischen Capnographie und barometrischen Plethysmographie der Lunge-Struktur-Funktions-Beziehung zu messen
Summary
Hier beschreiben wir zwei Maßnahmen der Lungenfunktion – barometrischen Plethysmographie, wodurch die Messung von Lungenvolumen, und volumetrische Kapnografie, ein Werkzeug zur Messung der anatomischen Totraum und Atemwege Einheitlichkeit. Diese Techniken können unabhängig voneinander verwendet oder kombiniert, um die Atemwege Funktion bei verschiedenen Lungenvolumen zu beurteilen.
Abstract
Instrumenten zur Messung der Lunge und Atemwege Volumen sind entscheidend für pulmonale Forscher interessieren Bewertung der Auswirkungen der Krankheit oder Roman Therapien auf die Lunge. Barometrische Plethysmographie ist eine klassische Technik, das Lungenvolumen mit einer langen Geschichte der klinischen Anwendung zu bewerten. Volumetrische Kapnografie nutzt das Profil der ausgeatmete Kohlendioxid bestimmen die Lautstärke der leitenden Atemwege oder dead space, und enthält ein Verzeichnis der Atemwege Homogenität. Diese Techniken können unabhängig voneinander oder in Kombination verwendet werden, um die Abhängigkeit der Atemwege Volumen und Homogenität Lungenvolumen zu bewerten. Dieses Dokument enthält detaillierte technische Anleitungen, diese Techniken zu replizieren und unsere repräsentativen Daten zeigt, dass die Atemwege Volumen und Homogenität, Lungenvolumen stark korreliert sind. Wir bieten auch ein Makro für die Analyse von Capnographic Daten, die geändert oder verschiedene experimentelle Designs angepasst werden können. Der Vorteil dieser Maßnahmen ist, dass ihre Vorteile und Grenzen werden durch jahrzehntelange experimentellen Daten unterstützt, und sie wiederholt im selben Fach ohne teure bildgebende Geräte oder technisch fortgeschrittene Analysealgorithmen hergestellt werden können. Diese Methoden können besonders nützlich für die Ermittler Störungen interessiert sein, die die funktionellen Restkapazität der Lunge und Atemwege Lautstärke zu ändern.
Introduction
Gas Auswaschung Techniken wurden jahrzehntelang zur wichtige Informationen über die Struktur und die Einheitlichkeit der Atemwege Baum. Die Lunge ist klassisch beschrieben als zwei Fächer – eine leitende Zone, die aus der anatomischen Totraum besteht und die respiratorische Zone, wo der Gasaustausch in den Alveolen auftritt. Die Durchführung von Atemwege werden als “dead Space” bezeichnet, weil sie nicht den Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid beteiligt sind. In der einzigen Atemzug Gas Washout-Methode kann die Konzentration Profil eines ausgeatmeten Gases, das Volumen der anatomischen Totraum zu ermitteln und Informationen über die Einheitlichkeit der Lüftung abzuleiten verwendet werden. Einige Methoden beruhen auf die Atmung von Inertgasen, diese Maßnahmen zu machen (N2, Argon, er, SF6, etc.). Die Verwendung von Schutzgas ist etablierter, unterstützt durch wissenschaftliche Konsens Aussagen1, und es gibt verfügbare kommerzielle Ausrüstung mit benutzerfreundlichen Interfaces. Jedoch kann das ausgeatmete Kohlendioxid (CO2)-Profil verwendet werden, um ähnliche Informationen abzuleiten. Das Profil der CO2 als Funktion der ausgeatmeten Volumen oder volumetrische Kapnografie Bewertung bedarf keiner die Teilnehmer spezielle Gasgemische atmen und ermöglicht die Ermittler weitere Informationen flexibel über Stoffwechsel und Gas sammeln tauschen Sie mit minimaler Anpassung an die Technik.
Während einer kontrollierten Ausatmung kann die Konzentration von CO2 gegen das Gesamtvolumen der ausgeatmeten geplottet werden. Zu Beginn einer Ausatmung ist der Totraum mit atmosphärischen Gas gefüllt. Dies spiegelt sich in Phase I der ausgeatmete CO2 wo Profil gibt es eine nicht nachweisbare Menge an CO2 (Abbildung 1, oben). Phase II markiert den Übergang zum alveolären Gas, wo Gasaustausch auftritt und CO2 ist reichlich vorhanden. Die in der Mitte der Phase II ist das Volumen der anatomischen Totraum (VD). Phase III enthält alveolären Gas. Weil Airways mit unterschiedlichen Durchmessern unterschiedlich schnell leer, informiert die Steigung (S) der Phase III über Airways Einheitlichkeit. Ein steiler Hang der Phase III schlägt eine weniger einheitliches Atemwege Baum proximal zu den terminalen Bronchiolen oder Konvektion-abhängige Inhomogenität2. In dem Fall, wo eine Störung der Kurs, der CO-2 -Produktion und Vergleiche zwischen Individuen ändern kann, kann die Steigung durch die Fläche unter der Kurve für Unterschiede im Stoffwechsel (NS oder normalisierte Hang) normalisieren unterteilt werden. Volumetrische Kapnografie zuvor verwendet wurde, um die Volumenänderungen Airways bewerten und Einheitlichkeit im folgenden Luft Schadstoff Exposition3,4,5,6.
Gastransport in der Lunge wird durch Konvektion und Diffusion geregelt. Atemzug Auswaschung Maßnahmen sind stark abhängig von der Luftmenge und der gemessene Wert der VD tritt an der Konvektion-Diffusions-Grenze. Die Durchflussmenge der Ausatmung oder vorherigen Inhalation ändern die Position, dass Grenze7. Kapnografie ist auch stark abhängig von dem Volumen der Lunge unmittelbar vor dem Manöver. Größeren Lungenvolumen ausdehnen der Atemwege, was zu größeren Werten von VD8. Eine Lösung soll konsequent die Messung bei gleichen Lungenvolumen – in der Regel funktionellen Restkapazität (FRC) machen. Hier eine alternative, beschriebene ist, paar die volumetrische Kapnografie mit barometrischen Plethysmographie, um das Verhältnis zwischen VD und Lungenvolumen zu erhalten. Der Teilnehmer führt dann das Manöver zu konstanten Preisen, während das Lungenvolumen variieren. Dies ermöglicht noch für klassische Capnographic Maßnahmen bei FRC erfolgen, sondern auch für die Beziehung zwischen dem Lungenvolumen und Totraum Volumen und zwischen dem Lungenvolumen und Homogenität abgeleitet werden. In der Tat kommt der Mehrwert der Kupplung Kapnografie mit Plethysmographie von Hypothesen über die Dehnbarkeit des Baumes Airways und der Struktur-Funktions-Beziehung der Lunge zu testen. Dies ist möglicherweise ein wertvolles Werkzeug für die Ermittler mit dem Ziel, den Einfluss der Atemwege Mechanik versus Lungencompliance und Elastance auf Lungenfunktion in gesunden und Kranken Bevölkerung9,10,11 quantifizieren . Darüber hinaus entfallen die absoluten Lungenvolumen, an dem die volumetrische Capnographic Messungen durchgeführt, ermöglicht Ermittler, die Auswirkungen der Bedingungen zu charakterisieren, die die Inflation Status der Lunge, wie Übergewicht, ändern kann Lungenkrebs Transplantation oder Interventionen wie Brust Wand Umreifung. Volumetrische Kapnografie möglicherweise letztlich klinischen Nutzen in der Intensivpflege Einstellung12,13.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hier ist ein Protokoll zur Messung von VD und Airways Homogenität (Neigung) zur Verfügung gestellt. Diese Messungen erfolgen bei FRC oder als Funktion des Lungenvolumens. FRC vor Beginn des Experiments und messen, nachdem eine Störung ermöglicht VD und Neigung in Abhängigkeit von Lungenvolumen gezeichnet werden und kann nützliche Informationen über das Verhältnis von Struktur und Funktion der Lunge, die nicht von vorliegt Kapnografie bei FRC allein.
Airways Volume…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde durch die Abteilungen für Gesundheit und menschliche Physiologie und innere Medizin an der University of Iowa finanziert. Diese Arbeit wurde auch von Altgold Fellowship (Bates) und Grant IRG-15-176-40 von der American Cancer Society, verwaltet durch die Holden umfassende Cancer Center an der Universität von Iowa (Bates) unterstützt.
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
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