Сочетание объемного Capnography и барометрический плетизмографии для измерения связи структура функция легких
Summary
Здесь мы описываем две меры легочной функции – барометрическое плетизмографии, который позволяет измерять объем легких и объемные capnography, инструмент для измерения анатомические Мертвое пространство и единообразия airways. Эти методы могут быть использованы самостоятельно или комбинированные для оценки функции Хаво Йуллари в различных легких томов.
Abstract
Инструменты для измерения объема легких и дыхательных путей являются критическими для легких исследователей, заинтересованных в оценке последствий болезней или Роман терапии на легких. Барометрического плетизмографии — это классический метод для оценки объема легких с долгой историей клинического использования. Объемные capnography использует профиль выдыхаемого диоксида углерода, чтобы определить объем проведения airways, или Мертвое пространство и обеспечивает индекс airways однородности. Эти методы могут использоваться самостоятельно или в сочетании для оценки объема airways и однородности зависимость объема легких. Этот документ содержит подробные технические инструкции для репликации этих методов и наших репрезентативных данных показывает, что объем airways и однородности сильно коррелирует с объем легких. Мы также предоставляем макрос для анализа capnographic данных, которые могут быть изменены или адаптированы с учетом различных экспериментальных проектов. Преимущество этих мер заключается в том, что их преимущества и ограничения поддерживаются десятилетиями экспериментальных данных, и они могут быть сделаны неоднократно в той же теме без дорогостоящего оборудования изображений или технически сложный анализ алгоритмов. Эти методы могут быть особенно полезны для следователей интересует возмущений, которые изменяют как функциональные возможности остаточного объема легких и дыхательных путях.
Introduction
Газа размыва методы использовали на протяжении десятилетий для предоставления важной информации о структуре и единообразия сократимость дерева. Легких классически описан как имеющий два отделения – ведение зоны, которая состоит из анатомического мертвого пространства и дыхательных зоны, где происходит обмен газа в альвеолах. Проведение airways называются в качестве «Мертвое пространство», потому что они не участвуют в обмен кислорода и углекислого газа. В методе размыва газ одно дыхание профиль концентрации выдыхаемого газа может использоваться чтобы определить объем анатомического мертвого пространства и для получения информации о единообразие вентиляции. Некоторые методы полагаются на дыхание инертных газов сделать эти меры (N2, аргон, он, SF6и т.д.). Использование инертного газа является устоявшейся, поддержке научного консенсуса заявления1, и есть доступные склад с удобным для пользователя интерфейсом. Однако выдохнул профиль двуокиси углерода (CO2) может использоваться для получения аналогичной информации. Оценки профиля CO2 как функция выдыхаемого объема, или объемные capnography, не требует участник дышать специальных газовых смесей и позволяет детектива, чтобы собрать дополнительную информацию гибко о метаболизме и газ Обмен с минимальной регулировки к технике.
Во время контролируемых выдоха концентрация CO2 может быть заговор против выдыхаемого объема. В начале выдох, Мертвое пространство заполняется с атмосферного газа. Это отражено в фазе я выдохнул CO2 профиль где есть обнаружить количество CO2 (рис. 1, сверху). Фаза II знаменует переход к альвеолярный газ, где происходит обмен газа и CO2 обильные. Объем в середине этапа II-объем анатомического мертвого пространства (DV). Фаза III содержит альвеолярный газ. Потому что авиалинии с различными диаметрами пустой с разной скоростью, наклон (S) этапа III предоставляет сведения о airways единообразия. Крутой склон этапа III предлагает менее единообразной сократимость дерево проксимальнее терминала бронхиол, или неоднородности конвекции зависимые2. В случае, где возмущения могут изменить скорость CO2 производства и делать сравнения между отдельными людьми склона можно разделить площадь под кривой нормализовать для различий в метаболизме (NS или нормализованной склон). Объемные capnography ранее использовались для оценки изменений в объеме airways и единообразия следующих воздушных загрязнителей экспозиции3,4,5,6.
Транспорт газа в легких регулируется конвекции и диффузии. Одном дыхании размыва меры являются сильно зависит от воздушного потока и измеренное значение VD происходит на границе конвекции диффузии. Скорость потока выдох или предшествующих ингаляции изменение местоположения этой границы7. Capnography также сильно зависит от объема легких, непосредственно предшествующий маневр. Большие объемы легких раздуваться дыхательных путей, что приводит к более высокие значения VD8. Одно из решений заключается в том, чтобы последовательно сделать измерения на тот же объем легких – обычно остаточной трудоспособности (FRC). Альтернативные, описанных здесь, является пара объемных capnography с барометрический плетизмографии, для получения отношения между VD и объем легких. Участник затем выполняет маневр при постоянной скорости потока, одновременно меняя объем легких. Это по-прежнему позволяет классический capnographic меры должны быть приняты на FRC, но и для отношений между объем легких и Мертвое пространство объем и объем легких и однородности быть получены. Действительно добавленной стоимости муфты capnography с плетизмографии происходит от способности для проверки гипотезы о растяжимость airways дерева и связи структура функция легких. Это может быть ценным инструментом для следователей, стремясь количественно оценить влияние механики airways против комплайнс легких и elastance на легочную функцию в здорового и больного населения9,10,11 . Кроме того, учет для абсолютной легких тома, на котором проводятся измерения объемной capnographic позволяет следователям для характеристики воздействия условий, которые могут изменить состояние инфляции легких, таких как ожирение, легких трансплантации, или вмешательства как обвязки грудной стенки. Объемные capnography в конечном счете может иметь клинической полезности в интенсивной терапии параметр12,13.
Protocol
Representative Results
Discussion
Здесь предоставляется протокол для измерения VD и airways однородности (склон). Эти измерения могут производиться на FRC, или как функция легких тома. Измерения FRC до начала эксперимента и после возмущения позволяет VD и склон изображаться как функция объема легких и может предоста…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа финансировалась департаментами здравоохранения и физиологии человека и внутренней медицины в университете штата Айова. Эта работа также была поддержана старого золота стипендий (Бэйтс) и Грант IRG-15-176-40 из американского общества рака, через Холден всеобъемлющем онкологический центр в университете штата Айова (Бэйтс)
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).
