Kombinere volumetriske Capnography og barometer Plethysmography for at måle lunge struktur-funktion relationer

Summary

Her beskriver vi to foranstaltninger af pulmonal funktion – Barometrisk plethysmography, som giver mulighed for måling af lunge volumen, og volumetriske capnography, et redskab til at måle det anatomisk døde rum og airways ensartethed. Disse teknikker kan bruges uafhængigt eller kombineret for at vurdere airways funktion på forskellige lunge diskenheder.

Abstract

Værktøjer til at måle lunger og luftveje volumen er kritiske for pulmonal forskere interesseret i evaluering af virkningen af sygdom eller roman behandlinger på lungerne. Barometrisk plethysmography er en klassisk teknik til at evaluere lunge-volumen med en lang historie af klinisk brug. Volumetrisk capnography udnytter profil udåndede kuldioxid til at bestemme omfanget af de strømførende airways, eller dead space, og indeholder et indeks over airways homogenitet. Disse teknikker kan bruges uafhængigt eller i kombination til at evaluere afhængighed af airways volumen og homogenitet lunge volumen. Denne hvidbog indeholder detaljerede tekniske instruktioner til at replikere disse teknikker og vores repræsentative data viser, at luftvejene volumen og homogenitet stærkt korreleret til lunge volumen. Vi tilbyder også en makro for analysen af capnographic data, som kan blive ændret eller tilpasset forskellige eksperimentelle design. Fordelen ved disse foranstaltninger er at deres fordele og begrænsninger er støttet af årtier af forsøgsdata, og de kan gøres gentagne gange i det samme emne uden dyre imaging udstyr eller teknisk avanceret analyse algoritmer. Disse metoder kan være særligt nyttigt for efterforskerne interesseret i perturbationer at ændrer både de funktionelle resterende kapacitet i lungerne og luftvejene volumen.

Introduction

Gas udvaskning teknikker har været anvendt i årtier for at give vigtige oplysninger om struktur og ensartethed af luftvejs tree. Lungerne er klassisk beskrevet som havende to rum – en strømførende zone, der består af det anatomiske døde rum og den respiratoriske zone hvor luftskiftet sker i alveolerne. De strømførende airways er betegnes som “dead space” fordi de ikke deltager i udvekslingen af ilt og kuldioxid. I metoden enkelt åndedrag gas udvaskning kan koncentration profil af en udåndede gas bruges til at bestemme omfanget af det anatomiske døde rum og at udlede oplysninger om ensartethed af ventilation. Nogle metoder er afhængige af åndedræt af inaktive gasser til at gøre disse foranstaltninger (N₂, argon, han, SF₆, osv.). Brug af inert gas er veletablerede, understøttet af videnskabelig konsensus udtalelser¹, og der er udstyr til rådighed kommercielle med brugervenlige grænseflader. Profilen udåndede kuldioxid (CO₂) kan dog bruges til at udlede tilsvarende oplysninger. Evaluere profil af CO₂ som en funktion af udåndede volumen eller volumetrisk capnography, kræver ikke deltager at indånde særlige gasblandinger og tillader investigator at indhente yderligere oplysninger fleksibelt om metabolisme og gas udveksle med minimal justering af teknikken.

Under en kontrolleret udånding, kan koncentrationen af CO₂ afbildes mod den samlede udåndede volumen. I begyndelsen af en udånding, er den døde rum fyldt med atmosfærisk gas. Dette afspejles i fase I af den udåndede CO₂ profile hvor der er et målbart mængde CO₂ (figur 1, top). Fase II markerer overgangen til den alveolære gas, hvor luftskiftet opstår og CO₂ er rigelige. Volumen ved midtpunktet af fase II er volumenet af det anatomiske døde rum (V_D). Fase III indeholder alveolær gas. Fordi airways med forskellige diametre Tom til forskellige priser, hældning (S) i fase III indeholder oplysninger om airways ensartethed. En stejlere hældning af fase III foreslår en mindre ensartet luftvejs tree proksimalt for terminal bronchioles, eller konvektion-afhængige uensartethed². I de tilfælde, hvor en undertrykkelse af netbårne kan ændre hastigheden af CO₂ produktion, og at foretage sammenligninger mellem individer, kan hældningen divideret med arealet under kurven til at normalisere for forskelle i stofskiftet (NS eller normaliseret hældning). Volumetrisk capnography tidligere er blevet brugt til at vurdere ændringer i luftvejene volumen og ensartethed følgende luft forurenende eksponering^3,4,5,6.

Gastransport i lungerne er underlagt både konvektion og diffusion. Enkelt åndedrag udvaskning foranstaltninger er stærkt afhængige af luft flow og den målte værdi af V_D sker ved konvektion diffusion grænse. Strømningshastigheden af udånding eller foregående indånding ændres placeringen af denne grænse⁷. Capnography er også meget afhængig af mængden af lungen umiddelbart forud for manøvren. Større lunge diskenheder svulme op luftvejene, resulterer i større værdier af V_D⁸. En løsning er at konsekvent at måling på den samme lunge volumen – normalt funktionelle resterende kapacitet (FRC). En alternativ, beskrevet her, er at par volumetriske capnography med Barometrisk plethysmography, for at få forholdet mellem V_D og lunge volumen. Deltageren derefter udfører manøvren på konstant strømningshastigheder, mens varierende lunge-volumen. Dette tillader stadig klassiske capnographic foranstaltninger ved FRC, men også for forholdet mellem lunge volumen og døde plads volumen og mellem lunge volumen og ensartethed at være afledt. Faktisk kommer merværdi kobling capnography med plethysmography fra evnen til at teste hypoteser om distensibility af træet airways og struktur-funktion relationer i lungerne. Dette kan være et værdifuldt redskab for efterforskere har til formål at kvantificere airways mekanik versus lunge overholdelse og elastance indflydelse på pulmonal funktion i raske og syge befolkninger^9,10,11 . Desuden tegner sig for den absolutte lunge volumen hvor volumetriske capnographic målinger der foretages giver mulighed for efterforskerne at karakterisere effekten af forhold, der kan ændre tilstanden inflation af lungerne, som fedme, lunge transplantation eller interventioner som brystet væg omsnøringsbånd. Volumetrisk capnography kan i sidste ende har kliniske anvendelighed i intensiv pleje indstilling^12,13.

Protocol

Denne protokol er tidligere godkendt af og følger retningslinjerne ved University of Iowa institutionelle Review Board. Vises data blev indsamlet som en del af et projekt, der er godkendt af den institutionelle Review Board på University of Iowa. Deltagerne gav informeret samtykke og undersøgelserne blev udført i overensstemmelse med Helsinki-erklæringen. 1. udstyr Tjek er tabellen udstyr til at kontrollere, at alle nødvendige udstyr tilgængelige. Dobbelttjekke konfigurationen…

Representative Results

Repræsentative plethysmography resultaterne er gengivet i figur 4. Denne deltager kræves fire forsøg for at indsamle tre FRC værdier med < 5% variation fra mean.%Ref afspejler procentdelen af den forventede værdi for hver variabel baseret på befolkning regression ligninger, der tages hensyn køn, alder, race, højde og vægt Figur 1 (top) viser en repræsentativ e…

Discussion

Her tilbydes en protokol til måling af V_D og airways homogenitet (hældning). Disse målinger kan foretages ved FRC, eller som en funktion af lunge volumen. Måling FRC før begyndelsen af eksperimentet og efter en undertrykkelse af netbårne tillader V_D og hældning til afbildes som funktion af lunge volumen og kan give nyttige oplysninger om struktur-funktion relationer i den lunge, der ikke stammer fra capnography på FRC alene.

Airways volumen og høj opløsning stru…

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