Summary
يقدم هذا البروتوكول طريقة لتقييم احتياطي الشعيرات الدموية السنخية الرئوية التي يتم قياسها عن طريق قياس التنفس الواحد المشترك لقدرة الانتشار إلى أول أكسيد الكربون (DL ، CO) وأكسيد النيتريك (DL ، NO) أثناء التمرين. تشكل الافتراضات والتوصيات الخاصة باستخدام التقنية أثناء التمرين أساس هذه المقالة.
Abstract
يعد القياس المشترك أحادي التنفس للقدرة المنتشرة لأول أكسيد الكربون (DL ، CO) وأكسيد النيتريك (DL ، NO) تقنية مفيدة لقياس احتياطي الشعيرات الدموية السنخية الرئوية في كل من السكان الأصحاء والمرضى. يوفر القياس تقديرا لقدرة المشارك على تجنيد الشعيرات الدموية الرئوية والتخلص منها. تم الإبلاغ مؤخرا عن أن الطريقة تظهر موثوقية عالية في الاختبار وإعادة الاختبار لدى المتطوعين الأصحاء أثناء ممارسة خفيفة إلى معتدلة الشدة. تجدر الإشارة إلى أن هذه التقنية تسمح بما يصل إلى 12 مناورة متكررة ولا تتطلب سوى نفس واحد مع وقت قصير نسبيا لحبس النفس يبلغ 5 ثوان. يتم توفير بيانات تمثيلية توضح التغييرات التدريجية في DL ، NO و DL ، CO من الراحة إلى التمرين بكثافة متزايدة تصل إلى 60٪ من عبء العمل الأقصى. يعد قياس القدرة المنتشرة وتقييم احتياطي الشعيرات الدموية السنخية أداة مفيدة لتقييم قدرة الرئة على الاستجابة لممارسة الرياضة في كل من السكان الأصحاء وكذلك في مجموعات المرضى مثل المصابين بأمراض الرئة المزمنة.
Introduction
التمرين يؤدي إلى زيادة كبيرة في الطلب على الطاقة مقارنة بحالة الراحة. يستجيب القلب والرئتان عن طريق زيادة النتاج القلبي والتهوية مما يؤدي إلى توسع السرير السنخي الشعري ، وخاصة تجنيد وانتفاخ الشعيرات الدمويةالرئوية 1. وهذا يضمن تبادلا كافيا للغازات الرئوية ، والذي يمكن قياسه بزيادة قدرة الانتشار الرئوي (DL)2،3،4. تعود المحاولات الأولى لقياس DL أثناء التمرين إلى أكثر منقرن 5،6،7. غالبا ما يشار إلى القدرة على زيادة DL من حالة الراحة باسم الاحتياطي السنخي الشعري 8,9.
من الناحية التجريبية ، يمكن تقييم المساهمات النسبية لقدرة نشر الغشاء السنخي الشعري (DM) وحجم الدم الشعري الرئوي (VC) إلى احتياطي الشعيرات الدموية السنخية بطرق مختلفة ، بما في ذلك الكسور المتعددة الكلاسيكية للأكسجين المستوحى (
) الطريقة10. ومن الأساليب البديلة التي قد تكون مفيدة في هذا السياق طريقة الاختبار المزدوج للغاز، حيث يتم قياس DL إلى أول أكسيد الكربون (CO) وأكسيد النيتريك (NO) (DL، CO/NO) في وقت واحد11. تم تطوير هذه التقنية في ثمانينيات القرن العشرين ، وتستفيد من حقيقة أن معدل تفاعل NO مع الهيموغلوبين (Hb) أكبر بكثير من معدل CO ، بحيث يعتمد الانتشار الرئوي لثاني أكسيد الكربون على VC أكثر من NO. وبالتالي ، فإن الموقع الرئيسي للمقاومة (~ 75٪) لانتشار ثاني أكسيد الكربون يقع داخل خلايا الدم الحمراء ، في حين أن المقاومة الرئيسية (~ 60٪) لعدم الانتشار هي في الغشاء السنخي الشعري والبلازما الرئوية12. وبالتالي فإن القياس المتزامن ل DL و CO و DL ، NO يسمح بتقييم المساهمات النسبية ل DM و VC إلى DL12 ، حيث يعكس التغيير في DL ، NO الملاحظ أثناء التمرين إلى حد كبير توسع الغشاء السنخي الشعري. ميزة إضافية لهذه الطريقة عند الحصول على قياسات أثناء التمرين هي أنها تنطوي على وقت قصير نسبيا لحبس النفس (~ 5 ثوان) ومناورات أقل مقارنة بالتقنية الكلاسيكية ، حيث يتم إجراء مناورات متكررة متعددة مع حبس التنفس القياسي لمدة 10 ثوان عند مستويات مختلفة من الأكسجين. على الرغم من أنه تم تطبيقه مؤخرا مع وقت أقصر لحبس النفس وعدد أقل من المناورات في كل شدة13. ومع ذلك ، يسمح فقط بما مجموعه ست مناورات DL ، CO لكل جلسة ، في حين يمكن إجراء ما يصل إلى 12 مناورة DL ، CO / NO المتكررة دون أي تأثير قابل للقياس على التقديرات الناتجة14. هذه اعتبارات مهمة عند الحصول على قياسات أثناء التمرين نظرا لأنه قد يكون من الصعب إجراء كل من حبس النفس الطويل والمناورات المتعددة بكثافة عالية جدا أو في مجموعات المرضى الذين يعانون من ضيق التنفس.
تقدم هذه الورقة بروتوكولا مفصلا ، بما في ذلك الاعتبارات النظرية والتوصيات العملية بشأن قياس DL ، CO / NO أثناء التمرين واستخدامه كمؤشر للاحتياطي السنخي الشعري. هذه الطريقة قابلة للتطبيق بسهولة في الإعداد التجريبي وتسمح بتقييم كيفية تأثير الحد من الانتشار في الرئتين على امتصاص الأكسجين في مجموعات سكانية مختلفة.
النظرية ومبادئ القياس
تتضمن طريقة DL ، CO / NO نفسا واحدا من خليط الغاز مع افتراض أن الغازات توزع بالتساوي في الفضاء السنخي جيد التهوية بعد الاستنشاق. يتكون خليط الغاز من عدة غازات بما في ذلك غاز التتبع الخامل. يمكن استخدام تخفيف غاز التتبع في الفضاء السنخي ذي التهوية ، بناء على كسره في هواء الزفير النهائي ، لحساب الحجم السنخي (VA) 15. يشتمل خليط الغاز أيضا على غاز الاختبار CO و NO ، وكلاهما مخفف في الفضاء السنخي جيد التهوية وينتشر عبر الغشاء السنخي الشعري. بناء على الكسور السنخية ، يمكن حساب معدلات اختفائها الفردية (k) ، والتي تسمى أيضا ثابت الانتشار ، من الفضاء السنخي. حسب الاصطلاح ، يتم اشتقاق DL لغاز الاختبار المقاس أثناء مناورة التنفس الواحد ، من خلال المعادلة التالية16:
حيث FA0 هو الجزء السنخي من غاز الاختبار (CO أو NO) في بداية حبس النفس لمناورة DL الفردية ، بينما FA هو الجزء السنخي من غاز الاختبار في نهاية حبس النفس ، و tBH هو وقت حبس النفس. DL مكافئ ميكانيكيا لتوصيل غاز الاختبار عبر الغشاء السنخي الشعري ، من خلال البلازما وخلايا الدم الحمراء الداخلية للهيموجلوبين. وبالتالي فإنه يعتمد على كل من توصيل DM وما يسمى التوصيل النوعي للدم الشعري الرئوي (θ) ، والذي يعتمد الأخير على توصيل غاز الاختبار في الدم وعلى معدل تفاعله مع الهيموغلوبين10. بالنظر إلى أن مقلوب التوصيل هو المقاومة ، فإن المقاومة الكلية لنقل غاز الاختبار تعتمد على المقاومات التالية في السلسلة10:
يمكن تمييز هذه المكونات عن طريق القياس المتزامن ل DL إلى CO و NO ، لأن هذه لها قيم θ مختلفة ، وبالتالي تعتمد قيم DL الخاصة بها بشكل مختلف على VC. يعتمد الانتشار الرئوي لثاني أكسيد الكربون بشكل أكبر على VC أكثر من NO ، حيث يقع الموقع الرئيسي للمقاومة (~ 75٪) لانتشار أول أكسيد الكربون داخل خلايا الدم الحمراء12. في المقابل ، فإن المقاومة الرئيسية (~ 60٪) لانتشار NO هي في الغشاء السنخي الشعري والبلازما الرئوية ، لأن معدل تفاعل NO مع الهيموجلوبين أكبر بكثير من معدل تفاعل CO. ومن ثم ، من خلال القياس المتزامن ل DL و CO و DL ، NO ، ستؤثر التغييرات في كل من DM و VC بشكل ملحوظ على الأول ، في حين أن الأخير سيعتمد بشكل أقل بكثير على VC ، مما يسمح بإجراء تقييم تكاملي للعوامل التي تحدد DL.
يمكن الإبلاغ عن مقاييس DL ، CO / NO باستخدام وحدات مختلفة. ومن ثم ، فإن الجمعية الأوروبية للجهاز التنفسي (ERS) تستخدم مليمول / دقيقة / كيلو باسكال ، بينما تستخدم جمعية الصدر الأمريكية (ATS) مل / دقيقة / مم زئبق. عامل التحويل بين الوحدات هو 2.987 مليمول / دقيقة / كيلو باسكال = مل / دقيقة / مم زئبق.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
وافقت اللجنة الأخلاقية العلمية لمنطقة العاصمة الدنماركية سابقا على قياس DL ، CO / NO أثناء الراحة ، أثناء التمرين ، وفي وضع الاستلقاء في كل من المتطوعين الأصحاء والمرضى الذين يعانون من مرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) في مؤسستنا (البروتوكولات H-20052659 و H-21021723 و H-21060230).
ملاحظة: قبل قياس DL ، CO / NO أثناء التمرين ، يجب إجراء قياس التنفس الديناميكي واختبار التمرين القلبي الرئوي (CPET). يتم استخدام قياس التنفس الديناميكي لمراقبة جودة مناورات DL ، CO / NO الفردية ، بينما يتم استخدام CPET لتحديد عبء العمل الذي يتم فيه قياس DL ، CO / NO أثناء التمرين. في المرضى الذين يعانون من محدودية تدفق الهواء ، لا سيما بسبب مرض الرئة الانسدادي ، قد يكون من المفيد استكمال قياس التنفس الديناميكي بتخطيط التحجم للجسم بالكامل للحصول على مقياس صالح للقدرة الحيوية. يوصى بإجراء فحص طبي طبي لاستبعاد أي موانع معروفة قبل بدء CPET17. الأهم من ذلك ، يجب إجراء CPET قبل 48 ساعة على الأقل من قياس DL ، CO / NO الذي تم الحصول عليه أثناء التمرين ، لأن التمرين القوي السابق قد يؤثر على DL لمدة تصل إلى 24 ساعة على الأقل18,19.
1. قياس التنفس الديناميكي
ملاحظة: يجب إجراء قياس التنفس الديناميكي وفقا للإرشادات السريرية الحالية من ERS و ATS20.
- قياس الوزن (لأقرب 100 غرام) والطول (لأقرب 1 ملم).
- اطلب من المشارك الجلوس على كرسي مستقيم.
- قم بإجراء قياس التنفس الديناميكي أثناء مناورة منتهية الصلاحية القسرية لتحديد الحجم القسري منتهي الصلاحية في 1 ثانية (FEV1) والسعة الحيوية القسرية (FVC) للمشارك ، كما هو موضح في مكان آخر20.
2. اختبار التمرين القلبي الرئوي (CPET)
ملاحظة: يجب إجراء CPET بما يتماشى مع التوصيات السريرية الحالية21.
- اضبط مقياس جهد الدورة وفقا لارتفاع المشارك وضع جهاز مراقبة معدل ضربات القلب (HR) على الصدر.
- ضع المشارك على مقياس جهد الدورة. جهز المشارك بقناع متصل بنظام قياس التمثيل الغذائي ، لقياس التهوية وتبادل الغازات الرئوية طوال الاختبار.
- اطلب من المشارك البدء في ركوب الدراجات بوتيرة محددة ذاتيا ≥60 جولة في الدقيقة (RPM) وإجراء فترة إحماء مدتها 5 دقائق في عبء عمل دون الحد الأقصى بناء على مستوى النشاط المبلغ عنه ذاتيا واللياقة اليومية وحالة المرض (على سبيل المثال ، 15-150 واط).
- قم بزيادة عبء العمل بمقدار 5-20 واط كل دقيقة حتى يصل المشارك إلى الإرهاق الطوعي. يجب أن تستند الزيادات إلى مستوى اللياقة البدنية الحالي للمشارك ، بحيث يتوقع أن ينتهي الاختبار بعد 8-12 دقيقة من بدء المرحلة الإضافية.
- اطلب من المشارك تجنب التمارين القوية الأخرى لمدة 48 ساعة القادمة.
3. معايرة معدات سعة نشر التنفس الواحد
ملاحظة: من الضروري معايرة مستشعرات التدفق وأجهزة تحليل الغاز للتأكد من أن القياسات صالحة وموثوقة. الإجراء الدقيق خاص بالشركة المصنعة والجهاز. يجب إكمال إجراء المعايرة ، بما في ذلك المكافحة البيولوجية ، في كل يوم دراسي ، وإذا تم تنفيذ أقل من يوم دراسي واحد في الأسبوع ، فيجب إجراء معايرة أسبوعية إضافية. الإعداد التجريبي موضح في الشكل 1.
- افتح البرنامج على الكمبيوتر ، وستبدأ فترة إحماء تلقائية مدتها 50 دقيقة لضمان درجة حرارة كافية للاسترواح.
- تأكد من أن الحاويات التي تحتوي على غازات الاختبار مفتوحة (انظر الشكل 1 د).
- قم بإجراء معايرة الغاز عن طريق توصيل خط أخذ العينات أولا من استرواح الصدر بالمكون الإضافي لوحدة محلل MS-PFT المسمى CAL (انظر الشكل 1B).
- ابدأ معايرة الغاز عن طريق تحديد المعايرة في الصفحة الرئيسية (انظر الشكل 2 أ) واختر معايرة الغاز. ابدأ المعايرة بالضغط على Start أو F1 (انظر الشكل 2B).
- قم بتوصيل خط أخذ العينات باسترواح الصدر عند استيفاء معايرة الغاز وقبولها.
- قم بإجراء معايرة الحجم باستخدام حقنة صالحة سعة 3 لتر. ابدأ معايرة وحدة التخزين عن طريق تحديد المعايرة على الصفحة الرئيسية (انظر الشكل 2 أ) واختر معايرة وحدة التخزين. ابدأ المعايرة بالضغط على F1 ، واتبع التعليمات التي يوفرها البرنامج (انظر الشكل 2C).
- تأكد من توصيل كيس الشهيق بوحدة محلل MS-PFT (انظر الشكل 1C).
- أكمل إجراء المعايرة عن طريق إجراء قياس المكافحة البيولوجية أثناء الراحة في وضع الجلوس. يجب أن يتم ذلك من قبل شخص صحي غير مدخن لضمان موثوقية الطريقة. إذا كان الاختلاف من أسبوع لآخر في DL ، CO أو DL ، NO يختلف أكثر من 1.6 و 6.5 مليمول / دقيقة / كيلو باسكال (5 و 20 مل / دقيقة / مم زئبق) ، على التوالي ، يمكن أن يكون الاختلاف بسبب خطأ الجهاز ويجب التحقيق فيه أكثر12 ، 22.
4. إعداد المشارك
- احسب عبء العمل المطلوب من نتائج CPET السابقة للكثافة المختارة (٪ من الحد الأقصى لعبء العمل (Wكحد أقصى)) حيث سيتم قياس DL ، CO / NO .
- بعد 48 ساعة على الأقل من إجراء المشارك ل CPET ، اطلب من المشارك العودة إلى المختبر للحصول على قياس DL ، CO / NO أثناء التمرين.
- قم بقياس الطول (بالسنتيمتر إلى أقرب مم) والوزن (بالكيلو جرام لأقرب 100 جم) و Hb من الدم الشعري (بالملليمول / لتر إلى أقرب 0.1 مليمول / لتر) للمريض.
- في الصفحة الرئيسية للبرنامج ، اختر المريض > المريض الجديد (انظر الشكل 2 أ) واملأ البيانات المطلوبة: الهوية واسم العائلة والاسم الأول وتاريخ الميلاد والجنس والطول والوزن للمشارك. تابع بتحديد موافق أو F1 (انظر الشكل 2D).
5. DL ، CO / NO القياس أثناء الراحة المستقيمة
ملاحظة: يتم إجراء قياسات DL ، CO / NO وفقا للتوصيات السريرية الحالية من فرقة عملERS 12.
- في الصفحة الرئيسية ، اختر القياس > عدم نشر الغشاء (انظر الشكل 2E).
- ابدأ إعادة الضبط التلقائي للبرنامج ، لتصفير محلل الغاز لجميع غازات الاختبار ولبدء خلط غازات الاختبار في كيس الشهيق المتصل. ابدأ إعادة الضبط التلقائي بالضغط على F1 (انظر الشكل 2F).
- تستغرق إعادة الضبط التلقائي 140-210 ثانية. التزم بالتعليمات التي يوفرها البرنامج للتعرف على وقت بدء القياس. من المهم بدء القياس على الفور عندما يطلب البرنامج توصيل المريض.
- ضع المشارك على كرسي مستقيم مجهز بمشبك أنف. قم بإرشاد المشارك حول كيفية إجراء المناورة كما هو موضح أدناه.
- اطلب من المشارك استخدام مشبك الأنف والبدء في التنفس الطبيعي للمد والجزر من خلال قطعة فم متصلة بالتهاب الرئة. لضمان وجود نظام مغلق للقياسات ، تأكد من إبقاء شفاه المشارك مغلقة حول لسان حاله.
- بعد ثلاث عمليات تنفس طبيعية ، اطلب من المشارك إجراء انتهاء أقصى سريع للوصول إلى الحجم المتبقي (RV).
- عند الوصول إلى عربة سكن متنقلة ، اطلب من المشارك على الفور أداء إلهام أقصى سريع لسعة الرئة الإجمالية (TLC) ، مع استهداف وقت شهيق يبلغ < 4 ثوان. أثناء الإلهام الأقصى ، يفتح صمام ، مما يسمح للمشارك باستنشاق خليط الغاز الممزوج بتركيز معروف من NO (800 جزء في المليون NO / N2) في كيس شهيق قبل الاستنشاق مباشرة.
- اطلب من المشارك إجراء حبس أنفاس لمدة 5 (4-8) ثوان في TLC. أثناء الإلهام ، يتم استهداف حجم مستوحى (VI) ≥90٪ من FVC (أو السعة الحيوية القائمة على تخطيط التحجم) مع وقت حبس النفس 4-8 ثوان23 (الجدول 1).
- بعد حبس النفس ، اطلب من المشارك إجراء انتهاء صلاحية قصوى ثابت قوي دون انقطاع.
- بعد انتهاء الصلاحية الأقصى ، اطلب من المشارك التخلي عن لسان حال ومشبك الأنف. سيقوم البرنامج بعد ذلك بحساب DL ، NO وD L ، CO دون أي أمر.
- استخدم التشجيع اللفظي طوال المناورة لضمان وصول المشارك إلى RV و TLC. تقييم مدى مقبولية المناورة وفقا للجدول 1.
- قم بإجراء المناورة مرة أخرى بعد فترة غسيل لا تقل عن 4 دقائق ، وحتى تستوفي مناورتان معايير القبول (الجدول 1) أو حتى يتم إجراء ما مجموعه 12 مناورة (انظر أدناه) في نفس الجلسة.
- يتم الإبلاغ عن DL و NO و DL و CO وفقا للمعايير الموضحة في الجدول 2. نوصي أيضا بوقت حبس النفس والحجم المستوحى والحجم السنخي كما تم الإبلاغ عنه. وعلاوة على ذلك، ينبغي الإبلاغ عن عدد المناورات المقبولة والقابلة للتكرار، وينبغي تفسير النتائج المستندة إلى المناورات التي لا تفي بمعايير القبول أو التكرار بحذر.
6. DL ، CO / NO القياس أثناء التمرين
ملاحظة: يتم توفير جدول زمني لقياسات DL ، CO / NO أثناء التمرين في الشكل 3.
- ضع مقياس جهد الدورة على مسافة تمكن المشارك من التنفس من خلال قطعة الفم دون الحاجة إلى تغيير وضع ركوب الدراجات. قم بزيادة ارتفاع الجهاز بحيث يمكن إجراء القياسات بموضع عمل صحيح على الدراجة (انظر الشكل 2).
- ضع المشارك على مقياس جهد الدورة وضع جهاز مراقبة الموارد البشرية على الصدر. اطلب من المشارك تنفيذ كل مناورة كما هو موضح في الخطوة 5.3.
- اطلب من المشارك البدء في ركوب الدراجات لمدة 5 دقائق في عبء عمل دون الحد الأقصى ، كإحماء قبل القياس.
- قم بزيادة عبء العمل إلى الكثافة المستهدفة مع بدء إعادة الضبط التلقائي للجهاز في نفس الوقت بالضغط على F1 (انظر الخطوة 5.2). تستغرق إعادة الضبط التلقائي 140-210 ثانية ، وهو ما يكفي لضمان وصول المشارك إلى حالة مستقرة.
- عند الانتهاء من إعادة الضبط التلقائي ، أدر قطعة الفم إلى المشارك وقم بإجراء مناورة كما هو موضح أدناه بينما يواصل المشارك ركوب الدراجات بكثافة الهدف.
- اتبع الخطوات الواردة في الخطوات من 5.4 إلى 5.5. تقييم معايير المقبولية والتكرار (الجدول 1) في كل عبء عمل ، والإبلاغ عن القياسات أثناء الراحة (انظر الخطوة 5.6 والجدول 2).
- بعد الانتهاء من المناورة ، قم بإزالة لسان حال وتقليل عبء العمل إلى 15-40 وات. قم بإجراء مرحلة الاسترداد النشطة لمدة 2 دقيقة وبعد ذلك كرر الخطوتين 6.4 و 6.5. يوفر 2 دقيقة من الاسترداد النشط و 140-210 ثانية أثناء إعادة الضبط التلقائي فترة غسيل كافية من 4-5 دقائق.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
تم تنفيذ البروتوكول في عام 2021 وفي وقت كتابة هذا التقرير ، تم إجراء ما مجموعه 124 قياسا أثناء التمرين (أي 51 في المتطوعين الأصحاء و 73 في المرضى الذين يعانون من مرض الانسداد الرئوي المزمن من شدة مختلفة). يتم توفير المناورات ، وكذلك البيانات المتعلقة بمعايير القبول والتكرار المحققة ، ومعدل الفشل في الجدول 3.
الحسابات
على سبيل المثال ، يتم توفير الحسابات من مناورة DL ، CO / NO واحدة هنا بناء على بيانات من المناورة الأولى عند 20٪ منW كحد أقصى في المجموعة السليمة كدراسة حالة موصوفة أدناه. بناء على القيم المقاسة الواردة في الجدول 4 ، يتم حساب ما يلي:
(بيت بي تي إس)
حيث FI هو الجزء الملهم ، VI هو الحجم الملهم ، و DD و inst و VD ، anat هي مساحة ميتة مفيدة وتشريحية ، على التوالي.
حيث FI هو الكسر المستوحى ، PB هو الضغط الجوي و PH2O هو ضغط بخار الماء المشبع ، وحيث 
تفسير نتائج DL ، CO / NO التي تم الحصول عليها أثناء التمرين
مقياس النتيجة الأولية للاهتمام هو DL ، NO ، حيث يتم تفسير التغيير في DL ، NO من الراحة إلى عبء عمل معين لتوفير مقياس شامل للاحتياطي السنخي الشعري. في الأفراد الأصحاء ، يزداد DL ، NO خطيا مع زيادة شدة التمرين ، والذي يعزى إلى تعزيز تجنيد الدم إلى السرير الشعري الرئوي ، والذي يسهله ارتفاع النتاج القلبي12. وهذا يؤدي إلى تجنيد الشعيرات الدموية بسبب زيادة تدفق الدم أو الضغط وتجنيد مساحة سطح الغشاء السنخي الشعري ، مما يؤدي إلى توزيع أكثر تجانسا لخلايا الدم الحمراء وتحسين المحاذاة بين الأنسجة وأسطح غشاء خلايا الدم الحمراء12. في المقابل ، يعتبر DL ، CO مقياسا ثانويا في هذا السياق ، يستخدم في المقام الأول لاستنتاج ما إذا كانت التغييرات المتزامنة في VC تحدث. بالنسبة للتفسير على المستوى الفردي ، تعتبر الاختلافات بين قياسين أكبر من خطأ القياس فسيولوجيا24 ، أي 2.7 مليمول / دقيقة / كيلو باسكال ل DL ، NO و 1.6 مليمول / دقيقة / كيلو باسكال ل DL ، CO.
دراسات الحالة
قامت أنثى تبلغ من العمر 25 عاما تتمتع بصحة 
جيدة ويبلغ الحد الأقصى ل O2 2696 مل O2 / دقيقة (47.3 مل O2 / دقيقة / كجم) بثماني مناورات DL ، CO / NO ، بدءا من القياسات أثناء الراحة المستقيمة في وضع الجلوس ، تليها قياسات أثناء التمرين على مقياس جهد الدراجة (Wmax = 208) مع زيادة الكثافة حتى 60٪ من Wكحد أقصى (الجدول 5). استوفت جميع المناورات معايير القبول والتكرار.
قام رجل يبلغ من العمر 68 عاما مصاب بمرض الانسداد الرئوي المزمن المعتدل (FEV1 = 56٪ من المتوقع) مع O2peak من 1852 mL O2 / min (22.8 mL O2 / min / kg) بإجراء ثماني مناورات DL ، CO / NO ، بدءا من القياسات أثناء الراحة المستقيمة في وضع الجلوس ، تليها القياسات أثناء التمرين على مقياس جهد الدراجة (Wmax = 125 W) مع زيادة الكثافة حتى 60٪ منW كحد أقصى (الجدول 6). استوفت جميع المناورات معايير القبول والتكرار.
وترد في الشكل 4 النتائج المبلغ عنها لكل عبء عمل من الحالتين المذكورتين أعلاه. علاوة على ذلك ، يتم عرض DL ، NO و D L ، CO كدالة ل O2 (محسوبة من قياسات الهواء منتهية الصلاحية) في الشكل 5. في الفرد السليم ، لوحظت زيادة شبه خطية في DL ، NO كما هو متوقع باستثناء هضبة من 20٪ إلى 40٪ منW كحد أقصى ، بينما تحدث زيادة تدريجية طفيفة فيD L ، CO عبر جميع أعباء العمل. يشير هذا إلى أن DM يزداد في البداية مع VC غير المتغير في بداية التمرين مما يعكس إعادة توزيع تدفق الدم الرئوي لتجنيد الشعيرات الدموية غير المفترضة سابقا ، ولكن مع زيادة تدريجية مصاحبة في VC مع أعباء عمل أعلى ، مما يدل على أن تجنيد الشعيرات الدموية بالتناوب والانتفاخ معا يعملان على تحسين تبادل الغازات الرئوية أثناء التمرين التدريجي. في حالة مرض الانسداد الرئوي المزمن ، لا يزيد DL ، عند عبء العمل الأول ، ثم يستقر ليظل عند نفس المستوى خلال أعباء العمل المتبقية ، مما يشير إلى أن احتياطي الشعيرات الدموية السنخية بالكامل قد تم تحقيقه بالفعل بنسبة 20٪ منW كحد أقصى. بشكل عام ، يكون مدى تجنيد الشعيرات الدموية الرئوية وانتفاخها ، أي احتياطي الشعيرات الدموية السنخية ، أقل في حالة مرض الانسداد الرئوي المزمن منه في الفرد السليم.
الشكل 1: نظرة عامة على إعداد الدراسة. (أ) إعداد الدراسة للقياس الذي يتم إجراؤه أثناء التمرين. (ب) معايرة الغاز باستخدام خط أخذ عينات متصل بالمكون الإضافي لوحدة محلل MS-PFT المسمى CAL. (ج) كيس شهيق متصل بوحدة محلل MS-PFT. د: الحاويات التي تحتوي على غازات الاختبار. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: دليل البرنامج. (أ) في الصفحة الرئيسية، حدد المعايرة. ( ب) حدد معايرة الغاز. ( ج) حدد معايرة وحدة التخزين. (د) حدد مريض جديد. (ه) حدد مريض جديد واملأ المعلومات المطلوبة. (F) حدد القياسات واختر غشاء NO DIFF. ( G) ابدأ إعادة الضبط التلقائي بالضغط على F1. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: الجدول الزمني لقياس سعة الانتشار أثناء التمرين. تم إنشاؤها باستخدام BioRender. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: سعة الانتشار الرئوي. مقارنة قدرة الانتشار الرئوي بأول أكسيد الكربون (DL ، CO) وأكسيد النيتريك (DL ، NO) أثناء التمرين الإضافي كدالة لنسبة عبء العمل الأقصى (Wكحد أقصى) في الفرد السليم والفرد المصاب بمرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: سعة الانتشار الرئوي. مقارنة قدرة الانتشار الرئوي بأول أكسيد الكربون (DL ، CO) وأكسيد النيتريك (DL ، NO) أثناء التمرين الإضافي كدالة لامتصاص الأكسجين (O2) في الفرد السليم والفرد المصاب بمرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| معايير القبول | ||
| 1. | ≥ 90٪ من FVC أو VC | |
| أو ≥ 85٪ من FVC أو VC | ||
| و VA في حدود 200 مل من أكبر VA من المناورات الأخرى المقبولة | ||
| أو ≥ 85٪ من FVC أو VC | ||
| و VA في حدود 5٪ من أكبر VA من المناورات الأخرى المقبولة | ||
| 2. | حبس أنفاس مستقر لمدة 4-8 ثوان مع عدم وجود دليل على حدوث تسرب أو مناورات فالسالفا / مولر | |
| معايير التكرار | ||
| مناورتان مقبولتان مع وجود قيم في الداخل | ||
| < 5.8 مليمول · دقيقة -1 · كيلو باسكال -1 ل DL ، NO | ||
| < 1 مليمول · دقيقة -1 · كيلو باسكال -1 ل DL ، CO | ||
Tقادر 1: معايير المقبولية والتكرار. الاختصارات: DL ، CO: قدرة الانتشار الرئوي إلى أول أكسيد الكربون ، DL ، NO: قدرة الانتشار الرئوي إلى أكسيد النيتريك ، FVC: القدرة الحيوية القسرية ، VA: الحجم السنخي ؛ VC: القدرة الحيوية.
| لا. من المناورات المقبولة | معيار التكرار الوفاء | فعل |
| ≥2 | نعم | تقرير يعني DL ، NO ويعنيD L ، CO لمناورتين مقبولتين وقابلتين للتكرار |
| ≥2 | لا | تقرير القيم من المناورة مع أعلى DL ، NO |
| 1 | نعم | الإبلاغ عن القيم من المناورة المقبولة |
| 1 | لا | الإبلاغ عن القيم من المناورة المقبولة |
| 0 | نعم | تقرير يعني DL ، NO ويعنيD L ، CO لجميع المناورات القابلة للتكرار |
| 0 | لا | فشل القياس |
Table 2: الإبلاغ عن البيانات. الاختصارات: DL ، CO: قدرة الانتشار الرئوي إلى أول أكسيد الكربون ، DL ، NO: قدرة الانتشار الرئوي إلى أكسيد النيتريك.
| مجموعة | القياسات (ن) | قياس المناورات (الوسيط [IQR]) | استيفاء معايير المقبولية، ن (٪) | استيفاء معايير التكرار، ن (٪) | فشل القياس ، n (٪) |
| صحي | 51 | 2 (2-2) | 50 (98) | 51 (100) | 0 (0) |
| مرض الانسداد الرئوي المزمن الخفيف | 24 | 3 (2-3) | 22 (92) | 22 (92) | 0 (0) |
| مرض الانسداد الرئوي المزمن المعتدل | 39 | 2 (2-3) | 26 (67) | 32 (82) | 3 (8) |
| مرض الانسداد الرئوي المزمن الشديد | 10 | 2 (2-3) | 1 (10) | 4 (40) | 6 (60) |
| كل | 124 | 2 (2-3) | 99 (80) | 109 (88) | 9 (7) |
Table 3: تم إكمال قياسات DL ، CO / NO أثناء التمرين في مؤسستنا بين يوليو 2021 وديسمبر 2023. الاختصارات: مرض الانسداد الرئوي المزمن ، مرض الانسداد الرئوي المزمن.
| الكسور | |
| FI,CO | 0.238 |
| FI ، NO | 48.75 س 10-6 |
| FI,He | 0.08 |
| FA,CO | 0.12 |
| FA ، NO | 6.18 س 10-6 |
| فأ ، هو | 0.0603 |
| وحدات التخزين (BTPS) | |
| الخامسالأول (L) | 4.13 |
| الخامسد، عنات (L) | 0.132 |
| الخامسد، إنست (L) | 0.220 |
| tBH (ثانية) | 5.65 |
Table 4: تم قياس كسور غاز الاختبار والتتبع الخامل في الهواء المستوحى (FI) والسنخية (FA) أثناء مناورة التنفس الواحدة. الاختصارات: VI: حجم موحى به. VD ، anat: الفضاء الميت التشريحي ؛ VD ، inst: أداة الفضاء الميت ؛ tBH: وقت حبس النفس.
| صالح | 0.2 | 0.4 | 0.6 | ||||||
| استراح | منW كحد أقصى | منW كحد أقصى | منW كحد أقصى | ||||||
| عبء العمل (واط) | 0 | 40 | 80 | 125 | |||||
| المناوره | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | |
| DL ، لا (مليمول / دقيقة / كيلو باسكال) | 35.0 | 34.7 | 37.0 | 38.9 | 37.4 | 38.4 | 42.2 | 43.4 | |
| DL ، CO (مليمول / دقيقة / كيلو باسكال) | 8.0 | 7.8 | 8.4 | 8.4 | 9.2 | 9.1 | 9.8 | 9.9 | |
| وقت (أوقات) حبس النفس | 5.8 | 5.6 | 5.7 | 5.8 | 5.8 | 5.7 | 5.7 | 5.5 | |
| الخامسالأول (L) | 4.1 | 4.1 | 4.1 | 4.1 | 4.0 | 4.0 | 3.8 | 4.0 | |
| الخامسأ (ل) | 4.9 | 4.8 | 5.0 | 5.0 | 5.1 | 5.1 | 5.2 | 5.3 | |
Tقادر 5: بيانات من فرد سليم. الاختصارات: DL ، NO: قدرة الانتشار الرئوي إلى أكسيد النيتريك ، DL ، CO: قدرة الانتشار الرئوي إلى أول أكسيد الكربون ، VI: حجم مستوحى ، VA: الحجم السنخي.
| صالح | 0.2 | 0.4 | 0.6 | ||||||
| استراح | منW كحد أقصى | منW كحد أقصى | منW كحد أقصى | ||||||
| عبء العمل (واط) | 0 | 25 | 50 | 75 | |||||
| المناوره | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | |
| DL ، لا (مليمول / دقيقة / كيلو باسكال) | 17.9 | 21.6 | 23.35 | 24.35 | 24.9 | 24.2 | 21.8 | 23.6 | |
| DL ، CO (مليمول / دقيقة / كيلو باسكال) | 4.7 | 5.3 | 5.0 | 5.2 | 5.1 | 4.9 | 3.3 | 4.1 | |
| وقت (أوقات) حبس النفس | 6.6 | 6.1 | 6.1 | 5.8 | 5.8 | 5.8 | 5.8 | 6.0 | |
| الخامسالأول (L) | 4.3 | 4.4 | 4.2 | 4.3 | 4.1 | 4.0 | 3.8 | 3.9 | |
| الخامسأ (ل) | 6.7 | 6.6 | 6.7 | 6.7 | 6.7 | 6.7 | 6.7 | 6.8 | |
الجدول 6: بيانات من فرد مصاب بمرض الانسداد الرئوي المزمن. الاختصارات: DL ، NO: قدرة الانتشار الرئوي إلى أكسيد النيتريك ، DL ، CO: قدرة الانتشار الرئوي إلى أول أكسيد الكربون ، VI: حجم مستوحى ، VA: الحجم السنخي.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
يوفر البروتوكول نهجا موحدا لقياس DL ، CO / NO أثناء التمرين باستخدام تقنية التنفس الواحد لغاز الاختبار المزدوج. نظرا لأن مقاييس DL ، CO / NO التي تم الحصول عليها تزداد بسبب تجنيد الشعيرات الدموية الرئوية وانتفاخها ، فإن الطريقة توفر مقياسا ذا مغزى من الناحية الفسيولوجية للاحتياطي السنخي الشعري.
الخطوات الحاسمة في البروتوكول
تتطلب الطريقة الزفير إلى الحجم المتبقي متبوعا بإلهام لسعة الرئة الإجمالية التي يتم فيها حبس النفس لمدة 5 ثوان وإنهائه بانتهاء صلاحية عربة سكن متنقلة. هذه خطوة حاسمة ، حيث يمكن أن يكون من الصعب القيام بها أثناء التمرين وخاصة أثناء التمرين بكثافة عالية. يمكن أن تؤدي شدة التمرين المتزايدة إلى انخفاض في VI ، وإذا انخفضت إلى أقل من 85٪ من السعة الحيوية ، فإن المناورة غير مقبولة (انظر الجدول 1). وبالتالي ، من المهم أن يلاحظ مدرب الاختبار ما إذا كان المشارك يستنشق بشكل كاف ويؤكد وقت حبس التنفس الكافي من أربع إلى ثماني ثوان ، مباشرة بعد كل مناورة12. وعلاوة على ذلك، قد يكون من الصعب في بعض الحالات تحقيق معايير التكرار؛ في مثل هذه الحالات ، يتم الإبلاغ عن بيانات من المناورة ذات أعلى DL ،لا ، ونوصي بأن يتم ذكرها صراحة في عدد الحالات التي كان ذلك ضروريا عند تقديم البيانات. في بعض الحالات ، قد لا يكون من الممكن الحصول على قياسات مقبولة أو قابلة للتكرار أثناء التمرين على الإطلاق ، على سبيل المثال في الدراسات التي أجريت على المرضى الذين يعانون من ضيق التنفس الشديد بحيث لا يستطيعون تحقيق حبس النفس الكافي و / أو أولئك الذين يعانون من فرط التضخم الديناميكي مع انخفاض مصاحب في القدرة على الشهيق أثناء التمرين. في مثل هذه الحالات ، قد يكون من الأنسب استخدام قياسات DL ، CO / NO التي تم الحصول عليها في وضع الاستلقاء ، مما يؤدي أيضا إلى تجنيد الشعيرات الدموية الرئوية وانتفاخها ، وإن كان أقل وضوحا مما كان عليه أثناء التمرين دون الحد الأقصى24,25.
التعديلات واستكشاف الأخطاء وإصلاحها للطريقة
من المهم أن يسبق قياس الراحة دائما أي قياس يتم إجراؤه أثناء التمرين ، حيث يمكن تقليل DL ، CO لمدة تصل إلى 6-20 ساعة بعد تمرين عالي الكثافة يتم إجراؤه حتى استنفاد18،19،26. علاوة على ذلك ، من المهم تسجيل HR و / أو مؤشرات أخرى للحمل الأيضي للتأكد من أن القياسات التي تم الحصول عليها في مواضيع مختلفة قد تم إجراؤها في حالة مستقرة وفي أعباء عمل استقلابية مماثلة.
قد لا تكون الطريقة حساسة للكشف عن التغييرات الصغيرة في DL ، NO أو DL ، CO ، حيث تم الإبلاغ عن تباين الاختبار للاختبار خلال نفس الجلسة بنسبة تصل إلى 7٪ اعتمادا على المقياسالمحدد 12. وبالتالي ، من المهم اختيار شدة التمرين التي تكفي للحث على زيادة أكبر من خطأ القياس ، مع الأخذ في الاعتبار أيضا أن المشارك يجب أن يكون قادرا على أداء مناورتين مقبولتين على الأقل بالشدة المحددة. من بين الدراسات السابقة التي استخدمت طريقة غاز الاختبار المزدوج ، تم استخدام شدة مختلفة من خفيفة إلى معتدلة. استخدمت معظم الدراسات كثافة نسبية تتعلق ب٪ من عتبة التهوية24,27 ، أو ٪ من الحد الأقصى المتوقع للعمرHR 28 ، أو ٪ من الحد الأقصى لاحتياطي الأكسجين29 ، بينما طبقت دراسة واحدة فقط كثافة مطلقة عند عبء عمل ثابت يبلغ 80 واط30. عبر الدراسات ، تتوافق أعباء العمل هذه مع الشدة النسبية التي تتراوح من 20٪ إلى 86٪ من Wmax 24,27,29. لتسهيل مقارنة القياسات بين الدراسات ، يوصى بتنفيذ كثافة نسبية ، أي ٪ من Wmax ، ٪ من الحد الأقصى للموارد البشرية (HR max) أو ٪ من O2max (أو O2الذروة) ، والإبلاغ عن Wmax وعبء العمل الذي تم الحصول على القياس فيه.
أهمية الطريقة فيما يتعلق بالطرق الحالية / البديلة
بالنسبة إلى ، يمكن اشتقاق DM و VC رياضيا بواسطة DL ، CO / NO12,31 ، وبينما يجب القيام بذلك بحذر (انظر "قيود الطريقة" أدناه) ، فإنه يسمح بإجراء تقييم ميكانيكي أكثر مباشرة لكيفية توسع مساحة السطح السنخية الشعرية من خلال توظيف الشعيرات الدموية الرئوية (تم تقييمها بواسطة DM) والانتفاخ (زيادة في VC تتجاوز زيادة DM) في التغيرات المرتبطة بممارسة الرياضة في تبادل الغازات الرئوية. ومع ذلك ، على حد علمنا ، تم التحقق من صحة طريقة DL ، CO / NO أحادية التنفس فقط أثناء ظروف الراحة المستقيمة11. تم استخدام الطريقتين أثناء التمرين في العديد من الدراسات السابقة وأظهرتا تغيرات فسيولوجية مماثلة في DM و VC في الأفراد الشباب الأصحاء 3,24. ومع ذلك ، يمكن إجراء عدد مختلف من المناورات مع كل طريقة ، مع السماح بحد أقصى ستة وD L ، CO / NO يسمح بما يصل إلى 12 مناورة في نفس الجلسة12. هذا لأنه على الرغم من وجود نفس جزء ثاني أكسيد الكربون (~ 0.30) ، فإن وقت حبس النفس الأقصر (5 ثوان مقابل 10 ثوان) من DL ، CO / NO يؤدي إلى تراكم أقل لثاني أكسيد الكربون في الدم وبالتالي ضغط ارتدادي أقل لثاني أكسيد الكربون14. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إجراء ما يصل إلى 22 DL ، CO / NO المناورات دون التأثير على DL ، NO ، لأن مستويات الزفير الداخلي NO ، التي تتراوح بين 11 و 66 جزء في البليون ، هي أقل بمقدار 1000 مرة من قياسات NO ، والتي تقع في نطاق جزء في المليون14. ومن ثم ، بالنظر إلى أن استخدام 10 s DL ، CO ، ومناورتين على الأقل مطلوبتان لتقييم التكرار في كل منهما ، وهو ما يتوافق مع ما لا يقل عن أربع مناورات في كل شدة تمرين ، عند إجراء إنهاء مزدوج ، قد لا يكون ذلك ممكنا أثناء التمرين. وهكذا ، استخدمت الأساليب السابقة مناورة واحدة في كل 
منها ، مما أدى إلى ما لا يقل عن ثلاث مناورات في كل كثافة تمرين32 ، مع عيب ملحوظ أنه لا يمكن تقييم إلى أي مدى تكون المناورات قابلة للتكرار بالفعل. ومع ذلك ، فإن طريقة DL ، CO / NO لا تتطلب سوى قياسين إذا كانت تفي بمعايير التكرار وتعتبر مقبولة في كل شدة تمرين. ومع ذلك ، فقد ثبت أنه يوفر تكرارا مقبولا مشابها لتكرار DL ، CO / NO أثناء التمرين ، حتى عند تقصير وقت حبس النفس. ومن ثم ، أثناء التمرين المعتدل ، وجدنا سابقا معامل تباين بين الأيام (CV) من 2٪ إلى 6٪ لمقاييس DL ، CO / NO المختلفة في وقت حبس النفس ~ 6 s24 ، في حين تم الإبلاغ عن السير الذاتية الأعلى قليلا فقط من 7٪ و 8٪ و 15٪ ل DL و CO و VC و DM ، على التوالي ، باستخدام وقت مماثل لحبس النفس32.
في ملاحظة ذات صلة ، من المعروف أن DL ، CO المقاسة في سياق DL ، CO / NO أقل باستمرار من DL ، CO الأكثر استخداما على نطاق واسع بناء على 10 s حبس النفس12,33. وفقا للدراسات السابقة ، هذا لا يرجع إلى الاختلاف في وقت حبس النفس ، لأن وقت حبس النفس الأقصر سيزيد DL ، CO34. بدلا من ذلك ، قد ينبع من عوامل أخرى مختلفة بما في ذلك تكوين الغاز المستنشق وحركية CO مقابل NO33. أولا ، يستخدم DL ، CO / NO الهيليوم ، بينما يستخدم 10 sD L ، CO الكلاسيكي الميثان كغاز تتبع خامل. نظرا لخصائصها الفيزيائية المميزة ، تظهر هذه الغازات توزيعات وقابلية ذوبان مختلفة في الرئتين والأنسجة. قد يؤدي هذا إلى انخفاض VA مع الهيليوم مقارنة بالميثان. أخيرا ، تعني تفاعلية غازات الاختبار أن الاختلافات في حركية NO و CO عندما يكون الارتباط بالهيموجلوبين يمكن أن يلعب دورا. على الرغم من المضاربة ، فإن وجود NO في DL ، CO / NO قد يؤثر بالتالي على ارتباط CO بالهيموجلوبين33.
يعتمد معدل انتشار ثاني أكسيد الكربون عبر الغشاء السنخي الشعري على ارتباط أول أكسيد الكربون بالهيموجلوبين في الدم ، وبصرف النظر عن استخدامه لحساب θCO ، قد يكون تصحيح الهيموجلوبين لقيمة DL و CO مناسبا اعتمادا على السياق المحدد35. هذا منتشر في بيئة سريرية ، ولكنه أقل أهمية في الأفراد الأصحاء حيث يكون التأثير على DL ، CO غالبا ضئيلا. يمكن أيضا استخدام هذه التصحيحات لتقييم DL ، CO / NO أثناء التمرين ، ولكنها أقل أهمية عند تقييم تغييرات محددة في الراحة إلى التمرين ، حيث تكون التغيرات (الحادة) في الهيموجلوبين ذات أهمية طفيفة. يجب أن يتم ذلك على أي حال بحذر ، لأن هذه المعادلات تفترض مسبقا نسبة 0.7 بين DM و θ∙Vc ل CO35 ، وهو افتراض قد لا يكون صحيحا أثناء التمرين.
حدود الطريقة
تعكس الزيادة المعتمدة على الشدة في DL ، NO و DL ، CO أثناء التمرين لدى الأفراد الأصحاء تجنيد الشعيرات الدموية الرئوية وانتفاخها. ربما لا يمكن الحصول على مقياس مباشر للاحتياطي السنخي الشعري إلا بكثافة دون الحد الأقصى ، لأن النهج لن يكون ممكنا عمليا لا في الإعداد التجريبي أو السريري بأقصى كثافة حيث قد يكون الحد الأقصى للتجنيد والانتفاخ واضحا. وبالتالي فإن الخيار العملي هو استهداف عبء عمل محدد مسبقا (مطلق أو نسبي) يكفي لتحفيز تجنيد الشعيرات الدموية الرئوية وانتفاخها بطريقة منهجية ، مع كونه ممكنا أيضا لجميع المشاركين. في البروتوكول الحالي ، استندت الكثافة إلى النسبة المئوية ل Wmax حيث يمكن نقلها بسهولة إلى دراسات أخرى. تقليديا ، تم وصف التمرين وفقا لنسبة O 2max أوHR max ، ولكن هذا يتطلب أن يصل جميع المشاركين إلى الحد الأقصى الحقيقي. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فمن المحتمل أن يقوم المشاركون بإجراء القياس بكثافة نسبية مختلفة36 ، مما قد يشكل مشكلة بشكل خاص ويعقد التفسير الفسيولوجي لدى السكان الذين يعانون من ضيق التنفس الجهدية الشديد ، مثل المرضى الذين يعانون من أمراض الرئة أو القلب المزمنة.
تجدر الإشارة إلى أنه ضمن مناورة DL ، CO / NO الفردية ، قد لا يتم توزيع غازات الاختبار على مناطق سيئة التهوية نسبيا من الرئتين. هذا يشكل مشكلة بسيطة في الأفراد الذين لا يعانون من أمراض الرئة ، ولكن في ظل وجود عدم تجانس كبير في التهوية ، بما في ذلك حبس الهواء العلني ، قد يتم المبالغة في تقدير DL الحقيقي للمشارك ، لأن القياس يعكس فقط الظروف في أفضل المناطق تهوية من الرئتين ، وهو تأثير يبرزه قصر حبس النفس37. من حيث المبدأ ، قد يؤدي هذا إلى انخفاض متناقض على ما يبدو في احتياطي الشعيرات الدموية السنخية إذا تعرض أحد المشاركين المصابين بأمراض الرئة لتدخل يقلل من عدم تجانس التهوية.
يجب تفسير الانخفاض المرتبط بالتمرين في DL ، CO الذي يتجاوز انخفاض DL ، NO بأعلى كثافة (60٪ منW كحد أقصى) في حالة مرض الانسداد الرئوي المزمن المبلغ عنها هنا بحذر ، حيث لا يمكن تفسيره بسهولة من وجهة نظر فسيولوجية. وقد لوحظ نمط مماثل في غالبية مرضى الانسداد الرئوي المزمن البالغ عددهم 73 الذين درسناهم في مؤسستنا حتى الآن ، ويجب النظر في مساهمة القيود المنهجية فقط. ومن ثم ، بصرف النظر عن احتمال أن يكون أول أكسيد الكربون أكثر عرضة من NO لعدم تجانس تهوية التأثير الموضح أعلاه ، فإن حقيقة أن NO يتفاعل أسرع بنحو 300 مرة مع الهيموجلوبين وينتشر أيضا عبر الأنسجة والبلازما أسرع مرتين من أول أكسيد الكربون قد يلعب أيضا دورا31. ومن ثم ، في حين أن كلا من NO و CO يخضعان عادة لتبادل غاز محدود الانتشار ، فإن امتصاص ثاني أكسيد الكربون قد يصبح محدودا عندما ينخفض التروية في وحدات الرئة الفردية ~ 100 ضعف31 ، مما يؤدي إلى تقليل DL ، CO المقاس دون التأثير على DL ، NO. بالنظر إلى أن مرض الانسداد الرئوي المزمن يرتبط بالتدمير السنخي وفقدان تدريجي للشعيرات الدموية مع توزيع تهوية غير متجانس في جميع أنحاء الرئتين39 ، فإن وحدات الرئة مع انخفاض 100 ضعف في التروية ليست شائعة40 ، وهي تمثل بالفعل المناطق التي قد ينخفض فيها وقت عبور خلايا الدم الحمراء بشكل خطير لإضعاف كل من امتصاص الأكسجين وأول أكسيد الكربون أثناء التمرين. عامل تكميلي إضافي قد يكون له دور هو التوزيع غير المتكافئ لخلايا الدم الحمراء داخل الشبكة الشعرية لوحدات الرئة الفردية41 ، والتي قد يكون لها أيضا تأثير أكثر عمقا على DL ، CO من DL ، NO.
من الممكن اشتقاق DM و VC من القياسات12 ، ولكن مع ذلك لا تستخدم على نطاق واسع لأن الأخطاء المنهجية يتم تقديمها لأن اشتقاقها ينطوي على العديد من 
الافتراضات والثوابت التجريبية31. على سبيل المثال ، يعترف الإجماع العلمي السائد بأن نسبة الانتشار α 1.97 ، والتي تمثل نسبة الذوبان الفيزيائي ل NO و CO في الأنسجة42. تحدت العديد من الدراسات هذه القيمة ، حيث اقترح البعض قيما α أعلى للتوفيق بين التناقضات بين طرق القياس المختلفة. ومع ذلك ، يتم رفض هذه المقترحات في الغالب لأنها تنحرف عن نسبة الانتشار المادي ، مما يؤدي إلى عدم اتساق القيمα 12. علاوة على ذلك ، يفترض أن يكون ل θNO قيمة محدودة ، ولكن كان يفترض تاريخيا أنها لانهائية بسبب معدل تفاعلها السريع مع الهيموجلوبين الحر. ومع ذلك ، فقد اعترضت المناقشات الشاملة والدراسات الحديثة على هذا الافتراض ، حيث أثبتت θNO على أنها محدودة ، مع 1.51 ملمن الدم / دقيقة / كيلو باسكال /مليمول CO توفر أفضل تقدير حالي ، لأنها تتماشى مع التنبؤات النظرية بشكل جيد بالإضافة إلى التجارب المكثفة في المختبر وفي الجسم الحي 12. وبالمثل ، تستند معادلات θCO إلى الثوابت التجريبية التي تم الحصول عليها عند الرقم الهيدروجيني 7.4 ، رافضة القيم السابقة التي كانت تستند إلى قياسات الأس الهيدروجيني الأقل دقة وغير الفسيولوجية43. ومع ذلك ، من بين المقاييس المختلفة التي يمكن الحصول عليها بهذه الطريقة ، فإن DL ، NO يعتمد على أي حال على أقل عدد من الافتراضات ويبدو أنه يوفر التقديرات الأكثر قابلية للتكرار للاحتياطي السنخي الشعري24 ، وبالتالي يظل مقياس النتيجة الرئيسي للاهتمام في سياق الاحتياطي السنخي الشعري.
الأهمية والتطبيقات المحتملة للطريقة في مجالات بحثية محددة
قد توفر قياسات DL ، CO / NO حسابا شاملا لتبادل الغازات الرئوية أثناء التمرين. قد يكون تنفيذ هذه الطريقة أسهل أثناء التمرين مقارنة بالدراسات السريرية على السكان الذين يعانون من ضيق التنفس الجهدية ، مثل المرضى الذين يعانون من قصور القلب وأمراض الرئة المزمنة ، بسبب فترات حبس النفس الأقصر وعدد أقل من المناورات المطلوبة في كل عبء عمل. علاوة على ذلك ، يوفر DL ، CO / NO على وجه التحديدD L ، NO والذي ربما يوفر التقدير الأكثر تحيزا لاحتياطي الشعيرات الدموية السنخية عند شدة تمرين معينة ، مما يجعله مقياسا مناسبا للنتائج في كثير من الحالات.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
المعدات والبرامج المعروضة في المقالة ليست مجانية. لا يرتبط أي من المؤلفين بأي شركة تقدم الترخيص للبرنامج. يعلن جميع المؤلفين عدم وجود مصالح مالية متنافسة.
Acknowledgments
تلقت الدراسة دعما ماليا من مؤسسة سفيند أندرسن. يتم دعم مركز أبحاث النشاط البدني من قبل TrygFonden Grants ID 101390 و ID 20045 و ID 125132. يتم تمويل JPH من قبل HelseFonden ومستشفى جامعة كوبنهاغن ، Rigshospitalet ، بينما يتم تمويل HLH من قبل مؤسسة Beckett.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| HemoCue Hb 201+ | HemoCue, Brønshøj, Denmark | Unkown | For measurements of hemoglobin |
| Jaeger MasterScreen PFT pro (Lung Function Equipment) | CareFusion, Höchberg, Germany | Unkown | For measurements of DLCO/NO |
| Mouthpiece | SpiroBac, Henrotech, Aartselaar, Belgium | Unkown | Used together with the Lung Fuction Equipment. (dead space 56 ml, resistance to flow at 12 L s−1 0.9 cmH2O) |
| Nose-clip | IntraMedic, Gentofte, Denmark | JAE-892895 | |
| Phenumotach | IntraMedic, Gentofte, Denmark | JAE-705048 | Used together with the Lung Fuction Equipment |
| SentrySuite Software Solution | Vyaire's Medical GmbH, Leibnizstr. 7, D-97204 Hoechberg Germany | Unkown | |
| Test gasses | IntraMedic, Gentofte, Denmark | Unkown | Concentrations: 0.28% CO, 20.9% O2, 69.52% N2 and 9.3% He |
References
- Johnson Jr, R. L., Heigenhauser, G. J. F., Hsia, C. C., Jones, N. L., Wagner, P. D. Determinants of gas exchange and acid-base balance during exercise. Compr Physiol. , Suppl 29 515-584 (2011).
- Rampulla, C., Marconi, C., Beulcke, G., Amaducci, S. Correlations between lung-transfer factor, ventilation, and cardiac output during exercise. Respiration. 33 (6), 405-415 (1976).
- Tedjasaputra, V., Bouwsema, M. M., Stickland, M. K. Effect of aerobic fitness on capillary blood volume and diffusing membrane capacity responses to exercise. J Physiol. 594 (15), 4359-4370 (2016).
- Tamhane, R. M., Johnson, R. L., Hsia, C. C. W. Pulmonary membrane diffusing capacity and capillary blood volume measured during exercise from nitric oxide uptake. Chest. 120 (6), 1850-1856 (2001).
- Bohr, C. On the determination of gas diffusion through the lungs and its size during rest and work. Zentralblatt für Physiologie. 23 (12), 374-379 (1909).
- Krogh, A., Krogh, M. On the rate of diffusion of carbonic oxide into the lungs of man. Skandinavisches Archiv Für Physiologie. 23 (1), 236-247 (1910).
- Krogh, M. The diffusion of gases through the lungs of man. J Physiol. 49 (4), 271-300 (1915).
- Hsia, C. C., Herazo, L. F., Ramanathan, M., Johnson, R. L. Cardiopulmonary adaptations to pneumonectomy in dogs IV. Membrane diffusing capacity and capillary blood volume. J Appl Physiol. 77 (2), 998-1005 (1994).
- Behnia, M., Wheatley, C. M., Avolio, A., Johnson, B. D. Alveolar-capillary reserve during exercise in patients with chronic obstructive pulmonary disease. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. 12, 3115-3122 (2017).
- Roughton, F. J., Forster, R. E. Relative importance of diffusion and chemical reaction rates in determining rate of exchange of gases in the human lung, with special reference to true diffusing capacity of pulmonary membrane and volume of blood in the lung capillaries. J Appl Physiol. 11 (2), 290-302 (1957).
- Borland, C., Higenbottam, T. A simultaneous single breath measurement of pulmonary diffusing capacity with nitric oxide and carbon monoxide. Eur Respir J. 2 (1), 56-63 (1989).
- Zavorsky, G. S., et al. Standardisation and application of the single-breath determination of nitric oxide uptake in the lung. Eur Respir J. 49 (2), 1600962 (2017).
- Tedjasaputra, V., Van Diepen, S., Collins, S., Michaelchuk, W. M., Stickland, M. K. Assessment of pulmonary capillary blood volume, membrane diffusing capacity, and intrapulmonary arteriovenous anastomoses during exercise. J Vis Exp. (120), e54949 (2017).
- Zavorsky, G. S. The rise in carboxyhemoglobin from repeated pulmonary diffusing capacity tests. Respir Physiol Neurobiol. 186 (1), 103-108 (2013).
- Graham, B. L., et al. ERS/ATS standards for single-breath carbon monoxide uptake in the lung. Eur Respir J. 49 (1), 1600016 (2017).
- Hughes, J. M., Pride, N. B. Examination of the carbon monoxide diffusing capacity (DLCO) in relation to its KCO and VA components. Am J Respir Crit Care Med. 186 (2), 132-139 (2012).
- Balady, G. J., et al. Clinician's guide to cardiopulmonary exercise testing in adults: a scientific statement from the American heart association. Circulation. 122 (2), 191-225 (2010).
- Hanel, B., Clifford, P. S., Secher, N. H. Restricted postexercise pulmonary diffusion capacity does not impair maximal transport for O2. J Appl Physiol. 77 (5), 2408-2412 (1994).
- Sheel, A. W., Coutts, K. D., Potts, J. E., McKenzie, D. C. The time course of pulmonary diffusing capacity for carbon monoxide following short duration high intensity exercise. Respir Physiol. 111 (3), 271-281 (1998).
- Graham, B. L., et al. Standardization of spirometry 2019 update an official American Thoracic Society and European Respiratory Society technical statement. Am J Respir Crit Care Med. 200 (8), e70-e88 (2019).
- Glaab, T., Taube, C. Practical guide to cardiopulmonary exercise testing in adults. Respir Res. 23 (1), 9 (2022).
- Munkholm, M., et al. Reference equations for pulmonary diffusing capacity of carbon monoxide and nitric oxide in adult Caucasians. Eur Respir J. 52 (1), 1500677 (2018).
- Dressel, H., et al. Lung diffusing capacity for nitric oxide and carbon monoxide: dependence on breath-hold time. Chest. 133 (5), 1149-1154 (2008).
- Madsen, A. C., et al. Pulmonary diffusing capacity to nitric oxide and carbon monoxide during exercise and in the supine position: a test-retest reliability study. Exp Physiol. 108 (2), 307-317 (2023).
- Ross, B. A., et al. The supine position improves but does not normalize the blunted pulmonary capillary blood volume response to exercise in mild COPD. J Appl Physiol. 128 (4), 925-933 (2020).
- Zavorsky, G. S., Lands, L. C. Lung diffusion capacity for nitric oxide and carbon monoxide is impaired similarly following short-term graded exercise. Nitric Oxide. 12 (1), 31-38 (2005).
- Alves, M. M., Dressel, H., Radtke, T. Test-retest reliability of lung diffusing capacity for nitric oxide during light to moderate intensity cycling exercise. Respir Physiol Neurobiol. 304, 103940 (2022).
- Jorgenson, C. C., Coffman, K. E., Johnson, B. D. Effects of intrathoracic pressure, inhalation time, and breath hold time on lung diffusing capacity. Respir Physiol Neurobiol. 258, 69-75 (2018).
- Zavorsky, G. S., Quiron, K. B., Massarelli, P. S., Lands, L. C. The relationship between single-breath diffusion capacity of the lung for nitric oxide and carbon monoxide during various exercise intensities. Chest. 125 (3), 1019-1027 (2004).
- Coffman, K. E., Boeker, M. G., Carlson, A. R., Johnson, B. D. Age-dependent effects of thoracic and capillary blood volume distribution on pulmonary artery pressure and lung diffusing capacity. Physiol Rep. 6 (17), e13834 (2018).
- Borland, C. D. R., Hughes, J. M. B. Lung diffusing capacities (DL) for nitric oxide (NO) and carbon monoxide (CO): The evolving story. Compr Physiol. 11 (1), 1371 (2021).
- Tedjasaputra, V., Van Diepen, S., Collins, S. É, Michaelchuk, W. M., Stickland, M. K. Assessment of pulmonary capillary blood volume, membrane diffusing capacity, and intrapulmonary arteriovenoua anastomoses during exercise. J. Vis. Exp. (120), e54949 (2017).
- Thomas, A., et al. The single-breath diffusing capacity of CO and NO in healthy children of European descent. PLoS One. 12 (6), e0179097 (2017).
- Blakemore, W. S., Forster, R. E., Morton, J. W., Ogilvie, C. M. A standardized breath holding technique for the clinical measurement of the diffusing capacity of the lung for carbon monoxide. J Clin Invest. 36 (1), 1-17 (1957).
- Cotes, J. E., et al. Iron-deficiency anaemia: its effect on transfer factor for the lung (diffusiong capacity) and ventilation and cardiac frequency during sub-maximal exercise. Clin Sci. 42 (3), 325-335 (1972).
- Mann, T., Lamberts, R. P., Lambert, M. I. Methods of prescribing relative exercise intensity: Physiological and practical considerations. Sports Med. 43 (7), 613-625 (2013).
- Forster, R. E. Exchange of gases between alveolar air and pulmonary capillary blood: pulmonary diffusing capacity. Physiol Rev. 37 (4), 391-452 (1957).
- Tedjasaputra, V., et al. Pulmonary capillary blood volume response to exercise is diminished in mild chronic obstructive pulmonary disease. Respir Med. 145, 57-65 (2018).
- Nymand, S. B., et al. Exercise adaptations in COPD: the pulmonary perspective. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 323 (6), L659-L666 (2022).
- Rodríguez-Roisin, R., et al. Ventilation-perfusion imbalance and chronic obstructive pulmonary disease staging severity. J Appl Physiol. 106 (6), 1902-1908 (2009).
- Hsia, C. C., Johnson, R. L. Jr, Shah, D. Red cell distribution and the recruitment of pulmonary diffusing capacity. J Appl Physiol. 86 (5), 1460-1467 (1999).
- Wilhelm, E., Battino, R., Wilcock, R. J. Low-pressure solubility of gases in liquid water. Chem Rev. 77 (2), 219-262 (1977).
- Forster, R. E. Diffusion of gases across the alveolar membrane. , American Physiological Society. Bethesda, MD, USA. (1987).
