Summary
Dieses Protokoll stellt eine Methode zur Bewertung der pulmonalen alveolar-kapillaren Reserve vor, die durch kombinierte Einzelatemmessung der Diffusionskapazität zu Kohlenmonoxid (DL, CO) und Stickstoffmonoxid (DL, NO) während des Trainings gemessen wird. Annahmen und Empfehlungen für die Anwendung der Technik während des Trainings bilden die Grundlage dieses Artikels.
Abstract
Die kombinierte Messung der Diffusionskapazität von Kohlenmonoxid (D L, CO) und Stickstoffmonoxid (DL, NO) ist eine nützliche Technik zur Messung der pulmonalen alveolar-kapillaren Reserve sowohl in gesunden als auch in Patientenpopulationen. Die Messung liefert eine Schätzung der Fähigkeit des Teilnehmers, Lungenkapillaren zu rekrutieren und zu dehnen. Kürzlich wurde berichtet, dass die Methode bei gesunden Probanden während des Trainings mit leichter bis mittlerer Intensität eine hohe Test-Retest-Reliabilität aufweist. Bemerkenswert ist, dass diese Technik bis zu 12 wiederholte Manöver ermöglicht und nur einen einzigen Atemzug mit einer relativ kurzen Atemhaltezeit von 5 s erfordert. Es werden repräsentative Daten vorgelegt, die die allmählichen Veränderungen von DL, NO undD L, CO von Ruhe zu Bewegung bei zunehmenden Intensitäten von bis zu 60 % der maximalen Arbeitsbelastung zeigen. Die Messung der Diffusionskapazität und die Bewertung der alveolar-kapillaren Reserve ist ein nützliches Instrument, um die Fähigkeit der Lunge zu bewerten, auf Bewegung zu reagieren, sowohl in der gesunden Bevölkerung als auch in Patientenpopulationen wie Patienten mit chronischen Lungenerkrankungen.
Introduction
Bewegung führt zu einem erheblichen Anstieg des Energiebedarfs im Vergleich zum Ruhezustand. Herz und Lunge reagieren mit einer Erhöhung des Herzzeitvolumens und der Beatmung, was zu einer Erweiterung des Alveolarkapillarbetts führt, hauptsächlich der Rekrutierung und Dehnung von Lungenkapillaren1. Dies gewährleistet einen ausreichenden pulmonalen Gasaustausch, der durch eine Erhöhung der pulmonalen Diffusionskapazität (DL) gemessen werden kann2,3,4. Die ersten Versuche, DL während des Trainings zu messen, liegen mehr als ein Jahrhundert zurück 5,6,7. Die Fähigkeit, DL aus dem Ruhezustand heraus zu erhöhen, wird oft als alveolar-kapillare Reserve bezeichnet 8,9.
Experimentell können die relativen Beiträge der Alveolar-Kapillarmembran-Diffusionskapazität (DM) und des pulmonalen kapillaren Blutvolumens (VC) zur alveolar-kapillaren Reserve mit verschiedenen Methoden bewertet werden, einschließlich der klassischen Mehrfachfraktionen des eingeatmeten Sauerstoffs (
) Methode10. Eine alternative Technik, die in diesem Zusammenhang nützlich sein kann, ist die Dual-Testgas-Methode, bei der DL zu Kohlenmonoxid (CO) und Stickstoffmonoxid (NO) (DL, CO/NO) gleichzeitig gemessen werden11. Diese Technik wurde in den 1980er Jahren entwickelt und macht sich die Tatsache zunutze, dass die Reaktionsgeschwindigkeit von NO mit Hämoglobin (Hb) wesentlich größer ist als die von CO, so dass die pulmonale Diffusion von CO stärker von VC als von NO abhängt. Daher befindet sich der Hauptort des Widerstands (~75%) gegen CO-Diffusion innerhalb der roten Blutkörperchen. während der Hauptwiderstand (~60%) gegen NO-Diffusion an der Alveolarkapillarmembran und im Lungenplasmaliegt 12. Die gleichzeitige Messung von DL,CO undD L,NO ermöglicht somit die Bewertung der relativen Beiträge von DM und VC zu DL12, wobei die während der Belastung beobachtete Änderung vonD L,NO somit weitgehend die Ausdehnung der Alveolar-Kapillarmembran widerspiegelt. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Methode bei der Erfassung von Messungen während des Trainings besteht darin, dass sie eine relativ kurze Atemhaltezeit (~5 s) und weniger Manöver im Vergleich zur klassischen Technik beinhaltet, bei der mehrere wiederholte Manöver mit einem standardisierten Atemanhalten von 10 s bei unterschiedlichen Sauerstoffgehalten durchgeführt werden. Obwohl kürzlich mit einer kürzeren Atemanhaltezeit und weniger Manövern bei jeder Intensität13 angewendet wurde. Trotzdem erlaubt es nur insgesamt sechs DL,CO-Manöver pro Sitzung, während bis zu 12 wiederholte DL,CO/NO-Manöver ohne messbare Auswirkungen auf die resultierenden Schätzungen durchgeführt werdenkönnen 14. Dies sind wichtige Überlegungen bei der Durchführung von Messungen während des Trainings, da sowohl ein langes Atemanhalten als auch mehrere Manöver bei sehr hohen Intensitäten oder bei Patientenpopulationen mit Dyspnoe schwierig durchzuführen sein können.
Die vorliegende Arbeit enthält ein detailliertes Protokoll, einschließlich theoretischer Überlegungen und praktischer Empfehlungen zur Messung vonD L, CO/NO während des Trainings und seiner Verwendung als Index der Alveolar-Kapillar-Reserve. Diese Methode ist im experimentellen Umfeld leicht anwendbar und ermöglicht die Beurteilung, wie sich die Diffusionsbegrenzung in der Lunge auf die Sauerstoffaufnahme in verschiedenen Populationen auswirken kann.
Theorie und Messprinzipien
Die DL,CO/NO-Methode beinhaltet einen einzigen Atemzug eines Gasgemisches mit der Annahme, dass sich die Gase nach der Inhalation gleichmäßig im belüfteten Alveolarraum verteilen. Das Gasgemisch besteht aus mehreren Gasen, darunter ein inertes Prüfgas. Die Verdünnung des Tracergases im belüfteten Alveolarraum, basierend auf seinem Anteil in der endexspiratorischen Luft, kann zur Berechnung des Alveolarvolumens (VA) verwendet werden15. Das Gasgemisch enthält auch die Prüfgase CO und NO, die beide im belüfteten Alveolarraum verdünnt sind und über die Alveolar-Kapillarmembran diffundieren. Anhand ihrer Alveolarfraktionen können ihre individuellen Verschwindensraten (k), auch Diffusionskonstante genannt, aus dem Alveolarraum berechnet werden. Gemäß der Konvention wird derD L für ein Prüfgas, das während eines Einatemmanövers gemessen wird, aus der folgenden Gleichung16 abgeleitet:
wobei FA0 der alveoläre Anteil des Testgases (CO oder NO) zu Beginn des Atemanhaltens deseinzelnen DL-Manövers ist, während FA der alveoläre Anteil des Testgases am Ende des Atemanhaltens und tBH die Atemanhaltezeit ist. DL entspricht mechanisch der Leitfähigkeit des Testgases durch die Alveolarkapillarmembran, durch Plasma und das Innere der roten Blutkörperchen zu Hämoglobin. Sie hängt also sowohl von der Leitfähigkeit von DM als auch von der sogenannten spezifischen Leitfähigkeit des Lungenkapillarblutes (θ) ab, wobei letztere sowohl von der Leitfähigkeit des Prüfgases im Blut als auch von seiner Reaktionsgeschwindigkeit mit Hämoglobin10 abhängt. Da der Kehrwert des Leitwerts der Widerstand ist, hängt der Gesamtwiderstand gegen die Übertragung eines Prüfgases von den folgenden Widerständen der Reihe10 ab:
Diese Komponenten können durch gleichzeitige Messung von DL zu CO und NO unterschieden werden, da diese unterschiedliche θ-Werte haben und ihrejeweiligen DL-Werte daher unterschiedlich von VC abhängen. Die pulmonale Diffusion von CO hängt stärker von VC ab als von NO, wobei sich der Hauptwiderstandsort (~75%) gegen CO-Diffusion innerhalb der roten Blutkörperchenbefindet 12. Im Gegensatz dazu liegt der Hauptwiderstand (~60%) gegen NO-Diffusion an der Alveolarkapillarmembran und im Lungenplasma, da die Reaktionsgeschwindigkeit von NO mit Hämoglobin wesentlich größer ist als die von CO. Daher wirken sich bei gleichzeitiger Messung von DL, CO und DL,NO Änderungen sowohl von DM als auch von VC deutlich auf erstere aus. während letzteres viel weniger von VC abhängt und somit eine integrative Bewertung der Faktoren ermöglicht, die DL bestimmen.
Die Meldung von DL, CO/NO-Metriken kann mit unterschiedlichen Einheiten erfolgen. Daher verwendet die European Respiratory Society (ERS) mmol/min/kPa, während die American Thoracic Society (ATS) mL/min/mmHg verwendet. Der Umrechnungsfaktor zwischen den Einheiten beträgt 2,987 mmol/min/kPa = ml/min/mmHg.
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Protocol
Das Wissenschaftliche Ethikkomitee für die Hauptstadtregion Dänemarks hat zuvor die Messung von DL, CO/NO in Ruhe, während des Trainings und in Rückenlage sowohl bei gesunden Freiwilligen als auch bei Patienten mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) in unserer Einrichtung genehmigt (Protokolle H-20052659, H-21021723 und H-21060230).
HINWEIS: Bevor DL, CO/NO während des Trainings gemessen wird, müssen eine dynamische Spirometrie und ein kardiopulmonaler Belastungstest (CPET) durchgeführt werden. Die dynamische Spirometrie dient der Qualitätskontrolle der einzelnen DL,CO/NO-Manöver, während die CPET zur Bestimmung der Arbeitsbelastung verwendet wird, bei der DL,CO/NO während des Trainings gemessen werden soll. Bei Patienten mit eingeschränktem Luftstrom, insbesondere aufgrund einer obstruktiven Lungenerkrankung, kann es vorteilhaft sein, die dynamische Spirometrie durch eine Ganzkörperplethysmographie zu ergänzen, um ein valides Maß für die Vitalkapazität zu erhalten. Ein ärztlicher Gesundheitscheck zum Ausschluss bekannter Kontraindikationen vor Beginn der CPET wird empfohlen17. Wichtig ist, dass die CPET mindestens 48 Stunden vor der während des Trainings durchgeführten DL,CO/NO-Messung durchgeführt werden sollte, da eine vorherige intensive Betätigung dieD L bis zu mindestens 24 h beeinflussen kann18,19.
1. Dynamische Spirometrie
HINWEIS: Die dynamische Spirometrie sollte in Übereinstimmung mit den aktuellen klinischen Richtlinien des ERS und ATS20 durchgeführt werden.
- Gewicht (auf 100 g genau) und Höhe (auf 1 mm genau) messen.
- Bitten Sie den Teilnehmer, sich auf einen aufrechten Stuhl zu setzen.
- Eine dynamische Spirometrie während eines erzwungenen Auslaufmanövers wird durchgeführt, um das forcierte Exspirometrievolumen in 1 s (FEV1) und die forcierte Vitalkapazität (FVC) des Teilnehmers zu identifizieren, wie an anderer Stellebeschrieben 20.
2. Herz-Lungen-Belastungstest (CPET)
HINWEIS: CPET sollte in Übereinstimmung mit den aktuellen klinischen Empfehlungendurchgeführt werden 21.
- Stellen Sie das Fahrradergometer entsprechend der Körpergröße des Teilnehmers ein und legen Sie einen Herzfrequenzmesser (HF) auf die Brust.
- Stellen Sie den Teilnehmer auf das Fahrradergometer. Statten Sie den Teilnehmer mit einer Maske aus, die an ein Stoffwechselmesssystem angeschlossen ist, um die Belüftung und den Lungengasaustausch während des gesamten Tests zu messen.
- Weisen Sie den Teilnehmer an, mit einem selbst gewählten Tempo ≥60 Umdrehungen pro Minute (RPM) mit dem Radfahren zu beginnen und eine 5-minütige Aufwärmphase bei einer submaximalen Arbeitsbelastung durchzuführen, die auf dem selbst berichteten Aktivitätsniveau, der täglichen Fitness und dem Krankheitsstatus (z. B. 15-150 W) basiert.
- Erhöhen Sie die Arbeitsbelastung jede Minute um 5-20 W, bis der Teilnehmer die freiwillige Erschöpfung erreicht. Die Inkremente sollten auf dem aktuellen Fitnessniveau des Teilnehmers basieren, so dass der Test voraussichtlich 8-12 Minuten nach Beginn der inkrementellen Phase endet.
- Weisen Sie den Teilnehmer an, in den nächsten 48 Stunden andere kräftige Übungen zu vermeiden.
3. Kalibrierung von Geräten mit Einzelatem-Diffusionskapazität
HINWEIS: Es ist notwendig, Durchflusssensoren und Gasanalysatoren zu kalibrieren, um sicherzustellen, dass die Messungen sowohl gültig als auch zuverlässig sind. Das genaue Vorgehen ist hersteller- und gerätespezifisch. Das Kalibrierungsverfahren, einschließlich der biologischen Kontrolle, sollte an jedem Studientag abgeschlossen werden, und wenn weniger als ein Studientag pro Woche durchgeführt wird, sollten zusätzliche wöchentliche Kalibrierungen durchgeführt werden. Der Versuchsaufbau ist in Abbildung 1 dargestellt.
- Öffnen Sie das Softwareprogramm auf dem Computer, und es wird eine automatische Aufwärmphase von 50 Minuten eingeleitet, um eine ausreichende Temperatur des Pneumotachs sicherzustellen.
- Stellen Sie sicher, dass die Behälter mit den Prüfgasen geöffnet sind (siehe Abbildung 1D).
- Führen Sie eine Gaskalibrierung durch, indem Sie zuerst die Probenahmeleitung vom Pneumotach an das MS-PFT-Analyzer-Unit-Plug-in anschließen, das als CAL bezeichnet wird (siehe Abbildung 1B).
- Starten Sie die Gaskalibrierung, indem Sie auf der Startseite Kalibrierung auswählen (siehe Abbildung 2A) und dann Gaskalibrierung auswählen. Starten Sie die Kalibrierung durch Drücken von Start oder F1 (siehe Abbildung 2B).
- Befestigen Sie die Probenahmeleitung am Pneumotach, wenn die Gaskalibrierung erfüllt und akzeptiert ist.
- Führen Sie eine Volumenkalibrierung mit einer gültigen 3-Liter-Spritze durch. Starten Sie die Volumenkalibrierung, indem Sie auf der Startseite Kalibrierung auswählen (siehe Abbildung 2A) und dann Volumenkalibrierung auswählen. Starten Sie die Kalibrierung, indem Sie F1 drücken, und befolgen Sie die Anweisungen der Software (siehe Abbildung 2C).
- Stellen Sie sicher, dass der Inspirationsbeutel an die MS-PFT-Analyseeinheit angeschlossen ist (siehe Abbildung 1C).
- Schließen Sie den Kalibrierungsvorgang ab, indem Sie eine biologische Kontrollmessung in Ruhe in sitzender Position durchführen. Dies sollte von einem gesunden Nichtraucher durchgeführt werden, um die Zuverlässigkeit der Methode zu gewährleisten. Wenn die wöchentliche Variation des jeweiligen Probanden in DL, CO oderD L, NO mehr als 1,6 bzw. 6,5 mmol/min/kPa (5 und 20 ml/min/mmHg) variiert, kann die Variation auf einen Maschinenfehler zurückzuführen sein und sollte weiter untersucht werden12, 22.
4. Vorbereitung des Teilnehmers
- Berechnen Sie die gewünschte Arbeitsbelastung aus den vorherigen CPET-Ergebnissen für die gewählte Intensität (% der maximalen Arbeitsbelastung (Wmax)), bei der die DL, CO/NO gemessen wird.
- Bitten Sie den Teilnehmer mindestens 48 Stunden, nachdem er die CPET durchgeführt hat, ins Labor zurückzukehren, um die D,L, CO/NO-Messung während des Trainings durchzuführen.
- Messen Sie die Körpergröße (in cm auf den nächsten mm), das Gewicht (in kg auf die nächsten 100 g) und den Hb aus dem Kapillarblut (in mmol/l auf die nächsten 0,1 mmol/l) des Patienten.
- Wählen Sie auf der Startseite des Programms Patient > Neuer Patient (siehe Abbildung 2A) und geben Sie die erforderlichen Daten ein: Identifikation, Nachname, Vorname, Geburtsdatum, Geschlecht, Größe und Gewicht des Teilnehmers. Fahren Sie fort, indem Sie OK oder F1 auswählen (siehe Abbildung 2D).
5. DL, CO / NO-Messung während der aufrechten Ruhe
Hinweis: DL,CO/NO-Messungen werden in Übereinstimmung mit den aktuellen klinischen Empfehlungen der ERS Task Force12 durchgeführt.
- Wählen Sie auf der Startseite Messung > NO-Membrandiffusion (siehe Abbildung 2E).
- Starten Sie das automatische Zurücksetzen der Software, um den Gasanalysator für alle Testgase auf Null zu stellen und das Mischen der Testgase im angeschlossenen Inspirationsbeutel zu initiieren. Starten Sie das automatische Zurücksetzen durch Drücken von F1 (siehe Abbildung 2F).
- Das automatische Zurücksetzen dauert 140-210 s. Beachten Sie die Anweisungen der Software, um zu erkennen, wann die Messung eingeleitet werden muss. Es ist wichtig, die Messung sofort zu starten, wenn die Software anweist, den Patienten zu verbinden.
- Setzen Sie den Teilnehmer in einen aufrechten Stuhl, der mit einer Nasenklammer ausgestattet ist. Weisen Sie den Teilnehmer an, wie das Manöver wie unten beschrieben durchzuführen ist.
- Bitten Sie den Teilnehmer, den Nasenclip zu verwenden und die normale Gezeitenatmung durch ein Mundstück zu beginnen, das mit dem Pneumotach verbunden ist. Um ein geschlossenes System für die Messungen zu gewährleisten, stellen Sie sicher, dass die Lippen des Teilnehmers um das Mundstück geschlossen bleiben.
- Weisen Sie den Teilnehmer nach drei normalen Atmungen an, eine schnelle maximale Exspiration durchzuführen, um das Restvolumen (RV) zu erreichen.
- Wenn RV erreicht ist, weisen Sie den Teilnehmer sofort an, eine schnelle maximale Inspiration zur Gesamtlungenkapazität (TLC) durchzuführen, wobei eine Inspirationszeit von < 4 s angestrebt wird. Während der maximalen Inspiration öffnet sich ein Ventil, das es dem Teilnehmer ermöglicht, das Gasgemisch mit einer bekannten Konzentration von NO (800 ppm NO/N 2) in einem Inspirationsbeutel kurz vor der Inhalation einzuatmen.
- Bitten Sie den Teilnehmer, bei TLC 5 (4-8) Sekunden lang den Atem anzuhalten. Während der Inspiration wird ein inspiriertes Volumen (VI) ≥90% der FVC (oder plethysmographie-basierte Vitalkapazität) mit einer Atemanhaltezeit von 4-8 s angestrebt23 (Tabelle 1).
- Weisen Sie den Teilnehmer nach dem Anhalten des Atems an, eine starke, gleichmäßige maximale Ausatmung ohne Unterbrechungen durchzuführen.
- Bitten Sie den Teilnehmer nach dem maximalen Ausatmen, das Mundstück und den Nasenbügel loszulassen. Die Software berechnet dann DL, NO und DL, CO ohne Befehl.
- Verwenden Sie während des gesamten Manövers verbale Ermutigung, um sicherzustellen, dass der Teilnehmer RV und TLC erreicht. Beurteilen Sie die Akzeptanz des Manövers gemäß Tabelle 1.
- Führen Sie das Manöver nach mindestens 4 Minuten Auswaschzeit erneut durch, bis zwei Manöver die Akzeptanzkriterien erfüllen (Tabelle 1) oder bis insgesamt 12 Manöver (siehe unten) in derselben Sitzung durchgeführt wurden.
- Die DL, NO undD L, CO werden nach den in Tabelle 2 aufgeführten Kriterien gemeldet. Wir empfehlen auch, dass die Atemanhaltezeit, das inspirierte Volumen und das Alveolarvolumen wie berichtet werden. Darüber hinaus sollte die Anzahl der akzeptablen und wiederholbaren Manöver gemeldet werden, und Ergebnisse, die auf Manövern basieren, die entweder die Akzeptanz- oder Wiederholbarkeitskriterien nicht erfüllen, sollten mit Vorsicht interpretiert werden.
6. DL, CO / NO-Messung während des Trainings
HINWEIS: Eine Zeitleiste der DL, CO/NO-Messungen während des Trainings ist in Abbildung 3 dargestellt.
- Stellen Sie das Fahrradergometer in einem Abstand auf, der es dem Teilnehmer ermöglicht, durch das Mundstück zu atmen, ohne die Radposition ändern zu müssen. Erhöhen Sie die Höhe des Geräts, damit die Messungen mit einer korrekten Arbeitsposition auf dem Fahrrad durchgeführt werden können (siehe Abbildung 2).
- Legen Sie den Teilnehmer auf das Fahrradergometer und legen Sie einen HR-Monitor auf die Brust. Weisen Sie den Teilnehmer an, jedes Manöver wie in Schritt 5.3 beschrieben auszuführen.
- Weisen Sie den Teilnehmer an, 5 Minuten lang mit einer submaximalen Arbeitsbelastung zu fahren, um sich vor der Messung aufzuwärmen.
- Erhöhen Sie die Arbeitslast auf die Zielintensität und starten Sie gleichzeitig das automatische Zurücksetzen des Geräts durch Drücken von F1 (siehe Schritt 5.2). Das automatische Zurücksetzen dauert 140-210 s, was ausreicht, um sicherzustellen, dass der Teilnehmer einen stabilen Zustand erreicht hat.
- Wenn das automatische Zurücksetzen beendet ist, drehen Sie das Mundstück zum Teilnehmer und führen Sie ein Manöver wie unten beschrieben durch, während der Teilnehmer mit der Zielintensität weiterfährt.
- Führen Sie die Schritte in den Schritten 5.4 bis 5.5 aus. Bewerten Sie die Akzeptanz- und Wiederholbarkeitskriterien (Tabelle 1) bei jeder Arbeitsbelastung und melden Sie die Messungen während der Ruhezeit (siehe Schritt 5.6 und Tabelle 2).
- Entfernen Sie nach Abschluss des Manövers das Mundstück und verringern Sie die Arbeitsbelastung auf 15-40 W. Führen Sie die aktive Erholungsphase für 2 Minuten durch, danach wiederholen Sie die Schritte 6.4 und 6.5. Die 2 min aktive Erholung und die 140-210 s während des automatischen Zurücksetzens sorgen für eine ausreichende Auswaschzeit von 4-5 min.
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Representative Results
Das Protokoll wurde im Jahr 2021 implementiert und zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels wurden insgesamt 124 Messungen während des Trainings (d. h. 51 bei gesunden Freiwilligen und 73 bei Patienten mit COPD unterschiedlicher Schweregrade) durchgeführt. Die Manöver sowie Daten zu erfüllten Akzeptanz- und Wiederholbarkeitskriterien und der Ausfallrate sind in Tabelle 3 aufgeführt.
Berechnungen
Als Beispiel werden hier Berechnungen aus einem einzelnen D,L, CO/NO-Manöver bereitgestellt, die auf Daten des ersten Manövers bei 20 % Wmax in der gesunden Gruppe basieren, wie eine unten beschriebene Fallstudie. Basierend auf den in Tabelle 4 angegebenen Messwerten wird Folgendes berechnet:
(BTPS)
wobei FI der inspirierte Bruch, VI das inspirierte Volumen und DD,inst und VD,anat instrumenteller bzw. anatomischer Totraum sind.
wobei FI der eingeatmete Anteil, PB der Luftdruck und PH2O der gesättigte Wasserdampfdruck ist und wobei 
Interpretation von DL, CO / NO-Ergebnissen, die während des Trainings erhalten wurden
Das primäre Ergebnismaß von Interesse ist DL, NO, da die Änderung vonD L, NO von Ruhe zu einer bestimmten Arbeitsbelastung interpretiert wird, um ein Gesamtmaß für die alveolar-kapillare Reserve zu liefern. Bei gesunden Personen steigt DL,NO linear mit zunehmender Trainingsintensität an, was auf die verstärkte Rekrutierung von Blut in das Lungenkapillarbett zurückzuführen ist, die durch einen Anstieg des Herzzeitvolumens erleichtert wird12. Dies führt zu einer Kapillarrekrutierung aufgrund des erhöhten Blutflusses oder Drucks und der Rekrutierung der Alveolar-Kapillarmembran-Oberfläche, was zu einer homogeneren Verteilung der roten Blutkörperchen und einer verbesserten Ausrichtung zwischen Gewebe und roten Blutkörperchenmembranoberflächen führt12. Im Gegensatz dazu wird DL,CO in diesem Zusammenhang als sekundäres Maß betrachtet, das hauptsächlich verwendet wird, um abzuleiten, ob gleichzeitige Änderungen von VC stattfinden. Für die Interpretation auf individueller Ebene werden Unterschiede zwischen zwei Messungen, die größer als der Messfehler sind, als physiologisch24 betrachtet, d. h. 2,7 mmol/min/kPa für D,L, NO und 1,6 mmol/min/kPa für D, L, CO.
Fallstudien
Eine gesunde 25-jährige Frau mit einem 
Ø2max von 2696 mlØ 2/min (47,3 mlØ 2/min/kg) führte acht DL,CO/ NO-Manöver durch, beginnend mit Messungen während der aufrechten Ruhe im Sitzen, gefolgt von Messungen während des Trainings auf einem Fahrradergometer (Wmax = 208) mit zunehmender Intensität bis zu 60% von Wmax (Tabelle 5). Alle Manöver erfüllten sowohl die Akzeptanz- als auch die Wiederholbarkeitskriterien.
Ein 68-jähriger Mann mit mittelschwerer COPD (FEV1= 56% der vorhergesagten) mit einem O2peak von 1852 ml O2/min (22,8 ml O2/min/kg) führte acht DL, CO/NO-Manöver durch, beginnend mit Messungen in aufrechter Ruhe im Sitzen, gefolgt von Messungen während des Trainings auf einem Fahrradergometer (Wmax = 125 W) mit zunehmender Intensität von bis zu 60% von Wmax (Tabelle 6). Alle Manöver erfüllten sowohl die Akzeptanz- als auch die Wiederholbarkeitskriterien.
Die gemeldeten Ergebnisse für jede Arbeitsbelastung aus den beiden oben beschriebenen Fällen sind in Abbildung 4 dargestellt. Darüber hinaus sind DL,NO und DL,CO als Funktion von O2 (berechnet aus Messungen der ausgeatmeten Luft) in Abbildung 5 dargestellt. Beim gesunden Individuum wird erwartungsgemäß ein nahezu linearer Anstieg vonD L, NO beobachtet, mit Ausnahme eines Plateaus von 20 % bis 40 % von Wmax, während ein leichter allmählicher Anstieg von DL, CO über alle Workloads hinweg auftritt. Dies deutet darauf hin, dass DM zunächst mit unverändertem VC zu Beginn des Trainings ansteigt, was eine Umverteilung des pulmonalen Blutflusses widerspiegelt, um zuvor nicht durchblutete Kapillaren zu rekrutieren, aber mit einem gleichzeitigen allmählichen Anstieg desV C bei höheren Arbeitsbelastungen, was zeigt, dass abwechselnde Kapillarrekrutierung und Dehnung zusammen den Lungengasaustausch während des inkrementellen Trainings optimieren. Im Fall der COPD steigt DL, NO bei der ersten Arbeitsbelastung an und stagniert dann, um während der verbleibenden Arbeitsbelastung auf dem gleichen Niveau zu bleiben, was darauf hindeutet, dass die gesamte alveolar-kapillare Reserve bereits bei 20 % der Wmax erreicht ist. Insgesamt ist das Ausmaß der Lungenkapillarrekrutierung und -dehnung, also der alveolar-kapillaren Reserve, bei der COPD geringer als bei der gesunden Person.
Abbildung 1: Überblick über den Studienaufbau. (A) Studienaufbau für Messungen während des Trainings. (B) Gaskalibrierung mit einer angeschlossenen Probenahmeleitung an die MS-PFT-Analyseeinheit, die als CAL bezeichnet wird. (C) Ein angeschlossener Inspirationsbeutel mit der MS-PFT-Analyseeinheit. (D) Behälter, die die Prüfgase enthalten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: Anleitung zum Programm. (A) Wählen Sie auf der Startseite Kalibrierung aus. (B) Wählen Sie Gaskalibrierung. (C) Wählen Sie Lautstärkekalibrierung. (D) Wählen Sie Neuer Patient. (E) Wählen Sie Neuer Patient und geben Sie die erforderlichen Informationen ein. (F) Wählen Sie Messungen und wählen Sie NO diff Membran. (G) Starten Sie das automatische Zurücksetzen durch Drücken von F1. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3: Zeitleiste einer Messung der Diffusionskapazität während des Trainings. Erstellt mit BioRender. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4: Pulmonale Diffusionskapazität. Vergleich der Lungendiffusionskapazität mit Kohlenmonoxid (D L, CO) und Stickstoffmonoxid (DL, NO) während inkrementeller Belastung als Funktion von % der maximalen Arbeitsbelastung (Wmax) bei einer gesunden Person und einer Person mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 5: Pulmonale Diffusionskapazität. Vergleich der Lungendiffusionskapazität mit Kohlenmonoxid (DL, CO) und Stickstoffmonoxid (DL, NO) während inkrementeller körperlicher Betätigung als Funktion der Sauerstoffaufnahme (O2) bei einer gesunden Person und einer Person mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
| Akzeptanzkriterien | ||
| 1. | ≥ 90 % FVC oder VC | |
| ODER ≥ 85 % der FMKGs oder VC | ||
| UNDV A innerhalb von 200 ml des größten VA aus anderen akzeptablen Manövern | ||
| ODER ≥ 85 % der FMKGs oder VC | ||
| UNDV A innerhalb von 5 % des größten VA von anderen akzeptablen Manövern | ||
| 2. | Ein stabiles 4-8-Sekunden-Atemanhalten ohne Anzeichen von Undichtigkeiten oder Valsalva/Müller-Manövern | |
| Wiederholbarkeitskriterien | ||
| Zwei akzeptable Manöver mit Werten innerhalb | ||
| < 5,8 mmol·min-1·kPa-1 für DL,NO | ||
| < 1 mmol·min-1·kPa-1 für DL,CO | ||
Table 1: Akzeptanz- und Wiederholbarkeitskriterien. Abkürzungen: DL,CO: Pulmonale Diffusionskapazität zu Kohlenmonoxid, DL,NO: Pulmonale Diffusionskapazität zu Stickstoffmonoxid, FVC: Forcierte Vitalkapazität, VA: Alveolarvolumen; VC: Vitalkapazität.
| Nein. akzeptabler Manöver | Wiederholgenauigkeitskriterien erfüllt | Aktion |
| ≥2 | Ja | Melden Sie den Mittelwert DL,NO und den Mittelwert DL,CO von zwei akzeptablen und wiederholbaren Manövern |
| ≥2 | Nein | Werte aus dem Manöver mit dem höchsten DL,NO melden |
| 1 | Ja | Werte aus dem akzeptablen Manöver melden |
| 1 | Nein | Werte aus dem akzeptablen Manöver melden |
| 0 | Ja | Melden Sie den Mittelwert DL, NO und den Mittelwert DL, CO aller wiederholbaren Manöver |
| 0 | Nein | Fehlgeschlagene Messung |
Table 2: Meldung von Daten. Abkürzungen: DL,CO: Pulmonale Diffusionskapazität zu Kohlenmonoxid, DL,NO: Pulmonale Diffusionskapazität zu Stickstoffmonoxid.
| Gruppe | Maße (n) | Manöver pro Messung (Median [IQR]) | Akzeptanzkriterien erfüllt, n (%) | Wiederholbarkeitskriterien erfüllt, n (%) | Fehlgeschlagene Messung, n (%) |
| Gesund | 51 | 2 (2-2) | 50 (98) | 51 (100) | 0 (0) |
| Leichte COPD | 24 | 3 (2-3) | 22 (92) | 22 (92) | 0 (0) |
| Mittelschwere COPD | 39 | 2 (2-3) | 26 (67) | 32 (82) | 3 (8) |
| Schwere COPD | 10 | 2 (2-3) | 1 (10) | 4 (40) | 6 (60) |
| Alle | 124 | 2 (2-3) | 99 (80) | 109 (88) | 9 (7) |
T able 3: Abgeschlossene DL,CO/NO-Messungen während der Übung an unserer Einrichtung zwischen Juli 2021 und Dezember 2023. Abkürzungen: COPD, chronisch obstruktive Lungenerkrankung.
| Bruchteile | |
| FI,CO | 0.238 |
| FI,NEIN | 48,75 x 10-6 cm |
| FI,Er | 0.08 |
| FA, CO | 0.12 |
| FA, NEIN | 6,18 x 10-6 cm |
| FA,Er | 0.0603 |
| Volumen (BTPS) | |
| VI (L) | 4.13 |
| VD,anat (L) | 0.132 |
| VD,inst (L) | 0.220 |
| tBH (sek) | 5.65 |
T able 4: Gemessene Test- und inerte Tracergasfraktionen in eingeatmeter (FI) und alveolärer (FA) Luft während eines Einatemmanövers. Abkürzungen: VI: inspirierter Band; VD,anat: anatomischer Totraum; VD,inst: Totraum des Instruments; tBH: Zeit zum Anhalten des Atems.
| Aufrecht | 0.2 | 0.4 | 0.6 | ||||||
| Ruhepause | von Wmax | von Wmax | von Wmax | ||||||
| Arbeitspensum (Watt) | 0 | 40 | 80 | 125 | |||||
| Manövrieren | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | |
| DL,NO (mmol/min/kPa) | 35.0 | 34.7 | 37.0 | 38.9 | 37.4 | 38.4 | 42.2 | 43.4 | |
| DL,CO (mmol/min/kPa) | 8.0 | 7.8 | 8.4 | 8.4 | 9.2 | 9.1 | 9.8 | 9.9 | |
| Atemanhaltezeit (s) | 5.8 | 5.6 | 5.7 | 5.8 | 5.8 | 5.7 | 5.7 | 5.5 | |
| VI (L) | 4.1 | 4.1 | 4.1 | 4.1 | 4.0 | 4.0 | 3.8 | 4.0 | |
| VA (L) | 4.9 | 4.8 | 5.0 | 5.0 | 5.1 | 5.1 | 5.2 | 5.3 | |
Table 5: Daten von einem gesunden Menschen. Abkürzungen: DL,NO: Pulmonale Diffusionskapazität zu Stickstoffmonoxid, DL,CO: Pulmonale Diffusionskapazität zu Kohlenmonoxid, VI: Eingeatmetes Volumen, VA: Alveolarvolumen.
| Aufrecht | 0.2 | 0.4 | 0.6 | ||||||
| Ruhepause | von Wmax | von Wmax | von Wmax | ||||||
| Arbeitspensum (Watt) | 0 | 25 | 50 | 75 | |||||
| Manövrieren | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | |
| DL,NO (mmol/min/kPa) | 17.9 | 21.6 | 23.35 | 24.35 | 24.9 | 24.2 | 21.8 | 23.6 | |
| DL,CO (mmol/min/kPa) | 4.7 | 5.3 | 5.0 | 5.2 | 5.1 | 4.9 | 3.3 | 4.1 | |
| Atemanhaltezeit (s) | 6.6 | 6.1 | 6.1 | 5.8 | 5.8 | 5.8 | 5.8 | 6.0 | |
| VI (L) | 4.3 | 4.4 | 4.2 | 4.3 | 4.1 | 4.0 | 3.8 | 3.9 | |
| VA (L) | 6.7 | 6.6 | 6.7 | 6.7 | 6.7 | 6.7 | 6.7 | 6.8 | |
Tabelle 6: Daten einer Person mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung. Abkürzungen: DL,NO: Pulmonale Diffusionskapazität zu Stickstoffmonoxid, DL,CO: Pulmonale Diffusionskapazität zu Kohlenmonoxid, VI: Eingeatmetes Volumen, VA: Alveolarvolumen.
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Discussion
Das Protokoll bietet einen standardisierten Ansatz für die Messung von DL, CO/NO während des Trainings mit der Dual-Testgas-Single-Breath-Technik. Da die erhaltenen DL,CO/NO-Metriken aufgrund der Rekrutierung und Dehnung der Lungenkapillaren ansteigen, liefert die Methode ein physiologisch aussagekräftiges Maß für die alveolar-kapillare Reserve.
Kritische Schritte im Protokoll
Die Methode erfordert eine Ausatmung auf das Restvolumen, gefolgt von einer Inspiration zur Gesamtlungenkapazität, bei der ein 5-s-Atemanhalten durchgeführt und mit einer Exspiration auf RV beendet wird. Dies ist ein kritischer Schritt, da es kompliziert sein kann, ihn während des Trainings und insbesondere während des Trainings mit hoher Intensität durchzuführen. Die zunehmende Trainingsintensität kann zu einer Abnahme von VI führen, und wenn sie unter 85% der Vitalkapazität sinkt, ist das Manöver nicht akzeptabel (siehe Tabelle 1). Daher ist es wichtig, dass der Ausbilder des Tests unmittelbar nach jedem Manövernotiert, ob der Teilnehmer ausreichend einatmet und eine ausreichende Atemhaltezeit von vier bis acht Sekunden bestätigt. Darüber hinaus kann es in einigen Fällen schwierig sein, Wiederholbarkeitskriterien zu erreichen; In solchen Fällen werden Daten aus dem Manöver mit dem höchstenD L,NO gemeldet, und wir empfehlen, bei der Datenpräsentation explizit anzugeben, in wie vielen Fällen dies erforderlich war. In einigen Fällen ist es möglicherweise überhaupt nicht möglich, akzeptable oder wiederholbare Messungen während des Trainings zu erhalten, z. B. in Studien mit Patienten mit schwerer Dyspnoe, die nicht in der Lage sind, ein ausreichendes Atemanhalten zu erreichen, und/oder Patienten mit dynamischer Hyperinflation mit einer gleichzeitigen Abnahme der Inspirationskapazität während des Trainings. In solchen Fällen kann es besser sein, DL,CO/NO-Messungen in Rückenlage zu verwenden, die ebenfalls zu einer Rekrutierung und Dehnung der Lungenkapillaren führen, wenn auch weniger ausgeprägt als bei submaximaler Belastung24,25.
Modifikationen und Fehlerbehebung der Methode
Es ist wichtig, dass jeder Messung während des Trainings immer eine Ruhemessung vorausgeht, da DL,CO nach hochintensivem Training bis zur Erschöpfung 18,19,26 bis zu 6-20 Stunden reduziert werden kann. Darüber hinaus ist es wichtig, die Herzfrequenz und/oder andere Indizes der metabolischen Belastung aufzuzeichnen, um sicherzustellen, dass die Messungen bei verschiedenen Probanden im stationären Zustand und bei ähnlicher metabolischer Belastung durchgeführt wurden.
Die Methode ist möglicherweise nicht empfindlich für die Erkennung kleiner Änderungen von DL, NO oder DL, CO, da die Variabilität von Test zu Test innerhalb derselben Sitzung je nach spezifischer Metrik bis zu 7 % gemeldet wurde12. Daher ist es wichtig, eine Trainingsintensität zu wählen, die ausreicht, um eine Steigerung zu induzieren, die größer als der Messfehler ist, wobei auch zu berücksichtigen ist, dass der Teilnehmer in der Lage sein muss, mindestens zwei akzeptable Manöver bei der angegebenen Intensität auszuführen. In früheren Studien, die die Dual-Testgas-Methode verwendeten, wurden verschiedene Intensitäten von leicht bis mäßig verwendet. Die meisten Studien haben eine relative Intensität verwendet, die sich auf % der Beatmungsschwelle24,27, % der altersvorhergesagten maximalen HR28 oder % der maximalen Sauerstoffreserve29 bezieht, während nur eine Studie eine absolute Intensität bei einer festen Arbeitsbelastung von 80 W30 angewendet hat. In allen Studien entsprechen diese Arbeitslasten relativen Intensitäten von 20 % bis 86 % von Wmax 24,27,29. Um den Vergleich der Messungen zwischen den Studien zu erleichtern, wird empfohlen, eine relative Intensität zu implementieren, d. h. % von Wmax, % der maximalen HR (HRmax) oder % von O2max (oder O2peak), und sowohl Wmax als auch die Arbeitsbelastung anzugeben, bei der die Messung durchgeführt wurde.
Die Bedeutung der Methode im Vergleich zu bestehenden/alternativen MethodenWas DM und VC betrifft, so können sie mathematisch von DL, CO/NO12,31 abgeleitet werden, und obwohl dies mit Vorsicht erfolgen sollte (siehe "Grenzen der Methode" unten), ermöglicht es eine direktere mechanistische Beurteilung, wie die Ausdehnung der alveolar-kapillaren Oberfläche durch pulmonale Kapillarrekrutierung (bewertet durch DM) und Dehnung (eine Zunahme von VC, die die von DM übersteigt)) tragen zu den belastungsbedingten Veränderungen des pulmonalen Gasaustauschs bei. Unseres Wissens wurde die DL, CO/NO-Methode mit einem Atemzug jedoch nur unter aufrechten Ruhebedingungen validiert11. Die beiden Methoden wurden in mehreren früheren Studien während des Trainings eingesetzt und zeigen ähnliche physiologische Veränderungenvon DM und V C bei gesunden jungen Menschen 3,24. Bei jeder Methode ist jedoch eine unterschiedliche Anzahl von Manövern möglich, wobei maximal sechs und DL, CO/NO bis zu 12 Manöver in derselben Sitzung zulassen12. Dies liegt daran, dass trotz der gleichen CO-Fraktion (~0,30) die kürzere Atemanhaltezeit (5 s vs. 10 s) vonD L, CO/NO zu einer geringeren CO-Akkumulation im Blut und folglich zu weniger CO-Gegendruck führt14. Darüber hinaus können bis zu 22 DL,CO/NO-Manöver durchgeführt werden, ohne DL,NO zu beeinflussen, da die Konzentrationen des endogenen ausgeatmeten NO, die zwischen 11 und 66 ppb liegen, 1000-mal niedriger sind als die NO-Messungen, die im ppm-Bereich14 liegen. Angesichts der Tatsache, dass 10 sD L, CO, verwendet werden und mindestens zwei Manöver erforderlich sind, um die Wiederholbarkeit bei jedem zu bewerten, was mindestens vier Manövern bei jeder Übungsintensität entspricht, wenn eine doppelte Beendigung durchgeführt wird, ist dies während der Übung möglicherweise nicht durchführbar. Somit haben frühere basierte Methoden jeweils ein einzelnes Manöver 
verwendet, was zu mindestens drei Manövern bei jeder Übungsintensität32 führte, mit dem bemerkenswerten Nachteil, dass nicht beurteilt werden kann, inwieweit die Manöver tatsächlich wiederholbar sind. Die DL, CO / NO-Methode erfordert jedoch nur zwei Messungen, wenn sie die Wiederholbarkeitskriterien erfüllen und bei jeder Übungsintensität als akzeptabel angesehen werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass es eine akzeptable Wiederholbarkeit bietet, die mit der von DL, CO / NO während des Trainings vergleichbar ist, selbst wenn die Atemanhaltezeit verkürzt wird. Daher fanden wir bei moderatem Training zuvor einen Varianzkoeffizienten (CV) zwischen den Tagen von 2 % bis 6 % für die verschiedenen DL, CO / NO-Metriken bei einer Atemanhaltezeit von ~ 6 s24, während nur geringfügig höhere CVs von 7 %, 8 % bzw. 15 % für D,L, CO, VC und DM bei einer ähnlichen Atemanhaltezeit berichtet wurden32.
In diesem Zusammenhang ist bekannt, dassD L,CO, gemessen im Zusammenhang mitD L, CO/NO, gemessen wird, durchweg niedriger ist als das weiter verbreitete DL,CO, basierend auf einem Atemanhalten von 10 s12,33. Früheren Studien zufolge ist dies nicht auf den Unterschied in der Atemanhaltezeit zurückzuführen, da eine kürzere Atemanhaltezeit DL,CO34 erhöhen würde. Vielmehr könnte es auf verschiedene andere Faktoren zurückzuführen sein, einschließlich der Zusammensetzung des eingeatmeten Gases und der unterschiedlichen CO vs. NO-Kinetik33. Erstens verwendet DL,CO/NO Helium, während das klassische 10 s DL,CO Methan als inertes Tracergas verwendet; Aufgrund ihrer unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften weisen diese Gase unterschiedliche Verteilungen und Löslichkeiten in der Lunge und im Gewebe auf. Dies könnte zu einem niedrigeren VA mit Helium als mit Methan führen. Schließlich bedeutet die Reaktivität der Testgase, dass Unterschiede in der Kinetik von NO und CO bei der Bindung an Hämoglobin eine Rolle spielen könnten. Obwohl spekulativ, kann das Vorhandensein von NO inD L, CO/NO daher die Bindung von CO an Hämoglobin33 beeinflussen.
Die Diffusionsrate von CO durch die Alveolar-Kapillarmembran hängt von der Bindung von CO an Hämoglobin im Blut ab, und abgesehen davon, dass sie zur Berechnung von θCO verwendet wird, kann die Hämoglobinkorrektur des DL-CO-Werts je nach spezifischem Kontext angemessen sein35. Dies ist in einem klinischen Umfeld weit verbreitet, aber bei gesunden Personen, bei denen die Auswirkungen auf DL, CO oft vernachlässigbar sind, weniger entscheidend. Solche Korrekturen können auch zur Beurteilung von D, L, CO/NO während des Trainings verwendet werden, sind jedoch weniger relevant, wenn spezifische Veränderungen der Ruhe und des Trainings bewertet werden, bei denen (akute) Veränderungen des Hämoglobins von geringer Bedeutung sind. Sie sollten in jedem Fall mit Vorsicht durchgeführt werden, da diese Gleichungen ein Verhältnis von 0,7 zwischen DM und θ∙Vc für CO35 voraussetzen, eine Vermutung, die während der Betätigung möglicherweise nicht zutrifft.
Einschränkungen der Methode
Der intensitätsabhängige Anstieg von DL, NO undD L, CO während des Trainings bei gesunden Personen spiegelt die Rekrutierung und Dehnung der Lungenkapillaren wider. Eine direkte Messung der alveolar-kapillaren Reserve kann wahrscheinlich nur bei submaximaler Intensität erhalten werden, da der Ansatz weder im experimentellen noch im klinischen Umfeld bei maximaler Intensität, wo maximale Rekrutierung und Dehnung offensichtlich sein können, praktisch durchführbar wäre. Die pragmatische Wahl besteht daher darin, eine vorgegebene (absolute oder relative) Arbeitsbelastung anzustreben, die ausreicht, um die Rekrutierung und Dehnung der Lungenkapillaren systematisch auszulösen, und gleichzeitig für alle Teilnehmer durchführbar ist. Im vorliegenden Protokoll basierte die Intensität auf % von Wmax , da dies leicht auf andere Studien übertragbar ist. Traditionell wurde Bewegung nach % von O2max oder HRmax verschrieben, aber dies erfordert, dass alle Teilnehmer ihr wahres Maximum erreichen. Wenn nicht, könnten die Teilnehmer die Messung möglicherweise bei unterschiedlichen relativen Intensitäten36 durchführen, was insbesondere bei Populationen mit schwerer Belastungsdyspnoe, wie z. B. Patienten mit chronischen Lungen- oder Herzerkrankungen, ein Problem darstellen und die physiologische Interpretation erschweren kann.
Es ist zu beachten, dass innerhalb des individuellen DL,CO/ NO-Manövers die Prüfgase nicht auf relativ schlecht belüftete Bereiche der Lunge verteilt werden dürfen. Dies stellt bei Personen ohne Lungenerkrankung ein geringes Problem dar, aber bei erheblicher Beatmungsinhomogenität, einschließlich offenem Lufteinschluss, kann die wahreD L des Teilnehmers überschätzt werden, da die Messung nur die Bedingungen in den am besten belüfteten Regionen der Lunge widerspiegelt, ein Effekt, der durch kürzere Atempausen verstärkt wird37. Prinzipiell kann dies zu einer scheinbar paradoxen Verringerung der alveolar-kapillaren Reserve führen, wenn ein Teilnehmer mit einer Lungenerkrankung einem Eingriff ausgesetzt wird, der die Beatmungsinhomogenität reduziert.
Die belastungsbedingte Abnahme von DL, CO, die die vonD L, NO bei der höchsten Intensität (60% von Wmax) im hier berichteten COPD-Fall übersteigt, muss mit Vorsicht interpretiert werden, da sie aus physiologischer Sicht nicht leicht zu interpretieren ist. Ein ähnliches Muster wurde bei der Mehrheit der 73 COPD-Patienten festgestellt, die wir bisher an unserer Einrichtung untersucht haben, und der Beitrag rein methodischer Einschränkungen muss berücksichtigt werden. Abgesehen davon, dass CO möglicherweise anfälliger als NO für die oben beschriebene Inhomogenität der Schlagventilation ist, kann daher auch die Tatsache eine Rolle spielen, dass NO fast 300-mal schneller mit Hämoglobin reagiert und auch doppelt so schnell durch Gewebe und Plasma diffundiert wie CO31. Während also sowohl NO als auch CO normalerweise einen diffusionsbegrenzten Gasaustausch durchlaufen, kann die Aufnahme von CO perfusionsbegrenzt werden, wenn die Perfusion in einzelnen Lungeneinheiten ~100-fach31 abnimmt, was zu einer Verringerung des gemessenenD L, CO führt, ohne DL, NO zu beeinflussen. Angesichts der Tatsache, dass COPD mit einer alveolären Zerstörung und einem fortschreitenden Verlust von Kapillaren bei gleichzeitig inhomogener Beatmungs-Perfusionsverteilung in der Lunge einhergeht39, sind Lungeneinheiten mit einer 100-fachen Perfusionsreduktion keine Seltenheit40, und sie stellen in der Tat Bereiche dar, in denen die Transitzeit der roten Blutkörperchen kritisch verkürzt werden kann, um sowohl die Sauerstoff- als auch die CO-Aufnahme während des Trainings zu beeinträchtigen. Ein weiterer komplementärer Faktor, der eine Rolle spielen kann, ist eine ungleichmäßige Verteilung der roten Blutkörperchen innerhalb des Kapillarnetzes der einzelnen Lungeneinheiten41, die auch einen viel tiefgreifenderen Einfluss auf DL, CO als auf DL, NO haben kann.
Es ist möglich, DM und VC aus 
Messungenabzuleiten 12, aber dennoch nicht weit verbreitet, da systematische Fehler eingeführt werden, da ihre Herleitung mehrere Annahmen und empirische Konstanten31 beinhaltet. Zum Beispiel erkennt der vorherrschende wissenschaftliche Konsens das Diffusivitätsverhältnis α mit 1,97 an, was das Verhältnis der physikalischen Löslichkeiten von NO und CO in Gewebedarstellt 42. Mehrere Studien haben diesen Wert in Frage gestellt, wobei einige höhere α Werte vorschlagen, um Diskrepanzen zwischen verschiedenen Messmethoden auszugleichen. Diese Thesen werden jedoch überwiegend verworfen, da sie vom physikalischen Diffusivitätsverhältnis abweichen, was zu inkonsistenten α Wertenführt 12. Darüber hinaus wird angenommen, dass θNO einen endlichen Wert hat, der jedoch aufgrund seiner schnellen Reaktionsgeschwindigkeit mit freiem Hämoglobin historisch als unendlich angesehen wurde. Umfassende Debatten und neuere Studien haben diese Annahme jedoch in Frage gestellt und θNO als endlich etabliert, wobei 1,51 mlBlut/min/kPa/mmolCO die beste aktuelle Schätzung liefern, da sie sowohl theoretische Vorhersagen als auch umfangreiche In-vitro - und In-vivo-Experimente gut in Einklang bringt12. In ähnlicher Weise basieren die Gleichungen für θCO auf empirischen Konstanten, die bei pH 7,4 erhalten wurden, und lehnen frühere Werte ab, die auf weniger genauen und unphysiologischen pH-Messungen beruhten43. Von den verschiedenen Metriken, die mit dieser Methode erhalten werden können, basiert DL,NO jedoch in jedem Fall auf den wenigsten Annahmen und scheint die reproduzierbarsten Schätzungen der Alveolar-Kapillar-Reserve24 zu liefern und bleibt daher das wichtigste Ergebnismaß von Interesse im Zusammenhang mit der Alveolar-Kapillar-Reserve.
Bedeutung und Anwendungsmöglichkeiten der Methode in bestimmten Forschungsbereichen
DL,CO/NO-Messungen können eine umfassende Darstellung des Lungengasaustauschs während des Trainings liefern. Die Methode ist möglicherweise einfacher während des Trainings anzuwenden als in klinischen Studien an Populationen mit Belastungsdyspnoe, wie z. B. Patienten mit Herzinsuffizienz und chronischen Lungenerkrankungen, da bei jeder Arbeitsbelastung kürzere Atempausen und weniger Manöver erforderlich sind. Darüber hinaus liefert DL,CO/NO speziellD L,NO, das wahrscheinlich die unverzerrteste Schätzung der alveolar-kapillaren Reserve bei einer bestimmten Trainingsintensität liefert, was es in vielen Fällen zu einem geeigneten Ergebnismaß macht.
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Disclosures
Die im Artikel vorgestellten Geräte und Software sind nicht kostenlos. Keiner der Autoren ist mit einem Unternehmen verbunden, das die Lizenz für die Software bereitstellt. Alle Autoren erklären, dass keine konkurrierenden finanziellen Interessen bestehen.
Acknowledgments
Die Studie wurde von der Svend Andersen Stiftung finanziell unterstützt. Das Zentrum für Bewegungsforschung wird durch die TrygFonden-Zuschüsse ID 101390, ID 20045 und ID 125132 unterstützt. JPH wird von HelseFonden und dem Universitätskrankenhaus Kopenhagen, Rigshospitalet, finanziert, während HLH von der Beckett-Stiftung finanziert wird.
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 |
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