Summary
פרוטוקול זה מציג שיטה להערכת הרזרבה הנאדית-נימית הריאתית הנמדדת על ידי מדידה משולבת של נשימה אחת של יכולת הדיפוזיה לפחמן חד חמצני (DL,CO) ותחמוצת החנקן (DL,NO) במהלך פעילות גופנית. הנחות והמלצות לשימוש בטכניקה במהלך התרגיל עומדות בבסיס מאמר זה.
Abstract
המדידה המשולבת של נשימה אחת של יכולת הדיפוזיה של פחמן חד חמצני (DL,CO) ותחמוצת החנקן (DL,NO) היא טכניקה שימושית למדידת רזרבה נאדית-נימית ריאתית הן באוכלוסיות בריאות והן באוכלוסיות מטופלות. המדידה מספקת הערכה של יכולתו של המשתתף לגייס ולסלק נימי ריאה. לאחרונה דווח כי השיטה מפגינה אמינות גבוהה של בדיקה חוזרת בקרב מתנדבים בריאים במהלך פעילות גופנית בעצימות קלה עד בינונית. יש לציין כי טכניקה זו מאפשרת עד 12 תמרונים חוזרים ונשנים ודורשת נשימה אחת בלבד עם זמן עצירת נשימה קצר יחסית של 5 שניות. נתונים מייצגים מסופקים המראים את השינויים ההדרגתיים ב- DL, NO ו- DL,CO ממנוחה לפעילות גופנית בעוצמות הולכות וגדלות של עד 60% מעומס העבודה המרבי. מדידת יכולת הדיפוזיה והערכת הרזרבה הנאדית-נימית היא כלי שימושי להערכת יכולת הריאה להגיב לפעילות גופנית הן באוכלוסייה הבריאה והן באוכלוסיות חולים כגון אלה הסובלים ממחלת ריאות כרונית.
Introduction
פעילות גופנית מובילה לעלייה ניכרת בביקוש לאנרגיה בהשוואה למצב מנוחה. הלב והריאות מגיבים על ידי הגברת תפוקת הלב ואוורור וכתוצאה מכך הרחבה של המיטה הנאדית-נימית, בעיקר גיוס וניפוח של נימי ריאה1. זה מבטיח חילופי גז ריאתי מספיק, אשר ניתן למדוד על ידי עלייה ביכולת פיזור ריאתי (DL)2,3,4. הניסיונות הראשונים למדוד DL במהלך פעילות גופנית מתוארכים לפני יותר ממאה 5,6,7. היכולת להגדיל DL ממצב מנוחה מכונה לעתים קרובות שמורת נאדיות-נימים 8,9.
באופן ניסיוני, ניתן להעריך את התרומות היחסיות של יכולת פיזור קרום נאדי-נימי (DM) ונפח דם נימי ריאתי (VC) לרזרבה הנאדית-קפילרית בשיטות שונות, כולל השברים המרובים הקלאסיים של חמצן השראה (
) שיטה10. טכניקה חלופית שעשויה להיות שימושית בהקשר זה היא שיטת הגז הכפולה, שבה DL לפחמן חד חמצני (CO) ותחמוצת החנקן (NO) (DL, CO/NO) נמדדים בו זמנית11. טכניקה זו פותחה בשנות השמונים, ומנצלת את העובדה שקצב התגובה של NO עם המוגלובין (Hb) גדול משמעותית מזה של CO, כך שהדיפוזיה הריאתית של CO תלויה יותר ב- VC מאשר NO. לפיכך, האתר העיקרי של עמידות (~ 75%) לדיפוזיה של CO ממוקם בתוך תא הדם האדום, בעוד שההתנגדות העיקרית (~60%) ל- NO diffusion היא בקרום הנאדיות-נימיות ובפלזמה הריאה12. המדידה המקבילה של DL,CO ו- DL,NO מאפשרת אפוא להעריך את התרומות היחסיות של DM ו- VC ל- DL12, כאשר השינוי ב- DL,NO שנצפה במהלך התרגיל משקף במידה רבה את התרחבות הממברנה הנאדית-נימית. יתרון נוסף של שיטה זו בעת קבלת מדידות במהלך התרגיל הוא שהיא כרוכה בזמן עצירת נשימה קצר יחסית (~ 5 שניות) ופחות תמרונים בהשוואה לטכניקה הקלאסית , שבה מבוצעים תמרונים חוזרים מרובים עם עצירת נשימה סטנדרטית של 10 שניות ברמות חמצן שונות. למרות שהוחל לאחרונה עם זמן עצירת נשימה קצר יותר ופחות תמרונים בכל עוצמה13. עם זאת, מתיר רק שישה תמרוני DL,CO לכל הפעלה, בעוד שניתן לבצע עד 12 תמרוני DL,CO/NO חוזרים ונשנים ללא כל השפעה מדידה על האומדנים המתקבלים14. אלה הם שיקולים חשובים בעת קבלת מדידות במהלך פעילות גופנית, שכן הן עצירת נשימה ארוכה והן תמרונים מרובים עשויים להיות קשים לביצוע בעוצמות גבוהות מאוד או באוכלוסיות חולים שחווים קוצר נשימה.
המאמר הנוכחי מספק פרוטוקול מפורט, הכולל שיקולים תיאורטיים והמלצות מעשיות למדידת DL,CO/NO במהלך פעילות גופנית והשימוש בו כמדד למאגר הנאדיות-נימי. שיטה זו ישימה בקלות במסגרת הניסוי ומאפשרת להעריך כיצד הגבלת הדיפוזיה בריאות עשויה להשפיע על ספיגת החמצן באוכלוסיות שונות.
תיאוריה ועקרונות מדידה
שיטת DL,CO/NO כוללת נשימה אחת של תערובת גזים מתוך הנחה שהגזים מתפזרים באופן שווה בחלל הנאדיות המאוורר לאחר שאיפה. תערובת הגזים מורכבת ממספר גזים כולל גז נותב אינרטי. דילול גז הנותב בחלל הנאדיות המאוורר, כפי שהוא מבוסס על שבריטו באוויר הסופי, יכול לשמש לחישוב נפח הנאדית (VA)15. תערובת הגזים כוללת גם את גז הבדיקה CO ו- NO, שניהם מדוללים בחלל הנאדיות המאוורר ומתפזרים על פני הממברנה הנאדית-נימית. בהתבסס על שברי הנאדיות שלהם, ניתן לחשב את שיעורי ההיעלמות האישיים שלהם (k), המכונה גם קבוע הדיפוזיה, ממרחב הנאדיות. על פי המוסכמות, DL עבור גז בדיקה שנמדד במהלך תמרון נשימה אחת, נגזר על ידי המשוואה הבאה16:
כאשר FA0 הוא החלק הנאדי של גז הבדיקה (CO או NO) בתחילת אחיזת הנשימה של תמרון DL בודד, בעוד FA הוא החלק הנאדי של גז הבדיקה בסוף עצירת הנשימה, ו- tBH הוא זמן עצירת הנשימה. DL שווה מבחינה מכנית למוליכות גז הבדיקה על פני קרום הנאדיות-נימי, דרך פלזמה ופנים תאי הדם האדומים להמוגלובין. לפיכך זה תלוי הן במוליכות של DM והן במוליכות הספציפית כביכול של דם נימי ריאתי (θ), אשר האחרון תלוי הן במוליכות גז הבדיקה בדם והן בקצב התגובה שלו עם המוגלובין10. בהתחשב בכך שהדדיות ההולכה היא התנגדות, ההתנגדות הכוללת להעברת גז בדיקה תלויה בהתנגדויות הבאות בסדרה10:
ניתן להבחין בין רכיבים אלה על ידי מדידה מקבילה של DL ל- CO ו- NO, מכיוון שלערכים אלה יש ערכי θ שונים, ולכן ערכי DL המתאימים שלהם תלויים באופן שונה ב- VC. הדיפוזיה הריאתית של CO תלויה יותר ב- VC מאשר NO, כאשר האתר העיקרי של עמידות (~ 75%) לדיפוזיה של CO ממוקם בתוך תאי הדם האדומים12. לעומת זאת, ההתנגדות העיקרית (~60%) לדיפוזיה של NO היא בקרום הנאדיות-נימיות ובפלזמה ריאתית, מכיוון שקצב התגובה של NO עם המוגלובין גדול משמעותית מזה של CO. לפיכך, על ידי מדידה מקבילה של DL,CO ו- DL,NO, שינויים הן ב- DM והן ב- VC ישפיעו במידה ניכרת על הראשון, בעוד האחרון יהיה תלוי הרבה פחות על VC, ובכך לאפשר הערכה אינטגרטיבית של הגורמים הקובעים DL.
הדיווח של מדדי DL,CO/NO עשוי להיעשות באמצעות יחידות שונות. לפיכך, החברה האירופית לנשימה (ERS) משתמשת ב-mmol/min/kPa, בעוד שהחברה האמריקאית לבית החזה (ATS) משתמשת ב-mL/min/mmHg. מקדם ההמרה בין היחידות הוא 2.987 mmol / min / kPa = mL / min / mmHg.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
הוועדה האתית המדעית לאזור הבירה של דנמרק אישרה בעבר מדידה של DL,CO/NO במנוחה, במהלך פעילות גופנית ובתנוחת שכיבה הן במתנדבים בריאים והן בחולים עם מחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD) במוסד שלנו (פרוטוקולים H-20052659, H-21021723 ו- H-21060230).
הערה: לפני מדידת DL,CO/NO במהלך התרגיל, יש לבצע ספירומטריה דינמית ובדיקת פעילות לב-ריאה (CPET). הספירומטריה הדינמית משמשת לבקרת איכות של תמרוני DL,CO/NO בודדים, בעוד שה-CPET משמש לקביעת עומס העבודה שבו יש למדוד DL,CO/NO במהלך התרגיל. בחולים עם הגבלה בזרימת האוויר, בעיקר עקב מחלת ריאות חסימתית, זה עשוי להיות יתרון להשלים את הספירומטריה הדינמית עם plethysmography של כל הגוף כדי לקבל מידה תקפה של קיבולת חיונית. מומלץ לבצע בדיקת בריאות רפואית כדי לשלול התוויות נגד ידועות לפני התחלת CPET17. חשוב לציין, יש לבצע את ה-CPET לפחות 48 שעות לפני מדידת DL,CO/NO המתקבלת במהלך התרגיל, שכן פעילות גופנית נמרצת קודמת עשויה להשפיע על DL עד 24 שעותלפחות 18,19.
1. ספירומטריה דינמית
הערה: ספירומטריה דינמית צריכה להתבצע בהתאם להנחיות הקליניות הנוכחיות של ERS ו- ATS20.
- יש למדוד משקל (ל-100 גרם הקרובים) וגובה (ל-1 מ"מ הקרובים).
- בקשו מהמשתתפים לשבת בכיסא זקוף.
- בצע ספירומטריה דינמית במהלך תמרון שפג תוקפו כדי לזהות את הנפח שפג תוקפו בשנייה אחת (FEV1) ואת היכולת החיונית הכפויה (FVC) של המשתתף, כמתואר במקום אחר20.
2. בדיקת פעילות גופנית לב-ריאה (CPET)
הערה: יש לבצע CPET בהתאם להמלצות הקליניות הנוכחיות21.
- כוונן את ארגומטר המחזור בהתאם לגובה המתאמן והצב מד דופק (HR) על החזה.
- הניחו את המשתתף על ארגומטר המחזור. ציידו את הנבדק במסכה המחוברת למערכת מדידה מטבולית, למדידת אוורור וחילוף גזים ריאתי במהלך הבדיקה.
- הנחו את המשתתף להתחיל לרכוב בקצב שנבחר באופן עצמאי ≥60 סיבובים לדקה (סל"ד) ולבצע חימום של 5 דקות בעומס עבודה תת-מקסימלי בהתבסס על רמת הפעילות המדווחת על עצמו, הכושר היומי ומצב המחלה (למשל, 15-150 W).
- הגדל את עומס העבודה ב 5-20 W בכל דקה עד שהמשתתף מגיע תשישות מרצון. התוספות צריכות להתבסס על רמת הכושר הנוכחית של המתאמן, כך שהמבחן צפוי להסתיים 8-12 דקות לאחר תחילת השלב המצטבר.
- הנחו את המשתתף להימנע מפעילות גופנית נמרצת אחרת במשך 48 השעות הבאות.
3. כיול של ציוד בעל יכולת פיזור נשימה אחת
הערה: יש צורך לכייל חיישני זרימה ומנתחי גזים כדי להבטיח שהמדידות תקפות ואמינות. ההליך המדויק הוא ספציפי ליצרן ולמכשיר. יש להשלים את הליך הכיול, כולל בקרה ביולוגית, בכל יום לימוד, ואם מתבצע פחות מיום לימוד אחד בשבוע, יש לבצע כיולים שבועיים נוספים. מערך הניסוי מוצג באיור 1.
- פתח את התוכנה במחשב, ותקופת חימום אוטומטית של 50 דקות תיפתח כדי להבטיח טמפרטורה מספקת של דלקת ריאות.
- ודאו שהמכלים עם גזי הבדיקה פתוחים (ראו איור 1D).
- בצע כיול גז על-ידי חיבור תחילה של קו הדגימה מדלקת הריאות לתוסף MS-PFT Analyzer Unit המכונה CAL (ראה איור 1B).
- התחל את כיול הגז על-ידי בחירת כיול בדף הבית (ראה איור 2A) ובחר כיול גז. התחל את הכיול על-ידי הקשה על Start או F1 (ראה איור 2B).
- יש לחבר את קו הדגימה לפנאומוטאך כאשר כיול הגז מתמלא ומתקבל.
- בצע כיול נפח באמצעות מזרק 3 ליטר חוקי. התחל את כיול אמצעי האחסון על-ידי בחירה באפשרות כיול בדף הבית (ראה איור 2A) ובחר כיול עוצמת קול. התחל את הכיול על-ידי הקשה על F1, ופעל בהתאם להוראות שסופקו על-ידי התוכנה (ראה איור 2C).
- ודא ששקית ההשראה מחוברת ליחידת האנלייזר MS-PFT (ראה איור 1C).
- השלם את הליך הכיול על ידי ביצוע מדידת בקרה ביולוגית במנוחה בתנוחת ישיבה. זה צריך להתבצע על ידי בריא לא מעשן כדי להבטיח את האמינות של השיטה. אם השונות של הנושא הנתון משבוע לשבוע ב- DL, CO או DL,NO משתנה יותר מ- 1.6 ו- 6.5 mmol / min / kPa (5 ו- 20 mL / min / mmHg), בהתאמה, השונות יכולה לנבוע משגיאת מכונה ויש לחקור אותה עוד12, 22.
4. הכנת המשתתף
- חשב את עומס העבודה הרצוי מתוצאות CPET קודמות עבור העוצמה שנבחרה (% מעומס העבודה המרבי (Wmax)) שבה יימדד DL,CO/NO .
- לפחות 48 שעות לאחר ביצוע ה-CPET, בקשו מהמשתתף לחזור למעבדה כדי לקבל את מדידת DL,CO/NO במהלך התרגיל.
- למדוד את הגובה (בס"מ למ"מ הקרוב ביותר), משקל (בק"ג עד 100 גרם הקרוב ביותר) ו- Hb מדם נימי (ב- mmol / L ל- 0.1 mmol / L הקרוב ביותר) של המטופל.
- בדף הבית של התוכנית בחר מטופל > מטופל חדש (ראה איור 2A) ומלא את הנתונים הנדרשים: זיהוי, שם משפחה, שם פרטי, תאריך לידה, מין, גובה ומשקל המשתתף. המשך על-ידי בחירה באפשרות אישור או F1 (ראה איור 2D).
5. DL, CO/NO מדידה במהלך מנוחה זקופה
הערה: מדידות DL,CO/NO מבוצעות בהתאם להמלצות הקליניות הנוכחיות של כוח המשימה ERS12.
- בדף הבית, בחר מדידה > ללא פיזור קרום (ראה איור 2E).
- הפעל את האיפוס האוטומטי של התוכנה, לאפס את מנתח הגז עבור כל גזי הבדיקה וליזום את ערבוב גזי הבדיקה בשקית ההשראה המחוברת. התחל את האיפוס האוטומטי על-ידי הקשה על F1 (ראה איור 2F).
- האיפוס האוטומטי אורך 140-210 שניות. שים לב להוראות שסופקו על ידי התוכנה כדי לזהות מתי להתחיל את המדידה. חשוב להתחיל את המדידה מיד עם הנחיית התוכנה לחבר את המטופל.
- הניחו את המשתתף בכיסא זקוף המצויד באטב לאף. להדריך את המשתתף כיצד לבצע את התמרון כמתואר להלן.
- בקשו מהמשתתפים להשתמש באטב האף ולהתחיל בנשימת גאות ושפל רגילה דרך פיה המחוברת לדלקת ריאות. כדי להבטיח מערכת סגורה למדידות, יש לוודא שהשפתיים של המשתתפת סגורות סביב השופר.
- לאחר שלוש נשימות רגילות, יש להנחות את המשתתף לבצע פקיעה מקסימלית מהירה כדי להגיע לנפח שיורי (RV).
- כאשר מגיעים לקרוואנים, הנחו מיד את המשתתף לבצע השראה מקסימלית מהירה לקיבולת הריאה הכוללת (TLC), תוך התמקדות בזמן השראה של < 4 שניות. במהלך ההשראה המקסימלית, נפתח שסתום המאפשר למשתתף לשאוף את תערובת הגזים מעורבבת עם ריכוז ידוע של NO (800 ppm NO/N2) בשקית השריאה ממש לפני השאיפה.
- בקשו מהמשתתף לבצע עצירת נשימה של 5 (4-8) שניות ב-TLC. במהלך ההשראה, כרך מעורר השראה (VI) ≥90% מה-FVC (או יכולת חיונית מבוססת פלטיסמוגרפיה) עם זמן עצירת נשימה של 4-8 שניות מכוון23 (טבלה 1).
- לאחר עצירת הנשימה, הנחו את המשתתף לבצע פקיעה מקסימלית חזקה ויציבה ללא הפרעות.
- לאחר התפוגה המקסימלית בקשו מהמשתתף לשחרר את השופר ואת האטם לאף. לאחר מכן התוכנה תחשב DL,NO ו- DL,CO ללא כל פקודה.
- השתמש בעידוד מילולי לאורך כל התמרון כדי להבטיח שהמשתתף יגיע ל- RV ו- TLC. להעריך את קבילות התמרון לפי טבלה 1.
- בצע את התמרון שוב לאחר פרק זמן של 4 דקות לפחות, ועד ששני תמרונים יעמדו בתנאי הקבילות (טבלה 1) או עד לביצוע סך של 12 תמרונים (ראה להלן) באותו מפגש.
- ה- DL,NO ו- DL,CO מדווחים בהתאם לקריטריונים המפורטים בטבלה 2. אנו ממליצים גם על זמן עצירת נשימה, נפח השראה ונפח מכתשית כפי שדווח. כמו כן, יש לדווח על מספר התמרונים הקבילים והחוזרים על עצמם, ולפרש בזהירות ממצאים המבוססים על תמרונים שאינם עומדים בקריטריונים של קבילות או חזרתיות.
6. DL, CO/NO מדידה במהלך התרגיל
הערה: ציר זמן של מדידות DL,CO/NO במהלך פעילות גופנית מסופק באיור 3.
- הניחו את ארגומטר המחזור במרחק המאפשר למשתתף לנשום דרך השופר ללא צורך לשנות את תנוחת המחזור. הגדל את גובה הציוד כך שניתן יהיה לבצע את המדידות עם תנוחת עבודה נכונה על האופניים (ראה איור 2).
- הניחו את המשתתף על ארגומטר המחזור והניחו מוניטור דופק על החזה. הנחו את המשתתף לבצע כל תמרון כמתואר בשלב 5.3.
- הנחו את המשתתף להתחיל לרכוב במשך 5 דקות בעומס עבודה תת-מקסימלי, כחימום לפני המדידה.
- הגדל את עומס העבודה לעוצמת היעד תוך הפעלת האיפוס האוטומטי של ההתקן בו-זמנית על-ידי הקשה על F1 (ראה שלב 5.2). האיפוס האוטומטי לוקח 140-210 שניות, וזה מספיק כדי להבטיח שהמשתתף הגיע למצב יציב.
- בסיום האיפוס האוטומטי, סובבו את השופר אל המשתתף ובצעו תמרון כמתואר להלן תוך כדי שהמשתתף ממשיך לרכוב בעצימות המטרה.
- בצע את השלבים בשלבים 5.4 עד 5.5. להעריך קריטריונים של קבילות וחזרתיות (טבלה 1) בכל עומס עבודה, ולדווח על מדידות בזמן מנוחה (ראה שלב 5.6 וטבלה 2).
- לאחר השלמת התמרון, הסר את השופר והפחת את עומס העבודה ל 15-40 W. בצע את שלב ההתאוששות הפעילה במשך 2 דקות ולאחר מכן חזור על שלבים 6.4 ו 6.5. 2 דקות של התאוששות פעילה ו 140-210 שניות במהלך איפוס אוטומטי מספק זמן שטיפה מספיק של 4-5 דקות.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
הפרוטוקול יושם בשנת 2021 ונכון לזמן כתיבת שורות אלה בוצעו בסך הכל 124 מדידות במהלך פעילות גופנית (כלומר 51 במתנדבים בריאים ו-73 בחולים עם COPD בדרגות חומרה שונות). התמרונים, כמו גם נתונים על קריטריוני קבילות וחזרתיות שהתקיימו, ושיעור הכישלון מופיעים כולם בטבלה 3.
חישובים
לדוגמה, חישובים מתמרון DL,CO/NO יחיד מסופקים כאן בהתבסס על נתונים מהתמרון הראשון ב -20% של Wmax בקבוצה הבריאה כמקרה בוחן המתואר להלן. בהתבסס על הערכים הנמדדים המופיעים בטבלה 4, מחושבים הערכים הבאים:
(BTPS)
כאשר FI הוא החלק בעל ההשראה, VI הוא נפח ההשראה, ו- DD, inst ו- VD, anat הם חלל מת אינסטרומנטלי ואנטומי, בהתאמה.
כאשר FI הוא השבר בהשראה, PB הוא לחץ ברומטרי ו-PH2O הוא לחץ אדי מים רוויים, וכאשר 
פרשנות של תוצאות DL,CO/NO שהתקבלו במהלך התרגיל
מדד התוצאה העיקרי של העניין הוא DL,NO, שכן השינוי ב- DL,NO ממנוחה לעומס עבודה ספציפי מתפרש כמספק מדד כולל של רזרבה נאדית-נימית. אצל אנשים בריאים, DL,NO עולה באופן ליניארי עם עלייה בעצימות האימון, אשר מיוחסת לגיוס מוגבר של דם למיטת נימי הריאות, המתאפשרת על ידי עלייה בתפוקת הלב12. זה מוביל לגיוס נימים עקב זרימת דם מוגברת או לחץ וגיוס של שטח הפנים של הממברנה הנאדית-נימית, ובכך התוצאה היא פיזור הומוגני יותר של תאי הדם האדומים ויישור משופר בין רקמות לבין משטחי קרום תאי הדם האדומים12. לעומת זאת, DL,CO נחשב למדד משני בהקשר זה, המשמש בעיקר כדי להסיק אם מתרחשים שינויים מקבילים ב- VC . עבור פרשנות ברמת הפרט, הבדלים בין שתי מדידות גדולות יותר מטעות מדידה נחשבים פיזיולוגיים24, כלומר, 2.7 mmol / min / kPa עבור DL,NO ו 1.6 mmol / min / kPa עבור DL,CO.
מקרי בוחן
אישה בריאה בת 25 עם 
O2מקסימום של 2696 מ"ל O2/min (47.3 מ"ל O2/min/kg) ביצעה שמונה תמרוני DL,CO/NO , החל ממדידות במהלך מנוחה זקופה במצב ישיבה, ולאחר מכן מדידות במהלך פעילות גופנית על ארגומטר אופניים (Wmax = 208) בעוצמה גוברת של עד 60% מ-Wmax (טבלה 5). כל התמרונים מילאו הן את קריטריוני הקבילות והן את קריטריוני החזרתיות.
גבר בן 68 עם COPD בינוני (FEV1 = 56% מהחזוי) עם O2peak של 1852 מ"ל O2/min (22.8 מ"ל O2/min/kg) ביצע שמונה תמרוני DL,CO/NO , החל ממדידות במהלך מנוחה זקופה במצב ישיבה, ולאחר מכן מדידות במהלך תרגיל על ארגומטר אופניים (Wmax = 125 W) בעוצמה גוברת של עד 60% מהוואטהמרבי (טבלה 6). כל התמרונים מילאו הן את קריטריוני הקבילות והן את קריטריוני החזרתיות.
התוצאות המדווחות עבור כל עומס עבודה משני המקרים שתוארו לעיל מוצגות באיור 4. יתר על כן, DL,NO ו- DL,CO כפונקציה של O2 (המחושבת ממדידות אוויר שפג תוקפן) מוצגת באיור 5. אצל האדם הבריא, עלייה כמעט ליניארית ב- DL,NO נצפתה כצפוי למעט רמה מ- 20% ל- 40% מה- Wmax, בעוד עלייה הדרגתית קלה ב- DL,CO מתרחשת בכל עומסי העבודה. זה מצביע על כך ש- DM עולה בתחילה עם VC ללא שינוי בתחילת התרגיל המשקף חלוקה מחדש של זרימת הדם הריאתי כדי לגייס נימים שלא היו מחוררים בעבר, אך עם עלייה הדרגתית במקביל ב- VC בעומסי עבודה גבוהים יותר, מה שמראה כי גיוס נימי לסירוגין והתנפחות יחד פועלים לייעול חילוף גזי הריאות במהלך פעילות גופנית מצטברת. במקרה של COPD, DL,NO עולה בעומס העבודה הראשון, ולאחר מכן מישורים להישאר באותה רמה במהלך עומסי העבודה הנותרים, מה שמצביע על כך שכל העתודה הנאדית-נימית כבר מושגת ב -20% מה- Wmax. בסך הכל, היקף הגיוס והתנפחות הנימים הריאתיים, כלומר הרזרבה הנאדית-נימית, נמוך יותר במקרה COPD מאשר אצל האדם הבריא.
איור 1: סקירה כללית של מערך המחקר. (A) מערך לימוד למדידה המבוצעת במהלך התרגיל. (B) כיול גז עם קו דגימה מחובר לתוסף MS-PFT Analyzer Unit המכונה CAL. (C) שקית השראה מחוברת ליחידת MS-PFT Analyzer. (D) מכלים המכילים את גזי הבדיקה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: מדריך לתוכנית. (A) בדף הבית, בחר כיול. (B) בחר כיול גז. (C) בחר כיול עוצמת קול. (ד) בחר מטופל חדש. (ה) בחר מטופל חדש ומלא את המידע הנדרש. (F) בחרו מידות ובחרו NO diff Membrane. (G) התחל את האיפוס האוטומטי על-ידי הקשה על F1. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: ציר הזמן של מדידת יכולת דיפוזית במהלך פעילות גופנית. נוצר באמצעות BioRender. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: יכולת פיזור ריאתי. השוואה של יכולת פיזור ריאתי לפחמן חד חמצני (DL,CO) ותחמוצת החנקן (DL,NO) במהלך פעילות גופנית מצטברת כפונקציה של % מעומס העבודה המרבי (Wmax) אצל אדם בריא ואדם עם מחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: יכולת פיזור ריאתי. השוואה בין יכולת פיזור ריאתי לפחמן חד-חמצני (DL,CO) ולתחמוצת החנקן (DL,NO) במהלך פעילות גופנית מצטברת כפונקציה של ספיגת חמצן (O2) אצל אדם בריא ואדם עם מחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
| קריטריוני קבילות | ||
| 1. | ≥ 90% מ-FVC או VC | |
| או ≥ 85% מה-FVC או ה-VC | ||
| ו- VA בתוך 200 מ"ל של VA הגדול ביותר מתמרונים מקובלים אחרים | ||
| או ≥ 85% מה-FVC או ה-VC | ||
| ו-VA בתוך 5% מה-VA הגדול ביותר מתמרונים מקובלים אחרים | ||
| 2. | עצירת נשימה יציבה של 4-8 שניות ללא עדות לדליפות או תמרוני Valsalva/Müller | |
| קריטריוני חזרתיות | ||
| שני תמרונים מקובלים עם ערכים בפנים | ||
| < 5.8 mmol ·min-1·kPa-1 עבור DL,NO | ||
| < 1 mmol ·min-1·kPa-1 עבור DL,CO | ||
Table 1: קריטריוני קבילות וחזרתיות. קיצורים: DL,CO: יכולת דיפוזיה ריאתית לפחמן חד חמצני, DL,NO: יכולת דיפוזיה ריאתית לתחמוצת החנקן, FVC: יכולת חיונית מאולצת, VA: נפח מכתשית; VC: קיבולת חיונית.
| לא. של תמרונים מקובלים | קריטריון החזרתיות התמלא | פעולה |
| ≥2 | כן | דווח ממוצע DL,NO וממוצע DL,CO של שני תמרונים מקובלים וחוזרים |
| ≥2 | לא | דווח על ערכים מהתמרון עם DL,NO הגבוה ביותר |
| 1 | כן | דווח על ערכים מהתמרון המקובל |
| 1 | לא | דווח על ערכים מהתמרון המקובל |
| 0 | כן | דווח ממוצע DL,NO וממוצע DL,CO של כל התמרונים הניתנים לחזרה |
| 0 | לא | מדידה כושלת |
Table 2: דיווח נתונים. קיצורים: DL,CO: יכולת פיזור ריאתי לפחמן חד חמצני, DL,NO: יכולת פיזור ריאתי לתחמוצת החנקן.
| קבוצה | מידות (n) | תמרונים מדידת יחסי ציבור (חציון [IQR]) | קריטריוני קבילות שהתקיימו, n (%) | קריטריוני חזרתיות התקיימו, n (%) | מדידה שנכשלה, n (%) |
| בריא | 51 | 2 (2-2) | 50 (98) | 51 (100) | 0 (0) |
| COPD קל | 24 | 3 (2-3) | 22 (92) | 22 (92) | 0 (0) |
| COPD בינוני | 39 | 2 (2-3) | 26 (67) | 32 (82) | 3 (8) |
| COPD חמור | 10 | 2 (2-3) | 1 (10) | 4 (40) | 6 (60) |
| כל | 124 | 2 (2-3) | 99 (80) | 109 (88) | 9 (7) |
Tמסוגל 3: השלמת מדידות DL, CO/NO במהלך פעילות גופנית במוסד שלנו בין יולי 2021 לדצמבר 2023. קיצורים: COPD, מחלת ריאות חסימתית כרונית.
| שברים | |
| פאני, CO | 0.238 |
| פאני, לא | 48.75 x 10-6 |
| פאני, הוא | 0.08 |
| פא, CO | 0.12 |
| וא, לא | 6.18 x 10-6 |
| פא, הוא | 0.0603 |
| אמצעי אחסון (BTPS) | |
| VI (L) | 4.13 |
| VD,anat (L) | 0.132 |
| VD,inst (L) | 0.220 |
| tBH (שניות) | 5.65 |
T able 4: בדיקה נמדדת ושברי גז נותב אינרטי באוויר השראה (FI) ומכתשית (FA) במהלך תמרון נשימה אחת. קיצורים: VI: נפח השראה; VD,anat: חלל מת אנטומי; VD,inst: חלל מת מכשיר; tBH: זמן עצירת נשימה.
| זקוף | 0.2 | 0.4 | 0.6 | ||||||
| מנוחה | של Wmax | של Wmax | של Wmax | ||||||
| עומס עבודה (וואט) | 0 | 40 | 80 | 125 | |||||
| לתמרן | 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 | |
| זמן עצירת נשימה (ים) | 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 | |
T מסוגל 5: נתונים מאדם בריא. קיצורים: DL,NO: יכולת דיפוז ריאתי לתחמוצת החנקן, DL, CO: יכולת דיפוזיה ריאתית לפחמן חד חמצני, VI: נפח השראה, VA: נפח מכתשית.
| זקוף | 0.2 | 0.4 | 0.6 | ||||||
| מנוחה | של Wmax | של Wmax | של Wmax | ||||||
| עומס עבודה (וואט) | 0 | 25 | 50 | 75 | |||||
| לתמרן | 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 | |
| זמן עצירת נשימה (ים) | 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 | |
טבלה 6: נתונים מאדם עם מחלת ריאות חסימתית כרונית. קיצורים: DL,NO: יכולת דיפוז ריאתי לתחמוצת החנקן, DL, CO: יכולת דיפוזיה ריאתית לפחמן חד חמצני, VI: נפח השראה, VA: נפח מכתשית.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
הפרוטוקול מספק גישה סטנדרטית למדידת DL,CO/NO במהלך פעילות גופנית באמצעות טכניקת הנשימה הבודדת של גז הבדיקה הכפולה. מכיוון שמדדי DL,CO/NO המתקבלים עולים עקב גיוס נימי ריאתי והתנפחות, השיטה מספקת מדד בעל משמעות פיזיולוגית של הרזרבה הנאדית-נימית.
שלבים קריטיים בפרוטוקול
השיטה דורשת נשיפה לנפח שיורי ואחריה השראה לקיבולת הריאה הכוללת שבה מתבצעת עצירת נשימה של 5 שניות ומסתיימת עם תפוגה ל- RV. זהו שלב קריטי, שכן הוא יכול להיות מסובך לביצוע במהלך פעילות גופנית ובמיוחד במהלך פעילות גופנית בעצימות גבוהה. עצימות האימון העולה עלולה להוביל לירידה ב-VI, ואם היא יורדת מתחת ל-85% מהיכולת החיונית, התמרון אינו מקובל (ראה טבלה 1). לכן, חשוב שמדריך הבדיקה יציין אם המשתתף שואף מספיק ויאשר זמן עצירת נשימה מספיק של ארבע עד שמונה שניות, מיד לאחר כל תמרון12. יתר על כן, ייתכן שבמקרים מסוימים יהיה קשה להשיג קריטריונים של חזרתיות; במקרים כאלה מדווחים נתונים מהתמרון עם ה-DL,NO הגבוה ביותר, ואנו ממליצים לציין במפורש בכמה מקרים הדבר היה נחוץ בעת הצגת הנתונים. במקרים מסוימים, ייתכן שלא ניתן יהיה להשיג מדידות מקובלות או חוזרות במהלך פעילות גופנית כלל, למשל במחקרים על חולים הסובלים מקוצר נשימה חמור כך שאינם מסוגלים להשיג עצירת נשימה מספקת ו / או אלה עם היפר-אינפלציה דינמית עם ירידה במקביל ביכולת הנשימה במהלך האימון. במקרים כאלה זה עשוי להיות מתאים יותר להשתמש במדידות DL,CO/NO המתקבלות במצב שכיבה, מה שמוביל גם לגיוס נימי ריאתי והתנפחות, אם כי פחות בולט מאשר במהלך פעילות גופנית תת-מקסימלית24,25.
שינויים ופתרון בעיות של השיטה
חשוב שמדידת מנוחה תמיד קודמת לכל מדידה המבוצעת במהלך התרגיל, שכן ניתן להפחית את DL,CO עד 6-20 שעות לאחר פעילות גופנית בעצימות גבוהה המבוצעת עד תשישות 18,19,26. יתר על כן, חשוב לרשום HR ו / או מדדים אחרים של עומס מטבולי כדי להבטיח כי המדידות שהתקבלו בנושאים שונים נעשו במצב יציב ובעומסי עבודה מטבוליים דומים.
ייתכן שהשיטה לא תהיה רגישה לזיהוי שינויים קטנים ב- DL,NO או ב- DL,CO, מכיוון שהשונות מבדיקה לבדיקה באותה הפעלה דווחה עד 7% בהתאם למדדהספציפי 12. כתוצאה מכך, חשוב לבחור עצימות תרגיל שתספיק כדי לגרום לעלייה גדולה יותר מטעות המדידה, תוך התחשבות בכך שהמשתתף חייב להיות מסוגל לבצע לפחות שני תמרונים מקובלים בעצימות הנתונה. בין המחקרים הקודמים שהשתמשו בשיטת גז הבדיקה הכפולה, נעשה שימוש בעוצמות שונות מקלות עד בינוניות. רוב המחקרים השתמשו בעוצמה יחסית הקשורה ל- % מסף ההנשמה24,27, % מ- HR28 המרבי שנחזה לגיל, או ל- % ממאגר החמצן המרבי29, בעוד שרק מחקר אחד יישם עוצמה אבסולוטית בעומס עבודה קבוע של 80 W30. בכל המחקרים, עומסי עבודה אלה תואמים לעוצמות יחסיות שנעות בין 20% ל-86% מהוואטמקסימום 24,27,29. כדי להקל על השוואת המדידות בין המחקרים, מומלץ ליישם עצימות יחסית, כלומר % מ-Wmax, % מ-HR מקסימלי (HRmax) או % מ-O 2max (או O2peak), ולדווח גם על Wmax וגם על עומס העבודה שבו התקבלה המדידה.
משמעות השיטה ביחס לשיטות קיימות/חלופיות
באשר ל- , DM ו- VC עשויים להיגזר מתמטית על ידי DL,CO/NO12,31, ובעוד שיש לעשות זאת בזהירות (ראה "מגבלות השיטה" להלן), זה מאפשר הערכה מכניסטית ישירה יותר של האופן שבו הרחבת שטח הפנים הנאדי-נימי באמצעות גיוס נימי ריאתי (מוערך על ידי DM) ו distension (עלייה ב- VC העולה על זו של DM) לתרום לשינויים הקשורים לפעילות גופנית בחילוף גזים ריאתיים. עם זאת, למיטב ידיעתנו, שיטת DL,CO/NO בנשימה אחת אומתה רק בתנאי מנוחה זקופה11. שתי השיטות שימשו במהלך פעילות גופנית במספר מחקרים קודמים והראו שינויים פיזיולוגיים דומים ב- D, M ו- VC אצל אנשים צעירים בריאים 3,24. עם זאת, מספר שונה של תמרונים אפשרי בכל שיטה, כאשר התרת מקסימום שישה ו- DL,CO/NO מאפשרת עד 12 תמרונים באותו מפגש12. הסיבה לכך היא שלמרות שיש את אותו חלק CO (~ 0.30), זמן עצירת הנשימה הקצר יותר (5 שניות לעומת 10 שניות) של DL, CO/NO גורם לפחות הצטברות CO בדם וכתוצאה מכך פחות לחץ CO לאחור14. בנוסף, ניתן לבצע תמרונים של עד 22 DL,CO/NO מבלי להשפיע על DL,NO, מכיוון שרמות NO בנשיפה אנדוגנית, הנעות בין 11 ל- 66 ppb, נמוכות פי 1000 ממדידות NO, שנמצאות בטווח ppm14. לפיכך, בהתחשב בכך שמשתמשים ב- 10 s DL,CO, ונדרשים לפחות שני תמרונים כדי להעריך את יכולת החזרה בכל אחד , המתאים למינימום של ארבעה תמרונים בכל עצימות תרגיל, כאשר מתבצעת הפסקה כפולה, ייתכן שהדבר לא יהיה אפשרי במהלך התרגיל. לפיכך, שיטות מבוססות קודמות השתמשו בתמרון יחיד בכל אחד 
, וכתוצאה מכך מינימום של שלושה תמרונים בכל תרגיל עצימות32, עם החיסרון הבולט כי לא ניתן להעריך באיזו מידה התמרונים אכן ניתנים לחזרה. עם זאת, שיטת DL,CO/NO דורשת רק שתי מדידות אם הן עומדות בקריטריוני החזרתיות ונחשבות מקובלות בכל עצימות תרגיל. עם זאת, הוכח כי מספק חזרתיות מקובלת הדומה לזו של DL,CO/NO במהלך פעילות גופנית, גם כאשר זמן עצירת הנשימה מתקצר. לפיכך, במהלך פעילות גופנית מתונה, מצאנו בעבר מקדם שונות בין היום (CV) של 2% עד 6% עבור מדדי DL,CO/NO השונים בזמן עצירת נשימה של ~ 6 s24, בעוד שרק קורות חיים מעט גבוהים יותר של 7%, 8% ו- 15% עבור DL, CO, VC ו- DM, בהתאמה, דווחו בשימוש בזמן עצירת נשימה דומה32.
בנימה קשורה, DL,CO שנמדד בהקשר של DL,CO/NO ידוע כנמוך באופן עקבי מה- DL,CO הנפוץ יותר בהתבסס על עצירת נשימהשל 10 שניות 12,33. על פי מחקרים קודמים, זה לא נובע מההבדל בזמן עצירת הנשימה, שכן זמן עצירת נשימה קצר יותר יגדיל את DL,CO34. במקום זאת, זה יכול לנבוע מגורמים שונים אחרים, כולל הרכב גז בשאיפה ו CO שונה לעומת קינטיקה NO33. ראשית, DL,CO/NO משתמש בהליום, בעוד 10 s DL,CO הקלאסי משתמש במתאן כגז נותב אינרטי; בשל תכונותיהם הפיזיקליות הייחודיות, גזים אלה מפגינים פיזור ומסיסות שונים בריאות וברקמות. זה עלול לגרום ל-VA נמוך יותר עם הליום מאשר עם מתאן. לבסוף, תגובתיות גזי הבדיקה פירושה הבדלים בקינטיקה של NO ו- CO כאשר קשירה עם המוגלובין יכולה לשחק תפקיד. למרות שהוא ספקולטיבי, נוכחותו של NO ב-DL,CO/NO עשויה, אם כן, להשפיע על קשירת CO להמוגלובין33.
קצב הדיפוזיה של CO על פני הממברנה הנאדית-קפילרית תלוי בקשירה של CO להמוגלובין בדם, ומלבד השימוש בו לחישוב θCO, תיקון המוגלובין של ערך DL,CO עשוי להיות מתאים בהתאם להקשר הספציפי35. זה נפוץ בסביבה קלינית, אבל הוא פחות חיוני אצל אנשים בריאים שבהם ההשפעה על DL,CO היא לעתים קרובות זניחה. תיקונים כאלה עשויים לשמש גם להערכת DL,CO/NO במהלך פעילות גופנית, אך הם פחות רלוונטיים כאשר מעריכים שינויים ספציפיים במנוחה לאימון, כאשר שינויים (חריפים) בהמוגלובין הם בעלי חשיבות מינורית. בכל מקרה יש לעשות זאת בזהירות, שכן משוואות אלה מניחות מראש יחס של 0.7 בין DM ו-θ∙Vc עבור CO35, הנחה שעשויה שלא להיות נכונה במהלך פעילות גופנית.
מגבלות השיטה
העלייה תלוית העצימות ב- DL,NO ו- DL,CO במהלך פעילות גופנית אצל אנשים בריאים משקפת גיוס נימי ריאתי והתנפחות. מדידה ישירה של רזרבה נאדית-נימית יכולה כנראה להתקבל רק בעוצמה תת-מקסימלית, שכן הגישה לא תהיה ישימה מבחינה מעשית לא במסגרת הניסויית ולא בסביבה הקלינית בעוצמה מקסימלית שבה גיוס מקסימלי והתנפחות עשויים להיות ניכרים. הבחירה הפרגמטית היא אפוא לכוון לעומס עבודה מוגדר מראש (מוחלט או יחסי) מספיק כדי לעורר גיוס נימי ריאות והתנפחות באופן שיטתי, תוך שהוא גם אפשרי עבור כל המשתתפים. בפרוטוקול הנוכחי, העוצמה התבססה על % של Wmax מכיוון שניתן להעביר זאת בקלות למחקרים אחרים. באופן מסורתי, פעילות גופנית נקבעה על פי % של O2max או HRmax, אבל זה דורש שכל המשתתפים יגיעו למקסימום האמיתי שלהם. אם לא, המשתתפים עלולים לבצע את המדידה בעוצמות יחסיות שונות36, מה שעלול להוות בעיה במיוחד ולסבך את הפרשנות הפיזיולוגית באוכלוסיות עם קוצר נשימה חמור במאמץ, כגון חולים עם מחלת ריאות או לב כרונית.
יש לציין כי בתוך תמרון DL,CO/NO בודד, גזי הבדיקה עשויים שלא להיות מופצים לאזורים מאווררים יחסית של הריאות. זה מהווה בעיה קלה אצל אנשים ללא מחלת ריאות, אך בנוכחות אי הומוגניות אוורור משמעותית, כולל לכידת אוויר גלויה, ניתן להעריך יתר על המידה את ה- DL האמיתי של המשתתף, מכיוון שהמדידה משקפת רק את התנאים באזורים המאווררים ביותר של הריאות, השפעה המודגשת על ידי עצירת נשימה קצרה יותר37. באופן עקרוני, זה עלול להוביל לירידה פרדוקסלית לכאורה ברזרבה הנאדית-נימית אם משתתף עם מחלת ריאות נחשף להתערבות המפחיתה את חוסר ההומוגניות של האוורור.
הירידה הקשורה לפעילות גופנית ב- DL,CO העולה על זו של DL,NO בעוצמה הגבוהה ביותר (60% מה- Wmax) במקרה COPD המדווח כאן חייבת להתפרש בזהירות, מכיוון שהיא אינה מתפרשת בקלות מנקודת מבט פיזיולוגית. דפוס דומה נצפה ברוב של 73 חולי COPD שחקרנו במוסד שלנו עד כה, ויש לקחת בחשבון את תרומתן של מגבלות שיטתיות בלבד. לפיכך, מלבד CO שאולי רגיש יותר מאשר NO לאי-הומוגניות אוורור ההשפעה שתוארה לעיל, העובדה כי NO מגיב כמעט פי 300 מהר יותר עם המוגלובין וגם מתפזר דרך רקמות ופלזמה במהירות כפולה מאשר CO עשויה גם לשחק תפקיד31. לפיכך, בעוד שגם NO וגם CO עוברים בדרך כלל חילופי גזים מוגבלים בדיפוזיה, ספיגת CO עשויה להפוך למוגבלת זילוח כאשר זילוח ביחידות ריאה בודדות יורד ~ פי 100 פי31, ובכך מוביל להפחתה של DL,CO הנמדד מבלי להשפיע על DL,NO. בהתחשב בכך ש- COPD קשור להרס מכתשית ואובדן פרוגרסיבי של נימים עם פיזור אוורור-זילוח לא הומוגני במקביל ברחבי הריאות39, יחידות ריאה עם הפחתה של פי 100 בזילוח אינן נדירות40, והן אכן מייצגות אזורים שבהם זמן המעבר של תאי הדם האדומים עשוי להיות מופחת באופן קריטי כדי לפגוע הן בספיגת חמצן והן בספיגת CO במהלך פעילות גופנית. גורם משלים נוסף שעשוי להיות במשחק הוא פיזור לא אחיד של תאי הדם האדומים בתוך הרשת הנימית של יחידות הריאה הבודדות41, אשר עשוי גם להיות בעל השפעה עמוקה הרבה יותר על DL,CO מאשר על DL,NO.
ניתן לגזור DM ו- VC ממדידות 
12, אך עם זאת לא נעשה שימוש נרחב מכיוון שטעויות שיטתיות מוצגות מכיוון שהנגזרת שלהן כוללת מספר הנחות וקבועים אמפיריים31. לדוגמה, הקונצנזוס המדעי הרווח מכיר ביחס הדיפוזיביות α כ-1.97, המייצג את היחס בין המסיסות הפיזיקלית של NO ו-CO ברקמה42. מספר מחקרים ערערו על ערך זה, כאשר חלקם הציעו ערכי α גבוהים יותר כדי ליישב פערים בין שיטות מדידה שונות. עם זאת, טענות אלה נדחות בעיקר מכיוון שהן חורגות מיחס הדיפוזיביות הפיזיקלית, מה שמוביל לערכי α לא עקביים12. יתר על כן, מניחים של-θNO יש ערך סופי, אך היסטורית הניחו שהוא אינסופי בשל קצב התגובה המהיר שלו עם המוגלובין חופשי. עם זאת, דיונים מקיפים ומחקרים אחרונים ערערו על הנחה זו, וקבעו כי θNO הוא סופי, עם 1.51 מ"לדם/דקה/kPa/mmolCO המספק את האומדן הנוכחי הטוב ביותר, מכיוון שהוא מיישר היטב תחזיות תיאורטיות כמו גם ניסויים נרחבים במבחנה ו-in vivo 12. באופן דומה, המשוואות עבור θCO מבוססות על קבועים אמפיריים שהתקבלו ב- pH 7.4, ודחו ערכים מוקדמים יותר שהתבססו על מדידות pH פחות מדויקות ולא פיזיולוגיות43. עם זאת, מבין המדדים השונים שניתן להשיג בשיטה זו, DL,NO מבוסס בכל מקרה על ההנחות המועטות ביותר ונראה כי הוא מספק את האומדנים הניתנים ביותר לשחזור של רזרבה נאדית-נימית24, ולכן נשאר מדד התוצאה העיקרי של עניין בהקשר של רזרבה נאדית-נימית.
חשיבות ויישומים פוטנציאליים של השיטה בתחומי מחקר ספציפיים
מדידות DL,CO/NO עשויות לספק תיאור מקיף של חילופי גזים ריאתיים במהלך פעילות גופנית. השיטה עשויה להיות קלה יותר ליישום במהלך פעילות גופנית מאשר במחקרים קליניים על אוכלוסיות עם קוצר נשימה במאמץ, כגון חולים עם אי ספיקת לב ומחלת ריאות כרונית, בגלל עצירת הנשימה הקצרה יותר ופחות תמרונים הנדרשים בכל עומס עבודה. יתר על כן, DL,CO/NO מספק באופן ספציפי DL,NO אשר ככל הנראה מספק את האומדן הבלתי משוחד ביותר של רזרבה נאדית-נימית בעצימות תרגיל נתונה, ובכך הופך אותו למדד תוצאה מתאים במקרים רבים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
הציוד והתוכנה המוצגים במאמר אינם בחינם. אף אחד מהמחברים אינו משויך לחברה כלשהי המספקת את הרישיון לתוכנה. כל המחברים מצהירים שאין אינטרסים כלכליים מתחרים.
Acknowledgments
המחקר קיבל תמיכה כספית מקרן סוונד אנדרסן. המרכז לחקר פעילות גופנית נתמך על ידי TrygFonden Grants ID 101390, ID 20045 ו- ID 125132. JPH ממומן על ידי HelseFonden ובית החולים האוניברסיטאי של קופנהגן, Rigshospitalet, בעוד HLH ממומן על ידי קרן בקט.
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).
