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Medición de la capacidad de difusión pulmonar de gas de prueba dual durante el ejercicio en humanos utilizando el método de respiración única

Published: February 2, 2024 doi: 10.3791/65871
Automatic Translation
1, 1,2,3, 1, 1, 1, 1, 3, 3, 1,4, 3,5, 1,2,3,6
1Centre for Physical Activity Research, Copenhagen University Hospital - Rigshospitalet, 2Department of Biomedical Sciences, Faculty of Health and Medical Sciences, University of Copenhagen, 3Department of Clinical Physiology and Nuclear Medicine, Copenhagen University Hospital - Rigshospitalet, 4Department of Anesthesiology and Intensive Care, Hvidovre Hospital, 5Department of Clinical Medicine, Faculty of Health and Medical Sciences, University of Copenhagen, 6Neurovascular Research Laboratory, Faculty of Life Sciences and Education, University of South Wales

Summary

Este protocolo presenta un método para evaluar la reserva alveolar-capilar pulmonar medida mediante la medición combinada de una sola respiración de la capacidad de difusión de monóxido de carbono (DL,CO) y óxido nítrico (DL,NO) durante el ejercicio. Los supuestos y recomendaciones para el uso de la técnica durante el ejercicio constituyen la base de este artículo.

Abstract

La medición combinada de la capacidad de difusión del monóxido de carbono (D, L, CO) y el óxido nítrico (D,L, NO) es una técnica útil para medir la reserva alveolar-capilar pulmonar tanto en poblaciones sanas como en pacientes. La medición proporciona una estimación de la capacidad del participante para reclutar y distender los capilares pulmonares. Recientemente se ha informado que el método exhibe una alta confiabilidad test-retest en voluntarios sanos durante el ejercicio de intensidad ligera a moderada. Cabe destacar que esta técnica permite hasta 12 maniobras repetidas y solo requiere una sola respiración con un tiempo de apnea relativamente corto de 5 s. Se proporcionan datos representativos que muestran los cambios graduales en DL,NO y DL,CO desde el reposo hasta el ejercicio a intensidades crecientes de hasta el 60% de la carga de trabajo máxima. La medición de la capacidad de difusión y la evaluación de la reserva alveolar-capilar es una herramienta útil para evaluar la capacidad del pulmón para responder al ejercicio tanto en la población sana como en poblaciones de pacientes como aquellos con enfermedad pulmonar crónica.

Introduction

El ejercicio conduce a un aumento considerable de la demanda de energía en comparación con el estado de reposo. El corazón y los pulmones responden aumentando el gasto cardíaco y la ventilación, lo que resulta en una expansión del lecho alveolar-capilar, principalmente el reclutamiento y distensión de los capilares pulmonares1. Esto asegura un suficiente intercambio gaseoso pulmonar, que puede medirse por un aumento de la capacidad de difusión pulmonar (DL)2,3,4. Los primeros intentos de medir la DL durante el ejercicio se remontan a hace más de un siglo 5,6,7. La capacidad de aumentar la DL desde el estado de reposo a menudo se denomina reserva alveolar-capilar 8,9.

Experimentalmente, las contribuciones relativas de la capacidad de difusión de la membrana alveolar-capilar(DM) y el volumen sanguíneo capilar pulmonar (VC) a la reserva alveolar-capilar pueden evaluarse mediante diferentes métodos, incluido el método clásico de fracciones múltiples de oxígeno inspirado (Equation 1)10. Una técnica alternativa que puede ser útil en este contexto es el método de doble prueba de gases, en el que se miden simultáneamente el DL al monóxido de carbono (CO) y el óxido nítrico (NO) (DL,CO/NO) 11. Esta técnica fue desarrollada en la década de 1980, y aprovecha el hecho de que la velocidad de reacción del NO con la hemoglobina (Hb) es sustancialmente mayor que la del CO, de modo que la difusión pulmonar del CO depende más del VC que del NO. Por lo tanto, el principal sitio de resistencia (~75%) a la difusión del CO se encuentra dentro de los glóbulos rojos, mientras que la principal resistencia (~60%) a la difusión del NO se encuentra en la membrana alveolar-capilar y en el plasma pulmonar12. Por lo tanto, la medición concurrente de DL,CO y DL,NO permite evaluar las contribuciones relativas de DM y VC a DL12, donde el cambio en DL,NO observado durante el ejercicio refleja en gran medida la expansión de la membrana alveolar-capilar. Una ventaja adicional de este método a la hora de obtener mediciones durante el ejercicio es que implica un tiempo de apnea relativamente corto (~5 s) y menos maniobras en comparación con la técnica clásica Equation 1 , en la que se realizan múltiples maniobras repetidas con una apnea estandarizada de 10 s a diferentes niveles de oxígeno. Aunque Equation 1 recientemente se ha aplicado con un menor tiempo de apnea y menos maniobras en cada intensidad13. Sin embargo, Equation 1 solo permite un total de seis maniobras DL,CO por sesión, mientras que se pueden realizar hasta 12 maniobras DL (CO/NO repetidas) sin ningún efecto medible en las estimaciones resultantes14. Estas son consideraciones importantes a la hora de obtener mediciones durante el ejercicio, ya que tanto una apnea larga como múltiples maniobras pueden ser difíciles de realizar a intensidades muy altas o en poblaciones de pacientes que experimentan disnea.

El presente trabajo proporciona un protocolo detallado, que incluye consideraciones teóricas y recomendaciones prácticas sobre la medición de DL,CO/NO durante el ejercicio y su uso como índice de la reserva alveolar-capilar. Este método es fácilmente aplicable en el entorno experimental y permite evaluar cómo la limitación de la difusión en los pulmones puede afectar a la absorción de oxígeno en diferentes poblaciones.

Teoría y principios de medición
El método DL,CO/NO implica una sola inhalación de una mezcla de gases con la suposición de que los gases se distribuyen uniformemente en el espacio alveolar ventilado después de la inhalación. La mezcla de gases consta de varios gases, incluido un gas trazador inerte. La dilución del gas trazador en el espacio alveolar ventilado, basada en su fracción en el aire al final de la espiración, puede utilizarse para calcular el volumen alveolar (VA)15. La mezcla de gases también incluye el gas de prueba CO y NO, los cuales se diluyen en el espacio alveolar ventilado y se difunden a través de la membrana alveolar-capilar. A partir de sus fracciones alveolares, se pueden calcular sus tasas individuales de desaparición (k), también denominada constante de difusión, del espacio alveolar. Por convención, la DL para un gas de prueba medido durante una maniobra de una sola respiración se obtiene de la siguiente ecuación16:

Equation 2

donde FA0 es la fracción alveolar del gas de prueba (CO o NO) al inicio de la apnea de la maniobra individual de DL , mientras que FA es la fracción alveolar del gas de prueba al final de la apnea, y tBH es el tiempo de apnea. DL es mecánicamente equivalente a la conductancia del gas de prueba a través de la membrana alveolar-capilar, a través del plasma y el interior de los glóbulos rojos hasta la hemoglobina. Por lo tanto, depende tanto de la conductancia de DM como de la llamada conductancia específica de la sangre capilar pulmonar (θ), de la cual esta última depende tanto de la conductancia del gas de prueba en sangre como de su velocidad de reacción con la hemoglobina10. Dado que el recíproco de la conductancia es la resistencia, la resistencia total a la transferencia de un gas de prueba depende de las siguientes resistencias de la serie10:

Equation 3

Estos componentes pueden distinguirse midiendo simultáneamente el DL a CO y NO, porque estos tienen diferentes valores θ y, por lo tanto, sus respectivos valores DL dependen de manera diferente de VC. La difusión pulmonar del CO depende más del VC que del NO, y el principal sitio de resistencia (~75%) a la difusión del CO se encuentra dentro de los glóbulos rojos12. Por el contrario, la principal resistencia (~60%) a la difusión del NO se encuentra en la membrana alveolar-capilar y en el plasma pulmonar, porque la velocidad de reacción del NO con la hemoglobina es sustancialmente mayor que la del CO. Por lo tanto, al medir simultáneamente DL,CO y DL,NO, los cambios tanto en DM como en VC afectarán marcadamente al primero, mientras que este último dependerá mucho menos de VC, lo que permitirá una evaluación integradora de los factores que determinan DL.

El informe de las métricas DL,CO/NO se puede realizar utilizando diferentes unidades. Por lo tanto, la Sociedad Respiratoria Europea (ERS) utiliza mmol/min/kPa, mientras que la Sociedad Torácica Americana (ATS) utiliza mL/min/mmHg. El factor de conversión entre las unidades es de 2,987 mmol/min/kPa = mL/min/mmHg.

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Protocol

El Comité de Ética Científica de la Región Capital de Dinamarca ha aprobado previamente la medición de DL,CO/NO en reposo, durante el ejercicio y en decúbito supino tanto en voluntarios sanos como en pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) de nuestra institución (protocolos H-20052659, H-21021723 y H-21060230).

NOTA: Antes de medir DL, CO/NO durante el ejercicio, se debe realizar una espirometría dinámica y una prueba de esfuerzo cardiopulmonar (CPET). La espirometría dinámica se utiliza para el control de calidad de las maniobras individuales de DL,CO/NO, mientras que el CPET se utiliza para determinar la carga de trabajo a la que se debe medir DL,CO/NO durante el ejercicio. En pacientes con limitación del flujo aéreo, especialmente debido a una enfermedad pulmonar obstructiva, puede ser ventajoso complementar la espirometría dinámica con una pletismografía de cuerpo entero para obtener una medida válida de la capacidad vital. Se recomienda realizar un chequeo médico para descartar cualquier contraindicación conocida antes de iniciar la CPET17. Es importante destacar que el CPET debe realizarse al menos 48 h antes de la medición de DL,CO/NO obtenida durante el ejercicio, ya que el ejercicio vigoroso previo puede afectar a la DL hasta al menos 24 h18,19.

1. Espirometría dinámica

NOTA: La espirometría dinámica debe realizarse de acuerdo con las guías clínicas vigentes de la ERS y la ATS20.

  1. Mida el peso (con una precisión de 100 g) y la altura (con una precisión de 1 mm).
  2. Pida al participante que se siente en una silla vertical.
  3. Realizar una espirometría dinámica durante una maniobra espirada forzada para identificar el volumen espirado forzado en 1 s (VEF1) y la capacidad vital forzada (CVF) del participante, como se describe en otro lugar20.

2. Prueba de esfuerzo cardiopulmonar (CPET)

NOTA: La CPET debe realizarse de acuerdo con las recomendaciones clínicas actuales21.

  1. Ajuste la bicicleta ergómetro de acuerdo con la altura del participante y coloque un monitor de frecuencia cardíaca (FC) en el pecho.
  2. Coloque al participante en el cicloerómetro. Equipar al participante con una mascarilla conectada a un sistema de medición metabólica, para medir la ventilación y el intercambio de gases pulmonares a lo largo de la prueba.
  3. Indíquele al participante que comience a andar en bicicleta a un ritmo autoseleccionado ≥60 rondas por minuto (RPM) y realice un período de calentamiento de 5 minutos con una carga de trabajo submáxima basada en el nivel de actividad autoinformado, el estado físico diario y el estado de la enfermedad (p. ej., 15-150 W).
  4. Aumentar la carga de trabajo en 5-20 W cada minuto hasta que el participante alcance el agotamiento voluntario. Los incrementos deben basarse en el nivel de condición física actual del participante, de modo que se espera que la prueba finalice entre 8 y 12 minutos después del comienzo de la fase incremental.
  5. Instruya al participante para que evite otros ejercicios vigorosos durante las próximas 48 h.

3. Calibración de un solo equipo de capacidad de difusión de aliento

NOTA: Es necesario calibrar los sensores de flujo y los analizadores de gases para garantizar que las mediciones sean válidas y fiables. El procedimiento exacto depende del fabricante y del dispositivo. El procedimiento de calibración, incluido el control biológico, debe completarse en cada día de estudio, y si se ejecuta menos de un día de estudio por semana, se deben realizar calibraciones semanales adicionales. La configuración experimental se muestra en la Figura 1.

  1. Abra el programa de software en la computadora y se iniciará un período de calentamiento automático de 50 minutos para garantizar una temperatura suficiente del neumotacómetro.
  2. Asegúrese de que los recipientes con los gases de prueba estén abiertos (consulte la figura 1D).
  3. Realice una calibración de gas conectando primero la línea de muestreo desde el neumotacómetro al complemento de la unidad analizadora MS-PFT denominado CAL (consulte la Figura 1B).
  4. Inicie la calibración del gas seleccionando Calibración en la página de inicio (consulte la Figura 2A) y elija Calibración del gas. Inicie la calibración pulsando Inicio o F1 (consulte la Figura 2B).
  5. Conecte la línea de muestreo al neumotacómetro cuando se cumpla y acepte la calibración del gas.
  6. Realice una calibración de volumen con una jeringa válida de 3 L. Inicie la calibración del volumen seleccionando Calibración en la página de inicio (consulte la Figura 2A) y elija Calibración de volumen. Inicie la calibración presionando F1 y siga las instrucciones proporcionadas por el software (consulte la Figura 2C).
  7. Asegúrese de que la bolsa inspiratoria esté conectada a la unidad analizadora MS-PFT (consulte la Figura 1C).
  8. Complete el procedimiento de calibración realizando una medición de control biológico en reposo en posición sentada. Esto debe ser realizado por un no fumador sano para garantizar la fiabilidad del método. Si la variación semanal del sujeto en cuestión en DL,CO o DL,NO varía más de 1,6 y 6,5 mmol/min/kPa (5 y 20 mL/min/mmHg), respectivamente, la variación puede deberse a un error de la máquina y debe investigarse más a fondo12, 22.

4. Preparación del participante

  1. Calcule la carga de trabajo deseada a partir de los resultados anteriores del CPET para la intensidad elegida (% de la carga de trabajo máxima (Wmáx)) en la que se medirá el DL,CO/NO .
  2. Al menos 48 h después de que el participante haya realizado el CPET, pídale que regrese al laboratorio para obtener la medición de DL,CO/NO durante el ejercicio.
  3. Mida la altura (en cm hasta el mm más cercano), el peso (en kg hasta los 100 g más cercanos) y la Hb de la sangre capilar (en mmol/L hasta el 0,1 mmol/L más cercano) del paciente.
  4. En la página de inicio del programa, elija Paciente > Paciente nuevo (Ver Figura 2A) y complete los datos requeridos: Identificación, Apellido, Nombre, Fecha de nacimiento, Sexo, Altura y Peso del participante. Continúe seleccionando OK o F1 (consulte la Figura 2D).

5. Medición DL, CO/NO durante el reposo vertical

NOTA: Las mediciones de DL,CO/NO se realizan de acuerdo con las recomendaciones clínicas actuales del grupo de trabajo12 de la ERS.

  1. En la página de inicio, elija Measurement > NO Difusión de membranas (consulte la Figura 2E).
  2. Inicie el restablecimiento automático del software, ponga a cero el analizador de gases para todos los gases de prueba e inicie la mezcla de los gases de prueba en la bolsa inspiratoria conectada. Inicie el restablecimiento automático presionando F1 (consulte la Figura 2F).
    1. El restablecimiento automático tarda entre 140 y 210 s. Tenga en cuenta las instrucciones proporcionadas por el software para reconocer cuándo iniciar la medición. Es importante iniciar la medición inmediatamente cuando el software le indique que conecte al paciente.
  3. Coloque al participante en una silla vertical equipada con una pinza nasal. Instruya al participante sobre cómo realizar la maniobra como se describe a continuación.
    1. Pida al participante que use la pinza nasal y comience las respiraciones corrientes normales a través de una boquilla conectada al neumotaquio. Para garantizar un sistema cerrado para las mediciones, asegúrese de que los labios del participante se mantengan cerrados alrededor de la boquilla.
    2. Después de tres respiraciones normales, indique al participante que realice una espiración máxima rápida para alcanzar el volumen residual (VD).
    3. Cuando se alcance el VD, indique inmediatamente al participante que realice una inspiración máxima rápida a la capacidad pulmonar total (TLC), con el objetivo de un tiempo inspiratorio de < 4 s. Durante la inspiración máxima, se abre una válvula, lo que permite al participante inhalar la mezcla de gases mezclada con una concentración conocida de NO (800 ppm NO/N2) en una bolsa inspiratoria justo antes de la inhalación.
    4. Pida al participante que realice una apnea de 5 (4-8) s en TLC. Durante la inspiración, se busca un volumen inspirado (VI) ≥90% de la FVC (o capacidad vital basada en pletismografía) con un tiempo de apnea de 4-8 s23 (Tabla 1).
    5. Después de la apnea, indique al participante que realice una espiración máxima fuerte y constante sin interrupciones.
    6. Después de la espiración máxima, pida al participante que suelte la boquilla y la pinza nasal. A continuación, el software calculará DL,NO y DL,CO sin ningún comando.
  4. Use estímulo verbal a lo largo de la maniobra para asegurarse de que el participante alcance RV y TLC. Evalúe la aceptabilidad de la maniobra según la Tabla 1.
  5. Vuelva a realizar la maniobra después de al menos un período de lavado de 4 minutos, y hasta que dos maniobras cumplan los criterios de aceptabilidad (Tabla 1) o hasta que se hayan realizado un total de 12 maniobras (ver más abajo) en la misma sesión.
  6. El DL,NO y DL,CO se notifican de acuerdo con los criterios descritos en la Tabla 2. También recomendamos que el tiempo de apnea, el volumen inspirado y el volumen alveolar como se ha informado. Además, debe indicarse el número de maniobras aceptables y repetibles, y deben interpretarse con cautela los resultados basados en maniobras que no cumplen los criterios de aceptabilidad o repetibilidad.

6. Medición de DL, CO / NO durante el ejercicio

NOTA: En la Figura 3 se proporciona una línea de tiempo de las mediciones de DL,CO/NO durante el ejercicio.

  1. Coloque la cicloergómetro a una distancia que permita al participante respirar a través de la boquilla sin tener que cambiar la posición de ciclismo. Aumente la altura del equipo para que las mediciones se puedan realizar con una posición de trabajo correcta sobre la bicicleta (Ver Figura 2).
  2. Coloque al participante en la bicicleta ergómetro y coloque un monitor de frecuencia cardíaca en el pecho. Indique al participante que realice cada maniobra como se describe en el paso 5.3.
  3. Instruya al participante para que comience a pedalear durante 5 minutos con una carga de trabajo submáxima, como calentamiento antes de la medición.
  4. Aumente la carga de trabajo a la intensidad deseada y, al mismo tiempo, inicie el restablecimiento automático del dispositivo pulsando F1 (consulte el paso 5.2). El restablecimiento automático tarda entre 140 y 210 segundos, lo que es suficiente para garantizar que el participante haya alcanzado el estado estable.
  5. Cuando finalice el restablecimiento automático, gire la boquilla hacia el participante y realice una maniobra como se describe a continuación mientras el participante continúa pedaleando a la intensidad objetivo.
    1. Siga los pasos de los pasos 5.4 a 5.5. Evalúe los criterios de aceptabilidad y repetibilidad (Tabla 1) en cada carga de trabajo, e informe sobre las mediciones durante el descanso (consulte el paso 5.6 y la Tabla 2).
  6. Una vez finalizada la maniobra, retire la boquilla y disminuya la carga de trabajo a 15-40 W. Realice la fase de recuperación activa durante 2 minutos, después de lo cual repita los pasos 6.4 y 6.5. Los 2 minutos de recuperación activa y los 140-210 s durante el reinicio automático proporcionan un período de lavado suficiente de 4-5 minutos.

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Representative Results

El protocolo se implementó en 2021 y, en el momento de escribir este artículo, se habían realizado un total de 124 mediciones durante el ejercicio (es decir, 51 en voluntarios sanos y 73 en pacientes con EPOC de diversa gravedad). Las maniobras, así como los datos sobre el cumplimiento de los criterios de aceptabilidad y repetibilidad, y la tasa de fallas, se proporcionan en la Tabla 3.

Cálculos
A modo de ejemplo, aquí se proporcionan cálculos de una sola maniobra DL,CO/NO basados en los datos de la primera maniobra al 20% de Wmáx . en el grupo sano como un estudio de caso que se describe a continuación. Sobre la base de los valores medidos proporcionados en la Tabla 4, se calcula lo siguiente:

Equation 4
Equation 5
(BTPS)

donde FI es la fracción inspirada, VI es el volumen inspirado, y DD,inst y VD,anat son el espacio muerto instrumental y anatómico, respectivamente.

Equation 6

Equation 7

Equation 8

donde FI es la fracción inspirada, PB es la presión barométrica y PH2O es la presión de vapor de agua saturada, y donde Equation 9

Equation 10

Equation 11

Equation 12

Interpretación de los resultados de DL,CO/NO obtenidos durante el ejercicio
La medida de resultado primaria de interés es DL,NO, ya que el cambio en DL,NO del reposo a una carga de trabajo específica se interpreta para proporcionar una medida general de la reserva alveolar-capilar. En individuos sanos, la DL,NO aumenta linealmente con el aumento de la intensidad del ejercicio, lo que se atribuye a la mayor captación de sangre en el lecho capilar pulmonar, facilitada por un aumento del gasto cardíaco12. Esto conduce al reclutamiento capilar debido al aumento del flujo sanguíneo o la presión y al reclutamiento de la superficie de la membrana alveolar-capilar, lo que resulta en una distribución más homogénea de los glóbulos rojos y una mejor alineación entre el tejido y las superficies de la membrana de los glóbulos rojos12. Por el contrario, DL,CO se considera una medida secundaria en este contexto, utilizada principalmente para deducir si se producen cambios concurrentes en VC . Para la interpretación a nivel individual, las diferencias entre dos mediciones mayores que el error de medición se consideran fisiológicas24, es decir, 2,7 mmol/min/kPa para DL,NO y 1,6 mmol/min/kPa para DL,CO.

Casos de estudio
Una mujer sana de 25 años con un Equation O2máx . de 2696 mL Ø2/min (47,3 mL Ø2/min/kg) realizó ocho maniobras DL,CO/NO , comenzando con mediciones durante el reposo erguido en posición sentada, seguidas de mediciones durante el ejercicio en una bicicleta ergométrica (Wmáx . = 208) con intensidad creciente hasta el 60% de la Pmáx . (Tabla 5). Todas las maniobras cumplieron con los criterios de aceptabilidad y repetibilidad.

Varón de 68 años con EPOC moderada (FEV1= 56% de lo previsto) con un Equation O2peak de 1852 mL O2/min (22,8 mL O2/min/kg) realizó ocho maniobras DL,CO/NO , comenzando con mediciones durante el reposo erguido en posición sentada, seguidas de mediciones durante el ejercicio en bicicleta ergométrica (Wmáx = 125 W) con intensidad creciente hasta el 60% de la Wmáx . (Tabla 6). Todas las maniobras cumplieron con los criterios de aceptabilidad y repetibilidad.

En la Figura 4 se presentan los resultados notificados para cada carga de trabajo de los dos casos descritos anteriormente. Además, en la Figura 5 se presenta DL,NO y DL,CO en función de Equation O2 (calculado a partir de mediciones de aire espirado). En el individuo sano, se observa un aumento casi lineal de la DL,NO como se esperaba, con la excepción de una meseta del 20% al 40% de la Wmáx., mientras que se produce un ligero aumento gradual de la DL,CO en todas las cargas de trabajo. Esto sugiere quela DM aumenta inicialmente con una VC inalterada al inicio del ejercicio, lo que refleja una redistribución del flujo sanguíneo pulmonar para reclutar capilares previamente no perfundidos, pero con un aumento gradual concomitante de la VC con cargas de trabajo más altas, lo que demuestra que el reclutamiento capilar y la distensión alternados juntos funcionan para optimizar el intercambio de gases pulmonares durante el ejercicio incremental. En el caso de la EPOC, la DL,NO aumenta en la primera carga de trabajo, y luego se estabiliza para permanecer en el mismo nivel durante las cargas de trabajo restantes, lo que indica que toda la reserva alveolar-capilar ya se alcanza al 20% de la Wmáx. En general, el grado de reclutamiento y distensión capilar pulmonar, es decir, la reserva alveolar-capilar, es menor en el caso de EPOC que en el individuo sano.

Figure 1
Figura 1: Descripción general de la configuración del estudio. (A) Configuración del estudio para la medición realizada durante el ejercicio. (B) Calibración de gas con una línea de muestreo conectada al enchufe de la unidad analizadora MS-PFT denominada CAL. (C) Una bolsa inspiratoria conectada a la unidad analizadora MS-PFT. D) Recipientes que contengan los gases de ensayo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2: Guía del programa. (A) En la página de inicio, seleccione Calibración. (B) Seleccione Calibración de gas. (C) Seleccione Calibración de volumen. (d) Seleccione un nuevo paciente. (E) Seleccione Nuevo paciente y complete la información requerida. (F) Seleccione las medidas y elija NO diff Membrane. (G) Inicie el restablecimiento automático pulsando F1. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3: Cronología de una medición de la capacidad de difusión durante el ejercicio. Creado con BioRender. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4: Capacidad de difusión pulmonar. Comparación de la capacidad de difusión pulmonar con monóxido de carbono (DL,CO) y óxido nítrico (DL,NO) durante el ejercicio incremental en función del % de la carga de trabajo máxima (Wmáx.) en un individuo sano y un individuo con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 5
Figura 5: Capacidad de difusión pulmonar. Comparación de la capacidad de difusión pulmonar con monóxido de carbono (DL, CO) y óxido nítrico (DL, NO) durante el ejercicio incremental en función de la absorción de oxígeno (Equation O2) en un individuo sano y un individuo con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Criterios de aceptabilidad
1. ≥ 90% de FVC o VC
O ≥ el 85% de la FVC o VC
Y VA dentro de los 200 ml del VA más grande de otras maniobras aceptables
O ≥ el 85% de la FVC o VC
Y VA dentro del 5% del VA más grande de otras maniobras aceptables
2. Una apnea estable de 4 a 8 segundos sin evidencia de fugas o maniobras de Valsalva/Müller
Criterios de repetibilidad
Dos maniobras aceptables con valores dentro de
< 5.8 mmol·min-1·kPa-1 para DL,NO
< 1 mmol·min-1·kPa-1 para DL,CO

Table 1: Criterios de aceptabilidad y repetibilidad. Abreviaturas: DL,CO: Capacidad de difusión pulmonar al monóxido de carbono, DL,NO: Capacidad de difusión pulmonar al óxido nítrico, FVC: Capacidad vital forzada, VA: Volumen alveolar; VC: Capacidad vital.

No. de maniobras aceptables Criterios de repetibilidad cumplidos Acción
≥2 Sí Informe de la media DL,NO y media DL,CO de dos maniobras aceptables y repetibles
≥2 No Informar los valores de la maniobra con el DL,NO más alto
1 Sí Informar de los valores de la maniobra aceptable
1 No Informar de los valores de la maniobra aceptable
0 Sí Informar de la media DL,NO y de la media DL,CO de todas las maniobras repetibles
0 No Medición fallida

Table 2: Comunicación de datos. Abreviaturas: DL,CO: Capacidad de difusión pulmonar al monóxido de carbono, DL,NO: Capacidad de difusión pulmonar al óxido nítrico.

Grupo Medidas (n) Maniobras pr. medición (mediana [IQR]) Criterios de aceptabilidad cumplidos, n (%) Criterios de repetibilidad cumplidos, n (%) Medición fallida, n (%)
Sano 51 2 (2-2) 50 (98) 51 (100) 0 (0)
EPOC leve 24 3 (2-3) 22 (92) 22 (92) 0 (0)
EPOC moderada 39 2 (2-3) 26 (67) 32 (82) 3 (8)
EPOC grave 10 2 (2-3) 1 (10) 4 (40) 6 (60)
Todo 124 2 (2-3) 99 (80) 109 (88) 9 (7)

T able 3: Mediciones de DL,CO/NO completadas durante el ejercicio en nuestra institución entre julio de 2021 y diciembre de 2023. Abreviaturas: EPOC, enfermedad pulmonar obstructiva crónica.

Fracciones
FI,CO 0.238
FI,NO 48,75 x 10-6
FI,He 0.08
FA,CO 0.12
FA,NO 6,18 x 10-6
FA,He 0.0603
Volúmenes (BTPS)
VI (L) 4.13
VD,anat (L) 0.132
VD,inst (L) 0.220
tBH (seg) 5.65

T able 4: Medición de las fracciones de gas trazador inerte y de prueba en aire inspirado (FI) y alveolar (FA) durante una maniobra de una sola respiración. Abreviaturas: VI: volumen inspirado; VD,anat: espacio muerto anatómico; VD,inst: espacio muerto del instrumento; tBH: tiempo de apnea.

Derecho 0.2 0.4 0.6
reposo de Wmáx. de Wmáx. de Wmáx.
Carga de trabajo (vatios) 0 40 80 125
Maniobrar 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
Tiempo de apnea (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

T able 5: Datos de un individuo sano. Abreviaturas: DL,NO: Capacidad de difusión pulmonar al óxido nítrico, DL,CO: Capacidad de difusión pulmonar al monóxido de carbono, VI: Volumen inspirado, VA: Volumen alveolar.

Derecho 0.2 0.4 0.6
reposo de Wmáx. de Wmáx. de Wmáx.
Carga de trabajo (vatios) 0 25 50 75
Maniobrar 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
Tiempo de apnea (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

Tabla 6: Datos de un individuo con enfermedad pulmonar obstructiva crónica. Abreviaturas: DL,NO: Capacidad de difusión pulmonar al óxido nítrico, DL,CO: Capacidad de difusión pulmonar al monóxido de carbono, VI: Volumen inspirado, VA: Volumen alveolar.

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Discussion

El protocolo proporciona un enfoque estandarizado para la medición de DL,CO/NO durante el ejercicio utilizando la técnica de doble gas de prueba de una sola respiración. Dado que las métricas DL,CO/NO obtenidas aumentan debido al reclutamiento y la distensión capilar pulmonar, el método proporciona una medida fisiológicamente significativa de la reserva alveolar-capilar.

Pasos críticos en el protocolo
El método requiere una exhalación al volumen residual seguida de una inspiración a la capacidad pulmonar total en la que se lleva a cabo una apnea de 5 s y se termina con una espiración al VD. Este es un paso crítico, ya que puede ser complicado de realizar durante el ejercicio y especialmente durante el ejercicio a altas intensidades. El aumento de la intensidad del ejercicio puede conducir a una disminución del VI, y si disminuye por debajo del 85% de la capacidad vital, la maniobra no es aceptable (ver Tabla 1). Por lo tanto, es importante que el instructor de la prueba tome nota de si el participante inhala lo suficiente y confirme un tiempo suficiente de retención de la respiración de cuatro a ocho segundos, inmediatamente después de cada maniobra12. Además, en algunos casos puede ser difícil lograr criterios de repetibilidad; en estos casos, se reportan los datos de la maniobra con mayor DL,NO, y se recomienda que se indique explícitamente en cuántos casos fue necesario al presentar los datos. En algunos casos, puede que no sea posible obtener mediciones aceptables o repetibles durante el ejercicio, por ejemplo, en estudios de pacientes que experimentan una disnea grave por lo que no pueden lograr una apnea suficiente y/o aquellos con hiperinflación dinámica con una disminución concomitante de la capacidad inspiratoria durante el ejercicio. En estos casos, puede ser más adecuado utilizar las mediciones de DL,CO/NO obtenidas en decúbito supino, lo que también conduce al reclutamiento y distensión capilar pulmonar, aunque menos pronunciado que durante el ejercicio submáximo24,25.

Modificaciones y solución de problemas del método
Es importante que una medición en reposo siempre preceda a cualquier medición realizada durante el ejercicio, ya que la DL,CO puede reducirse hasta 6-20 h después de un ejercicio de alta intensidad realizado hasta el agotamiento 18,19,26. Además, es importante registrar la FC y/u otros índices de carga metabólica para asegurar que las mediciones obtenidas en diferentes sujetos se han realizado en estado estacionario y con cargas de trabajo metabólicas similares.

Es posible que el método no sea sensible para detectar pequeños cambios en DL, NO o DL, CO, ya que la variabilidad de prueba a prueba dentro de la misma sesión se ha informado de hasta un 7% dependiendo de la métrica específica12. En consecuencia, es importante elegir una intensidad de ejercicio que sea suficiente para inducir un aumento mayor que el error de medición, teniendo en cuenta que el participante debe ser capaz de realizar al menos dos maniobras aceptables a la intensidad dada. Entre los estudios previos que utilizaron el método de gas de prueba dual, se han utilizado varias intensidades de leves a moderadas. La mayoría de los estudios han utilizado una intensidad relativa relacionada con el % del umbral ventilatorio24,27, el % de la FC máxima prevista por la edad28 o el % de la reserva máxima de oxígeno29, mientras que solo un estudio ha aplicado una intensidad absoluta a una carga de trabajo fija de 80 W30. A lo largo de los estudios, estas cargas de trabajo corresponden a intensidades relativas que oscilan entre el 20% y el 86% de Wmáx. 24,27,29. Para facilitar la comparación de las mediciones entre estudios, se recomienda implementar una intensidad relativa, es decir, % de Wmáx., % de FC máxima (FCmáx.) o % de Equation O2máx (u Equation Ø2pico), y reportar tanto Wmáx como la carga de trabajo con la que se obtuvo la medición.

La importancia del método con respecto a los métodos existentes/alternativos
En cuanto a Equation 1, DM y VC pueden derivarse matemáticamente de DL,CO/NO12,31, y aunque esto debe hacerse con precaución (ver 'Limitaciones del método' más adelante), permite una evaluación mecanicista más directa de cómo la expansión del área de superficie alveolar-capilar a través del reclutamiento capilar pulmonar (evaluado por DM) y la distensión (un aumento en VC que excede el de DM) contribuyen a los cambios asociados al ejercicio en el intercambio gaseoso pulmonar. Sin embargo, hasta donde sabemos, el método DL,CO/NO de una sola respiración solo se ha validado Equation 1 durante las condiciones de reposo erguido11. Los dos métodos han sido utilizados durante el ejercicio en varios estudios previos y muestran cambios fisiológicos similares en D, M y VC en individuos jóvenes sanos 3,24. Sin embargo, es posible un número diferente de maniobras con cada método, permitiendo Equation 1 un máximo de seis y DL,CO/NO permitiendo hasta 12 maniobras en la misma sesión12. Esto se debe a que, a pesar de tener la misma fracción de CO (~0,30), el menor tiempo de apnea (5 s frente a 10 s) de DL,CO/NO da como resultado una menor acumulación de CO en la sangre y, posteriormente, una menor contrapresión de CO14. Además, se pueden realizar maniobras de hasta 22 DL,CO/NO sin afectar a DL,NO, porque los niveles de NO exhalado endógeno, que oscilan entre 11 y 66 ppb, son 1000 veces más bajos que las mediciones de NO, que se encuentran en el rango de ppm14. Por lo tanto, dado que Equation 1 se utilizan 10 s DL,CO, y se requieren al menos dos maniobras para evaluar la repetibilidad en cada Equation 1una, lo que corresponde a un mínimo de cuatro maniobras en cada intensidad de ejercicio, cuando se lleva a cabo una doble terminación, esto podría no ser factible durante el ejercicio. Así, los métodos anteriores Equation 1 han utilizado una sola maniobra en cada Equation 13uno, dando como resultado un mínimo de tres maniobras en cada intensidad de ejercicio32, con el notable inconveniente de que no se puede evaluar hasta qué punto las maniobras son efectivamente repetibles. Aún así, el método DL,CO/NO solo requiere dos mediciones si cumplen con los criterios de repetibilidad y se consideran aceptables en cada intensidad de ejercicio. Sin embargo, se ha demostrado que Equation 1 proporciona una repetibilidad aceptable comparable a la de DL,CO/NO durante el ejercicio, incluso cuando Equation 1 se acorta el tiempo de apnea. Por lo tanto, durante el ejercicio moderado, previamente encontramos un coeficiente de varianza (CV) entre días del 2% al 6% para las diferentes métricas DL,CO/NO en el tiempo de apnea de ~ 6 s24, mientras que solo se han reportado Equation 1 CV ligeramente más altos del 7%, 8% y 15% para DL, CO, VC y DM, respectivamente, con un tiempo de apnea similar32.

En una nota relacionada, se sabe que el DL,CO medido en el contexto de DL,CO/NO es consistentemente más bajo que el DL,CO más ampliamente utilizado basado en una apnea de 10 s12,33. Según estudios previos, esto no se debe a la diferencia en el tiempo de apnea, ya que un tiempo de apnea más corto aumentaría la DL,CO34. Más bien, podría deberse a otros factores, como la composición del gas inhalado y la cinética dispar de CO frente a NO33. En primer lugar, el DL,CO/NO emplea helio, mientras que el clásico 10 s DL,CO utiliza metano como gas trazador inerte; Debido a sus distintas propiedades físicas, estos gases exhiben diferentes distribuciones y solubilidades en los pulmones y los tejidos. Esto podría resultar en un VA más bajo con helio que con metano. Por último, la reactividad de los gases de prueba significa que las diferencias en la cinética de NO y CO cuando la unión con la hemoglobina podría desempeñar un papel. Aunque especulativa, la presencia de NO en DL,CO/NO puede, por lo tanto, influir en la unión del CO a la hemoglobina33.

La velocidad de difusión del CO a través de la membrana alveolar-capilar depende de la unión del CO a la hemoglobina en la sangre y, además de utilizarse para calcular el θCO, la corrección de la hemoglobina del valor DL,CO-DO puede ser apropiada dependiendo del contexto específico35. Esto es prevalente en un entorno clínico, pero es menos crucial en individuos sanos donde el impacto sobre la DL,CO es a menudo insignificante. Dichas correcciones también pueden utilizarse para evaluar la DL,CO/NO durante el ejercicio, pero son menos relevantes cuando se evalúan cambios específicos en el reposo y el ejercicio, en los que los cambios (agudos) en la hemoglobina son de menor importancia. En cualquier caso, deben hacerse con precaución, ya que estas ecuaciones presuponen una relación de 0,7 entre el DM y θ∙Vc para el CO35, una presunción que podría no ser cierta durante el ejercicio.

Limitaciones del método
El aumento dependiente de la intensidad de DL,NO y DL,CO durante el ejercicio en individuos sanos refleja el reclutamiento y la distensión capilar pulmonar. Es probable que solo se pueda obtener una medida directa de la reserva alveolar-capilar a una intensidad submáxima, ya que el abordaje no sería factible en la práctica ni en el entorno experimental ni en el clínico a máxima intensidad, donde el reclutamiento y la distensión máximos pueden ser evidentes. Por lo tanto, la opción pragmática consiste en apuntar a una carga de trabajo preespecificada (absoluta o relativa) suficiente para desencadenar el reclutamiento y la distensión capilar pulmonar de manera sistemática, al tiempo que es factible para todos los participantes. En el presente protocolo, la intensidad se basó en el % de Wmáx ., ya que es fácilmente transferible a otros estudios. Tradicionalmente, el ejercicio se ha prescrito de acuerdo con el % de Equation O2máx . o FCmáx., pero esto requiere que todos los participantes alcancen su verdadero máximo. De lo contrario, los participantes podrían realizar la medición a diferentes intensidades relativas36, lo que puede suponer un problema y complicar la interpretación fisiológica en poblaciones con disnea de esfuerzo grave, como los pacientes con enfermedad pulmonar o cardíaca crónica.

Debe tenerse en cuenta que dentro de la maniobra individual DL,CO/NO , los gases de prueba pueden no distribuirse a áreas de los pulmones relativamente mal ventiladas. Esto plantea un problema menor en individuos sin enfermedad pulmonar, pero en presencia de una falta sustancial de homogeneidad de la ventilación, incluido el atrapamiento de aire manifiesto, la verdadera DL del participante puede estar sobreestimada, porque la medición solo refleja las condiciones en las regiones mejor ventiladas de los pulmones, un efecto que se acentúa por una respiración más corta37. En principio, esto puede conducir a una reducción aparentemente paradójica de la reserva alveolar-capilar si un participante con enfermedad pulmonar se expone a una intervención que reduce la falta de homogeneidad de la ventilación.

La disminución de la DL,CO asociada al ejercicio que supera a la de la DL,NO a la intensidad más alta (60% de la Wmáx.) en el caso de EPOC aquí descrito debe interpretarse con cautela, ya que no es fácil de interpretar desde el punto de vista fisiológico. Un patrón similar se ha observado en la mayoría de los 73 pacientes con EPOC que hemos estudiado en nuestra institución hasta el momento, y hay que tener en cuenta la contribución de las limitaciones meramente metódicas. Por lo tanto, aparte de que el CO posiblemente sea más susceptible que el NO a la falta de homogeneidad de la ventilación de impacto descrita anteriormente, el hecho de que el NO reaccione casi 300 veces más rápido con la hemoglobina y también se difunda a través de los tejidos y el plasma dos veces más rápido que el CO también puede desempeñar un papel31. Por lo tanto, mientras que tanto el NO como el CO normalmente experimentan un intercambio gaseoso de difusión limitada, la absorción de CO puede llegar a ser limitada por la perfusión cuando la perfusión en unidades pulmonares individuales disminuye ~ 100 veces31, lo que conduce a una reducción de la DL,CO medida sin afectar a la DL, NO. Dado que la EPOC se asocia con la destrucción alveolar y la pérdida progresiva de los capilares con una distribución concomitantemente no homogénea de ventilación-perfusión a través de los pulmones39, las unidades pulmonares con una reducción de 100 veces en la perfusión no son infrecuentes40, y de hecho representan áreas en las que el tiempo de tránsito de los glóbulos rojos puede reducirse críticamente para perjudicar tanto la absorción de oxígeno como la de CO durante el ejercicio. Un factor complementario adicional que puede estar en juego es una distribución desigual de los glóbulos rojos dentro de la red capilar de las unidades pulmonares individuales41, que también puede tener un efecto mucho más profundo sobre la DL,CO que sobre la DL,NO.

Es posible derivar D, M y VC a partir de Equation  las mediciones12, pero sin embargo no se utiliza ampliamente porque se introducen errores sistemáticos, ya que su derivación implica varios supuestos y constantes empíricas31. Por ejemplo, el consenso científico prevaleciente reconoce que la relación de difusividad α 1,97, que representa la relación de solubilidades físicas de NO y CO en el tejido42. Varios estudios han cuestionado este valor, y algunos proponen valores de α más altos para conciliar las discrepancias entre los diferentes métodos de medición. Sin embargo, estas proposiciones son predominantemente descartadas ya que se desvían de la razón de difusividad física, lo que lleva a valores de α inconsistentes12. Además, se supone que θNO tiene un valor finito, pero históricamente se suponía infinito debido a su rápida velocidad de reacción con la hemoglobina libre. Sin embargo, amplios debates y estudios recientes han cuestionado esta suposición, estableciendo que el θNO es finito, con 1,51 mL deCO ensangre/min/kPa/mmol proporcionando la mejor estimación actual, ya que alinea bien las predicciones teóricas, así como la amplia experimentación in vitro e in vivo 12. De manera similar, las ecuaciones para θCO se basan en constantes empíricas obtenidas a pH 7.4, rechazando valores anteriores que se basaban en mediciones de pH menos precisas y no fisiológicas43. Sin embargo, de las diferentes métricas que se pueden obtener por este método, DL,NO se basa en cualquier caso en el menor número de supuestos y parece proporcionar las estimaciones más reproducibles de la reserva alveolar-capilar24 y, por lo tanto, sigue siendo la principal medida de resultado de interés en el contexto de la reserva alveolar-capilar.

Importancia y aplicaciones potenciales del método en áreas específicas de investigación
Las mediciones de DL,CO/NO pueden proporcionar una descripción completa del intercambio gaseoso pulmonar durante el ejercicio. El método puede ser potencialmente más fácil de implementar durante el ejercicio que Equation 1 en estudios clínicos en poblaciones con disnea de esfuerzo, como pacientes con insuficiencia cardíaca y enfermedad pulmonar crónica, debido a las apneas más cortas y menos maniobras requeridas en cada carga de trabajo. Además, DL,CO/NO proporciona específicamente DL,NO que probablemente proporciona la estimación más imparcial de la reserva alveolar-capilar a una intensidad de ejercicio dada, lo que la convierte en una medida de resultado adecuada en muchos casos.

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Disclosures

El equipo y el software presentados en el artículo no son gratuitos. Ninguno de los autores está asociado con ninguna empresa que proporcione la licencia del software. Todos los autores declaran no tener intereses financieros contrapuestos.

Acknowledgments

El estudio recibió apoyo financiero de la Fundación Svend Andersen. El Centro de Investigación de la Actividad Física cuenta con el apoyo de las subvenciones TrygFonden ID 101390, ID 20045 e ID 125132. JPH está financiado por HelseFonden y el Hospital Universitario de Copenhague, Rigshospitalet, mientras que HLH está financiado por la Fundación 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

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