Waiting
Processando Login

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

Dubbel testgas pulmonell diffusionskapacitetsmätning under träning på människor med hjälp av enandedräktsmetoden

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

Detta protokoll presenterar en metod för att bedöma pulmonell alveolär kapillärreserv mätt genom kombinerad mätning med ett andetag av diffusionskapaciteten till kolmonoxid (DL,CO) och kväveoxid (DL,NO) under träning. Antaganden och rekommendationer för att använda tekniken under träning utgör grunden för denna artikel.

Abstract

Den kombinerade mätningen med ett andetag av diffusionskapaciteten hos kolmonoxid (DL,CO) och kväveoxid (DL,NO) är en användbar teknik för att mäta pulmonell alveolär kapillärreserv i både friska och patientpopulationer. Mätningen ger en uppskattning av deltagarens förmåga att rekrytera och vidga lungkapillärer. Metoden har nyligen rapporterats uppvisa en hög test-retest-reliabilitet hos friska frivilliga under träning av lätt till måttlig intensitet. Observera att denna teknik tillåter upp till 12 upprepade manövrar och kräver endast ett enda andetag med en relativt kort andhämtningstid på 5 s. Representativa data tillhandahålls som visar de gradvisa förändringarna i DL,NO och DL,CO från vila till träning vid ökande intensiteter på upp till 60 % av maximal arbetsbelastning. Mätning av diffusionskapacitet och utvärdering av alveolär kapillärreserv är ett användbart verktyg för att utvärdera lungans förmåga att svara på träning både i den friska befolkningen och i patientpopulationer som de med kronisk lungsjukdom.

Introduction

Träning leder till en avsevärd ökning av energibehovet jämfört med vilotillståndet. Hjärtat och lungorna svarar genom att öka hjärtminutvolymen och ventilationen, vilket resulterar i en expansion av den alveolära kapillärbädden, främst rekrytering och utspändhet av lungkapillärer1. Detta säkerställer ett tillräckligt lunggasutbyte, vilket kan mätas genom en ökning av lungdiffusionskapaciteten (DL)2,3,4. De första försöken att mäta DL under träning går tillbaka mer än ett sekel 5,6,7. Förmågan att öka DL från vilotillståndet kallas ofta den alveolära kapillärreserven 8,9.

Experimentellt kan de relativa bidragen av alveolar-kapillärmembrandiffusionskapacitet (DM) och lungkapillärblodvolym (VC) till alveolär kapillärreserv bedömas med olika metoder, inklusive den klassiska multipla fraktioner av inandat syre (Equation 1) metod10. En alternativ teknik som kan vara användbar i detta sammanhang är den dubbla testgasmetoden, där DL till kolmonoxid (CO) och kväveoxid (NO) (DL,CO/NO) mäts samtidigt11. Denna teknik utvecklades på 1980-talet och drar nytta av det faktum att reaktionshastigheten för NO med hemoglobin (Hb) är betydligt högre än för CO, så att lungdiffusionen av CO beror mer på VC än vad NO. Därför är den huvudsakliga platsen för resistens (~ 75%) mot CO-diffusion belägen i den röda blodkroppen, medan det huvudsakliga motståndet (~60%) mot NO-diffusion är vid det alveolära kapillärmembranet och lungplasma12. Den samtidiga mätningen av DL,CO och DL,NO gör det således möjligt att bedöma de relativa bidragen frånD M ochV C till DL12, där den förändring i DL,NO som observerats under träning således till stor del återspeglar expansionen av det alveolära kapillärmembranet. En ytterligare fördel med denna metod vid mätning under träning är att den innebär en relativt kort andningstid (~5 s) och färre manövrar jämfört med den klassiska Equation 1 tekniken, där flera upprepade manövrar med en standardiserad 10 s andningshållning utförs vid olika syrenivåer. Även om Equation 1 det nyligen har tillämpats med en kortare andhållningstid och färre manövrar vid varje intensitet13. Equation 1 Tillåter dock endast totalt sex DL,CO-manövrar per session, medan upp till 12 upprepade DL,CO/NO-manövrar kan utföras utan någon mätbar effekt på de resulterande uppskattningarna14. Detta är viktigt att tänka på när man gör mätningar under träning eftersom både ett långt andtaget och flera manövrar kan vara svåra att utföra vid mycket höga intensiteter eller i patientpopulationer som upplever dyspné.

Detta dokument ger ett detaljerat protokoll, inklusive teoretiska överväganden och praktiska rekommendationer om mätning av DL,CO/NO under träning och dess användning som ett index för den alveolära kapillärreserven. Denna metod är lätt att tillämpa i experimentmiljö och möjliggör bedömning av hur diffusionsbegränsning i lungorna kan påverka syreupptagningsförmågan i olika populationer.

Teori och mätprinciper
DL,CO/NO-metoden innebär ett enda andetag av en gasblandning med antagandet att gaserna fördelar sig lika i det ventilerade alveolära utrymmet efter inandning. Gasblandningen består av flera gaser, bland annat en inert spårgas. Utspädningen av spårgasen i det ventilerade alveolära utrymmet, baserat på dess fraktion i slutexpiratorisk luft, kan användas för att beräkna alveolarvolymen (VA)15. Gasblandningen omfattar även testgasen CO och NO, som båda späds ut i det ventilerade alveolära utrymmet och diffunderar över det alveolära kapillärmembranet. Baserat på deras alveolära fraktioner kan deras individuella försvinnandehastigheter (k), även kallad diffusionskonstanten, från det alveolära rummet beräknas. Enligt vedertaget bruk härledsD-L för en provgas som uppmätts under en manöver med ett andetag av följande ekvation16:

Equation 2

där FA0 är den alveolära fraktionen av provgasen (CO eller NO) i början av andningsuppehållet för den enskilda D L-manövern, medan F A är den alveolära fraktionen av provgasen i slutet av andningsuppehållet och tBH är andningsuppehållstiden. DL är mekaniskt ekvivalent med testgasens konduktans över det alveolära kapillärmembranet, genom plasma och de röda blodkropparnas inre till hemoglobin. Det beror alltså både på konduktansen hos DM och den så kallade specifika konduktansen hos lungkapillärblodet (θ), varav det senare beror både på testgasens konduktans i blodet och på dess reaktionshastighet med hemoglobin10. Med tanke på att den reciproka konduktansen är resistans, beror det totala motståndet mot överföringen av en testgas på följande motstånd i serie10:

Equation 3

Dessa komponenter kan särskiljas genom att mäta DL till CO och NO, eftersom dessa har olika θ-värden, och deras respektive DL-värden därför beror olika på VC. Lungdiffusionen av CO beror mer på VC än NO, med den huvudsakliga platsen för resistens (~ 75%) mot CO-diffusion i den röda blodkroppen12. Däremot är det huvudsakliga motståndet (~60%) mot NO-diffusion vid det alveolära kapillärmembranet och lungplasman, eftersom reaktionshastigheten för NO med hemoglobin är betydligt större än för CO. Därför, genom att samtidigt mäta DL,CO och DL,NO, kommer förändringar i både DM och VC att markant påverka den förra, medan den senare kommer att bero mycket mindre på VC, vilket möjliggör en integrativ bedömning av de faktorer som bestämmer DL.

Rapporteringen av D, L, CO/NO-mått kan göras med hjälp av olika enheter. Därför använder European Respiratory Society (ERS) mmol/min/kPa, medan American Thoracic Society (ATS) använder ml/min/mmHg. Omvandlingsfaktorn mellan enheterna är 2,987 mmol/min/kPa = ml/min/mmHg.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Den vetenskapliga etiska kommittén för Region Hovedstaden har tidigare godkänt mätning av DL,CO/NO i vila, under träning och i ryggläge hos både friska frivilliga och patienter med kronisk obstruktiv lungsjukdom (KOL) vid vår institution (protokoll H-20052659, H-21021723 och H-21060230).

OBS: Innan DL,CO/NO mäts under träning måste en dynamisk spirometri och ett kardiopulmonellt träningstest (CPET) utföras. Den dynamiska spirometrin används för kvalitetskontroll av de enskilda DL,CO/NO-manövrerna, medan CPET används för att bestämma den arbetsbelastning vid vilken DL,CO/NO ska mätas under träning. Hos patienter med begränsat luftflöde, särskilt på grund av obstruktiv lungsjukdom, kan det vara fördelaktigt att komplettera den dynamiska spirometrin med en helkroppspletysmografi för att få ett giltigt mått på vitalkapacitet. En medicinsk hälsokontroll för att utesluta kända kontraindikationer innan CPET påbörjas rekommenderas17. Det är viktigt att CPET utförs minst 48 timmar före DL,CO/NO-mätningen som erhålls under träning, eftersom tidigare kraftig träning kan påverka DL i upp till minst 24 timmar18,19.

1. Dynamisk spirometri

OBS: Dynamisk spirometri ska utföras i enlighet med gällande kliniska riktlinjer från ERS och ATS20.

  1. Mät vikt (med en noggrannhet på 100 g) och en höjd (med en noggrannhet på 1 mm).
  2. Be deltagaren att sätta sig i en upprätt stol.
  3. Utför en dynamisk spirometri under en forcerad utgången manöver för att identifiera den påtvingade utgångna volymen i 1 s (FEV1) och forcerad vitalkapacitet (FVC) hos deltagaren, som beskrivs på andra ställen20.

2. Kardiopulmonellt träningstest (CPET)

OBS: CPET bör utföras i enlighet med gällande kliniska rekommendationer21.

  1. Justera cykelergometern efter deltagarens längd och placera en pulsmätare (HR) på bröstet.
  2. Placera deltagaren på cykelergometern. Utrusta deltagaren med en mask ansluten till ett metaboliskt mätsystem för att mäta ventilation och lunggasutbyte under hela testet.
  3. Instruera deltagaren att börja cykla i ett självvalt tempo ≥60 varv per minut (RPM) och utföra en 5 minuters uppvärmningsperiod vid en submaximal arbetsbelastning baserat på självrapporterad aktivitetsnivå, daglig kondition och sjukdomsstatus (t.ex. 15-150 W).
  4. Öka arbetsbelastningen med 5-20 W varje minut tills deltagaren når frivillig utmattning. Ökningarna bör baseras på deltagarens nuvarande konditionsnivå, så att testet förväntas avslutas 8-12 minuter efter att den inkrementella fasen har inletts.
  5. Instruera deltagaren att undvika annan kraftig träning under de kommande 48 timmarna.

3. Kalibrering av utrustning med diffusionskapacitet för ett andetag

OBS: Det är nödvändigt att kalibrera flödessensorer och gasanalysatorer för att säkerställa att mätningarna är både giltiga och tillförlitliga. Den exakta proceduren är tillverkar- och enhetsspecifik. Kalibreringsproceduren, inklusive biologisk bekämpning, bör slutföras varje studiedag, och om mindre än en studiedag utförs per vecka bör ytterligare veckokalibreringar utföras. Den experimentella uppställningen visas i figur 1.

  1. Öppna programvaran på datorn och en automatisk uppvärmningsperiod på 50 minuter kommer att initieras för att säkerställa tillräcklig temperatur på pneumotachen.
  2. Se till att behållarna med testgaserna är öppna (se figur 1D).
  3. Utför en gaskalibrering genom att först ansluta sampledningen från pneumotachen till MS-PFT Analyzer Unit plug-in benämnd CAL (se figur 1B).
  4. Starta gaskalibreringen genom att välja Kalibrering på hemsidan (se figur 2A) och välj Gaskalibrering. Starta kalibreringen genom att trycka på Start eller F1 (se figur 2B).
  5. Fäst provtagningsledningen till pneumotachen när gaskalibreringen är uppfylld och godkänd.
  6. Utför en volymkalibrering med en giltig 3 L spruta. Starta volymkalibreringen genom att välja Kalibrering på startsidan (se figur 2A) och välj Volymkalibrering. Starta kalibreringen genom att trycka på F1 och följ instruktionerna från programvaran (se figur 2C).
  7. Se till att inandningspåsen är ansluten till MS-PFT-analysatorenheten (se figur 1C).
  8. Slutför kalibreringsproceduren genom att utföra en biologisk kontrollmätning i vila i sittande läge. Detta bör utföras av en frisk icke-rökare för att säkerställa metodens tillförlitlighet. Om den givna försökspersonens veckovariation i DL,CO eller DL,NO varierar mer än 1,6 respektive 6,5 mmol/min/kPa (5 respektive 20 ml/min/mmHg) kan variationen bero på maskinfel och bör undersökas vidare12, 22.

4. Förberedelse av deltagaren

  1. Beräkna önskad arbetsbelastning från de tidigare CPET-resultaten för den valda intensiteten (% av maximal arbetsbelastning (Wmax)) vid vilken DL,CO/NO kommer att mätas.
  2. Minst 48 timmar efter att deltagaren har utfört CPET, be deltagaren att återvända till laboratoriet för att få DL,CO/NO-mätningen under träning.
  3. Mät patientens längd (i cm till närmaste mm), vikt (i kg till närmaste 100 g) och Hb från kapillärblod (i mmol/L till närmaste 0,1 mmol/L) hos patienten.
  4. På programmets hemsida väljer du Patient > Ny patient (se figur 2A) och fyller i de uppgifter som krävs: Identifiering, efternamn, förnamn, födelsedatum, kön, längd och vikt för deltagaren. Fortsätt genom att välja OK eller F1 (se figur 2D).

5. DL,CO/NO mätning under upprätt vila

Anm.: DL,CO/NO mätningar utförs i enlighet med gällande kliniska rekommendationer från ERS task force12.

  1. På startsidan väljer du Mätning > NO Membrandiffusering (se figur 2E).
  2. Starta den automatiska återställningen av programvaran, för att nollställa gasanalysatorn för alla testgaser och för att initiera blandningen av testgaserna i den anslutna inandningspåsen. Starta den automatiska återställningen genom att trycka på F1 (se figur 2F).
    1. Den automatiska återställningen tar 140-210 s. Följ instruktionerna från programvaran för att känna igen när mätningen ska påbörjas. Det är viktigt att initiera mätningen omedelbart när programvaran instruerar att ansluta patienten.
  3. Placera deltagaren i en upprätt stol utrustad med en näsklämma. Instruera deltagaren om hur manövern ska utföras enligt beskrivningen nedan.
    1. Be deltagaren att använda näsklämman och påbörja normal tidvattenandning genom ett munstycke som är anslutet till pneumotachen. För att säkerställa ett slutet system för mätningarna, se till att deltagarens läppar hålls stängda runt munstycket.
    2. Efter tre normala inandningar, instruera deltagaren att utföra en snabb maximal utandning för att nå residualvolym (RV).
    3. När RV uppnås, instruera omedelbart deltagaren att utföra en snabb maximal inandning till total lungkapacitet (TLC), med sikte på en inandningstid på < 4 s. Under den maximala inandningen öppnas en ventil som gör det möjligt för deltagaren att andas in gasblandningen blandad med en känd koncentration av NO (800 ppm NO/N2) i en inandningspåse strax före inandningen.
    4. Be deltagaren att genomföra ett andningsuppehåll på 5 (4-8) s på TLC. Under inspirationen riktas en inandad volym (VI) ≥90 % av FVC (eller pletysmografibaserad vitalkapacitet) med en andningsuppehållstid på 4-8 s23 (Tabell 1).
    5. Efter andan, instruera deltagaren att utföra en stark stadig maximal utandning utan avbrott.
    6. Efter maximal utgång ber du deltagaren att släppa munstycket och näsklämman. Programvaran kommer sedan att beräkna DL, NO och DL, CO utan något kommando.
  4. Använd verbal uppmuntran under hela manövern för att se till att deltagaren når RV och TLC. Bedöm om manövern är acceptabel enligt tabell 1.
  5. Utför manövern igen efter minst 4 minuters tvättperiod och tills två manövrar uppfyller acceptanskriterierna (tabell 1) eller tills totalt 12 manövrar (se nedan) har utförts under samma session.
  6. DL,NO och DL,CO rapporteras enligt de kriterier som anges i tabell 2. Vi rekommenderar också att andningsuppehållstid, inandad volym och alveolär volym som rapporteras. Dessutom bör antalet acceptabla och repeterbara manövrer rapporteras, och resultat baserade på manövrer som antingen inte uppfyller kriterierna för acceptans eller repeterbarhet bör tolkas med försiktighet.

6. DL,CO/NO mätning under träning

OBS: En tidslinje för DL,CO/NO mätningar under träning finns i figur 3.

  1. Placera cykelergometern på ett avstånd som gör det möjligt för deltagaren att andas genom munstycket utan att behöva ändra cykelposition. Öka höjden på utrustningen så att mätningarna kan utföras med en korrekt arbetsställning på cykeln (se figur 2).
  2. Placera deltagaren på cykelergometern och placera en pulsmätare på bröstet. Instruera deltagaren att utföra varje manöver enligt beskrivningen i steg 5.3.
  3. Instruera deltagaren att börja cykla i 5 minuter vid en submaximal arbetsbelastning, som uppvärmning före mätningen.
  4. Öka arbetsbelastningen till målintensiteten samtidigt som du startar den automatiska återställningen av enheten genom att trycka på F1 (se steg 5.2). Den automatiska återställningen tar 140-210 s, vilket är tillräckligt för att säkerställa att deltagaren har nått steady state.
  5. När den automatiska återställningen är klar, vrid munstycket mot deltagaren och utför en manöver enligt beskrivningen nedan medan deltagaren fortsätter att cykla med målintensiteten.
    1. Följ stegen i steg 5.4 till 5.5. Bedöm acceptans- och repeterbarhetskriterier (tabell 1) vid varje arbetsbelastning och rapportera som för mätningar under vila (se steg 5.6 och tabell 2).
  6. Efter avslutad manöver, ta bort munstycket och minska arbetsbelastningen till 15-40 W. Utför den aktiva återhämtningsfasen i 2 minuter varefter du upprepar steg 6.4 och 6.5. 2 minuters aktiv återhämtning och 140-210 s under den automatiska återställningen ger en tillräcklig urtvättningsperiod på 4-5 minuter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Protokollet implementerades 2021 och i skrivande stund har totalt 124 mätningar under träning (dvs. 51 hos friska frivilliga och 73 hos patienter med KOL av olika svårighetsgrad) utförts. Manövrerna, liksom uppgifter om uppfyllda acceptans- och repeterbarhetskriterier, och felfrekvensen finns alla i tabell 3.

Beräkningar
Som ett exempel tillhandahålls här beräkningar från en enda DL,CO/NO-manöver baserat på data från den första manövern vid 20 % av Wmax i den friska gruppen som en fallstudie som beskrivs nedan. Baserat på de uppmätta värdena i tabell 4 beräknas följande:

Equation 4
Equation 5
(BTPS)

där FI är det inspirerade bråket, VI är den inspirerade volymen, och DD,inst och VD,anat är instrumentellt respektive anatomiskt dödutrymme.

Equation 6

Equation 7

Equation 8

där FI är den inandade fraktionen, PB är barometertrycket ochP H2O är mättat vattenångtryck, och där Equation 9

Equation 10

Equation 11

Equation 12

Tolkning av DL,CO/NO resultat som erhållits under träning
Det primära utfallsmåttet av intresse är DL,NO, eftersom förändringen i DL,NO från vila till en specifik arbetsbelastning tolkas för att ge ett övergripande mått på alveolär kapillärreserv. Hos friska individer ökar DL,NO linjärt med ökande träningsintensitet, vilket tillskrivs den förbättrade rekryteringen av blod till lungkapillärbädden, vilket underlättas av en ökning av hjärtminutvolymen12. Detta leder till kapillär rekrytering på grund av det ökade blodflödet eller trycket och rekryteringen av det alveolära kapillärmembranets yta, vilket resulterar i en mer homogen fördelning av röda blodkroppar och förbättrad anpassning mellan vävnad och membranytor för röda blodkroppar12. Däremot anses DL,CO vara ett sekundärt mått i detta sammanhang, som främst används för att härleda om samtidiga förändringar i VC äger rum. För tolkning på individnivå betraktas skillnader mellan två mätningar som är större än mätfelet som fysiologiska24, dvs 2,7 mmol/min/kPa för DL,NO och 1,6 mmol/min/kPa för DL,CO.

Fallstudier
En frisk 25-årig kvinna med ett Equation O2max på 2696 ml O2/min (47,3 ml O2/min/kg) utförde åtta DL,CO/NO manövrar, som började med mätningar under upprätt vila i sittande läge, följt av mätningar under träning på en cykelergometer (Wmax = 208) med ökande intensitet upp till 60 % av Wmax (tabell 5). Alla manövrar uppfyllde både acceptans- och repeterbarhetskriterierna.

En 68-årig man med måttlig KOL (FEV1 = 56 % av förutspådd) med en Equation O2peak på 1852 ml O2/min (22,8 ml O2/min/kg) utförde åtta DL,CO/NO manövrar, som började med mätningar under upprätt vila i sittande läge, följt av mätningar under träning på en cykelergometer (Wmax = 125 W) med ökande intensitet upp till 60 % av Wmax (Tabell 6). Alla manövrar uppfyllde både acceptans- och repeterbarhetskriterierna.

De rapporterade resultaten för varje arbetsbelastning från de två fall som beskrivs ovan presenteras i figur 4. Dessutom visas DL,NO och DL,CO som en funktion av Equation O2 (beräknat från mätningar av utgången luft) i figur 5. Hos den friska individen observeras en nästan linjär ökning av DL,NO som förväntat med undantag för en platå från 20 % till 40 % av Wmax, medan en liten gradvis ökning av DL,CO sker för alla arbetsbelastningar. Detta tyder på att DM initialt ökar med oförändrad VC vid början av träning, vilket återspeglar en omfördelning av pulmonellt blodflöde för att rekrytera tidigare operfunderade kapillärer, men med en samtidig gradvis ökning av VC vid högre arbetsbelastning, vilket visar att alternerande kapillärrekrytering och utspändhet tillsammans fungerar för att optimera lunggasutbytet under inkrementell träning. I KOL-fallet ökar DL,NO vid den första arbetsbelastningen och planar sedan ut för att förbli på samma nivå under de återstående arbetsbelastningarna, vilket indikerar att hela den alveolära kapillärreserven redan är uppnådd vid 20 % av Wmax. Sammantaget är omfattningen av pulmonell kapillär rekrytering och utspändhet, dvs. den alveolära kapillärreserven, lägre i KOL-fallet än hos den friska individen.

Figure 1
Figur 1: Översikt över studieupplägget. (A) Studieuppställning för mätning som utförs under träning. (B) Gaskalibrering med en ansluten provtagningsledning till MS-PFT Analyzer Unit plug-in kallad CAL. (C) En ansluten inandningspåse till MS-PFT Analyzer Unit. D) Behållare som innehåller provgaserna. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figure 2
Bild 2: Guide till programmet. (A) På startsidan väljer du Kalibrering. (B) Välj Gaskalibrering. (C) Välj Volymkalibrering. (d) Välj Ny patient. (E) Välj Ny patient och fyll i den information som krävs. (F) Välj mått och välj NO diff Membrane. (G) Starta den automatiska återställningen genom att trycka på F1. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figure 3
Figur 3: Tidslinje för en mätning av spridningskapacitet under träning. Skapad med BioRender. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figure 4
Figur 4: Lungdiffusionskapacitet. Jämförelse av lungdiffusionskapacitet med kolmonoxid (DL,CO) och kväveoxid (DL,NO) under inkrementell träning som en funktion av % av maximal arbetsbelastning (Wmax) hos en frisk individ och en individ med kronisk obstruktiv lungsjukdom (KOL). Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figure 5
Figur 5: Lungdiffusionskapacitet. Jämförelse av lungdiffusionskapacitet med kolmonoxid (DL,CO) och kväveoxid (DL,NO) under inkrementell träning som en funktion av syreupptagningsförmågan (Equation O2) hos en frisk individ och en individ med kronisk obstruktiv lungsjukdom (KOL). Klicka här för att se en större version av denna figur.

Kriterier för godkännande
1. ≥ 90 % av FVC eller VC
ELLER ≥ 85 % av FVC eller VC
OCHV A inom 200 ml från den största VA från andra godtagbara manövrer
ELLER ≥ 85 % av FVC eller VC
OCH VA inom 5 % av den största VA från andra acceptabla manövrer
2. Ett stabilt andningsuppehåll på 4-8 sekunder utan tecken på läckage eller Valsalva/Müller-manövrar
Kriterier för repeterbarhet
Två acceptabla manövrar med värden inom
< 5,8 mmol·min-1·kPa-1 för DL,NO
< 1 mmol·min-1·kPa-1 för DL,CO

T1: Acceptans- och repeterbarhetskriterier. Förkortningar: DL,CO: Lungdiffusionskapacitet till kolmonoxid, DL,NO: Lungdiffusionskapacitet till kväveoxid, FVC: Forcerad vitalkapacitet, VA: Alveolär volym; VC: Livsviktig kapacitet.

Nej. av acceptabla manövrer Repeterbarhetskriterier uppfyllda Handling
≥2 Ja Rapportera medelvärde DL,NO och medelvärde DL,CO för två acceptabla och repeterbara manövrer
≥2 Nej Rapportera värden från manövern med högst D, L,NO
1 Ja Rapportera värden från den acceptabla manövern
1 Nej Rapportera värden från den acceptabla manövern
0 Ja Rapportera medelvärde DL,NO och medelvärde DL,CO för alla repeterbara manövrer
0 Nej Misslyckad mätning

Table 2: Rapportering av uppgifter. Förkortningar: DL,CO: Lungdiffusionsförmåga till kolmonoxid, DL,NO: Lungdiffusionsförmåga till kväveoxid.

Grupp Mått (n) Manövrar per mätning (median [IQR]) Uppfyllda acceptanskriterier, n (%) Repeterbarhetskriterier uppfyllda, n (%) Misslyckad mätning, n (%)
Frisk 51 2 (2-2) 50 (98) 51 (100) 0 (0)
Lindrig KOL 24 3 (2-3) 22 (92) 22 (92) 0 (0)
Måttlig KOL 39 2 (2-3) 26 (67) 32 (82) 3 (8)
Svår KOL 10 2 (2-3) 1 (10) 4 (40) 6 (60)
Alla 124 2 (2-3) 99 (80) 109 (88) 9 (7)

Tabell 3: Slutförda DL,CO/NO-mätningar under övning vid vår institution mellan juli 2021 och december 2023. Förkortningar: KOL, kroniskt obstruktiv lungsjukdom.

Fraktioner
FI,CO 0.238
FI,NO 48,75 x 10-6
FI, Han 0.08
FA,CO 0.12
FA,NO 6,18 x 10-6
FA, Han 0.0603
Volymer (BTPS)
VI (L) 4.13
VD,anat (L) 0.132
VD,inst (L) 0.220
tBH (sek) 5.65

4: Uppmätta test- och inerta spårgasfraktioner i inandad (FI) och alveolär (FA) luft under en manöver med ett andetag. Förkortningar: VI: inspirerad volym; VD,anat: anatomiskt dödutrymme; VD,inst: instrumentets dödutrymme; tBH: tid för att hålla andan.

Upprätt 0.2 0.4 0.6
vila av Wmax av Wmax av Wmax
Arbetsbelastning (watt) 0 40 80 125
Manöver 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
Tid för att hålla andan (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

Tabel 5: Data från en frisk individ. Förkortningar: DL,NO: Lungdiffusionsförmåga till kväveoxid, DL,CO: Lungdiffusionsförmåga till kolmonoxid, VI: Inandad volym, VA: Alveolär volym.

Upprätt 0.2 0.4 0.6
vila av Wmax av Wmax av Wmax
Arbetsbelastning (watt) 0 25 50 75
Manöver 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
Tid för att hålla andan (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

Tabell 6: Data från en individ med kroniskt obstruktiv lungsjukdom. Förkortningar: DL,NO: Lungdiffusionsförmåga till kväveoxid, DL,CO: Lungdiffusionsförmåga till kolmonoxid, VI: Inandad volym, VA: Alveolär volym.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Protokollet ger ett standardiserat tillvägagångssätt för mätning av D, L, CO/NO under träning med hjälp av den dubbla testgasen med ett andetag. Eftersom de erhållna DL,CO/NO-måtten ökar på grund av pulmonell kapillärrekrytering och utspändhet, ger metoden ett fysiologiskt meningsfullt mått på den alveolära kapillärreserven.

Kritiska steg i protokollet
Metoden kräver en utandning till residualvolym följt av en inandning till total lungkapacitet vid vilken ett 5 s andningsuppehåll utförs och avslutas med en utandning till RV. Detta är ett kritiskt steg, eftersom det kan vara komplicerat att utföra under träning och särskilt under träning med hög intensitet. Den ökande träningsintensiteten kan leda till en minskning av VI, och om den minskar under 85 % av vitalkapaciteten är manövern inte acceptabel (se tabell 1). Därför är det viktigt att testinstruktören noterar om deltagaren andas in tillräckligt och bekräftar en tillräcklig andningstid på fyra till åtta sekunder, omedelbart efter varje manöver12. Dessutom kan det i vissa fall vara svårt att uppnå repeterbarhetskriterier. I sådana fall redovisas data från manövern med högst DL,NO och vi rekommenderar att det uttryckligen anges i hur många fall detta var nödvändigt vid presentation av data. I vissa fall kanske det inte är möjligt att få acceptabla eller repeterbara mätningar under träning alls, till exempel i studier av patienter som upplever en svår dyspné så att de inte kan uppnå tillräcklig andhållning och/eller de med dynamisk hyperinflation med en samtidig minskning av andningsförmågan under träning. I sådana fall kan det vara lämpligare att använda DL,CO/NO mätningar erhållna i ryggläge, vilket också leder till pulmonell kapillär rekrytering och utspändhet, om än mindre uttalad än under submaximal träning24,25.

Modifieringar och felsökning av metoden
Det är viktigt att en vilomätning alltid föregår alla mätningar som utförs under träning, eftersom DL,CO kan reduceras i upp till 6-20 timmar efter högintensiv träning som utförs till utmattning 18,19,26. Dessutom är det viktigt att registrera HR och/eller andra index för metabolisk belastning för att säkerställa att de mätningar som erhållits hos olika försökspersoner har gjorts vid steady state och vid liknande metaboliska arbetsbelastningar.

Metoden kanske inte är känslig för att upptäcka små förändringar i antingen DL,NO eller DL,CO, eftersom variabiliteten från test till test inom samma session har rapporterats upp till 7 % beroende på det specifika måttet12. Följaktligen är det viktigt att välja en träningsintensitet som är tillräcklig för att inducera en ökning som är större än mätfelet, samtidigt som man tänker på att deltagaren måste kunna utföra minst två acceptabla manövrar vid den givna intensiteten. Bland tidigare studier som använt den dubbla testgasmetoden har olika intensiteter från mild till måttlig använts. De flesta studier har använt en relativ intensitet relaterad till % av ventilatortröskeln24,27, % av ålderspredikterad maximal HR28, eller till % av maximal syrereserv29, medan endast en studie har tillämpat en absolut intensitet vid en fast arbetsbelastning på 80 W30. I studierna motsvarar dessa arbetsbelastningar relativa intensiteter på mellan 20 % och 86 % av Wmax 24,27,29. För att underlätta jämförelsen av mätningar mellan studier rekommenderas att man använder en relativ intensitet, dvs. % av Wmax, % av maximal HR (HRmax) eller % av Equation O2max (eller Equation O2peak), och att både rapportera Wmax och den arbetsbelastning vid vilken mätningen erhölls.

Metodens betydelse i förhållande till befintliga/alternativa metoder
När det gäller Equation 1kanD M och VC härledas matematiskt av DL,CO/NO12,31, och även om detta bör göras med försiktighet (se "Metodens begränsningar" nedan), tillåter det en mer direkt mekanistisk bedömning av hur expansion av den alveolära kapillärytan genom pulmonell kapillärrekrytering (bedömd av DM) och distension (en ökning av VC som överstiger den förD M) bidrar till de träningsrelaterade förändringarna i lungornas gasutbyte. Såvitt vi vet har dock metoden med ett andetag DL,CO/NO endast validerats mot Equation 1 under upprätt viloförhållanden11. De två metoderna har använts under träning i flera tidigare studier och visar liknande fysiologiska förändringar i D, M ochV C hos friska unga individer 3,24. Ett annat antal manövrar är dock möjligt med varje metod, där Equation 1 maximalt sex manövrer tillåts och DL,CO/NO tillåter upp till 12 manövrar under samma session12. Detta beror på att trots att man har samma CO-fraktion (~0,30), resulterar den kortare andningstiden (5 s jämfört med 10 s) av DL,CO/NO i mindre CO-ackumulering i blodet och därmed mindre CO-mottryck14. Dessutom kan upp till 22 DL,CO/NO-manövrar utföras utan att påverka DL,NO, eftersom nivåerna av endogent utandat NO, som sträcker sig mellan 11 och 66 ppb, är 1000 gånger lägre än NO-mätningarna, som ligger i ppm-området14. Därför, med tanke på att Equation 1 använder 10 s DL,CO, och minst två manövrar krävs för att bedöma repeterbarheten vid varje Equation 1, vilket motsvarar minst fyra manövrer vid varje övningsintensitet, när en dubbel avslutning utförs, kanske detta inte är genomförbart under övning. Således har tidigare Equation 1 baserade metoder använt en enda manöver vid varje Equation 13, vilket resulterar i minst tre manövrar vid varje övningsintensitet32, med den anmärkningsvärda nackdelen att det inte kan bedömas i vilken utsträckning manövrerna verkligen är repeterbara. Ändå kräver DL,CO/NO-metoden endast två mätningar om de uppfyller repeterbarhetskriterierna och anses vara acceptabla vid varje övningsintensitet. Det har dock visat sig att Equation 1 det ger acceptabel repeterbarhet jämförbar med DL,CO/NO under träning, även när Equation 1 andningstiden förkortas. Därför, under måttlig träning, fann vi tidigare en varianskoefficient (CV) mellan dag på 2 % till 6 % för de olika DL,CO/NO-måtten vid andningsuppehåll på ~ 6 s24, medan endast något högre CV på 7 %, 8 % och 15 % för DL, CO, VC respektive DM har rapporterats använda Equation 1 vid en liknande andningstid32.

I samband med detta är det känt att DL,CO mätt i samband med DL,CO/NO konsekvent är lägre än den mer allmänt använda DL,CO baserat på 10 s andningsuppehåll12,33. Enligt tidigare studier beror detta inte på skillnaden i andningstid, eftersom en kortare andningsuppehållstid skulle öka DL,CO34. Snarare kan det bero på olika andra faktorer, inklusive inandningsgasens sammansättning och olika CO kontra NO-kinetik33. För det första använder DL,CO/NO helium, medan den klassiska 10 s DL,CO använder metan som den inerta spårgasen; På grund av sina distinkta fysikaliska egenskaper uppvisar dessa gaser olika fördelningar och lösligheter i lungor och vävnader. Detta kan resultera i ett lägre VA med helium än med metan. Slutligen innebär testgasernas reaktivitet att skillnader i kinetiken för NO och CO vid bindning med hemoglobin kan spela en roll. Även om det är spekulativt kan förekomsten av NO i DL,CO/NO därför påverka bindningen av CO till hemoglobin33.

Diffusionshastigheten för CO över det alveolära kapillärmembranet beror på bindningen av CO till hemoglobin i blod, och förutom att användas för att beräkna θCO kan hemoglobinkorrigering av DL,CO-värdet vara lämpligt beroende på det specifika sammanhanget35. Detta är vanligt förekommande i en klinisk miljö, men är mindre avgörande hos friska individer där påverkan på DL,CO ofta är försumbar. Sådana korrigeringar kan också användas för att bedöma DL,CO/NO under träning, men är mindre relevanta när specifika förändringar i vila till träning bedöms, där (akuta) förändringar i hemoglobin är av mindre betydelse. De bör under alla omständigheter göras med försiktighet, eftersom dessa ekvationer förutsätter ett förhållande på 0,7 mellanD M och θ∙Vc för CO35, ett antagande som kanske inte gäller under träning.

Metodens begränsningar
Den intensitetsberoende ökningen av DL,NO och DL,CO under träning hos friska individer återspeglar rekrytering och distension av lungkapillärer. Ett direkt mått på alveolär kapillärreserv kan förmodligen endast erhållas vid submaximal intensitet, eftersom tillvägagångssättet inte skulle vara praktiskt genomförbart varken i den experimentella eller kliniska miljön vid maximal intensitet där maximal rekrytering och utspändhet kan vara uppenbar. Det pragmatiska valet är således att rikta in sig på en förutbestämd (absolut eller relativ) arbetsbelastning som är tillräcklig för att utlösa pulmonell kapillär rekrytering och utspändhet på ett systematiskt sätt, samtidigt som det är genomförbart för alla deltagare. I det nuvarande protokollet baserades intensiteten på % av Wmax eftersom detta lätt kan överföras till andra studier. Traditionellt har träning ordinerats enligt % av Equation O2max eller HRmax, men detta kräver att alla deltagare når sitt sanna max. Om inte, kan deltagarna potentiellt utföra mätningen med olika relativa intensiteter36, vilket särskilt kan utgöra ett problem och komplicera fysiologisk tolkning i populationer med svår ansträngningsdyspné, såsom patienter med kronisk lung- eller hjärtsjukdom.

Det måste noteras att inom den individuella DL,CO/NO-manövern får testgaserna inte distribueras till relativt dåligt ventilerade områden i lungorna. Detta utgör ett mindre problem hos individer utan lungsjukdom, men i närvaro av betydande ventilationsinhomogenitet, inklusive öppen luftinstängning, kan deltagarens verkligaDL överskattas, eftersom mätningen endast återspeglar förhållandena i de bäst ventilerade regionerna i lungorna, en effekt som accentueras av kortare andhämtning37. I princip kan detta leda till en till synes paradoxal minskning av alveolar-kapillärreserven om en deltagare med lungsjukdom utsätts för en intervention som minskar ventilationsinhomogeniteten.

Den träningsrelaterade minskningen av DL,CO som överstiger den för DL,NO vid den högsta intensiteten (60 % av Wmax) i det KOL-fall som rapporteras här måste tolkas med försiktighet, eftersom den inte är lätt att tolka ur fysiologisk synvinkel. Ett liknande mönster har noterats hos majoriteten av de 73 KOL-patienter som vi hittills har studerat vid vår institution, och bidraget från enbart metodiska begränsningar måste beaktas. Förutom att CO möjligen är mer mottaglig än NO för den inhomogenitet i slagventilationen som beskrivs ovan, kan det faktum att detta NO reagerar nästan 300 gånger snabbare med hemoglobin och även diffunderar genom vävnader och plasma dubbelt så snabbt som CO också spela en roll31. Därför, medan både NO och CO normalt genomgår diffusionsbegränsat gasutbyte, kan upptaget av CO bli perfusionsbegränsat när perfusionen i enskilda lungenheter minskar ~100 gånger31, vilket leder till en minskning av den uppmätta DL,CO utan att påverka DL,NO. Med tanke på att KOL är förknippat med alveolär destruktion och en progressiv förlust av kapillärer med en samtidig inhomogen ventilationsperfusionsfördelning i lungorna39, är lungenheter med en 100-faldig minskning av perfusion inte ovanliga40, och de representerar faktiskt områden där transittiden för röda blodkroppar kan bli kritiskt reducerad för att försämra både syre- och kolmonoxidupptag under träning. En ytterligare kompletterande faktor som kan spela in är en ojämn fördelning av de röda blodkropparna inom kapillärnätverket i de enskilda lungenheterna41, vilket också kan ha en mycket mer djupgående effekt på DL,CO än på DL,NO.

Det är möjligt att härleda D, M och VC från Equation  mätningar12, men ändå inte allmänt använda eftersom systematiska fel introduceras eftersom deras härledning involverar flera antaganden och empiriska konstanter31. Till exempel erkänner den rådande vetenskapliga konsensusen att diffusivitetskvoten α är 1,97, vilket representerar förhållandet mellan fysikalisk löslighet av NO och CO i vävnad42. Flera studier har ifrågasatt detta värde, och vissa föreslår högre α värden för att stämma av skillnader mellan olika mätmetoder. Dessa påståenden avfärdas dock främst eftersom de avviker från det fysiska diffusivitetsförhållandet, vilket leder till inkonsekventa α värden12. Dessutom antas θNO ha ett ändligt värde, men antogs historiskt vara oändligt på grund av dess snabba reaktionshastighet med fritt hemoglobin. Omfattande debatter och nyligen genomförda studier har dock ifrågasatt detta antagande och fastställt att θNO är ändligt, med 1,51 mlblod/min/kPa/mmolCO som ger den bästa aktuella uppskattningen, eftersom det stämmer väl överens med teoretiska förutsägelser såväl som omfattande in vitro - och in vivo-experiment 12. På samma sätt är ekvationerna för θCO baserade på empiriska konstanter erhållna vid pH 7,4, vilket förkastar tidigare värden som baserades på mindre exakta och icke-fysiologiska pH-mätningar43. Av de olika mått som kan erhållas med denna metod är dock DL,NO i alla händelser baserad på minst antaganden och förefaller ge de mest reproducerbara uppskattningarna av alveolär kapillärreserv24, och förblir därför det viktigaste utfallsmåttet av intresse i samband med alveolär kapillärreserv.

Metodens betydelse och potentiella tillämpningar inom specifika forskningsområden
DL,CO/NO mätningar kan ge en utförlig redogörelse för lunggasutbytet under träning. Metoden kan potentiellt vara lättare att implementera under träning än Equation 1 i kliniska studier på populationer med ansträngningsdyspné, såsom patienter med hjärtsvikt och kronisk lungsjukdom, på grund av kortare andningsuppehåll och färre manövrar som krävs vid varje arbetsbelastning. Dessutom tillhandahåller DL,CO/NO specifikt DL,NO som förmodligen ger den mest opartiska uppskattningen av alveolär kapillärreserv vid en given träningsintensitet, vilket gör det till ett lämpligt utfallsmått i många fall.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Utrustningen och programvaran som presenteras i artikeln är inte gratis. Ingen av författarna är associerad med något företag som tillhandahåller licensen till programvaran. Samtliga författare uppger att de inte har några motstridiga ekonomiska intressen.

Acknowledgments

Studien fick ekonomiskt stöd från Svend Andersens Stiftelse. Centrum för fysisk aktivitetsforskning stöds av TrygFonden Grants ID 101390, ID 20045 och ID 125132. JPH finansieras av HelseFonden och Köpenhamns universitetssjukhus, Rigshospitalet, medan HLH finansieras av Beckettstiftelsen.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Krogh, M. The diffusion of gases through the lungs of man. J Physiol. 49 (4), 271-300 (1915).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Zavorsky, G. S. The rise in carboxyhemoglobin from repeated pulmonary diffusing capacity tests. Respir Physiol Neurobiol. 186 (1), 103-108 (2013).
  15. Graham, B. L., et al. ERS/ATS standards for single-breath carbon monoxide uptake in the lung. Eur Respir J. 49 (1), 1600016 (2017).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. Glaab, T., Taube, C. Practical guide to cardiopulmonary exercise testing in adults. Respir Res. 23 (1), 9 (2022).
  22. 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).
  23. Dressel, H., et al. Lung diffusing capacity for nitric oxide and carbon monoxide: dependence on breath-hold time. Chest. 133 (5), 1149-1154 (2008).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. 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).
  35. 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).
  36. 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).
  37. Forster, R. E. Exchange of gases between alveolar air and pulmonary capillary blood: pulmonary diffusing capacity. Physiol Rev. 37 (4), 391-452 (1957).
  38. 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).
  39. Nymand, S. B., et al. Exercise adaptations in COPD: the pulmonary perspective. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 323 (6), L659-L666 (2022).
  40. Rodríguez-Roisin, R., et al. Ventilation-perfusion imbalance and chronic obstructive pulmonary disease staging severity. J Appl Physiol. 106 (6), 1902-1908 (2009).
  41. 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).
  42. Wilhelm, E., Battino, R., Wilcock, R. J. Low-pressure solubility of gases in liquid water. Chem Rev. 77 (2), 219-262 (1977).
  43. Forster, R. E. Diffusion of gases across the alveolar membrane. , American Physiological Society. Bethesda, MD, USA. (1987).

Tags

Denna månad i JoVE nummer 204 kolmonoxid syretransportkaskad kväveoxid lunggasutbyte
Dubbel testgas pulmonell diffusionskapacitetsmätning under träning på människor med hjälp av enandedräktsmetoden
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Nymand, S. B., Hartmann, J. P.,… More

Nymand, S. B., Hartmann, J. P., Hartmeyer, H. L., Rasmussen, I. E., Andersen, A. B., Mohammad, M., Al-Atabi, S., Hanel, B., Iepsen, U. W., Mortensen, J., Berg, R. M. G. Dual Test Gas Pulmonary Diffusing Capacity Measurement During Exercise in Humans Using the Single-Breath Method. J. Vis. Exp. (204), e65871, doi:10.3791/65871 (2024).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter