שילוב Capnography נפח Plethysmography הברומטרי כדי למדוד את מערכת היחסים מבנה-פונקציית ריאות

Summary

כאן, אנו מתארים שני מדדי תפקודי ריאות – plethysmography הברומטרי, המאפשר מדידת נפח הריאות, capnography נפח, כלי למדידת שטח מת אנטומי ואחידות איירווייז. טכניקות אלה עשויים להשתמש בו באופן עצמאי או בשילוב כדי להעריך את הפונקציה איירווייז בעוצמות שונות ריאות.

Abstract

כלים למדידת נפח ריאות, דרכי הנשימה הם קריטיים עבור ריאתי מהחוקרים המעוניינים להעריך את ההשפעה של טיפולים למחלה או רומן על הריאות. Plethysmography ברומטרי הוא טכניקה קלאסית כדי להעריך את נפח הריאות עם היסטוריה ארוכה של שימוש קליני. Capnography הנפחי מנצל את הפרופיל של פחמן דו חמצני בריכוז כדי לקבוע את עוצמת הקול של דרכי הנשימה ניצוח, או שטח מת, ומספק אינדקס של הומוגניות איירווייז. טכניקות אלה עשוי לשמש באופן עצמאי, או בשילוב כדי להעריך את התלות של הומוגניות ונפח איירווייז נפח הריאות. מאמר זה מספק הוראות טכניות מפורטות כדי לשכפל את הטכניקות הללו, הנתונים הנציגה שלנו מדגים נפח הנשימה ואת ההומוגניות בקורלציה גבוהה לנפח הריאה. אנו מספקים גם מאקרו עבור הניתוח של נתונים capnographic, אשר ניתן לשינוי או הותאם כדי להתאים עיצובים מוטוריים שונים. היתרון של אמצעים אלה היא כי המגבלות והיתרונות שלהן נתמכים על ידי עשרות שנים של נתוני הניסוי, הם יכולים להתבצע שוב ושוב את הנושא אותו ללא ציוד הדמיה יקר או טכנית ניתוח מתקדמים באלגוריתמים. שיטות אלה עשוי להיות שימושי במיוחד עבור החוקרים מעוניינים לפליטת לשנות שני פונקציונלי שיורית הקיבולת של אמצעי האחסון ריאות, דרכי הנשימה.

Introduction

גז שטיפה טכניקות שימשו במשך עשרות שנים כדי לספק מידע חשוב על מבנה ועל אחידות של העץ דרכי הנשימה. הריאה מתואר בסגנון קלאסי בעל שני תאים – אזור ניצוח מורכב של שטח מת אנטומי אזור הנשימה שבו חילוף הגזים מתרחשת ב alveoli. דרכי הנשימה ניצוח מכונים בשם "שטח מת" כי הם לא השתתפו החליפין של חמצן, פחמן דו-חמצני. בשיטה שטיפה גז נשימה יחיד, לפרופיל ריכוז של גז בריכוז יכול לשמש כדי לקבוע את עוצמת הקול של המרחב מת אנטומי וכדי להפיק מידע על האחידות של אוורור. כמה שיטות להסתמך על הנשימה של גזים אצילים לעשות צעדים אלה (N₂, ארגון, הוא, SF₆, וכו '). השימוש של גז אינרטי הוא ומבוססת, נתמך על ידי ההצהרות קונצנזוס מדעי¹, ויש ציוד מסחרי זמין עם ממשקים ידידותיים למשתמש. עם זאת, הפרופיל בריכוז של פחמן דו-חמצני (CO₂) ניתן להפיק מידע דומה. הערכת לפרופיל של CO₂ כפונקציה של נפח בריכוז או נפחי capnography, אינו מחייב את המשתתף לנשום תערובות גז מיוחד ומאפשר החוקר לאסוף מידע נוסף בגמישות על חילוף החומרים, גז חילופי עם התאמה מינימלית הטכניקה.

המתרכז מבוקרת, ניתן להתוות את ריכוז CO₂ נגד האחסון בריכוז מוחלט. בתחילתו של התנדפות, שטח מת מלא גז באטמוספירה. זה משתקף בשלב מלך ה-CO בריכוז₂ פרופיל שבו יש כמות לא לגילוי CO₂ (איור 1, העליון). שלב II מסמן את המעבר לגז מכתשי, כאשר מתרחש חילוף הגזים ו- CO₂ הוא שופע. אמצעי האחסון אל נקודת האמצע של השלב השני נמצא עוצמת הקול של שטח מת אנטומי (V_D). השלב השלישי מכיל מכתשי גז. כי דרכי הנשימה עם קטרים שונים ריק בקצב שונה, השיפוע (S) של שלב III מספק מידע אודות דרכי הנשימה אחידות. מדרון תלול של שלב III מרמז פחות אחיד דרכי הנשימה עץ proximal bronchioles מסוף או תלויי-הסעת חום inhomogeneity². במקרה שבו ההפרעות עלול לשנות את קצב ייצור₂ CO, וכדי לערוך השוואות בין אנשים, ניתן לחלק את השיפוע על-ידי האזור תחת עקומת לנרמל את ההבדלים בחילוף החומרים (NS או מדרון מנורמל). Capnography הנפחי שימש בעבר להעריך את השינויים בהיקף איירווייז, אחידות הבאים אוויר מזהם חשיפה^3,4,5,6.

גז התחבורה בריאה מנוהל על ידי הסעה והן דיפוזיה. אמצעי שטיפה נשימה יחיד הם תלויים במידה רבה זרימת אוויר ומתרחשת הערך שנמדד של V_D -הגבול דיפוזיה הסעת חום. שינוי קצב הזרימה של נשיפה או שאיפת הקודם משנה את מיקומו של הגבול הזה⁷. Capnography הוא גם תלויים במידה רבה עוצמת הקול של הריאה מיד לפני את התמרון. אחסון ריאות גדולים יותר distend את דרכי הנשימה, וכתוצאה מכך ערכים גדולים יותר של V_ד⁸. פתרון אחד הוא לעשות באופן עקבי את המדידה בעוצמה ריאות זהה – קיבולת תפקודית בדרך כלל שיורית (FRC). אלטרנטיבי, שתואר כאן, היא כמה נפח capnography עם plethysmography הברומטרי, על מנת לקבל את היחסים בין V_D נפח הריאות. המשתתף ואז את התמרון במחירים זרימה מתמדת, בזמן מבצע משתנה את נפח הריאות. זה עדיין מאפשר אמצעים capnographic קלאסי שנעשית FRC, אלא גם עבור קשר הגומלין בין נפח הריאות נפח שטח מת ובין נפח הריאות לבין הומוגניות יש לגזור. אכן, הערך המוסף של צימוד capnography עם plethysmography באה היכולת לבדוק השערות על distensibility של העץ איירווייז והקשר מבנה פונקציה של הריאה. זה יכול להיות כלי רב ערך עבור חוקרים במטרה לכמת את ההשפעה של מכניקה איירווייז לעומת ריאות היענות לדרישות הרשויות והצלחה elastance על תפקוד ריאתי אוכלוסיות בריאים וחולים^9,10,11 . יתר על כן, הנהלת חשבונות עבור נפח הריאות המוחלט שבו מבוצעות המדידות capnographic הנפחי מאפשר חוקרים כדי לאפיין את ההשפעות של תנאי זה יכול לשנות את המדינה אינפלציה של הריאות, כגון השמנה, ריאות ההשתלה, או התערבויות כמו החזה הקיר חסונים. Capnography הנפחי עשוי בסופו של דבר יש תועלת קלינית נמרץ הגדרה^12,13.

Protocol

פרוטוקול זה אושרה בעבר על ידי ונוהליו להנחיות שנקבעו על ידי אוניברסיטת איווה מוסדיים המנהלים. הנתונים המוצגים נאספו במסגרת פרוייקט אושרו על ידי ועדת הבדיקה מוסדיים באוניברסיטת איווה. המשתתפים נתנה הסכמה מדעת, המחקרים בוצעו בהתאם הצהרת הלסינקי.

1. ציוד

1. בדוק את הטבלה ציוד כדי לוודא כי כל נדרש ציוד. בדוק את התצורה באמצעות תיאור גרפי של הציוד באיור2.

2. plethysmography

הערה: plethysmography ברומטרי הוא כלי קליני היטב תיאר, מתבצעת באמצעות מכשור מסחרי על פי הדוחות קונצנזוס על אחידות הריאות נפח המדידות^14,15. בעת הצורך, ריאות זורם ואמצעי אחסון לעומת הערכים החזויים מן ערכת נתונים של NHANES גולדמן, Becklake¹⁶ כלולים בתוכנה היא תגלה.

1. לבצע כיול של היא תגלה את מדי יום, לפני ניסוי מדעי.
   1. למדוד טמפרטורה, לחץ ברומטרי, לחות יחסית באמצעות שיווי משקל רגיל לפני הכיול והזן ערכים אלה לתוך התוכנה היא תגלה כגורמים תיקון.
   2. כיילו את חיישן הזרימה באמצעות מזרק 3 L מכוילת במחירים זרימה משתנה. כיילו את הלחץ תיבת באמצעות משאבה מדויק 50 מ. תיבת לחץ מתמרים צריך להיבדק חודשי, הדגמות מחדש לפי הצורך, לפי ההמלצה של היצרן.
2. מייד לפני המדידה, למקם המשתתף בהיא תגלה כל הגוף, ולסגור את הדלת. לבצע מדידות לאחר 30-60 s, מה שמאפשר עבור equilibration תרמית.
   1. להורות המשתתף כדי למקם את הפה שלהם על פיו, לשים על האף קליפים, להניח את ידיהם על הלחיים שלהם. מניעת "שש־בש" של הלחיים במהלך התמרון ממזער שינויים באמצעי אחסון שנוצרו כתוצאה משינוי האחסון הפה.
   2. להורות המשתתף לנשום בדרך כלל, המאפשר לפחות ארבע נשימות גאות להיות נרכשת ופונקציונליים שיורית קיבולת (FRC) שתוקם.
   3. בסוף נשיפה רגילה (FRC), לסגור את התריס. המאמן המשתתף להתנשף בקלילות ב 0.5-1 נשימות/s עבור 3-4 s להעריך את הקשר בין הלחץ הפה היא תגלה לחץ כדי להבטיח כי היא סדרה של קווים חופפים, ישר בלי להיסחף תרמי.
   4. לפתוח את התריס ולאפשר המשתתף לנשום נורמלי. המאמן המשתתף כדי לנשוף לאמצעי שיורית (RV), ואחריו את תרגיל inspiratory מקסימלי של קיבולת הריאות הכולל. חזור על פחות שלוש פעמים עד הערכים FRC מסכימים בתוך 5% מתקבלים

3. נפח Capnography

הערה: השלבים 3.1 – 3.4 מבוצעים לפני הגעתו של נושא המחקר.

1. לפני שתמשיך, כתובת המשתנים בטבלה 1 ואין לשנות במידת הצורך. חשוב כי משתנים אלה הם מותאמים במהלך שלב עיצוב המחקר ולא החזיק קבוע למשך של המחקר.
   1. לפני תחילת פרוטוקול נסיוני חדש, לטפל כדי למדוד במדויק את משך ההשהיה בין במנתח גז, אשר מודד ריכוז₂ CO, את pneumotach, אשר מודד את הזרימה. דבר זה מאפשר CO₂ ואת זרימת אותות ייושר.
   2. מדוד את זמן ההשהיה השפעול עם זרם של 5% CO₂. לצרף את הגז צימוד, ואחריו את פייה.
   3. פתח את צימוד, החדרת הגז בקצב של 10 L לדקה לקבוע זמן ממוצע להשהיה בין התגובה של מנתח pneumotach וגז מעל 10 ניסויים ולהיכנס המאקרו.
   4. לשמור על הקבוע עיכוב זמן על ידי שמירה על קצב הדגימה מנתח. העיכוב תלויה מאוד קצב הדגימה של מנתח גז וזה קריטי כי זה יישארו קבועים דרך הניסוי, בין המשתתפים.
2. הגדרת שלוש "ערוצים" עבור האוסף של זרימה, CO בריכוז₂ (%) ונפח. זרימה ו- CO בריכוז₂ (%) קלט אנלוגי, נפח היא האינטגרל של זרימה.
   1. לאשר כי הזרימה ו- CO₂ (%) נמדדים ישירות מתוך במנתח pneumotach וגז, כי אמצעי האחסון מחושבת האינטגרל של זרימה. איור 3 מראה כי אלה הנאספות בערוצים 1, 2 ו- 6.
3. כיילו את מנתח גז לפני כל שימוש. כלול את חיישן₂ O אם זה נועד למדוד.
   1. אפס את מנתח עם גז אינרטי. 100% כיול כיתה (< 0.01% מזהם) N₂ או שהוא עשוי לשמש, למרות הליום הוא מועדף בגלל חנקן עלול להיות מזוהם עם כמויות קטנות של חמצן. מקם את הצינור ייבוש בשקית או להתחבר תא ערבול. לרוקן את השקית או קאמרית עם גז אינרטי בשיעור של פחות 10 L לדקה שלהקפיד לא כדי לדחוס את המערכת כמו זה יכול להשפיע הכיול.
   2. להציף את התיק או קאמרית עם גז אינרטי כדי לתפוס את O₂ והקצין_2- לאחר לייצב המוצג ריכוזי CO₂ O₂ , להתאים את ידיות אפס עד ששניהם לקרוא אפס.
   3. חזור עם 6% CO₂ וחדר אוויר (20.93% O₂) כמו גזים כיול. כאשר ריכוז הגז הרצוי מייצבת, להתאים את הידית span כדי להתאים את ריכוז הגז כיול.
   4. בדוק מחדש את גז אינרטי וגזים כיול להתאים את האפס, span עד שניהם מדויק ±0.1%.
4. כיילו את pneumotach מחוממת על פי הוראות היצרן.
   1. בקצרה, אפשר pneumotach את לחמם עד 37 º C למשך לפחות 20 דקות לפני המחקר.
   2. לבחור את התפריט הנפתח של ערוץ הזרימה (ערוץ 1), בחר את אפשרות התפריט ' Spirometer ', ולחץ על ' אפס אפס את pneumotach. סיום על-ידי בחירה טוב.
   3. מתחברים ישירות מזרק 3L pneumotach באמצעות מתאם ראש זרימה. סמן את הנשימה כיול. שוב, בחר בתפריט הנפתח של ערוץ הזרימה. בחר Spirometer זרימה | כיול, הקלד 3 L ולאחר בחר בסדר"\.
   4. בדוק את הכיול על-ידי הזרקת 3L לתוך pneumotach שונים זרימה המחירים (0-4 L/s, 4-8 L/s, ו- 8-12 L/s). ההבדל בין 3 L צריך להיות פחות מ-5%.
5. לאסוף את התמרון, המבטיח כי שתי נשימות רציפות נאספים, כי הם נעשים באותו קצב זרימה.
   1. המאמן הנושא כדי לבצע תרגיל אחד בהיקף של שני זוגות של נשימות – נשימה האימון, נשימה לניתוח. זה מוצג באופן גרפי איור 1 (למטה).
   2. במהלך התמרון, המאמן למשתתפים בצע את המדריך זרימה על צג המחשב. החוקר יכול המאמן הנושא על-ידי ציון "לשאוף עכשיו" או "לשאוף עכשיו".
   3. לבצע את התמרון כך שישנם שני זוגות אלה נשימות ב תרגיל אחד. כדי נשיפה הראשון של התמרון הוא 3 s והשני הוא שקול ס' 5 הוספת resistor בקו עם פיו כדי להקל על בקרת זרימה בריכוז. התנגדות עם 5 ס"מ H₂O/L/s של ההתנגדות הוא בדרך כלל נסבל היטב.
      הערה: חשוב כי אם הנגד, הוא משמש לאורך כל תקופת המחקר ועבור כל משתתף כי היא מגבירה את הלחץ הפה ואת דרכי הנשימה, אשר ניתן לשנות קוטר דרכי הנשימה. חשוב גם כי המשתתפים לא "מתנפחות" הלחיים שלהם כמו פעולה זו מגדילה את שטח מת.
6. פרוטוקול מדידה
   1. להורות המשתתף כדי לשבת ישר עם שתי הרגליים על הרצפה, שים את האף קליפים על האף שלהם ומניחים את הפה שלהם על פיו.
   2. המאמן המשתתף כדי להשלים לפחות דקה אחת של גאות ושפל נושם. זה הוא אמצעים של פונקציה מטבולית, מאפשר המשתתף להכיר פייה. לאחר דקה, לעצור את איסוף הנתונים.
   3. בשלב הבא, המאמן למשתתפים להשתנות בנפח שלהם, לוקח רגילה, קטן יותר - או גדול יותר נורמלי נשימות גאות ושפל. פעולה זו מבטיחה כי capnograms מתקבלים בעוצמות שונות ריאות
   4. המאמן המשתתף כי הם צריכים לעבור לשלב ביצוע תרגיל capnogram ברגע שהם רואים את העקיבה זרימה מופיעים על המסך שלהם.
   5. המשך איסוף נתונים בנקודה אקראית במחזור הנשימה של המשתתף. דבר זה מאפשר מעבדתיים להתבצע בעוצמות שונות ריאות.
   6. לבסוף, המאמן לבצע אנחה בסוף כל תמרון, לחלוטין מרגיע את השרירים של הנשימה. דבר זה מאפשר FRC שיקבע.
   7. לעצור את איסוף הנתונים. חזור על צעדים 3.6.3-3.6.5 עד השלמת תמרונים לפחות 6-8 (12-16 זוגות של נשימות לניתוח).

4. ניתוח נתונים

1. ייצוא נתונים. לעבור את המאקרו, כל זוג של נשימות חייב לעבור ייצוא כקובץ טקסט יחיד שבו מכן יובא המאקרו. צילומי מסך של תהליך זה ניתנת תוספת איור 1.
   1. סמן כל זוג של נשימות, לוקח לטפל לסמן חלק כדי נשיפה לפני תחילת התמרון.
   2. תחת התפריט קובץ, בחר ייצוא, ותנו שם התמרון של הנושא.
   3. השתמש בתפריט הנפתח ' שמור כסוג ' ולשמור אותו כקובץ נתונים. ולאחר מכן בחר שמור.
   4. זה יבקש קופסת ייצוא בתור טקסט שיופיע. בצד הימין בטל בלוק כותרת העמודות, זמן, תאריך, הערות, וסמנים אירוע.
   5. בצד השמאל, בחרו הבחירה הנוכחית נאן פלט עבור ערכים. בחר הפחת על ידי והזן 10 לתוך התיבה.
   6. בחר ערוץ זרימה של CO₂ (%) ערוץ כדי לייצא ולחץ Oקיי. שיקלו להפוך עותקים של הקבצים מיוצא האלה כמו גיבויים לפני תחילת הניתוח.
2. לבצע ניתוח מאקרו. צילומי המסך המבואר שלב אחר שלב של ניתוח תמרונים המיוצא עם המאקרו ואת משווה נפח הריאות מקבלים תוספת איור 2 , עשוי לשמש כמדריך.
   1. פתיחת המאקרו, ללכת לקובץ ובחר Oעט.
   2. בחר קובץ הנתונים שנשמרו, נשמרות עם הסיומת. txt.
   3. תיבה אשף ייבוא הטקסט יופיע. בפינה השמאלית העליונה, בחר באפשרות מופרד ולחץ על הבא. בשלב 2, בחר בכרטיסיה תחת מפרידים ולחץ על הבא. בשלב 3, בחר גנרל תחת העמודה תבנית נתונים ולחץ על ' סיום'.
   4. כדי להפעיל את המאקרו, בחר תצוגה, מאקרו, מבט מאקרו, ולהפעיל ברצף. בחר ב'כן ' אם יש עותק גיבוי של הנתונים.
   5. לאפשר את המאקרו כדי שיפעילו (כ 90 s) וצור חוברת עבודה עם ארבעה גליונות. רלוונטיות מדידות אלה, גיליון 2 מכיל את הנתונים המספריים, תרשים 3 מכיל חלקת capnogram.
   6. להחזיר הנתונים, לקבוע את עוצמת הקול עבור FRC. זה מזוהה בתור אמצעי האחסון בסוף האנחה-שזורמים = 0 ל'/ש'.
   7. קבע את עוצמת הקול שבו החלה כדי נשיפה שנייה בכל צמד נשימות. על-ידי חיסור זה מאמצעי האחסון FRC, האחסון ההתחלתי מעל או מתחת FRC יכול להיקבע על כל נשימה.

תוצאות

Plethysmography נציג תוצאות ניתנות באיור4. המשתתף נדרש ארבעה ניסיונות כדי לאסוף שלושה ערכים FRC עם < השתנות 5% מ- mean.%Ref משקף את האחוזים של הערך החזוי עבור כל משתנה בהתבסס על משוואות רגרסיה האוכלוסייה לספוג לתוך חשבון מין, גיל, גזע, גובה ומשקל

Discussion

. הנה, פרוטוקול לשקילת V_D ואיירווייז הומוגניות (שיפוע) מסופק. מדידות אלה יכולים להתבצע FRC, או כפונקציה של נפח הריאות. מדידת FRC לפני תחילת הניסוי, אחרי ההפרעות מאפשר V_D ו- slope להתוויה כפונקציה של נפח הריאות, עשוי לספק מידע שימושי על מערכת היחסים מבנה פונקציה של הריאות. זה לא מתקבל capnograp...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Computer with dual monitor	Dell Instruments
PowerLab 8/35*	AD Instruments	PL3508
LabChart Data Acquisition Software*	AD Instruments	Version 8
Gemini Respiratory Gas Analyzer* (upgraded option)	CWE, Inc	GEMINI 14-10000	*indicates that part is available in the Exercise Physiology package from AD Instruments
Heated Pneumotach with Heater Controller* (upgraded option)	Hans Rudolph, Inc	MLT3813H-V
3L Calibration Syringe	Vitalograph	36020
Nose Clip*	VacuMed	Snuffer 1008
Pulse Transducer*	AD Instruments	TN1012/ST
Barometer	Fischer Scientific	15-078-198
Flanged Mouthpiece*	AD Instruments	MLA1026
Nafion drying tube with three-way stopcock*	AD Instruments	MLA0343
Desiccant cartridge (optional for humid environments)*	AD Instruments	MLA6024
Resistor	Hans Rudolph, Inc	7100 R5
Flow head adapters*	AD Instruments	MLA1081
Modified Tubing Adapter (optional)	AD Instruments	SP0145
Two way non-rebreather valve (optional)*	AD Instruments	SP0146
Plethysmograph	Vyaire	V62J
High Purity Helium Gas	Praxair	He 4.8
6% CO2 and 16% O2 Calibration Gas	Praxair	Custom
Microsoft Excel	Microsoft	Office 365