체적 Capnography와 기 Plethysmography 폐 구조-기능 관계를 측정 하

요약

여기, 우리가 폐 기능-폐 볼륨 및 체적 capnography, 해부학 죽은 공간과 항공 균일성을 측정 하는 도구 사용 기 plethysmography의 두 가지 조치를 설명 합니다. 이 기술은 독립적으로 사용할 수 있습니다 또는 다른 폐 볼륨에 항공 기능을 평가 하기 위해 결합.

초록

폐 및 항공 볼륨을 측정 하는 도구는 폐 연구자는 폐에 질병 또는 소설 요법의 영향을 평가 하는 데 관심이 중요 합니다. 기 plethysmography 임상 사용의 오랜 역사를 가진 폐 볼륨을 평가 하는 고전적인 기술입니다. 체적 capnography 지휘 기도의 볼륨을 확인 하거나 죽은 공간, exhaled 이산화탄소의 프로 파일을 활용 하 여 항공 동질성의 인덱스를 제공 합니다. 이러한 기술은 폐 볼륨 항공 볼륨 및 동질성의 의존도 평가를 독립적으로, 또는 조합에 사용할 수 있습니다. 이 종이 자세한 기술 내용은 이러한 기술을 복제 하 하며 우리의 대표적인 데이터 항공 볼륨 및 동질성 높은 폐 볼륨에 상관 관계를 보여 줍니다. 우리는 또한 capnographic 데이터를 수정 하거나 다른 실험적인 디자인에 맞게 적응 될 수 있는 분석에 대 한 매크로 제공 합니다. 이 측정의 장점은 자신의 장점과 한계 실험 데이터의 수 십년에 의해 지원 됩니다 그리고 그들은 고가의 영상 장비 또는 기술적으로 고급 분석 알고리즘 없이 동일한 주제에서 반복적으로 만들 수 있습니다. 이러한 메서드는 조사 폐 및 항공 볼륨의 두 기능적 잔류 용량을 변경 하는 물결에 관심이 특히 유용 있을 수 있습니다.

서문

가스 세척 기술 구조와 기도 나무의 균일성에 대 한 중요 한 정보를 제공 하기 위해 수십 년 동안 사용 되었습니다. 폐는 실시에 해부학 죽은 공간의 구성 영역과 호흡기 영역 가스 교류는 폐 포에서 발생 하는 위치-두 개의 구획으로 고전적인 설명 되어 있습니다. 그들은 산소와 이산화탄소의 교환에 참여 하지 않는 때문에 실시 항공 "죽은 공간"으로 불린다. 하나의 호흡 가스 세척 방법에서 해부학 죽은 공간의 볼륨을 확인 하 고 환기의 균일성에 대 한 정보를 파생 하는 exhaled 가스의 농도 프로필 사용할 수 있습니다. 이러한 조치를 만들기 위해 불활성 가스의 호흡에 의존 하는 몇 가지 방법 (N₂, 아르곤, 그는, SF₆, 등). 불활성 가스의 사용은 기초가 튼튼한 과학적인 일치의 진술¹을 지원 하 고 사용자 친화적인 인터페이스와 함께 사용할 수 있는 상용 장비 있다. 그러나, 이산화탄소 (CO₂) exhaled 프로필 파생 유사한 정보를 사용할 수 있습니다. 특수 가스 혼합물을 호흡 하는 참가자를 필요 하지 않습니다를 exhaled 볼륨 또는 체적 capnography의 기능으로 CO₂ 의 프로필을 평가 하 고 유연 하 게 물질 대사 및 가스에 대 한 추가 정보를 수집 하는 조사를 수 최소한의 조정 하는 기술을 교환 합니다.

제어 증발 기 중의 CO₂ 농도 총 exhaled 볼륨에 대 한 그릴 수 있습니다. 증발 기의 처음부터, 죽은 공간 대기 가스 가득 합니다. 이것은 반영 단계 exhaled CO₂ 의 프로 파일 어디에에서 CO₂ 의 탐지 금액입니다 (그림 1, 상단). 단계 II 치조 가스, 가스 교환 발생 그리고 CO₂ 풍부한 전환 표시. 단계 II의 중간점에서 볼륨 해부학 죽은 공간 (V_D) 볼륨이입니다. 단계 III는 치조 가스를 포함. 서로 다른 속도로 다른 직경을 가진 항공 비어 있기 때문에 차 III에의 경사 (S) 항공 균일성에 대 한 정보를 제공 합니다. 단계 III의 가파른 경사를 덜 제안 통일 기도 트리 터미널 bronchioles, 또는 대류 종속 이질성²에 인접. 섭 동 개인 간의 비교를 CO₂ 생산의 속도 변경할 수 있습니다 경우에 기울기 차이 (NS 또는 정규화 된 슬로프) 대사에 대 한 정규화 곡선 아래의 영역으로 나눌 수 있습니다. 체적 capnography 이전 항공 볼륨의 변화를 평가 하는 데 사용 되었습니다 그리고 균일 다음 공기 오염 노출^3,,45,6.

폐에서 가스 전송 대류와 확산에 의해 적용 됩니다. 하나의 호흡 희미하게 측정은 공기 흐름에 상당히 의존 하 고 V_D 의 측정된 값 대류-확산 경계에서 발생 합니다. 증발 기 또는 앞 흡입 유량 변경 그 경계⁷의 위치를 변경 합니다. Capnography 또한 매우 작전 직전 폐의 볼륨에 따라 달라 집니다. 큰 폐 볼륨 V_D⁸의 값이 클수록 그 결과 항공 distend. 하나의 솔루션 같은 폐 볼륨-일반적으로 기능적 잔류 용량 (FRC)에 일관 되 게 측정을 만들 것입니다. 대체, 설명 여기 V_D 및 폐 볼륨 사이의 관계를 얻기 위해 몇 체적 capnography 기 plethysmography, 함께 것입니다. 참가자는 폐 볼륨 변화 하는 동안 지속적인 흐름 속도로 기동을 수행 합니다. 이 여전히 파생 될 폐 볼륨 및 동질성 및 폐 볼륨 볼륨과 죽은 공간 사이의 관계에 대 한 뿐만 아니라 고전적인 capnographic 대책 FRC에서 만들 수 있습니다. 실제로, capnography plethysmography 커플링의 부가 가치 항공 나무의 distensibility와 폐의 구조-기능 관계에 대 한 가설을 테스트 하는 능력에서 온다. 이 조사 건강 하 고 병에 걸린 인구가^{9,10,11 폐 기능에 항공 역학 대 폐 규정 준수 및 elastance의 영향을 계량을 위한 유용한 도구가 될 수 있습니다.} . 또한, 체적 capnographic 측정 수행 되 고는 절대 폐 볼륨 수 있습니다 폐, 비만, 등의 인플레이션 상태를 변경할 수 있는 조건의 효과 특성 조사 회계 폐 이식, 또는 가슴 벽 달아서 같은 개입입니다. 체적 capnography 임상 유틸리티를 집중 치료 설정^12,13에 궁극적으로 있는 수 있습니다.

프로토콜

이 프로토콜은 이전에 의해 승인 되었습니다 하 고 아이오와 기관 검토 위원회의 대학에 의해 설정 하는 지침을 따릅니다. 표시 된 데이터는 아이오와 대학에서 기관 검토 위원회에 의해 승인 프로젝트의 일환으로 수집 했다. 참가자 동의 주었고 헬싱키 선언에 따라 연구 수행 했다.

1입니다. 장비

1. 필요한 모든 장비는 사용할 수 있는지 확인 하려면 장비 테이블을 확인 하십시오. 더블 그림 2에 장비의 그래픽 묘사를 사용 하 여 구성을 확인 합니다.

2입니다. plethysmography

참고: 기 plethysmography 잘 설명된 임상 도구 이며 폐 볼륨 측정^14,15표준화에 합의 진술에 따라 상용 장비를 사용 하 여 수행 됩니다. 필요한 경우 폐 흐름과 볼륨 비교 됩니다 예측된 값 NHANES 데이터 세트 및 plethysmograph 소프트웨어에 포함 된 골드만 삭스와 Becklake¹⁶ 에서.

1. 매일 plethysmograph의 그리고 어떤 실험 사전 캘리브레이션을 수행 합니다.
   1. 온도, 기 압 보정 전에 표준 기압계를 사용 하 여 상대 습도 측정 하 고 보정 요인으로 plethysmograph 소프트웨어에 이러한 값을 입력.
   2. 가변 유량 보정된 3 L 주사기를 사용 하 여 흐름 센서 보정. 정확 하 게 50 mL 펌프를 사용 하 여 상자 압력 보정. 월별 및 제조업체의 추천 당, 필요에 따라 다시 보정 상자 압력 변환기를 확인 한다.
2. 측정 직전 몸 전체 plethysmograph에 있는 참가자를 놓고 문을 닫습니다. 열 평형에 대 한 수 있는 30-60 s 후 측정을 확인 합니다.
   1. 참가자가 그들의 입에 마우스 피스, 코 클립에 넣어 놓고 그들의 뺨을에 그들의 손을 장소를 지시 합니다. "피"는 뺨의 작전 동안 방지 입 볼륨 변경에 기인 하는 볼륨에서 변경 최소화 합니다.
   2. 취득 및 기능적 잔류 용량 (FRC) 설립 될 적어도 4 개의 조력 숨을 수 있도록 참가자가 정상적으로, 호흡에 지시 합니다.
   3. 일반적인 증발 기 (FRC)의 끝에, 셔터를 닫습니다. 바지 참가자를 코치 가볍게 0.5-1 호흡/s 3-4 미 입 압력 및 열 드리프트 없이 겹치는, 스트레이트 라인의 시리즈는 되도록 plethysmograph 압력 사이의 관계 평가.
   4. 셔터를 열고 참가자가 정상적인 호흡을 허용 합니다. 코치 잔류 용적 (RV), 총 폐 용량을 최대한 inspiratory 책략 뒤에 숨을 내 쉬고 참가자. 프레임율 값 5% 내에서 동의 하는 얻을 수 있습니다 때까지 세 번 이상 반복

3. 체적 Capnography

참고: 단계 3.1-3.4 연구 과제의 도착 하기 전에 수행 됩니다.

1. 계속 하기 전에 표 1 에서 변수를 해결 하 고 필요한 경우 수정 합니다. 이러한 변수는 연구 설계 단계에서 조정 하 고 다음 일정 하 게 유지 연구 기간에 대 한 중요 하다.
   1. 새로운 실험 프로토콜을 시작 하기 전에 알아서 CO₂ 농도 측정, 가스 분석기 및 흐름을 측정 하는 pneumotach 사이 타임 딜레이 정확 하 게 측정. CO₂ 와 흐름 신호 정렬 될 수 있습니다.
   2. 5% CO₂의 흐름과 함께 실험적으로 지연 시간을 측정 합니다. 마우스 피스 뒤 자 지를 가스 라인을 연결 합니다.
   3. 자 지를 열고, 이상 10 타석 pneumotach 가스 분석기 응답 사이의 지연 결정 동안 10 L/분의 속도로 가스를 도입 하 고 매크로에 입력.
   4. 분석기 샘플링 속도 유지 하 여 시간 지연 상수를 유지 합니다. 시간 지연 가스 분석기의 샘플링 레이트에 상당히 의존 이며 그것은 중요 한 것이 일정 하 게 유지는 실험을 통해와 참가자 사이.
2. 3 "채널" 흐름, exhaled CO₂ (%), 볼륨의 컬렉션을 정의 합니다. 흐름과 exhaled CO₂ (%)는 아날로그 입력 이며 볼륨 흐름의 전체.
   1. 흐름 및 CO₂ (%) pneumotach와 가스 분석기에서 직접 측정 하 고 볼륨 흐름의 전체로 계산 됩니다 확인 합니다. 그림 3 이 1, 2, 및 6 채널에서 수집 되는 것을 보여준다.
3. 각 사용 전에 가스 분석기 보정. 이 측정 하는 경우 O₂ 센서를 포함 합니다.
   1. 불활성 가스 분석기 0. 100% 보정 등급 (< 0.01% 오염) N₂ 또는 그가 사용할 수 있습니다, 헬륨은 질소 산소의 량으로 오염 될 수 있습니다 때문에 선호. 가방에 건조 관을 배치 하거나 혼합 챔버에 연결 합니다. 가방이 나 적어도 10 L/분 한다 주의 하지이 교정에 영향을 줄 수로 시스템을 압력의 불활성 가스 챔버를 플러시.
   2. 가방이 나 O₂ 와 CO를 치환 하는 불활성 가스와 챔버 홍수_2. CO₂ 와 O₂ 의 표시 농도 안정화, 일단 그들은 모두 0을 읽을 때까지 제로 손잡이 조정 합니다.
   3. 교정 가스로 6% CO₂ 와 룸 공기 (20.93% O₂)를 반복 합니다. 때 원하는 가스의 농도 안정화, 교정 가스의 농도 맞게 범위 손잡이 조정 합니다.
   4. 불활성 가스와 교정 가스를 다시 확인 하 고 조정 제로 고 모두 정확한 ± 0.1 %까지에 걸쳐.
4. 제조업체의 지침에 따라 온수 pneumotach 보정.
   1. 간단히, 연구 전에 적어도 20 분 동안 37 ℃ 따뜻한 pneumotach를 수 있습니다.
   2. 흐름 채널 (채널 1)의 드롭 다운 메뉴를 선택, Spirometer 메뉴 옵션을 선택 하 고는 pneumotach 0 0 을 클릭 합니다. 오케이선택 하 여 완료.
   3. 직접 흐름 헤드 어댑터를 사용 하 여 pneumotach을 3 L 주사기를 연결 합니다. 교정 호흡을 강조 표시 합니다. 다시, 흐름 채널의 드롭 다운 메뉴를 선택 합니다. Spirometer 흐름 을 선택 | 보정, 3 L에 입력 하 고 선택 좋아"\.
   4. 다양 한 유량 pneumotach 3 L 주입 하 여 보정을 확인 (0-4 L/s, 4-8 L/s, 및 8-12 L/s). 3 L에서 차이 5% 미만 이어야 한다.
5. 두 순차 호흡 수집 되 고 같은 유량에서 만들어진 책략을 수집 합니다.
   1. 코치 호흡-코칭 호흡과 분석을 위한 호흡의 두 쌍의 구성 된 단일 작전을 수행 하는 주제. 이 그림 1 (아래)에 그래픽으로 표시 됩니다.
   2. 책략, 동안 흐름 가이드 컴퓨터 모니터에 따라 참가자를 코치. 탐정 "지금 흡입" 또는 "지금 내 쉬고"를 지정 하 여 주제를 코치 수 있습니다.
   3. 단일 책략에 이러한 호흡의 두 쌍은 책략을 수행 합니다. 작전의 첫 번째 증발 기는 3 s와 두 번째는 쉽게 exhaled 흐름 제어 하기 위해 마우스 피스와 저항에 줄을 추가 하는 5 미 고려. 5 cm H₂O/L/s의 저항 저항 일반적으로 잘 용납입니다.
      참고: 저항을 사용 하는 경우 그것이 사용 됩니다 및 모든 참가자에 대 한 연구를 통해 기도 직경을 바꿀 수 있는 입과 기도 압력을 증가 하기 때문에 중요 하다. 그것은 또한 중요 한 그 참가자 하지 "퍼프 밖 으로" 그들의 뺨이 죽은 공간을 증가입니다.
6. 측정
   1. 바닥에 두 발을 똑바로 앉아, 그들의 코에 코 클립을 넣어 그들의 입에 마우스 피스 참가자를 지시 합니다.
   2. 코치의 갯벌 1 분 이상 완료 하려면 참가자 호흡. 이 대사 기능 측정을 위한 이며 마우스 피스와 함께 자신을 숙지를 참가자 수 있습니다. 1 분 후 데이터 수집을 중지 합니다.
   3. 다음, 정상, 작은 또는 일반 갯벌 호흡 보다 큰 복용 그들의 해 일 볼륨을 다양 하 게 참가자를 코치. 이 capnograms 다른 폐 볼륨에서 가져온 보장
   4. 코치 그들은 최대한 빨리 그들은 그들의 스크린에 나타나는 흐름 추적을 참조 capnogram 책략을 수행으로 전환 해야 하는 참가자.
   5. 참가자의 호흡 사이클에 임의의 지점에서 데이터 수집을 다시 시작 합니다. 이 측정 다른 폐 볼륨에 만들어질 수 있습니다.
   6. 마지막으로, 각 책략, 완전히 호흡의 근육을 휴식의 끝에 한숨을 수행 하는 코치. FRC 결정 될 수 있습니다.
   7. 데이터 수집을 중지 합니다. 적어도 6-8 기동 (12-16 쌍 분석을 위한 호흡) 완료 될 때까지 3.6.3-3.6.5 단계를 반복 합니다.

4. 데이터 분석

1. 데이터 내보내기. 매크로 통해 실행, 호흡의 각 쌍 매크로로 가져온 다음 단일 텍스트 파일로 내보낼 수 있어야 합니다. 이 프로세스의 스크린 샷 추가 그림 1에 부여 됩니다.
   1. 작전이 시작 되기 전에 증발 기의 일부를 강조 하기 위해 신경에, 호흡의 각 쌍을 강조 표시 합니다.
   2. 파일 메뉴에서 내보내기를 선택 하 고 이름을 책략.
   3. 파일 형식 드롭다운 메뉴를 사용 하 고 데이터 파일로 저장 합니다. 그런 다음 저장을 선택 합니다.
   4. 이 수출로 텍스트 상자를 표시 하려면 묻습니다. 오른쪽 블록 헤더 열, 시간, 날짜, 설명 및 이벤트 표시를선택 취소 합니다.
   5. 왼쪽에 현재 선택 및 출력 NaN 값을 선택 합니다. 다운 샘플링에 의해 선택 하 고 상자에 10 을 입력 합니다.
   6. 선택 하는 흐름 채널 및 CO₂ (%) 채널 내보낼 수 고 O케이클릭 합니다. 분석을 시작 하기 전에 백업으로 이러한 내보낸된 파일의 중복을 만드는 것이 좋습니다.
2. 매크로 분석을 수행 합니다. 매크로와 폐 볼륨 비교 내보낸된 기동 분석의 단계별 주석된 스크린 샷 추가 그림 2에 그리고 가이드로 사용할 수 있습니다.
   1. 매크로 열고, 파일에가 고 오펜을 선택 합니다.
   2. 저장 된 데이터 파일을.txt 확장명으로 저장을 선택 합니다.
   3. 텍스트 가져오기 마법사 상자 표시 됩니다. 왼쪽 상단에 구분 을 선택 하 고 을 클릭 합니다. 2 단계에 대 한 구분 기호 아래에서 탭 을 선택 하 고 을 클릭 합니다. 3 단계에 대 한 일반 열 데이터 서식 에서 선택 하 고 마침을 클릭 합니다.
   4. 매크로 실행 하려면 연속에서 보기, 매크로, 보기 매크로 및 실행을 선택 합니다. 데이터의 백업 복사본 경우 예 를 선택 합니다.
   5. 실행할 매크로 허용 (약 90 s) 4 개의 시트와 통합 문서를 생성 하 고. 이러한 측정에 관련성, 시트 2 숫자 데이터를 포함 및 차트 3는 capnogram의 포함 되어 있습니다.
   6. 데이터를 반환 하 고 FRC에 대 한 볼륨을 결정 합니다. 이 흐름에서 한숨 끝에 볼륨으로 식별 = 0 L/s.
   7. 호흡의 각 쌍의 두 번째 증발 기 시작 되는 볼륨을 결정 합니다. FRC 볼륨에서이 빼면, 시작 볼륨 위 또는 FRC 아래 각 호흡에 대 한 확인할 수 있습니다.

결과

대표 plethysmography 결과 그림 4에 부여 됩니다. 이 참가자와 3 프레임율 값을 수집 하기 위해 4 개의 시도 필요한 < 계정 성별, 나이, 인종에 인구 회귀 방정식에 따라 각 변수에 대 한 예측된 값의 비율을 반영 하는 5% 변화는 mean.%Ref에서 신장과 체중

그림 1 (맨 위) 작전의 전체 시퀀스의...

토론

여기, V_D 와 항공 동질성 (기울기) 측정에 대 한 프로토콜을 제공 합니다. FRC, 또는 폐 볼륨의 기능으로이 측정 할 수 있다. 섭 동 V_D 와 슬로프의 폐 볼륨 기능으로 그릴 수 있으며에서 얻은 정보가 아닌 폐의 구조-기능 관계에 대 한 유용한 정보를 제공할 수 있습니다 후 실험의 시작 전에 FRC를 측정 혼자 FRC에서 capnography입니다.

항공 볼륨 및 고해상도 구조 계산 ...

자료

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