Сочетание объемного Capnography и барометрический плетизмографии для измерения связи структура функция легких

Резюме

Здесь мы описываем две меры легочной функции – барометрическое плетизмографии, который позволяет измерять объем легких и объемные capnography, инструмент для измерения анатомические Мертвое пространство и единообразия airways. Эти методы могут быть использованы самостоятельно или комбинированные для оценки функции Хаво Йуллари в различных легких томов.

Аннотация

Инструменты для измерения объема легких и дыхательных путей являются критическими для легких исследователей, заинтересованных в оценке последствий болезней или Роман терапии на легких. Барометрического плетизмографии — это классический метод для оценки объема легких с долгой историей клинического использования. Объемные capnography использует профиль выдыхаемого диоксида углерода, чтобы определить объем проведения airways, или Мертвое пространство и обеспечивает индекс airways однородности. Эти методы могут использоваться самостоятельно или в сочетании для оценки объема airways и однородности зависимость объема легких. Этот документ содержит подробные технические инструкции для репликации этих методов и наших репрезентативных данных показывает, что объем airways и однородности сильно коррелирует с объем легких. Мы также предоставляем макрос для анализа capnographic данных, которые могут быть изменены или адаптированы с учетом различных экспериментальных проектов. Преимущество этих мер заключается в том, что их преимущества и ограничения поддерживаются десятилетиями экспериментальных данных, и они могут быть сделаны неоднократно в той же теме без дорогостоящего оборудования изображений или технически сложный анализ алгоритмов. Эти методы могут быть особенно полезны для следователей интересует возмущений, которые изменяют как функциональные возможности остаточного объема легких и дыхательных путях.

Введение

Газа размыва методы использовали на протяжении десятилетий для предоставления важной информации о структуре и единообразия сократимость дерева. Легких классически описан как имеющий два отделения – ведение зоны, которая состоит из анатомического мертвого пространства и дыхательных зоны, где происходит обмен газа в альвеолах. Проведение airways называются в качестве «Мертвое пространство», потому что они не участвуют в обмен кислорода и углекислого газа. В методе размыва газ одно дыхание профиль концентрации выдыхаемого газа может использоваться чтобы определить объем анатомического мертвого пространства и для получения информации о единообразие вентиляции. Некоторые методы полагаются на дыхание инертных газов сделать эти меры (N₂, аргон, он, SF₆и т.д.). Использование инертного газа является устоявшейся, поддержке научного консенсуса заявления¹, и есть доступные склад с удобным для пользователя интерфейсом. Однако выдохнул профиль двуокиси углерода (CO₂) может использоваться для получения аналогичной информации. Оценки профиля CO₂ как функция выдыхаемого объема, или объемные capnography, не требует участник дышать специальных газовых смесей и позволяет детектива, чтобы собрать дополнительную информацию гибко о метаболизме и газ Обмен с минимальной регулировки к технике.

Во время контролируемых выдоха концентрация CO₂ может быть заговор против выдыхаемого объема. В начале выдох, Мертвое пространство заполняется с атмосферного газа. Это отражено в фазе я выдохнул CO₂ профиль где есть обнаружить количество CO₂ (рис. 1, сверху). Фаза II знаменует переход к альвеолярный газ, где происходит обмен газа и CO₂ обильные. Объем в середине этапа II-объем анатомического мертвого пространства (_DV). Фаза III содержит альвеолярный газ. Потому что авиалинии с различными диаметрами пустой с разной скоростью, наклон (S) этапа III предоставляет сведения о airways единообразия. Крутой склон этапа III предлагает менее единообразной сократимость дерево проксимальнее терминала бронхиол, или неоднородности конвекции зависимые². В случае, где возмущения могут изменить скорость CO₂ производства и делать сравнения между отдельными людьми склона можно разделить площадь под кривой нормализовать для различий в метаболизме (NS или нормализованной склон). Объемные capnography ранее использовались для оценки изменений в объеме airways и единообразия следующих воздушных загрязнителей экспозиции^3,4,5,6.

Транспорт газа в легких регулируется конвекции и диффузии. Одном дыхании размыва меры являются сильно зависит от воздушного потока и измеренное значение V_D происходит на границе конвекции диффузии. Скорость потока выдох или предшествующих ингаляции изменение местоположения этой границы⁷. Capnography также сильно зависит от объема легких, непосредственно предшествующий маневр. Большие объемы легких раздуваться дыхательных путей, что приводит к более высокие значения V_D⁸. Одно из решений заключается в том, чтобы последовательно сделать измерения на тот же объем легких – обычно остаточной трудоспособности (FRC). Альтернативные, описанных здесь, является пара объемных capnography с барометрический плетизмографии, для получения отношения между V_D и объем легких. Участник затем выполняет маневр при постоянной скорости потока, одновременно меняя объем легких. Это по-прежнему позволяет классический capnographic меры должны быть приняты на FRC, но и для отношений между объем легких и Мертвое пространство объем и объем легких и однородности быть получены. Действительно добавленной стоимости муфты capnography с плетизмографии происходит от способности для проверки гипотезы о растяжимость airways дерева и связи структура функция легких. Это может быть ценным инструментом для следователей, стремясь количественно оценить влияние механики airways против комплайнс легких и elastance на легочную функцию в здорового и больного населения^9,10,11 . Кроме того, учет для абсолютной легких тома, на котором проводятся измерения объемной capnographic позволяет следователям для характеристики воздействия условий, которые могут изменить состояние инфляции легких, таких как ожирение, легких трансплантации, или вмешательства как обвязки грудной стенки. Объемные capnography в конечном счете может иметь клинической полезности в интенсивной терапии параметр^12,13.

протокол

Этот протокол был ранее одобрен и соответствует руководящим принципам, установленным в Университете Айовы институциональных Наблюдательный Совет. Данные были собраны как часть проекта, утвержденного Советом по рассмотрению институциональных в университете штата Айова. Участники дали осознанного согласия и исследования проводились в соответствии с Хельсинкской декларации.

1. оборудование

1. Проверьте оборудование таблицы, чтобы убедиться, что все необходимое оборудование предоставляется. Дважды проверьте конфигурацию с графическим изображением оборудования на рисунке 2.

2. плетизмографии

Примечание: Барометрического плетизмографии это средство хорошо описанных клинических и выполняется с использованием торгового оборудования согласно консенсуса заявления по стандартизации легких объем измерений^14,15. При необходимости, легких потоки и объемы сравниваются с прогнозируемые значения из набора данных NHANES и Голдман и Becklake¹⁶ , которые включены в программное обеспечение плетизмограф.

1. Калибровки плетизмограф ежедневно и до любых экспериментов.
   1. Измерения температуры, атмосферного давления и относительной влажности воздуха с помощью стандартного барометр до калибровки и введите эти значения в плетизмограф программное обеспечение как коррекция факторов.
   2. Калибровать датчик расхода с помощью калиброванного шприца 3 Л скоростью потока. Калибровка давления коробки с помощью точных 50 мл насоса. Преобразователи давления коробки должны проверяться ежемесячно и повторно калиброванные, при необходимости, за рекомендации производителя.
2. Непосредственно перед измерением место участника в плетизмограф всего тела и закройте дверцу. Производить измерения после 30-60 сек, который позволяет для тепловой уравновешивания.
   1. Поручить участник разместить их в рот на мундштук, поставить на нос клипов, и размещать свои руки на их щеки. Предотвращение «пыхтя» щек во время маневра сводит к минимуму изменений в объеме, которые в результате изменения объема рот.
   2. Поручить участник дышать, позволяя по меньшей мере четыре приливные вдохов, чтобы быть приобретенные и функциональных остаточного потенциала (FRC) должен быть создан.
   3. В конце нормальный выдох (FRC) закроете затвор. Тренер участником Брюки слегка на 0,5-1 вдохов/s для 3-4 s. оценивать взаимосвязь между рот давление и давление плетизмограф чтобы убедиться что это серии перекрывающихся, прямые линии без тепловой дрейфа.
   4. Откройте затвор и позволяют участнику принять нормальное дыхание. Тренер участником выдох остаточный объем (RV), маневром максимального вдоха всего легкого емкости. Повторите по крайней мере три раза, пока не получены значения FRC, которые согласны в пределах 5%

3. Объемная Capnography

Примечание: Шаги 3.1-3.4 выполняются перед прибытием предмет исследования.

1. Прежде чем продолжить, адрес переменных в таблице 1 и изменить при необходимости. Важно, что эти переменные являются скорректирована на этапе проектирования исследования и затем провел постоянной в течение всего исследования.
   1. Прежде чем начать новый экспериментальный протокол, позаботьтесь, чтобы точно измерить время задержки между газоанализатор, который измеряет концентрации CO₂ и pneumotach, который измеряет поток. Это позволяет для CO₂ и поток сигналов быть выровнены.
   2. Измерьте время задержки экспериментально с потоком 5% CO₂. Прикрепите газопровода к запорный, следуют мундштук.
   3. Откройте кран, представляя газа со скоростью 10 Л/мин определяют среднее время задержки между ответ анализатор pneumotach и газа свыше 10 судебных процессов и вступить в макрос.
   4. Поддержание постоянной времени задержки, поддерживая анализатор дискретизации. Время задержки сильно зависит от дискретизации анализатор газов и очень важно, что это остаются неизменными через эксперимент и между участниками.
2. Определите три «каналы» для коллекции потока, выдохнул CO₂ (%), и объем. Поток и выдохнул CO₂ (%) аналоговых входов и объем представляет собой интеграл потока.
   1. Убедитесь, что поток и CO₂ (%) измеряются непосредственно из pneumotach и газового анализатора и что объем рассчитывается как интеграл потока. Рисунок 3 показывает, что они собраны в каналы 1, 2 и 6.
3. Калибровки, газоанализатор до каждого использования. Включить датчик₂ O, если это должна быть измерена.
   1. Нулевой анализатор с инертным газом. 100% калибровки класса (< 0,01% загрязнений) N₂ , или он может использоваться, хотя гелий является предпочтительным, поскольку азота могут быть загрязнены с следовых количеств кислорода. Место сушки трубка в мешке или подключиться к смесительной камеры. Промойте мешок или камеры с инертным газом в размере по крайней мере 10 Л/мин ухода должны быть приняты не для того, чтобы давление в системе, как это может повлиять на калибровки.
   2. Наводнение мешок или камеры с инертным газом для вытеснения O₂ и CO_2. После того, как отображаются концентрации CO₂ и O₂ стабилизации, отрегулировать нулевой ручки до тех пор, пока они оба читать ноль.
   3. Повторяйте с 6% CO₂ и номер воздухом (20.93% O₂) калибровочных газов. Когда концентрация желаемого газа стабилизируется, отрегулируйте ручку диапазона соответствует концентрация калибровочного газа.
   4. Еще раз проверьте инертного газа и калибровочных газов и отрегулируйте zero и охватывают до тех пор, пока оба являются точной ±0, 1%.
4. Калибровка с подогревом pneumotach согласно инструкциям производителя.
   1. Вкратце позволяют pneumotach нагреть до 37 ° C для по крайней мере 20 минут до исследования.
   2. Выберите в раскрывающемся меню потока канала (канал 1), выберите параметр меню спирометр и нажмите ноль к нулю pneumotach. Закончить, выбрав все в порядке.
   3. Напрямую соединиться шприц 3 Л pneumotach, с помощью адаптера главного потока. Выделите калибровки дыхание. Опять же выберите в раскрывающемся меню канала потока. Выберите спирометра потока | Калибровка, тип в 3 Л и выберите о ' Кей«\.
   4. Проверить калибровку путем инъекций 3 Л в pneumotach на различной скорости потока (0-4 Л/с, 4-8 Л/сек и 8-12 L/s). Отличие от 3 Л должно быть меньше 5%.
5. Соберите маневр, что собираются два последовательных вдохов и что они сделаны с той же скоростью потока.
   1. Тренер субъекта выполнять один маневр, состоящая из двух пар вдохов-коучинг дыхание и дыхание для анализа. Это показано графически на рисунке 1 (внизу).
   2. Во время маневра тренер участникам следовать руководство потока на мониторе компьютера. Следователь может тренер тему, указав «вдыхать теперь» или «выдох сейчас».
   3. Так что есть две пары этих вдохов в один маневр выполните маневр. Первый выдоха маневр-3 s и второй — 5 с. рассмотреть добавления резистор в линии с мундштуком для того, чтобы облегчить выдыхаемого потока управления. Сопротивление с 5 см H₂O/L/s сопротивления обычно хорошо переносится.
      Примечание: Важно, что если используется резистор, он используется на протяжении всего исследования и для каждого участника потому, что она увеличивает рот и сократимость давление, которое может изменить диаметр сократимость миокарда. Важно также, что участники не «слойка «их щеки как это увеличивает Мертвое пространство.
6. Протокол измерений
   1. Проинструктируйте участников сидеть прямо с обеими ногами на полу, надел их нос нос клипов и разместить их в рот на мундштук.
   2. Тренер участник завершить по крайней мере одну минуту приливных дыхание. Это для мер метаболические функции и позволяет участникам ознакомиться с мундштуком. После одной минуты остановки сбора данных.
   3. Далее тренер участников варьировать их дыхательного объема, принимая нормального, меньше - либо больше, чем нормальный приливные вдохов. Это гарантирует, что capnograms получаются в различных легких томов
   4. Тренер участник, они должны перехода для выполнения capnogram маневр, как только они видят трассировки потока появляются на их экране.
   5. Возобновить сбор данных на случайную точку в участника дыхательного цикла. Это позволяет для измерений в различных легких томов.
   6. Наконец тренер для выполнения в конце каждого маневра, полностью расслабляющий мышцы дыхания вздох. Это позволяет FRC будут определены.
   7. Остановка сбора данных. Повторите шаги 3.6.3-3.6.5 до тех пор, пока будут завершены по крайней мере 6-8 маневров (12 -16 пар вдохов для анализа).

4. анализ данных

1. Экспорт данных. Чтобы запустить через макрос, каждая пара вдохов должны быть экспортированы как в один текстовый файл, который затем импортируется в макрос. В дополнительных Рисунок 1приведены снимки экрана этого процесса.
   1. Выделите каждую пару вдохов, принимая заботиться выделить часть выдоха до начала маневра.
   2. В меню Файл выберите пункт Экспорти имя субъекта маневр.
   3. Используйте раскрывающееся меню в поле Сохранить как тип и сохраните его как файл данных. Затем выберите сохранить.
   4. Это заставит экспортировать как текстового поля. На право снимите блок заголовка столбцов, время, Дата, комментарии и события маркеров.
   5. На левой стороне выберите Текущее выделение и Вывода NaN для значений. Выберите даунсамплинг и в поле введите 10 .
   6. Выберите Канал потока и CO₂ (%) Канал для экспорта и нажмите кнопку OКей. Можно сделать дубликаты этих экспортированных файлов как резервные копии перед началом анализа.
2. Анализ макро. Шаг за шагом аннотированный скриншоты для анализа экспортируемых маневры с макросом и сравнивая объем легких даны дополнительные Рисунок 2 и могут быть использованы в качестве руководства.
   1. Откройте макрос, перейдите в меню файл и выберите пункт Oперо.
   2. Выберите файл сохраненных данных, сохраняются с расширением .txt.
   3. Появится окно Мастер импорта текста . В левом верхнем углу выберите с разделителями и нажмите кнопку Далее. Для шага 2 выберите вкладку под разделителей и нажмите кнопку Далее. Для шага 3 выберите Общие под Формат данных столбца и нажмите кнопку Готово.
   4. Чтобы запустить макрос, выберите Просмотр, макро, вид макрос и запуск подряд. Выберите Да , если существует резервная копия данных.
   5. Разрешить запуск макроса (примерно 90 s) и создания книги с четырьмя листами. Значение для этих измерений лист 2 содержит числовые данные и диаграммы 3 содержит участок capnogram.
   6. Вернитесь к данным и определить объем для FRC. Это определяется как объем в конце вздох, в которых текут = 0 Л/с.
   7. Определите объем, в котором было начато второе выдоха в каждой паре вдохов. Вычтя это от объема FRC, начальный объем выше или ниже FRC может быть определена для каждого вдоха.

Результаты

Представитель плетизмографии результаты приведены на рисунке 4. Этот участник требуется четыре попытки для того чтобы собрать три FRC значения с < изменчивость 5% от mean.%Ref отражает процент прогнозируемое значение для каждой переменной на основе уравнени...

Обсуждение

Здесь предоставляется протокол для измерения V_D и airways однородности (склон). Эти измерения могут производиться на FRC, или как функция легких тома. Измерения FRC до начала эксперимента и после возмущения позволяет V_D и склон изображаться как функция объема легких и может предоста...

Материалы

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