Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
В данном протоколе представлен метод оценки альвеолярно-капиллярного резерва легких, измеряемого путем комбинированного измерения диффузной способности к монооксиду углерода (DL, CO) и оксиду азота (DL, NO) во время физической нагрузки. Предположения и рекомендации по использованию техники во время выполнения упражнений составляют основу данной статьи.
Комбинированное измерение диффузионной способности монооксида углерода (DL, CO) и оксида азота (DL, NO) за один вдох является полезным методом для измерения альвеолярно-капиллярного резерва легких как в здоровой популяции, так и в популяции пациентов. Измерение позволяет оценить способность участника набирать и растягивать легочные капилляры. Недавно сообщалось, что этот метод демонстрирует высокую надежность при повторном тестировании у здоровых добровольцев во время упражнений легкой и умеренной интенсивности. Следует отметить, что эта техника допускает до 12 повторных маневров и требует только одного вдоха с относительно коротким временем задержки дыхания в 5 секунд. Приведены репрезентативные данные, показывающие постепенное изменение DL,NO и DL,CO от отдыха к физической нагрузке при возрастающей интенсивности до 60% от максимальной нагрузки. Измерение диффузионной способности и оценка альвеолярно-капиллярного резерва является полезным инструментом для оценки способности легких реагировать на физические упражнения как у здоровой популяции, так и у пациентов с хроническими заболеваниями легких.
Физические упражнения приводят к значительному увеличению потребности в энергии по сравнению с состоянием покоя. Сердце и легкие реагируют на это увеличением сердечного выброса и вентиляции, что приводит к расширению альвеолярно-капиллярного русла, главным образом к набору и расширению легочных капилляров1. Это обеспечивает достаточный легочный газообмен, который можно измерить увеличением легочной диффузионной способности (DL)2,3,4. Первые попытки измерить DL во время физических упражнений датируются более чем столетней давностью 5,6,7. Способность повышать DL из состояния покоя часто называют альвеолярно-капиллярным резервом 8,9.
Экспериментально относительный вклад диффузионной емкости альвеолярно-капиллярной мембраны (DM) и объема легочной капиллярной крови (VC) в альвеолярно-капиллярный резерв может быть оценен различными методами, в том числе классическим кратным фракциями вдыхаемого кислорода () методом10. Альтернативным методом, который может быть полезен в этом контексте, является метод двойного испытания газа, при котором DL к окиси углерода (CO) и оксиду азота (NO) (DL, CO/NO) ИЗМЕРЯЮТСЯ ОДНОВРЕМЕННО11. Этот метод был разработан в 1980-х годах и использует тот факт, что скорость реакции NO с гемоглобином (Hb) значительно выше, чем у CO, так что легочная диффузия CO больше зависит от VC , чем NO. Следовательно, основной участок резистентности (~75%) к диффузии CO расположен в эритроцитах, в то время как основное сопротивление (~60%) диффузии NO приходится на альвеолярно-капиллярную мембрану и легочную плазму12. Таким образом, одновременное измерение DL,CO и DL,NO позволяет оценить относительный вклад DM и VC в DL12, где изменение DL,NO, наблюдаемое во время физической нагрузки, таким образом, в значительной степени отражает расширение альвеолярно-капиллярной мембраны. Дополнительным преимуществом этого метода при получении измерений во время тренировки является то, что он предполагает относительно короткое время задержки дыхания (~5 с) и меньшее количество маневров по сравнению с классической
техникой, где выполняются многократные повторные маневры со стандартизированной задержкой дыхания на 10 секунд при разных уровнях кислорода. Хотя
в последнее время применяется с более коротким временем задержки дыхания и меньшим количеством маневров при каждой интенсивности13. Тем не менее,
допускается в общей сложности только шесть маневров DL,CO за сеанс, в то время как до 12 повторных маневров DL,CO/NO могут быть выполнены без какого-либо измеримого влияния на результирующие оценки14. Это важные соображения при проведении измерений во время тренировки, поскольку как длительная задержка дыхания, так и множественные маневры могут быть трудными для выполнения с очень высокой интенсивностью или у пациентов с одышкой.
В настоящей работе представлен подробный протокол, включающий теоретические соображения и практические рекомендации по измерению DL,CO/NO при физической нагрузке и его использованию в качестве показателя альвеолярно-капиллярного резерва. Этот метод легко применим в экспериментальных условиях и позволяет оценить, как ограничение диффузии в легких может повлиять на поглощение кислорода в различных популяциях.
Теория и принципы измерений
Метод DL,CO/NO предполагает однократное вдыхание газовой смеси с предположением, что газы равномерно распределяются в вентилируемом альвеолярном пространстве после ингаляции. Газовая смесь состоит из нескольких газов, в том числе инертного индикаторного газа. Разбавление газа-индикатора в вентилируемом альвеолярном пространстве в зависимости от его доли в воздухе в конце выдоха может быть использовано для расчета альвеолярного объема (VA)15. Газовая смесь также включает испытуемый газ CO и NO, которые разбавляются в вентилируемом альвеолярном пространстве и диффундируют через альвеолярно-капиллярную мембрану. На основе их альвеолярных фракций можно рассчитать их индивидуальные скорости исчезновения (k), также называемые константой диффузии, из альвеолярного пространства. По соглашению, DL для испытательного газа, измеренного во время маневра на одном дыхании, получается следующим уравнением16:
где FA0 – альвеолярная фракция испытуемого газа (CO или NO) в начале задержки дыхания при индивидуальном маневре DL , в то время как FA – альвеолярная фракция испытуемого газа в конце задержки дыхания, а tBH – время задержки дыхания. DL механически эквивалентен проводимости исследуемого газа через альвеолярно-капиллярную мембрану, через плазму и внутреннюю часть эритроцитов к гемоглобину. Таким образом, она зависит как от проводимости DM, так и от так называемой удельной проводимости легочной капиллярной крови (θ), которая зависит как от проводимости исследуемого газа в крови, так и от скорости его реакции с гемоглобином10. Учитывая, что обратной проводимостью является сопротивление, общее сопротивление переносу испытуемого газа зависит от следующих сопротивлений в серии10:
Эти компоненты могут быть различимы при одновременном измерении DL к CO и NO, поскольку они имеют разные θ-значения, и их соответствующие значения DL , таким образом, по-разному зависят от VC. Легочная диффузия СО в большей степени зависит от VC , чем от NO, при этом основной участок резистентности (~75%) к диффузии CO расположен в эритроцитах12. Напротив, основная устойчивость (~60%) к диффузии NO наблюдается на альвеолярно-капиллярной мембране и легочной плазме, поскольку скорость реакции NO с гемоглобином значительно выше, чем у CO. Следовательно, при одновременном измерении DL,CO и DL,NO, ИЗМЕНЕНИЯ КАК В DM , так и в VC будут заметно влиять на первый, в то время как последний будет в гораздо меньшей степени зависеть от VC, что позволит провести интегративную оценку факторов, определяющих DL.
Отчетность по показателям DL, CO/NO может быть сделана с использованием различных единиц измерения. Таким образом, Европейское респираторное общество (ERS) использует ммоль/мин/кПа, в то время как Американское торакальное общество (ATS) использует мл/мин/мм рт.ст. Коэффициент пересчета между единицами составляет 2,987 ммоль/мин/кПа = мл/мин/мм рт.ст.
Научно-этический комитет столичного региона Дании ранее одобрил измерение DL,CO/NO в покое, во время физических упражнений и в положении лежа на спине как у здоровых добровольцев, так и у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) в нашем учреждении (протоколы H-20052659, H-21021723 и H-21060230).
ПРИМЕЧАНИЕ: Перед измерением DL, CO/NO во время тренировки необходимо провести динамическую спирометрию и кардиопульмональный нагрузочный тест (КПЭТ). Динамическая спирометрия используется для контроля качества отдельных маневров DL, CO/NO, в то время как CPET используется для определения рабочей нагрузки, при которой DL, CO/NO должен быть измерен во время тренировки. У пациентов с ограниченным воздушным потоком, в частности, из-за обструктивной болезни легких, может быть полезно дополнить динамическую спирометрию плетизмологией всего тела для получения достоверной оценки жизненной емкости. Перед началом КПЭТ рекомендуется пройти медицинское обследование для исключения любых известных противопоказаний17. Важно отметить, что CPET следует проводить не менее чем за 48 ч до измерения DL, CO/NO, полученного во время тренировки, так как предшествующие энергичные упражнения могут влиять на DL в течение, по крайней мере, 24 ч18,19.
1. Динамическая спирометрия
ПРИМЕЧАНИЕ: Динамическая спирометрия должна выполняться в соответствии с текущими клиническими рекомендациями ERS и ATS20.
2. Кардиопульмональный нагрузочный тест (КПЭТ)
ПРИМЕЧАНИЕ: КПЭТ следует проводить в соответствии с текущими клиническими рекомендациями21.
3. Калибровка оборудования для диффузии одного дыхания
ПРИМЕЧАНИЕ: Необходимо откалибровать датчики расхода и газоанализаторы, чтобы обеспечить точность и надежность измерений. Точная процедура зависит от производителя и устройства. Процедура калибровки, включая биологический контроль, должна выполняться в каждый учебный день, а если в неделю выполняется менее одного учебного дня, следует проводить дополнительные еженедельные калибровки. Экспериментальная установка показана на рисунке 1.
4. Подготовка участника
5. Измерение DL, CO/NO во время вертикального отдыха
Примечание: Измерения DL, CO/NO выполняются в соответствии с текущими клиническими рекомендациями Целевой группы12 Службы занятости.
6. Измерение DL, CO/NO во время тренировки
ПРИМЕЧАНИЕ: График измерений DL, CO/NO во время тренировки представлен на рисунке 3.
Протокол был внедрен в 2021 году, и на момент написания статьи было выполнено в общей сложности 124 измерения во время физической нагрузки (т.е. 51 у здоровых добровольцев и 73 у пациентов с ХОБЛ различной степени тяжести). Маневры, а также данные о выполненных критериях приемлемости и повторя?...
Протокол обеспечивает стандартизированный подход к измерению DL, CO/NO во время тренировки с использованием техники двойного тестового газа на одном дыхании. Поскольку полученные DL,CO/NO-метрики увеличиваются за счет рекрутирования и растяжения легочных капилляров, метод обес?...
Оборудование и программное обеспечение, представленное в статье, не является бесплатным. Ни один из авторов не связан с какой-либо компанией, предоставляющей лицензию на программное обеспечение. Все авторы заявляют об отсутствии конкурирующих финансовых интересов.
Исследование получило финансовую поддержку Фонда Свенда Андерсена. Центр исследований физической активности поддерживается грантами TrygFonden ID 101390, ID 20045 и ID 125132. JPH финансируется HelseFonden и Университетской больницей Копенгагена, Rigshospitalet, в то время как HLH финансируется Фондом Беккета.
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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены