È necessario avere un abbonamento a JoVE per visualizzare questo. Accedi o inizia la tua prova gratuita.
Questo protocollo presenta un metodo per valutare la riserva alveolare-capillare polmonare misurata mediante la misurazione combinata a respiro singolo della capacità di diffusione al monossido di carbonio (D,L,CO) e all'ossido nitrico (D, L,NO) durante l'esercizio. I presupposti e le raccomandazioni per l'uso della tecnica durante l'esercizio costituiscono la base di questo articolo.
La misurazione combinata a respiro singolo della capacità di diffusione del monossido di carbonio (D,L, CO) e dell'ossido nitrico (D,L, NO) è una tecnica utile per misurare la riserva alveolare-capillare polmonare sia nella popolazione sana che in quella dei pazienti. La misurazione fornisce una stima della capacità del partecipante di reclutare e distendere i capillari polmonari. Il metodo è stato recentemente segnalato per mostrare un'elevata affidabilità test-retest in volontari sani durante l'esercizio di intensità da leggera a moderata. Da notare che questa tecnica consente fino a 12 manovre ripetute e richiede solo un singolo respiro con un tempo di apnea relativamente breve di 5 secondi. Vengono forniti dati rappresentativi che mostrano le variazioni graduali di DL, NO e DL,CO dal riposo all'esercizio a intensità crescenti fino al 60% del carico di lavoro massimo. La misurazione della capacità di diffusione e la valutazione della riserva alveolo-capillare è uno strumento utile per valutare la capacità del polmone di rispondere all'esercizio sia nella popolazione sana che in quella di pazienti come quelli con malattia polmonare cronica.
L'esercizio fisico porta ad un notevole aumento della domanda di energia rispetto allo stato di riposo. Il cuore e i polmoni rispondono aumentando la gittata cardiaca e la ventilazione con conseguente espansione del letto alveolare-capillare, principalmente il reclutamento e la distensione dei capillari polmonari1. Ciò garantisce un sufficiente scambio gassoso polmonare, che può essere misurato da un aumento della capacità di diffusione polmonare (DL)2,3,4. I primi tentativi di misurareD L durante l'esercizio risalgono a più di un secolo fa 5,6,7. La capacità di aumentare la DL dallo stato di riposo è spesso indicata come riserva alveolare-capillare 8,9.
Sperimentalmente, i contributi relativi della capacità di diffusione della membrana alveolare-capillare (DM) e del volume ematico capillare polmonare (VC) alla riserva alveolo-capillare possono essere valutati con diversi metodi, incluso il classico metodo delle frazioni multiple di ossigeno inspirato ()10. Una tecnica alternativa che può essere utile in questo contesto è il metodo del gas a doppia prova, in cuiil DL in monossido di carbonio (CO) e ossido nitrico (NO) (DL,CO/NO) sono misurati contemporaneamente11. Questa tecnica è stata sviluppata negli anni '80 e sfrutta il fatto che la velocità di reazione dell'NO con l'emoglobina (Hb) è sostanzialmente maggiore di quella del CO, in modo tale che la diffusione polmonare del CO dipende più dal VC che dal NO. Quindi, il principale sito di resistenza (~75%) alla diffusione del CO si trova all'interno del globulo rosso, mentre la principale resistenza (~60%) alla diffusione di NO è a livello della membrana alveolare-capillare e del plasma polmonare12. La misurazione simultanea di DL,CO e DL,NO consente quindi di valutare i contributi relativi di DM e VC a DL12, dove la variazione di DL,NO osservata durante l'esercizio riflette quindi in gran parte l'espansione della membrana alveolare-capillare. Un ulteriore vantaggio di questo metodo quando si ottengono misurazioni durante l'esercizio è che comporta un tempo di apnea relativamente breve (~5 s) e meno manovre rispetto alla tecnica classica
, in cui vengono eseguite più manovre ripetute con una apnea standardizzata di 10 s a diversi livelli di ossigeno. Anche se
recentemente è stato applicato con un tempo di apnea più breve e meno manovre ad ogni intensità13. Ciononostante,
consente solo un totale di sei manovre DL,CO per sessione, mentre è possibile eseguire fino a 12 manovre DL,CO/NO ripetute senza alcun effetto misurabile sulle stime risultanti14. Queste sono considerazioni importanti quando si ottengono misurazioni durante l'esercizio poiché sia una lunga apnea che più manovre possono essere difficili da eseguire a intensità molto elevate o in popolazioni di pazienti che soffrono di dispnea.
Il presente lavoro fornisce un protocollo dettagliato, che include considerazioni teoriche e raccomandazioni pratiche sulla misurazione di DL,CO/NO durante l'esercizio e il suo utilizzo come indice della riserva alveolare-capillare. Questo metodo è facilmente applicabile in ambito sperimentale e permette di valutare come la limitazione della diffusione nei polmoni possa influenzare l'assorbimento di ossigeno in diverse popolazioni.
Teoria e principi di misura
Il metodo DL,CO/NO prevede un singolo respiro di una miscela di gas con l'ipotesi che i gas si distribuiscano equamente nello spazio alveolare ventilato dopo l'inalazione. La miscela di gas è costituita da diversi gas tra cui un gas tracciante inerte. La diluizione del gas tracciante nello spazio alveolare ventilato, in base alla sua frazione in aria di fine espirazione, può essere utilizzata per calcolare il volume alveolare (VA)15. La miscela di gas comprende anche i gas di prova CO e NO, entrambi diluiti nello spazio alveolare ventilato e diffusi attraverso la membrana alveolare-capillare. Sulla base delle loro frazioni alveolari, è possibile calcolare i loro tassi individuali di scomparsa (k), chiamati anche costanti di diffusione, dallo spazio alveolare. Per convenzione, la DL per un gas di prova misurato durante una manovra a respiro singolo, è derivata dalla seguente equazione16:
dove FA0 è la frazione alveolare del gas di prova (CO o NO) all'inizio della apnea della singola manovra DL , mentre FA è la frazione alveolare del gas di prova alla fine dell'apnea e tBH è il tempo di apnea. D L è meccanicamente equivalente alla conduttanza del gas di prova attraverso la membrana alveolare-capillare, attraverso il plasma e l'interno dei globuli rossi fino all'emoglobina. Dipende quindi sia dalla conduttanza di DM che dalla cosiddetta conduttanza specifica del sangue capillare polmonare (θ), di cui quest'ultima dipende sia dalla conduttanza del gas in esame nel sangue che dalla sua velocità di reazione con l'emoglobina10. Dato che il reciproco di conduttanza è la resistenza, la resistenza totale al trasferimento di un gas di prova dipende dalle seguenti resistenze della serie10:
Queste componenti possono essere distinte misurando contemporaneamente il valore di DL a CO e NO, perché questi hanno valori θ diversi e i loro rispettivi valori di DL dipendono quindi in modo diverso da VC. La diffusione polmonare del CO dipende più pesantemente dal VC rispetto al NO, con il principale sito di resistenza (~75%) alla diffusione del CO che si trova all'interno del globulo rosso12. Al contrario, la principale resistenza (~60%) alla diffusione dell'NO è a livello della membrana alveolare-capillare e del plasma polmonare, perché la velocità di reazione dell'NO con l'emoglobina è sostanzialmente maggiore di quella del CO. Quindi, misurando contemporaneamente DL,CO e DL,NO, i cambiamenti sia in DM che in VC influenzeranno notevolmente il primo, mentre quest'ultimo dipenderà molto meno da VC, consentendo così una valutazione integrativa dei fattori che determinano DL.
La segnalazione delle metriche DL, CO/NO può essere effettuata utilizzando unità diverse. Quindi, la European Respiratory Society (ERS) utilizza mmol/min/kPa, mentre l'American Thoracic Society (ATS) utilizza mL/min/mmHg. Il fattore di conversione tra le unità è 2,987 mmol/min/kPa = mL/min/mmHg.
Il Comitato Etico Scientifico per la Regione della Capitale della Danimarca ha precedentemente approvato la misurazione di DL,CO/NO a riposo, durante l'esercizio fisico e in posizione supina sia in volontari sani che in pazienti con broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) presso il nostro istituto (protocolli H-20052659, H-21021723 e H-21060230).
NOTA: Prima di misurareD L, CO/NO durante l'esercizio, è necessario eseguire una spirometria dinamica e un test da sforzo cardiopolmonare (CPET). La spirometria dinamica viene utilizzata per il controllo di qualità delle singole manovre DL,CO/NO, mentre la CPET viene utilizzata per determinare il carico di lavoro al quale DL,CO/NO deve essere misurato durante l'esercizio. Nei pazienti con limitazione del flusso d'aria, in particolare a causa di malattia polmonare ostruttiva, può essere vantaggioso integrare la spirometria dinamica con una pletismografia di tutto il corpo per ottenere una valida misura della capacità vitale. Si raccomanda un controllo medico sanitario per escludere eventuali controindicazioni note prima di iniziare la CPET17. È importante sottolineare che il CPET deve essere eseguito almeno 48 ore prima della misurazione DL,CO/NO ottenuta durante l'esercizio, poiché un precedente esercizio vigoroso può influenzareD L per almeno 24 ore18,19.
1. Spirometria dinamica
NOTA: La spirometria dinamica deve essere eseguita in conformità con le attuali linee guida cliniche dell'ERS e dell'ATS20.
2. Test da sforzo cardiopolmonare (CPET)
NOTA: La CPET deve essere eseguita in linea con le attuali raccomandazioni cliniche21.
3. Taratura dell'apparecchiatura a capacità di diffusione del respiro singolo
NOTA: È necessario calibrare i sensori di flusso e gli analizzatori di gas per garantire che le misurazioni siano valide e affidabili. La procedura esatta è specifica del produttore e del dispositivo. La procedura di taratura, compresa la lotta biologica, deve essere completata in ogni giorno di studio e, se viene eseguito meno di un giorno di studio alla settimana, devono essere effettuate ulteriori tarature settimanali. La configurazione sperimentale è mostrata nella Figura 1.
4. Preparazione del partecipante
5. Misurazione DL, CO/NO durante il riposo eretto
Nota: Le misurazioni DL,CO/NO vengono eseguite in conformità con le attuali raccomandazioni cliniche della task force12 dell'ERS.
6. Misurazione DL, CO/NO durante l'esercizio
NOTA: Nella Figura 3 è riportata una cronologia delle misurazioni DL, CO/NO durante l'esercizio.
Il protocollo è stato implementato nel 2021 e al momento in cui scriviamo sono state eseguite un totale di 124 misurazioni durante l'esercizio fisico (ovvero 51 in volontari sani e 73 in pazienti con BPCO di varia gravità). Le manovre, così come i dati sui criteri di accettabilità e ripetibilità soddisfatti e il tasso di guasto sono tutti forniti nella Tabella 3.
Calcoli
A titolo di esempio, i calcoli di una singola manovra DL,CO/...
Il protocollo fornisce un approccio standardizzato alla misurazione di DL,CO/NO durante l'esercizio utilizzando la tecnica del doppio test gas a singolo respiro. Poiché i parametri DL,CO/NO ottenuti aumentano a causa del reclutamento e della distensione dei capillari polmonari, il metodo fornisce una misura fisiologicamente significativa della riserva alveolare-capillare.
Passaggi critici del protocollo
Il metodo richiede un'espirazione al volume resi...
L'attrezzatura e il software presentati nell'articolo non sono gratuiti. Nessuno degli autori è associato ad alcuna società che fornisce la licenza per il software. Tutti gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.
Lo studio ha ricevuto il sostegno finanziario della Fondazione Svend Andersen. Il Centro per la ricerca sull'attività fisica è supportato dalle sovvenzioni TrygFonden ID 101390, ID 20045 e ID 125132. JPH è finanziato da HelseFonden e dall'Ospedale Universitario di Copenaghen, Rigshospitalet, mentre HLH è finanziato dalla Fondazione Beckett.
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 |
Richiedi autorizzazione per utilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE
Richiedi AutorizzazioneThis article has been published
Video Coming Soon