摘要
深吸气(DI)对健康受试者既有支气管保护作用又有支气管扩张作用。与健康受试者相比,DI的支气管扩张作用在哮喘患者中似乎受损。本研究调查了一氧化氮(NO)在DI的支气管扩张作用中的作用。
在五只麻醉和通气的狗中,高分辨率计算机断层扫描用于测量小范围(25分钟)呼吸后气道大小的变化 cmH2.O) 及大型(45) cmH2.O) 给药前后的DING-硝基-l-精氨酸甲酯阻止NO合成。
深吸气时吸气动作的深度决定了随后气道反应的定性行为。膨胀到相对较高的压力导致气道扩张,而降低的压力导致气道收缩。当NG给予-硝基- L -精氨酸甲酯,大吸气和小吸气均导致随后的气道收缩。这些结果支持了一氧化氮可能是气道中潜在的支气管保护剂的观点。
本研究得到了美国国立卫生研究院PO1 HL10342和ES-03819的资助。
深吸气(DI)对健康受试者既有支气管保护作用,也有支气管扩张作用1.,2..然而,与健康受试者相比,在哮喘患者中DI的支气管扩张剂作用似乎受损2.. 此外,Brusasco还进行了单独的实验等3.棕色的等4.提示哮喘患者和正常人气道对肺充气的反应存在内在差异。健康正常受试者在DI操作后表现出支气管扩张,而哮喘受试者在DI操作后表现出进一步的支气管收缩4..
当考虑DI的影响时,一个隐含的假设是所有气道在总肺容量(TLC)下扩张至其最大尺寸。然而,先前在犬模型中显示,动物内部和动物之间单个气道的静态扩张程度是高度可变的5..完全放松的气道在低肺容量时非常膨胀,但很快达到最大尺寸,没有进一步膨胀到TLC。平滑肌张力下,气道随着肺膨胀显示不同程度的扩张,但即使是中度收缩的气道也很少完全膨胀,即使是在TLC时5..
因此,在评估气道对DI的反应时,使用一致且明确的肺容积史似乎很重要。然而,在人类受试者中,测量经肺动脉压并不是常规做法,甚至DI的持续时间也往往没有很好的特征。在最近的一项研究中,作者证明,时间长度at TLC可改变DI后气道的定性反应6.此外,DI期间的肺充气程度也会影响随后的气道反应7.。如果DI期间的峰值充气压力较大(45 cmH2.O) ,气道扩张,然后缓慢恢复,逐渐接近DI前的大小。然而,如果峰值通胀压力很小(≤35 cmH2.O) 在DI期间,气道仍然扩张,但恢复到比DI前水平小30%的大小。在该研究中没有研究机制,但作者推测可能是支气管收缩剂或支气管扩张剂分别在小拉伸或大拉伸时释放。在本研究中,作者调查了一氧化氮(NO)在DI期间对肺充气水平的不同反应中的可能作用。
方法
该研究方案经约翰·霍普金斯大学动物护理和使用委员会批准。五只狗称重∼20 kg用硫喷妥钠(15 mg·kg−1.诱导剂量为10 mg·kg−1.·h−1.i、 五,。维持剂量)。麻醉诱导后,用0.5%的麻醉剂使狗麻痹 mg·kg−1.琥珀酰胆碱,偶尔根据需要补充剂量,以确保成像期间无呼吸运动。使用气管插管(内径8.0 mm),将狗置于仰卧位,使用容积循环呼吸机(哈佛仪器,美国马萨诸塞州米卢斯市)在潮气量为15的情况下,用室内空气对其肺部进行通风 毫升·千克−1.利率是18 呼吸·分钟−1..通过监测心率变化和睫毛反射,维持稳定的麻醉深度。
气道成像与分析
高分辨率计算机断层扫描(HRCT)由Somatom体积缩放扫描仪(西门子,美国新泽西州伊塞林)获得,使用螺旋模式在8小时内获取50张计算机断层扫描图像 s在137时屏气(呼吸暂停) kVp和165 文科硕士图像以1张切片重建 mm和512×512矩阵,使用125 mm视场和一种高空间频率(分辨率)算法,该算法增强了窗口级别的边缘检测−450个霍恩斯菲尔德单位(HU),窗口宽度为1350 胡。这些设置已被证明可提供精确的内腔尺寸测量,测量值小至0.5 直径毫米8.,9.对于在每个实验方案中重复测量给定犬的气道,定义了相邻的解剖标志,如气道或血管分支点,并用于测量相同解剖截面上的气道大小。
如前所述,使用容积图像和显示分析图像分析软件包(美国衣阿华大学)的气道分析模块对HRCT图像进行分析并验证5.,10。HRCT图像被传输到基于UNIX的Sun工作站(美国加利福尼亚州圣克拉拉市Sun Microsystems).在每个气道内腔内绘制初始等熵线,然后软件程序通过以辐条轮方式发送光线至定义气道壁内腔边缘的预定像素强度水平,自动定位气道内腔的周长。软件的观察者内和观察者间的准确度和可变性作者之前已经展示了在人体模型中使用HRCT技术的程序,该程序由刚性管组成,用于测量已知区域9还有其他人10能够高度抵抗操作员偏差。
HRCT不能区分血管壁和血液。由于血管壁与血管的整体尺寸相比较薄,因此使用上述软件包测量血管总面积以评估血管体积的变化。操作员绘制了总血管面积的粗略等径线估计值,软件程序自动定位了上述气道管腔面积所述的血管外周长的精确等径线。在每只狗身上,有20-33条1.2-6.0的血管 直径mm,在DI前进行匹配和测量。
协议
如上所述,对狗进行麻醉和通气。为了标准化肺容积史,最初对狗的两个肺进行DI至35 cmH2.五分钟一次 s然后,通过连续气道通气诱导气道张力的稳定状态i、 五,。输注67 微克·分钟−1.乙酰甲胆碱(MCh;西格玛化学,美国密苏里州圣路易斯市)。从呼吸机到动物气管插管的导管增加了一个大口径Y形接头。Y形接头的一个分支连接到呼吸机,另一个分支连接到设置为25或45的恒压源 cmH2.O.这个来源由一条高流量氧气供应管道提供的水下溢流物组成。扫描开始时,同时关闭通风机,关闭通风机的电磁阀,并向犬打开另一个压力源的电磁阀,持续10秒(25 cmH)2.O压力)或30 s(45人) cmH2.O压力)。然后切换螺线管,使气管突然暴露在大气压力下,并进行扫描。在DI后立即进行扫描(∼4. s) 在30,60,90,120和300 在DI之后。在获得每个扫描集之后(∼20 呼吸暂停),恢复通气。然后重复操作,将恒压源设置为备用压力。25岁 cmH2.首先执行O DI,然后执行45 cmH2.O操纵,带≥10 两次操作之间的最小间隔。之后重复肺充气操作NG-硝基-l-精氨酸甲酯((l-名称)西格玛化学品)由i、 五,。输液(50 mg·kg−1.).为了测量完全放松的气道的大小,给狗喂食0.2 mg·kg−1.先前的研究表明,这种剂量的阿托品可以消除狗的所有胆碱能平滑肌张力5..
分析
DI之前的初始气道面积定义为100%。气道腔区表示为初始面积的百分比(因变量)。每只狗的每个气道都是自己控制的。使用广义方差分析比较给药前、给药后和每个时间点(自变量)的两种DI压力之间的气道大小。Fisher保护的最小显著性差异,Scheffe和Bonnferroni/Dunn校正用于多重两两比较。此外,配对t测试用于比较l - NAME前后血管尺寸的变化。P≤0.05被认为是显著的。
后果
每只狗有23-39条气道,范围为1.2-8.5 在MCh输注期间,匹配并测量直径mm。选择速率的MCh输注导致其完全松弛尺寸的37±1%(平均值±sem)的稳定气道收缩。所有后续测量均参考其基线(DI前)尺寸,MCh的定义为100%。在第一次(4 s) 在DI后测量,平均±sem气道面积占DI前基线面积的百分比分别为25和45例DI前的133±3%和180±4% cmH2.O说。45 cmH后气道面积2.25天后,O DI显著大于气道面积 cmH2.O DI(p<0.0001;图。 1.⇓).在DI后的5分钟间隔内,气道大小以准指数方式减小。然而,气道对DI的反应存在质量差异,这取决于DI的大小。对于较大的DI(45 cmH2.O) 在整个测量期间,气道大小始终高于基线气道面积 最小时,气道面积为预DI的103±3%,与预DI值无差异(p=0.26;图。 1.⇓)相比之下,对于较小的DI(25 cmH2.O) ,航空公司积极收缩到比DI前基线时更小的区域。在5 最小时,气道面积为DI前气道面积的83±3%(p<0.0001;图。 1.⇓).气道大小为5 两种压力下的min也有显著差异(p<0.0001)。
服用l-NAME后,血管面积与基线相比显著减少21±1%(p<0.0001),气道从37±1显著扩张至60±1%(与l-NAME前基线气道大小相比,p<0.0001)。
在DI后第一次(4秒)测量时,在25和45 cmH时,平均气道面积占DI前1‐NAME后基线面积的百分比分别为118±3和125±7%2.O DIs,这些值没有显著差异(p=0.37,图2)⇓).在DI后的5分钟间隔内,气道大小衰减到小于DI前的大小,但与l-NAME之前的情况不同,根据DI的大小,气道对DI的反应没有质的差异。对于25和45 cmH2.O DIs,航空公司在5点积极签约 对于25例(与DI前相比p=0.0001)和45例(与DI前相比p=0.0001),最小值分别为DI前气道面积的94±2%和81±2% cmH2.O DIs,分别(与DI前相比,p<0.0001,图。 2.⇓).
讨论
在以前的研究中,作者已经证明,DI的执行方式可以确定气道是否会随之收缩或扩张。如果DI在相对较小的充气压力下进行,则会观察到气道收缩。但是,如果肺部扩张到较高的压力持续较长时间,然后在操纵后的许多分钟内,气道保持扩张6.,7..这种行为可能源于两个不同的过程,一个是气道肌肉的被动粘弹性拉伸,需要很长时间才能恢复,另一个反映了对肺部膨胀的某种程度的主动收缩。本研究旨在测试NO在气道对深吸气动作的反应中是否重要。为此,实验比较了在较大和较小的最大充气压力下气道对DIs的响应。
目前的结果不仅证实了作者先前的观察结果,即DI期间的肺充气程度对随后的气道大小有重大影响,而且还清楚地表明NO似乎在这种反应中起作用。一个大的DI最初引起气道扩张,即使在5岁时气道仍保持轻微扩张 民后迪。然而,随着时间的推移,一个小的DI引起的初始气道扩张和随后的气道收缩较少。给狗服用l-NAME后,较大的DI导致较小的峰值气道扩张,并导致随后的气道收缩,类似于通常仅在较小DI膨胀时观察到的情况。这些结果表明,突然的肺大膨胀通常会导致NO的释放,从而急性扩张气道平滑肌。如果NO的增加被阻断,一种内在的收缩反应被揭开。较小的肺部充气可能不足以导致NO的释放。
NO是一种遍布全身的分子,具有多种生物学功能。NO的一个众所周知的功能是作为血管扩张剂11,12,尽管有证据表明NO也能起到支气管扩张剂的作用,但这仍然存在争议13–17. NO由l-精氨酸通过三种NO合成酶中的一种合成,然后扩散到细胞中,并通过鸟苷酸环化酶机制松弛平滑肌。l-NAME是一种NO合酶抑制剂,施用l-NAME已广泛用于阻断NO合成在活的有机体内. 因此i、 五,。在狗体内输注l-NAME可阻止气道和肺血管中NO的产生,从而导致收缩。虽然在基线条件下观察到肺血管收缩21%,但气道的平均扩张率为62%。气道这种意外行为的原因尚不清楚,但在所有动物身上都能找到。一个可能的因素是狭窄的血管导致气道机械性扩张通过相互依存的机制。在先前研究血管充盈对气道影响的工作中,作者观察到当血管充盈时气道明显变窄18.尽管作者预测当血管收缩时,气道会受到相反的影响,但这种影响的大小不太可能解释整个气道尺寸的增加。另一个因素可能是肺血管收缩引起的心输出量减少,导致静脉回流减少。这种系统血液流向气道的减少可能导致MCh输送到气道的减少。这种可能性得到了Wagner和Mitzner的工作的支持19,使用绵羊气道收缩模型。当通过支气管循环将恒定浓度的MCh注入气道时,支气管血流量减少导致气道阻力降低19.在本研究中,动物心输出量的任何减少都可能反映在支气管血流量的成比例减少中,从而减少气道壁中的可用MCh。阻断NO合成对支气管血管系统的直接影响也可能加剧这种影响。
与服用l-NAME后的基线变化更相关的是DI后的气道反应。在服用l-NAME后,通常仅在小DI后观察到的DI后气道收缩现在甚至在大DI后也发生。此外,在小DIs和大DIs后记录的气道扩张峰值均降低d与基线值相比。后一个观察结果可能是因为l-名称后的气道扩张更大。也就是说,随着气道扩大并接近其最大尺寸,在相同的扩张力下,它们的扩张能力应降低。而这一机制可以部分解释为什么在然而,问题仍然是,为什么航空公司现在会在DI之后收缩。
作者在之前的一项研究中提出了对这种后收缩的一种解释7.,是一种收缩介质在肺和气道的一小部分被释放。这种收缩性刺激在大的和小的通货膨胀中都会出现,但在大的通货膨胀中,较大的身体扩张将足以抵消这种收缩效应。在此之前的工作中没有提出具体的调解人。然而,最近有人提出一个想法,在DI期间,NO通常会释放,以防止气道收缩20. 也有人认为DI可能会导致支气管保护,因为释放NO可以最大限度地减少随后对MCh挑战的气道收缩。如果假设收缩的气道对拉伸有肌源性反应,则结果可能与这一假设一致21.小的DI可能不足以释放足够的NO,以防止肌源性牵张反应引起的随后的支气管收缩。使用大的DI,NO的释放量增加,这抵消了平滑的气道收缩,使气道保持扩张。l-NAME之后,气道的峰值扩张相似在这两种压力下,由于没有释放no,两种情况下的气道都会收缩。这一解释在当时是推测性的,既因为没有测量气道中的no,也因为几乎没有证据表明气道平滑肌表现出活跃的肌源性收缩以伸展在活的有机体内.但是,以前体外对犬支气管节段的研究清楚地表明,气道扩张可导致收缩22,但这种影响的程度如何在活的有机体内尚未进行评估。
当前研究中使用的峰值通货膨胀水平在人类可获得的范围内。虽然未测量胸膜压力,但可根据之前进行此类测量的研究估算近似经肺压力5.. 在这项研究中,当气道压力为36 cmH2.O时,经肺压23 cmH2.O.通过简单的线性外推,估计本研究中使用的每个气道压力下的经肺压力分别为17和30 cmH2.O。
文献中很少有相关的实验证据试图说明DI的大小对随后气道张力的影响。目前的一些临床研究集中于单个或重复性DI,作为预防或逆转支气管收缩的手段1.–3.,23.一般来说,在大多数临床研究中,DIs的性质并没有明确规定,但它们通常是简短的,像叹息一样,通常只有几秒钟的顺序。这些结果与哮喘患者在DI治疗后出现的矛盾气道狭窄有什么关系3.,4.,24–30仍不确定。也许哮喘患者的气道在操作过程中伸展过小,表现得像当前工作中的低压组。棕色(的)等4.研究了DI扩张正常健康志愿者气道的能力,并与轻度哮喘受试者在基线检查时和增强音调后进行了比较4.此外,还观察到,在MCh已经诱导收缩后,深吸气导致健康受试者的支气管扩张,但哮喘受试者的支气管进一步收缩,这与支气管舒张功能丧失或不敏感一致ilator,如NO。
总之,已经证实,深吸气过程中吸气动作的深度大小决定了气道反应的后续定性行为。相对较高压力下的充气导致气道扩张,而较低压力下的充气导致气道收缩。此外,当NG-给予硝基l-精氨酸甲酯以阻断一氧化氮,一次大的和一次小的深吸气都会导致随后的气道收缩。这些结果支持了一氧化氮作为气道潜在支气管保护剂的想法。
- 收到二○○二年十月二日。
- 认可的二○○三年二月二十五日。
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