文摘
健康人类,大脑在运动中血氧饱和度下降影响运动单位招聘,而氧气补充提高脑氧合和工作能力。仍未知是否慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者,证据充分的改善运动耐量和氧气补充也可以一定程度上是由于脑氧化的增加。
使用近红外光谱,我们测量前额大脑皮层血流量(CBF)使用吲哚菁绿染料和脑血管血氧饱和度(年代t O2)在12个慢性阻塞性肺病患者在恒定负载运动疲劳峰容量的75%。受试者锻炼时呼吸空气,100%的氧气或常氧氦氧混合气,后两个平衡的秩序。
时间疲惫而呼吸空气还不到氧气或氦氧混合气(意味着±扫描电镜394±35与670±43和637±46年代,分别)。每个条件下,CBF从其他增加到疲惫。在疲惫,CBF而呼吸空气和氦氧混合气高于氧(30.9±2.3,31.3±3.5与26.6±3.2毫升·分钟−1分别为每100克),补偿下动脉氧含量(C啊,一个2在空气和氦氧混合气),导致类似的大脑皮层(CQ供给氧气O2为氧空气为5.3±0.4,5.5±0.6和氦氧混合气为5.6±1.0毫升O2每分钟每100克)。相比之下,end-exercise年代t O2大而呼吸氧与空气或氦氧混合气(67±4与分别为57±3和53±3%),反映了C啊,一个2而不是CQO2。
长时间呼吸氧气和氦氧混合气疲惫,尽管有这些类似的CQO2在空气中,较低的年代t O2氦氧混合气比氧气,但类似的持续时间和类似的年代t O2在空气和氦氧混合气尽管与氦氧混合气更大的耐力,不支持假设的改善大脑皮层氧气可用性起着推波助澜的作用在提高运动能力和氧或氦氧混合气在慢性阻塞性肺病患者。
慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者,运动不耐受是多因子的1],涉及respiratory-mechanical [2),肺气体交换(3),血液动力学的4)和周边肌肉异常(5]。这些异常可能最终防止足够的大气中的氧转移,和/或氧的利用率,线粒体(6]。减少动脉氧运输的重要性因素限制研究已经说明了慢性阻塞性肺病患者的运动耐量,补充氧气预防运动诱发动脉低氧血,减少通风的要求和呼吸困难的感觉,和改善腿部肌肉氧气交付和利用率,从而提高运动耐量(7- - - - - -9]。
在健康受试者的研究表明脑氧化,减少继发于动脉低氧血,可能扮演一个角色在这个主题的决定终止运动在缺氧10- - - - - -13]。在这种背景下,最近的一项研究在健康受试者显示,我们组最大低氧运动,前额大脑皮层血流量(CBF)不足以抵消动脉氧含量越低,因此,在运动疲劳前额大脑皮层(CQ供给氧气O2)较低而normoxia [14]。这些发现被送往表明CQ减少至关重要O2缺氧而normoxia可能构成信号限制运动性能,因为在运动时脑血氧饱和度下降是影响运动单位招聘,而氧气补充提高脑氧合和工作能力15]。
氧气补充也是提高COPD患者的运动能力(7,16]。增强运动表现归因于通气约束的减轻,提高氧输送运动肌肉和减少对呼吸困难和腿不舒服1- - - - - -5]。是否改善COPD患者的运动耐量和氧气的补充也可以一定程度上是由于脑氧化的增加(15]目前仍未知。
因此,本研究旨在调查补充氧气是否显著提高CQO2,所以可能会构成一个因素在慢性阻塞性肺病增强运动能力。我们应用两种方法,增加运动耐量增加系统性氧气交付在慢性阻塞性肺病,即。纯氧补充(7- - - - - -9和常氧呼吸氦氧混合气17- - - - - -19]。前者增加氧气的输送主要通过增加动脉氧含量(7),而后者主要通过改善血液流动(18,19]。这是合理的,如果,在疲惫的运动而呼吸室内空气,CQO2相比显著降低,而呼吸纯氧或常氧氦氧混合气,这个建议,因为在健康受试者20.),改善大脑皮层氧的可用性可能起到贡献作用增加慢性阻塞性肺病患者的运动能力。
方法
主题
12个临床稳定的慢性阻塞性肺病患者参与了这项研究根据以下入选标准:1)post-bronchodilator用力呼气量在1 s (FEV1)< 60%没有显著预测可逆性(< 12%初始FEV的变化1值或< 200毫升);2)根据全球倡议最佳药物治疗对慢性阻塞性肺疾病(黄金)21)和3)中度低氧血(动脉的血氧饱和度低于93%但> 84%)在初步练习室内空气测试。排除标准包括临床表现肺源性心脏病、心血管疾病、肌肉骨骼异常或其他疾病,可能导致运动限制。这项研究是大学Evangelismos医院伦理委员会批准,并按照指南进行的《赫尔辛基宣言》。参与这项研究之前,所有的病人给写,签署知情同意。
实验设计
在两次实验。访问期间,病人进行了初步增量运动试验的极限公差而呼吸室内空气(峰值工作效率(或者说是峰)建立相对应的工作效率75%的峰值。访问期间,病人接受了三个恒定负载运动测试或者说是75%峰公差范围(即。疲惫),最初呼吸室内空气然后吸入纯氧或常氧平衡序列氦氧混合气(替换的启发氮氦)。三个运动测试期间访问2相隔120分钟的休息。在恒定负载运动,CBF(由近红外光谱(NIRS)评估使用吸光示踪吲哚菁绿(ICG)染料),以及心输出量(也评估协调小组染料稀释)(18),测量在休息和公差范围(在线补充材料)。耐力时间将大大延长,而呼吸纯氧或常氧氦氧混合气(7- - - - - -9,17- - - - - -19),测量在这些试验也在运动在室内空气的时间点终止(即。isotime)来检测潜在的CQ的差异O2部分在isotime可以解释不同的持续时间而呼吸氧气或氦氧混合气。检测技术也用于连续记录额叶皮层脑血管血氧饱和度(年代t O2)的脑皮质氧气可用性(在线补充材料)12- - - - - -14]。
主题准备
访问期间,受试者用导管使用本地anaesthaesia和无菌技术插入正确的桡动脉和前臂静脉。导管用于收集血液样本,将协调小组和血液样品每次注射后测量心输出量(在线补充材料)。
心输出量
心输出量是由染料稀释法,使用已知的协调小组在5毫克·毫升(1.0毫升−1)注入右前臂静脉随后迅速10毫升的等渗盐水冲洗。血液被撤回从右侧桡动脉使用一个自动泵(美国哈佛装置,Holliston, MA)在20毫升·分钟−1通过线性光密度计(推进协调小组;ViCare医疗、丹麦),比尔卡罗德的重新连接到一个心输出量计算机(CO-10水域;美国水域、罗切斯特、锰)通过一个闭环,无菌油管系统,详细描述和引用在线补充材料。
CBF和年代t O2通过检测
测量CBF,一套检测装置放置在皮肤上的左额叶皮层区域的额头,安全使用双面胶带。一个特殊的净耳机是用来保存近红外线探测器牢牢地附着在额叶皮层区域。optode分离的距离是4厘米,对应∼2厘米的穿透深度。装置被连接到一个尼罗200分光光度计(滨松光子学KK、滨松、日本),这是用来衡量协调小组浓度相同的协调小组5毫克丸注入后右前臂静脉用于心输出量评估,详细描述了在网上补充材料。
年代t O2评估持续在整个测试周期由同一尼罗200分光光度计,用于测量CBF和详细描述在线补充材料。
血液分析和计算
动脉氧张力(P啊,一个2)和动脉二氧化碳张力(P,有限公司2)、pH值、血红蛋白浓度和动脉氧饱和度(年代啊,一个2)测定2毫升血液样本使用血气分析仪结合co-oximeter (ABL 625;辐射计,哥本哈根,丹麦)的几秒钟内集合。动脉氧含量(C啊,一个2使用公式(C)计算啊,一个2= (1.34×Hb×年代啊,一个2)+ (0.003×P啊,一个2)),乙肝是血红蛋白。
统计分析
数据意味着±扫描电镜,除非另有说明。样本容量能够检测between-condition (即。室内空气和纯氧)的不同估计20% CQ的变化O2在疲劳使用标准的偏离我们先前的研究在健康受试者14]。的最小样本量计算10例基于80%的力量,和一个双边值0.05被认为是重要的。单向方差分析与反复的措施被用来确定在统计上有显著差异的三个运动测试在isotime或疲惫,和不同跨度为(休息,isotime和疲惫)在每个恒定负载运动测试。当统计显著性方差分析发现,双向差异被确定使用图基的诚实的显著差异事后过程。水平的意义p < 0.05。
结果
学科特点和运动能力
患者严重气道阻塞时使用静态肺容积增加,大幅减少一氧化碳扩散能力和适度减少了休息P啊,一个2(表1)。三患者黄金阶段II,六是黄金阶段III, IV和剩下的三个黄金阶段。受试者表现出减少最大运动能力与温和的血红蛋白稀释(表2)。在恒定负载运动或者说是75%峰时间耗尽,而呼吸空气不到氧气或氦氧混合气(意味着±扫描电镜394±35与分别为670±43和637±46年代;p < 0.001) (表3)。
中央血液动力学的响应
心输出量相似在休息室内空气、氧气或呼吸氦氧混合气,在运动中从其他三个条件(p < 0.001)。心输出量大于在疲惫锻炼在空气(p = 0.04)和isotime呼吸氦氧混合气(p = 0.04)相比isotime而呼吸纯氧。然而,心输出量在疲惫没有差别之间的空气,氧气或呼吸氦氧混合气(图1一个)。在休息的时候,啊,一个2在室内空气与低氧(p < 0.001)和呼吸氦氧混合气(p = 0.01),而且在氦氧混合气与纯氧呼吸(p < 0.001)。在运动中,C啊,一个2并没有改变从静止而呼吸纯氧,而它与其他相比下降在室内空气和呼吸氦氧混合气(p < 0.05)。C啊,一个2低在空气与isotime相比在氧气耗尽(p < 0.001)和呼吸氦氧混合气(p = 0.01);在这个isotime, C啊,一个2低在氦氧混合气与氧呼吸(p < 0.001)。此外,在疲惫,C啊,一个2低在空气中与氧(p < 0.001)和氦氧混合气(p = 0.01),它仍然较低而呼吸氦氧混合气与氧呼吸(p < 0.001) (图1 b)。系统性氧气交付相似在休息室内空气、氧气或呼吸氦氧混合气,在运动中从其他三个条件(p < 0.001)。系统性氧气交付在isotime跨三个条件没有差别;然而,在疲惫,全身氧气交付更大(p = 0.002)相比,氧与空气和呼吸氦氧混合气(图1 c)。
额叶脑皮层血流动力学和氧合反应
CBF相似在休息室内空气,氧气和氦氧混合气,从休息在所有三个条件显著增加(p < 0.001)。CBF大于在空气(p = 0.03)和疲惫在isotime呼吸氦氧混合气(p = 0.02)相比isotime而呼吸氧气。同样,在疲惫,在氧气低于CBF氦氧混合气(p = 0.03)和空气(p = 0.04)呼吸(图2一个)。CQO2是类似的静止空气,氧气和氦氧混合气,并增加运动中所有三个条件(p < 0.001)。CQO2值,而在isotime或者疲惫,没有不同的空气、氧气或氦氧混合气(图2 b)。
在休息的时候,额叶皮层脑血管氧化,如表达的年代t O2,较低的空气(p = 0.02)和氦氧混合气比氧气(p = 0.003)。在运动中,年代t O2并没有改变休息,呼吸空气或氦氧混合气,但增加氧气(p = 0.004)。年代t O2在空气和疲惫时低isotime期间呼吸氦氧混合气比isotime呼吸氧气(均p < 0.001)。此外,在疲惫,年代t O2在空气中较低与氧气(p < 0.001)和更高的比氦氧混合气(p = 0.04);年代t O2在氦氧混合气也低于纯氧呼吸(p < 0.001) (图2 c)。
动脉血气分析和症状
P啊,一个2,P,有限公司2和年代啊,一个2高当pH值都较低(p < 0.05)相比,纯氧与空气和呼吸氦氧混合气isotime和疲惫表3)。呼吸困难在空气更疲惫而isotime在运动上氦氧混合气(p = 0.04)和氧(p = 0.007)。同样,在疲惫,大腿部不适而isotime氧气(p = 0.03)。
讨论
在健康人类,大脑稀释在运动是影响招聘的运动神经元控制的肌肉纤维数量的轻快负责执行高频工作任务(15]。在这方面,除了已知的病理生理因素,极限运动公差在慢性阻塞性肺病,即。通气的限制,减少氧气交付呼吸道和外围肌肉和运动肌肉功能障碍(2- - - - - -5),最终导致呼吸困难和腿部不适,强烈的感觉运动限制在慢性阻塞性肺病可能直接影响大脑无法维持一个给定的电机输出的减少其线粒体氧张力(15]。这种可能性似乎可信的时候考虑到氧气补充提高脑氧合和工作能力在人类健康20.和慢性阻塞性肺病患者的运动能力7,16]。
为了测试这种可能性,我们特别设计,本研究进行的,这是独立于我们之前的努力,探索外围和呼吸肌肉血流量(18]运用两种方法提高运动耐量和已知系统在慢性阻塞性肺病氧气交付:1)氧气管理局(7- - - - - -9),增加动脉氧含量;2)政府常氧氦氧混合气,最近被证明能增加外周血流在运动在慢性阻塞性肺病18,19]。沿着这些线路,这是合理的,如果在疲惫而呼吸室内空气,CQO2相比显著降低,而呼吸纯氧或常氧氦氧混合气,这个建议,因为在健康受试者20.),改善大脑皮层氧的可用性可能起到贡献作用提高COPD患者的运动能力。
三个主要从本研究的结果,然而,建议相反,即。慢性阻塞性肺病患者的持续时间不相关的脑氧运输或有限的可用性。首先,CQO2在isotime或疲惫不是不同的空气中,氧气和氦氧混合气,尽管后者inspirates支持更长时间的疲劳。其次,年代t O2还比氦氧混合气更高的氧耐力时间十分相似。第三,年代t O2类似于呼吸空气和氦氧混合气,但后者支持更长的持续时间。最有可能的局限性在室内空气运动耐量的强烈感觉呼吸困难和腿部不适顺向运动动态恶性通货膨胀(2,8,16)和限制在外围肌肉氧气交付和/或周边肌肉功能障碍(5,7,19,21),分别。预期减少运动性动态的恶性通货膨胀的程度和增强外围肌肉交付由氧和氦氧混合气最有可能缓解呼吸困难的感觉和腿部不适,分别为(表3)[7,18,19]。
CQ缺乏显著差异O2疲惫的空气,氧气和氦氧混合气可以归因于CBF差异(图2),补偿C的变化啊,一个2每个条件下(图1)。增加CBF在空气中最有可能是由于大脑血管舒张以前记录发生在逐步减少年代啊,一个2在低氧运动在健康个体22]。事实上,在空气的疲惫,P啊,一个2和年代啊,一个2降至67±4毫米汞柱和89±2%,分别为(表3)。因此,我们的研究结果很可能同意那些在高强度运动的健康受试者中,缺氧会导致低氧诱导的血管舒张药影响大脑的变化自动调整和交感神经活动(23]。然而,很可能缺氧CQ的措施的影响O2和年代t O2可能是更大的对象表现出更,临床上显著的减饱和了。
的另一个重要的因素可能是导致维护更大的CBF房间的空气和氦氧混合气与isotime与氧气在运动和锻炼可以增加心输出量越大室内空气和氦氧混合气(图1)。大增加心输出量在两种情况下,病人呼吸常氧气体混合物可能是由于之前报道低氧刺激交感为了维护金融体系的氧传递(23- - - - - -26]。
额外的证据表明CQO2不构成的信号减少慢性阻塞性肺病患者的运动是由呼吸氦氧混合气,结果,在氧气的情况下,也长时间耐力锻炼时间,而CQO2isotime和疲惫的时候是相同的,在室内空气的疲惫。氦氧混合气允许运动诱发动脉血红蛋白稀释空气几乎以同样的方式(年代啊,一个291±2%;表3),但是,与此同时增强系统性氧气交付通过心输出量的增加。尽管C啊,一个2减少呼吸氦氧混合气运动期间,CBF非常类似,在室内空气的运动终止,从而补偿减少C啊,一个2并确保相同的CQO2isotime和疲惫的状态与纯氧呼吸。
大脑皮层COPD患者的血流动力学反应在运动是不同的与最近报道的健康受试者中我们组(14]CBF的公差范围在慢性阻塞性肺病患者维持在更高水平和休息条件相比,在hypoxaemic健康人在公差范围,CBF拒绝对基线。后者是由于显著减少P,有限公司2二次换气过度,最有可能导致大脑血管血管收缩。COPD患者与健康人相比,目前的研究表明相对肺换气不足在运动中反映在升高P,有限公司2水平与其他相比(表1和3),如果有的话会促进大脑血管血管舒张(10,27]。
本研究的发现是CQ之间游离O2和脑血管血氧饱和度,所表达的年代t O2,这通常是采取反映脑氧的可用性在运动(10,12,13,15,20.]。因此,在空气的疲惫,年代t O2明显低于在isotime氧气,而CQO2几乎是相同的。这种差异的原因在脑血管血氧饱和度和CQ之间O2是测量年代t O2NIRS产生氧饱和度读数的optode内的所有血液在大脑的视野,即。动脉,毛细血管和静脉。记录的值取决于氧饱和度的视野内的所有船只的比例相对体积,因此它是高度依赖年代啊,一个2(28,29日]。因此,脑血管血氧饱和度的检测评估(10,12,13不仅反映了CQ之间的平衡O2和利用率,还缺氧的影响,运动诱发动脉血红蛋白氧饱和度下降(29日]。因此,口译年代t O2无法准确解释高值不同于低价值是否因为动脉饱和度差异或血流量差异。此外,年代t O2值不能比较不同组之间的COPD患者,因为这些值,而反映了不同脑氧合状态时动脉饱和度不同团体之间。然而,我们的研究结果是一致的与Jensenet al。(30.),谁表明,脑血管血氧饱和度提高氧与大气运动中慢性阻塞性肺病患者。然而,在研究Jensenet al。(30.),锻炼大脑总血红蛋白浓度的增加(血容量作为索引)不受氧过多,而在目前的研究中,CBF的增加从静止到运动是低氧过多而normoxia。缺乏运动与管理更大的改进在CBF氧气可能是因为增加的事实P啊,一个2吸入的氧气体已经证明在小动脉诱导直接vasoconstrictive影响,从而减少脑血流量(31日]。
CQO2测量使用装置执行贴在前额叶皮层区域的额头,因为它已被证明,至少在健康受试者(13),在缺氧,脑血管氧化指数变化的大小比pre-motor在前额叶和运动皮层区域。此外,血液流动的模式反应剧烈运动可能是不同的大脑区域中,所显示的研究测量颈内动脉和椎动脉的血流量在人类32]。因此,“真正的”全球大脑反应可能不一定反映当地的反应调查在左额叶区域的额头。
此外,类似optode位置允许当前研究的结果在慢性阻塞性肺病与健康合适的对象(14]。剩下的峰值增加脑血流量在健康受试者在运动中成为hypoxaemic呼吸缺氧时气体混合物(∼30%)(14)非常类似于目前的研究报告(∼28%)在慢性阻塞性肺病患者变得温和hypoxaemic呼吸常氧气体混合物。这一发现再次强调的重要性在维持脑血流量和脑自动调整,因此,脑供氧与新陈代谢的增加在hypoxaemic锻炼,这对氧气变得高度依赖一个增强梯度扩散(15]。
总之,本研究的结果显示脑之间分离氧气交付或脑血管血氧饱和度和时间的疲劳使用三种不同的气体的启发,通过比较发现耐力空气,常氧氦氧混合气和100%的氧气。尽管未来的研究参与更大的样本量当然是必要的,现在发现不支持假设的改善大脑皮层,氧气供应起着推波助澜的作用提高COPD患者的运动能力。
脚注
可以从本文的补充材料www.www.qdcxjkg.com
支持声明
这项工作是支持的胸腔,由“一个基础。佩洛”访问教授胸腔基金会的基金。
感兴趣的语句
没有宣布。
- 收到了2012年1月26日。
- 接受2012年4月9日。
- ©2013人队