摘要
肺部氧化氮的转移系数(T我,没有)是一种新的肺气体交换试验方法。这个过程类似于已经确定的肺一氧化碳转移因子(TL,有限公司).生理上,T我,没有主要测量从肺泡到毛细血管血浆的扩散途径。在Roughton-Forster方程中,T我,没有作为膜扩散能力的替代品(D米).红细胞对一氧化碳摄取的抗性占血液对血液总抗性的〜50%,但对于一氧化氮而言较小。
T我,没有和TL,有限公司可以与单呼吸技术同时测量,和D米和肺毛细血管血容量(Vc)可以估计。T我,没有,不像TL,有限公司,与氧压和红细胞压积无关。的T我,没有/TL,有限公司比率向D米/Vc与α的比值;式中,α为NO与CO的物理扩散系数之比(α=1.97)。的T我,没有/TL,有限公司重量吸烟者的比例增加,随着肺气肿的肺气肿和减少的肺部扩张的自愿限制,重量和没有计算的断层扫描证据;预计慢性心力衰竭会降低。的T我,没有/TL,有限公司比例是可能的气体交易所的新指标,可能是他们的衍生D米和Vc他们的内在假设,为肺部病理学提供了额外的见解。
测量从肺泡到肺毛细血管的气体转移的经典技术是一氧化碳的肺单次呼吸转移因子(TL,有限公司),但在北美被认为是肺对一氧化碳的扩散能力(DL,有限公司).在过去的二十年中,单次呼吸测量肺中一氧化氮的扩散能力(T我,没有要么D我,没有)已引入[1,2].自r的工作以来oughton和F差劲的[3.],气体从肺泡到血液的模型由两个阻力串联而成:
在1 /Tl气体转移的总阻力(mmol−1·min·kPa,单位为SI或mL−1·传统单位的MIN·MMHG),1 /D米是穿过肺泡 - 毛细血管膜和脑内血浆的被动扩散的抵抗力(D米是膜扩散能力),1 /θ提单·Vc是红细胞对气体转移的抗性,其中包括,对活性气体如一氧化碳(CO)和一氧化氮(NO),与红细胞的血红蛋白(Hb)的化学结合(1/Θ提单是红细胞对气体转移的抵抗力,例如CO或NO,每毫升血液和Vc为肺毛细血管血容量,以mL为单位)。Θ提单是血液的特异性转移电导(测量在体外)的特定气体。
对于CO,这两个电阻(1/D米和1 /Θ提单·Vc)近似相等。对于NO,肺泡-毛细血管转移总阻力(1/Tl)的含量要低得多,约为CO的20 ~ 25%T我,没有比大于四到五倍TL,有限公司,电阻大多位于1/D米组件。这有两个原因:1)NO的物理扩散率约为CO的两倍,其电阻(1/D米)是一半;2) NO与血液结合率在体外比CO相当速度更快[4].因为与膜抗性相比,血细胞阻力低,所以测量T我,没有被认为是D米.从本质上讲,T我,没有措施D米和TL,有限公司措施D米和Θ提单·Vc;因此,T我,没有/TL,有限公司比率会向D米/Θ提单·Vc乘以NO和CO的扩散系数。
在这期的系列中,我们回顾了测量T我,没有/TL,有限公司在正常受试者和各种呼吸和肺血管疾病中所报道的比率。应该注意的是T我,没有/TL,有限公司与NO (K没有)与有限公司(K有限公司),因为Tl=K×肺泡体积(V一个),K是每分钟的摄取率·mmhg−1没有张力(P没有)或co紧张(P有限公司),V一个是常见的T我,没有和TL,有限公司.
生理因素T我,没有和K没有
组织和血液处理NO和CO的方式有重要的不同,即:1)扩散率(溶解度/MW)2)血浆中NO含量是CO的1.97倍;即。其特定的电导(θ)[4,比吸收CO的速度快5.75倍PO2为100毫米汞柱[3.].NO和CO与血液的化学反应也不同。例如,NO直接与氧合血红蛋白中的氧反应,形成硝酸盐和被称为甲基血红蛋白(metHb)的脱氧形式的血红蛋白(metHb),其中血红环中的铁原子从亚铁(Fe)氧化++)转化为铁(Fe+++)的形式5]:
CO与O没有反应2而是与氧气争夺铁++场地上的哈姆环:
CO对Hb的亲和力增加(约为O的220倍)2)是由于CO和O的吸附角度不同2到海姆环[6].NO和CO通过其极其慢的解离常数紧密地绑定到HB。与NO不同,CO与氧气血红蛋白的反应速率是PO2依赖;一旦Hb饱和氧气,特定的电阻反应速率(1 /θ)与线性相关PO2.这是Roughton-Forster配方的基础(等式1)。T我,没有,另一方面,与肺泡水平无关PO2(P啊,一个2)[7因为NO直接与血红蛋白反应(公式2),而不是与氧竞争Hb结合位点(公式3)。
有无明显的血液抵抗?
研究人员援引NO与Hb的快速反应(比CO快250倍)作为考虑的理由T我,没有代替D米[1].假设Θ提单,没有因为红细胞是无限的,从理论上讲,由于前沿现象的发展,是不正确的,即。NO与Hb的反应速率如此之高,以致于根据M鸢尾草和Gibson[8[有效地通过血红素组捕获了进入反应半径的每种分子。观察到的速率[θ提单就可以衡量扩散到该地点的速率。”这意味着,无论是穿过红细胞膜,还是在细胞内的物质,或两者兼之的扩散途径,都是Θ的重要组成部分提单,没有.
在实验中,红细胞裂解(通过在膜氧合器模型中向血液中加入水来转移NO和CO [9]),或在麻醉犬体内用无细胞血红蛋白代替红细胞[10.] 增加T我,没有基本上,但几乎没有改变TL,有限公司.这表明,对于NO的摄取,在红细胞膜或其内部,或在立即围绕细胞的停滞的血浆层中有显著的阻力,并与任何来自与血红蛋白的化学结合的阻力分离;相反,大多数红细胞对一氧化碳吸收的抗性似乎与血红蛋白分子本身有关。不像TL,有限公司,T我,没有是否不受P啊,一个2[7];如上所述,考虑到所涉及的化学(等式2),这并不令人惊讶,但它支持血液细胞抗性的损伤的观点与血红蛋白分子无关。此外,T我,没有但不是TL,有限公司似乎相对独立于血液中的血红蛋白浓度[11.].Borlandet al。[10.]估计,对NO吸收的抗性的37%来自于1/Θ提单·Vc成分(CO摄取约为50-60%),但必须谨慎对待这一数字,因为这涉及到狗的换血,用牛的hb - glutamer200(一种无细胞血液替代品)代替全血。综上所述,无论是从理论原因还是从实验数据来看,血液中都存在显著的对NO摄取的抵抗,但从绝对值1/Θ来看提单,没有是1 /θ的小部分(<16%)提单,公司.因此,尊重的是不合适的T我,没有,远远超过TL,有限公司偏重于D米.
生理决定因素T我,没有/TL,有限公司比
如果,作为一个简化假设,T我,没有“操作”=D米, NO和CO的Roughton-Forster方程可以改写为:
其中α(=1.97)为等离子体中NO与CO的膜扩散率之比。假设1 /Θ提单,没有是微不足道的,克uenardet al。[1)表明,D米和Vc以CO和NO作为测试气体,使用Θ有限公司适合单呼吸P啊,一个2:
在哪里Vc用mL和DM,CO.与等式4和6分开计算。这是一个比r更方便的解决方案oughton和F差劲的[3.两步走的方法各不相同P啊,一个2值。在正常受试者中找到了合理的值DM,CO.和Vc[1,但估计Vc依赖于为θ选择的值提单,公司如附录中所述。
等式7可以重新排列(方程1,适用于CO采用,并除以等式6),如下所示:
T我,没有/TL,有限公司=α(1 +DM,CO./Θ有限公司·Vc) (8)
这说明了比率的依赖性DM,CO./ V.c自从α和Θ提单,公司(在一个给定的PO2)是固定的量。
或者,如果对红细胞NO吸收有有限的抗性[10.],1 /D米,没有必须减小,固定值为1/T我,不,当1 /θ提单,没有·Vc当方程4回归到方程1时,从零递增。因此,D米,没有现在将超过T我,没有.这增加了D米,没有(T我,没有,TL,有限公司和DM,CO.不变时,“力”α(在方程5和8中)增加,即使它是一个物理常数。然而,依赖DM,CO./Vc方程8中的比率将保持不变。
Glenet等.[12.的扩散模型(二维)T我,没有/TL,有限公司比例为矩形盒,其高度和宽度限定肺泡毛细管的厚度和血板的厚度;他们表明了T我,没有/TL,有限公司比值与组织扩散率(对于NO)有关,与血液和组织薄片厚度的乘积(大约盒子的面积)相反,与Θ有关提单,公司.功能剩余容量处的薄片较厚,主要是由于血液厚度增加(Vc/V一个),用持续正压呼吸或血液稀释稀释剂;在所有情况下T我,没有/TL,有限公司比例适当的改变。因此,我们可以预测在肺外限制中T我,没有/TL,有限公司比率(〜K没有/K有限公司)会下降,这可能在临床上有用,这一预测得到了在不同肺扩张水平的正常受试者的测量结果的支持(图1 b).
DM,CO.和VC从同时单呼吸T我,没有和TL,有限公司
使用方程6,DM,CO.可以计算T我,没有和α是已知的,假设血液对NO摄取的抵抗力(1/Θ提单,没有·Vc) = 0,Vc可以从拉夫顿-福斯特方程推导出,如果Θ有限公司在一个PO2为100毫米汞柱(式7)。然而,在计算中存在一些不确定因素Vc.有七个独立的方程[15.,其斜率和截距不同,用于表达式1/Θ有限公司=α?PO2+β,所有的测量在体外在不同的实验条件下,α是与CO与Hb的CO反应连接的温度和pH依赖性系数。β与λ相关,红细胞膜的渗透率与细胞内部的比率,但也可以取决于与细胞相邻的血浆的停滞层[16.].因此,1 /Θ有限公司一个PO2100mmhg (13.3 kPa)可能在0.82到1.71分钟之间变化−1·毫米汞柱−1.另一个变量是D米,没有/ D.M,CO.根据物理原理,α应在1.93-1.97之间。研究人员已经“强迫”α达到2.42 [17.或2.08-2.26 [18.]给出“最适合”DM,CO.和Vc由氧两步劳顿-福斯特计算TL,有限公司方法。由于α被定义为NO / CO的物理漫射率,因此这种方法不能正确生理。第三个不确定性是D米,没有/T我,没有,一般假设在血细胞对NO吸收抵抗力为零的基础上为1.0 [1],虽然1.57的数值已被实验测量[10.],尽管是在无细胞血氧氧氧氧宾中的红细胞取代的相当人造条件下。肺毛细管体积估计的依赖性(Vc),在Θ有限公司而没有红细胞抵抗比例,用于固定值T我,没有和T我,没有/TL,有限公司比率,如附录在其中T我,没有静息(144 mL·min)−1·毫米汞柱−1)取自Zavorsky等.[19.)和T我,没有/TL,有限公司八项研究的平均比率为(4.5)。
在附录中,我们展示了Vc同时,从T我,没有和TL,有限公司使用方程7的测量值非常依赖于1/Θ的选择提单,公司这DM,CO.依赖于为无摄取的耐血剂分数所选择的值((1 /θ提单,没有·Vc) / (1 /T我,没有)).因此,我们建议计算DM,CO.和Vc同时测量T我,没有和TL,有限公司在1/Θ有更多的共识之前搁置有限公司- - - - - -PO2和的关系D米,没有/T我,没有比率。的T我,没有/TL,有限公司Ratio避免了这些不确定性和假设;它还有一个优点就是它代表了K没有/K有限公司比(V一个作为速率常数,直接影响气体交换效率。
T我,没有和T我,没有/ T.L,有限公司:正常值及衰老、肺容量及运动的影响
我们提出了同时测量的文献综述T我,没有和TL,有限公司在正常科目中表1.虽然不同研究之间的平均值范围很广(例如,Z中的受试者avorskyet al。[19.]可能更运动),与相关的参考价值更有关T我,没有来TL,有限公司同时测量的值,如T我,没有/TL,有限公司比率。在两大欧洲系列中[13.,20.) (表1),T我,没有/TL,有限公司的平均比率分别为4.45和4.8,在一项北美研究中[21.平均5.16。平均值八个较小的研究[1,12.,19.,22.- - - - - -26.,则为4.5。目前,每个实验室都应该建立自己的标准T我,没有/TL,有限公司虽然目前的共识是该比率在4.3-4.9之间。
老化
在25-55岁的岁以下,范德leeet al。[13.]找到了T我,没有/TL,有限公司比率每年增加0.33%,但其他三项研究[12.,20.,21.]发现与老化的比例没有变化。因此,T我,没有和TL,有限公司似乎随着年龄的增长而衰退的速度基本相同。
肺容量
T我,没有对…更敏感V一个通货紧缩比TL,有限公司.例如,从V,马克斯来V马克斯,50%的T我,没有下降了43%与t的29%L,有限公司(图1一个)[13.].解释是堕落L,有限公司是否被更大的增长所缓冲K有限公司(+ 42%)K没有(+ 14%) (图1 b)[14.].这是由于在D米比Vc随着肺容量的减少。换句话说,上升Vc/V一个增长的主要原因是什么K有限公司[14.].如果K没有(∼T我,没有/V一个)反映D米/V一个,体积变化的影响K没有(图1 b)应该类似于DM,CO./V一个,这是根据拉夫顿-福斯特计算出来的DL,有限公司分析(14.].事实上,在V马克斯,50%(作为at值的一小部分V,马克斯),K没有与v之比(1.14anleeet al。[13.几乎和。一样DM,CO./V一个比例(1.12)来自s的数据tamet al。[14.,尽管各学科之间存在相当大的差异。图1 b显示了体积变化的影响T我,没有/V一个(∼K没有),DM,CO./V一个以非常相似的方式,与TL,有限公司/V一个(∼K有限公司),贷款进一步支持这一概念T我,没有“有效”测量吗D米.
的上升K有限公司随着肺量和扩张减少是堕落的原因T我,没有/TL,有限公司比(图1一个)当肺部体积降低时,这种下降可能是肺外限制的有用标志物与其他疾病(无花果。2).
测量T我,没有和K没有:技术问题
大多数研究人员使用单呼吸技术,呼吸持有,如图所示TL,有限公司(DL,有限公司阿)gilvieet al。[30.,屏气时间根据J的和Meade.[31]或Grahamet al。[32].表2从主要的参考研究中总结技术方面的内容。NO氧化成NO2当与空气接触时,它被储存在一个氮气罐中,并在使用前分发。这个反应相当缓慢;因此,将NO与吸气袋中的空气混合不会立即产生显著的NO2形成。NO会与进出配药袋的某些塑料和连接件发生反应,这些连接件应由聚四氟乙烯(例如聚四氟乙烯™;杜邦,威明顿,DE,美国)或不锈钢。Borland和Higenbottam[2表明no和CO之间不存在相互作用T我,没有和TL,有限公司仪器有相似的值TL,有限公司作为传统的TL,有限公司当同一对象在两者上进行测试时[32].
因为从肺泡气体摄取的速率(~K没有)比一氧化碳(~K有限公司),屏气时间通常比通常的10秒短TL,有限公司.尽管如此,请注意,非常敏感的化学发光没有使用的分析仪范德leeet al。[13.可以将屏气时间延长到通常的10秒,这就提高了两种方法的准确性T我,没有和TL,有限公司测量。内源性的NO和CO水平通常被忽略。对于正态总体aTL,有限公司和K有限公司放弃对Hb的更正;在临床研究中,建议将血红蛋白修正到标准[血红蛋白],但不需要T我,没有和K没有(11.].吸烟通常在检测前禁止24小时,因为吸烟会提高血浆CO张力(“背压”效应)和增加HbCO(“贫血”效应),但吸烟和CO对贫血没有影响T我,没有.
的T我,没有/TL,有限公司比(∼K没有/K有限公司在疾病
的T我,没有/TL,有限公司比率可以正常,增加或减少。一个正常的T我,没有/TL,有限公司比例不排除一种病理生理状态,因为两者皆有T我,没有和TL,有限公司可以同等地降低,但一个病理过程不太可能按比例影响这两种成分。根据方程8T我,没有/TL,有限公司比率主要受DM,CO./Θ有限公司·Vc也就是膜与红细胞对一氧化碳的电导之比。图2.说明了其中的临床情况T我,没有/TL,有限公司比率增加或减少,并且表3列出该比率高或低,在肺微循环中的改变方面的说明与肺泡表面积的变化。
增加T我,没有/TL,有限公司比
T我,没有与血红蛋白水平无关,但是TL,有限公司落在贫血;因此,T我,没有/TL,有限公司比率(未校正Hb浓度)增加(无花果。2)[11.].同样的,T我,没有独立于P啊,一个2,但TL,有限公司摔倒在地P啊,一个2增加;因此,T我,没有/ T.L,有限公司比例增加。26例肺血管疾病患者[24.](77%的慢性血栓栓塞肺动脉高压诊断),T我,没有/TL,有限公司比率略微增加(112%),但这并不比减少更敏感T我,没有,TL,有限公司,K没有要么K有限公司.重度吸烟者亚组(n=36) (n=236), CT证实有肺气肿[27, 92%的人有过低谷K没有相比,78%的患者为1 S /强制急性容量(FVC)比率(<0.7被认为是异常)的低强制呼气量。接收器操作特性曲线(ROC)(最右侧和最不正确的区域:最大= 1.0),用于检测CT的肺气肿为0.894K没有0.822,K有限公司.的阴性预测值K没有远高于阳性预测值。的T我,没有/TL,有限公司在这种重型吸烟者的队列中提出了比率(4.9与4.36),但ct诊断为肺气肿和非肺气肿患者的比例没有区别。
减少T我,没有/TL,有限公司比
小(〜10%) fall in theT我,没有/TL,有限公司与运动相关的比率与肺毛细血管直径的增加相一致Vc与D米,并落在D米/Θ有限公司·Vc率)。肺毛细血管扩张也会发生,增加表面积(D米)以及Vc,这就限制了T我,没有/TL,有限公司比率。在正常的受试者中T我,没有/TL,有限公司比率下降(13.,24.),所以T我,没有/TL,有限公司比率下降应该是用于外肺限制的标志物。
25例不吸烟的II-III期结节病患者[29] 这T我,没有/TL,有限公司比率(〜K没有/K有限公司由再呼吸技术确定的比率降低(预计为85%),与低水平保持一致D米/Vc比例(79%正常)。T我,没有比先(34% pred正常与60%),与之相似TL,有限公司和K有限公司,提示肺泡膜表面积的损失(肺泡单位的损失)超过了膜的增厚。如果所有的通风设备在膜增厚过程中都是相同的,我们可以预期K没有和T我,没有,作为%pred,同样减少。运动[29],扩散能力的募集(作为静息值的%)与正常受试者和结节病患者相似,但降低(-15%)T我,没有/TL,有限公司比率,与运动毛细管扩张一致,不会因不扩散而“看到”。在另一项研究41例弥漫性间质性肺病(66%的结节病)中T我,没有/TL,有限公司比例增加(24.];我们推测这些患者可能有更多的终末期疾病和纤维化。
对未来研究的建议
慢性心力衰竭
减少DM,CO.正常或升高Vc是慢性心力衰竭的一个典型发现,至少在早期[35,36].因此,减少T我,没有/TL,有限公司在纽约心脏协会(NYHA)的I级和II级中。由于肺动脉高压介入NYHA III级和IV级T我,没有/TL,有限公司比率可能会恢复正常或上升。
肺外的限制
对TL,有限公司在外面的限制中,通过升高表示复杂K有限公司(∼TL,有限公司/V一个)至>120%时,肺泡扩张减弱(图1 b).的T我,没有/V一个(∼K没有)相对独立于体积膨胀,这就使得T我,没有在肺外限制中更直接。此外,预期的下跌中T我,没有/TL,有限公司比率将增加诊断有用性的发现,提高K有限公司本身.
间质性肺病
一般来说,DM,CO.和Vc在间质性肺病中同样减少表3显示结节病合并终末期疾病和纤维化[24.加薪了T我,没有/TL,有限公司,但无纤维化结节病[29的比例降低了。增加的比率表明Vc是比肺泡-毛细血管膜更受损害,而更大的膜受累将导致减少T我,没有/TL,有限公司比率。因此,纤维化替代炎症可能与aT我,没有/TL,有限公司比率,从正常或低于正常上升到>100% pred值。类似地,硬皮病(系统性硬化症)中肺动脉高压血管重构的发展也可能看到T我,没有/TL,有限公司比率高于正常水平。
慢性阻塞性肺疾病
欢迎慢性阻塞性肺病的进一步研究,相对于高分辨率的CT定量肺气肿的量度。支气管扩张和灭菌性支气管炎的比例研究(如.骨髓移植后)将会引起人们的兴趣。
结论
的T我,没有是一个相对较新的肺功能测试,在许多方面类似的方式更加成熟TL,有限公司.它不同于TL,有限公司独立于PO2和血细胞压积。生理上,T我,没有似乎它的大多数转移阻力在于肺膜和血液的厚度,红细胞通路,包括NO与Hb结合形成metHb相对不重要。的T我,没有/TL,有限公司比率向D米/Vc比率和α,NO血浆中的扩散性与CO(α= 1.97)的比率。正常比率位于4.3和4.9之间。的T我,没有/TL,有限公司在外肺限制中减少了比率,预计在慢性心力衰竭中被降低。的T我,没有/TL,有限公司在间质和肺血管疾病和重度吸烟者中增加了比例,但如果它预测肺气肿的开始尚不清楚。的T我,没有/TL,有限公司比率提供了研究血气屏障和肺泡毛细血管病理的替代方法。
致谢
我们要感谢N. Pride(英国伦敦帝国理工学院国家心肺研究所)对手稿草稿的审查,以及D. Simmonds(伦敦医学艺术家)提供的数字。
附录:参见表4
计算采用Roughton-Forster方程(1/Tl= 1 /D米+ 1 /θ提单·Vc),固定值为1/T我,没有(1/144)和1 /TL,有限公司(1/32)。1/D米,没有由1/T我,没有假设:1)红细胞电阻为零(1/D米,没有= 1 /T我,没有)(表4a - c数据集);或2)红细胞电阻等于总电阻的37% (1/D米,没有= 1 /T我,没有×0.63)(表4数据集D-G)[10.].DM,CO.经过计算得出D米,没有采用α, NO/CO的物理扩散比(1.97)。1/TL,有限公司(鉴于)- 1 /DM,CO.(派生)= 1 /Θ提单,公司·Vc, 从中Vc从1/Θ提单,公司和PO2关系(PO2100毫米汞柱)。红细胞对CO吸收的抗性比例((1/Θ提单,公司·Vc) / (1 /TL公司))计算。最后,Vc是从1/Θ提单,没有·Vc(= 1 /T我,没有- 1 /D米,没有)使用Carlsen和Comroe[4]Θ提单,没有(4.5 ml·min−1·毫米汞柱−1·毫升−1), (表4数据集g)。
评论
的影响(表4,c to b)增加1 /θ有限公司一个单位是增加估计Vc从47至99毫升(+106%)或(表4从37到76毫升(+105%)。Θ没有成为有限(表4D到F)增加DM,CO.,但会降低Vc20% (表4,一个与D和B与E).即使是最高的值DM,CO.和Vc(分别为0.69),缺乏形态测量估计[37使静止Vc(180毫升)和DM,CO.(463毫升敏−1毫米汞柱−1,但修正至272毫升每分钟−1毫米汞柱−1[38])。这些计算凸显了推导过程中的不确定性DM,CO.和Vc同时测量T我,没有和TL,有限公司.
脚注
本系列以前的文章:Naeije R, Vachiery J-L, Yerly P,et al。经肺压力梯度对肺血管疾病的诊断价值。欧元和J2013;41: 217 - 223。
感兴趣的语句
没有宣布。
- 已收到2012年5月25日。
- 接受2012年8月6日。
- ©2013人队