抽象的
我们对纤维化间质性肺疾病(ILD)中呼吸困难机制的理解尚不完全。本研究的目的有两方面:1)确定纤维性ILD呼吸系统的神经呼吸驱动(NRD)或神经机械解耦(NMU)是否能更好地预测呼吸困难强度,2)研究呼吸60%氧气对NRD、NMU和呼吸困难评分的影响。
14例纤维化性ILD患者入选。第1次访视包括熟悉递增循环运动试验,第2次访视包括常氧递增循环试验以解决目标1,第3次和第4次访视包括呼吸室内空气或60%氧气时恒负荷循环以解决目标2。横膈膜肌电图(EMGdi)被用来代替NRD。NMU计算为EMGdi (%max)与潮气量(%肺活量)的比值。
在调整后的分析中,NMU及其成分在增量循环期间与呼吸困难评级显着相关,具有最强的相关性。持续载荷循环期间呼吸困难评级的治疗变化之间的治疗变化仅与运动耐久时间和NMU的变化相关。
在纤维化性ILD中,呼吸困难较NMU更能反映EMGdi水平。然而,NMU的改善更好地预测了60%氧时呼吸困难的改善。
抽象的
神经呼吸驱动是纤维化性ILD患者呼吸困难的一个强大的独立预测因子http://ow.ly/MXjd30hcabH
介绍
呼吸困难是纤维化间质性肺病(ILD)患者的常见和衰弱的症状。在这种人群中,呼吸困难是发病率和死亡率的独立预测因子,与有关的健康有关的生命质量和功能能力减少有关[1,2]。尽管其临床重要性,我们对纤维化性ILD中呼吸困难机制的理解仍然不完全。
呼吸困难,健康和疾病的机制是复杂的和多因素[3.]。然而,积累的证据表明神经呼吸驱动(NRD)和NRD之间的不平衡和呼吸系统的机械响应(即。神经机械解耦(NMU))是关键贡献者[4]。最近在NRD之间建立了强有力的关系,估计使用Curruly膜片肌电学(EMGDI)和ILD患者患者的呼吸困难强度评级进行估计[5]。此外,一项关于慢性阻塞性肺疾病(COPD)的研究表明,呼吸困难强度与NRD和NMU均强相关;然而,呼吸困难强度与NRD的相关性更显著[6]。尚不清楚这些发现是否也可与ILD的患者相容。
缓解ILD患者呼吸困难的治疗选择有限;然而,最近的证据表明呼吸高氧吸气(吸气氧分数(FIO2) =0.60)可显著降低呼吸困难强度等级,并可消除或延迟运动过程中“不满意的灵感”的发作[7]。据我们所知,没有研究调查补充氧对ILD的NRD和/或NMU的影响,以确定哪种结果与降低活动性呼吸困难评分更密切相关。因此,本研究的目的是确定NRD或NMU是否能更好地预测纤维化性ILD的呼吸困难强度(目的1),并研究60%氧对emgdi测量NRD和NMU的影响(目的2)。
方法
参与者
本研究包括14名患有分离的肺部患者的纤维化ILD患者,同时参加了先前公布的研究(n = 20)检查高氧因对循环耐久性时间和呼吸困难的影响[7]。所有患者静息动脉氧饱和度≥92%。排除近期完成肺康复(入组前≤6周)或有明显肺气肿、肺动脉高压、肺外疾病和/或其他运动禁忌症的患者。
研究设计
该研究是一项更大的随机、单盲、安慰剂对照交叉研究的组成部分(ClinicalTrials.gov:nct01781793.)制度伦理批准(H13-00059)。在入学前的所有患者获得书面知情同意书。患者在访问期间≥48小时的四次访问实验室。病史,慢性活性相关的呼吸困难问卷,肺功能测试和症状限制性循环循环运动试验在访问中完成了呼吸困难目的的呼吸困难目的。在访问2期间,患者进行了肺功能测试和症状有限的增量循环运动测试,同时配备了EMGDI导管。访问2数据用于解决主要目标。在访问3和4期间,患者在呼吸室空气时进行肺功能测试和症状限制恒定负载循环运动测试(FiO2=0.21)或高氧(FiO2在随机顺序中= 0.60)。将气体送入非漫射的道格拉斯袋,其连接到双向非剥离阀通过大孔管(Hans Rudolph,Inc。,Shawneee,Ks,USA)。气体输送系统对于这种情况相同,并且患者蒙蔽了灵感的气体状况。来自访问3和4的数据用于解决研究的二次目的。
肺功能
患者进行肺活量测定,体检,12-S最大自愿通风,以及一氧化碳肺部的单呼吸扩散能力(DLCO),根据既定的指引[8- - - - - -10]。使用商用系统(Vmax Encore 229, V62J Autobox;CareFusion,约巴林达,CA,美国),并以预测值的百分比表示[11,12]。
运动测试协议
运动使用一个电子制动的循环功率计(Ergoselect 200P;eroline, Bitz, Germany)以≥60转每分钟的自选节拍。所有测试开始时休息6分钟,然后进行1分钟的空蹬热身。递增测试以15-W逐步增加工作速率进行,从每2分钟15 W开始,直到症状得到控制。峰值工作速率定义为持续至少30秒的最高工作速率。恒负荷运动测试继续进行,工作速率立即增加到峰值增量工作速率的75%,并持续到症状限制。等时定义为给定患者在两种条件下进行的两种恒定负荷运动测试中所达到的最高等效次最长时间。在恒定负荷运动测试中没有口头鼓励。
症状评估
患者在运动期间每2分钟,每2分钟和使用改进的Borg 0-10类别比例的峰值锻炼,患者在休息时的“呼吸不适”(呼吸困难)(呼吸困难)和“腿部不适”的强度。13]。量表的终点是固定的,0代表“没有呼吸/腿部不适”,10代表“经历或想象过的最严重的呼吸/腿部不适”。
锻炼的心肺反应
标准的心肺反应在休息和运动期间呼吸逐呼吸测量(VMAX ENCORE 229; COREFUSION)。这种代谢推车尚未通过验证FIO2的0.60;因此,气体交换参数(即。氧气消耗和二氧化碳生产)和气体交换衍生参数(即。使用连接到呼吸器的3- l校准注射器,并在大流量范围内使用道格拉斯袋中适当的气体混合物进行流量校准。潮气量相对于分钟通风的拐点(VT/V 'E),通过检查每名患者在整个增量锻炼过程中30秒的平均数据来确定(来访2)VT在访问期间实现,如果有的话,也可以使用来自这些访问的30-S平均数据来确定。估计动脉氧饱和度通过手指脉冲血氧血管(激进的-7脉冲CO血氧摩托计; Masimo Corp.,Irvine,CA,USA)。使用12引线心电图记录心率。
隔膜肌电图
采用多对食管电极导管(广州呼吸学院医疗设备与科学有限公司,中国广州)测量脚膈肌电图,并作为NRD的替代品[14]。隔膜肌电图的采集、处理和分析如前所述[15]。简单地说,导管由5对连续的记录对组成,这些记录对通过鼻子并根据这些记录对在潮汐呼吸时同时获得的EMGdi信号的幅度进行定位。为尽量减少不适,使用盐酸利多卡因非气溶胶喷雾剂(利多丹;奥丹实验室,蒙特利尔,加拿大)在鼻和咽通道进行管理。使用PowerLab 16/35模数转换器(ADInstruments, Castle Hill, Australia)在2khz下采样原始EMGdi信号,并用60赫兹的notch滤波器(型号08-GL生物放大器,使用LabChart Pro Version 7.3.7软件(ADInstruments)实现20 Hz至1 kHz的带通滤波器,并使用时间常数0.1 s转换为均方根(RMS)。人工选择QRS复合物之间每次吸气的最大RMS值,以避免心脏伪影对肌电信号的影响。采用给定呼吸时振幅最大的电极对进行分析。数据以最大EMGdi的百分比报告,最大EMGdi定义为在休息或运动时吸气容量调整时记录的最高RMS值。我们只使用吸气容量策略而不是使用多次最大吸气策略(例如嗅探和最大吸气压力演习)以获得最大的EMGDI。这是为了规范所有科目的标准化程序,因为我们以前的工作表明,吸气能力的动作总是导致最大的EMGDI活动[16]。NMU定义为EMGdi表达为最大值与最大值的百分比VT表达为生命能力(VC)的百分比(即。EMGdi马克思(%):VT(%VC))。
统计分析
运动变量持续测量,在30秒内确定的平均值与呼吸困难评估时间有关。我们确定了呼吸困难强度评级与NMU及其个别成分的关系(即。EMGdi最多(%)和VT(%VC)),使用未经调整的重复测量线性回归。然后,所有这些预测因子被应用到一个多元模型中,同样使用重复测量分析,以确定独立的预测因子。多元模型中纳入的变量进行多重共线性评估。配对t检验用于比较等时间和高峰运动时室内空气和高氧条件的结果。采用Spearman相关系数对等时恒负荷运动中呼吸困难强度等级与选定的生理变量在受试者内、治疗间进行比较。数据以平均值±表示sd或适当的中位数(句子范围)。统计显着性设定为P <0.05。使用Stata 11.2软件(Statacorp LP,College Station,TX,USA)分析数据。
结果
参与者
患者特征和峰值运动数据总结在表格1.平均而言,患者有中度生理损伤,表现为强迫肺活量和肺对一氧化碳的扩散能力降低,以及功能能力降低,表现为峰值有氧能力和工作速率相对于预测值降低[11,12,17]。的VT/V”E在76±28 W时出现拐点。根据地区标准,在休息或走动时,没有患者符合补充供氧的条件[18]。在运动测试期间没有注意到心脏异常。
氧过多的影响
本文综述了恒负荷循环运动中高氧的感觉和生理效应表2..3例患者被排除在本分析之外(目的2);这些患者在至少一次访视中拒绝使用导尿管,并且/或没有完成两次访视。等负荷循环运动试验之间的平均时间为6±2天。恒负荷循环运动试验的平均工作速率为71±27 W,中位等时时间为6.0 (4.0-10.0)min。与室内空气(24.2±11.1)相比,高氧组恒负荷循环运动耐力时间显著增加与分别为9.6±8.0分钟;p < 0.001)。
呼吸困难强度等级在室内空气和高氧运动高峰时相似(p=0.38),但在高氧运动的等时显著降低与室内空气(1.8±1.9与3.8±3.0 Borg 0-10个单位;p=0.005;表2.).高氧患者在等时等负荷循环运动(p<0.001)和高峰运动(p=0.005)时,EMGdi显著降低与室内空气(表2.).高氧时,NMU明显改善与室内空气(p = 0.003;表2.).治疗间等时呼吸困难评分在恒定负荷循环运动中的变化仅与运动耐力时间(r=−0.67,p=0.02)和NMU (r=0.63, p=0.04)相关。附加的斯皮尔曼相关系数见表3.
在使用室内空气的恒定负载循环运动期间,所有11名患者包括在AIM 2的分析中实现或超越A.VT这与VT/V”E在增量测试上识别的拐点。其中两个患者没有达到这一点VT高氧,以及VT是否达到了延迟的高氧与剩余九名患者的室内空气(5.5±5.1与分别为1.9±0.7分钟;p=0.06)。呼吸困难、EMGdi (%max)和NMU的测量值在治疗期间没有差异(p=0.12, p=0.12, p=0.09)。
讨论
我们试图确定纤维化性ILD的呼吸困难强度是否主要由NRD或NMU决定,并研究60%的氧气对NRD和NMU的影响。我们的主要研究结果如下:1)呼吸困难强度评级与增量周期运动时的EMGdi和NMU均显著相关,但呼吸困难与EMGdi的相关性更强;2)恒负荷高氧循环运动时等时呼吸困难强度评分的改善与NMU的变化显著相关,与EMGdi的变化无显著相关。
有人提出,呼吸困难的增加是健康和疾病中NRD水平增加的反映[4]。也有证据表明,中枢和外周传入反馈通路可能通过对NRD的直接影响来神经调节感知呼吸困难的强度[4]。因此,心肺疾病患者呼吸困难强度等级的增加可能与在机械负荷增加和/或呼吸肌容量减少的情况下,为满足增加的呼吸需求,需要增加NRD的认识相对应。例如,ILD患者由于纤维化,肺顺应性降低,静反压增加。肺的静压-容积曲线因此向下并向右移动[19,20.]。因此,整个呼吸系统的压力量关系沿其体积轴收缩[21,从而使静息吸气量和吸气储备量普遍减少。基线储备的减少意味着潜在的减少VT运动时的扩张[22,23]。目前研究中的ILD患者对临界约束VT与先前记录的相似年龄的健康男性和女性相比,其绝对工作率显著降低[24]。因此,ILD患者的呼吸肌弹性负荷可能增加[21],这需要呼吸肌肉力量的灵感[25],因此增加了NRD [5,以满足通风要求。
Faisal.等.[5显示,在ILD和COPD患者以及健康对照组中,EMGdi与呼吸困难强度之间的关系保持不变。这支持了以下假设:NRD是呼吸困难强度增加的生理基础的重要组成部分,因为呼吸功能和/或容量的疾病特异性差异,以及由此产生的传入反馈通路,并不影响这种关联[4]。事实上,最近另一项针对COPD患者的研究[6]考察了呼吸困难强度与NRD、NMU的关系,得出呼吸困难强度与EMGdi、NMU密切相关,但呼吸困难强度等级与EMGdi的关系相对较强。这与我们的研究结果一致,表明NRD的增加在很大程度上导致纤维化性ILD患者呼吸困难强度的增加,至少在常氧增量运动期间是这样。
我们最近证实在高氧恒负荷运动中等时呼吸困难强度评分显著降低与室内空气(7]。然而,在呼吸困难强度等级的降低和运动过程中标准呼吸测量的治疗之间的变化之间没有发现显著的相关性。我们推断,高氧患者呼吸困难强度评分的降低可能与NRD和/或NMU等神经生理参数的改善有关。然而,尽管在常氧增量运动中EMGdi与呼吸困难强度评级的相关性更显著,但高氧时呼吸困难强度评级的改善仅与NMU和运动表现的改善显著相关(即。耐力时间)。这表明高氧疹减少了呼吸困难通过多种机制,对NRD和呼吸力学均有综合有益作用。
以往的研究表明,高氧通过扩大动静脉氧含量差异,从而提高无氧阈值,延缓代谢性酸中毒和骨骼肌疲劳的发生,从而改善向骨骼肌的氧输送[26,27]。随后的减少V”E在目前的研究中,在等时间和高峰运动中,可能至少部分地反映了EMGdi的减少以及VT,伴随而来的是呼吸急促的改善。这进一步得到了延迟发病的支持VT/V”E患有高氧的拐点与房间的空气。NMU在本研究中定义为EMGdi (%max)与VT(%VC),因此直接表征了EMGdi与VT.在这种情况下,只有EMGDI减少了VT高氧时,NMU会下降(即。改进)。或者,只有VT高氧时,EMGdi保持不变,NMU增加(即。恶化)。我们观察到emgdi和VT用高氧与房间空气,EMGDI的减少相对较大(26±11与分别为12±6%)。因此,我们的研究表明,高氧主要减轻呼吸困难通过NMU的改善,反映了EMGdi与VT.NRD的改善与in的变化之间的相互作用VT似乎比单纯的NRD改善有更重要的作用。
限制
必须承认,这项研究有一些局限性。首先,我们使用EMGdi作为NRD的替代方法,并且已经很好地描述了这种方法的局限性[5]。第二,虽然膈肌是主要的吸气肌,但我们不能忽视膈外吸气肌的潜在作用,如胸锁乳突肌、斜角肌和肋间肌。高氧通气反应的改变可引起呼吸肌募集模式及其相对贡献的改变,从而影响NMU的测量。第三,由于安全原因,对所有研究人员对研究条件进行盲法是不可行的。然而,我们不认为这影响了我们的结果,因为所有的测试程序都是严格标准化的,包括对所有恒定负荷运动测试缺乏口头鼓励。第四,我们承认这项有创性研究样本量小,因此可能不能代表所有纤维化性ILD患者。最后,我们纳入了各种ILD亚型;然而,所有患者均为孤立性肺受累。由于这些疾病的生理学相似,我们期望这些亚型的生理学结果相似。
结论
我们的数据表明,在常氧增量运动中,ILD患者的呼吸困难强度更可能反映了由EMGdi估计的NRD的增加,而不是NMU。然而,高氧时呼吸困难强度等级的衰减与NMU的改善相关,而与EMGdi无关。这表明,在缓解呼吸困难方面,高氧对NRD和呼吸系统机械输出的耦合作用比单独对NRD的作用更重要。需要进一步研究更好地分离EMGdi与呼吸系统机械输出的独立作用(例如VT)在ILD患者运动期间呼吸困难。这种知识可能有助于在该人群中发展症状的治疗方案。
披露的信息
补充材料
C.J. Ryerson.ERJ-01726-2017_RYERSON.
P.G.营erj - 01726 - 2017 - _camp
正当Guenetteerj - 01726 - 2017 - _guenette
确认
作者要感谢所有热心参与这项研究的患者。所有作者在手稿的内容和写作中都发挥了作用。mr . Schaeffer, C.J. Ryerson, A.W. Sheel, N. Khalil, P.G. Camp和J.A. Guenette参与了研究的设计和实施;mr . Schaeffer, C.J. Ryerson, A.H. Ramsook, Y. Molgat-Seon, S.S. Wilkie, R.A. Mitchell和S.S. Dhillon收集数据;mr . Schaeffer, C.J. Ryerson, A.H. Ramsook, S.S. Dhillon, R.A. Mitchell和J.A. Guenette进行了数据分析。
脚注
支持声明:本研究由不列颠哥伦比亚龙通协会(BCLA)提供资金,该研究领导者倡议倡议获得加拿大呼吸研究网络的倡议授权,以及英国哥伦比亚大学(Vancouver)的物理治疗部的种子资金(BC,BC,加拿大)。M.R. Schaeffer由英国哥伦比亚大学和BCLA的奖学金支持。C.J. Ryerson和P.G.营地由迈克尔史密斯省卫生研究(MSFHR)的学者奖项提供支持。A.H.Ramsook由英国哥伦比亚大学4年级奖学金(UBC 4YF)和加拿大自然科学和工程研究委员会的Alexander Graham Bell加拿大毕业奖学金(NSERC)提供支持。Y. Molgat-Seon由UBC 4YF的支持以及来自NSERC的研究生奖学金。正当Guenettewas supported by a Scholar Award from the MSFHR, a Clinical Rehabilitation New Investigator Award from the Canadian Institutes of Health Research, and a New Investigator Award from the Providence Health Care Research Institute and St Paul's Hospital Foundation. The funders had no role in the study design, data collection and analysis, or preparation of the manuscript. Funding information for this article has been deposited with theCrossref资助者注册表.
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- 已收到2017年8月23日。
- 接受2017年10月14日。
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