摘要
思想中的时尚,就像衣服一样,来来去去。大约从1950年到1980年,生理学研究被视为理解肺部疾病的关键学科,处于肺科学的前沿。随后,在一个被广泛接受但毫无根据的假设中,它的重要性被淡化了,即我们现在对健康和疾病中呼吸系统的生理行为有了完美的理解。尽管似乎不太可能在呼吸生理学领域出现全新的学科,以根本不同的方式描述肺的机械或气体交换功能,但计算的进步和疾病的新观察已经突出了以前未被怀疑的生理异常,这些异常改变了我们看待肺部疾病的方式,以及紊乱的肺力学、症状学和残疾之间的界面。
呼气流量限制和动态恶性膨胀这两个相关的生理学概念尤其如此,它们现在正从生理学实验室被带到床边,并产生了巨大的效果。每一项都源于40年前首次提出的已得到证实的理论和实践观察,现在已适用于一系列情况,特别是在阻塞性肺病领域。这篇综述的重点是如何定义和评估这些条件,以及有什么证据表明它们在肺部疾病中可能很重要。
系列“呼吸监测:用新工具重温经典生理原理”
编辑:M.I. Polkey, R. Farré和A.T. Dinh-Xuan
这个系列的第三个
潮汐呼气流量限制及其测量
传统的技术
呼气流量限制(EFL)一词用于表示潮汐呼吸时达到最大呼气流量,是胸内气流阻塞的特征。值得注意的是,一些专家使用术语慢性气流限制作为慢性阻塞性肺疾病(COPD)的同义词,以表明这种疾病(以及其他肺部疾病)发生的最大呼气流量减少;然而,这一术语并不意味着EFL实际上发生在潮汐呼吸期间1- - - - - -3..
潮汐呼吸时EFL的存在可促进动态肺恶性膨胀(DH)和内在呼气末正压(PEEPi),并伴随呼吸功的增加,吸气肌功能的功能损害和血流动力学的不良影响4.这与潮汐呼吸时限制流量的动态气道压迫一起,可能导致呼吸困难5.
根据最近提出的一个有吸引力和挑衅性的假设6,在注定要发展为COPD的吸烟者中,从外周气道疾病到明显COPD的转变具有三个连续阶段的特征,其中EFL起着核心作用:第一阶段,关闭容积最终超过功能剩余容量;第二阶段,外语率先发展;第三阶段,DH逐渐增加,导致呼吸困难和运动受限。潮气量范围内气道封闭(I期)和EFL (II期)的存在可能促进外周气道损伤,加速肺功能异常7- - - - - -9.这会增加吸烟引起的炎症本身,导致肺内严重的功能和结构异常。这种恶性循环不可能逆转,除非在第一阶段。
尽管EFL的后果严重,但在COPD、哮喘和其他肺部和非肺部疾病患者中,这一现象的患病率和临床意义尚未得到充分研究。
根据定义,发现EFL需要证明跨肺压增加而呼气流量不增加。因此,直接评估EFL需要确定流量和经肺压之间的等容积关系,这种方法是金标准。然而,这种方法在技术上是复杂的,耗时和侵入性的,因为它需要通过食管球囊10,11.
直到最近,用于检测潮汐呼吸期间EFL的常规方法是由Hyatt提出的3.在1961年。它包括在最大流量-体积曲线内正确地叠加潮汐呼吸的流量-体积循环。这一分析和“EFL概念”已成为理解呼吸动力学的核心。当患者呼吸低于最大呼气流量-体积(MEFV)曲线时,不存在EFL。根据这项技术,正常人即使在最大限度的运动中也达不到EFL1,2.相反,当患者试图沿MEFV曲线或高于MEFV曲线进行潮汐呼吸时,就会出现EFL。长期以来,人们一直认为重度COPD患者即使在休息时也可能表现出EFL,这反映在他们沿MEFV曲线或高于MEFV曲线进行潮汐呼吸1- - - - - -6.然而,传统的基于MEFV和潮汐呼气流量-体积曲线比较的ELF检测方法存在一些方法上的不足。其中包括以下内容。1)胸部气体压缩人工制品。为了尽量减少这种误差,应使用身体容积描记仪来测量体积,而不是使用常见的气功描记仪或肺活量计12.这一结论的推论是,在实践中,EFL只能在坐着休息的受试者中进行评估。2)潮汐呼气流量-容积和MEFV曲线对齐不正确。这种对齐通常考虑总肺活量(TLC)作为一个固定的参考点。这种假设可能并不总是正确的13,14.3)前期体积和时间历史的影响。由于先前自发潮汐呼吸的体积和时间历史必然不同于强制肺活量(FVC)操作,因此将潮汐呼气流量-体积与MEFV曲线进行比较是有问题的。事实上,没有单一的MEFV曲线,而是一系列不同的曲线,这些曲线取决于FVC操作前灵感的时间过程15- - - - - -17.因此,将潮汐呼气流量-容积曲线与MEFV曲线进行比较是不正确的。4)潮汐和最大呼气力期间的呼吸力学和时间常数不等式不同,也使两种流量-体积曲线的比较存在问题18- - - - - -20..5)运动可能导致支气管扩张或支气管收缩等肺力学变化,也可能影响两种流量-容积曲线的正确比较21.6)耐心合作。传统方法的另一个重要限制是它需要耐心的合作。这并不总是可行的13,14.
从上述考虑来看,基于潮汐呼气流量-体积与MEFV曲线的比较来检测EFL似乎是无效的,即使使用了体箱。事实上,几项研究已经清楚地证明了这一点22- - - - - -25.因此,不再推荐使用常规方法。
呼气负压法
最近,为了克服上述技术和概念上的困难,出现了呼气负压法(NEP)22- - - - - -25(图1⇓).NEP技术已应用于机械通气重症监护病房(ICU)患者,并通过同时测定等体积流量-压力关系进行验证23,26(图2⇓).这种方法不需要FVC操作,患者不需要配合,也不需要使用身体容积描记仪,可以在任何身体姿势的受试者自发呼吸时使用27,在运动时24,28,29在重症监护室7,8,23,30.- - - - - -32.使用这种方法,控制和测试过期的体积和时间历史是相同的。
图1⇓描述了用于评估EFL的实验设置22.一个带法兰的塑料吹口与一个呼吸记录仪和一个t型管串联在一起。t型管的一边是对大气开放的,而另一边配备了一个单向气动阀,允许受试者快速切换到由真空吸尘器或文丘里装置产生的负压。气动阀由一个与充满氦气的气瓶连接的充气气球和一个手动气动控制器组成。后者允许远程控制气球紧缩,这是快速(30-60毫秒)和安静地完成,允许快速暴露于NEP。或者,也可以使用电磁快速阀。NEP(通常设置在−3至−5 cmH2O)可通过吸尘器上的电位器或控制文图里装置进行调整。用加热的气功记录仪测量流量,同时通过吹口上的侧口测量气道开口的压力。流量由流量信号的数字积分得到22- - - - - -25.
在进行测试时,受试者应密切观察吹口处是否有泄漏。通过监测图表记录仪上的容量记录随时间的变化,可以确保在进行NEP试验后,呼气末肺容量(EELV)恢复到NEP前的水平,从而避免泄漏和电漂移。只有那些没有泄漏的测试才是有效的33.
NEP方法的原理是,在没有预先存在流量限制的情况下,NEP引起的肺泡与气道开口之间的压力梯度增加应导致呼气流量增加。相比之下,在流量受限的受试者中,NEP的应用不应改变呼气流量。目前作者的分析主要包括比较在控制呼吸期间获得的呼气流量-体积曲线与在应用NEP的后续呼气期间获得的呼气流量-体积曲线22,23.
在部分或全部潮汐终止期,NEP的应用没有引起流量增加的受试者(图3)⇓)被认为是EFL。相比之下,在整个控制潮气量范围内,流量随着NEP而增加的受试者被认为是非流量受限(NFL)。如果在应用NEP时存在EFL,则会出现短暂的流量增加(峰值),这主要反映了顺应性口腔和颈部结构的容量突然减少。在较小程度上,由于流量测量系统的共模抑制比,一个小的人为因素也可能对流动瞬态有贡献22- - - - - -24.这种尖峰是EFL的有用标记。
流量限制程度可以使用四个不同的EFL指数进行评估:1)作为一个连续变量,表示为坐姿和仰卧位的潮汐量百分比(图3)⇓)22;3)作为离散变量的两种分类形式,即。NFL在坐姿中的表现,EFL在坐姿中的表现3)作为离散变量以三类形式进行分类,即。NFL均为坐位和仰卧位,EFL为仰卧位但未坐位,EFL均为坐位和仰卧位22;4)作为一个离散变量,以五类分类的形式(五分EFL分数)25.
应用NEP无任何不适的感觉,咳嗽或其他副作用22- - - - - -25.然而,NEP技术存在一个潜在的局限性,它适用于正常打鼾者和阻塞性睡眠呼吸暂停-低通气综合征(OSAHS)患者。34- - - - - -37.图4清楚地说明了一个典型示例⇓.
非OSAHS和OSAHS患者36,37,在应用NEP后出现一致的上气道塌陷,EFL可以通过潮末吸气后立即开始的次最大呼气动作或呼气时挤压腹部来评估(见下文)。
把这个明显的缺点变成了优势,利斯特罗et al。35和Verinet al。36,在无胸内梗阻证据的OSAHS患者中,发现流量限制程度(以仰卧位潮气量%表示)与去饱和指数和呼吸暂停/低通气指数有显著相关性。
临床应用
自NEP技术问世以来,在一些不同条件下的研究中,它已被用于检测EFL或检查负压的影响,即。不同的身体姿势27、休息和运动24,28,29在自动呼吸和机械通气的受试者中7,8,23,30.- - - - - -32,儿科26,38、神经39以及老年设置40,41.
在一项研究中,对117例稳定的COPD患者进行了坐位和仰卧位静息呼吸时EFL的测定25.虽然,平均而言,在坐着和仰卧时都经历EFL的患者比没有经历EFL的患者在一秒钟内的用力呼气量(FEV1)低,但数据存在明显的分散。事实上,NFL组中60%的FEV1 pred <49%,并被归类为严重至非常严重的气道阻塞。因此,FEV1并不是COPD患者EFL的特异性预测因子。
直观地说,通过常规肺功能测量评估,气道梗阻最严重的患者应该是呼吸困难最严重的。然而,一些严重气道梗阻的患者症状轻微,而另一些客观功能障碍较小的患者则表现为严重的呼吸困难。事实上,许多研究表明,慢性呼吸困难与FEV1之间的相关性很弱。相比之下,在COPD患者中,用NEP技术测量的EFL比FEV1更能预测慢性呼吸困难25.此外,这也表明在这些患者中有很高的矫形眼发生率42.
似乎在稳定的COPD患者中,即使考虑到FEV1气道阻塞的严重程度,EFL的患病率也很高。事实上,在相同的FEV1值下,48%的COPD患者为EFL,而稳定的哮喘患者为15%22,25,42- - - - - -44.与COPD患者相比,大多数哮喘患者在静坐和/或仰卧时不表现出EFL28,42- - - - - -46.哮喘和COPD之间的这种差异可能反映了后者的弹性反冲较低。
Tantucciet al。43是第一个评估支气管扩张剂(沙丁胺醇)对静息吸气量(IC)影响的人。在一组COPD患者中,根据有无潮汐性EFL和相似的基线FEV1 % pred进行划分,急性支气管扩张剂仅在潮汐性EFL COPD患者(占这些患者的75%)中诱导IC显著增加(基线的> ~ 10%)。应该记住,在接受检查的所有COPD患者中,只有6%(欧洲呼吸学会标准)或16188bet官网地址%(美国胸科学会标准)在支气管扩张剂后气道阻塞具有可逆性。此外,仅在伴有潮汐EFL的COPD亚组中观察到支气管扩张剂后EELV(或动态功能剩余容量)的显著降低。
随后,研究表明抗胆碱能和沙丁胺醇治疗后IC的增加最好地反映了运动耐受性的改善47.在间歇期EFL的COPD患者组中,使用沙丁胺醇后,无论FEV1的变化如何,运动性呼吸困难(ΔBorg,运动)均显著减少,休息时ΔBorg,运动(减少)和ΔIC(%前)(增加)之间也有密切关系。相比之下,在休息时没有潮汐EFL的COPD患者组中,ΔIC (% pre)和ΔBorg的运动没有变化。因此,在COPD患者中,使用支气管扩张剂后轻度至中度运动时呼吸困难的减少预示着休息时IC的增加。
支气管扩张剂治疗后IC的改善主要局限于休息时有EFL且基线IC降低的患者,需要减少休息时和轻度运动时的呼吸困难47.因此,在阻塞性肺疾病中,支气管扩张剂治疗的益处不仅应根据FEV1的变化进行评估,更重要的是,还应根据IC的增加进行评估。在这种情况下,应该注意的是,由于IC的表现在FVC操作之前,因此在支气管扩张剂测试时,FEV1和IC通常是一起记录的。
虽然传统上支气管扩张剂检测的重点是FEV1的变化,但对IC变化的审查应该是强制性的,因为它比FEV1提供了更多有关呼吸困难和运动耐受性的有用信息。仅用NEP技术检测EFL并不是急性支气管扩张剂反应性的适当测量方法48.然而,事实上,在使用支气管扩张剂后,只有EFL患者在静坐休息时DH显著降低,这进一步支持了将COPD患者分为有EFL和没有EFL的亚组以预测DH改善的有效性。因此,测量IC和检测EFL是评估COPD患者支气管扩张剂反应性的补充方法43,47.
目前的作者先前研究了在运动中使用NEP技术的可行性,并评估了EFL对运动表现的影响24,28,29.图5⇓显示了COPD患者在休息和两种运动水平下的流量-容积曲线24.使用NEP时,流量在休息时增加,但在运动时没有,这表明EFL在两种水平的运动中都存在,但在休息时没有。在常规测试中,即。将潮流流量-容积与MEFV曲线进行比较,将该患者分为休息时和运动时EFL。NEP方法有一个很大的优势,因为它考虑到前面讨论过的所有影响,包括运动中发生的支气管收缩或支气管扩张28.在这种情况下,使用NEP测试,Murcianoet al。29结果表明,虽然单肺移植患者在休息时血流不受限,但大多数患者在运动时血流受限。
图6⇓显示三组COPD患者在休息时和不同运动水平时肺容量的细分,以TLC的百分比表示:EFL在休息时,最大功率输出(Wmax)的1/3,EFL或NFL在最大功率输出(Wmax)的2/3。休息时EFL的存在意味着运动时增加的通气应该与DH有关。事实上,在休息时EFL的COPD患者中,EELV在研究的两种运动水平上都显著增加。同样,在1/3 Wmax变为EFL的患者中,仅在2/3 Wmax时EELV显著增加。相比之下,在其他患者中,在整个研究运动范围内,EELV没有明显变化。5例因休息而出现EFL的COPD患者IC %明显低于其他COPD患者。如果在休息时出现流量限制,同时IC降低,运动时的最大潮气量也应降低。事实上,非常低的最大潮气量是5例因休息而出现EFL的COPD患者的一个典型特征。因此,静息IC越低,最大潮气量越低。
迪亚兹et al。49在52例COPD患者中,NFL患者和EFL患者的IC几乎没有重叠,NFL患者几乎所有IC正常,而EFL均<80% pred。此外,他们还记录了最大潮气量与IC之间的密切相关(r = 0.77, p<0.0001)。在他的COPD患者组中,迪亚兹et al。50也证实了作者在较小的COPD患者群体中的初步观察,即最大潮气量与运动能力密切相关24.
因此,对EFL患者和非EFL患者分别进行的线性回归分析显示,在EFL患者中,运动能力的唯一预测因素是IC % pred,而在NFL患者中,FEV1/FVC % pred是唯一预测因素。无EFL患者最大摄氧量与FEV1/FVC比值显著相关,主要原因是FEV1/FVC比值高,MEFV曲线向上凸起,表明在静息潮气量范围外有较大的流量储备;FEV1/FVC比值低,曲线向上凹陷,在静息潮气量范围内呼气流量储备较少。因此,在休息时没有EFL但FEV1/FVC比值较低的患者比该比值较高的患者更容易在运动中发生EFL。运动中EFL的发展限制了最大潮气量,因此限制了最大运动通气和运动耐受性。因此,在休息时无EFL的COPD患者中,最大摄氧量与FEV1/FVC % pred直接相关。因此,这些研究的主要发现是,在休息时检测EFL在确定限制运动耐受性的因素方面起着重要作用,因为休息时EFL清楚地区分了运动耐受性有显著差异的两组患者。更重要的是,它们的检测为限制运动耐力的机制提供了有用的信息。在EFL存在的情况下,DH似乎是运动表现的主要决定因素,而静息IC的大小,一个公认的DH标记,似乎是最好的临床预测指标。
同样,最近的一项研究表明,大多数稳定型哮喘患者在运动期间表现出潮汐EFL和DH,即使他们的基线FEV1和峰值呼气流量在正常范围内,他们也没有运动诱发哮喘28.在运动诱发的潮汐EFL哮喘患者中,运动能力因DH而降低。这一发现具有重要的临床意义,因为在运动前立即使用支气管扩张剂可能会消除运动期间的潮汐EFL和DH,并提高运动能力。
然而,应该注意的是,在异胆碱(MCh)诱导的支气管收缩过程中,IC减少所反映的DH通常发生在无潮汐EFL的情况下。因此,在没有EFL的情况下也会发生DH,如果可用的呼气流量足以维持静息通气而不需要增加EELV, EFL的存在不一定会导致DH。这可以从EFL患者和正常IC患者中体现出来。
相反,在运动过程中,DH不仅在COPD中与潮汐EFL密切相关24哮喘患者也是如此28.这种差异可能是由于在MCh挑战过程中,DH被归因于与呼吸周期中吸气肌持续活动相关的呼气阻力增加和声门的呼气变窄。虽然这些机制中的一些可能有助于在患者中看到的运动诱导DH,但EFL似乎是主要因素,因为它存在于所有表现出DH的患者中,而在所有没有表现出DH的患者中不存在。运动诱导的肺内支气管收缩可能比mch诱导的支气管收缩更均匀。在非均匀性支气管收缩时,部分区域可能出现EFL并伴有DH,而其他区域则正常排空;因此,整体的EFL(用NEP测量)可能不存在。在这种情况下,IC可能在没有整体EFL的情况下下降。相反,在均匀性支气管收缩时,整体EFL和DH应反映肺内均匀分布的机械损伤28.
NEP技术也被用于检测机械通气患者的流量限制7,8,23,30.- - - - - -32.事实上,NEP方法最初是在不同体位的机械通气中应用和验证的23.研究发现,几乎所有需要机械通气的COPD患者在整个潮汐呼气范围内流量受限,仰卧姿势促进流量受限。应该注意的是,在自发呼吸的COPD患者中,侧卧位和手、膝位的流量限制是相反的27.其他研究表明,大多数肺源性急性呼吸衰竭患者表现为潮汐性EFL,而肺外源性急性呼吸衰竭患者则没有30..同一组作者发现,大多数急性呼吸窘迫综合征(ARDS)患者表现出EFL,可能与小气道闭合和伴随的PEEPi有关7.EFL的存在意味着气道同时循环动态压缩和再扩张,增加了低肺容量损伤的风险。在所有ARDS患者中,在应用10cmh时2NFL患者肺泡复萌,气道内PEEPi不平等减少,气道内呼气末正压O、EFL被取消,动脉氧合得到满意改善8.
潮汐EFL和PEEPi在腹部手术后仰卧的病态肥胖镇静瘫痪患者中也很常见32.这意味着对这类患者的外PEEP治疗管理必须在监测EFL和PEEPi的同时进行。EFL和周围气道关闭的存在意味着可能存在小容量损伤的风险。因此,应用呼气末正压似乎也是为了避免周围气道关闭和EFL。
因此,评估NEP技术机械通气患者的EFL是一种潜在的有用的床边方法,可以提供有关呼吸力学的信息。
在过去,没有可用的在线方法来评估植被覆盖度演习期间的流量是否最大。然而,最近开发了一种评估植被覆盖度性能的简单方法26,51.它是基于NEP技术的一个变种,即。应用- 10 cmH的NEP短脉冲2O在FVC机动期间。如果在应用NEP脉冲期间呼气流量增加,则呼气流量为次最大。相反,如果流量不随负压增加,则已达到EFL。因此,用这种方法,有可能确定最大流量是否由于呼吸努力不足而低(如。呼吸肌肉无力,缺乏协调性,装病)或肺部疾病。
综上所述,NEP技术已在临床中应用于以下研究:1)COPD(机械通气和运动期间,与呼吸困难、直颈痛等肺功能指标的相关性,支气管扩张前后,各种体位)22- - - - - -25,27,33,42,43,49,50;2)哮喘(稳定型哮喘,MCh支气管收缩期间,运动期间)28,44- - - - - -46;3)囊性纤维化52,53和支气管扩张54;4)限制性肺病33,37;5)肥胖32,55,56;6)机械通气合并急性呼吸衰竭和ARDS7,8,23,30.- - - - - -32;7)左心衰竭57;8)单肺移植后29,58;9)正常甲状腺性甲状腺肿59;10)支气管高反应性评估60.在潮汐流量-容积分析研究中使用NEP技术似乎已经使人们认识到EFL在运动性呼吸困难和通气障碍中的重要作用,其临床情况范围之广泛令人惊讶61.因此,NEP技术应被视为一种新的有用的肺功能研究和临床工具。
综上所述:1)NEP技术的应用提供了一种简单、快速、无创、可靠的潮汐EFL检测方法61- - - - - -63;2)不需要身体箱或患者的任何合作;3)适用于任何体位、机械通气时、运动时;4)对多种疾病的生理学、病理生理学及呼吸困难症状有新的认识。
替代的方法
尽管NEP技术是应用最广泛的非侵入性EFL测试,但它并不是唯一可用的。比利时布鲁塞尔的工作人员已经证明,在呼气开始时手动压缩腹部可以作为一种简单的方法来检测休息和运动时的流量限制64,65.将一只手放在患者的下背部,另一只手放在与剑突和耻骨之间的轴线垂直的肚脐水平,操作员首先通过轻轻触诊检测呼吸节奏,然后在警告后,受试者在呼气开始时施加有力的压力。与NEP技术一样,在口腔中记录的呼气流量-体积循环叠加在之前的潮汐呼吸上。呼气流量增加失败表明为EFL。这项技术在正常受试者和COPD患者之间产生了明显的差异。COPD患者在运动中检测到EFL的存在与EELV的增加有关。有趣的是,并非所有COPD患者在肺容量改变时都表现出EFL,这一发现需要在其他系列中得到证实。该方法非常简单,克服了测试呼吸前容量历史的问题,并且不受上呼吸道顺应性的影响。尽管最初人们担心肺泡内的气体压缩可能会产生假阳性结果,但这似乎并不是一个实际问题。然而,除非该技术的时间非常精确,否则很难确定EFL是发生在前一次呼吸的全部还是部分。 Like the NEP approach, breath-to-breath variation in EELV can produce contradictory results, as the method assumes that EELV is always constant. Thus far, this technique has not been widely applied despite its relative simplicity.
在潮汐呼吸期间检测EFL的最新方法是使用强制振荡技术,以前用于观察一系列肺部疾病中阻力的频率依赖性,现在可以在商业上使用脉冲振荡测量法进行修改。然而,到目前为止,只有一项关于这种方法的研究被报道,尽管它似乎有相当大的希望66.这里的原则是EFL只会出现在有阻塞性肺疾病的患者呼气期间。通常,扬声器系统在口部产生的振荡压力会在整个呼吸系统中传递,通过研究与信号相位一致或不一致的压力,就可以计算出呼吸系统的阻力和电抗(系统弹性特性的测量方法)66.当EFL发生时,波速理论预测,在肺的“单位”所对应的气道内会形成一个阻塞点67.在这种情况下,施加在口腔的振荡压力将不再到达肺泡,而阻力将反映气道壁的机械特性,而不是整个呼吸系统的机械特性。结果,抗拒变得更加消极,吸气和呼气之间有明显的呼吸内差异(图7)⇓).Dellacaet al。68利用这一特性来研究正常受试者和使用球囊导管的COPD患者呼吸内抵抗的变化分布。后者允许使用这种新方法与经典的Mead-Whittenberger方法进行流量限制的比较10,直接关系到肺泡压力与流量。尽管后一种技术也被证明有局限性,特别是不能排除低肺容量时EFL的存在,但作者能够使用一些呼吸内抗拒指数,在受限呼吸和非受限呼吸之间获得明确的区分。相反,呼吸内阻力波动很小,不允许识别呼吸受限。一些受试者在每次呼吸测试中都表现出流量限制的一致性,而另一些受试者则表现出更多变的模式,可能反映了EELV的自发波动。虽然呼吸内抗变化可能检测EFL,但不能完全排除潮汐呼吸期间气道关闭的作用。这是目前所有旨在识别EFL的测试都存在的问题。
与其他方法一样,这项技术与之前被测试的呼吸量历史无关;然而,与它们不同的是,它可以连续地提供呼吸数据,并提供个人存在流动阻力概率的汇总估计。它可以在运动中方便地使用,也许最重要的是,它可以自动化,这为重症监护病房和常规生理实验室的简单呼气流阻力检测提供了更广泛的应用。
显然,在确定测试方法的最佳组合之前,需要对这些不同的方法进行比较。所有这些都代表了对传统方法的实质性进步,传统方法比较了潮汐和最大流量-体积循环,甚至是更可靠但耗时的确定部分呼气流量-体积循环的方法。通过将医生和患者从身体容积描记仪的限制中解放出来,在各种设置中对流量限制的重要原则的理解开辟了一个新时代。
动态的恶性通货膨胀
虽然现在很多人都熟悉DH这个术语,但到目前为止,这个术语的真正含义还没有严格的定义。导致近期DH研究的观察开始于注意到气流阻塞患者在机械通气时将继续呼气的时间比呼吸机设置确定的时间更长4.最初,人们的注意力集中在这对心排血量的有害影响上,并与添加PEEP类似,这种现象被称为PEEPi。对于腹肌在呼气时也活跃的患者,如何用最佳方法来测量这一点,随后出现了一场长时间、有时甚至是激烈的争论69,70.由于这种现象而增加的呼吸功的计算表明,有一个很大的弹性负担被放在呼吸肌上71在自发呼吸COPD患者中观察到PEEPi时也存在这种情况。随后发现PEEPi的程度与静息性高碳酸血症的严重程度有关72.
最近,关注的焦点已经转移到伴有自发呼吸的阻塞性肺病患者中伴随这种现象的EELV增加。这是COPD患者在运动过程中常见的发现73,74一个与他们在运动中呼吸困难的强度有关75.这些研究是通过发展可靠的测量运动中IC的方法而得以实现的76时,TLC为常数77.在这种情况下,IC的任何变化都应反映EELV的变化。通常,EELV在运动开始时下降,以使呼吸系统保持在压力-体积关系的较陡部分,并避免这种关系的较平部分,在这种关系中,任何进一步的压力增加都不再产生体积变化78.COPD患者在运动期间不会出现这种情况(图6⇓)带来了一系列有害的后果。这包括增加潮气量能力的机械限制,以及呼吸系统需要在更高的肺容量下运行,这两者都需要呼吸肌更大比例的吸气储备能力来维持。由于吸气肌的初始工作长度缩短,吸气肌不能再像在肺容量较低时那样有效地发力,更有可能出现吸气肌疲劳或接近这种状态79它本身就会增加与呼吸急促感相关的体积增加80.由于代谢驱动随着运动而增加,潮汐量受到限制,唯一可用的策略是增加呼吸频率,不幸的是,这进一步减少了呼气时间,降低了患者达到弹性平衡容量的能力。因此,就形成了一个恶性循环,最终导致运动过早停止,主要是因为运动性呼吸困难81.
在这种情况下,自我报告的呼吸困难的变化与IC的变化密切相关,两者之间的关系可能是因果关系82.当然,降低静息性IC的支气管扩张剂也会延迟呼吸困难达到峰值的时间83,84.这主要是通过它们对静息IC的影响来实现的,而不是IC呼吸困难关系斜率的变化,现在认为这是双曲线关系84.因此,DH这个术语现在包含了两个略有不同的过程:1)无论是在休息还是在运动中,呼吸系统都无法达到真正的放松音量;2)某些患者运动时伴随的EELV变化,可导致运动受限和呼吸困难。显然,这两者密切相关,但它们在所有阻塞性肺病患者中的存在程度不一定相同。
通过记录IC间接测量EELV具有吸引人的简单性,是许多计算机化心肺运动系统中可用的选项。它不涉及复杂的仪器,但测量方案应在运动开始前休息练习。该系统应报告呼吸数据和/或有原始信号的硬拷贝打印输出,通常是通过集成气流记录仪获得的。在一段时间的稳定呼吸后,指示受试者尽可能深吸一口气,然后正常呼出,IC直接随着呼气结束时音量的变化而产生。在一些系统中,同样的数据可以通过要求病人完全呼气(计算呼气储备量),然后进行吸气肺活量;IC是这两个结果的差值。前一种方法现在更常见,但如果在患者达到正常EELV之前就开始吸气,则会发生错误。如果使用前三次呼吸的平均EELV,省略IC操作时的呼吸,则可以获得最一致且可能现实的值85.
还应注意其他几点。数据通常只适用于IC操作前相对较少的呼吸,因为积分器漂移排除了使用口部流量来测量容积的长时间EELV监测,这是在运动中观察到的较高通气水平时的一个特别问题。尽管大多数研究假设TLC在运动期间是恒定的,但这并没有在所有情况下得到证实,例如在支气管扩张剂后,尽管这里的主要影响可能是在休息时TLC86.最后,大多数呼吸生理学家所做的假设,即EELV在每次呼吸之间是相对恒定的(这在麻醉的猫身上当然是正确的),在有意识的人类身上研究得较少,特别是在那些肺容量动态调节且有一定程度PEEPi处于休息状态的人身上。因此,尽管IC的静息值几乎与FEV1一样可重复,但仍可预期存在一些生理和测量相关的变异性,据报道,测试之间的差异为~ 200 mL48,87.考虑到许多COPD患者的EELV不断变化,运动提出了一个更难的问题,通常在渐进式运动测试中,每个工作负荷只进行一次测量。改变EELV也可能对潮汐EFL的检测产生影响,因为流量限制的程度可能随所采用的肺容量而变化,这可能是潜在严重EFL受试者的一个问题48.
尽管存在这些技术限制,EELV的测量为COPD运动相关呼吸困难的机制提供了深入的了解73,支气管扩张剂对明显不可逆的气流阻塞的影响74COPD患者在运动过程中发生高碳酸血症88氧和肺减容手术在提高运动成绩中的作用机制89- - - - - -91以及,最近,呼吸日氧混合物对严重COPD的影响92.沿着走廊走可以检测到DH93通常被认为是EFL的结果50,尽管情况并非总是如此(见上文)。
EELV的变化并不能反映呼吸系统力学异常对运动的所有影响。描述胸壁体积质变的研究使用磁力计来观察不同胸壁腔室的贡献,但这些在技术上要求很高,需要大量的学科合作94- - - - - -96.最近,一种测量胸壁体积的不同方法已被应用于健康受试者97- - - - - -99, ICU患者One hundred.以及在休息和运动期间患有COPD的人101- - - - - -103.光电容积描记术(OEP)是一种基于计算胸壁体积的非侵入性测量方法,通过将红外光照射在附着在胸腔和腹部的一系列反射标记上来识别点网络104(图8⇓).它能够跟踪空间中每个点的位置,并计算所包围的体积和所产生的三维结构,使它能够在安静呼吸和运动时跟踪胸壁体积。正常情况下,在休息时(健康和慢性阻塞性肺病患者),口腔容积变化和每次呼吸时由胸壁信号产生的容积变化是相同的。这在健康受试者的运动中仍然成立,但如果他们通过斯特林电阻器呼吸就不是这样了,许多COPD患者也不是这样99,101.在后者中,胸壁体积与口腔体积之间的差异反映了肺部气体压缩的影响,但也反映了血液从胸部流向腹部的位移。这种功能强大的新工具可以跟踪区域胸壁体积变化,并能够确认更严重的COPD患者在增量运动中出现DH101.然而,其他人,特别是那些在休息时呼气流量储备较大的人(即。运动时血流受限的可能性更小)采取了更“正常”的方法,试图在运动时降低EELV(图9)⇓).事实证明,与DH相比,这是一个糟糕的策略,因为他们的腹内压力非常高,实际上运动表现更差。EFL和DH之间的确切关系以及个体如何学会采用后一种策略还需要进一步研究,但OEP的可用性意味着这现在是可能的。
结论
总之,与先前的看法相反,强大的新生理学工具的可用性让我们可以在以前不可能获得可靠数据的患者和环境中提出一系列重要的新问题。从身体体积描记仪转向床边或运动或睡眠实验室的仪器,强调了这些新的生理学方法的实际应用。虽然它们比旧的方法更容易、更可靠,但仍然需要仔细注意测量的方式,并意识到它们的局限性。然而,已经有了令人惊讶的发现,特别是测量呼气流量限制和动态过度充气在解释呼吸困难等症状方面的贡献,这意味着我们传统上依赖于一秒钟的用力呼气量作为呼吸力学的唯一测量方法已经过时了。
脚注
↵本系列以前的文章:第1篇:Man WD-C, Moxham J, Polkey MI.磁刺激测量呼吸和骨骼肌功能。呼吸呼吸J2004;24: 846 - 860。2号:Farré R,蒙特塞拉特JM,纳瓦加斯d睡眠期间呼吸力学的无创监测。呼吸呼吸J2004;24: 1052 - 1060。
- 收到了2004年9月30日
- 接受2004年10月12日
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