文摘
本研究的目的是测试假设神经呼吸驱动,使用隔膜肌电图(EMG测量迪最大(EMG)活动表示为一个百分比di %马克斯),是密切相关的慢性阻塞性肺疾病呼吸困难。我们也调查了是否neuroventilatory解偶联强度大大有助于呼吸困难的意识水平的神经呼吸独自开车。
EMGdi测量和通风不断在增量周期和跑步机锻炼12慢性阻塞性肺疾病患者(在1 s±用力呼气量sd为38.7±14.5% pred)。肌电图迪既表达了肌电图吗di %马克斯和相对于潮汐卷表示为一个百分比的预测至关重要的能力量化neuroventilatory解偶联。
肌电图di %马克斯是Borg呼吸困难在两个周期密切相关(r = 0.98, p = 0.0001)和跑步机锻炼(r = 0.94, p = 0.005),这种关系之间类似neuroventilatory解偶联和呼吸困难(自行车r = 0.94, p = 0.005;跑步机r = 0.91, p = 0.01)。呼吸困难和通风较差之间的关系当扩张潮气量有限。
在慢性阻塞性肺病劳力性呼吸困难的强度密切相关,肌电图di %马克斯。这些数据表明,在慢性阻塞性肺疾病呼吸困难很大程度上可以解释的意识水平的神经呼吸驱动,而不是学位neuroventilatory解偶联。肌电图di %马克斯可以提供一个有用的生理生物标志物在慢性阻塞性肺疾病呼吸困难。
文摘
劳力性呼吸困难患者的严重慢性阻塞性肺病是密切相关的神经呼吸驱动水平http://ow.ly/BO6MI
介绍
呼吸困难是一个重要的引起的运动限制和降低生活质量对慢性阻塞性肺病(COPD)患者(1,2]。我们理解呼吸困难的潜在心理生理机制仍然是不完整的2,3]。尽管人们普遍赞赏的意识水平的运动输出从脑干呼吸中枢呼吸肌肉呼吸困难的感觉是很重要的4可靠的神经生理指标的识别呼吸驱动(”)构成了重大挑战。通风不充分反映在慢性阻塞性肺病”因为呼吸系统的机械性能的变化改变”和吸气流之间的关系(5]。同样,因为呼吸肌肉压力生成依赖于呼吸肌肉的收缩功能和肌肉的长度张力性质,独立”层面,pressure-derived变量低估”当肺恶性通货膨胀存在(5,6]。
呼吸困难也已被证明能够增加不成比例地如果受到损害肺的通气反应力学(neuroventilatory解偶联(NVU)) (7]。迄今为止,NVU之间的关系和呼吸困难在慢性阻塞性肺病已经被广泛地研究使用“工作/位移比”(EDR)。食管功能的比例是潮汐波动的压力(P海洋能)相对于最大吸气压力(PImax)即。“努力”和潮汐卷(VT)响应表示相对于预测肺活量(VC)即。“位移”,从而给的比例P海洋能/PImax来VT/预测VC [8]。功能与相关产品Borg呼吸困难在正常人和慢性气流限制患者(8),后与呼吸困难明显增加极低吸气储备卷(仍)已经达到9]。然而由于食管压力波动减少恶性通货膨胀(10)的可靠性指标等功能,产品依靠pressure-derived措施”,是慢性阻塞性肺病也有限。
隔膜肌电图(EMG测量的最新进展迪由我们组),使用multi-pair食管电极记录(11- - - - - -14)和其他(15- - - - - -18),使准确量化的测量”和NVU神经生理学更呼吸道压力的“上游”的一代。本研究的目的是调查”之间的关系和呼吸困难,使用肌电图迪”的一个索引。NVU的影响强度的增加呼吸困难也评估,利用肌电图的比例迪活动NVU通气输出作为索引。这些关系在最大周期检查和跑步机锻炼测试评估的一致性关系在不同形式的运动。
方法
病人
12 COPD患者(平均±sd66.7±7.0岁),用力呼气量在1 s (FEV1pred) 38.7±14.5%, n = 11男性)进行了研究。参与者招募了依照当地的研究伦理委员会程序,和书面知情同意。年龄、身高、体重、身体质量指数和医学研究理事会呼吸困难评分记录。
参与者做了两次至少24小时。FEV1测量和缓慢的VC在这两天。吸气量(IC)和肺容积(使用身体体积描记法)测定运动对之前访问2只。
锻炼的协议
访问1
增量循环和增量跑步机运动试验是使熟悉参与者进行的锻炼和呼吸困难的评估协议。病人被要求分数气喘吁吁强度(感觉强度)和腿部疲劳强度使用修改后的Borg规模(19]。在每个主题做了解释,描述符的感觉的强度在Borg规模尺度上被锚定在数值点,如。呼吸困难,0(无呼吸困难)和10之间的不同(最大呼吸困难患者以前经历的)。更多细节的设备和锻炼协议提供了在线数据补充。修改Borg呼吸困难和腿部疲劳分数评价,结束时每分钟的运动和锻炼的时候限制症状(“症状限制”)在这两个协议。
访问2
肌电图迪记录使用multi-pair食管的导管(20.)和通风使用pneumotachograph连接到病人记录通过完整的面罩noseclip到位。测量了坐在休息后,受试者执行增量周期和跑步机锻炼测试症状局限,与Borg呼吸困难和腿部疲劳评估访问1。在招聘,患者交替分配进行周期或跑步机上锻炼。运动测试都是在同一天进行,中间有一个最低的1 h。耗氧量、二氧化碳生产、每分通气量(V′E)测定在运动(广告工具,城堡山、澳大利亚),使用一个完整的面罩。数据获得使用台式电脑(美国苹果电脑(aapl . o:行情),库比蒂诺,CA)运行图软件(版本5.4.2广告工具)。代谢数据分析了在线和离线存储进行进一步分析。血红蛋白氧饱和度在所有患者评估脉搏血氧仪。IC立即评估每次锻炼前测试和尽可能接近运动终止点。
数据分析
肌电图迪、代谢和其他心肺数据平均在30年代时期。组数据公布在每个时代的运动时间(20%即。从休息期间结束的开始),增加每个变量在每个练习的模式形态检查。
EMGdi活动,表示为一个百分比的最大(肌电图di %马克斯每呼吸),计算平均峰值均方根(RMS)肌电图迪每呼吸高峰表示为一个百分比的RMS肌电图迪在吸气演习活动,记录执行运动前(灵感从功能余气量肺活量(FRC),从FRC最大嗅嗅,PImax从FRC策略对一个封闭的快门和sprint最大呼吸量> 15秒)。除了肌电图di %马克斯也计算在集成电路的性能演习结束锻炼,和在整个锻炼呼吸了协议。NVU指数和肌电图的比例计算di %马克斯来VT表示为一个百分比的预测能力至关重要即。肌电图di %马克斯/VT% VCpred)。进一步的细节,包括肌电图迪信号处理和分析综合指数来自肌电图di %马克斯,呼吸速率和吸气时间,在网上提供的补充材料。
分析斜坡之间的关系Borg气喘吁吁,肌电图di %马克斯和通风后“呼吸困难阈值”
之前的研究在健康受试者和病人已经表明,增加呼吸困难通常遵循一个模式alinear“滴答”形状,而呼吸困难的改变在第一个几分钟的锻炼,紧随其后的是一个阶段的快速增加,呼吸困难后呼吸困难阈值(9,14]。呼吸困难的阈值是由Borg策划个人呼吸困难在运动曲线,识别、眼睛,每个主题的拐点的交点两个线性关系。在目前的研究中,对于每一个病人,每个生理变量,变量的值是正常时的斜率的计算breathlessness-time急剧的关系变得更加积极在呼吸困难的阈值(图S1)。例如,如果V′E时代在基线,20%和40%的运动时间是10,20到25 L·分钟−1分别锻炼时间和呼吸困难大幅增加20%,正常的值V′E是10/20(0.5),20/20(1)和25/20(1.25)在基线,锻炼时间,20%和40%分别2的正常价值指示变量相对于起飞点的两倍。这使得山坡上的每个变量的增加而不管绝对数值。这个过程的目的是评估增量之间的关系变化的生理变量增加呼吸困难,以评估每个变量的歧视性的权力。更积极的斜坡(“陡”)表明,增加呼吸困难与小增量数值增加有关生理变量,表明这些变量之间的歧视差的变化连续一步强度的增加呼吸困难。
统计分析
使用SPSS软件统计分析进行了版本15.0.1 Windows(美国SPSS . n:行情)、芝加哥、IL)和Graphpad棱镜5为Windows v5.00 (Graphpad软件公司,拉霍亚,CA,美国)。肌电图di %马克斯在运动和非正态分布,因此,称为中位数(四分位距(差)),并使用非参数统计分析。Inter-subject比较了使用Wilcoxon符号秩检验(非参数),除非另有说明。被认为具有统计显著性p值< 0.05。
结果
获得的结果在周期和跑步机运动测试,是相同的。因此这里只报告周期运动的结果突出的主要发现。跑步机数据和周期/跑步机比较发表在在线补充数据。来自EMG分析综合指数的结果di %马克斯呼吸速率和吸气时间也报道,在网上补充数据。
人口统计学和人体测量数据、肺量测定法和肺容积测量数据如表所示1。肺容积测量得到的只有8个病人。
症状、通风、代谢和肌电图的数据迪活动前锻炼和限制在周期运动的症状如表所示2。骑自行车时,八个病人停止是因为呼吸困难,两个停止是因为腿部疲劳,另有两个停止是因为呼吸困难和腿部疲劳。在跑步机上时,七个病人停止是因为呼吸困难,三个病人停止是因为腿部疲劳,另有两个病人停止是因为呼吸困难和腿部疲劳。
肌电图之间的关系di %马克斯、通风、NVU在周期运动和呼吸困难
积极的拐点,观察呼吸困难阈值(差)的中位数为30%(20 - 40%)运动时间,上面有一个近似线性增加,呼吸困难的低水平观察早期运动(图。1和S1)。肌电图di %马克斯增加与增加呼吸困难(图。2)。这是与增加的模式中观察到VT% VCpred最初线性增加,但到达了一个高原∼40% cycle-exercise时间(无花果。2)。
中值(差)的相关系数,获得个体病人,显示呼吸困难与EMG密切相关di %马克斯在周期运动(r = 0.98 (0.94 - -0.99), p = 0.002)(图2、表3)。尽管呼吸速率,补偿增加通风的高原,定义<增加10%V′E连续20%之间时间时代伴随着> EMG增加10%di %最大,发生在12名患者的循环运动在60%和80%之间运动时间。这导致呼吸困难增加,尽管很少的增量变化V′E。相比之下,肌电图迪活动持续增加,导致更好的歧视连续Borg分数之间使用肌电图di %马克斯(无花果。3)。NVU发生之后,呼吸困难,伴随着一个提高肌电图di %马克斯中位数(差)坡3.76(2.04 - -4.80),但不增加V′E坡0.31(−0.06 - -0.78),山坡上的肌电图之间的区别di %马克斯呼吸困难和V′E呼吸困难的关系显著(p = 0.03)。NVU (EMG之间的相关性di %马克斯/VT% VCpred)和呼吸困难是r = 0.94 (0.84 - -0.99) (p = 0.005)(表3)和肌电图之间统计上没有比di %马克斯和呼吸困难。
讨论
本研究的主要发现是,神经呼吸驱动,量化为肌电图di %马克斯劳力性呼吸困难在慢性阻塞性肺病密切相关。增加肌电图di %马克斯歧视之间的连续的Borg呼吸困难评分比增加通风,达到平衡为重要NVU由于受损的肺力学的结果。
这些数据支持了假设意识呼吸运动输出在慢性阻塞性肺病呼吸困难的感觉是很重要的。这是符合先前的发现Duivermanet al。(21),显示肋间和斜角肌EMG活动增加与增加健康受试者和慢性阻塞性肺病患者的呼吸困难。隔膜和胸骨旁的肋间肌肌电图最近也被证明与呼吸困难在囊性纤维化密切相关,发病前后neuromechanical离解ventilation-breathlessness关系时又变得不那么强大的(14]。呼吸困难和之间的密切关系的EMG胸骨旁的肋间的,不等边三角形,和翅米饭肌肉,也被观察到在机械通风重症监护患者(22]。这里给出的结果相似,气喘吁吁的强度的关系的研究chmidtet al。(22)没有改善(在某些情况下恶化)当通风回应”的增加被认为是实现。同时,在健康的年轻男性和女性23,24),改变了“正常”的生理年龄、肥胖,怀孕(25- - - - - -27),呼吸困难主要是由于增加的意识”(衡量V′E和ΔP海洋能/PImax)与小贡献的呼吸力学受损,轻快特别是在高频的锻炼。我们的数据表明,在慢性阻塞性肺病,NVU同样贡献小的感觉呼吸困难的意识水平的提高”。肌电图之间的关系di %马克斯/VT% VCpred和呼吸困难是最好的数值之间的类似肌电图di %马克斯和呼吸困难。这是不协调的观点长度张力不适合驱动呼吸困难(28)支持的一个假设观察最近由O”Donnellet al。(9)呼吸困难增加仍低于阈值水平时,伴随着大幅增加EDR功能。方法论的差异是非常重要的。与肌电图迪respiratory-muscle压力一代将在慢性阻塞性肺病低估”因为有重大neuromechanical解偶联。呼吸困难的增加dyspnoea-IRV拐点,确定研究O”Donnellet al。(9陡峭的),实际上是低于增加呼吸困难在检验数据从早期的运动。之前的计算并不与增加功能,但相关使用肌电图”可以明显增加迪。
在目前的研究肌电图di %马克斯73.3%在end-cycle锻炼和69.9% end-treadmill锻炼,与之前报道的水平是一致的(13,16]。可能这轻快的激活水平代表了一个高频的阈值高于进一步激活隔膜不会导致有用的增加张力生成或通风(16]。有趣的是,大多数患者肌电图di %马克斯值超过25%,在某些情况下超过40%,呼吸困难在到达阈值。这些水平的肌电图di %马克斯大于那些观察到在我们的研究调查的一个等价点肌电图之间的关系di %马克斯和囊性纤维化患者的呼吸困难(19%)和健康受试者(9%)(14]。这表明COPD患者的”水平已经高于健康人(12,15),比通常会容忍更高水平的”dyspnegenic在健康受试者,即。呼吸困难的感觉与高水平的”似乎“钝化”严重的慢性阻塞性肺病。这是符合常见临床观察慢性肺部疾病患者经常承受高机械呼吸负荷没有报告明显呼吸困难。慢性阻塞性肺病患者在这个研究能够容忍更高层次的肌电图di %马克斯之前感觉喘不过气来的囊性纤维化患者相比,在我们以前的工作(14]。这是符合“脱敏”机械呼吸系统上的负载,高,存在较长的时间,在慢性阻塞性肺病比较囊性纤维化。重组的感觉皮层在慢性阻塞性肺病当然是合理的考虑到我们在这种情况下显示皮质脊髓的通路兴奋性的变化(29日,30.]。在哮喘、低基线FEV1、支气管高反应已被证明与一个低程度的支气管收缩的“洞察力”(31日]。这动心也可能反映了从II型转向类型我在慢性阻塞性肺病隔膜的肌肉纤维,是带来的有益作用呈现慢性阻塞性肺病膜片抗疲劳(32]。
研究和技术应用的局限性
集成电路在运动中没有测量,因此,不可能检查EMG活动的变化之间的关系和动态恶性通货膨胀。”之间的关系,neuromechanical解偶联和呼吸困难在极低的课,涉及的加速度劳力性呼吸困难到令人无法忍受的水平在慢性阻塞性肺病(9),可能是未来研究的重点,揭示了事件气喘吁吁的阈值和临界点的病人停止运动。在目前的研究中,NVU明显的运动是发生在两种形式的运动更明显在后者的40 - 60%的运动时间与扩张的极限VT在运动(无花果。2)。而O会onnellet al。(9]发现呼吸困难的阈值对应于时间有限扩张VT与伊夫的关键阈值相关,气喘吁吁的阈值在当前研究发生在开始之前VT限制和有关增加肌电图di %马克斯。虽然识别呼吸困难阈值在本研究的眼睛,呼吸困难时间线的交点在将军很清楚,因此,任何错误可能是最小的。
所有的病人参与本研究容忍食管的导管,但很欣赏,还有其他的非侵入性的方法记录呼吸肌肉肌电图活动,可以得到类似的结果。然而,我们相信是有明显优势的使用食管multi-pair记录电极量化隔膜肌电图,尤其是呼吸系统是完全加载在运动过程中严重的慢性阻塞性肺病病人组。首先,隔膜是校长吸气肌肉,占70%∼V′E在正常的人类33和大多数的吸气工作34]。早些时候承认,尽管如此,在健康受试者工作建议的感觉呼吸努力做任务相关的意识提高”指向extradiaphragmatic预留吸气肌肉和辅助肌肉的灵感,而不是”膜片本身(35,36]。量化”使用表面记录另一个预留的吸气肌,胸骨旁的肋间肌肌电图(EMG活动帕拉),肌电图有优势迪记录使用食管的非侵入性的导管。表面的录音肌电图帕拉也被证明是呼吸困难在健康受试者密切相关14,21)和呼吸道疾病(14,21,22,37]。然而,由我们组的工作13,14,20.)和其他(16,24)表明,肌电图迪活动在慢性气流限制患者和健康人在增量运动的持续时间不断增加协议,呼吸困难与EMG密切相关迪活动在健康受试者14,24),在囊性纤维化14]。在慢性阻塞性肺病,改善肺减容手术后呼吸困难是密切相关的评估EMG减少”迪(38]。这些结果与早期的发现,是符合COPD患者呼吸困难的假设密切相关的意识马达驱动隔膜,而不是独自extradiaphragmatic肌肉”的意识。一个原因结果的差异可能是肌电图的重大进展迪录音技术和分析近几十年来已经移交的软件。这包括食管的导管连接的发展多个重叠,对双极电极和分析使用数字分析算法(12- - - - - -16,18,20.,24,39,40),大大提高了该技术的可靠性和信噪比方法(早些时候35,36,41,42]。
其次,尽管胸骨旁的肋间肌与隔膜静止同步激活,招聘的模式的隔膜和胸骨旁的肋间肌肉,随着”增加,相似但不相同。如图所示,克andeviaet al。(43),胸骨旁的肋间肌肉和隔膜采用不同的“策略”来增加运动单位输出当”增加;隔膜显示频率调制的优势,和胸骨旁的肋间肌运动单位招聘的优势。此外,隔膜激活接近上限的通气能力似乎更接近最大的胸骨旁的肋间肌肉在同等条件下。而肌电图di %马克斯年底达到near-maximal水平运动,表面肌电图帕拉%马克斯水平同等水平的”显著降低(14]。肌电图di %马克斯水平也一直高于表面肌电图帕拉%马克斯”时增加hypercapnic条件下或呼吸时针对一个吸气阈值负载(44]。这种差异在高水平的隔膜激活特别明显,这样的斜率增加表面肌电图帕拉活动增加呼吸努力平缓的肌电图迪(14]。Hyperinflation-associated肌肉缩短也大大减少胸骨旁的肋间肌(45)相比,隔膜(46,47),所以NVU可以将更大程度的隔膜的胸骨旁的肋间肌肉。表面的录音呼吸肌肉也有额外的通用的缺点容易从附近的呼吸和非呼吸道肌肉相声48在剧烈运动),可以明显。因此虽然表面肌电图帕拉活动是一个有用的客观测量”,呼吸困难关系紧密,表面肌电图帕拉可能是一个不可靠指数比EMG”吗迪在接近最高水平的”。
呼吸困难是可以定量描述多维症状,呼吸急促的“强度”,通过选择或定性描述符描述呼吸不适和相关的不愉快或痛苦的经历(49]。在这项研究中,患者要求只对呼吸困难的强度,不考虑呼吸困难描述符或情感组件。人们普遍认为不同的感觉呼吸困难,最重要的是“工作/努力”,“空气饥饿”(“不满意灵感”/“呼吸”的冲动)和“胸闷”,很可能来自大脑皮层处理不同来源的传入信息(4,49]。虽然在我们的研究呼吸困难通常是用于描述符在空中饥饿集群的环境中,它是认识到,这项研究可以改善通过确保患者明确意识到的感觉在调查中以减少潜在inter-individual得分的差异令人窒息的强度。校准的Borg扩展到每个参与者的经验的“最大呼吸困难经历过”可以增强主体的变化,可能会模糊相关性的客观生理测量呼吸困难的机制。这可能是一个重要的问题在当前组的患者,有严重的慢性阻塞性肺病,可能会经历类似的高水平的呼吸困难。然而,它是一个重要的考虑在研究比较组个体的反应不共享一个共同的呼吸困难的经验,特别是考虑到呼吸困难的变化报告的人口不能考虑标准的人口预测的水平,临床和肺功能变量(50]。
总之,量化表达的”隔膜,隔膜EMG肌电图di %马克斯密切相关,在慢性阻塞性肺病呼吸困难。虽然V′E可以执行以及代孕”在个人层面如果NVU很小,肌电图吗di %马克斯是一个更可靠指数”主题的人口预计重大NVU非常普遍。肌电图di %马克斯因此,可以提供一个有用的生理呼吸困难在慢性阻塞性肺病和其他疾病的标志NVU限制使用通气或呼吸道压力测量的指标”。肌电图di %马克斯可以连续测量,与周期最大意志吸气努力评估伊夫(9]。尽管慢性阻塞性肺病已经被用作模型NVU在这项研究中,发现呼吸困难更好相关比通气输出”的水平,可能被外推到任何生理条件的机械呼吸肌肉泵的输出成为非耦合从增加神经呼吸驱动,在呼吸、心脏和神经肌肉疾病。
确认
作者感谢大师的学生工作在呼吸疾病国家重点实验室的广州医学院(广州),在执行这个项目的实际援助。
脚注
社论评论看欧元和J2015;45:301 - 304 (DOI: 10.1183/09031936.00223314)。
可以从本文的补充材料www.qdcxjkg.com
支持声明:c·乔利由MRC临床研究培训奖学金资助。c·乔利和Y.M.罗被授予英国文化协会研究员交流奖支持合作英国(伦敦)和中国(广州)研究小组。的贡献M.I. Polkey NIHR呼吸支持的这项研究是生物医学研究单位在皇家主管布朗普顿和地铁站Harefield NHS信托基金会和帝国理工学院基金一部分他的薪水。
利益冲突:没有宣布。
- 收到了2014年4月3日。
- 接受2014年8月26日。
- 版权©2015人队