文摘
跟踪within-breath变化的呼吸力学使用强迫振荡技术可以提供结果描述的动态行为的航空公司在正常呼吸。
我们测量呼吸阻力(Rrs)和电抗(Xrs)8赫兹55年慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者和20名健康控制和评估Rrs和Xrs随着气体流量的函数(V′)和体积(V在正常的呼吸周期)。12 COPD患者中,额外的测量在持续气道正压(CPAP) 4、8、14、20 hPa。
的Rrs和Xrs和V′和V关系显示不同的循环模式,使生理和病理过程的描述。主要的新兴从within-breath分析结果Xrs和V循环区(AXV)量化呼气流量限制,和潮汐的变化Xrs在灵感(ΔX我)反映变更在COPD肺不均匀性。随着CPAP, AXVΔX我接近正常范围,尽管个人之间有一个很大的变化,而意思Rrs保持不变。
Within-breath跟踪Rrs和Xrs允许一个改进的评估呼气流量限制和功能不均匀性在慢性阻塞性肺病;因此它可以帮助识别的生理表型COPD并确定最优水平的呼吸支持。
文摘
Within-breath力学的变化反映了流动限制,支持影响COPD肺不均匀性和压力http://ow.ly/zjEr306bzDo
介绍
虽然功能异常在慢性阻塞性肺疾病(COPD)源于广泛的结构性改变航空公司和实质,慢性阻塞性肺病的分类仍然依赖于措施的结合一个简单的用力呼气煤层瓦斯操纵和症状严重程度1]。肺量测定法与差与呼吸道症状和生活质量(2];它不能区分机制的气道阻塞,慢性阻塞性肺病的严重程度可以是基于用力呼气量下,高估了在1 s (FEV1)值3]。这些限制显示的需要敏感的非侵入性肺功能测试来探索低肺功能的机械因素在慢性阻塞性肺病,包括呼气流量限制的存在(EFL)潮汐呼吸(4]。
强迫振荡技术(FOT)决定了呼吸系统的机械阻抗(Zrs)采用小振幅外部驱动单个或多个频率的信号,通常的信号叠加在自主呼吸。Zrs传统代表的电阻(Rrs)和电抗(Xrs)的呼吸系统。Rrs正是耗散过程在航空公司和组织,而Xrs反映了平衡倒电容的储能特性和惯性,振荡频率的函数(5]。FOT被公认为其工作的独立性和低合作需求;这些特性使得FOT在COPD肺功能测量的一种很有前途的方法(3,6,7]。年初以来的工作(8,9)已经证明在慢性阻塞性肺病有机械性能显著差异在一个呼吸周期,FOT遵循短期变化的能力Rrs和Xrs(10- - - - - -13)使得这种方法特别适合更好的描述肺功能异常。事实上,维ellacaet al。(12提出了英语一个索引,计算平均吸气和呼气的区别Xrs值,后者突然降至负大时英语发展;它也证明了英语水平的指数可以支持选择鼻持续气道正压(CPAP) [11]。计算的平均值Xrs单独的吸气和呼气阶段一直雇佣随后在各种研究评估英语的存在14- - - - - -18]。
虽然英语是慢性阻塞性肺病的主要特色之一,还有其他机械异常可能掩饰了这种疾病的存在英语在潮汐呼吸或用力呼气余地。因此,在目前的研究中我们旨在描述英语和flow-independent COPD患者呼吸系统的机械性能,使用FOT的小说安排(10]。我们假设1)模式的循环呼气Xrs在潮汐呼吸会反映出英语的存在和程度;2)分析吸气阶段将提供信息的非齐次肺力学行为;和3)within-breath结果变量将改变应用CPAP,从而帮助确定最优CPAP设置在单独的慢性阻塞性肺病患者。
材料和方法
主题
患者肺学学系Semmelweis大学录取(匈牙利布达佩斯)与慢性阻塞性肺病急性加重,都有资格参加这项研究。获得知情同意,收集临床资料和肺功能测试进行48小时内的入学。与健康对照组是从员工的招募参与机构。这项研究是当地伦理委员会批准Semmelweis大学同意科学和人类研究伦理委员会的匈牙利医学研究委员会。
肺功能
用力呼气煤层瓦斯数据测量使用pdd - 301肺活量计(活塞医疗,布达佩斯,匈牙利)据美国胸科学会/欧洲呼吸学会指南[188bet官网地址19]。Zrs在线测量使用定制的FOT设置(补充图S1)组成的波管的估计Zrs随着负载的阻抗(20.),一个屏幕pneumotachograph记录的潮汐流(V′)和一个扬声器强迫振荡信号的生成。卷(V)是获得通过数值积分的V′。一个正弦信号与8赫兹的频率和振幅的< 0.3 hPa叠加在自主呼吸24 s。三个录音收集甚至大多数的呼吸模式被选中within-breath分析。在慢性阻塞性肺病患者的一组中,额外的测量在气道压力升高4、8、14、20 hPa,由CPAP生成设备(三部曲100;飞利浦Respironics Murrysville,宾夕法尼亚州,美国)。
数据分析
的汽车,和互相关谱波管压力计算使用快速傅里叶变换算法,和±2赫兹的带宽8-Hz振荡信号频率被认为是进行进一步分析。的Zrs值被计算为每个振荡周期(0.125秒)和呼吸周期的不同阶段(和相应的Rrs和Xrs值)被确定。潮汐和within-breath呼吸Zrs变量是总结和定义表1和在线补充图S2。
统计分析
数据中位数(四分位范围)。肺活量的变量作为z分数使用全球肺倡议2012方程。评估的差异数据健康受试者和慢性阻塞性肺病患者之间Wilcoxon rank-sum测试应用。肺功能独立变量之间的关系进行评估使用多元线性回归,包括身高、性别和体重covariables。不同的cpap FOT变量的影响进行了分析使用单向重复测量方差分析。
结果
55患者和慢性阻塞性肺病的严重程度分类根据全球倡议对慢性阻塞性肺疾病(黄金)肺活量的分类21)第二阶段(n = 8),第三阶段(n = 24)和第四阶段(n = 23)。慢性阻塞性肺病和健康组受试者的年龄是相同的:60.5(52.8 - -67.0)岁与62.0(56.0 - -69.0)年;p = 0.64。FOT数据收集了所有的参与者,而患者四个黄金阶段4无法执行有效的肺量测定法。肺量测定法的总结并提出了FOT数据表2;除了潮汐卷,两组之间的所有措施都明显不同。
的变化Zrs与潮汐的呼吸
图1和2说明典型的变化Zrs与潮汐卷和V′代表健康受试者和COPD患者;的Zrs循环的健康和COPD受试者在S3和S4在线补充数据,分别。在健康受试者(图1),within-breath变化Rrs更大的比吗Xrs主导V′依赖,学科之间的不同程度,一般在过期更明显。Xrs没有改变V′,意思是呼气的值(XmeanE)和吸气(X代表我)电抗相似(p = 0.35;表2)。然而,Xrs减少与V(即。从电抗end-expiration (XeE)在end-inspiration电抗(XeI)在健康受试者(p < 0.001,图3和表2)。
![图1](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/49/2/1601270/F1.medium.gif)
代表呼吸系统阻抗(Zrs)与)体积和b)流循环记录在三个健康受试者显示典型的i)与吸气和呼气流量阻力增加,2)线性行为与标志灵感呼气打破(箭头表示吸气肢体)和iii)温和流在整个呼吸周期的依赖。请注意最小电抗在呼吸周期的变化。
![图2](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/49/2/1601270/F2.medium.gif)
代表呼吸系统阻抗(Zrs)与)体积和b)流循环三个慢性阻塞性肺疾病患者的记录。箭头标志着吸气四肢和方向。注意呼气流量限制的不同模式的发展(英语):1)英语∼80%潮汐卷,2)逐步发展英语从一开始就过期,iii)几乎全英语的过期。
![图3](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/49/2/1601270/F3.medium.gif)
一)个人呼吸系统电抗变化(Xrsend-expiration之间)值(XeE)和end-inspiration (XeI(Δ)和b)他们的分歧X我=XeE−XeI)在健康和慢性阻塞性肺疾病(COPD)科目。请注意不同的Δ的迹象X我值在健康(XeE−XeI> 0)和慢性阻塞性肺病(XeE−XeI< 0)科目。
的平均值Rrs慢性阻塞性肺病患者高于在健康受试者(表2),峰变化相对于对应的平均值在吸气和呼气阶段两组(63%相似与64%,分别为灵感,p = 0.57和67%与69%,分别为过期,p = 0.41)。相比之下,更多的负面X的意思是COPD患者中观察到的值(表2)与明显循环有关Xrs和V图(图2和在线补充图S4)。分离的呼气和吸气的四肢Xrs和V图在几乎所有慢性阻塞性肺病患者导致显著更高的区域内的电抗值与体积循环(AXV)和英语指数比健康者(表2)。我们注意,因为英语指数可以被视为一个矩形近似AXV(在线补充图S1),两个量密切相关(r2= 0.79)。
Xrs展示各种各样的循环模式在慢性阻塞性肺病患者之间(在线补充图S3)。典型的Zrs从代表COPD患者循环(图2流量限制的)说明不同的计时,但对应相似英语指数(5.50 - -5.62 hPa·s·L−1)。
注意吸气的四肢Xrs与健康受试者的明显不同:他们开始和结束之间的均匀增加灵感(p < 0.001;图3一和表2),这导致Δ负值X我(定义为ΔX我=XeE−XeI)在所有的慢性阻塞性肺病患者(图3 b)。重要的是,ΔX我被发现与COPD患者中AXV无关(r = 0.29, p = 0.21)。
肺功能测量之间的关系在潮汐呼吸和用力呼气
FEV之间没有相关性1z分数和AXV (r = 0.07, p = 0.61)和ΔX我(r = 0.08, p = 0.60)。此外,FEV1z分数无关的潮汐呼吸调整指数(r = 0.16, p = 0.27呼气时间(TE)/呼吸周期;r = 0.20, p = 0.16为呼气时间最大呼气流量/TE和r = 0.11, p = 0.43最大呼气流量/最大吸气流。
CPAP的影响
测量期间进行CPAP 12 COPD患者增加。的Zrs循环记录在一个代表病人增加水平的CPAP说明AXV递减(图4)。在这个病人,应用程序8 hPa消除几乎所有的循环Xrs和V的关系。突出显示的零流量值Xrs和V′情节,积极的依赖关系Xrs在达成这CPAP水平也消失了。CPAP的水平需要减少AXV并返回ΔX我积极的价值观差异之间的患者(图5)。发现个人AXV和Δ的变化X我与CPAP同步或分离也说明在网上补充图S6。Δ的改善X我CPAP是X的值增加的结果eE,CPAP对X的值没有影响eI(图5)。其余的电抗措施(X的意思是,AXVΔX我CPAP)表现出强烈的依赖(p < 0.001)和他们接近正常的价值观越来越大的压力;然而,他们20-hPa值仍明显不同于健康对照组的值,除了AXV (p = 0.15),表明英语的完全消除这种压力。意味着阻力在总CPAP呼吸无关(p = 0.057);在阻力end-expiration仍然显示CPAP (p = 0.015),减少趋势的压力依赖性消失在end-inspiration (p = 0.445)。所有阻力值在20 hPa仍明显高于相应的健康受试者测量值在零CPAP (p < 0.001,在线补充图S7)。
![图4](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/49/2/1601270/F4.medium.gif)
轮廓的呼吸阻抗(Zrs)绘制)体积和b)流增加水平的持续气道正压在一个代表慢性阻塞性肺疾病患者。我)0 hPa;(二)4 hPa;3)8 hPa;(四)14 hPa;20 hPa v)。
![图5](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/49/2/1601270/F5.medium.gif)
电抗措施功能的持续气道正压(CPAP)在单独的慢性阻塞性肺疾病患者。箱形图表示数据获得的健康对照组(HC)基线。电抗)end-expiration (XeE)和b) end-inspiration (XeI);c)区域内的电抗与体积循环(AXV);d)不同电抗end-expiration和end-inspiration之间(ΔX我)。
讨论
本研究追踪动态变化进行呼吸周期内的呼吸力学在健康受试者和COPD患者,为了描述呼吸力学的改变通过的依赖性Rrs和Xrs在潮汐流和体积。的Xrs和V循环表现出多种模式和程度的损伤在慢性阻塞性肺病患者的呼气力学;他们帮助识别英语及其发展到什么程度,出现在潮汐过期。此外,这一趋势Xrs在灵感反映肺不均匀性的变化,另一个功能异常出现在慢性阻塞性肺病。我们还证实,这些措施的Xrs获得在潮汐呼吸检测正压通气支持对呼吸力学的影响。
我们的数据是按照定性观察(早些时候8,22- - - - - -24)标志着力学非线性参与总呼吸系统在正常的呼吸。而慢性阻塞性肺病患者表现出升高Rrs值与健康对照组相比,与早期的发现协议(3,6,22,25),相对within-breath变化Rrs被大量的COPD患者和健康对照组。这表明,上呼吸道(特别是声带)表现出的非线性,即。flow-dependent阻力在过期和灵感都从流量波动的重要因素Rrs(8,24]。大型循环的变化Xrs在慢性阻塞性肺病患者,是因为英语,与温和,相反还一直消极,依赖V健康受试者中观察到。
此外,薄弱或缺乏FEV之间的关系1和流量限制的程度体现在潮汐呼吸(3,14)在目前的研究表明,英语通过用力呼气策略并不能反映肺功能的改变在正常呼吸。等替代技术,应用负呼气压力(26),腹部压缩方法(27)和FOT (12]介绍了检测的英语在呼吸。Dellacaet al。(12提出了一种基于FOT英语指数变量(即X。代表我−XmeanE5赫兹)和同时测量transpulmonary力学,为了区分flow-limited呼吸和“nonflow-limited”,虽然与预订食管压力测量方法也可能失败作为黄金标准识别英语呼吸。而英语指数可以反映流量限制的存在,它的计算是基于这一事实的意思Xrs值过期和灵感限制进一步洞察潜在机制或英语的发展。事实上,患者不同的流动模式的限制,过期的发展在不同的阶段可以有非常相似的英语指数(图2)。此外,我们的测量表明,循环的特征Xrs和V和V′图(图6)保存下来,而英语指数下降低于最优阈值定义在[122.8 hPa·s·L−1。
阻抗的例子(Zrs)与)体积和b)流循环在四个不同的慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者表现出变量或低呼气流量限制的值(EFL)指数。箭头指向减少电抗值聚集在呼气流量有限的水平。我)波动在呼气电抗和变量从英语的灵感释放导致广泛的英语指数(2.05 - -2.95);(二)发展英语推迟到mid-expiration(平均英语指数2.04);iii和iv)低阻抗的COPD患者iii)明确的循环(英语指数1.19)或iv)电抗最小循环与卷的情节(英语指数0.49),但与可能限制流动的迹象。
特别感兴趣的是患者的测量Rrs适度值在正常范围内,但其负面的Xrs值表现出循环Xrs和V图表。收集的数据点以低利率的呼气V′时Xrs倾向于最低呼气电抗(图6)也可以签名的英语。的Zrs获得的数据在正常呼吸在这些黄金阶段3和4的病人可能表明机械功能没有受损的肺的重要部分,而英语只是剩下的并行开发的隔间(12]。除了全部或部分英语,其他机制引起线圈形成也应该被考虑。Xrs已被证明是更加消极的不均匀收缩外围航空公司(5,6,28,29日];因此,积极的改变Xrs在灵感(稍后讨论)和随后的减少过期必须反映肺部均匀性的改善和损伤,分别。如果transpulmonary减少压力在过期导致更高的外围电阻(和增加呼气异质性)的分离的吸气和呼气的四肢Xrs将增加Xrs循环的区域。气道壁分流,其效果是增强与增加外周阻力(30.),可能会导致一个更消极Xrs,但尚不清楚这种机制有助于AXV多少。因为所有这些机制,单独或组合,加剧到期,一个准确的定义英语阈值可能不是一个绝对的要求。我们认为进一步研究分析这些阻抗模式是由多种合理的循环模式观察到在这项研究中,他们可能与不同阶段和慢性阻塞性肺病的亚型。
因为英语是最明显的功能异常在慢性阻塞性肺病,潮汐呼吸的吸气阶段却没有得到足够关注在以前的调查集中在这个病人的呼吸力学组。的吸气Xrs值中获得我们的COPD患者仍低于正常价值尽管英语停止发作的灵感(9,31日]。的桶状改变,肺合规测量在准静态条件下超过正常的值(32,33),因此我们希望更加积极Xrs在均匀肺气肿的振荡频率值。然而,它也建立了非齐次阻塞肺外围结果快速减少有效符合增加呼吸频率(33,34)或振荡频率(5,22,28,29日,35]。这可能解释了为什么Xrs值在COPD受试者更负,按照大多数早期的发现(3,5,7,22,25,35- - - - - -38]。
好的时间分辨率的跟踪方法在这项研究使吸气仔细观察变化Zrs之间的差异,并进一步揭示了振动力学健康受试者和慢性阻塞性肺病患者。由于更大的机械不均匀性,Xrs在后者的功能余气量明显更负比健康对照组(图3)。在灵感,Xrs在所有健康受试者在负方向移动,由于增加呼吸肌肉的基调,而它均匀增加COPD组,这很可能是由于end-inspiration改进的同质性。类似的吸气量的依赖关系的差异Xrs健康和气喘的孩子之间的观察,Δ的价值X我建议作为一个非均匀性指数(10]。然而,这一事实XeI慢性阻塞性肺病患者的价值观仍显著低于健康受试者表示一定程度的不均匀性不会被正常呼吸。缺乏改善XeI即使在高CPAP表明其低价值可能反映了持久的和不可逆转的改变在呼吸系统的结构,这也是用的同样pressure-independent值表示ReI。
非侵入性的呼吸支持改善气体交换和降低COPD患者呼吸肌肉工作。然而,胸内压高对心血管系统造成的不良影响,使不适患者(39,40]。因此,建立最小压力在非侵入性环境有效改善呼吸系统力学是最重要的11]。潜在的临床效用within-breathZrs本研究测试中定义的变量在增加cpap在COPD患者的一组中。的within-breathZrs循环能够描述不同CPAP呼吸系统的响应水平,显示大变化CPAP个体间的效率(图6和在线补充图S4)。AXV和Δ的变化X我反映在英语和地区同质性的改进,分别和他们都是与各种功能异常,如呼吸做功增加,动态的恶性通货膨胀和受损的气体交换。因此,监测AXV和ΔX我可能是有用的陪伴对生理指标和主观的评估病人反馈在未来的研究。
总之,本研究引入了一个新颖的方面effort-independent测量呼吸力学在慢性阻塞性肺病,遵循循环within-breath变化Zrs潮汐卷的功能和流程。这种新方法能够1)想象英语的不同的模式;2)量化的程度不均匀的力学行为肺部在灵感及其改进;和3)监测CPAP的影响提高英语和不均匀性。虽然进一步的调查表明建立within-breath FOT的措施之间的关系,从肺部成像和临床症状结构信息,提出了非侵入性技术可能会提供新的可能性的表型出现这种复杂的疾病。
补充材料
披露的信息
确认
作者的贡献如下。a . Lorx z Hantos P.D.狡猾的构想的研究和设计了测量原理。d . Bartusek s Szigeti j·加和g . Losonczy导致了研究设计、招募病人和收集数据。a . Lorx z Gingl, g . Makan d . Czovek·b·拉迪奇和z Hantos设计测量和数据处理的方法。a . Lorx d . Czovek d . Bartusek Szigeti和b·拉迪奇测量数据记录和评估。a . Lorx z Hantos, d . Czovek P.D.狡猾的起草了手稿。所有作者和批准提交的手稿。
脚注
可以从本文的补充材料www.qdcxjkg.com
支持声明:本研究支持的匈牙利科研基金(105403)和澳大利亚国家卫生和医学研究理事会(批准1002035)。资金信息,本文已沉积的资助者打开注册表。
利益冲突:披露可以找到与这篇文章www.qdcxjkg.com
- 收到了2016年6月25日。
- 接受2016年11月8日。
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