Lungelastisk rekyl under vejrtrækning ved øget lungevolumen

i en nylig undersøgelse af induceret bronchokonstriktion af Pellegrino et al. (13), når den maksimale strømning blev påvirket af tidevandsstrømningsvolumenkurven for kontrol, steg den funktionelle restkapacitet (FRC). Åndedrætsmønsteret forblev i det væsentlige konstant bortset fra stigningen i lungevolumen (13). Før stigningen i FRC producerede bronchokonstriktion en stigning i elastans uden nogen konsistent virkning på lungelastisk rekyl ved kontrol FRC. Bronchokonstriktion alvorlig nok til at producere en stigning i FRC var forbundet med en yderligere stigning i elastans, men lungerekyl ved den forhøjede FRC var systematisk mindre end forudsagt end elastansen ved den oprindelige FRC. Dette fænomen forekom hos både astmatiske patienter og normale personer, der opnåede tilstrækkelig bronchokonstriktion til at øge deres FRC. Den nedsatte lungeelastiske rekyl reducerede stigningen i elastisk åndedrætsarbejde produceret af hyperinflation. Der var ingen statistisk signifikant ændring i lungelastisk rekyl fra statiske deflationstrykvolumen (P-V) kurver fra total lungekapacitet (TLC). Den mindre end forventede stigning i lungerekyl, der opstod med stigningen i gennemsnitlig lungevolumen, kunne have været forårsaget af luftvejslukning induceret af bronchokonstriktormidler eller af stressafslapning produceret af det øgede gennemsnitlige lungevolumen. Frivillige stigninger i FRC bør ikke medføre lukning af luftvejene. Hvis frivillige stigninger i lungevolumen producerede en reduktion i lungelastisk rekyl, ville det antyde, at stressafslapning var ansvarlig. Derfor studerede vi virkningerne på lungerekylning af frivillige stigninger i FRC og gennemsnitlig lungevolumen.

otte normale mænd, alder 29-39 år, blev undersøgt i en trykkorrigeret, integreret strømningsvolumenforskydning plethysmograf. Antropometriske data er vist i Tabel1. Frekvensresponsen for denne plethysmograf er tilstrækkelig op til 10 timer. Volumenmålinger blev opnået ved at måle trykforskellen på tværs af et modstandselement placeret i plethysmografens væg med en MP45 Validyne-tryktransducer (prit 2 cmH2O). Dette signal blev derefter integreret og korrigeret for faseforsinkelsen på grund af plethysmografens pneumatiske kapacitans for at opnå volumen. Karakteristika for denne type plethysmograf er beskrevet andetsteds (11, 14). Respirationsstrømmen blev målt ved en Nr. 3 Fleisch pneumotachograph forbundet til en MP45 Validyne-tryktransducer (prit 2 cmH2O). Transpulmonært tryk (Ptp) blev målt med en 10 cm lang tynd lateks ballon placeret i den nedre tredjedel af spiserøret, 38-45 cm fra næseboret og forbundet med en Statham 131 tryktransducer (LR 5 psi). Ballonen blev fyldt med 1 ml luft. Ptp blev estimeret som forskellen mellem mund-og spiserørstryk. Placering af ballonen blev betragtet som korrekt, hvis Ptp forblev konstant, mens forsøgspersoner gjorde en mild åndedrætsindsats mod en lille åbning. Orale trykændringer bekræftede åndedrætsindsats. Signaler om strømning, volumen og Ptp blev registreret på en strip-chart-optager (HP-7758a) og indsamlet digitalt med en computer (DEC11/73) med en prøvehastighed på 50 HS til efterfølgende analyse.

protokol.

forsøgspersoner blev instrueret i at trække vejret gennem mundstykket kontinuerligt gennem hele undersøgelsen for at hjælpe med at opnå en steady-state varmeoverførsel og for at minimere termisk drift under målinger. Emner åndede stille i 3-5 minutter uden specifikke instruktioner, undtagen for at undgå at trække vejret dybt, mens integratoren blev justeret for at minimere termisk drift. Integratoren blev justeret, så nulstillingsknappen ville returnere lydstyrken til kontrolendeinspiration, som blev optaget som nulvolumen af onlinecomputeren. Forstærkningen af et tidsbaseret oscilloskop blev justeret, så lydstyrken under normal tidevandsånding faldt mellem den første og anden af tre lige adskilte linjer på displayet. I begyndelsen af dataindsamlingen blev dette oscilloskop placeret, så forsøgspersoner kunne se det, og de blev instrueret om at “trække vejret mellem de to første linjer” i 1 min og derefter udføre en af to eksperimentelle manøvrer.1) Vt blev holdt konstant, men FRC blev forøget, så det indledende slutinspiratoriske volumen blev den nye FRC, og volumenudflugt var fromlines 2-3 på oscilloskopet (VT+1 mønster; Fig.1A).2) Vt blev fordoblet, således at VT udflugt på oscilloskopet var fra linjerne 1-3 snarere end1–2(2VT mønster; Fig.1B). Sekvensen af manøvrerne var tilfældig, og hver varede i 1 min. I slutningen af hvert pålagt åndedrætsmønster blev luftvejen okkluderet ved det volumen, der svarer til kontrolendeinspiration, som var slutudløb for Vt+1-mønsteret og mid-Vt for 2VT-mønsteret. Thoracic gasvolumen blev målt, og forsøgspersonerne udførte en maksimal inspiration til TLC.

dataanalyse.

Ptp, strømning og volumen for hvert åndedrag blev analyseret ved den mindste kvadraters metode. Starten af inspirationsstrømmen (Vi) blev bestemt ved at søge tilbage fra en bestemt inspiration til det første strømningspunkt >0. Endeekspiratorisk strømning tages som det sidste punkt <0 i udåndingsfasen af åndedrættet. Hvert åndedrag blev undersøgt med en elastansperiode og en separat lungeresistens for inspiration (Rli) og udløb (Rle) (12). Efter at nulstrømningspunkterne er bestemt, tvinges theVi til nul under udløb, eksspiratorisk strømning (Ve) tvinges til nul under inspiration, og dataene passer til følgende ligning

hvor P0 er Ptp ved nulvolumen, hvilket er kontrolendeinspiration; Edyn er dynamisk elastans; og V er volumen i forhold til nul. Lungelastisk rekyl for ethvert volumen inden for tidevandsåndingsområdet blev beregnet ved at løse ligningen med begge strømme indstillet til nul. Linjen dannet ved denne beregning kan ikke skelnes fra linieforbindelsespunkterne med nulstrøm, men hældningen har meget mindre åndedræt-til-åndedræt-variation. Vi monterede dataene for hver af de fire vejrtrækninger før og efter ændring af ventilationsmønsteret for hvert emne.

statistik.

P0, Rli, Rle og Edyn for åndedræt før og efter at åndedrætsmønsteret for hvert individ blev ændret blev analyseret ved gentagne målinger ANOVA ved hvert af åndedrætsmønstrene. TLC i slutningen af de to vejrtrækningsmønstre blev sammenlignet med Parrett-test.

resultater

der var ingen forskelle i TLC målt efter de to manøvrer eller P0, Rli, Rle og Edyn før ændringen i åndedrætsmønster. Figur 1aillustrerer både ændringen i åndedrætsmønster og ændringer i Ptp for et repræsentativt individ, når FRC blev øget. Ændringerne i lungevolumen var ikke forbundet med forholdsmæssige ændringer i Ptp. Denne effekt opstod inden for de første få vejrtrækninger. Tilsvarende transpulmonale P – V-sløjfer og pasformen til den dynamiske lungelastans til repræsentationsånder af det samme emne er vist i Fig. 2A. For VT+1-mønsteret blev den beregnede elastiske komponent i den dynamiske sløjfe reduceret efter stigningen af FRC i forhold til ekstrapoleringen af kontrolånden. Effekten af fordobling af Vt i samme emne er vist i Fig. 2B.for 2VT-mønsteret fordobles trykets amplitude, og der var i det væsentlige ingen ændring i tryk ved nulvolumen i dette emne. Der var ingen forskelle i Rli og Rle mellem nogen af vejrtrækningsmønstrene. Elastiske rekyler og Edyn for hvert emne er vist i tabel 2. VT+1-mønsteret var forbundet med en 10.6% fald i gennemsnitlig elastisk rekyl ved det fælles volumen, kontrolendeinspiration (P < 0,001). 2VT-mønsteret var forbundet med et mindre gennemsnitligt fald i elastisk rekyl ved samme volumen og var ikke statistisk signifikant (P < 0,27). Der var små, men statistisk signifikante stigninger i elastans med både VT+1 og 2VT mønstre.

diskussion

kommentarer til metoden.

adskillelse af Rli og Rlegiver en bedre pasform til det dynamiske P-V-forhold end en enkelt modstand. Rle er større end Rli, som det kunne forventes af ændringerne af intrathoracisk luftvejs transmuralt tryk og glottisk blænde. Hvis der anvendes en enkelt modstand, når Rle og Rli er helt forskellige, vil regressionsanalysen rumme ved at flytte det beregnede elastiske P-V-forhold væk fra siden af sløjfen med den højere modstand. Derfor bruger både Rli og Rlegiver et bedre skøn over det elastiske tryk. Den elastiske komponent i den dynamiske P-V-sløjfe over tidevandsåndingsområdet estimeres ved at plotte PlFRC + EV, hvor PlFRCis Ptp ved FRC. Denne linje kan i det væsentlige ikke skelnes fra den lige linje, der forbinder P-V-forholdet i øjeblikke med nulstrøm, men har mindre åndedræt-til-åndedræt-variation. Fordi nulstrøm på hvert åndedrag under kontrol-og VT+1-mønsteret ikke nøjagtigt forekom ved vores gennemsnitlige kontrolende ende-inspirerende volumen, nul volumen, giver denne metode os mulighed for at estimere det dynamiske elastiske tryk ved det volumen med reduceret variabilitet. Men da vi beregnede elastisk rekyl ved slutinspiration under kontrolånding og slutudløb under VT+1-mønsteret, blev der opnået næsten identiske resultater, fordi vores forsøgspersoner var ret dygtige til at udføre det ønskede åndedrætsmønster.

fordi lungens p-v-forhold ikke er lineært, er elastance en tilnærmelse af P-V-forholdet. Hvis P – v-forholdet var en enkelt eksponent, ville elastans være en lineær funktion af det gennemsnitlige lungevolumen. Således forventes stigningen i elastans med både VT+1 og 2VT mønstre. Brug af et lineært forhold undervurderer let lungerekylen ved begge ekstremer af volumen og bør ikke systematisk bias vores sammenligning mellem kontrol-og VT+1-data. Lineær analyse ville overvurdere det elastiske tryk ved midten af VT i et eksponentielt P – V-forhold og ville have en tendens til at undervurdere enhver reduktionsrekyl ved nulvolumen, når Vt blev fordoblet.

effekter af øget Vt.

fordobling af Vt producerede det samme slutinspiratoriske lungevolumen, men et lavere middelvolumen end stigende FRC (tabel 3). Faldet i rekyl ved kontrolendeinspiration var mindre og mere variabelt og opnåede ikke statistisk signifikans. Stigningen i elastance var også mindre, men var stadig betydelig. Som nævnt ovenfor har lineær analyse af en eksponentiel P-V-kurve en tendens til at overvurdere lungerekyl ved midten af VT. Fordi nulvolumen er slutinspiration under kontrolbetingelser og er midt-Vt under øget Vt, er der en systematisk bias, der ville undervurdere et fald i elastisk rekyl forbundet med dette åndedrætsmønster.

det er blevet værdsat i nogen tid, at reduktioner i FRC forårsaget af brystbånd øget lungerekyl (1, 3, 16). Denne stigning i rekyl er funktionelt signifikant og er forbundet med en stigning i maksimal Ve ved konstant volumen (16). Overvejelsen af beviser tyder på, at det ikke skyldes atelektase, men kan skyldes ændringer i lungens overfladespænding (9, 15). Ændringer i lungeoverfladespænding er en af de potentielle mekanismer til stresstilpasning, der ville give en stigning i lungerekyl, når lungevolumen reduceres til under dets sædvanlige værdi og en reduktion i lungerekyl, når det gennemsnitlige lungevolumen øges.

vi er uvidende om nogen tidligere undersøgelse, der rapporterer elastisk rekyl under frivillige stigninger i gennemsnitlig lungevolumen. I en tidligere undersøgelse af statisk deflation P – V-kurver fra TLC, efter at forsøgspersoner åndede i 45-60 s ved meget høje gennemsnitlige lungevolumener, viste et af tre normale forsøgspersoner et fald i det statiske lungerekyltryk, men de to andre gjorde det ikke (8). Flere undersøgelser har vist fald i TLC og stigninger i statisk deflationselastisk rekyl ved konstant lungevolumen efter lindring af bronchokonstriktion med beta-agonist (4, 7). I disse undersøgelser blev TLC og luftvejsresistens imidlertid bestemt ved kropsplethysmografi før demonstrationen af, at højfrekvent panting forårsager overvurderinger af lungevolumen hos patienter med svær luftvejsobstruktion (2). Derfor kan artefakt bidrage til disse resultater. Imidlertid forårsager høje doser beta-agonist fald i statisk lungelastisk rekyl ved deflation fra TLC hos normale individer, formodentlig på grund af afslapning af kontraktilt væv snarere end ændringer i overfladeaktivt middel (4, 10). Lungestrækning er forbundet med frigivelse af overfladeaktivt middel i udskårne rotte-og hundelunger oppustet proportionalt med inflationsgraden, og strækning forårsager frigivelse af overfladeaktivt middel fra alveolære type II-celler in vitro (5, 6). Denne undersøgelse giver stærke beviser for, at når det gennemsnitlige lungevolumen øges, er der et hurtigt fald i lungerekyl på grund af stressafslapning. Det giver ingen beviser for, om dette skyldes en frigivelse af overfladeaktivt middel på den alveolære overflade, afslapning af kontraktile elementer eller en viskoplastisk deformation af andre parenkymale elementer.

i et individ administrerede vi methacholin i en dosis, der var tilstrækkelig til at øge den gennemsnitlige resistens med 64%. Denne dosis var ikke tilstrækkelig til at forårsage strømningsbegrænsning i tidevandsåndingsområdet eller til at øge FRC. De beregnede elastiske komponenter i de dynamiske P – V-sløjfer er vist i Fig.3. I kontrolsagen var både VT+1 og 2VT mønstre forbundet med et fald i lungelastisk rekyl og en minimal stigning i elastans. Med bronchokonstriktion steg lungerekyl ved FRC og lungelastans i forhold til kontrol. VT+1-åndedrætsmønsteret var forbundet med et større fald i lungerekyl ved nulvolumen end under den foregående undersøgelse. Der var også et fald i resistens med det øgede gennemsnitlige lungevolumen på grund af bronchodilatoreffekten af øget gennemsnitligt lungevolumen hos normale forsøgspersoner under bronchokonstriktion. Vi kan ikke udelukke muligheden for, at øget elastans under bronchokonstriktion med et normalt åndedrætsmønster i den nuværende eller tidligere undersøgelse (13) skyldtes parallel inhomogenitet op til og inklusive luftvejslukning. I modsætning til den situation, hvor FRC øges på grund af luftvejskonstriktion, kan ændringerne, der forekommer med frivillig stigning i lungevolumen, både før og efter bronchokonstriktion, ikke skyldes luftvejslukning. Dataene i denne undersøgelse er mest konsistente med stresstilpasning, der forårsager reduktion i rekyl.

astmatiske patienter med svær bronchokonstriktion øger både deres elastans og bliver dynamisk hyperinflated. Hvis det dynamiske P – V-forhold fulgte banen for P – V-kurven før stigningen i FRC, ville der være en betydelig stigning i det elastiske åndedrætsarbejde, hvilket kunne bidrage til åndedrætsmuskeltræthed og svigt. Forskydningerne i p-v-kurven eliminerer ikke, men reducerer væsentligt dette øgede elastiske arbejde.

fodnoter

• omkostningerne ved offentliggørelse af denne artikel blev delvist afholdt ved betaling af sideafgifter. Artiklen skal derfor hermed mærkes “reklame” i overensstemmelse med 18 U. S. C. 1734 udelukkende for at angive denne kendsgerning.