Name: assessment of pulmonary capillary blood volume, membrane diffusing capacity, and intrapulmonary arteriovenous anastomoses during exercise
Uploaded: 2017-02-20T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 9 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Assessment of Pulmonary Capillary Blood Volume, Membrane Diffusing Capacity, and Intrapulmonary Arteriovenous Anastomoses During Exercise at JoVE.com

Funding was provided by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada and The Heart and Stroke Foundation of Canada.

このプロトコルは、アルバータ大学の人間研究倫理委員会のガイドラインに従っており、 ヘルシンキ宣言の最新版で設定された基準に準拠しています。 1.傾斜運動テスト（VOの2せん頭 ） <ol><li>被写体からの書面によるインフォームドコンセントを取得します。読んで主題を持っていると運動24のために彼らの準備を決定するために、身体活動の準備アンケート+（PAR-Qの+）に記載されている質問に答えます。 </li><li>対象の好みに応じて、サイクルエルゴメーターの座面の高さを調整します。修正された四肢は、心拍数（HR）25を測定するために導くと、標準の3誘導ECG配置に従って、患者の背面にある4つの心電図（ECG）電極を配置します。 </li><li>代謝測定システム25を使用してテストを通して呼気ガスと換気を測定するために、被験者の口にマウスピースを挿入します。 注：代謝システムは、リアルタイムの酸素消費量（VO 2）を測定する二酸化炭素生成（VCO 2）、換気（V E）、心拍数（HR）、および潮のCO 2（P ET CO 2）を終了します。 </li><li>ベースラインデータの収集の2分後、≥60RPMの一貫したリズムを維持するために、50ワットの最初のワークロードでサイクリングを開始するために、被験者に指示します。被験者は意志枯渇やテスト25を停止する要求に到達するまでWは、2分ごとに、手順25でワークロードを増やします。 </li></ol>インスピレーションを受けて酸素の2.複数の画分（F I O 2）拡散能（DL CO）方法7 <ol><li> 30％、50％、70％、及びVO 2せん頭が段階的運動試験で得られたピークVO 2を用いて90％に相当する負荷を算出します。段階的運動負荷試験後少なくとも48時間は、対象の再を持っていますDLCO操縦のための研究室に向けます。 </li><li>カルボキシヘモグロビン（COHb）がアップを構築する反復試験5で発生する可能性があります、一日あたり12 DLCOテストを超えないようにしてください。そのため、実施する運動のワークロードの数とDLCOデータの品質に基づいて、複数の日にテストを実行します。 </li><li>エアブレンダーシステムに100％O 2ガスのタンクと医療グレードの空気のタンク（21％O 2および79％N 2）を取り付けることにより、プリ呼吸ガスを準備します。 2 60 Lの非拡散ダグラスバッグ、40％O 2、空気ブレンダーシステムを使用して60％のO 2を含むものを含むものを埋めます。 </li><li>吸入ガス混合物の調節を可能にする2大口径、三方活栓バルブを設定します。これらは、と呼ばれる「予備呼気弁」。 </li><li>柔軟性のある、非圧縮チューブを使用して、バルブシステムにダグラスバッグを接続します。双方向にバルブシステムを接続し、T字型の非再呼吸弁でCONN代謝測定システムの質量流量センサの試験ガス取入れアセンブリにected。 </li><li>測定を休んで、対象は床に両足で、直立座っています。運動試験では、被験者はECG（HR定常状態のための±3 BPM）を使用してHRを監視することにより、定常状態にあることを確認してください。 注：定常状態はVOの2せん頭の90％に到達することはできません。被験者が段階的運動試験上のVO 2せん頭の90％にHR相当に達すると、したがって、測定を開始します。 </li><li>指穿刺を介して毛細管血の一滴を収集し、ヘモグロビン濃度のためにそれを分析します。次に、以下の式26を使用して、[Hbの]ため後続のすべてのDL COを調整します。 <img alt="式（1）" src="/files/ftp_upload/54949/54949equation1.jpg" /></li><li>所望の向きに予備呼吸バルブを切り替えることにより、ランダムにF I O 2（21％、40％、または60％）を選択します。チュー（ 図1C参照）DL COガスバルブセレクターを回して対応するF I O 2 -DLのCOガスをSE。 </li><li>ノーズクリップを固定すると、それぞれのF I O 2に対応したダグラスバッグから5呼吸のためのマウスピースの中に普通に呼吸する対象を指示します。 </li><li>残留容量に期限切れになるように対象を指示します。残留量で肺容量のプラトーは、件名を持っている場合、肺の容量を合計し、残留容量に息を吐く前に6秒間息を保持するためのDL COの混合ガスを吸い込みます。 </li><li>これはCOテストガスがよく肺に平衡化されていることを示すように傾きが、水平であることを保証するために、呼気中にメタンのトレースを監視します。 注：肺胞容積（V A）と息止め時間が自動的に計算され、代謝測定システムによって報告されています。 </li><li>各DLCO操縦のためのV Aが 5％Oの範囲内であることを確認してくださいF以前の試験。同様に、息止め時間は6.0±0.3秒であるべきです。ない場合は、操縦を繰り返します。 </li><li>残留一酸化炭素を洗い流すことができるように4分待ってから、手順2.8繰り返し-安静時に残りの各F I O 2のために2.11を。 </li><li>各F I O 2用の各運動強度（30％、50％、70％、およびVOの2せん頭の90％）で、定常状態の間、2.15 -少なくとも48時間後に、繰り返しは2.9を繰り返します。息が被写体を回復するために、VO 2せん頭ワークロードの90％に保持している間に作業負荷を軽減します。 </li><li>運動中の肺胞COをクリアするには、運動中DLCOのテストの間に2分を待ちます。カルボキシヘモグロビン（COHb）ビルドアップ5を回避するために、1日あたり12 DLCOテストを超えないようにしてください。 </li></ol> 3.肺毛細血管血液量および膜拡散容量を計算します<ol><li> O 2（P A O 2）を使用してfollowinの肺胞の分圧を計算しますグラム方程式 <img alt="式（2）" src="/files/ftp_upload/54949/54949equation2.jpg" /> 注：F I O 2は、インスピレーションO 2の割合で、P バーは大気圧であり、P H2Oは水蒸気圧であり、P CO 2は、動脈CO 2の圧力であり、RERは、呼吸交換率です。 </li><li>以前の段階的運動負荷試験で得られたデータから、それぞれの運動強度について測定し、30秒平均P ET CO 2とRERを使ってRERとPにCO 2を推定します 。 </li><li>以下の式7を使用して、θCOを計算します 。 <img alt="式3" src="/files/ftp_upload/54949/54949equation3.jpg" /></li><li>各F I O 2 1 / DLCOの影響調整後および1 /θCOとの関係をグラフ化し、回帰式を算出します。 注：最小許容R 2値は0.95であり、r 2値がこの範囲21の外にあるときにDL CO操縦は繰り返されるべきです。 </li></ol><img alt="図2" src="/files/ftp_upload/54949/54949fig2.jpg" /> 図2：最大運動時1 /θCO 対 1 / DL COの代表的なグラフ。 3息は、様々なF I O 2（21％、40％、および60％）で保持するために1 / DL CO及び1 /θとの関係は、COがプロットされています。 VcとDmとの計算は、上記の関係の回帰式から誘導されます。線の傾き（1 / 0.00796）の逆数がVC（125.5ミリリットル）の値、およびy切片の逆数を与える（1 / 0.00869）がDmのための値（115.0ミリリットル・分-1・mmHgのを与えます-1）。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54949/54949fig2large.jpg" target="_blank">LARを表示するには、こちらをクリックしてください。</a>この図のGERバージョン。 <ol start="5"><li> 1 / DL COおよび1 /θCO間の回帰式の傾きの逆数を取ることによって、Vcとを計算します。方程式のy切片の逆数を取ることによって、Dmとを計算します。 </li></ol> 4.肺内動静脈吻合募集<ol><li> DL COデータ収集とは別の日には、肘正中静脈に20ゲージの静脈内（IV）カテーテルを挿入し、コントラスト攪拌生理食塩水を注入するための6中のIV延長チューブを介して三方活栓に添付心エコー11、17。 </li></ol><img alt="図3" src="/files/ftp_upload/54949/54949fig3.jpg" /> 図3：攪拌生理食塩水のコントラストの設定。 IVカテーテルを肘前空間に配置され、6で拡張を介して三方活栓に接続されています。 2つの10 mLの注射器はです生理食塩水の10 mL及び室内空気を0.5mLを含んでコントラストソリューションを、作成するために、コックにtached。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54949/54949fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <ol start="2"><li>三方活栓に2つの10 mLの注射器を接続します。超音波検査者がコントラストのために準備が整うまで罰金、中断気泡を形成するために、前後に2つのシリンジの間に、三方活栓を介して攪拌強制的に空気の0.5 mLを0.9％滅菌生理食塩水10mLのを組み合わせ、および。 </li><li>経験豊富な音波検査や心臓病専門医は、心臓の標準的な心尖部四腔像を取得しています。安静時、echocardiographerは、標準的な心エコーとカラードップラーイメージングと心臓内シャントのための心房中隔および心室中隔を評価しています。 <ol><li>何心臓内短絡が検出されない場合、コントラスト注入中バルサルバ法を行うために被験者に指示しイオンは、卵円孔開存（PFO）11、17のために評価します。非バルサルバ中に測定を繰り返します。 </li></ol></li><li>超音波検査者は4室ビューを維持しながらコントラストを注入します。右心室のコントラストを検出し、次の15の心周期を記録します。 </li><li> 30％、50％、およびVOの2せん頭の70％で定常運動中の造影撮影を繰り返します。定常状態のVO 2せん頭の90％に達することができないように、段階的運動負荷試験中のVO 2せん頭の90％でHRによって識別されたターゲットHR、一旦撮影を開始し、到達しました。 注：運動強度との間の時間は両方の心室からコントラストのクリアランスに依存し、≥2分。 </li><li> &lt;前述したスコアリングシステム17に応じて攪拌生理食塩水のコントラスト心エコー図を解釈する実験条件に盲目にされechocardiographerを持っています/ SUP&gt;、27。 注：スコアリングは、コントラストの最大数に基づいて次のように、単心エコーフレームで左心室（LV）内で可視の泡：全くコントラスト= 0 LV内の気泡ない、≤3= 1,4泡 - = 2 12気泡、&gt; 12泡= 3。 注：5心臓サイクルの後に左心室のコントラストの外観はIPAVAを示唆しています。心臓内シャントが5つ未満の心臓サイクル27のコントラストの出現によって等級分けされています。 </li></ol><img alt="図4" src="/files/ftp_upload/54949/54949fig4.jpg" /> 図4：IPAVA得点するための代表的なイメージ。スケールを5cm（白い実線）です。 （A）前造影剤注入。 （B）IPAVAスコア= 0（C）IPAVAスコア= 1（D）IPAVAスコア= 3 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54949/54949fig4large.jpg" target="_blank">P</a>リースこの図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

<ol>
	<li>Naeije, R., Chesler, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulmonary+Circulation+at+Exercise.">Pulmonary Circulation at Exercise.</a> Comp Physiol. 2 (1), (2012).</li><li>Stickland, M. K., Lindinger, M. I., Olfert, I. M., Heigenhauser, G. J. F., Hopkins, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulmonary+gas+exchange+and+acid-base+balance+during+exercise.">Pulmonary gas exchange and acid-base balance during exercise.</a> Comp Physiol. 3 (2), 693-739 (2013).</li><li>Hsia, C. C., Herazo, L. F., Ramanathan, M., Johnson, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiac+output+during+exercise+measured+by+acetylene+rebreathing,+thermodilution,+and+Fick+techniques.">Cardiac output during exercise measured by acetylene rebreathing, thermodilution, and Fick techniques.</a> J Appl Physiol. 78 (4), 1612-1616 (1995).</li><li>Hsia, C. C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recruitment+of+lung+diffusing+capacity:+update+of+concept+and+application.">Recruitment of lung diffusing capacity: update of concept and application.</a> Chest. 122 (5), 1774-1783 (2002).</li><li>Tedjasaputra, V., Bouwsema, M. M., Stickland, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+aerobic+fitness+on+capillary+blood+volume+and+diffusing+membrane+capacity+response+to+exercise.">Effect of aerobic fitness on capillary blood volume and diffusing membrane capacity response to exercise.</a> J Physiol. 594 (15), 4359-4370 (2016).</li><li>Johnson, R. L., Spicer, W. S., Bishop, J. M., Forster, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulmonary+capillary+blood+volume,+flow+and+diffusing+capacity+during+exercise.">Pulmonary capillary blood volume, flow and diffusing capacity during exercise.</a> J Appl Physiol. 15 (5), 893-902 (1960).</li><li>Roughton, F. J., Forster, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relative+importance+of+diffusion+and+chemical+reaction+rates+in+determining+rate+of+exchange+of+gases+in+the+human+lung,+with+special+reference+to+true+diffusing+capacity+of+pulmonary+membrane+and+volume+of+blood+in+the+lung+capillaries.">Relative importance of diffusion and chemical reaction rates in determining rate of exchange of gases in the human lung, with special reference to true diffusing capacity of pulmonary membrane and volume of blood in the lung capillaries.</a> J Appl Physiol. 11 (2), 290 (1957).</li><li>Forster, R. E., Roughton, F. J., Cander, L., Briscoe, W. A., Kreuzer, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Apparent+pulmonary+diffusing+capacity+for+CO+at+varying+alveolar+O2+tensions.">Apparent pulmonary diffusing capacity for CO at varying alveolar O2 tensions.</a> J Appl Physiol. 11 (2), 277-289 (1957).</li><li>Roughton, F. J., Forster, R. E., Cander, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rate+at+which+carbon+monoxide+replaces+oxygen+from+combination+with+human+hemoglobin+in+solution+and+in+the+red+cell.">Rate at which carbon monoxide replaces oxygen from combination with human hemoglobin in solution and in the red cell.</a> J Appl Physiol. 11 (2), 269-276 (1957).</li><li>Johnson, R. L., Hsia, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+recruitment+of+pulmonary+capillaries.">Functional recruitment of pulmonary capillaries.</a> J Appl Physiol. 76 (4), 1405-1407 (1994).</li><li>Tedjasaputra, V., Bryan, T. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dopamine+receptor+blockade+improves+pulmonary+gas+exchange+but+decreases+exercise+performance+in+healthy+humans.">Dopamine receptor blockade improves pulmonary gas exchange but decreases exercise performance in healthy humans.</a> J Physiol. 593 (14), 3147-3157 (2015).</li><li>Stickland, M. K., Welsh, R. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intra-pulmonary+shunt+and+pulmonary+gas+exchange+during+exercise+in+humans.">Intra-pulmonary shunt and pulmonary gas exchange during exercise in humans.</a> J Physiol. 561 (1), 321-329 (2004).</li><li>Stickland, M. K., Lovering, A. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exercise-induced+intrapulmonary+arteriovenous+shunting+and+pulmonary+gas+exchange.">Exercise-induced intrapulmonary arteriovenous shunting and pulmonary gas exchange.</a> Exerc Sport Sci Rev. 34 (3), 99-106 (2006).</li><li>Eldridge, M. W., Dempsey, J. A., Haverkamp, H. C., Lovering, A. T., Hokanson, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exercise-induced+intrapulmonary+arteriovenous+shunting+in+healthy+humans.">Exercise-induced intrapulmonary arteriovenous shunting in healthy humans.</a> J Appl Physiol. 97 (3), 797-805 (2004).</li><li>Hopkins, S. R., Olfert, I. M., Wagner, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Point:Counterpoint:+Exercise-induced+intrapulmonary+shunting+is+imaginary.">Point:Counterpoint: Exercise-induced intrapulmonary shunting is imaginary.</a> J Appl Physiol. 107 (3), 993-994 (2009).</li><li>Lovering, A. T., Eldridge, M. W., Stickland, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Counterpoint:+Exercise-induced+intrapulmonary+shunting+is+real.">Counterpoint: Exercise-induced intrapulmonary shunting is real.</a> J Appl Physiol. 107 (3), 994-997 (2009).</li><li>Bryan, T. L., van Diepen, S., Bhutani, M., Shanks, M., Welsh, R. C., Stickland, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+dobutamine+and+dopamine+on+intrapulmonary+shunt+and+gas+exchange+in+healthy+humans.">The effects of dobutamine and dopamine on intrapulmonary shunt and gas exchange in healthy humans.</a> J Appl Physiol. 113 (4), 541-548 (2012).</li><li>Stickland, M. K., Welsh, R. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+acute+increases+in+pulmonary+vascular+pressures+on+exercise+pulmonary+gas+exchange.">Effect of acute increases in pulmonary vascular pressures on exercise pulmonary gas exchange.</a> J Appl Physiol. 100 (6), 1910-1917 (2006).</li><li>Berk, J. L., Hagen, J. F., Tong, R. K., Maly, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+dopamine+to+correct+the+reduced+cardiac+output+resulting+from+positive+end-expiratory+pressure.+A+two-edged+sword.">The use of dopamine to correct the reduced cardiac output resulting from positive end-expiratory pressure. A two-edged sword.</a> Crit Care Med. 5 (6), 269 (1977).</li><li>Lalande, S., Yerly, P., Faoro, V., Naeije, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulmonary+vascular+distensibility+predicts+aerobic+capacity+in+healthy+individuals.">Pulmonary vascular distensibility predicts aerobic capacity in healthy individuals.</a> J Physiol. 590 (17), 4279-4288 (2012).</li><li>Tedjasaputra, V., Collins, S. &. #. 2. 0. 1. ;., Bryan, T. L., van Diepen, S., Bouwsema, M. M., Stickland, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Is+there+a+relationship+between+pulmonary+capillary+blood+volume+and+intrapulmonary+arteriovenous+anastomosis+recruitment+during+exercise?.">Is there a relationship between pulmonary capillary blood volume and intrapulmonary arteriovenous anastomosis recruitment during exercise?.</a> FASEB J. 30 (1), (2016).</li><li>Reeves, J. T., Linehan, J. H., Stenmark, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distensibility+of+the+normal+human+lung+circulation+during+exercise.">Distensibility of the normal human lung circulation during exercise.</a> Am J Physiol. Lung cellular and molecular physiology. 288 (3), 419-425 (2005).</li><li>Thadani, U., Parker, J. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hemodynamics+at+rest+and+during+supine+and+sitting+bicycle+exercise+in+normal+subjects.">Hemodynamics at rest and during supine and sitting bicycle exercise in normal subjects.</a> Am J Card. 41 (1), 52-59 (1978).</li><li>Warburton, D. E. R., Jamnik, V. K., Bredin, S. S. D., Gledhill, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Physical+Activity+Readiness+Questionnaire+for+Everyone+(PAR-Q)+and+Electronic+Physical+Activity+Readiness+Medical+Examination+(ePARmed-X+).">The Physical Activity Readiness Questionnaire for Everyone (PAR-Q) and Electronic Physical Activity Readiness Medical Examination (ePARmed-X+).</a> The Health &amp; Fitness Journal of Canada. 4 (2), (2011).</li><li>Wasserman, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Principles of Exercise Testing and Interpretation. , (2012).</li><li>Wasserman, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determinants+and+detection+of+anaerobic+threshold+and+consequences+of+exercise+above+it.">Determinants and detection of anaerobic threshold and consequences of exercise above it.</a> Circulation. 76 (6), (1987).</li><li>Marrades, R. M., Diaz, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adjustment+of+DLCO+for+hemoglobin+concentration.">Adjustment of DLCO for hemoglobin concentration.</a> Am J Resp Crit Care Med. 155 (1), 236-241 (2011).</li><li>Lovering, A. T., Romer, L. M., Haverkamp, H. C., Pegelow, D. F., Hokanson, J. S., Eldridge, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intrapulmonary+shunting+and+pulmonary+gas+exchange+during+normoxic+and+hypoxic+exercise+in+healthy+humans.">Intrapulmonary shunting and pulmonary gas exchange during normoxic and hypoxic exercise in healthy humans.</a> J Appl Physiol. 104 (5), 1418-1425 (2008).</li><li>Weyman, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Principles and Practice of Echocardiography. , (1994).</li><li>Laurie, S. S., Elliott, J. E., Goodman, R. D., Lovering, A. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Catecholamine-induced+opening+of+intrapulmonary+arteriovenous+anastomoses+in+healthy+humans+at+rest.">Catecholamine-induced opening of intrapulmonary arteriovenous anastomoses in healthy humans at rest.</a> J Appl Physiol. 113 (8), 1213-1222 (2012).</li><li>Hopkins, S. R., Bogaard, H. J., Niizeki, K., Yamaya, Y., Ziegler, M. G., Wagner, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=&#946;-Adrenergic+or+parasympathetic+inhibition,+heart+rate+and+cardiac+output+during+normoxic+and+acute+hypoxic+exercise+in+humans.">&#946;-Adrenergic or parasympathetic inhibition, heart rate and cardiac output during normoxic and acute hypoxic exercise in humans.</a> J Physiol. 550 (2), 605-616 (2009).</li><li>Zavorsky, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+rise+in+carboxyhemoglobin+from+repeated+pulmonary+diffusing+capacity+tests.">The rise in carboxyhemoglobin from repeated pulmonary diffusing capacity tests.</a> Respir Physiol Neurobiol. 186 (1), 103-108 (2013).</li><li>Coffman, K. E., Taylor, B. J., Carlson, A. R., Wentz, R. J., Johnson, B. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimizing+the+calculation+of+DM,CO+and+VC+via+the+single+breath+single+oxygen+tension+DLCO/NO+method.">Optimizing the calculation of DM,CO and VC via the single breath single oxygen tension DLCO/NO method.</a> Respir Physiol Neurobiol. 221, 19-29 (2015).</li><li>Guazzi, M., Pontone, G., Brambilla, R., Agostoni, P., R&#232;ina, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alveolar-capillary+membrane+gas+conductance:+a+novel+prognostic+indicator+in+chronic+heart+failure.">Alveolar-capillary membrane gas conductance: a novel prognostic indicator in chronic heart failure.</a> Eur Heart J. 23 (6), 467-476 (2002).</li><li>Ofir, D., Laveneziana, P., Webb, K. A., Lam, Y. -. M., O'Donnell, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+Dyspnea+during+Cycle+Exercise+in+Symptomatic+Patients+with+GOLD+Stage+I+Chronic+Obstructive+Pulmonary+Disease.">Mechanisms of Dyspnea during Cycle Exercise in Symptomatic Patients with GOLD Stage I Chronic Obstructive Pulmonary Disease.</a> Am J Resp Crit Care Med. 177 (6), 622-629 (2008).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

この方法は、運動中の肺拡散能力及び肺内動静脈吻合の動員を評価することができます。 プロトコル内の重要なステップ DL COの息止めが静止して比較的単純であるが、それは直感に反しているとして、運動中の息止めは、対象に固有の課題を提示し、被験者が運動中に呼吸するため、高いドライブを持っています。このように、VcとDmとの良好な品質の決意は、テスターと被写体との親密な関係と明確なコミュニケーションに依存しています。テスターの技術力は歯槽ボリューム（前臨床試験の±5％）の変動および6.0±0.3秒の息止め時間（BHT）で定量することができます。 修正およびトラブルシューティング VC / Dmの測定の終了時に、テスターはすぐに解除するために3のDL COの操縦をグラフ化する必要がありますデータポイントの最良適合ラインtermine。 DL COは常に60％とそれよりも大きいはずである40％、とのそれよりも大きいはずである21％F I O 2を用いて測定します。そうでない場合、バルブスイッチは正しいテストガスに相当するかどうかをチェックすることをお勧めします。同様に、事前呼吸バッグは、試験ガスに対応する正しいF I O 2ガス（ 図1B-1D）で満たされていることを確認してください。上昇COHbレベルはDLCOを過小評価することができるように、喫煙者である参加者をテストするときは注意が取られるべきです。 IPAVA動員の評価のために、対象の位置は、高品質の画像の取得を保証するのに重要です。被写体の動きを最小限に抑えるためにリカンベントサイクルエルゴメーターで直立サイクルエルゴメーターを交換することが可能です。しかし、横臥サイクル運動は、与えられた仕事率のために異なる代謝応答を誘発します、したがって、段階的運動負荷試験はする必要がありますリカンベントサイクルエルゴメーターに繰り返しました。胸の上部のスキャンは、いくつかの女性に不快かもしれません。この場合には、女性音波検査が推奨されます。最後に、推奨される運動プロトコルは若く、健康な個人のために設計されています。従って、運動プロトコルは、異なる標的集団のために変更することができます。 技術の制限事項複数のF I O 2のDL CO技術の主要な制限は、テスターのスキルやコマンドに従うこととバルサルバまたはミュラー管演習は、測定に影響を与えるように、息止め中に冷静さを保つために、被験者の能力です。第二に、息の数は、1回のセッションで保持しているが原因VcとDmを測定5、30に影響を与え、被験者への健康リスクをもたらす可能性のCO背圧の増加に、12に限定されるべきです。研究の設計に応じて、それがmAY COのクリアランスを可能にし、参加者の疲労を制限するために、複数のセッション間でのテストを完了する必要があります。 DLCO、VC、およびDmはそれぞれ、7％、8％、および15％であるために、良好な参加者コーチングと良い技術力で、我々は試験間の変動の十分な係数を決定しました。 複数のF I O 2のDL CO技術は肺胞O 2が毛細管O 2と同じであり、既知のガス交換障害を有する個体では、データを解釈するときにこのように、注意を払うべきであることを前提としています。 攪拌生理食塩水コントラスト心エコーイメージングは​​超音波検査技師の技術的能力や運動中胸郭の動きを最小限に抑えるために、被験者の能力によって制限されます。画像のインタプリタが確立された手順に従ってIPAVA動員をスコアリングするためのスケール（ 図4に精通していることも重要です</strオング&gt;）27。運動中の正の生理食塩水のコントラスト心エコー検査の重要性が議論15、16のトピックのままであり、いくつかの議論は、左心室における正攪拌生理食塩水のコントラストが毛細管膨満、およびないIPAVAの募集に二次的であってもよいことがあります。進行中の作業は、この問題を解決しようとしています。 既存の/代替の方法に対する技術の意義これらの生理学的な技術を利用することにより、健康、疾患に、および薬物介入を含めた種々の状態、運動時の肺血管構造を評価することが可能です。品質はテスターの能力に依存していますが、これらのスキルは、簡単かつ迅速に適切な指導と訓練を取得しています。複数のF I O 2のDL COの方法は、MEAの「ゴールドスタンダード」と考えられていますDmのとVcの31のsurement。これらの措置は、臨床的に計算されていないが、値は、患者の転帰を予測するために、低酸素血症、運動不耐性のためのメカニズムを決定するために使用することができ、さらに診断31,32を特徴付けます。同様に、攪拌食塩心エコー検査技術はIPAVAsの動員を決定する際に最も広く用いられる方法です。 この技術を習得した後、将来のアプリケーションや方向性これらの技術は、実験条件と介入の範囲での使用に適用可能です。我々は、運動中にこれらの技術を実証するが、それらは容易にそのようなドブタミンまたはドーパミン、心拍出量17を増加させることが知られている強心剤として薬剤注入時の肺血管の応答を測定するために修飾することができます。また、例えば、臨床集団においてこれらの技術を使用することが可能ですDL COは、年齢をマッチさせた対照被験者35に比べて低くなっている心不全34または慢性閉塞性肺疾患（COPD）を有するものです。

運動中、心拍出量は、安静時の値1以上の6倍まで増やすことができます。肺は心臓出力の100％を受信するための唯一の器官であることを考えると、運動は、肺系にかなりのストレスを提示します。漸増運動により、肺拡散能（DL CO）が増加した酸素要求2を満たすために増加しなければなりません。残りは運動をピークにより、DL COは心拍出量3、4、5に関して上限に達することなく、休止値の最大150％まで増やすことができます。拡散能力の増加は、容量（DM）および肺毛細血管6の募集及び膨張に対する二次毛細管血液容量（Vc）を、拡散膜の増加の結果として生じます。 ・ラウトンとフォースター（1957）はDを分割する技術を開発しました一酸化炭素テスト（DL CO）のための標準的な拡散能の間に吸入酸素（F I O 2）の割合を調節することによって、mおよびVcを7。酸素と一酸化炭素（CO）競合F I O 2の増加はDL CO 8,9を減少させるように、ヘモグロビンのヘム部位に結合します。標準のDL COの操作中にF I O 2を調節することにより、この関係はVcとDmと7を測定するために利用することができます。我々は最近、運動5時に使用されるこの技術を適応しています。前作と同様に、我々はDL COを連続的に二次VcとDmと5の両方の増加に運動をピークにまで増加することを発見しました。興味深いことに、我々は、このように大きな酸素消費量と容量を拡散させるための大きな必要性を持っている持久力の訓練を受けた選手であることを見出しました、ピーク運動、増加しDmに二次ではなく、VCのDL COの増加はアスリート5の肺膜における潜在的な適応を示唆している、そこにあります。 運動時のVcとDmの増加は、以前残り4、10でハイポ灌流肺毛細血管の採用と膨満につながる肺動脈圧の上昇によって達成されています。これにより肺血管抵抗を減少させ、肺動脈圧の上昇を減衰させる、肺の毛細血管網の断面積の増加をもたらします。 攪拌生理食塩水のコントラスト心エコー検査を用いた研究は、運動11、12、13の間に肺動静脈吻合（IPAVA）募集の証拠を示しています、14。トピックは論争の15、16のままで、IPAVA動員の重要性は未だ明らかではなく、いくつかの研究は、それらがガス交換障害12,14に寄与し得ると右心室11、12をアンロードするのに役立ち得ることを示唆しています。 IPAVA動員の正確なメカニズムは知られていないが、さらに、我々は、心拍出量を増加させること、ならびに外因性ドーパミンが残り17でIPAVA動員を引き起こすことを見出しました。急性増加肺動脈圧18またはドーパミン遮断はかなり運動11の間にIPAVA動員に影響を与えるように表示されません。これらの大径IPAVA血管が肺動脈の大きな増加から肺毛細血管を保護するのに役立つかもしれないという憶測があります肺血管抵抗12を小さくすることにより、圧力、17、19、20、21。 VcとDmとの評価と組み合わせると、攪拌生理食塩水のコントラスト心エコー検査は、運動22、23の応力に対する肺循環の適応を検討する貴重なツールです。

<table><tbody><tr><td>Metabolic Measurement System</td><td>SensorMedics Inc.</td><td>Encore 299 Vmax</td><td></td></tr><tr><td>Cycle Ergometer</td><td>Ergoline</td><td>Ergoselect II 1200</td><td></td></tr><tr><td>60 L Douglas Bags</td><td>Hans Rudolph</td><td>6100 Series</td><td></td></tr><tr><td>Two-way T Valve</td><td>Hans Rudolph</td><td>2700 Series</td><td></td></tr><tr><td>Hemoglobin Measurement System</td><td>HemoCue</td><td>Hb 201+</td><td></td></tr><tr><td>22-gauge Intravenous Catheter</td><td>BD</td><td>Insyte-W</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasound&amp;nbsp;</td><td>Vivid Q</td><td>ECHOpac</td><td></td></tr><tr><td>Compressed gas 21% O&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;, 0.3% CO, 0.3% CH&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;, balance nitrogen</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Compressed gas 40% O&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;, 0.3% CO, 0.3% CH&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;, balance nitrogen</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Compressed gas 60% O&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;, 0.3% CO, 0.3% CH&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;, balance nitrogen</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Nose-clip</td><td>Vacu-Med</td><td>snuffer #1008</td><td></td></tr></tbody></table>

assessment of pulmonary capillary blood volume, membrane diffusing capacity, and intrapulmonary arteriovenous anastomoses during exercise

エクササイズは、肺血管系への応力です。漸増運動により、肺拡散能（DL CO）が増加した酸素の需要を満たすために増加しなければなりません。そうでなければ、拡散制限が発生する可能性があります。運動とDL COの増加は、増加した毛細血管の血液容量（Vc）と膜拡散能（DM）によるものです。 VcとDmがそれによって肺動脈圧の上昇を減衰させる、ガス交換のための表面積を増大し、肺血管抵抗を減少させ、動員および肺毛細血管の膨張に続発増やします。同時に、運動時の肺内動静脈吻合（IPAVA）の募集は、ガス交換障害に寄与し、および/または肺動脈圧の大きな増加を防止することができます。 私たちは、安静時および運動時の肺の拡散と循環を評価するために2つの手法を説明します。第一の技術は、複数の-FRAを使用しています吸入酸素のction（F I O 2）のDL COの息は安静時および運動時のVcとDmとを決定するために保持しています。また、静脈攪拌食塩コントラスト心エコー検査はIPAVAs動員を評価するために使用されます。 代表的なデータをDL CO、VC、およびDmは運動強度とともに増加することを示しました。コントラスト気泡が運動誘発性IPAVA動員を示唆し、運動と左心室に見られた一方で心エコーデータは、安静時の何IPAVA動員を示しませんでした。 肺毛細管血液量、膜拡散能、および心エコー法を用いて、IPAVA募集の評価は、肺動脈を持つものとして、罹患グループ内だけでなく、健康の練習のストレスに適応するための肺血管系の能力を特徴づけることが有用です高血圧症および慢性閉塞性肺疾患。

容量、肺毛細血管の血液量、膜拡散能力、及びIPAVAスコアを、酸素消費の運動強度を増加させる拡散の効果を表1に示します。増加する電力出力に応じて、VO 2、DL CO、Vcは、Dmに増加。 図2は、運動中に複数のF I O 2 -DLのCO技術を用いてVcとDmとの代表的な計算を示します。 DL COは、F I O 2の増加と共に減少し、この関係はVcとDmとを分割するために利用されます。 Vcは1 / DL CO 1 /θ対CO結果の傾きの逆数を計算し、y切片の逆数は、DMの値が得られます。予想されるように、運動時VcとDmの増加の両方を休止値と比較します。 I O 2 DL CO攪拌生理食塩水のコントラスト心エコー検査法は、全体の拡散容量に肺毛細血管と膜の採用の貢献、より深い理解と研究者を提供し、臨床設定において、伝統的な肺機能検査を補うことができます。運動中のVcのまたはDMを増やすに失敗すると、拡散限界と低酸素血症をもたらすであろう。例えば、低VCに二次低DL COは肺の毛細血管への変更を示すであろう。同様に、減少しDmが肺膜への変化を示すことになります。 図4は、4室のコントラストechocardiographsの代表的なトレーシングを示しています。運動強度が増加すると、IPAVAは0から増加し（スコア<eメートル&gt;すなわち、最高の運動強度（ 表1）で3に安静時IPAVAsの証拠なし）。以前の研究は、IPAVAは11、12、14のスコア向上しますが、これらのIPAVAsが動員される方法は、何らコンセンサスが存在しないこと、運動を示しています。 IPAVAsはドブタミン17、28及びエピネフリン28で心拍出量を増加させることによって、ならびに、ドーパミン17、28で静止して薬理学的に動員することができるという証拠があります。彼らは運動29中に内因的に増加するなど、ドーパミン及びエピネフリンなどの強心剤は、特に重要です。また、IPAVA募集はIPAVAsの不在は大きな肺動脈圧をもたらすように表示されていることで、血行動態を行使することが重要であることをいくつかの証拠がある、Cを減少させましたardiac出力、およびピーク電力出力12を減少させました 。したがって、この技術は、肺動脈高血圧症を有する個体を調査研究に使用されてもよいです。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/54949/54949fig1.jpg" /> 図1：複数のF I O 2のDL COのセットアップ。 （A）のセットアップの概要。 （B）0.3％CO、0.3％のメタン、および残りの窒素でO 2 21％、40％、および60％を含有する圧縮ガスシリンダー、ならびに酸素補給圧縮ガスボンベ。 （C）3 F I O 2 DL COタンク用三方弁セレクター。 （D）バルブは、事前呼吸用F I O 2の選択のために直列に三方弁のために切り替えます。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54949/54949fig1large.jpg" target="_blank">LARを表示するには、こちらをクリックしてください。</a>この図のGERバージョン。 <img alt="表1" src="/files/ftp_upload/54949/54949table1.jpg" /> 表1：代表安静時と30時の運動中に一人の被験者のデータ、50、70、およびVOの2せん頭の90％。 VO 2、体重への酸素消費量の相対量; DL CO、一酸化炭素拡散能。 Vcは、肺毛細管血液量。 Dmと、膜拡散能。 IPAVAスコア、5心臓サイクルの後に左心室のコントラスト外観の得点。 Tedjasaputra らから変更されたデータ。 2016。

Watch this Scientific Journal Video about Assessment of Pulmonary Capillary Blood Volume, Membrane Diffusing Capacity, and Intrapulmonary Arteriovenous Anastomoses During Exercise at JoVE.com

Assessment of Pulmonary Capillary Blood Volume, Membrane Diffusing Capacity, and Intrapulmonary Arteriovenous Anastomoses During Exercise

運動に肺の拡散及び血管系の応答を評価するために、我々は、肺内動静脈吻合の動員を評価するために毛細血管の血液量および膜拡散能、ならびに撹拌生理食塩水のコントラスト心エコー検査を決定するために、複数の風の酸素拡散能力の技術が記載されています。

トレーニング中の肺毛細管血液量、膜拡散能力、及び肺内動静脈吻合の評価

Exercise is a stress to the pulmonary vasculature. With incremental exercise, the pulmonary diffusing capacity (DLCO) must increase to meet the increased ...

assessment-pulmonary-capillary-blood-volume-membrane-diffusing

Universidad de Cartagena UDEC

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Medical-Surgical Nursing

Medicine

Unit 1

An Overview of the Respiratory System: Anatomy, Physiology, Assessment, and Abnormalities

SCIENTISTS IN ACTION

13.0K ビュー.  University of Alberta. 運動に肺の拡散及び血管系の応答を評価するために、我々は、肺内動静脈吻合の動員を評価するために毛細血管の血液量および膜拡散能、ならびに撹拌生理食塩水のコントラスト心エコー検査を決定するために、複数の風の酸素拡散能力の技術が記載されています。 

ビデオ: Assessment of Pulmonary Capillary Blood Volume, Membrane Diffusing Capacity, and Intrapulmonary Arteriovenous Anastomoses During Exercise

Magnetic Resonance Imaging Quantification of Pulmonary Perfusion using Calibrated Arterial Spin Labeling

This demonstrates a MR imaging method to measure the spatial distribution of pulmonary blood flow in healthy subjects 
during normoxia (inspired O2, fraction (FIO2) = 0.21) hypoxia (FIO2 = 0.125), and hyperoxia 
(FIO2 = 1.00). In addition, the physiological responses of the subject are monitored in the MR scan environment. MR images 
were obtained on a 1.5 T GE MRI scanner during a breath hold from a sagittal slice in the right lung at functional residual capacity. An arterial 
spin labeling sequence (ASL-FAIRER) was used to measure the spatial distribution of pulmonary blood flow 1,2 and a multi-echo fast 
gradient echo (mGRE) sequence 3 was used to quantify the regional proton (i.e. H2O) density, allowing the quantification 
of density-normalized perfusion for each voxel (milliliters blood per minute per gram lung tissue). 
With a pneumatic switching valve and facemask equipped with a 2-way non-rebreathing valve, different oxygen concentrations 
were introduced to the subject in the MR scanner through the inspired gas tubing. A metabolic cart collected expiratory gas via expiratory tubing. Mixed expiratory O2 and CO2 concentrations, oxygen consumption, carbon dioxide production, respiratory exchange ratio, 
respiratory frequency and tidal volume were measured. Heart rate and oxygen saturation were monitored using pulse-oximetry. 
Data obtained from a normal subject showed that, as expected, heart rate was higher in hypoxia (60 bpm) than during normoxia (51) or hyperoxia (50) and the arterial oxygen saturation (SpO2) was reduced during hypoxia to 86%. Mean ventilation was 8.31 L/min BTPS during hypoxia, 7.04 L/min during normoxia, and 6.64 L/min during hyperoxia. Tidal volume was 0.76 L during hypoxia, 0.69 L during normoxia, and 0.67 L during hyperoxia. 
Representative quantified ASL data showed that the mean density normalized perfusion was 8.86 ml/min/g during hypoxia, 8.26 ml/min/g during normoxia and 8.46 ml/min/g during hyperoxia, respectively. In this subject, the relative dispersion4, an index of global heterogeneity, was increased in hypoxia (1.07 during hypoxia, 0.85 during normoxia, and 0.87 during hyperoxia) while the fractal dimension (Ds), another index of heterogeneity reflecting vascular branching structure, was unchanged (1.24 during hypoxia, 1.26 during normoxia, and 1.26 during hyperoxia). 
Overview. This protocol will demonstrate the acquisition of data to measure the distribution of pulmonary perfusion noninvasively under conditions of normoxia, hypoxia, and hyperoxia using a magnetic resonance imaging technique known as arterial spin labeling (ASL). 
Rationale: Measurement of pulmonary blood flow and lung proton density using MR technique offers high spatial resolution images which can be quantified and the ability to perform repeated measurements under several different physiological conditions. In human studies, PET, SPECT, and CT are commonly used as the alternative techniques. However, these techniques involve exposure to ionizing radiation, and thus are not suitable for repeated measurements in human subjects.

A MR imaging method to study the distribution of pulmonary blood flow under a variety of physiological conditions, in this case exposure to three different inspired oxygen concentrations: hypoxia, normoxia, and hyperoxia, is described. This technique utilizes human pulmonary physiology research techniques in an MR scanning environment.

キャリブレーション動脈スピンラベリングを用いた肺血流の磁気共鳴イメージングの定量化

This demonstrates a MR imaging method to measure the spatial distribution of pulmonary blood flow in healthy subjects 
during normoxia (inspired O2, ...

医学

Non-invasive Assessment of Microvascular and Endothelial Function

The authors have utilized capillaroscopy and forearm blood flow techniques to investigate the role of microvascular dysfunction in pathogenesis of cardiovascular disease. Capillaroscopy is a non-invasive, relatively inexpensive methodology for directly visualizing the microcirculation. Percent capillary recruitment is assessed by dividing the increase in capillary density induced by postocclusive reactive hyperemia (postocclusive reactive hyperemia capillary density minus baseline capillary density), by the maximal capillary density (observed during passive venous occlusion). Percent perfused capillaries represents the proportion of all capillaries present that are perfused (functionally active), and is calculated by dividing postocclusive reactive hyperemia capillary density by the maximal capillary density. Both percent capillary recruitment and percent perfused capillaries reflect the number of functional capillaries. The forearm blood flow (FBF) technique provides accepted non-invasive measures of endothelial function: The ratio FBFmax/FBFbase is computed as an estimate of vasodilation, by dividing the mean of the four FBFmax values by the mean of the four FBFbase values. Forearm vascular resistance at maximal vasodilation (FVRmax) is calculated as the mean arterial pressure (MAP) divided by FBFmax. Both the capillaroscopy and forearm techniques are readily acceptable to patients and can be learned quickly.
The microvascular and endothelial function measures obtained using the methodologies described in this paper may have future utility in clinical patient cardiovascular risk-reduction strategies. As we have published reports demonstrating that microvascular and endothelial dysfunction are found in initial stages of hypertension including prehypertension, microvascular and endothelial function measures may eventually aid in early identification, risk-stratification and prevention of end-stage vascular pathology, with its potentially fatal consequences.

Capillaroscopy is a non-invasive, relatively inexpensive methodology for directly visualizing the microcirculation. The forearm blood flow technique provides accepted non-invasive measures of endothelial function.

微小血管と内皮機能の非侵襲的評価

The authors have utilized capillaroscopy and forearm blood flow techniques to investigate the role of microvascular dysfunction in pathogenesis of ...

Characterization of the Isolated, Ventilated, and Instrumented Mouse Lung Perfused with Pulsatile Flow

The isolated, ventilated and instrumented mouse lung preparation allows steady and pulsatile pulmonary vascular pressure-flow relationships to be measured with independent control over pulmonary arterial flow rate, flow rate waveform, airway pressure and left atrial pressure. Pulmonary vascular resistance is calculated based on multi-point, steady pressure-flow curves; pulmonary vascular impedance is calculated from pulsatile pressure-flow curves obtained at a range of frequencies. As now recognized clinically, impedance is a superior measure of right ventricular afterload than resistance because it includes the effects of vascular compliance, which are not negligible, especially in the pulmonary circulation. Three important metrics of impedance - the zero hertz impedance Z0, the characteristic impedance ZC, and the index of wave reflection RW - provide insight into distal arterial cross-sectional area available for flow, proximal arterial stiffness and the upstream-downstream impedance mismatch, respectively. All results obtained in isolated, ventilated and perfused lungs are independent of sympathetic nervous system tone, volume status and the effects of anesthesia. We have used this technique to quantify the impact of pulmonary emboli and chronic hypoxia on resistance and impedance, and to differentiate between sites of action (i.e., proximal vs. distal) of vasoactive agents and disease using the pressure dependency of ZC. Furthermore, when these techniques are used with the lungs of genetically engineered strains of mice, the effects of molecular-level defects on pulmonary vascular structure and function can be determined.

The following protocol outlines the process of isolating, ventilating and instrumenting mouse lungs to measure steady or pulsatile pulmonary vascular pressure-flow relationships in order to quantify the effects of blood flow, airflow, airway changes and vascular changes on right ventricular afterload.

絶縁型、ベンチレーテッド、および計装のマウス肺の特性評価は、拍動流を灌流

The isolated, ventilated and instrumented mouse lung preparation allows steady and pulsatile pulmonary vascular pressure-flow relationships to be measured ...

生物学

Surgical Placement of Catheters for Long-term Cardiovascular Exercise Testing in Swine

This protocol describes the surgical procedure to chronically instrument swine and the procedure to exercise swine on a motor-driven treadmill. Early cardiopulmonary dysfunction is difficult to diagnose, particularly in animal models, as cardiopulmonary function is often measured invasively, requiring anesthesia. As many anesthetic agents are cardiodepressive, subtle changes in cardiovascular function may be masked. In contrast, chronic instrumentation allows for measurement of cardiopulmonary function in the awake state, so that measurements can be obtained under quiet resting conditions, without the effects of anesthesia and acute surgical trauma. Furthermore, when animals are properly trained, measurements can also be obtained during graded treadmill exercise.
Flow probes are placed around the aorta or pulmonary artery for measurement of cardiac output and around the left anterior descending coronary artery for measurement of coronary blood flow. Fluid-filled catheters are implanted in the aorta, pulmonary artery, left atrium, left ventricle and right ventricle for pressure measurement and blood sampling. In addition, a 20 G&#160;catheter is positioned in the anterior interventricular vein to allow coronary venous blood sampling.
After a week of recovery, swine are placed on a motor-driven treadmill, the catheters are connected to pressure and flow meters, and swine are subjected to a five-stage progressive exercise protocol, with each stage lasting 3 min. Hemodynamic signals are continuously recorded and blood samples are taken during the last 30 sec of each exercise stage.
The major advantage of studying chronically instrumented animals is that it allows serial assessment of cardiopulmonary function, not only at rest but also during physical stress such as exercise. Moreover, cardiopulmonary function can be assessed repeatedly during disease development and during chronic treatment, thereby increasing statistical power and hence limiting the number of animals required for a study.

Here we present a protocol to assess cardiopulmonary function in awake swine, at rest and during graded treadmill exercise. Chronic instrumentation allows for repeated hemodynamic measurements uninfluenced by cardiodepressive anesthetic agents.

豚の長期心血管運動テストのためのカテーテルの外科的配置

This protocol describes the surgical procedure to chronically instrument swine and the procedure to exercise swine on a motor-driven treadmill. Early ...

Murine Echocardiography of Left Atrium, Aorta, and Pulmonary Artery

The present methodology teaches the investigator how to measure and use the LAV as a surrogate of chronic elevations in Left Ventricular diastolic pressure through echocardiography, as well as to obtain measurements of the Aorta and PA diameter in mice.
Mice older than 10 d of age can be analyzed using the present technique. The technique is composed of 3 main steps: set-up, image acquisition, and image analysis. The set-up step consists of getting the mouse anesthetized with 1% isoflurane, shaving it, and taping it in a supine position to a heated EKG board where the image acquisition will take place. The image acquisition step consists of learning to identify the cardiac structures and obtaining all the required images with its correspondent probe and axis in order to be able to calculate volumes and diameters. The image analysis step consists of measuring the previously acquired images with the aid of computer software.
Advantages of the proposed technique include a fast (15 min) procedure that would allow the researcher to evaluate interventions in a non-invasive, non-terminal approach and therefore follow the same mouse over time; each mouse can be used as its own control. This fact plus having the same operator perform all the acquisition and analysis for the entire experiment minimizes the limitation of operator-dependency. The present methodology is useful for mouse researchers in cardiovascular and pulmonary medicine.

The following protocol describes the methodology for the acquisition and analysis of echocardiographic images used to obtain the Left Atrial Volume (LAV), Aorta (Ao) diameter, and Pulmonary Artery (PA) diameter in mice. This technique is a non-invasive, non-terminal procedure that allows assessment of the cardiopulmonary function.

左心房、大動脈、肺動脈のマウス心エコー

The present methodology teaches the investigator how to measure and use the LAV as a surrogate of chronic elevations in Left Ventricular diastolic ...

Combining Volumetric Capnography And Barometric Plethysmography To Measure The Lung Structure-function Relationship

Tools to measure lung and airways volume are critical for pulmonary researchers interested in evaluating the impact of disease or novel therapies on the lung. Barometric plethysmography is a classic technique to evaluate the lung volume with a long history of clinical use. Volumetric capnography utilizes the profile of exhaled carbon dioxide to determine the volume of the conducting airways, or dead space, and provides an index of airways homogeneity. These techniques may be used independently, or in combination to evaluate the dependence of airways volume and homogeneity on lung volume. This paper provides detailed technical instructions to replicate these techniques and our representative data demonstrates that the airways volume and homogeneity are highly correlated to lung volume. We also provide a macro for the analysis of capnographic data, which can be modified or adapted to fit different experimental designs. The advantage of these measures is that their advantages and limitations are supported by decades of experimental data, and they can be made repeatedly in the same subject without expensive imaging equipment or technically advanced analysis algorithms. These methods may be particularly useful for investigators interested in perturbations that change both the functional residual capacity of the lung and airways volume.

Here, we describe two measures of pulmonary function &#8211; barometric plethysmography, which allows the measurement of lung volume, and volumetric capnography, a tool to measure the anatomic dead space and airways uniformity. These techniques may be used independently or combined to assess airways function at different lung volumes.

肺の構造と機能の関係を測定する体積のカプノグラフィおよび気圧脈を組み合わせること

Tools to measure lung and airways volume are critical for pulmonary researchers interested in evaluating the impact of disease or novel therapies on the ...

Integration of Brain Tissue Saturation Monitoring in Cardiopulmonary Exercise Testing in Patients with Heart Failure

Cerebral hypo-oxygenation during rest or exercise negatively impacts the exercise capacity of patients with heart failure with reduced ejection fraction (HF). However, in clinical cardiopulmonary exercise testing (CPET), cerebral hemodynamics is not assessed. NIRS is used to measure cerebral tissue oxygen saturation (SctO2) in the frontal lobe. This method is reliable and valid and has been utilized in several studies. SctO2 is lower during both rest and peak exercise in patients with HF than in healthy controls (66.3 &#177; 13.3% and 63.4 &#177; 13.8% vs. 73.1 &#177; 2.8% and 72 &#177; 3.2%). SctO2 at rest is significantly linearly correlated with peak VO2 (r = 0.602), oxygen uptake efficiency slope (r = 0.501), and brain natriuretic peptide (r = -0.492), all of which are recognized prognostic and disease severity markers, indicating its potential prognostic value. SctO2 is determined mainly by end-tidal CO2 pressure, mean arterial pressure, and hemoglobin in the HF population. This article demonstrates a protocol that integrates SctO2 using NIRS into incremental CPET on a calibrated bicycle ergometer.

This protocol integrated near-infrared spectroscopy into conventional cardiopulmonary exercise testing to identify the involvement of the cerebral hemodynamic response in exercise intolerance in patients with heart failure.

心不全患者における心肺運動検査における脳組織飽和モニタリングの統合

Cerebral hypo-oxygenation during rest or exercise negatively impacts the exercise capacity of patients with heart failure with reduced ejection fraction ...

Quantifying Single Microvessel Permeability in Isolated Blood-perfused Rat Lung Preparation

The isolated blood-perfused lung preparation is widely used to visualize and define signaling in single microvessels. By coupling this preparation with real time imaging, it becomes feasible to determine permeability changes in individual pulmonary microvessels. Herein we describe steps to isolate rat lungs and perfuse them with autologous blood. Then, we outline steps to infuse fluorophores or agents via a microcatheter into a small lung region. Using these procedures described, we determined permeability increases in rat lung microvessels in response to infusions of bacterial lipopolysaccharide. The data revealed that lipopolysaccharide increased fluid leak across both venular and capillary microvessel segments. Thus, this method makes it possible to compare permeability responses among vascular segments and thus, define any heterogeneity in the response. While commonly used methods to define lung permeability require postprocessing of lung tissue samples, the use of real time imaging obviates this requirement as evident from the present method. Thus, the isolated lung preparation combined with real time imaging offers several advantages over traditional methods to determine lung microvascular permeability, yet is a straightforward method to develop and implement.

The isolated blood-perfused lung preparation makes it feasible to visualize microvessel networks on the lung surface. Here we describe an approach to quantify permeability of single microvessels in isolated lungs using real time fluorescence imaging.

単離された血液灌流ラットの肺の準備にシングル微小血管透過性を定量化する

The isolated blood-perfused lung preparation is widely used to visualize and define signaling in single microvessels. By coupling this preparation with ...

Continuous Venous-Arterial Doppler Ultrasound During a Preload Challenge

A preload challenge (PC) is a clinical maneuver that, first, increases the cardiac filling (i.e., preload) and, second, calculates the change in cardiac output. Fundamentally, a PC is a bedside approach for testing the Frank-Starling-Sarnoff (i.e., "cardiac function") curve. Normally, this curve has a steep slope such that a small change in the cardiac preload generates a large change in the stroke volume (SV) or cardiac output. However, in various disease states, the slope of this relationship flattens such that increasing the volume into the heart leads to little rise in the SV. In this pathological scenario, additional cardiac preload (e.g., intravenous fluid) is unlikely to be physiologically effective and could lead to harm if organ congestion evolves. Therefore, inferring both the cardiac preload and output is clinically useful as it may guide intravenous (IV) fluid resuscitation. Accordingly, the goal of this protocol is to describe a method for contemporaneously tracking the surrogates of cardiac preload and output using a novel, wireless, wearable ultrasound during a well-validated preload challenge.

The Frank-Starling-Sarnoff curve is clinically important and describes the relationship between cardiac preload and output. This report illustrates a novel method of simultaneous jugular venous and carotid arterial Doppler velocimetry as transient surrogates of cardiac preload and output, respectively; this approach is enabled by wireless, wearable Doppler ultrasound.

プリロードチャレンジ中の連続静脈動脈ドップラー超音波

A preload challenge (PC) is a clinical maneuver that, first, increases the cardiac filling (i.e., preload) and, second, calculates the change in cardiac ...

運動中の肺胞毛細血管予備能の評価

Dual Test Gas Pulmonary Diffusing Capacity Measurement During Exercise in Humans Using the Single-Breath Method

The combined single-breath measurement of the diffusing capacity of carbon monoxide (DL,CO) and nitric oxide (DL,NO) is a useful technique to measure pulmonary alveolar-capillary reserve in both healthy and patient populations. The measurement provides an estimate of the participant&#39;s ability to recruit and distend pulmonary capillaries. The method has recently been reported to exhibit a high test-retest reliability in healthy volunteers during exercise of light to moderate intensity. Of note, this technique permits up to 12 repeated maneuvers and only requires a single breath with a relatively short breath-hold time of 5 s. Representative data are provided showing the gradual changes in DL,NO and DL,CO from rest to exercise at increasing intensities&#160;of up to 60% of maximal workload. The measurement of diffusing capacity and evaluation of alveolar-capillary reserve is a useful tool to evaluate the lung&#39;s ability to respond to exercise both in the healthy population as well as in patient populations such as those with chronic lung disease.

著者スポットライト:運動適応と治療戦略における肺胞毛細血管予備能測定の統合

This protocol presents a method to assess pulmonary alveolar-capillary reserve measured by combined single-breath measurement of the diffusing capacity to carbon monoxide (DL,CO) and nitric oxide (DL,NO) during exercise. Assumptions and recommendations for using the technique during exercise form the foundation of this article.

単呼吸法を用いたヒトの運動中の二重試験ガス肺拡散容量測定

The combined single-breath measurement of the diffusing capacity of carbon monoxide (DL,CO) and nitric oxide (DL,NO) is a useful technique to measure ...