Diffúziós kapacitás és annak mérése

Ez a fejezet leginkább a 2017-es CICM alapfokú tanterv F7(iv) szakaszához kapcsolódik, amely elvárja, hogy a vizsgázók képesek legyenek “meghatározni a diffúziós kapacitást és annak mérését”. Ez legalább egyszer már előkerült a CICM korábbi dolgozataiban, a 2012-es első dolgozat 20. kérdésére adott válasz váratlan elemeként, amely a következőképpen jelent meg: “Sorolja fel az oxigén alveoláris membránon keresztüli diffúzióját befolyásoló fiziológiai tényezőket”. A gázoknak az alveoláris membránon keresztül történő diffúziójáról szóló fejezetben komoly (bár hosszadalmas) kísérletet láthatunk e tényezők feltárására és a kérdés szó szerinti értelmezésével történő elbukására. Itt ehelyett kifejezetten a diffúziós kapacitásra fogunk koncentrálni, és arra, hogyan lehet azt meghatározni.

Összefoglalva:

Nehéz egyetlen cikket ajánlani ezzel kapcsolatban, mivel a legtöbbjük egy adott szempontra összpontosít, és úgy tűnik, egyik sem nyújt olyan rövid, átfogó áttekintést, amilyet egy időhiányos vizsgázó szeretne. Megfelelő forrás a Hsia (2001). amely némileg a DLCO terhelés okozta változásának oldalára hajlik, valamint Ayers et al (1975), amely szilárd (bár elavult) értekezés a DLCO kóros csökkenésének különböző módjairól. Mint minden, a tüdőfunkció-vizsgálattal kapcsolatos dologgal kapcsolatban, a kiváló PFTBlog kiváló forrás, különösen a DLCO-vizsgálat módszereivel kapcsolatban.

A diffúziós kapacitás meghatározása

Noha a kérdésben kifejezetten nem kérték, a vizsgáztatók íratlan elvárása a 2012. évi első dolgozat 20. kérdésében az volt, hogy a gyakornokok a légzőgázok diffúzióját befolyásoló tényezők felsorolása során definiálják a diffúziós kapacitást. A főiskolai vizsgáztatók saját kommentárja alapján a fogalom definíciója a következő:

“A diffúziós kapacitást úgy definiáljuk, hogy 1 mmHg parciális nyomáskülönbség mellett percenként mekkora gázmennyiség diffundál át a membránon.”

Nunn’s egy kicsit másként definiálja:

” a gáz diffúziós hajlama egy adott nyomásgradiens hatására”

Diffúziós kapacitás = nettó gázátadási sebesség / parciális nyomásgradiens

Ezt a tulajdonságot általában DL vagy DL néven említik, és általában gázmennyiségben mérik, egységnyi nyomáson, egységnyi idő alatt; például az SI egységek mmol/min/kPa, a hagyományos egységek pedig ml/min/mmHg. Lényegében ez a paraméter azt írja le, hogy a gázok milyen könnyen találják magukat az alveoláris kapilláris vérbe szállítva, és ezért a légzőgázok diffúzióját befolyásoló összes tényező egyetlen numerikus ábrázolásba foglalt, praktikus desztillációja.

Az oxigén esetében az egyenlet a következő:

DLO2 = oxigénfelvétel / PO2 gradiens

Az oxigénfelvétel mintegy mérhető, mivel ez a különbség a kevert vénás és az artériás oxigéntartalom között. A PO2 gradiens azonban itt az alveoláris PO2 és a tüdőkapilláris PO2 közötti különbség, amelyből az utóbbit alapvetően lehetetlen valaha is közvetlenül mérni. Különböző feltételezésekkel meg lehet találni, hogy a kapilláris PO2-nek mekkorának kell lennie, és elvégezhetünk néhány back-of-the-envelope számítást. Valami furcsa oknál fogva úgy tűnik, hogy az egyetlen forrás, amely ténylegesen felsorolja ezt az értéket, a Gehr et al (1981), amely egy könyvfejezet az emlősök összehasonlító légzésfiziológiájáról. Ott a Thompson-gazellával és a törpemangusztával együtt megtalálhatjuk az emberre vonatkozó értéket, amely 2,47 ml/mbar/sec értékként szerepel. Egy tekintélyesebb (de még mindig nem hivatkozott), hagyományos jelöléssel közölt értéket találunk ER Weibel 1984-es tankönyvében, aki 20-30 ml/perc/mmHg értéket ad meg.

A szén-dioxid diffúziós kapacitását még nehezebb nyomon követni. Nunn’s nem ad hivatkozásokat, de még pontos méréseket sem, inkább egy sort szállít arról, hogy 20,5-szer nagyobb, mint az oxigén diffúziós kapacitása. A Heller et al (1998) nyúl adatai 14,0 ml/mmHg/perc DLCO2-ről számolnak be.

Amint az alábbiakban bemutatjuk, ezek az értékek – nyugalmi állapotban lévő egyéneken mérve – nem a tüdő diffúziós kapacitásának valódi maximumát képviselik. Ez csak megerőltető testmozgás során derülhet ki, ahol a vér szállítása a hajszálerekbe jelentősen megnő.

A diffúziós kapacitás mérése

Kézenfekvő, hogy a gáz, ami leginkább érdekel, az oxigén, és így valamiféle logikai értelme lenne ennek a gáznak a közvetlen mérésének, de a valóságban ennek számos gyakorlati akadálya van. Vagy legalábbis voltak akadályok, amikor először merült fel a diffúziós kapacitás mérésének kérdése. Alapvetően a DLO2 méréséhez pontosan meg kellene tudni mérni mind az oxigénfelvételt, mind a parciális nyomásgradienst. A gradienshez ki kellene számítani az alveoláris oxigént (könnyen elvégezhető), majd meg kellene mérni az artériás oxigént (a tüdő végkapilláris oxigén helyettesítőjeként). Ezután “az artériás vérben lévő O2 és CO2 feszültségét a Riley által kifejlesztett mikrotonométeres technikával kell mérni – ez a technika jelentős gyakorlatot és kézügyességet igényel” – írta 1957-ben Dacie, akinek nem álltak rendelkezésére oxigénérzékelő Clark-elektródák. Ez nem tűnik nagy akadálynak a mai intenzív orvos számára, akinek bármelyik pillanatban liternyi (vénás és artériás) betegvér áll készen a mintavételre, valamint pontos műszerek a gáztartalom mérésére. Történelmileg azonban ez komoly problémát jelentett, és még mindig van egy kis vonakodás az ambuláns járóbeteg-csoport artériás mintavételétől. Az ember beutalói gyorsan elapadnának, miután az emberek rájönnek, hogy mit tervez velük csinálni.

Ezért a szénmonoxid alkalmazása történelmileg sokkal népszerűbb volt. Marie és August Krogh 1915-ben találták ki először:

“Feltételezik továbbá, hogy amikor egy kis mennyiségű CO-t engednek a vérbe, a gáz gyakorlatilag azonnal egyesül a hemoglobinnal, és a vérben lévő CO-nyomást 0-nak lehet venni. Ha tehát a CO és levegő keverékét egy bizonyos idő alatt a tüdőbe zárjuk, és meghatározzuk a CO százalékos csökkenését, akkor kiszámítható az alveoláris falon keresztül történő diffúzió.”

Röviden: a betegnek valamilyen nem halálos és ismert dózisú szén-monoxidot adunk inhalálásra. A beteg tíz másodpercig visszatartja ezt a lélegzetet, majd kilélegzi. Mivel a szén-monoxidnak nincs máshová mennie, mint az eritrocitákba, a belélegzett és a kilélegzett CO-mennyiség közötti különbségnek át kell diffundálnia a vérgázhatáron, és a hemoglobinhoz kell kötődnie. Így az egyenletben:

DLCO = Szénmonoxid-felvétel / Szénmonoxid-gradiens

a szénmonoxid-felvétel a belélegzett és kilélegzett CO “hiányzó” különbsége, a gradiens pedig feltételezhetően a CO alveoláris parciális nyomása (ami ismert, mert megadta) és az artériás parciális CO-nyomás (ami 0 mmHg, mert tudjuk, hogy az egész végül a hemoglobinhoz kötődik) között van. Így a DLCO mérése non-invazív módon is elvégezhető.

A DLCO mérésére három fő módszer létezik: az egyszeri belégzéses módszer, az állandósult állapotú módszer és az újralégzéses módszer. Az egyszeri belégzéses módszert ragyogó részletességgel írja le a kiváló ERS/ATS standard statement (Cotes et al, 1993), amelyből a szerző bőkezűen “kölcsönzött” néhány magyarázó képet. Az újralégzési technikát itt, az állandósult állapotú módszert pedig itt vizsgáljuk részletesen. A téma mélyreható ismerete nem várható (nem is várható) el a CICM vizsgázóktól, ezért itt elegendő a következőkben összefoglalni:

A DLCO mérésének egylégzéses módszere

• A mérést ideális esetben egy ideig szobai levegőt kell lélegezni
• A beteg először maximálisan kilélegzik (lefelé a RV-ig)
• A beteg ezután belélegzi a 0 gázkeveréket.3% szén-monoxidot és 10% héliumot
  (a hélium az alveoláris térfogat mérésére szolgál)
• Ez egy vitálkapacitás-légzés (azaz. a TLC-ig), és annak térfogatát mérjük
• A páciens tíz másodpercig tartja ezt a lélegzetet
  • Ez a légzéstartás arra szolgál, hogy a szén-monoxid egyenletes eloszlását biztosítsa az összes tüdőegységben, függetlenül azok időállandójától
  • Fontos, hogy ezen a ponton kerüljük a Valsalva-légzést, mivel az befolyásolhatja az intrathoracalis vérmennyiséget, és tévesen csökkentheti a DLCO-t.
• A beteg ezután kilélegzik.
  • Az első 0,75 litert teljesen figyelmen kívül hagyjuk, mivel ezt holt térgáznak tekintjük, és nem reprezentálja a többit.
• Ezután gázmintát veszünk
  • A teljes alveoláris térfogat a kilégzési héliumkoncentrációból mérhető (ez a tüdőtérfogat mérésére szolgáló nyomjelzőgáz-hígításos mérési technika klasszikus alkalmazása)
  • A szén-monoxid-felvétel a különbségből határozható meg. a belélegzett és a kilélegzett parciális nyomásmérés különbségéből
  • A szén-monoxid parciális nyomásgradiensét a kilélegzett parciális nyomásmérésből lehet meghatározni

Úralégzési módszer DLCO

• Ez gyakorlatilag megegyezik az egyszeri belégzési módszerrel, kivéve, hogy nincs légzésvisszatartás.
• A páciensnek gyorsan kell lélegeznie (az ajánlott légzésszám 30), miközben egy ismert mennyiségű és térfogatú, 0,3% szénmonoxidot és 10% héliumot tartalmazó tartályból lélegzik
• A zacskóban lévő gáz mennyiségét általában úgy állítják be, hogy az nagyjából megegyezzen az alany légzési térfogatával, ill. a belégzés során teljesen kiürül
• Egy ilyen gyors légzés után a gázból mintát veszünk
• Az alveoláris térfogat és a szénmonoxid-felvétel kiszámítása ezután pontosan ugyanúgy elvégezhető, mint az egyszeri belégzés esetében
• Valamilyen okból ez a technika gyakorlatilag ismeretlen a klinikai gyakorlatban, és úgy tűnik, hogy elsősorban olyan helyzetekben alkalmazzák, amikor a DLCo-t az alany légzési mintájának jelentős megszakítása nélkül kell mérni, pl. amikor őrülten pedáloznak egy edzőcikluson.

A DLCO mérésének állandósult állapotú módszere

• A vizsgált személyt 0,3% szénmonoxidot tartalmazó, ellenőrzött gázkeverék belégzésére késztetik.
• A kilélegzett gázt egy zacskóba gyűjtik
• A légzési időszak után (amely elég hosszú ahhoz, hogy beálljon az állandósult állapot) a kilélegzett gázt elemzik
• A szén-monoxid leadása és a kilélegzett gáz mennyisége ismert, így könnyen kiszámítható a szén-monoxid-felvétel.
• A szén-monoxid alveoláris koncentrációja kiszámítható az alveoláris gázegyenlet módosított formájából
• A klinikai rutingyakorlatban ez a technika gyakorlatilag ismeretlennek tűnik; legnagyobb előnye, hogy teljesen független a beteg bármilyen szintű részvételétől, így nem együttműködő vagy szedált alanyoknál is alkalmazható

A diffúziós kapacitást befolyásoló tényezők

A paramétert leíró egyenlet meglehetősen egyszerű, és az azt befolyásoló tényezők a gáz tulajdonságaira és a légzőrendszer tulajdonságaira oszthatók. Egy nagyobb diffúziós kapacitású gáz könnyebben átjut a vérgázgáton, mint egy kisebb diffúziós kapacitású gáz, bármilyen adott nyomásgradiens mellett. Hasonlóképpen a légzőrendszer tulajdonságai is változhatnak oly módon, hogy ugyanazon gáz esetében és ugyanazon parciális nyomásgradiens mellett növelhetik vagy csökkenthetik a diffúziós kapacitást. A légzőrendszer tulajdonságai közül három fő tényező változhat: vagy a felszíni felület változik, vagy a membrán vastagsága, vagy a gáz vörösvértestek általi felvétele változik valamilyen módon. Ezeknek a tényezőknek a leírására a vizsgára való felkészülés céljából egy emlékezetes, pontokba szedett listát lehet készíteni. Így:

• A gáz tulajdonságait befolyásoló tényezők
  • A gáz diffúziós együtthatóját befolyásoló tényezők mindegyike szerepet játszik, többek között:
    • A gáz sűrűsége
    • A molekulák mérete
    • A közeg hőmérséklete
• A gázcsere felületét befolyásoló tényezők
  • A kor (az életkor növekedésével a rendelkezésre álló teljes felület csökken, függetlenül a többi tényezőtől)
  • A test mérete: A magasság befolyásolja a tüdő méretét
  • Tüdőtérfogat
    • Minél nagyobb a tüdőtérfogat, annál nagyobb a diffúziós kapacitás, ill.e. ha egyének közötti összehasonlítást végzünk, akkor olyan mérőszámot kell használnunk, amely az alveoláris térfogathoz van indexálva (pl. diffúziós kapacitás egy liter alveoláris térfogatra vetítve)
    • Minden, ami befolyásolja a tüdőtérfogatot, potenciális hibaforrás, pl. tüdőbetegség, testtartás, elhízás, terhesség stb.
  • A ventiláció-perfúziós jellemzőket megváltoztató tényezők:
    • Shunt: nem történik diffúzió
    • Holt tér: nem történik diffúzió
    • V/Q szórás: nem hatékony inkomplett diffúzió zajlik
• A membrán jellemzőit befolyásoló tényezők
  • Ezek alapvetően a vér-gáz gát vastagságát növelő betegségállapotok, melyek közé tartoznak:
    • Tüdőödéma
    • Intersticiális tüdőbetegség, pl. tüdőfibrózis
  • Szigorúan véve ide kell sorolni a közeg (azaz a citoszol, az alapmembrán és a kapilláris plazma) viszkozitását. Gyakorlatilag azonban ezek stabil elemek, amelyeket figyelmen kívül lehet hagyni.
• Az eritrociták felvételét befolyásoló tényezők
  • A hemoglobin oxigén iránti affinitása
  • Haemoglobin koncentráció

  .

  • A szív teljesítménye (amennyiben befolyásolja a kapilláris tranzitidőt
• Hibaforrások
  • A szénmonoxid elvesztése az extravaszkuláris alveoláris hemoglobinra, pl. Goodpasture-szindróma okozta alveoláris vérzéssel összefüggésben
  • “házi” szén-monoxid jelenléte, dohányzás vagy kiterjedt hemoglobinlebontás miatt (pl. intravascularis hemolízis), ami korlátozhatja a CO felvételét
  • Konkurencia a CO és az oxigén között (ha a beteg korábban például 100%-os FiO2-t lélegeztetett)
  • A hemoglobin koncentráció, ha alacsony, tévesen csökkentheti a DLCO mérést még akkor is, ha az alveoláris/kapilláris komplex teljesítménye teljesen egészséges marad

Ha elég közelről nézzük, észrevehetjük, hogy ez a lista gyakorlatilag megegyezik a gázok alveoláris membránon keresztüli diffúzióját befolyásoló tényezők listájával, a parciális nyomásgradiens (amely beépül a diffúziós kapacitás definíciójába) és a mérési hibával kapcsolatos különböző tényezők kivételével.

A diffúziós kapacitás változása terhelés hatására

Mások azt mondhatják, hogy a nyugalmi diffúziós kapacitásról való beszélgetés téves elnevezés, mivel az egy nem terhelt rendszerre vonatkozik, amely valójában sokkal nagyobb diffúziós kapacitással rendelkezik. Valóban, erőteljes testmozgással a DLO2 20-30 ml/min/mmHg-ről valami 100-120 ml/min/mmHg közeli értékre nő, ami a “valódi” diffúziós kapacitás. Ez a növekedés azért következik be, mert az egyenletben (DLO2 = oxigénfelvétel / PO2 gradiens) szereplő oxigénfelvételi sebesség jelentősen megnő. Nem kell túlzásba vinni a képzeletet, hogy megmagyarázzuk, miért lehet ez így. Gondoljunk csak bele: a perctérfogat nemcsak a megnövekedett légzésszám miatt nő, hanem a légzési térfogat növekedése miatt is. A tüdőtérfogat növekedésével a teljes alveoláris gázcserefelület is megnő. Ezenkívül a szívteljesítmény is megnő. Ezzel együtt a tüdőkapillárisok vérellátása is megnő. Ez megváltoztatja a V/Q eloszlást, mivel több kapilláris rekrutálódik azokban a tüdőrégiókban, amelyek korábban vagy “valódi” holt tér voltak, vagy amelyek V/Q értéke jóval nagyobb volt, mint 1,0. Ízelítőül összefoglalva:

Az edzés hatására a diffúziós kapacitást befolyásoló mindkét fő elem megváltozik:

• Az oxigénfelvétel a tüdőkapillárisokban megnő, mert:
  • A felszín területe nő (nagyobb légzési térfogatok)
  • A tüdő véráramlása nő (nagyobb szívteljesítmény)
  • V/Q illeszkedés javul (a nagy szellőzésű területek nagyobb véráramot kapnak, és a szunnyadó kapilláris ágyak rekrutálódnak)
• A tüdőkapillárisokban a parciális nyomásgradiens nő, mert:
  • Az oxigén extrakciós arány növekszik, csökkentve a vegyes vénás PO2-t
  • A megnövekedett percventilláció csökkenti az alveoláris PCO2-t (így nő az alveoláris PO2, minden más dolog változatlan marad)
  • A hemoglobin fokozott szállítása az abszorpciós felületre oxigénnyelőként működik, és alacsony kapilláris parciális nyomást tart fenn

Milyen mértékű DLO2-növekedésre számíthatunk? A 2012-es első dolgozat 20. kérdésére adott kollégiumi válasz egy rejtélyes megjegyzésben foglalkozik ezzel: “…az alveoláris ventiláció növekszik, és 21ml/min/mmHg-től 65ml/min/mmHg-ig jobban illeszkedik a ventiláció és a perfúzió növekedése”.
Vélhetően az obiter dictum második felében idézett értékek a DLCO változására vonatkoznak, és valahonnan megbízható helyről származnak, de ki tudja, hogy honnan. Az ember általában azt várja, hogy ezek egy tankönyvből származnak, és a tankönyvi értékek általában az 1960-as években végzett vizsgálatokból származnak. Anélkül, hogy konkrétan tudnánk, hogy a vizsgáztatók melyik középkori forrásra gondoltak, az érdemi, szakmailag lektorált hivatkozások keresése lényegében olyan, mintha dartsot dobálnánk a szakirodalomra. Egy rövid keresés például Turino és munkatársai (1963) tanulmányára bukkan, akiknek egészséges önkéntesek nyugalmi DLCO-értékei 18 és 22 között, terheléses értékei pedig 55 és 64 ml/perc/mmHg között mozogtak. Ez megközelítőleg helyesnek tűnik, és mindenesetre nem tudunk elképzelni olyan univerzumot, ahol a pontos számok megléte vagy nem megléte itt döntő tényező lenne a vizsgán való teljesítésben.