文摘
呼出的气息凝结(EBC) pH值较低在一些肺部疾病和正常化与治疗。
当前的研究检查了EBC pH监测相关的因素。盘中,intraweek 76科目的变化进行了研究。EBC收集口头和孤立的pH值较低的航空公司相比,在一个额外的32个科目。通气模式(换气过度/肺换气不足)的影响,气道阻塞乙酰甲胆碱后,温度(−44 + 13°C)和时间(2分钟)集合,和持续时间的样本存储(2年)。所有样品都是用一次性冷凝收集装置,与氩de-aerated直到pH值测量稳定。
意味着EBC pH值(n = 76例,总样本= 741)为7.7±0.49(平均数±标准差)。盘中意味着intraweek和变异系数分别为4.5%和3.5%。EBC pH值的控制似乎是在较低的水平气道。温度收集、收集和存储时间、急性呼吸道梗阻,时代主题,唾液pH值、深刻的换气过度和肺换气不足对EBC pH值没有影响。
当前作者得出结论,在卫生,呼出的气息冷凝液的pH值是微碱性,在狭窄的范围内,由低气道控制流体来源。测量呼气冷凝液的pH值是一个简单的、健壮的、可再生的和相关疾病的标志。
j·亨特,b·加斯顿和j·沃恩是少数股东在呼吸道Inc .的研究中,呼吸冷凝收集设备的制造商用于所有样品收集在这个研究。此外j·沃恩由这家公司雇佣兼职。
呼出的气冷凝液的pH值是一种无创、简单和便宜的化验,可以反复执行病人无不利影响的,可以安全地收集口头和从气管和气管造口管。重要的是,呼出的气冷凝液pH值关联与气道炎症的其他指标,specifically-induced痰嗜酸性粒细胞和嗜中性粒细胞1。此外,低呼出的气息凝结(EBC) pH值被发现在哮喘急性加重2慢性阻塞性肺疾病(COPD)3,囊性纤维化4,也在稳定的慢性阻塞性肺病、支气管扩张和中度哮喘1。的可能性存在,这个简单的分析可能是一个有用的替代侵入性或更复杂的尝试评估气道炎症,如活检、支气管肺泡灌洗或诱导痰。因此,在本研究技术已经被广泛地研究了识别潜在的技术混杂因素EBC收集和分析。
方法
主题
健康不吸烟的科目没有显著的慢性呼吸道疾病的历史是从周围地区招募夏洛茨维尔,弗吉尼亚州,在医院和诊所弗吉尼亚大学的健康科学体系。从术前套件进行插管的受试者招募。从所有科目获得知情同意,批准的研究是人类在弗吉尼亚大学调查委员会。
样品收集
呼出的气冷凝收集使用RTube执行TMEBC收集系统(呼吸研究公司,夏洛茨维尔,弗吉尼亚州,美国;图1一个⇓在温度和持续时间为每个实验指出。鼻子夹没有穿,因为他们有些不舒服,在初步实验对EBC博士认为他们没有影响测量pH值进行脱气后冒泡氩2通过示例同时监测pH值,直到读完全稳定。
呼出的气冷凝液收集系统。a)中使用标准的时尚,在潮汐卷通过口腔呼吸。环境空气被吸入通过单向阀门底部的设备。呼出空气通过冷凝器中的另一个单向阀合并室在喉舌。从冷凝器冷凝形成和收集与内置syringe-style柱塞墙。b)监测通风,end-tidal二氧化碳监测是标准体型的电容器室的顶部。单向流动的空气保证准确的措施。c)相同的收集系统纳入一个通风器电路。气管插管管用于隔离降低气道。冷凝器是放置在呼气的早期肢体的电路。
协议
Intraweek和盘中变化健康
七十六例(24男性,平均年龄21岁,范围18-48年)招募了父母研究执行EBC收集10分钟早餐前在家里7天。第七天,他们执行三个额外的集合:午饭前,晚饭前和睡前。受试者被要求执行集合至少1 h后任何食物或饮料的摄入。一些受试者接受准备盲评的紫锥菊作为父试验的一部分,否则没有被药物。没有进行筛选特异反应性,虽然治疗哮喘排除对象。样本收集气温大约的家里冰箱(−−4°C 17°C)。样本存储在家中冰柜和交付给实验室人员第二天最后一集。
温度采集
十个成年受试者(5男,平均年龄30岁;范围18-42岁)进行连续EBC收集在不同温度下用RTubes修改冷却夹克,允许范围的相对恒定的温度保持在冷凝器收集过程。电容器的内部温度上升几度在集合。集合的平均温度+ 13°C,−6°C,−17°C,−44°C。所有样品都是pH值测定的批处理。
集合时间
六成人受试者(三男,平均年龄31岁,范围22-42年)执行EBC收集2分钟,跟随集合7分钟。所有样本收集−17°C。pH值同时样本化验。
通气模式的影响
11成人受试者(7男,平均年龄33岁,范围大致意向)执行EBC抽样在正常潮汐呼吸,而歇斯底里。潮汐二氧化碳(ETCO结束2)监测是由附加Novametrix 7100(美国瓦林福德,CT) ETCO2直接监测到的远端RTube冷凝室(图1 b⇑)。优秀的波形。主题开始快速呼吸速率/相对较高的潮汐卷换气过度前启动第二个集合,然后通过RTube冷凝器持续快速的呼吸。ETCO2通过生物反馈值维持在低于27托。之后,立即EBC收集五的受试者进行浅时,慢慢地呼吸5%的股份有限公司2,95%的氧气混合物达到一个ETCO246。所有集合进行3分钟使用标准RTube冷凝设备、−17°C的温度开始收集。
气道阻塞的影响
六个科目(3男,平均年龄31岁,范围大致意向)稳定疑似哮喘和支气管代接受了乙酰甲胆碱激发试验使用罗森塔尔剂量计(美国PDS仪表、路易斯维尔有限公司)。受试者基线进行肺量测定法和90年代EBC收集之前第一个醋甲胆碱剂量。实现减少> 20%的基线后一秒钟用力呼气容积(FEV1),另一个90年代EBC收集与沙丁胺醇逆转之前执行。
并发测量呼出的气息凝液酸度和唾液
二十个科目(9男性,平均年龄34岁范围21-56岁)进行10分钟口服EBC收集沉淀唾液在试管中。唾液pH值与氩de-aeration前后的评估。
测量从孤立的降低气道呼气冷凝
32个科目(13男,平均年龄53岁范围29 - 72岁)与择期手术等待(28/32是神经外科病人),但没有慢性呼吸道疾病的历史,被录取。主题最初提供了一个10分钟的EBC收集标准时尚代言人(呼吸)。麻醉诱导与挥发性麻醉剂,气道与气管插管管稳定和安全。立即确认ETCO的位置2监控、EBC收集的再次将RTube插入到10分钟的呼气电路尽可能气管导管(图1 c⇑)。
样品存储的影响
EBC pH值进行的化验样本(n = 24)被存储在−20°C > 1年(最大27个月)。研究样本包括控制和样本对象急性哮喘急性加重(因此低pH值)。后立即测量获得的收集比较重复测量12日到27日个月之后。每个测量样本与氩de-aerated之前。
统计方面的考虑
盘中,intraweek再现性的EBC pH assayswere评估使用意味着变异系数。比较取样条件(不同温度和时间的收集,换气过度、肺换气不足,气道阻塞和解剖源)比较配对t检验或重复测量方差分析。相关系数测定和乏味的奥特曼分析进行化验后重复1或2年。数据是平均数±标准差。假定值< 0.05被认为是重要的。
结果
再现性呼出的气息凝结pH值测量
从这个群76名健康对照组,741 EBC样本。没有对象遭受任何重大不良影响取样期间,尽管一个主题经历了刺痛嘴周围托收,中途没有复发当被问及呼吸更轻。这是归因于可能换气过度。760 sample-days,只有19个样本不能用于测定(2.5%),显示良好的遵守协议尽管受试者使用的设备完全无监督在家里。平均pH值的样品是7.70±0.49。EBC pH值测量的重现性评价从连续七早上显示平均变异系数为4.5%(全intrasubject范围0.9 - 20%)。盘中的平均变异系数为3.5%(范围0.6 - 23%)。没有区别女性和男性的平均pH值。
收集温度并不影响呼出的气息凝结健康受试者的pH值
分别意味着EBC收集的pH值在冷凝器温度+ 13°C,−6°C,−17°C,和−44°C为7.95±0.22,7.83±0.34,7.94±0.32,7.90±0.3(图。2⇓)。没有明显差异的pH值确定EBC收集这些健康受试者在不同的温度下。
![图2. -](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/22/6/889/F2.medium.gif)
没有影响冷凝器的温度对呼出的气息凝结(EBC)博士学科连续执行EBC收集温度如前所述。修改了冷凝器的液体有关帮助稳定温度相变特征。
集合时间不影响呼出的气息冷凝液的pH值
六个科目执行EBC收集2分钟,其次是第二个样本收集了7分钟。四个科目进行连续三集合,每个集合时间。样卷地理2分钟集合的范围是250 - 350年µL, 7分钟是800 - 1250µL集合。对于这些连续的集合,意味着intrasubject变异系数(CV) 2分钟pH值的集合为0.5%。同样地理7分钟集合,意味着intrasubject简历pH值为0.5%。2列车的pH值是相同的(8.0±0.11)分钟集合,7分钟集合(8.1±0.18;p = ns)。
通气模式是呼出气息冷凝液pH值无关
在潮汐呼吸,保持ETCO主题2水平的38.4±1.1托。虽然强力呼吸,ETCO2降到23±0.7托(p < 0.001;n = 11)。五个受试者肺换气不足增加了ETCO执行2从基线(38±0)到46.8±1.1托(p < 0.001)。呼出的气冷凝液的pH值在这种健康的潮汐呼吸组为8.19±0.13;在换气过度平均pH值为8.20±0.14;在肺换气不足平均pH值为8.14±0.15 (p = ns)。没有主题的EBC改变> 0.2单元(图。3⇓)。
通风程度并不影响呼出的气息凝结(EBC)博士课程执行连续收集3分钟每个呼吸正常潮汐卷然后而过度换气症。(ETCO End-tidal二氧化碳2)是监控期间收集附件RTube顶部的冷凝器。通过生物反馈,受试者ETCO维护2低于27托(23±0.7 (±sd))在整个3分钟换气过度收集时间。
没有急性气流梗阻对呼出气息冷凝液pH值的影响分析
醋甲胆碱挑战产生平均每分钱FEV下降127%的这六个哮喘受试者使用的意思是2.25毫克的剂量达到必要的气道阻塞程度。平均基线pH值为8.03±0.1,而阻塞EBC pH值为8.00±0.06 (p = ns)。没有主题> 0.1单元pH值的变化,而他们的气道阻塞。
没有唾液pH值之间的相关性,呼出的气息冷凝液的pH值
de-aeration后在20个主题,唾液pH值为7.26±0.54相比,匹配并发收集EBC样本平均pH值为7.97±0.30。线性回归显示R20.02,p = ns(图。4⇓)。之间没有相关性EBC pH值,直接测量或真空唾液pH值。
![图4. -](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/22/6/889/F4.medium.gif)
没有唾液pH值的相关性,呼出的气息凝结(EBC)博士二十主题提供并发EBC样品和唾液样本。R2= 0.02,p = ns。
孤立的pH值降低气道呼气冷凝化验
30/32学科研究极少或没有差异EBC pH值获得口服集合和孤立低气道集合。插管前后平均pH值在这些主题分别为7.9±0.23,7.8±0.28 (p = ns, n = 30)(图5所示⇓)。在两个主题EBC pH值明显从孤立的收集的样本中酸性降低气道,但不是在插管前的基线。值得注意的是,时间安全的航空公司这两个主题是长期的,尽管主题有症状总酸愿望的证据。
呼出的气息从孤立的冷凝液的pH值较低的航空公司。受试者进行呼出的气息凝结(EBC)集合以标准的方式(使用喉舌)在术前区域前全身麻醉的诱导。气道后立即获得了气管插管,额外EBC收集的样本将RTube插入到呼气电路毗邻气管导管。小差异指出pH值的样本之间的两条路径集合,尽管两个受试者低EBC pH值的样本收集的孤立降低气道,认为是由于沉默愿望插管期间长时间的努力。
呼出气息凝液的pH值不受时间影响的示例存储
长时间存储对EBC pH值没有影响化验无论初始pH值是正常的或非常低。成对EBC pH值的相关系数分析的样本研究后收集和re-assayed > 1年−20°C存储为0.97 (p < 0.001, n = 24)。在存储2岁后,相关系数为0.98 (p < 0.001, n = 11;图6⇓)。通过Bland-Altman分析,这项措施是可再生的正常和低pH值(图6 b⇓)。在此系统中,除气是每次试验之前执行的,但是没有必要de-aerate样品之前存储(数据未显示)。
![图6. -](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/22/6/889/F6.medium.gif)
呼出气息凝液的pH值(EBC)保持稳定的存储。)样本化验pH后不久托收。> 1年之后,再次存储样本de-aerated和化验。化验的结果> 1年分开是几乎相同的相关系数> 0.97。b) Bland-Altman情节没有显著影响的样本pH水平变化的测定。
时代主题并不影响呼出气息冷凝液的pH值
subanalyses每个实验和所有的数据放在一起,没有确定主题的年龄对EBC pH值的影响。
讨论
EBC pH值的可能性可以作为支持气道炎症的非侵入性指标的紧密相关性EBC pH值与炎性细胞数量以诱导痰1。也许更重要的是,EBC酸化可以代表一个气道pH稳态变化构成部分或肺部疾病的病理,包括炎症。出于这两个原因,它成为必要确定EBC pH值异常可能是由简单的气流阻塞或潜在的工件,这样的技术可以被理解和应用于未来的研究气道生物化学、免疫学和生理学。进一步,本作者希望EBC pH值,确定主要的解剖因素的整体再现性测量。
总共有930 EBC收集的样本在几项研究报告摘要。这是迄今为止最大的一组数据报道EBC迄今为止。目前的研究报道,EBC pH值测量,与氩de-aeration之后,健壮的,高度可再生的随着时间的推移,不影响程度的通风,一成不变的长期存储的样本,不受温度的影响或持续时间的收藏。时代主题和唾液pH影响下气道EBC博士似乎进一步EBC博士的主要决定因素,目前的研究表明,EBC pH值不是倾斜单靠标志着气道阻塞,确认目前的作者之前报道的观察2和建议条件基本在哮喘气道阻塞(炎症和气道pH值偏差本身)的主要原因是EBC酸化。
气道pH稳态过程并不理解。气道的pH值在卫生报道稍微碱性(pH值在7 - 8)5- - - - - -8。在急性肺疾病、呼吸道化学知识是最有益的,甚至大多数采样技术的侵蚀,杜绝实验评估气道环境。pH值的呼吸道疾病,如急性哮喘,慢性阻塞性肺病,因此成人呼吸窘迫综合征不被入侵的测量记录。
呼出的气息凝结现在被全世界的中心,以洞察气道环境多种肺部疾病。它是一种安全、简单的过程即使在年幼的孩子9。液体从肺部呼出,被困在一个电容器包含过期的气道支架粒子流体,aerosolised大概湍流气流。这些粒子是由大量的冷凝水稀释。重要的是,EBC水溶性挥发性的气体是一个很好的陷阱。这些气体可能是酸性或碱性。酸化EBC,通常明显,发生在疾病状态和似乎反映出源的酸化液(气道粘膜液)。在这方面,源液酸化提高酸的波动性,而降低波动性的基地,从而提供一个现成的解释EBC的酸化,它可以捕获这些水溶性挥发物。
EBC已经发现的pH值较低稳定哮喘、慢性阻塞性肺病、支气管扩张1、囊性纤维化4和急性呼吸窘迫综合征10。明显低pH值在哮喘急性加重2慢性阻塞性肺病,11和囊性纤维化4正常化的pH值发生类固醇和抗生素治疗。这些发现引起了明显的问题如何可能影响气道功能内生酸化。
事实上,改变气道的pH值环境称为“影响气道功能的多个方面。Nebulised柠檬或乙酸酸用于触发支气管狭窄和咳嗽止咳药测试代理。这些影响是至少部分由酸(质子)触发辣椒素敏感的神经元12速激肽的释放13。氯气被认为部分原因导致大量的喘息和咳嗽的快速形成盐酸和次氯酸酸与气道粘膜接触液体14。确实在猫、滴注法50µL 0.2 N盐酸进入气管引起气道阻力增加了420%15。狗回应同样16。
多个附加气道酸化预计的影响。轻微的酸化(pH值低于6.5)increasesmucous粘度17,将从溶胶到凝胶18这可能是与粘液堵塞有关。低环境pHenhances诱导一氧化氮合酶2的至爱出门表达式户外活动是否可行通过滴定法在大鼠腹膜巨噬细胞肿瘤坏死因子(TNF)的α和核转录因子κB19。
酸度影响气道细胞蛋白表达。豚鼠气道上皮细胞诱导与压力相关的蛋白质包括hsp72瞬态反应温和的酸化20.。低pH值改变的合成和分泌肿瘤坏死因子α的肺泡巨噬细胞21。酸性侮辱增加氧损伤的老鼠,部分原因是抗氧化剂的丧失22。酸化提高氧化剂和nitrative强调通过增加反应性无机小分子和通过改变酶的抗氧化活性2。
虽然一直认为氨来源于口腔可能防止EBC pH值分析有用,或者哮喘换气过度可能导致体外因为改变了氨吸收EBC酸化23,我们的数据消除这些可能性和排除这些参数。孤立低气道EBC样品有相同的pH值作为匹配样本期间收集的口腔呼吸,尽管口服氨被完全排除在外。同样,即使自愿深刻的换气过度,远比在哮喘、当前作者无法artifactually改变EBC pH值。
然而,氨似乎发挥重要作用在气道pH值在另一个方式。目前作者曾报道,谷氨酰胺酶(酶产生两个基地:氨和碳酸氢)是人类呼吸道上皮细胞中表达在体外和在活的有机体内由温和的酸性调节压力24。这个途径未能应对酸性压力将导致减少的生产基地,和有限的正常化气道博士酸化能力反过来陷阱的任何氨铵存在气道环境,包括吸入氨从口咽,防止挥发性肺的出口。这些互补效应结合起来解释氨的水平大大减少呼出主题的人EBC是酸性的24。
当前作者指出,作为一个香烟的吸烟者似乎没有影响EBC pH值的措施(未发表的观察),然而信心,这将是评估一项研究完成后,最近发起的,专门解决急性和慢性吸烟的影响对EBC博士当前的作者还没有评估的潜在影响吸入粒子pH值,也没有环境温度和湿度对EBC博士的实验都是在室内完成,无边无际的,但并不是极端,湿度和合理正常的房间的温度。当前作者不能排除一个非常干燥的冷空气对EBC pH值的影响,尽管如果一个效应存在,它可能很难区分从这样一种侮辱对气道粘膜液酸度的影响。
EBC源于aerosolised气道粘膜的非易失性组件流体粒子。稀释浓缩水蒸气浓度影响的非易失性的组件EBC,事实long-recognised但最近收到越来越多的关注25。EBC的pH值是受挥发性化合物的影响。在低pH值酸往往变化无常,反过来也适用于基地。变量稀释的问题和关切水滴EBC不适用的物质利益是水溶性挥发物。这可能是一个原因EBC pH检测尤其可再生的。事实上在背靠背化验变异系数仅为0.5%,日和interday变异系数均小于5%。
缺乏冷凝器温度对EBC pH值的影响化验需要谨慎地解释。具体地说,这些受试者健康,如预期EBC pH值是正常的(弱碱性)。很有可能,如果冷凝器温度足够低的EBC收集固体形态的室(这发生在开始温度−20或低于实际实践),水溶性挥发组分的呼出的空气不会被困时凝结发生在更为温和的液相温度。如果某些挥发性酸是呼出只有在疾病状态,当源液(气道粘膜液)pH值较低,然后EBC收集在过冷温度不可能揭示健康和疾病之间的差异。由于这些原因,以及为了便于使用,目前的作者目前推荐的集合EBC在冷凝器温度相当接近于零当pH值的主要兴趣。虽然EBC收集量大于较低的冷凝器温度,体积比非易失性和更少关心的挥发性成分。
当前作者de-aerate EBC样本与氩正常化二氧化碳。这是一个令人惊讶的简单任务。氩比空气重,所以坐落在样本保持大气二氧化碳(有限公司2)重新在pH值测量样本。有限公司2自由的空气也适合de-aeration。只要在de-aeration EBC pH值完全企稳,高度可再生的和长期有效的分析。没有急于de-aerate并分析示例。其他调查人员不de-aerate样本,也发现显著差异在健康和疾病之间的EBC pH值。初始pH值nondeaerated EBC从健康受试者低于真空时,由于公司的差异2内容。低pH值样本,然而低不管使用什么技术,而且样品在除气与pH < 5几乎没有变化。
呼出的气冷凝液pH值分析是极其简单的执行,便宜,和鲁棒性。在学科纵向数据表明,呼出的气息凝结在个别病人pH值是一个有用的分析,而不是简单的区分手段。它似乎反映了酸碱紊乱和气道炎症的发生,呼出的气息凝结pH检测可以提供重要的信息描述,说明,诊断疾病,临床和药物滴定。
- 收到了2003年4月7日。
- 接受2003年7月3日。
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