文摘
心力衰竭(HF)患者显示大量的通气功能的紊乱,在一起会增加呼吸的工作(Wb)在运动。然而,在多大程度上呼吸系统的电阻和弹性性质有助于更高Wb在这些患者中是未知的。
我们量化电阻和弹性Wb稳定的心力衰竭患者(n = 9;纽约心脏协会功能类i ii)和健康对照组(n = 9)在标准化水平每分通气量(V′E在渐进式锻炼)。动态肺合规系统对于一个给定的水平较低V′E比控制心衰患者(p < 0.05)。心力衰竭患者吸气弹性略微偏高的水平显示Wb大量的通气约束和电阻Wb在运动时比对照组(p < 0.05)。
我们的数据表明,高Wb心力衰竭患者主要是由于更大的电阻,而非弹性负载的呼吸。电阻越大Wb在这些患者可能反映了hysteresivity增加气道和肺组织。吸气小幅增加弹性Wb观察心力衰竭患者出现相关的结合减少肺部和胸壁的遵从性。的临床和生理影响我们的研究结果进行了讨论。
进行锻炼的能力往往是严重降低心力衰竭(HF)患者(1- - - - - -3]。这些患者通常显示迟钝的心输出量响应运动伴随的通气功能紊乱,包括气体交换异常,obstructive-restrictive肺部疾病,减少肺合规,等。(4- - - - - -7]。因此,运动对心力衰竭患者的精力充沛的需求可能会加剧了极端高的呼吸(Wb每分通气量)对于一个给定的水平(V′E)和外部工作8,9]。这加剧了Wb需要更多氧气交付呼吸肌肉,潜在的氧气供应运动肌肉,损害患者的执行肌肉工作能力(10,11]。的确,在这些患者运动能力增加Wb是卸载通过辅助通风或呼吸对比密度气体(12,13]。它可以推断高架Wb有助于在高频疲劳劳累型的发展。尽管这个理由,不存在系统的量化Wb在的范围V′E经历了心力衰竭病人在动态运动。
心力衰竭患者的肺功能体现在整体限制性肺疾病,是次要的肺组织弹性的增加,和/或增加肺的能力下降由于心脏肿大(即。心脏肥大)[14- - - - - -18]。此外,我们有理由相信,气道阻力和肺组织更大的心力衰竭患者与健康相比,与个人在休息和运动(19,20.]。这种通气的紊乱,在这些患者中,将增加所需的呼吸肌肉的工作来达到和维持给定的潮汐卷(VT)和呼吸频率(fR),从而改变呼吸运动过程中观察到的模式。虽然许多研究者意识到呼吸系统更大的阻力和倒电容在这个人口,它是不确定这些参数在多大程度上导致整体走高Wb在这些病人在给定水平的预期V′E在运动。
本研究的目的是量化的电阻和弹性组件Wb稳定的高频和患者健康,与个人的标准化水平V′E在渐进式锻炼。心力衰竭患者提出,显示更大的电阻和弹性呼吸道肌肉在每个级别的工作V′E比对照组。目前,并没有特别的指导管理高频的呼吸道症状。这项研究可能的结果,因此,助手在现有的这些患者治疗策略的改进,和/或显示其他治疗目标考虑这一人群的临床管理。
材料和方法
主题和伦理批准
九高频的历史和9名健康,患者与对照组自愿参与本研究。研究招募的心衰患者必须满足以下条件:1)≥1年历史的高频;2)纽约心脏协会(NYHA)功能类I, II或III症状;3)超声心动图测量射血分数≤35%;4)没有危险的心律失常的历史;5)没有心脏起搏器;和6)前至少一个因心力衰竭住院。所有患者接受标准,优化管理的几种高频时的研究。与控制对象是从周围的社区,目前不吸烟者(过去15年),没有心脏或肺部疾病的历史。参与者被排除在研究如果他们的身体质量指数(BMI)≥35公斤·m−2和/或报告吸烟史> 15 pack-yrs。所有参与者提供书面知情同意参与这项研究,机构审查委员会批准的梅奥诊所和基础(美国罗切斯特、锰)。每个主题一直暴露在正式测试之前至少一次锻炼,即。所有人都熟悉的运动模式循环肌力测试。
渐进式锻炼测试
所有受试者进行了渐进式锻炼测试意志疲惫于电子制动直立周期测力计(矿脉Corival,格罗宁根,荷兰)。2分钟的渐进式锻炼协议开始卸下自行车、后输出功率增加每2分钟20 W(对心力衰竭病人)或30 W(对照组)。一个自我选择的踏板节奏(60 - 70转每分钟)是由每个主题,直到精疲力竭。心脏节律和心率监测渐进式锻炼期间连续测试。每个报告的速度感知发挥得分18 - 20的意志的疲劳。肺气体交换测定呼吸的气息通过质谱(型号1100;PerkinElmer沃尔瑟姆,美国马)和双向压差pneumotachograph(防止®;美国医学图形公司、圣保罗、锰),而穿鼻夹。报告为高峰值的平均值的最后60年代渐进式锻炼。
呼吸道压力
食管压力(P海洋能)测量使用乳胶balloon-tip导管(美国——贝瑟尔CooperSurgical Inc .特兰伯尔——,CT)插入通过鼻子∼45厘米远的鼻孔。balloon-tip导管与1毫升的膨胀空气和闭塞的测试21确保执行正确的位置(即。降低食管的三分之一)。口压力(P莫)取样通过侧端口的喉舌。导管的连接压差传感器(MP45;Validyne工程总公司,北岭、钙、美国),校准使用水压力计在每个测试之前。
呼吸力学
之前和之后的渐进式锻炼测试中,受试者执行7到10肺活量演习与不同程度的努力(即。20 - 100%的最大努力)。这些努力定义最大吸气和呼气煤层瓦斯信封为每个主题,以最小的文物由于胸气体压缩机(22]。受试者还指示执行最大吸气演习确定吸气量(IC)在年底休息两到三次每分钟在渐进式锻炼。所有的肺功能测试进行同时坐在自行车测力计。用于估计最大通气能力的方法(MVC)从他人所描述的进行了修改23,24]。呼气流量限制在运动的程度是评估通过比较主体的潮汐运动与他们的最大意志煤层瓦斯煤层瓦斯循环信封,通过确定主题的最大有效使用isovolume呼气压力压力技术(25]。前胸壁的静态反冲压力测量渐进式锻炼使用准静态放松技巧(26]。的组件Wb是量化使用修改坎贝尔图由流,压强和体积数据在渐进式锻炼(27]。读者指向网络数据对上述方法的详细描述程序的补充。
数据分析
质谱仪和pneumotachograph的模拟信号,P莫,P海洋能数字化在100赫兹(PCI-DAS6034;测量计算公司,诺顿,妈,美国),随后分析了另外的软件提供breath-by-breath肺气体交换和呼吸力学指标。呼吸力学指标都是平均进垃圾箱对应V′E20、40、60和80 L·分钟−1。
统计分析
主体特征、肺功能和峰值运动团体使用未配对t之间的数据进行比较。组之间的差异对所有呼吸力学指标标准化V′E在渐进式锻炼使用双向mixed-factor方差分析进行评估。鉴于肥胖(特别是内脏脂肪质量)是影响呼吸力学在运动(28),受试者体重是进入作为协变量的方差分析模型。对于大多数参数,体重不是一个重要的协变量。当体重被确认为一个重要的协变量方差分析模型,它并没有改变整个群体之间的差异观察到相应的参数。如果p < 0.05统计分析被认为是重要的。所有值都报道意味着±扫描电镜。
结果
学科特点和峰值运动数据
两个高频患者NYHA类我剩下的七个病人NYHA类II。高频组的平均射血分数32±1%。心力衰竭患者服用血管紧张素转换酶抑制剂(n的组合=9),利尿剂(n = 6),抗心律失常药物(n = 4),他汀类药物(n = 6),非选择性肾上腺素能受体阻滞剂(n = 8)和β1肾上腺素能受体阻滞剂(n = 2)。没有一个控制受试者服用处方药物对心血管、代谢或肺部疾病的研究。
受试者的身体特征、肺功能和高峰值是在锻炼表1。两个健康对照组和四个报道的心衰患者积极的吸烟史;所有其他参与者报告没有吸烟史。年龄和身高没有组差异,尽管体重和心力衰竭患者体重指数明显大于对照组(p < 0.05)。心力衰竭患者表现出显著降低值用力肺活量(FVC)、用力呼气量在1 s (FEV1),FEV1/ FVC、呼气流速峰值和用力呼气流量的25 - 75% FVC相较于对照组(p < 0.05)。然而,上述参数的预测值在心衰患者中,平均而言,正常范围的低端。然而,这些结果表明更大程度的肺限制和气道阻塞在心力衰竭患者相对于健康,与个人的学习。歇息的时候IC不是不同团体之间,呼气肺容积(EELV)静止显著降低心力衰竭患者与对照组(p < 0.05)。心力衰竭患者的胸壁合规(150±30毫升·而言不啻2O−1;预测99±6%)与对照组相比显著降低(182±38毫升·而言不啻2O−1;109±6% pred) (p < 0.05)。平均、最大摄氧量、工作速度,V′E和心脏频率显著降低心力衰竭患者与健康对照组(p < 0.05),并预测分数。
呼吸力学
呼吸的模式在渐进式锻炼对心力衰竭患者和对照组报道表2。心力衰竭患者与对照组相比,表现出更明显tachypnoea,较小的证明了这一点VT和更快的fR向更高水平的V′E(p < 0.05)。越高fR值在心力衰竭患者主要是由于吸气时间短得多相比于对照组(p < 0.05)。意思是吸气流在渐进式锻炼组没有差异。然而,意思是呼气流对心力衰竭患者比对照组略慢V′E40 - 60 L·分钟−1(p < 0.05)。
通气的发展约束在渐进式锻炼心力衰竭患者和对照组fure 1。在每一个级别的V′E心力衰竭患者表现出更大程度的呼气流量限制和煤层瓦斯运动循环占领更大比例的最大可实现的流率(即。MVC)与对照组(p < 0.05)。动态肺量提出了渐进式锻炼中获得图2。心力衰竭患者的动态肺容积系统在每个水平的降低与对照组相比V′E(p < 0.05)。为对照组,EELV明显高于休息值(即。在水平的动态恶性通货膨胀)V′E> 60 L·分钟−1(p < 0.05)。平均值的EELV心力衰竭患者系统性地高于在渐进式锻炼休息值(p < 0.05)。动态肺遵从性(CL,直流发电机)在心衰患者的水平显著降低V′E对应于20、40和60 L·分钟−1。出现了一个明显的,尽管不重要的差异CL,直流发电机心力衰竭患者和对照组之间V′E80 L·敏−1(264±26毫升·而言不啻2O−1与333±43毫升·而言不啻2O−1;p = 0.09)。
![图1 -](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/39/6/1449/F1.medium.gif)
通气约束在渐进式锻炼心力衰竭(HF)患者和健康对照组。呼气流量限制。b)每分通气量(V′E)。c)动态肺遵从性(CL,直流发电机)。数据意味着±扫描电镜。VT:潮汐卷;MVC:最大通气能力。*:与对照组相比p < 0.05。#:与对照组相比,p = 0.09。
![图2 -](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/39/6/1449/F2.medium.gif)
动态肺容积在渐进式锻炼心力衰竭(HF)患者和健康对照组。慢性心力衰竭患者的动态肺容积渐进式锻炼测试期间系统地降低与对照组相比。数据意味着±扫描电镜。EILV: end-inspiratory肺容积;EELV:呼气肺容积;V′E:每分通气量。*:与对照组相比p < 0.05。
总数之间的关系Wb和V′E提出了渐进式锻炼中图3。总Wb在给定的水平高吗V′E心力衰竭患者与对照组相比,在渐进式锻炼(p < 0.05)。的电阻和弹性组件Wb在渐进式锻炼所示图4。一般来说,吸气和呼气电阻Wb系统更高的心力衰竭患者与对照组相比,在每一个级别的吗V′E调查(p < 0.05)。吸气弹性Wb对心力衰竭患者显著高于对照组在吗V′E40 - 60 L·分钟−1(p < 0.05)。没有一致的组间差异的呼气弹性在每个级别的工作V′E(p > 0.30)。
呼吸的全部工作(Wb)与每分通气量(V′E)在渐进式锻炼心力衰竭(HF)患者和健康对照组。数据意味着±扫描电镜。*:与对照组相比p < 0.05。
![图4 -](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/39/6/1449/F4.medium.gif)
a、b)电阻和c, d)弹性工作的呼吸(Wb)与每分通气量(V′E)在渐进式锻炼心力衰竭(HF)患者和健康对照组。吸气,c)。b, d)呼气。数据意味着±扫描电镜。*:与对照组相比p < 0.05。
讨论
本研究的主要发现是稳定的心力衰竭患者面临着一个非常地高Wb与健康相比,年龄对于一个给定的水平V′E。此外,这些患者的总体成本较高的机械呼吸似乎是由于大量的电阻而不是弹性呼吸肌肉工作。电阻越大Wb心力衰竭患者最有可能反映出气管和肺组织阻力的增加。然而,吸气弹性略高Wb这些患者中观察到有关合并减少肺部和胸壁的遵从性。
Wb在高频
1934年,Christie和Meakins介绍(29日)是第一个提供直接证据,充血性心力衰竭患者经常出现的膨胀性受损的肺(例如CL,直流发电机)。从那时起,其他通气紊乱被描述在这个人口,从restrictive-obstructive在肺功能障碍功能虚弱的呼吸肌肉和身体活动期间严重通气约束的发展[14,30.- - - - - -34]。这些疾病会在一起会增加大量的工作执行的每个呼吸呼吸肌肉。许多调查人员提供支持使用替代措施的理由Wb,如pressure-time和张力时间指标P海洋能心力衰竭患者和横隔膜压力痕迹在运动(30.,35,36]。应该注意的是,这些参数并不代表呼吸肌肉工作本身,而是提供一个索引的呼吸肌肉血流量和耗氧量(37,38]。其他人已经确定Wb在心力衰竭患者使用P海洋能- - - - - -VT循环获得在运动(8,9,11,39]。然而,这些研究往往忽略了弹性工作发生胸壁的运动,因此,可能低估了Wb在这些病人。在目前的研究中,我们使用修改后的坎贝尔图更好的量化的整体Wb在运动(27]。图5礼物从心力衰竭患者和健康,代表数据标准化与控制问题V′E∼80 L·分钟−1。它可以指出的所有组件Wb明显更大的心力衰竭患者相比,控制主体,除了到期的弹性工作。这些观测范围的所有心衰患者的特征V′E调查(图4)。重要的是,系统的整体机械成本较高的心力衰竭患者的呼吸似乎是由于因素调节电阻的增加,而非弹性,Wb在渐进式锻炼(图6)。
![图5 -](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/39/6/1449/F5.medium.gif)
呼吸的电阻和弹性工作(Wb)在一个健康的控制主体(年龄71岁;体重78.0公斤;每分通气量80.5 L·分钟−1)和b)心力衰竭患者(纽约心脏协会功能类II;射血分数25%;年龄73岁;体重96.4公斤;V′E80.4 L·敏−1在渐进式锻炼)。P海洋能:食管压力。
电阻的相对贡献和弹性呼吸呼吸总工作(Wb在渐进式锻炼)。一般每个组件之间的关系Wb和每分通气量(V′E)在渐进式锻炼健康对照组和b)心力衰竭(HF)患者。吸气和呼气电阻的相对贡献Wb机械总成本的呼吸似乎对心力衰竭患者比对照组在渐进式锻炼。
电阻Wb
在协议与以前的观测20.,31日,32,34),本研究显示相对的心力衰竭患者与健康对照组相比更大的气道阻塞(表1)。因此,似乎没有多少心力衰竭患者准备增加潮汐流之前对侵犯肺部的机械约束在渐进式锻炼(即。呼气流量限制)。动态肺量也低,定位HF患者的潮汐呼吸肺容积的范围在最大可行的呼气流进一步降低。因此,这些患者表现出更大程度的呼气流量限制,意思是呼气流收益率略低于对照组在每一个级别的V′E。因此,呼气电阻越大Wb观察出现的生成相关的心衰患者呼气压力远远超出那些需要产生最大流量(40]。吸气的电阻Wb也在心力衰竭患者与对照组相比高分级运动。然而,这个更大的吸气电阻Wb没有伴随着更高的意思是吸气流动,更快的流速会上升在耗散压力损失的灵感。相反,它可能吸入的电阻Wb更大的心力衰竭患者是由于肺阻力增加。我们解释上述结果代表吸气和呼气电阻负载增加心衰患者的呼吸在身体活动。这种电阻负载增加心衰患者的呼吸从开发(或进行性恶化)可能出现肺充血和/或增加bronchomotor语气在渐进式锻炼(8,19,41]。
可以推断,左收缩功能障碍导致肺毛细管压力的增加,促进流体的渗透到肺间质(5,42]。肺充血被认为增加气道阻力减少腔的直径由于支气管或肺血管充血、和/或导致的界面和径向力不平衡气道壁本身(43- - - - - -45]。此外,extraluminal上升压力辅助肺充血可以促进动态关闭相关的航空公司在相对较低的透壁的压力对于任何给定的肺活量在过期(即。燕八哥电阻模型),尽管这加强气道湿似乎会增加所抵消bronchomotor基调。事实上,我们有理由相信,肺间质水肿导致心力衰竭患者气道hyperresponsivity的发展(“心脏哮喘”)45,46]。增加bronchomotor语气在运动可以促进“弯曲”的气道粘膜(特别是在过期),肯定会增加航空公司在自主呼吸的阻力。应该注意的是,我们的测量电阻Wb包括肺组织的压力损失hysteresivity本身。重要的是,肺组织的阻力增加当肺间质水肿的,在增加bronchomotor基调的实例(47- - - - - -49]。因此,它是合理的建议肺充血,通过主要或次要的影响,可能导致增加气道和肺部组织的阻力,从而增加了电阻负载在心力衰竭患者呼吸运动。
弹性Wb
总的来说,心力衰竭患者表现出更迅速,浅呼吸模式对于任何给定的水平V′E比对照组。这种“运动tachypnoea”是一个疾病的特征和出现负相关CL,直流发电机在运动中14。我们的数据与这些观察结果一致VT和CL,直流发电机系统地降低,fR在心力衰竭患者比对照组高,渐进式锻炼(表2和图1)。它可以推断,心力衰竭患者采用快速、浅呼吸模式以相对较低的操作肺容积,以避免高弹性Wb由于肺刚度增加。尽管这些努力,降低肺的遵从性和胸壁这些病人产生更高的吸气弹性Wb与对照组相比,在运动(无花果4和5);呼气弹性Wb在两组是微不足道的。
减少CL,直流发电机观察心力衰竭患者可能归因于大量的机制:肺和心脏组织之间的竞争为胸内的空间(如。心脏肥大);自然勃起的肺或支气管血管肿胀;肺间质水肿的发展,特别是在运动;和肺实质的改造由于循环细胞因子升高和/或慢性静压侮辱(18,41,50- - - - - -52]。虽然较低的机制CL,直流发电机已被描述在高频时,我们还指出,这些患者胸壁的合规是(∼18%)低于对照组。我们所知,后来观察没有报道unanaesthetised稳定的心力衰竭患者。原因增加刚度的胸壁人口尚不清楚。证据表明,主题人体测量特征并不能充分解释的差异合规的胸壁个体间53,54]。因此,它不太可能,胸壁合规是低高频组由于更大的体重、BMI的病人。此外,我们控制了胸壁下降与年龄相关的合规(54)心力衰竭患者通过比较健康,年龄的人。目前,精确的机制,导致患者胸壁合规的下降稳定高频需要进一步调查。
电阻之间的相互关系和弹性Wb
我们提醒读者,虽然每个组件的Wb一直在此讨论,分别对待我们不意味着任何程度的参数之间的隔离。影响电阻的增加的机制Wb可能会影响弹性Wb和反之亦然。如前所述,持续肺堵塞可能导致心衰患者(气道高反应45,46]。Bronchomotor语调不仅调节气道和肺组织抵抗,也决定了动态的支气管树倒电容(55,56]。例如,当航空公司合同的平滑肌层,产生压力的径向和纵向轴支气管树;这种张力增加所需的呼吸肌肉力量扩大肺沿着这些飞机的尺寸在灵感。事实上,最近的证据表明,气道平滑肌的松弛通过吸入短效支气管扩张剂的降低患者的肺阻力和倒电容高频(19]。因此,我们的数据,增加bronchomotor基调,因此,造成了减少CL,直流发电机在渐进式锻炼心力衰竭患者中观察到。
的影响及临床意义
的高度Wb观察心力衰竭患者需要更多氧气交付呼吸肌肉在运动,这显然是已经减少了患者心脏储备的问题。因此,呼吸肌肉可能与运动肌肉争夺心输出量在身体活动,从而损害病人的能力来执行日常生活的活动。事实上,氧传递运动肌肉增加体力活动时提高和宽容Wb是轻快卸载在心力衰竭患者高频运动(11- - - - - -13,57]。这些研究结果,结合本研究的观察,强调针对呼吸道症状的重要性在心力衰竭患者的管理。
方法论的注意事项
我们使用修改后的坎贝尔图量化的电阻和弹性组件Wb在运动。虽然这种方法已经广泛应用于过去(58- - - - - -60),技术不是没有局限性。我们的测量Wb不包括额外的机械成本的变形胸壁,hysteresivity胸壁组织,偏心(负)和/或等距工作执行的呼吸肌肉,胸压缩气体和腹部脏器的工作[59,61]。因此,修改后的坎贝尔图可能低估了真正的机械呼吸成本在我们的主题。应该记住,胸壁合规较低和呼气流量限制的程度,在运动过程中,对心力衰竭患者比对照组高。因此,呼吸肌肉的工作量输给了hysteresivity胸壁和变形,胸和气体压缩,必然应该更高的心衰患者。如果这些来源的呼吸肌肉工作占了在目前的研究中,不同的Wb观察各组最有可能会加重了,而不是减少。
本研究的心力衰竭患者,平均而言,比对照组(重表1)。虽然它是合理的建议,肥胖可能导致呼吸系统变量之间的差异组(即。高频与控制),进入参与者的质量作为协变量方差分析的执行在这个研究并没有改变我们的研究结果的意义(即。我们的观察无法充分解释为主题人体测量特征差异组)。然而,值得注意的是,有更多的人在心力衰竭患者比健康的同龄对照组(四个九的病人与两个九控制)。吸烟史也相对比对照组更大的心力衰竭患者,虽然这比较不显著。可能与吸烟有关的呼吸道口径可能占衰减的一些阻塞性改变观察心衰患者(34]。
结论
我们总报告Wb在心力衰竭患者比对照组高系统标准化V′E在体育活动。重要的是,我们已经表明,非常地高Wb心力衰竭患者主要是由于更大的电阻负载的呼吸。具体来说,心力衰竭患者采用快速浅呼吸模式在肺容积相对较低,以避免吸入弹性的高水平Wb。这种呼吸策略是以牺牲更大的通气的约束,呼气流量限制,因此,呼气电阻增加Wb。吸气电阻越高的原因Wb心力衰竭患者是不确定的,但可能需要增加气道和肺部组织抵抗,二次开发(或恶化)的肺充血、和/或增加bronchomotor语气在运动。负责的机制相对较低的合规胸壁的高频病人仍不清楚。总的来说,通气紊乱患者中观察到的高频影响增加机械(,因此,氧)呼吸在任何给定的成本V′E与健康相比,与对照组在运动。这些发现有助于研究日益增长的动力与高频呼吸并发症相关。
确认
本研究的作者要感谢k . O ' malley m . Hulsebus和a·米勒(心血管疾病,梅奥诊所,罗彻斯特,锰、美国)的协助招聘和数据收集。
脚注
可以从本文的补充材料www.www.qdcxjkg.com
支持声明
这项工作是由美国国立卫生研究院拨款71478 HL最初约翰逊。
感兴趣的语句
没有宣布。
- 收到了2011年7月22日。
- 接受2011年10月10日。
- ©2012人队