文摘
在一个健康的人,深灵感产生bronchodilation简约的航空公司,这可能由于瞬态发生膨胀的气管平滑肌(ASM)。我们提出,深呼气演习也产生bronchodilation由于瞬态气道壁和ASM压缩。
我们用猪支气管部分评估的影响深的灵感,和最大和部分过期的轻快(高频)呼吸道口径。呼吸演习模拟了不同透壁的压力用静水压力专栏:5到30而言不啻深灵感2O,最大过期30至-15而言不啻2O,部分过期10到-15而言不啻2O;在潮汐振荡的背景,5到10而言不啻2O在0.25赫兹。改变腔的横截面积在carbachol-contracted航空测量使用视频内窥镜检查。
深的灵感产生立即bronchodilation (∼40 - 60%, p = 0.0076),持续1分钟(p = 0.0479)。相比之下,最大到期后没有立即改变气道口径;然而,延迟后从4 s bronchodilatory反应是观察到的策略(p = 0.0059)和持续3分钟(p = 0.0182)。部分过期有很少或没有影响或呼吸道口径。
观察结果表明,气道壁扩张深灵感演习,但对深呼气演习。
在健康人类,呼吸演习如深灵感可以扩张之前签约航空公司(1- - - - - -6),代表着强大的生理机制维持呼吸道口径。这监管途径表现在观测的重要性深灵感反应减弱或消失在阻塞性疾病,如哮喘(1,2,5)和慢性阻塞性肺疾病(COPD) (7,8]。支气管扩张剂动作的灵感在活的有机体内可以解释为一种内在的反应气道壁伸展由于透壁的压力梯度生成在肺的通货膨胀。在体外、动态通货膨胀产生bronchodilation气道收缩段(9,10]。的大小和持续时间bronchodilation与观察气道段相当在活的有机体内建议的行动深灵感始于气道水平(3,10]。
的临床影响bronchodilation深吸气后显示在测试中,如在1 s (FEV用力呼气量1)或用力肺活量(FVC)。至关重要的是,这些演习是产生bronchodilation之前很深的启示,这本身可能会影响肺功能临床和实验数据。例如,当评估阻塞性疾病患者缺乏或存在深灵感决定观察气道高反应的程度在这组1,11]。由于这些复杂影响呼吸道演习,不涉及深灵感已经使用作为一种替代方法,尤其是部分强制过期(2,12- - - - - -14]。虽然使用的意图避免FEV的深吸气阶段1,它是未知是否FEV的呼气阶段1或其他呼气演习,本身可以影响呼吸道口径。
虽然深灵感和深过期最初对呼吸道口径起到相反作用(拉伸与压缩)的证据在体外研究表明,运动的动态特性,最终决定了气道反应。特别是,气管平滑肌的长度或振荡变化(ASM)在体外减少肌肉力量(15,16]。然而,自适应属性(可塑性)ASM也同样敏感的增加和减少的长度(17),这是一个合理的机制的响应ASM动态拉伸与呼吸相关演习(18]。因此,机械拉伸和压缩可能导致对呼吸道口径的影响引起呼吸演习。重要的是,如果过期并起到类似的作用为灵感,然后FEV的呼气阶段1、FVC和实际上部分到期也将有利于bronchodilation这些措施和影响呼吸道口径或响应能力。
目前研究的目的是描述的反应气道壁分别吸气和呼气演习,包括深灵感(通胀肺活量(TLC))、最大呼气(通胀TLC然后通缩残余容积(RV)),和部分过期(从潮汐卷结束通缩RV)。我们是特别感兴趣的呼气阶段是否临床相关的参数,比如FEV1FVC或部分过期,可以通过生产bronchodilation调节气道口径。基于我们之前的发现(9,10]我们假设bronchodilatory反应不同的呼吸演习将表达的水平气道不需要来自airway-parenchymal机械相互作用或中央神经反射。支气管部分从猪被感染碳酰胆碱和支气管扩张剂反应呼吸策略通过视频内窥镜检查记录。呼吸演习模拟了不同气道的透壁的压力,它应用了一种动态振荡压力列。
方法
动物的处理
所有动物实验符合制度伦理和动物保健单位规定(动物伦理委员会,西澳大利亚大学,珀斯,澳大利亚)。白长白猪猪(∼30公斤)最初镇静tiletamine / zolazepam·kg(4.4毫克−1坜)(Virbac、Peakhurst、澳大利亚)和甲苯噻嗪(2.2 mg·公斤−1坜)(特洛伊实验室,史密斯菲尔德,澳大利亚),然后抽血pentobarbitone钠麻醉下(30毫克公斤−1注射)。肺被切除和运输,在冰,解剖实验室的航空公司。
气道的准备
一段支气管的右肺下叶的解剖,开始从大叶性支气管和扩展∼5厘米远。所有侧分支结扎生产杜绝了准备。的两端支气管插管和组织准备是水平放置在一个定制的有机玻璃器官含加油(95%啊2和5%的公司2)柠檬酸溶液(氯化钠121毫米;氯化钾5.4毫米;MgSO41.2毫米;NaHCO325毫米;morpholinopropane磺酸钠5.0毫米;葡萄糖11.5毫米;和CaCl22.5毫米)在37°C。先前的气道段被拉伸长度近似猪肺功能余气量,即。∼105%的完全收缩长度0而言不啻2O (19]。
视频内窥镜检查
气道腔口径的变化(即。横截面积)支气管收缩的受体激动剂和呼吸演习被视频内窥镜检查记录,如前所述[20.]。形态测量学不同,测量获得的这种方法不包括该地区或周边间隙之间的包含。一个刚性fibreoptic内窥镜(奥林巴斯ses - 1711 d;奥林匹斯山,山谷中心,PA,美国)耦合到摄像机(DFW-SX900;索尼(Sony)、日本东京)插入腔通过近端气道插管。内窥镜被锁在一个位置适合想象航空公司之间的一代10和12(气管= 0)一代。录音之前气道腔是沾染了一个蓝色的染料使用钢环器帮助可视化。腔的彩色视频图像实时显示和记录在个人电脑使用video-acquisition软件(我1.21;美国CA Unibrain,圣拉蒙)。
模拟呼吸演习
呼吸演习模拟通过控制气道透壁的压力,这是阳性潮汐呼吸和深吸气,深过期的和消极的。透壁的压力设定的静水压力列的高度与气道腔串联连接。通过使用这种方法气管腔的压力,因此透壁的压力,由压力的相对高度决定列中线的段。因此透壁的压力是积极当列的高度超过了气道中线和消极时列的高度低于气道中线。动态呼吸演习(稍后讨论)被骑自行车的高度模拟列使用计算机控制的注射泵的压力。注射器柱塞是由直流电机驱动(M540;McLennan伺服供应,灰谷,英国)使用BioPWM顺序电动机控制器(V0.3)和定制设计的软件(由美国德卡塔尼亚;西澳大利亚大学,珀斯,澳大利亚),使正弦或斜坡运动所需的频率。注射泵是校准建立注射器位移之间的线性关系和流体高度压力的变化列。压力变化证实了变换器(MPX2010DP; Motorola Inc., Schaumburg, IL, USA) connected to an airway lumen port in the organ bath. Pressure signals were recorded using a PowerLab 2/20 data-acquisition system (ADInstruments Pty Ltd, Bella Vista, Australia).
试验协议
气道准备被允许1 h平衡器官浴条件在实验开始之前,在此期间内腔和动脉外膜段定期刷新了新鲜克雷布斯的解决方案。通过观察气道收缩组织可行性确认乙酰胆碱(0.001米),后跟一个30分钟冲刷和恢复时期。
气道体积历史和动态环境的最初设定的三个深灵感之后,20分钟的潮汐振荡,模拟正弦周期5至10而言不啻透壁的压力2O在0.25赫兹(即。人类的呼吸频率)。潮汐振荡持续,航空公司签约10−6M卡巴可管理的外膜表面气道,平均有效浓度(EC50)浓度产生∼腔面积减少35%。初步研究表明,气道狭窄稳定30分钟后碳酰胆碱,至少,还有10分钟(见结果部分)。因此,我们的方法是诱导呼吸操纵30分钟后的碳酰胆碱,然后跟踪10分钟post-manoeuvre气道腔区域。结束时记录时期碳酰胆碱是取代新鲜的柠檬酸溶液和气道被允许放松了40分钟,与常规冲洗外膜和腔的表面。整个协议然后重复下一个呼吸的空间。
动态呼吸演习
三个呼吸演习每个气道管理在一个随机的顺序。深灵感组成的一个线性斜坡从5到30而言不啻增加压力2啊,2 s暂停年底灵感和斜坡下降5而言不啻的压力2o .部分过期由斜坡从5到-15年而言不啻减少压力2啊,2 s暂停年底到期,5而言不啻坡道增加压力2o .最大有效期满前两个演习相结合,深吸气的初始阶段,包括复制2 s暂停30而言不啻2O(灵感),紧随其后的是一个大斜坡下降-15而言不啻的压力2啊,2 s暂停(结束到期),最后5而言不啻坡道增加压力2o .各自的吸气和呼气压力30他而言不啻结束2O和-15而言不啻2O意味着压力振幅之间的可比性吸气和呼气演习(即。从7.5的平均压力而言不啻2O在潮汐振荡,灵感30而言不啻2O或到期-15而言不啻2啊,压力变化而言不啻是22.52O)。压力变化的速度是所有演习保持不变,为12.5而言不啻2O·年代−1。例子压力痕迹表明潮汐振荡,所有三个呼吸演习,和相关的测量点所示图1。
示意图显示气道透壁的压力和点的测量之前,期间和之后深灵感(DI)和最大和部分过期策略。Pre-manoeuvre, b)结束30而言不啻灵感2O(深吸气和最大呼气),c) -15年底到期,不啻2O(最大和部分过期),d)后的第一个测量策略(0)和e)测量4 s策略。其他测量也获得了在30年代,1、3、5和10分钟演习后,和前政府的碳酰胆碱(即。放松气道)。
分析和统计
腔横截面积是由手动跟踪量化在支气管管腔面积使用ImageJ 1.44(美国国家卫生研究院,马里兰州贝塞斯达)。图像校准使用探针的直径插入腔。评估bronchodilatory每个策略的潜在影响,气道腔区(一个)在不同post-manoeuvre跨度为(t)被表示为复苏气道狭窄百分比卡巴可如下:
在哪里一个pre-manoeuvre启动前腔面积的模拟呼吸空间(简约碳酰胆碱)和一个pre-carbachol之前放松气道腔区域的碳酰胆碱。积极的复苏表示bronchodilation百分比(即。100%恢复对应完成逆转的收缩),而消极的百分比复苏表示额外的收缩。量化腔的压力(线性)在每个呼吸操纵腔周长的变化(P在吸气和呼气结束计算如下:
在哪里Pinspir / expir腔吸气或呼气末和周长Ppre-manoeuvre前腔周边操纵碳酰胆碱(收缩)。一个积极的表示气道扩张和消极应变压缩腔压力。气道形状在基线,收缩后碳酰胆碱和吸气和呼气演习期间,使用循环指数评估。循环指数计算的比率测量腔面积从周边假设预测循环(即。4π×面积/周长2一个比一个表明一个完整的圆圈)。
所有数据都表示为±扫描电镜,所有统计数据进行GraphPad棱镜(v4.03;GraphPad软件,圣地亚哥,美国CA)和Statistica (StatSoft Inc .)、塔尔萨,美国)。重复测量单向方差分析是用来比较放松气道腔区(即。气道大小)和气道的大小缩小启动前的演练。存在bronchodilation或支气管收缩后被双尾一个样本t检验与评估策略的提出意味着零(腔的面积没有变化)。对比bronchodilation深吸气和最大呼气后被双向方差分析和Newman-Keuls评估事后测试,与空间和时间重复变量措施。(深腔周边菌株年底灵感灵感与最大过期)和结束过期(最大过期与部分过期)比较采用配对t检验,而重复测量单向方差分析是用来比较菌株以灵感与结束到期(值得注意的是,这种分析绝对压力比较;看到结果部分)。为了一致性,测量腔周边菌株也评估双尾一个样本t检验对提出的均值为零。被认为具有统计显著性p < 0.05。
结果
吸气和呼气的影响上气道狭窄
我们评估的影响吸气(深灵感)和呼气(最大和部分过期)演习气道狭窄。最大呼气样本图像序列,包括气道狭窄碳酰胆碱,初始深度的灵感(气道扩张)和随后的呼气策略(气道压缩)所示图3。在这个例子中,气道扩张年底灵感(增加腔区)和压缩(减少腔面积)年底过期很明显。
![图3 -](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/40/2/455/F3.medium.gif)
样本图像序列的最大过期策略。腔图像拍摄前)和b)缩小碳酰胆碱后,年底灵感c)和结束到期d)和几家后跨度为策略(e, 4 s)。通常没有变化在气道腔最大后立即到期,但扩张明显在4 s。比例尺= 2毫米。
检查每个呼吸操纵bronchodilatory的潜在影响,气道管腔面积的变化在每一个策略(深度灵感,和最大和部分过期)被表示为复苏气道狭窄百分比(图4)。符合我们之前的结果(9),深吸气产生直接bronchodilation (p = 0.0076),持续1分钟后操纵(p = 0.0479),沉降在3分钟(p = 0.1803)。相比之下,后立即最大过期(0)气道收缩和扩张,但扩张方面表现出显著的4 s (p = 0.0059), 3分钟(p = 0.0182),但不是在5分钟(p = 0.0917)。bronchodilation最大过期在4 s的大小为15.0±1.2%恢复不到28.7±2.2%恢复深吸气后在同一时间点(p = 0.0002)。在所有其他后续跨度为之间没有显著差异的比例恢复深吸气和最大呼气。形成鲜明对比这两个深吸气和最大呼气,偏过期未能产生任何扩张,一些可能的初始进一步收缩(nsp = 0.1367),由4 s完全缺席。
百分比复苏(n = 5)在深吸气后气道狭窄,和最大和部分过期。深灵感产生立即bronchodilation (p = 0.0076),持续至少60年代。气道是无论是扩张还是收缩最大后立即到期;然而延迟bronchodilatory反应是观察从4 s (p = 0.0059), 180年代后操纵(p = 0.0182)。相比之下,部分过期没有产生显著改变气道口径(重要的是没有bronchodilation),尽管有增强的趋势缩小后立即操纵(不显著p = 0.1367),但后来缺席4 s。
腔的压力在吸气和呼气
量化的程度气道壁扩张和/或压缩在每个呼吸空间,腔的周边应变(百分比)估计结束灵感和终端过期(图5从零),这些都是统计学意义评估样本t。腔的压力为18.6±6.6%和15.1±3.1%的灵感深吸气和最大呼气,分别和-21.2±3.4%和-23.9±3.0%最大和部分过期过期,分别。没有统计学差异的大小应变之间结束灵感深吸气和最大呼气(p = 0.4599),或者结束到期之间最大和部分过期(p = 0.4376)。当应变方向被忽略即。扩张与压缩)之间没有区别应变的大小(绝对压力)端灵感与端过期(p = 0.5753)。
腔周边应变(n = 5)以灵感,在深吸气和最大呼气,在年底到期,在最大和部分过期。没有统计学差异的大小应变之间结束灵感深吸气和最大呼气(p = 0.4599),或者结束到期之间最大过期和部分过期(p = 0.4376)。应变的大小也没有区别(绝对压力)端灵感与端过期(p = 0.5753)。
最后,我们认为如果腔变得不那么圆的可能性,特别是在压缩策略,这可能限制ASM的压力。然而,我们没有看到毛腔尺寸的变化,这是证实了循环指数在所有条件下(> 0.94)。
讨论
本研究确定呼吸道口径,这是由深吸气演习,也是深呼气调制的演练。建立在先前的调查结果,气道反应呼吸运动是由直接拉伸气道壁(9,10,21,22),我们使用一个孤立的气道模型在体外然后呼吸道演习模拟不同透壁的压力。我们的研究结果表明,航空公司表现出一种内在的bronchodilatory积极应对高透壁的压力伴随肺通货膨胀,而不是消极(抗压)透壁的压力达到深度过期时。
我们评估三个不同的呼吸道演习的影响:1)深灵感,包括大型阳性(30而言不啻透壁的压力2O)膨胀(拉伸)气道壁;2)部分过期,压缩气道壁(-15而言不啻-透壁的压力2O);3)最大过期,基本上结合膨胀和压缩演习(即。30至-15而言不啻2O)。结果表明,气道壁展览一个内在bronchodilatory响应机械拉伸伴随深灵感,确认我们的早期的发现(9,10,22];但是没有这样bronchodilatory反应气道压缩伴随深过期(部分过期)。相比之下,气道部分到期后立即更狭隘的,尽管这并不显著(p = 0.1367)和任何有意义的变化是完全缺席4 s。最后,对最大过期,它涉及到一个初始深度的灵感,占据主导地位的反应是bronchodilation,尽管延迟,部分抵消了bronchodilation墙的大小压缩在随后深呼气策略来实现。
我们密切关注我们之前研究的系统性方法积极的透壁的压力模拟深灵感产生bronchodilation支气管收缩段在体外(9]。精确的透壁的压力,发生在不同的呼吸演习在活的有机体内很难预测,但是我们定义深灵感为30而言不啻通货膨胀2O因为这对应于高原压力-容积曲线的气道(23]。对最大和部分过期,我们模拟气道壁压缩为负(真空计)透壁的压力出现在深呼气动作,还可能涉及到动态气道压缩。-15年底到期是任意定义为不啻2O,通胀和通缩演习产生类似的振幅变化(即。改变压力而言不啻是22.52轻快O)。我们也选择使用一个高频的,但生理上相关,气道狭窄。鉴于气道收缩(缩小)的水平在很大程度上影响呼吸系统的响应演习(22),航空公司被缩小到一个近似EC50剂量。氯化氨甲酰胆碱腔面积,减少了∼35%在活的有机体内会有一个有意义的对气流的影响(减少了60%,假设同质收缩和层流)同时还不是最大限度地承包ASM。
在标准的肺功能测试(即。FEV1FVC)深吸气之前最大呼气bronchodilation产生,因此,影响后续呼气流量(2,24]。bronchodilation深灵感的潜在影响的评估期间气道反应/高反应性记录,尽管潜在的影响还没有完全欣赏。自bronchodilatory应对深灵感的大小不同的疾病包括哮喘和慢性阻塞性肺病(1,2,5,7,8),期间深灵感的存在与否支气管挑战将会改变的严重程度高反应性。如果深灵感从支气管挑战剂量反应曲线从健康和哮喘个体收敛1,11]。任何bronchodilatory响应过期可以进一步复杂化这个场景;然而目前的数据现在支持假设呼气演习不影响呼吸道口径通过调节ASM的力量。
正如前面所讨论的,也有航空公司更倾向于狭隘的后边缘的呼气相的策略意义和持久的只有4 s。过期后残余气道压缩可能反映气道壁的惯性和粘滞特性(即。气道将不会回到其预压腔面积压缩负荷时立即删除),因此瞬态机械效应而非生物反应应用机械刺激。这些机械效应如何影响肺功能测试是不清楚,因为在这个临床场景中,在呼气流量资料评估策略而不是提高后,一样在我们的协议。不管上面的考虑,目前的研究仍然是公司的主要结论:气道壁不积极响应压缩策略通过生产bronchodilation类似于深灵感。
有令人信服的证据表明bronchodilation深吸气在活的有机体内(1- - - - - -6)是由直接拉伸延长ASM和气道壁产生的减少迫使代(9,10,15,16,21,22]。Bronchodilation径向拉伸模拟深灵感是人类的普遍反应和猪支气管部分(9,10),尽管在某些条件下适度收缩反应一直在观察猪(25),裸露的一些关系深灵感观察支气管收缩的反应在哮喘的个体26]。减少了ASM力机械拉伸后可能是由于横桥的冷漠15)和/或出现的结果自适应ASM属性包括收缩纤维的重组18]。然而,尽管是ASM延长或机械拉伸更经常与ASM反应,它可能是长度变化(加长或缩短),最终问题和底层细胞机制也可能对肌肉缩短/压缩。的确,ASM的自适应特性同样对延长和缩短,即一种慢性的增加或减少在ASM长度改变长度张力特征(17]。也是可行的,横桥绑定可能敏感细胞压缩,但据我们所知这之前没有检查。在目前的研究中我们提出呼气演习,涉及ASM压缩,也有利于减少和bronchodilation ASM力量。我们的数据不支持这种可能性。
一个可能的解释为过期的缺乏影响呼吸道口径是ASM长度变化的振幅在操纵低于启动ASM减少所需的力量。多项研究表明,bronchodilation的大小取决于应用拉伸或压力变化的振幅(4,9,15,21,22]。虽然我们应用相同的更改在通货膨胀和通货紧缩的压力,有可能是压力应用于ASM呼气演习可能是少,例如如果气道壁耐压缩比扩张。虽然很难评估动态ASM长度变化原位,在目前的研究中,我们使用气道腔的周边应变测量在吸气(积极应变)和呼气(负应变)阶段的演练。结果表明,吸气和呼气演习产生类似的观察气道壁应变,鉴于bronchodilation灵感,气道压力的水平足以修改ASM的力量。
然而,重要的是要考虑到腔周边应变并不是一个直接代理ASM的压力。气道壁,内部肌肉,压缩时可能会变得更厚的机动和相对薄在扩张。腔的周边紧张可能会高估ASM应变在过期。数据从先前的研究中,使用解剖光学相干断层扫描测量墙壁和腔的尺寸(27),用于占任何差距ASM和腔的周边由于内壁的厚度。这些数据被用来预测ASM的周长的变化测量腔的面积变化假设循环和恒壁区。分析结果表明可比ASM应变在吸气和呼气(分别为15%和-18%应变)。孤立的ASM研究[15]表明长度变化超过4%将产生大量减少ASM力量,因此,似乎不太可能降低反应深度过期(即。缺乏bronchodilation)可以解释为一个应用ASM应变低于足以调节的ASM力量。最后可能过期未能产生bronchodilation是气道折叠压缩ASM长度没有变化,尽管在目前的研究中我们没有看到证据腔形状的变化在通缩总值(图3证实了),这是缺乏循环指数的变化。
总之,我们发现大力支持的观点深呼气演习不会引起bronchodilation,支持部分呼气演习的概念可以用来评估支气管收缩没有污染测量本身改变了ASM基调。这些发现表明,在ASM敏感动态机械拉伸,它是对瞬态压缩事件。
脚注
支持声明
项目资金支持的研究从澳大利亚NHMRC(513842号)和雷恩医疗研究基金会。P.B.高贵的薪水是NHMRC生物医学提供的奖学金(513921号)。
感兴趣的语句
没有宣布。
- 收到了2011年10月27日。
- 接受2011年12月13日。
- ©2012人队