Заден план Тежкото затлъстяване причинява респираторна заболеваемост и смъртност. Въздействието на затлъстяването върху механиката на дишането не е напълно изяснено.

наблюдателно

Пациенти и методи Извършихме цялостно наблюдателно изследване на обема на белите дробове и еластичността при девет затлъстели и девет лица с нормално тегло, седнали и легнали по време на спонтанно дишане. Общият капацитет на белите дробове (TLC) в седнало положение и в легнало положение бяха измерени чрез метод за разреждане на хелий с много дишания. С помощта на балонни катетри се регистрира налягане в хранопровода (Poes) и стомаха (Pgas). Транспулмоналното налягане (PL) се изчислява като налягане в устата (Pmouth) -Poes и се измерват пълните криви на обема на PL на издишване.

Резултати Групата със затлъстяване имаше индекс на телесна маса (BMI) от 46,8 (17,2) kg/m 2, а нормалната група имаше BMI от 23,2 (1,6) kg/m 2 (p = 0,001). Затлъстелите и нормалните са били съпоставени по възраст (p = 0,233), пол (p = 0,637) и височина (p = 0,094). Затлъстелите са по-ограничени от нормалните (TLC 88,6 (16,9) срещу 104,4 (12,3)%, прогнозирано, p = 0,033; FEV1/FVC 79,6 (7,3) срещу 82,5 (4,2)%, p = 0,325), имат драстично намален експираторен резерв обем (ERV 0,4 (0,4) срещу 1,7 (0,6) L, p 2 = 0,43, легнало R 2 = 0,66, p 2 = 0,51, легнало R 2 = 0,62, p

Статистика от Altmetric.com

Ключови съобщения

Кой е ключовият въпрос?

Затлъстяването е свързано с промени в обема на белите дробове, но физиологичният произход на това е неизвестен.

Какъв е долният ред?

Основните аномалии при затлъстяването са предаването на високото налягане в интраабдоминалното отделение към гръдния кош, което драстично намалява функционалния остатъчен капацитет и обема на резерва за издишване и задължава пациентите да дишат по-плоска, по-малко ефективна, част от кривата им налягане-обем, увеличавайки работата на дишането.

Защо да чета нататък?

Това всеобхватно проучване за първи път измерва цялата крива на издишване-обем при спонтанно дишащи и неседатирани затлъстели лица, като обяснява засиленото дишане и анализира връзката между интраабдоминалното налягане и променените обеми на белите дробове.

Въведение

Огромното нарастване на затлъстяването през последните десетилетия изисква спешни стратегии за обществено здраве за възрастни1–3 и деца4 и по-добро разбиране на аномалиите на дишането от тези, които се грижат за пациенти със затлъстяване. От гледна точка на дишането се приема, че в сравнение с лица с нормално тегло, затлъстелите лица могат да имат намален общ белодробен капацитет (TLC) 5, 6 и да дишат с по-нисък функционален остатъчен капацитет (FRC). 7-10 Затлъстяването увеличава работата на дишане, невронно дихателно шофиране, 11, 12 задух, 13 причинява нарушено сън дишане и в крайна сметка хиперкапнична дихателна недостатъчност. 7, 14, 15 Детайлите на ненормалната подлежаща белодробна механика все още предстои да бъдат изяснени.

Промените в обемите на белите дробове с поза са важни. 16–19 При нормални субекти FRC пада, когато преминава от седнало положение в легнало положение. За разлика от тях, затлъстели лица, 8 които дишат по-близо до остатъчния обем (RV), когато са седнали, могат да достигнат затварящ обем на дихателните пътища и FRC може да не намалява допълнително с легнало положение. PEEPi), 22, 23, а някои имат по-висок праг на налягане на инфлацията в дихателните пътища.23 Проучване на Pelosi et al24 при седатирани и парализирани пациенти със затлъстяване предполага, че високото вътрекоремно налягане може да има важен ефект върху механичните свойства на дихателната система, но използваната методология не позволява техните констатации за оперативни белодробни обеми да бъдат екстраполирани върху спонтанно дишащи субекти.

Следователно целта на настоящото проучване е да се извърши цялостно проучване за определяне на факторите, допринасящи за нарушена белодробна механика при затлъстели, но иначе здрави хора както в седнало, така и в легнало положение.

Пациенти и методи

Изследването е одобрено от местната комисия по етична изследователска комисия King’s College Hospital. Обърнахме се към затлъстели, но иначе здрави пациенти, обикновено присъстващи за разглеждане на бариатрична хирургия, и нормални субекти в болница King’s College, за да участваме. Всеки участник даде писмено информирано съгласие. Никой от участниците не е бил активен пушач, трима от затлъстелите и двама от нормалните субекти са бивши пушачи, всеки от тях с история на тютюнопушене по-малко от 10 пакетни години.

Методите, използвани в това проучване, са установени в клиничната практика; 25–28 за по-подробен доклад за измервания на антропометрични данни, белодробна функция, динамично съответствие, налягане и електромиограма (EMG), моля, обърнете се към онлайн добавката.

Съотношението на налягането в хранопровода и устата, измерено по време на усилия срещу запушване (Poes: Pmouth), беше използвано, за да се провери правилното поставяне на катетъра на езофагеалния балон. Той е бил 1,05 (0,06) в нормално положение срещу 1,01 (0,08) при затлъстели лица (p = 0,299) и 0,98 (0,05) в нормално положение срещу 0,93 (0,04) при затлъстели, когато е в легнало положение (p = 0,039).

Дихателни маневри

Дишане в покой и запис на кривите на обема на налягането

Дишането в покой се записва в продължение на 2 минути, докато е отпуснато, седнало на фотьойл и в продължение на 2 минути легнало легнало на легло, главата лежи върху възглавница, носещо щипка за нос, дишащо през фланцов мундщук, свързан с пневмотахограф. След това пациентите извършиха три TLC маневри през спирометър (Morgan, Massachusetts, USA), последвани от кратки и поетапни оклузии и отвори на мундщука при различни белодробни обеми, за да получат криви налягане-обем (PV) над пълния жизнен капацитет на издишване ( Фигура 1). Измерванията бяха повторени 3-5 пъти, когато са седнали и 3-5 пъти, когато са в легнало положение. В допълнение, тъй като спирометърът осигурява затворена система, успяхме, докато субектите се преместиха от седнало положение в легнало положение, да определим промени в FRC и TLC. За тази цел субектите извършиха маневра на инспираторен капацитет (IC) в седнало положение и, позволявайки няколко приливни вдишвания да се приспособят за новата поза, друга маневра на IC, когато се отпуснат на стол, наклонена назад с хоризонтално тяло. След това бяха накарани да седят отново изправени, за да извършат трета маневра на IC. Субектите останаха свързани с мундщука, докато се подлагаха на тази маневра, и това даде възможност за измерване на разликите в IC и TLC (фигура 2). Маневрата беше повторена 2-3 пъти.

Дихателна маневра, извършена за генериране на кривите налягане-обем. ЕМГ парастернална интеркостална активност (горна следа) и ЕМГ коремни мускули (втора следа), мускулната активност могат да бъдат ясно идентифицирани в вдъхновение между ЕКГ артефактите. Активността на инспираторните мускули намалява, докато се достигне функционален остатъчен капацитет (FRC) и мускулната активност на експираторния мускул след това се увеличи при обеми на белите дробове под FRC. Оста X показва времето в секунди.

Опростена схематична илюстрация на обемите на белите дробове в легнало положение и в легнало положение при нормални и затлъстели индивиди, изразени като литри (горен панел) и процентно предсказано TLC (долен панел). Параметрите са получени от таблици 2 и 3. TLC, общ белодробен капацитет; IRV, инспираторен резервен обем; Vt, дихателен обем; ERV, резервен обем на издишване; RV, остатъчен обем.

Статистически анализ

Анализирахме данни от всички записани PV криви. Средно и SD се отчитат за нормално разпределени данни. Отчитат се корелации между променливите, използващи R2-стойността. Груповите разлики бяха сравнени с помощта на несдвоен t тест и промените в параметрите при смяна на позата от седнал в легнало положение бяха анализирани с сдвоени t тестове. Точният тест на Fisher беше използван за анализ на категорични данни (пол). Счита се, че разликите са от значение при р 2) и девет контроли с нормално тегло (среден (SD) ИТМ 23,2 (1,6) kg/m 2). Трима от затлъстелите и двама от контролните субекти са бивши пушачи (2 = 0,69, p Вижте тази таблица:

  • Преглед на линия
  • Преглед на изскачащия прозорец

Антропометрия и спирометрия

Спирометрия и белодробни обеми

FEV1 и FVC (L) са намалени при затлъстели пациенти. Субектите със затлъстяване са имали по-малък TLC, изразен като прогнозен процент и по-малък жизнен капацитет. IC (дефиниран като TLC минус FRC) не се различава между групите, когато са седнали. FRC в седнало положение е намален при затлъстяване, измерено в литри и изразено като FRC/TLC. Въпреки че FRC е по-голям в легнало положение, когато се изразява като обем (в литри) в нормални стойности, той е подобен между групите, когато се изразява като процент от TLC. RV в абсолютен обем (литри) е сходен и в двете групи, но RV/TLC при затлъстелите лица е по-висок. Резервният обем на издишване (ERV) е значително намален при затлъстелите (таблица 2; фигура 2). Обиколката на талията корелира отрицателно с FRC (R 2 = 0,47, p 2 = 0,41, p Вижте тази таблица:

  • Преглед на линия
  • Преглед на изскачащия прозорец

Общ белодробен капацитет и подразделения, седнали и легнали

Криви налягане-обем (PV), седнали на нормално (N9, мъжки, 66 години, 1,72 m, индекс на телесна маса (BMI) 23,3 kg/m 2; пълни кръгове) и съответстващи на затлъстяване (O1, мъжки, 60 години, 1,73 m, ИТМ 34,4 kg/m 2; отворени кръгове) обект. Нивата на функционален остатъчен капацитет (FRC) и динамичното съответствие са обозначени с удебелени сиви ленти. PV кривата при затлъстелите е ограничена в обема на белите дробове и намалена в наклон, FRC е ниска. Въпреки разликите в наклона на статичните PV криви, динамичното съответствие, илюстрирано от диагоналните сиви ленти, не се различава съществено между затлъстелия и нормалния обект.

Криви налягане-обем легнали на нормален (N9, запълнени кръгове) и съвпадащи затлъстели (O1, отворени кръгове) субект. В сравнение със седналата стойка, наклонът на кривите е намален, а при затлъстяването функционалният остатъчен капацитет се доближава до остатъчния обем. Динамичното съответствие е по-ниско, отколкото в седнало положение и е по-различно между затлъстелите и нормалните обекти.

Намаляване на TLC, когато легналото положение е било малко и подобно при нормални и затлъстели групи (-0,24 (0,08) L в норма срещу -0,25 (0,08) L при пациенти със затлъстяване, p = 0,70). Когато е в легнало положение, IC намалява само при затлъстели лица и FRC остава постоянен и в двете пози при затлъстели субекти. При нормални субекти IC се увеличава при преминаване в легнало положение, въпреки намаляването на TLC, с падане от приблизително 500 ml в FRC с промяна в позата (таблица 2, фигура 2). За разлика от това, IC не се е променил в групата със затлъстяване и петима със затлъстяване не са имали измерима ERV при легнало положение.

Динамично и статично съответствие на белите дробове

Дихателният обем (Vt) е сходен между групите и не се променя значително при позата. Динамичното съответствие на белите дробове в седнало положение, изразено като% предсказана TLC, за да се коригира различна височина и пол, не се различава между групите. С промяна в позата в легнало положение динамичното съответствие намалява и в двете групи (таблица 3; фигури 3 и 4). Изчисленият среден диапазон на наклона на статичните криви на издишване на PV не разкрива значителна разлика между групите в диапазона от 50–60% предсказана TLC, но има намалено съответствие между 60 и 70% от предвидената TLC при затлъстели лица, седнали и легнал (таблица 4; за отделни PV криви, моля прегледайте онлайн добавката).

Приливно дишане и динамично съответствие

Статично налягане по време на максимално усилие за вдишване и статично издишване

Крайно издишване при FRC по време на приливно дишане

При FRC налягането в езофагеалния край на издишването е по-високо в групата със затлъстяване, когато седи и лежи. И двете групи разкриват подобно увеличение (средна промяна от 7,4 срещу 8,8 cm H2O) на средното езофагеално налягане при смяна в легнало положение. Стомашното налягане в края на издишването е по-високо в групата със затлъстяване, седнали и легнали. Вътреабдоминалното налягане обаче спада при смяна от седнало положение в легнало положение и в двете групи с около 5 cm H2O. Трансдиафрагмалното налягане в края на издишването не се различава между двете групи, седнало и в легнало положение, и е в съответствие с уравновесяването на налягането между коремното и гръдното отделение в легнало положение. Транспулмоналният натиск е бил значително по-нисък в края на изтичането при затлъстели лица, но е намалял с легнало положение с подобно количество и в двете групи (таблица 3).

Налягания по време на максимални инспираторни усилия

Промените в налягането, свързани с пълна белодробна инфлация (IC маневра), не разкриха значителни разлики между двете групи в интраторакално (Poes), интраабдоминално (Pgas) или трансдиафрагмално (Pdi) налягане. Въпреки това, транспулмоналният градиент на налягането е намален в групата със затлъстяване при TLC, когато е седнал и легнал (таблица 4).

Дихателни мускулни тестове

Силата на вдъхновяващата мускулатура, оценена чрез маневра PImax, е намалена и при двете пози при затлъстелите лица в сравнение с нормалните (таблица 4) .30

Корелации

Имаше умерена положителна връзка между стомашното налягане в края на издишването и обиколката на талията (R 2 = 0,52 седнал, R 2 = 0,60 легнал, p 2 = 0,43, p 2 = 0,66, p 2 = 0,59 седнал, R 2 = 0,67 легнал, p 2 = 0,47 седнал, R 2 = 0,28 легнал, p 2 = 0,48 седнал; R 2 = 0,68 легнал, p 2 = 0,48 седнал; R 2 = 0,61 легнал, p 2 = 0,51 седнал; R 2 = 0,62 легнал, p 2 ), те стигнаха до заключението, че налягането в хранопровода може да бъде надеждно измерено в седнало и легнало положение. Те обаче не са измервали PV криви, коремни налягания и белодробни отделения. В този контекст е интересно, че Washko et al19 също оценяват промяната в транспулмоналното налягане при здрави нормални субекти, което е свързано с промяна в позата от седналия до легналия. Те откриха, че PL намалява със 7,0 cm H2O, в съгласие с нашата констатация, че PL намалява със 7,4 cm H2O с промяна в позата в нормалната група и с 8,8 cm H2O при затлъстелите лица.

Behazin et al23 са проучвали затлъстели и нормални субекти в легнало положение, анестезирани и парализирани периоперативно. Те измериха Poes в обем за релаксация (Poes, rel) и установиха, че той е над атмосферното налягане, 12,5 (3,9) cm H2O при затлъстелите и 6,9 (3,1) в нормата (p, 33 Pelosi et al24 изследва дихателната система в успокоена и парализирани пациенти със затлъстяване. Те включват осем субекта (ИТМ 48,7 (7,8) kg/m 2) с подобна възраст (38 (12) години) на нашите групи и сравняват дихателната механика в легнало положение с историческа нормална контролна група. FRC Установено е, че промените в механичните свойства, свързани с намалените белодробни обеми, са причинени от прекомерно и непротивопоставено вътрекоремно налягане (24,0 (2,2) cm H2O), измерено с трансуретрален катетър на пикочния мехур и пълненето на пикочния мехур със 100 ml физиологичен разтвор. Въпреки това, дизайнът на изследването24 не им позволява да измерват обема на белите дробове едновременно по време на дишане будно, нито е взел предвид изправената поза. Нашето проучване анализира спонтанната дихателна мускулна функция, противопоставяща се e високо интраабдоминално налягане при неседатирани и непарализирани спонтанно дишащи затлъстели лица, седнали и в легнало положение.

Клинични последици

Въздействието на затлъстяването, особено болестното затлъстяване, върху дихателната система отдавна се наблюдава в клиничните условия. Затлъстелите субекти са по-задъхани и са изложени на риск от развитие на дихателна недостатъчност през деня и нарушено сънно дишане през нощта в сравнение с групата им на връстници. Нашите открития излагат значението на затлъстяването в клиничните условия в областта на дихателните пътища, съня и лекарствата за критични грижи. По-специално, трябва да се има предвид отрицателният ефект от легнало положение, когато се оценява прикованият към леглото пациент или се решават настройките на вентилатора.

Хипотетично би могло да се предположи, че интервенциите, които намаляват интраабдоминалното налягане, биха подобрили дихателната функция при затлъстелите, с въздействие върху дишането с нарушено сън, задух и дихателна недостатъчност, както и намаляване на периоперативните рискове.

Нашите открития могат също да дадат обяснение за наблюдение, което се случва с все по-голяма честота в нашата клинична практика. По-конкретно авторите са виждали пациенти с наднормено тегло със седнала хипоксия и рестриктивни дефекти, където градиентът a-A се стеснява с упражнения. Спекулираме, че такива пациенти се преместват, когато се увеличава минутната вентилация, към по-стръмна част от PV кривата, като по този начин се подобрява съвпадението между вентилация и перфузия. Това е в съответствие с констатациите на O'Donnell et al, че способността за упражнения при тежко затлъстели пациенти е по-малко нарушена от очакваното.9 Такива открития са важни в контекста на програмите за рехабилитация на упражнения за пациенти с тежко затлъстяване.

Критика на метода

Това проучване се фокусира върху градиентите на налягането като движеща сила за белодробната инфлация. Доколкото ни е известно, абсолютното налягане и градиентите на налягане не изискват корекция или нормализиране по различен начин, отколкото е постигнато чрез съвпадение на нашите групи и следователно въздействието на малките разлики между групите във височината и обемите на белите дробове може да е по-малко важно.

Измерването на PImax е волева маневра и резултатите, показващи, че затлъстелите лица може да са били по-слаби, трябва да се тълкуват с повишено внимание, особено защото предишните проучвания не са показали разлика.12 В настоящия набор от данни, въпреки че затлъстелите лица са били по-слаби от очаквано, те не са слаби в сравнение с публикуваните данни. 25, 30 Кривите на PV показват наличния капацитет за генериране на налягане при достигане на TLC при затлъстелите, което прави малко вероятно ограничението да е причинено от слабост. Следователно конкретната причина за ограничението в TLC, наблюдавано при затлъстелите, остава неясна.

Заключение

Повишеното вътрекоремно налягане и произтичащото от това повишено вътрегрудно налягане при затлъстели лица намаляват FRC и ERV. В резултат на това пациентите трябва или да ограничат Vt, или да дишат на по-малко съвместима част от PV кривата, като по този начин увеличават работата си на дишане, която вече е повишена поради прага на натоварване при вдишване, причинен от високо вътрегрудно налягане. Намалените FRC и ERV са важна аномалия на белодробната механика при затлъстяване.

Клиничното лечение на пациенти със силно затлъстяване се подпомага от нашето по-добро разбиране за интраабдоминална хипертония и свързаните с това намалени белодробни обеми.

Благодарности

Благодарим за подкрепата и помощта на г-н Саймън Уорд и Марк Унстед, лаборатория за белодробни функции, болница Royal Brompton.