运动期间肺毛细血管血容量、膜弥散能力及肺内动静脉吻合支的评估

本实验的主要目标是通过使用多种吸入氧分数（FiO2）、弥散能力及对比增强超声心动图，评估肺血管在运动状态下的反应。该方法有助于我们更深入地理解肺循环在运动应激条件下的响应机制。该技术的主要优势在于其可广泛应用于多种实验、临床及药理学条件下，包括在患有心脏或肺部疾病的受试者进行运动时的应用。

演示屏气技术的将是本实验室的研究生 Wade Michaelchuk 和 Sophie Collins。进行对比超声心动图技术操作的将是心脏病学家 Sean van Diepen 医生。在开始操作之前，使用空气-氧气混合系统，将一个 60 升的非弥散型 Douglas 袋充满 40% 氧气，另一个充满 60% 氧气。

连接两个大孔径三通旋塞阀以调节吸入气体，并使用柔性无压缩性管路将道格拉斯袋与阀门系统相连。然后，将阀门系统连接至一个双向T型非重复呼吸阀，该阀与质量流量传感器的测试气体进气组件相连。将预呼吸阀和一氧化碳气体选择阀切换至与所选FiO₂相对应的适当位置，并指导受试者以目标强度开始骑行，同时将心率维持在目标值上下每分钟三次的范围内。

达到稳态后，将鼻夹和口嘴固定于受试者，让其从40%氧气的道格拉斯气袋中正常呼吸五次。第五次呼吸后，指示受试者吸气至肺总量，然后呼气至残气量。当肺容积开始趋于平稳时，按下阀系统键盘上的F1键切换至一氧化碳气体，并指示受试者继续呼气三秒钟，随后将一氧化碳气体吸入至肺总量。

深吸一口气，彻底呼出，继续用力呼气，六、五、四、三、二、一，然后深吸一口气，向上，向上，向上，向上，向上，向上，向上，六、五、四——从六秒开始倒数。三、二、一，全部呼出——并指导受试者再次呼气至残气量。很好，恢复正常呼吸。

监测呼气过程中甲烷的追踪情况，以确保曲线斜率为水平。此步骤的成功取决于测试者的操作技能以及受试者遵循指令并在屏气期间保持镇静的能力。我们建议在实施该程序前，先与受试者预演屏气的时间控制。

现在，取下吹嘴，让受试者继续骑行至少两分钟，以充分清除残留的一氧化碳。随后，针对其余的吸入氧浓度（FiO₂）重复屏气操作。为确保操作质量，需确认肺泡容积与前次试验相比差异在5%以内，且屏气时间约为6秒。

对于肺内动静脉吻合（IPAVA）的招募，首先将一根20号静脉导管插入受试者的一侧肘前静脉。然后，使用一段六英寸的延长管将导管连接至一个三通旋塞阀，并将两个10毫升注射器连接到该旋塞阀上。为了制备静脉对比剂，将10毫升无菌生理盐水与0.5毫升空气混合，并通过旋塞阀快速来回推注两个注射器，直至气泡均匀悬浮为止。

指导受试者以100瓦的强度开始骑行运动。当达到稳态后，由经验丰富的心脏病专家获取心脏标准心尖四腔切面图像。在心脏病专家准备开始记录前，持续震荡生理盐水。

然后，在心脏科医生保持四腔心切面的同时注射造影剂，并在右心室检测到造影剂后记录15个心动周期。超声图像的质量取决于超声技师在运动过程中维持四个心腔均可接受图像的技术能力。随后，由一位对实验条件设盲的超声心动图医师解读超声心动图，判断是否存在肺内动静脉吻合（IPAVAs）。

随着运动强度的增加，毛细血管血容量和弥散能力均增加，这与机体需要更大的氧气消耗所对应的增强扩散能力相一致。事实上，在本项代表性实验中，超声心动图数据显示，静息状态下无IPAVA开放，但随着运动强度的增加，IPAVA评分逐渐升高。在该受试者静息状态下的心脏记录中，可以清楚地观察到对比剂进入右心室。

即使经过五个心动周期，在左心室中仍无法观察到任何造影剂，因此该受试者的静息IPAVA评分为零。此处展示了四个腔室的造影超声心动图的代表性图像。请注意，随着运动强度的增加，肺内动静脉吻合评分从静息时的零分上升至最高运动强度时的三分。

一旦掌握，该技术可在两小时内完成。在实施该操作时，重要的是要指导志愿者正确掌握呼吸技巧和时机。在完成该操作后，可采用其他干预措施（如药物输注）来探究肺循环相关问题。

该技术问世后，为肺生理学领域的研究人员探索人类肺部弥散能力的决定因素铺平了道路。观看本视频后，您应能够充分理解如何评估静息状态和运动状态下的肺血管系统。请务必注意，一氧化碳具有极高的危险性，在进行该操作时，应始终采取适当的预防措施，例如确保实验场所通风良好。