使用单次呼吸法测量人体运动期间的双重测试气体肺弥散能力

该方案提出了一种评估肺泡毛细血管储备的方法，该方法通过联合单次呼吸测量运动期间对一氧化碳（D_L，CO）和一氧化氮（D_L，NO）的扩散能力进行测量。在锻炼过程中使用该技术的假设和建议构成了本文的基础。

一氧化碳 （D_L，CO） 和一氧化氮 （D_L，NO） 的扩散能力的联合单次呼吸测量是测量健康和患者人群肺泡毛细血管储备的有用技术。该测量值提供了参与者募集和扩张肺毛细血管的能力的估计。最近有报道称，该方法在健康志愿者中表现出高重测可靠性，用于轻度至中等强度的运动。值得注意的是，这种技术最多允许 12 次重复操作，并且只需要一次呼吸，屏气时间相对较短，为 5 秒。提供了代表性数据，显示了 D_L，NO 和 D_L，CO 从休息到运动的逐渐变化，强度高达最大工作量的 60%。弥散能力的测量和肺泡毛细血管储备的评估是评估健康人群和患者群体（如慢性肺病患者）肺部对运动的反应能力的有用工具。

与静息状态相比，运动导致能量需求显着增加。心脏和肺的反应是增加心输出量和通气量，导致肺泡-毛细血管床扩张，主要是肺毛细血管的募集和扩张¹.这确保了足够的肺气体交换，这可以通过肺弥散能力（D_L）^的增加来衡量^2,3,4。在运动过程中测量 D_L 的第一次尝试可以追溯到一个多世纪^{前 5,6,7}。从静息状态增加 D_L 的能力通常被称为肺泡毛细血管储备 ^8,9。

在实验上，肺泡-毛细血管膜弥散能力 （D_M） 和肺毛细血管血容量 （V_C） 对肺泡-毛细血管储备的相对贡献可以通过不同的方法进行评估，包括经典的吸入氧多重组分 （）^{方法 10}。在这种情况下可能有用的另一种技术是双重测试气体方法，其中同时测量 D_L 到一氧化碳 （CO） 和一氧化氮 （NO） （D_L，CO/NO）¹¹。该技术是在 1980 年代开发的，它利用了 NO 与血红蛋白 （Hb） 的反应速率大大大于 CO 的反应速率这一事实，因此 CO 的肺扩散比 NO 更依赖于 V_C 。 因此，对 CO 扩散的抵抗主要部位 （~75%） 位于红细胞内， 而对 NO 扩散的主要阻力 （~60%） 在肺泡毛细血管膜和肺血浆¹²。因此，同时测量 D_L，CO 和 D_L，NO 可以评估 D_M 和 V_C 对 D_L¹² 的相对贡献，其中在运动过程中观察到的 D_L，NO 的变化在很大程度上反映了肺泡-毛细血管膜的扩张。在运动期间获得测量值时，这种方法的另一个优点是，与经典技术相比，它涉及相对较短的屏气时间（~5 s）和更少的操作，在经典 技术中，在不同的氧气水平下进行多次重复操作，标准化的 10 秒屏气。虽然 最近应用了更短的屏气时间和更少的动作，但每种强度¹³.然而， 每次会话总共只允许 6 次 D_L，CO 操作，而最多可以执行 12 次重复的 D_L，CO/NO 操作，而不会对结果估计值产生任何可测量的影响¹⁴。在运动期间进行测量时，这些都是重要的考虑因素，因为在非常高的强度下或在出现呼吸困难的患者群体中，长时间屏气和多次操作都可能难以进行。

本文提供了一个详细的方案，包括关于运动期间测量 D_L、CO/NO 及其用作肺泡-毛细血管储备指标的理论考虑和实践建议。这种方法很容易应用于实验环境，并允许评估肺部的扩散限制如何影响不同人群的摄氧量。

理论和测量原理
D_L，CO/NO 方法涉及单次呼吸气体混合物，假设气体在吸入后均匀分布在通风的肺泡空间中。气体混合物由几种气体组成，包括惰性示踪气体。通风肺泡腔中示踪气体的稀释度，基于其在呼气末空气中的分数，可用于计算肺泡容积 （V_A）¹⁵。气体混合物还包括测试气体 CO 和 NO，它们都在通风的肺泡空间中稀释并扩散到肺泡毛细血管膜上。根据它们的肺泡分数，可以计算出它们从肺泡空间中消失的个体速率 （k），也称为弥散常数。按照惯例，在单次呼吸操作期间测量的测试气体的 D_L 由以下公式¹⁶ 推导:

其中 F_A0 是单个 D_L 动作屏气开始时测试气体（CO 或 NO）的肺泡分数，而 F_A 是屏气结束时测试气体的肺泡分数，tBH 是屏气时间。D_L 在机械上相当于测试气体穿过肺泡毛细血管膜，通过血浆和红细胞内部到达血红蛋白的电导。因此，它既取决于 D_M 的电导率，也取决于所谓的肺毛细血管血 （θ） 的比电导率，后者既取决于测试气体在血液中的电导率，也取决于其与血红蛋白¹⁰ 的反应速率。鉴于电导的倒数是电阻，则测试气体转移的总电阻取决于串^{联 10} 中的以下电阻:

这些分量可以通过同时测量 D_L 到 CO 和 NO 来区分，因为它们具有不同的 θ 值，因此它们各自的 D_L 值对 V_C 的依赖程度不同。与 NO 相比，CO 的肺扩散更依赖于 V_C，对 CO 扩散的主要抵抗部位 （~75%） 位于红细胞^{内 12}。相反，NO扩散的主要阻力（~60%）在肺泡毛细血管膜和肺血浆，因为NO与血红蛋白的反应速率明显大于CO。 而后者对 V_C 的依赖要小得多，因此可以对决定 D_L 的因素进行综合评估。

D_L、CO/NO 指标的报告可以使用不同的单位完成。因此，欧洲呼吸学会 （ERS） 使用 mmol/min/kPa，而美国胸科学会 （ATS） 使用 mL/min/mmHg。单位之间的转换系数为 2.987 mmol/min/kPa = mL/min/mmHg。

丹麦首都地区科学伦理委员会此前已批准在我们机构的健康志愿者和慢性阻塞性肺病 （COPD） 患者中测量休息、运动期间和仰卧位的 D_L、CO/NO （协议 H-20052659、H-21021723 和 H-21060230）。

注意:在运动期间测量 D_L、CO/NO 之前，必须进行动态肺活量测定和心肺运动测试 （CPET）。动态肺活量测定法用于单个 D_L，CO/NO 动作的质量控制，而 CPET 用于确定在运动期间测量 D_L，CO/NO 的工作量。对于气流受限的患者，特别是由于阻塞性肺疾病，在动态肺活量测定法的基础上补充全身体积描记法以获得有效的肺活量测量值可能是有利的。建议在开始 CPET 之前进行医学健康检查以排除任何已知的禁忌证¹⁷.重要的是，CPET 应在运动期间获得 D_L，CO/NO 测量值前至少 48 小时进行，因为先前的剧烈运动可能会影响 D_L 至少 24 小时^18,19。

1. 动态肺活量测定法

注意:动态肺活量测定应根据 ERS 和 ATS²⁰ 的当前临床指南进行。

1. 测量重量（最接近的 100 克）和高度（最接近的 1 毫米）。
2. 让参与者坐在直立的椅子上。
3. 在强制呼气操作期间进行动态肺活量测定，以确定参与者的 1 秒内用力呼气体积 （FEV₁） 和用力肺活量 （FVC），如其他地方所述²⁰.

2. 心肺运动试验（CPET）

注:CPET 应按照当前的临床建议^{进行 21}.

1. 根据参与者的身高调整自行车测力计，并将心率 （HR） 监测器放在胸部。
2. 将参与者放在自行车测力计上。为参与者配备连接到代谢测量系统的面罩，以测量整个测试过程中的通气和肺气体交换。
3. 指导参与者以自我选择的速度开始骑自行车≥每分钟 60 轮 （RPM），并根据自我报告的活动水平、每日健身和疾病状态（例如，15-150 W）以次最大工作量进行 5 分钟的热身期。
4. 每分钟增加 5-20 W 的工作量，直到参与者达到自愿疲惫。增量应基于参与者当前的健康水平，因此测试预计在增量阶段开始后 8-12 分钟终止。
5. 指导参与者在接下来的 48 小时内避免其他剧烈运动。

3.单次呼吸扩散能力设备的校准

注意:有必要校准流量传感器和气体分析仪，以确保测量有效且可靠。具体程序因制造商和设备而异。校准程序，包括生物控制，应在每个研究日完成，如果每周执行的研究日少于一个，则应进行额外的每周校准。实验设置如 图1所示。

1. 打开计算机上的软件程序，将启动50分钟的自动预热期，以确保气动管的温度足够。
2. 确保装有测试气体的容器已打开（见 图 1D）。
3. 首先将采样管线从气动管连接到称为 CAL 的 MS-PFT 分析仪单元插件（见 图 1B），从而执行气体校准。
4. 通过在主页上选择 校准 （参见 图 2A）并选择 气体校准来启动气体校准。按 Start 或 F1 开始校准（参见 图 2B）。
5. 当气体校准完成并被接受时，将采样管连接到气动管上。
6. 使用有效的 3 L 注射器进行体积校准。通过选择主页上的 校准 （参见 图 2A）并选择 体积校准来启动体积校准。按 F1 开始校准，并按照软件提供的说明进行操作（参见 图 2C）。
7. 确保吸气袋连接到MS-PFT分析仪装置（见 图1C）。
8. 通过在坐姿下静息进行生物控制测量来完成校准程序。这应该由健康的非吸烟者进行，以确保方法的可靠性。如果给定受试者的 D_L，CO 或 D_L，NO 的每周变化分别超过 1.6 和 6.5 mmol/min/kPa（5 和 20 mL/min/mmHg），则该变化可能是由于机器错误造成的，应进一步研究^{12， 22}。

4. 参与者的准备

1. 根据先前的 CPET 结果计算所选强度（最大工作量的百分比 （W_max））所需的工作量，以测量 D_L、CO/NO 。
2. 在参与者执行 CPET 后至少 48 小时，要求参与者返回实验室在运动期间获得 D_L、CO/NO 测量值。
3. 测量患者的身高（以厘米为单位到最接近的毫米）、体重（以公斤为单位到最接近的 100 克）和毛细血管血的 Hb（以 mmol/L 为单位到最接近的 0.1 mmol/L）。
4. 在程序的主页上，选择 "患者>新患者 "（见 图2A）并填写所需数据:参与者的身份、姓氏、名字、出生日期、性别、身高和体重。继续选择 "确定 "或 "F1 "（参见 图 2D）。

5. 直立休息时的D_L，CO/NO 测量

注意:D_L、CO/NO 测量是根据 ERS^{工作组 12} 的当前临床建议进行的。

1. 在主页上，选择 测量>无膜扩散 （见 图2E）。
2. 启动软件的自动复位，将所有测试气体的气体分析仪归零，并开始在连接的吸气袋中混合测试气体。按 F1 启动自动重置（参见 图 2F）。
   1. 自动复位需要 140-210 秒。遵守软件提供的说明，以识别何时开始测量。当软件指示 连接患者时，立即开始测量非常重要。
3. 将参与者放在配有鼻夹的直立椅子上。指导参与者如何执行如下所述的动作。
   1. 要求参与者使用鼻夹并通过连接到气肿的吹嘴开始正常的潮汐呼吸。为确保测量系统封闭，请确保参与者的嘴唇在吹嘴周围保持闭合。
   2. 在三次正常呼吸后，指示参与者进行快速最大呼气以达到残余容积 （RV）。
   3. 当达到 RV 时，立即指示参与者进行快速最大吸气至总肺活量 （TLC），目标是吸气时间为 < 4 秒。在最大吸气期间，阀门打开，允许参与者在吸气前吸入吸气袋中与已知浓度的 NO （800 ppm NO/_{N 2}） 混合的气体混合物。
   4. 要求参与者在 TLC 进行 5 （4-8） 秒的屏气。在吸气期间，以 4-8 秒屏气时间的 FVC（或基于体积描记法的肺活量）的 ≥90% 23 为目标的吸气体积 （V_I）²³（表 1）。
   5. 屏气后，指示参与者在不中断的情况下进行强烈稳定的最大呼气。
   6. 在最大呼气期后，要求参与者放开吹嘴和鼻夹。然后，软件将在没有任何命令的情况下计算 D_L，NO 和 D_L，CO 。
4. 在整个操作过程中使用口头鼓励，以确保参与者达到 RV 和 TLC。根据 表 1 评估机动的可接受性。
5. 在至少 4 分钟的洗脱期后再次执行该操作，直到两个操作满足可接受性标准（表 1）或直到在同一会话中总共执行了 12 个操作（见下文）。
6. D_L，NO 和 D_L，CO 根据 表 2 中概述的标准进行报告。我们还建议按报告的屏气时间、吸气容积和肺泡容积。此外，应报告可接受和可重复的动作的数量，并应谨慎解释基于不符合可接受性或可重复性标准的动作的结果。

6. 运动期间的D_L，CO/NO 测量

注意:图 3 提供了运动期间 D_L、CO/NO 测量的时间表。

1. 将自行车测力计放置在一定距离处，使参与者能够通过吹嘴呼吸，而无需改变自行车位置。增加设备的高度，以便可以在自行车上以正确的工作位置进行测量（见 图 2）。
2. 将参与者放在自行车测力计上，并将心率监测器放在胸部。指导参与者按照步骤 5.3 中概述的每个动作执行。
3. 指导参与者以次最大工作量开始循环 5 分钟，作为测量前的热身。
4. 将工作负载增加到目标强度，同时按 F1 启动设备的自动重置（请参阅步骤 5.2）。自动复位需要 140-210 秒，足以确保参与者已达到稳定状态。
5. 自动复位完成后，将吹嘴转向参与者并执行如下所述的动作，同时参与者继续以目标强度骑行。
   1. 按照步骤 5.4 到 5.5 中的步骤操作。评估每个工作负载的可接受性和可重复性标准（表1），并报告休息期间的测量值（参见步骤5.6和 表2）。
6. 完成操作后，取下吹嘴并将工作量降低到15-40 W.执行主动恢复阶段2分钟，然后重复步骤6.4和6.5。2 分钟的主动恢复和自动复位期间的 140-210 秒提供了 4-5 分钟的足够洗脱期。

该协议于 2021 年实施，在撰写本文时，在运动期间共进行了 124 次测量（即健康志愿者 51 次，不同严重程度的 COPD 患者 73 次）。 表 3中提供了操作，以及有关满足可接受性和可重复性标准的数据，以及故障率。

计算
例如，这里根据健康组中以 20% W_max 进行第一次操作的数据提供单个 D_L、CO/NO 操作的计算，作为下面描述的案例研究。根据表4中提供的测量值，计算如下:

（BTPS）

其中 F_I 是受启发的分数，V_I 是受启发的体积，D_D，inst 和 V_D，anat 分别是器械和解剖学死腔。

其中 F_I 是吸入分数，P_B 是气压，P_H2O 是饱和水蒸气压，其中

运动期间获得的 D_L、CO/NO 结果的解释
感兴趣的主要结局指标是 D_L，NO，因为 D_L，NO 从休息到特定工作量的变化被解释为提供肺泡-毛细血管储备的总体测量。在健康个体中，D_L，NO 随着运动强度的增加而线性增加，这归因于心输出量增加促进肺毛细血管床的血液募集^{增强 12}。由于肺泡-毛细血管膜表面积的血流量或压力增加和募集，这导致毛细血管募集，从而导致红细胞分布更均匀，并改善组织和红细胞膜表面之间的对齐¹²。相比之下，在这种情况下，D_L，CO 被认为是次要度量，主要用于推断 V_C 是否同时发生变化。对于个体水平的解释，两次测量值之间的差异大于测量误差被认为是生理^{误差 24}，即 D_L，NO 为 2.7 mmol/min/kPa，D_L，CO为 1.6 mmol/min/kPa。

案例研究
一名 O_2max 为 2696 mL O₂/min （47.3 mL O₂/min/kg） 的健康 25 岁女性进行了 8 次 D_L，CO/NO 操作，首先是坐姿直立休息期间的测量，然后是自行车测力计运动期间的测量（W_max = 208），强度增加到 W_max 的 60%（表 5）。所有操作都满足可接受性和可重复性标准。

一名 68 岁男性患有中度 COPD（FEV₁ = 预测值的 56%）， O₂p_eak 为 1852 mL O₂/min （22.8 mL O₂/min/kg），进行了 8 次 D_L，CO/NO 操作，从坐姿直立休息期间的测量开始，然后在自行车测力计上进行运动期间的测量（W_max = 125 W），强度增加至_{W max} 的 60%（表 6).所有操作都满足可接受性和可重复性标准。

图 4 显示了上述两种情况下每个工作负载的报告结果。此外，D_L，NO 和 D_L，CO 作为 O₂ 的函数（根据呼出的空气测量值计算）如图 5 所示。在健康个体中，除了从 W_max 的 20% 到 40% 的平台期外，观察到 D_L，NO 接近线性增加，而 D_L，CO 在所有工作负载中都略有逐渐增加。这表明 D_M 最初随着运动开始时未改变的 V_C 而增加，反映了肺血流量的重新分布以募集先前未灌注的毛细血管，但伴随着较高工作量的 V_C 逐渐增加，表明交替的毛细血管募集和扩张共同发挥作用以优化增量运动期间的肺气体交换。在COPD病例中，D_L，NO在第一个工作负荷时增加，然后在剩余的工作量中稳定下来保持在同一水平，表明整个肺泡-毛细血管储备已经达到_W最大值的20%。总体而言，COPD病例的肺毛细血管募集和扩张程度（即肺泡-毛细血管储备）低于健康个体。

图 1:研究设置概述。 （A） 运动期间进行测量的研究设置。（B） 使用连接到称为 CAL 的 MS-PFT 分析仪单元插件的采样管线进行气体校准。 （C） 将吸气袋连接到 MS-PFT 分析仪单元。（D） 装有试验气体的容器。 请点击这里查看此图的较大版本.

图 2:程序指南。 （A） 在主页上选择 校准。（B） 选择 气体校准。（C） 选择 体积校准。（d） 选择 新患者。（E） 选择 "新患者 "并填写所需信息。（F） 选择 测量值 并选择 NO diff 膜。（G） 按 F1 开始自动复位。 请点击这里查看此图的较大版本.

图 3:运动期间扩散能力测量的时间表。 使用 BioRender 创建。 请点击这里查看此图的较大版本.

图 4: 肺弥散能力。比较健康个体和慢性阻塞性肺疾病 （COPD） 患者在增量运动期间肺弥散能力与一氧化碳 （D_L，CO） 和一氧化氮 （D_L，NO） 的函数与最大工作量 （W_max） 的百分比。 请点击这里查看此图的较大版本.

图 5: 肺弥散能力。比较健康个体和慢性阻塞性肺病 （COPD） 患者在增量运动期间肺弥散能力与一氧化碳 （D_L，CO） 和一氧化氮 （D_L，NO） 作为摄氧量 （O₂） 的函数。 请点击这里查看此图的较大版本.

Table 1:可接受性和可重复性标准。 缩写:D_L，CO:肺一氧化碳弥散能力，D_L，NO:一氧化氮肺弥散能力，FVC:用力肺活量，V_A:肺泡容积;VC:肺活量。

TAble 2:数据报告。 缩写:D_L，CO:肺对一氧化碳的弥散能力，D_L，NO:对一氧化氮的肺弥散能力。

T able 3:2021 年 7 月至 2023 年 12 月期间在我们机构锻炼期间完成了 D_L、CO/NO 测量。 缩写:COPD，慢性阻塞性肺疾病。

T 能够 4:在单次呼吸操作期间测量吸入 （F_I） 和肺泡 （F_A） 空气中的测试和惰性示踪气体馏分。 缩写:V_I:灵感卷;V_D，anat:解剖学死腔;V_D，inst:仪器死区;tBH:屏气时间。

T able 5:来自健康个体的数据。缩写:D_L，NO:肺扩散到一氧化氮的能力，D_L，CO:肺扩散能力到一氧化碳，V_I:吸入量，V_A:肺泡体积。

表6:来自慢性阻塞性肺疾病患者的数据。 缩写:D_L，NO:肺扩散到一氧化氮的能力，D_L，CO:肺扩散能力到一氧化碳，V_I:吸入量，V_A:肺泡体积。

该协议提供了一种使用双测试气体单次呼吸技术在运动期间测量 D_L、CO/NO 的标准化方法。由于获得的 D_L、CO/NO 指标因肺毛细血管复张和扩张而增加，因此该方法提供了具有生理意义的肺泡-毛细血管储备测量。

协议中的关键步骤
该方法需要呼气至残余容积，然后吸气至总肺活量，此时进行 5 秒屏气并终止至 RV。这是一个关键的步骤，因为在运动过程中，尤其是在高强度运动期间，执行起来可能很复杂。运动强度的增加会导致V_I的降低，如果它降低到肺活量的85%以下，则该动作是不可接受的（见表1）。因此，重要的是，测试的教练在每次操作¹²之后立即注意参与者是否充分吸气并确认足够的屏气时间为4至8秒。此外，在某些情况下可能难以达到可重复性标准;在这种情况下，将报告具有最高 D_L，NO 的机动数据，我们建议在提供数据时明确说明在多少情况下需要这样做。在某些情况下，在运动期间可能根本无法获得可接受或可重复的测量值，例如在对患有严重呼吸困难的患者的研究中，他们无法实现足够的屏气和/或动态过度充气的患者在运动期间伴有吸气能力下降。在这种情况下，使用仰卧位获得的 D_L、CO/NO 测量值可能更合适，这也会导致肺毛细血管复张和扩张，尽管不如次极大运动^{期间明显 24,25}。

方法的修改和故障排除
重要的是，在运动期间进行任何测量之前始终进行静息测量，因为在进行高强度运动直至筋疲力尽后，D_L，CO 可以减少长达 6-20 小时 18,19,26。此外，重要的是要记录 HR 和/或其他代谢负荷指标，以确保在不同受试者中获得的测量是在稳定状态和相似的代谢负荷下进行的。

该方法对于检测 D_L，NO 或 D_L，CO 的微小变化可能不敏感，因为根据特定指标¹²，同一会话内的测试间变异性已报告高达 7%。因此，重要的是要选择足以引起大于测量误差的增加的运动强度，同时还要记住，参与者必须能够在给定的强度下进行至少两次可接受的动作。在以前使用双重测试气体方法的研究中，使用了从轻度到中度的各种强度。大多数研究使用的相对强度与通气阈值的百分比^24,27、年龄预测的最大心率^{百分比 28} 或最大氧气储备^{的百分比 29} 相关，而只有一项研究在 80 W³⁰ 的固定工作负荷下应用了绝对强度。在研究中，这些工作负载对应于_最大^{W 24、27、29} 的 20% 到 86% 的相对强度。为了便于比较研究之间的测量值，建议实施相对强度，即最大 W_百分比、最大 HR 百分比（HR_max）或 O_2max 百分比（或 O_2峰值），并报告_最大 W 和获得测量值的工作量。

该方法相对于现有/替代方法的意义
至于 ，D_M 和 V_C 可以通过 D_L，CO/NO^12,31 在数学上推导，虽然这应该谨慎进行（参见下文'方法的局限性'），但它确实允许更直接的机制评估肺泡-毛细血管表面积如何通过肺毛细血管募集（由 D_M 评估）和膨胀（V_C 的增加超过 D_M）有助于肺气体交换的运动相关变化。然而，据我们所知，单次呼吸 D_L，CO/NO 方法仅在直立休息条件下得到验证 ¹¹。在之前的几项研究中，这两种方法已在运动期间使用，并在健康年轻人中显示出 D_M 和 V_C 的相似生理变化 ^3,24。但是，每种方法可以进行不同数量的操作，最多允许 6 次，D_L，CO/NO 允许在同一会话¹² 中最多进行 12 次操作。这是因为尽管 CO 分数相同 （~0.30），但 D_L，CO/NO 的屏气时间（5 秒对 10 秒）较短，导致血液中 CO 积累较少，因此 CO 背压较低¹⁴。此外，在不影响 D_L，NO 的情况下可以进行高达 22 D_L，CO/NO 的操作，因为内源性呼出的 NO 水平在 11 到 66 ppb 之间，比 NO 测量值低 1000 倍，后者在 ppm 范围内¹⁴。因此，鉴于使用 10 s D_L，CO，并且至少需要两次机动来评估每个动作的可重复性，相当于在每个运动强度下至少进行四次动作，当进行双重终止时，这在运动期间可能不可行。因此，以前基于的方法在每个动作中使用一个动作，导致在每个运动强度³²下至少进行三个动作，其显着缺点是无法评估该动作在多大程度上确实是可重复的。尽管如此，D_L，CO/NO 方法只需要两次测量，如果它们满足可重复性标准并且被认为在每种运动强度下都是可以接受的。然而，已经表明，即使在屏气时间缩短的情况下，在运动过程中也能提供与 D_L，CO/NO 相当的可接受的可重复性。因此，在适度运动期间，我们之前发现，在屏气时间~ 6 s²⁴ 时，不同 D_L，CO/NO 指标的日间方差系数 （CV） 为 2% 至 6%，而在相似的屏气时间，D_L、CO、V_C 和 D_M 的 CV 分别略高 7%、8% 和 15%³²。

与此相关的是，已知在 D_L，CO/NO 背景下测量的 D_L，CO 始终低于基于 10 秒屏气^12,33 的更广泛使用的 D_L，CO。根据以前的研究，这不是由于屏气时间的差异，因为较短的屏气时间会增加 D_L，CO³⁴。相反，它可能源于各种其他因素，包括吸入气体成分和不同的一氧化碳与一氧化氮动力学³³。首先，D_L，CO/NO 使用氦气，而经典的 10 s D_L，CO 使用甲烷作为惰性示踪气体;由于其独特的物理性质，这些气体在肺和组织中表现出不同的分布和溶解度。这可能导致氦气的 V_A 低于甲烷。最后，测试气体的反应性意味着当与血红蛋白结合时，NO和CO的动力学差异可能起作用。尽管是推测性的，但 D_L，CO/NO 中 NO 的存在可能会影响 CO 与血红蛋白³³ 的结合。

CO在肺泡-毛细血管膜上的扩散速率取决于CO与血液中血红蛋白的结合，除了用于计算θCO外，血红蛋白对D_L，CO值的校正可能是适当的，具体取决于具体情况³⁵。这在临床环境中很普遍，但在健康个体中不太重要，因为对 D_L，CO 的影响通常可以忽略不计。这种校正也可用于评估运动期间的 D_L、CO/NO，但在评估特定的休息到运动的变化时不太相关，其中血红蛋白的（急性）变化并不重要。无论如何，它们都应该谨慎进行，因为这些方程的前提是 CO³⁵ 的 D_M 和 θ∙V_c 之间的比率为 0.7，这一假设在运动期间可能不成立。

方法的局限性
健康个体运动期间 D_L，NO 和 D_L，CO 的强度依赖性增加反映了肺毛细血管募集和扩张。肺泡-毛细血管储备的直接测量可能只能在次最大强度下获得，因为该方法在实验或临床环境中在最大强度下实际上都不可行，因为最大复张和扩张可能很明显。因此，务实的选择是针对预先指定的（绝对或相对）工作量，足以以系统的方式触发肺毛细血管复张和扩张，同时对所有参与者都是可行的。在本方案中，强度基于W_max的百分比，因为这很容易转移到其他研究中。传统上，运动是根据 O_2max 或 HR_max 的百分比规定的，但这要求所有参与者都达到他们真正的最大值。如果没有，参与者可能会在不同的相对强度下进行测量³⁶，这可能特别造成问题，并使患有严重劳力性呼吸困难的人群（例如患有慢性肺病或心脏病的患者）的生理解释复杂化。

必须注意的是，在单个 D_L、CO/NO 操作中，测试气体可能不会分布到肺部通风相对较差的区域。这在没有肺部疾病的个体中造成了一个小问题，但在存在大量通气不均匀性的情况下，包括明显的空气滞留，参与者的真实 D_L 可能会被高估，因为测量仅反映了肺部通风最好的区域的状况，这种影响因较短的屏气而加剧³⁷.原则上，如果患有肺部疾病的参与者暴露于减少通气不均匀性的干预措施，这可能会导致肺泡毛细血管储备明显自相矛盾的减少。

在此报告的 COPD 病例中，在最高强度（_最大 W 的 60%）下，与运动相关的 D_L，CO 降低超过 D_L，NO 的降低必须谨慎解释，因为它不容易从生理学角度解释。到目前为止，我们在该机构研究的 73 名 COPD 患者中的大多数都注意到了类似的模式，必须考虑仅系统性限制的贡献。因此，除了一氧化碳可能比一氧化氮更容易受到上述冲击通气不均匀性的影响外，一氧化氮与血红蛋白的反应速度几乎是血红蛋白的 300 倍，并且通过组织和血浆的扩散速度是一氧化碳的两倍，这一事实也可能起到一定作用³¹.因此，虽然 NO 和 CO 通常都进行扩散限制的气体交换，但当单个肺单位的灌注减少 ~100 倍³¹ 时，CO 的摄取可能会受到灌注限制，从而导致测量的 D_L，CO 减少而不影响 D_L，NO。鉴于慢性阻塞性肺病与肺泡破坏和毛细血管的进行性丧失有关，同时伴随整个肺部的通气-灌注分布不均匀³⁹，灌注减少 100 倍的肺单位并不少见⁴⁰，它们确实代表了红细胞的转运时间可能严重减少以损害运动期间氧气和一氧化碳摄取的区域。另一个可能起作用的互补因素是单个肺单位⁴¹的毛细血管网络内红细胞的不均匀分布，这也可能对D_L，CO产生比对D_L，NO更深远的影响。

从 测量¹² 中推导出 D_M 和 V_C，但仍然没有被广泛使用，因为它们的推导涉及多个假设和经验常数³¹，因此引入了系统误差。例如，普遍的科学共识承认扩散率比α为 1.97，代表组织⁴² 中 NO 和 CO 的物理溶解度之比。一些研究对这一值提出了挑战，一些研究提出了更高的α值，以协调不同测量方法之间的差异。然而，这些命题主要被驳回，因为它们偏离了物理扩散率比，导致α值不一致¹²。此外，θNO 被假定为有限值，但由于其与游离血红蛋白的快速反应速率，历史上被假定为无限值。然而，全面的辩论和最近的研究对这一假设提出了质疑，将 θNO 确定为有限，1.51 mL_血液/min/kPa/mmol_CO 提供了当前的最佳估计值，因为它很好地符合理论预测以及广泛的体外和体内实验¹²。同样，θCO 的方程式基于在 pH 7.4 下获得的经验常数，拒绝了基于不太准确和非生理 pH 测量值的早期值⁴³。然而，在通过这种方法可以获得的不同指标中，D_L，NO 在任何情况下都是基于最少的假设，并且似乎提供了最可重复的肺泡-毛细血管储备^{估计值 24}，因此仍然是肺泡-毛细血管储备方面感兴趣的主要结局指标。

该方法在特定研究领域的重要性和潜在应用
D_L，CO/NO 测量可以全面说明运动期间的肺气体交换。该方法可能比 在劳力性呼吸困难人群（如心力衰竭和慢性肺病患者）的临床研究中更容易实施，因为每个工作量所需的屏气时间更短，动作更少。此外，D_L，CO/NO 特别提供了 D_L，NO ，它可能提供了给定运动强度下肺泡-毛细血管储备的最公正估计，因此在许多情况下使其成为合适的结果测量。

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该研究得到了斯文德·安徒生基金会的财政支持。体育活动研究中心由 TrygFonden 资助 ID 101390、ID 20045 和 ID 125132 提供支持。JPH 由 HelseFonden 和哥本哈根大学医院 Rigshospitalet 资助，而 HLH 由 Beckett 基金会资助。