ΔΙΑΧΥΣΗ Επαμεινώνδας Ν. Κοσμάς, MD, FCCP Διευθυντής Πνευμονολογικής Κλινικής ΠΝΟΗ Νοσοκομείο METROPOLITAN

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Φυσικό φαινόμενο διάχυσης – πώς γίνεται Μέτρηση διάχυσης Η διαταραχή διάχυσης σαν μηχανισμός υποξαιμίας Διαγνωστική χρησιμότητα διάχυσης – Αλγόριθμος MCQ - Περιστατικά ασθενών

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Φυσικό φαινόμενο διάχυσης – πώς γίνεται Μέτρηση διάχυσης Η διαταραχή διάχυσης σαν μηχανισμός υποξαιμίας Διαγνωστική χρησιμότητα διάχυσης – Αλγόριθμος Περιστατικά ασθενών

Η ΠΟΡΕΙΑ ΤΟΥ ΟΞΥΓΟΝΟΥ Από την ατμόσφαιρα στα μιτοχόνδρια

ΑΝΑΠΝΕΥΣΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Βασική λειτουργία Τόπος Τρόπος Ανταλλαγή αερίων (O2, CO2) Τόπος Κυψελιδοτριχοειδική μεμβράνη Τρόπος Παθητική διάχυση μορίων O2 & CO2 μεταξύ κυψελιδικού αέρα και μικτού φλεβικού αίματος του πνευμονικού τριχοειδούς

ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ ΑΕΡΑ Τραχεία Βρογχικό δένδρο Μικροί αεραγωγοί Κυψελίδα Μεγάλη ταχύτητα αέρα Στροβιλώδης ροή Βρογχικό δένδρο Μεταβατική ροή αέρα Μικροί αεραγωγοί Μικρή ταχύτητα αέρα Γραμμική ροή Κυψελίδα Ταχύτητα αέρα = 0 (λόγω τεράστιας επιφάνειας διατομής) Διάχυση μορίων αέρα (κίνηση Brown, τυχαίες κρούσεις με κυψελιδικά τοιχώματα)

ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΚΑΘΟΡΙΖΟΥΝ ΤΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΑΕΡΙΩΝ VLgas = (A/T) * dgas * (PA-vgas) VLgas = f1 (μεμβράνη) + f2 (αέριο) + f3(ΔP) Μεμβράνη: Α (κφ 70-80 τμ), Τ(κφ 0.2-0.5 μ), μεταβολές τριχοειδικού όγκου αίματος & κυψελιδικού όγκου αέρα Αέριο: σταθερά διαχύσεως (διαλυτότητα αερίου, MW) ΔΡ: VO2, VCO2, VA, Q

ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ FICK VLO2 = (A/T) * dO2 * (PAO2 – PvO2) dO2 = solubility O2 / MWO2 (=σταθερά διαχύσεως Ο2)

ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ FICK Αντιστοίχως για CO2: VLCO2 = (A/T) * dCO2 * (PvCO2 – PACO2) dCO2 = solub.CO2/MWCO2 (=σταθερά διαχύσεως CO2)  20*dO2

BHMATA ΔΙΑΧΥΣΗΣ (DL) Ο2 Διάχυση στη μεμβράνη (DM) Πρόσληψη από αίμα Στην αέριο φάση της κυψελίδας Καθορίζεται από PIO2 – PAO2 Απόσταση κυψελ.πόρου – μεμβράνης < 1 mm Στην υγρή φάση της κυψελίδας Νόμος Henry: η ποσότητα αερίου (Ο2) που απορροφάται από ένα υγρό (λεπτό film υγρού που καλύπτει το κυψελιδικό επιθήλιο, surfactant) με το οποίο δεν συνδέεται χημικά = k*solub.O2*PAO2 Στο ιστικό τμήμα της μεμβράνης Κυψελιδικό επιθήλιο – Βασική μεμβράνη - Διάμεσος ιστός – Τριχοειδικό ενδοθήλιο – Πλάσμα – Μεμβράνη ερυθρού Πρόσληψη από αίμα Διάχυση στο εσωτερικό ερυθρού – Σύνδεση με Hb (HbO2) (Θ) Πνευμονικός τριχοειδικός όγκος αίματος (Vc)

ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗΣ ΣΤΗ ΔΙΑΧΥΣΗ (Roughton & Forster formula, JAP 1957) DL = διάχυση (αγωγιμότητα) 1/DL = αντίσταση στη διάχυση Αντίσταση στη διάχυση = αντίσταση από τη μεμβράνη + αντίσταση από το αίμα 1/DL = 1/DM +1/D(O2-Hb) 1/DL = 1/DM + 1/θ.Vc θ = ο ρυθμός με τον οποίο 1 ml αίμα με κφ Hb προσλαμβάνει το αέριο (Ο2 ή CO) Vc = πνευμονικός τριχοειδικός όγκος αίματος

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Φυσικό φαινόμενο διάχυσης – πώς γίνεται Μέτρηση διάχυσης Η διαταραχή διάχυσης σαν μηχανισμός υποξαιμίας Διαγνωστική χρησιμότητα διάχυσης – Αλγόριθμος Περιστατικά ασθενών

VLgas = (A/T) * dgas * (PA-vgas)

ΑΠΟΔΕΚΤΗ ΜΕΤΡΗΣΗ.. Έλεγχος ποιότητας συστήματος VI>85% VC σε χρόνο εισπνοής ti<4 sec Ομαλό & σταθερό breath-hold διάρκειας 102 sec (χωρίς διαφυγή, Valsalva, Mueller) Ταχεία εκπνοή σε tE< 4 sec (χρόνος συλλογής κυψελιδικού δείγματος <3 sec) Washout volume 0.75-1.00 lt Εάν VC<2.00 lt, τότε Vw 0.50 lt Sample volume 0.50-1.00 lt Εάν VC<1.00 lt, Vs<0.50 lt

ΤΕΧΝΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΚΑΙ ΑΛΛΑ.. Ο ασθενής να μην λαμβάνει Ο2 15 min πρίν την εξέταση Αποφυγή καπνίσματος την ημέρα της εξέτασης Να μην έχει λάβει βρογχοδιασταλτικό Διόρθωση ως προς Hb DLCO pred.corr = DLCOpred X [1.7Hb/(10.2+Hb)] (Άνδρες) DLCO pred.corr = DLCOpred X [1.7Hb/(9.4+Hb)] (Γυναίκες) Τουλάχιστον 4 min μεταξύ 2 μετρήσεων (ΧΑΠ 10 min) Όχι άνω των 5 μετρήσεων, χρειάζονται 2 αποδεκτές & αναπαραγώγιμες μετρήσεις (3 STPD, 1 SI)

ΜΟΝΑΔΕΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ STPD ml/min/mmHg (ATS) SI mmol/min/kPa (ERS) STPD = SI x 2.987

ΤΙΜΕΣ ΑΝΑΦΟΡΑΣ Crapo & Morris. Am Rev Respir Dis 1981; 123: 185-189 Paoletti et al. Am Rev Respir Dis 1985; 132: 806-813 Roca et al. Am Rev Respir Dis 1990; 141: 1026-1032 ECSC-ERS. Eur Respir J 1993; 6 (suppl.16): 41-52

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Φυσικό φαινόμενο διάχυσης – πώς γίνεται Μέτρηση διάχυσης Η διαταραχή διάχυσης σαν μηχανισμός υποξαιμίας Διαγνωστική χρησιμότητα διάχυσης – Αλγόριθμος Περιστατικά ασθενών

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Φυσικό φαινόμενο διάχυσης – πώς γίνεται Μέτρηση διάχυσης Η διαταραχή διάχυσης σαν μηχανισμός υποξαιμίας Διαγνωστική χρησιμότητα διάχυσης – Αλγόριθμος Περιστατικά ασθενών

A test of the diffusing capacity of the lungs for carbon monoxide (DLCO) is one of the most clinically valuable tests of lung function. DLCO measures the ability of the lungs to transfer gas from inhaled air to the red blood cells in pulmonary capillaries. The test is rarely available in the outpatient office setting because the instrument costs more than $20,000 and requires much more skill and experience for its use and maintenance than does a spirometer. However, the DLCO test is convenient and easy for the patient to perform. The ten seconds of breathholding required for the DLCO maneuver is easier for most patients to perform than is the forced exhalation required for spirometry. Completion of two or three DLCO maneuvers also usually takes less time than pre- and post-bronchodilator spirometric tests.

LLN = 80% pred

Obstructive disease The DLCO is an excellent index of the degree of anatomic emphysema in smokers with airways obstruction. A low DLCO correlates highly with a low mean density of lung tissue on lung CT scan and with the degree of anatomic emphysema. Smokers with airways obstruction but normal DLCO values usually have chronic "obstructive" bronchitis but not emphysema. Patients with airway obstruction from asthma have normal or high DLCO values. Patients with cystic fibrosis have a normal DLCO until their disease becomes very severe. Unlike the forced expiratory volume in one second (FEV1), the DLCO does not correlate well with the degree of dyspnea in chronic obstructive pulmonary disease (COPD), and following such patients with serial DLCO tests does not have well established clinical value.

Restrictive disease — The DLCO helps in the differential diagnosis of restrictive lung disease, which is identified by reduced total lung capacity (TLC) and vital capacity (VC). A low DLCO combined with reduced lung volumes suggests interstitial lung disease (ILD) or diffuse parenchymatic lung disease (DPLD). A normal DLCO associated with low volumes is consistent with an extrapulmonary cause of the restriction (ventilatory pump), such as obesity, pleural effusion or thickening, neuromuscular weakness, or kyphoscoliosis.

Another common application of the DLCO is for detection of mild (early or preclinical) interstitial lung disease in high-risk patients, including those with: Stage I sarcoidosis Early pulmonary fibrosis Extrinsic allergic alveolitis Chest radiation and cancer chemotherapy Use of drugs known to have pulmonary toxicity (eg, amiodarone, bleomycin, nitrofurantoin) Lung, bone marrow, or renal transplants HIV-infection and high risk for Pneumocystis pneumonia Severe gastroesophageal reflux disease (GERD) Changes in follow-up values of DLCO in patients being treated for interstitial lung disease are often more sensitive to improvement or worsening than are changes in TLC or VC

Pulmonary vascular disease — An abnormal DLCO may be due to pulmonary vascular disease in those patients with chronic dyspnea but normal spirometry and lung volumes. Reduction in the DLCO is a sensitive indicator of: Chronic recurrent pulmonary emboli Idiopathic pulmonary arterial hypertension Pulmonary vascular involvement from connective tissue diseases and vasculitides such as systemic sclerosis, systemic lupus erythematosus, rheumatoid arthritis and inflammatory bowel disease

Need for oxygen therapy — A low DLCO is the major predictor of oxygen desaturation during exercise, so a DLCO test may be worthwhile in patients presenting with dyspnea on exertion. However, demonstration of arterial oxygen desaturation, using either pulse oximetry or arterial blood gas analysis, is generally required prior to initiating long-term oxygen therapy.

ΠΝΕΥΜΟΝΕΚΤΟΜΗ

Για λοβεκτομή Βρογχοσκόπηση: αρίθμηση ανοικτών (λειτουργικών) τμηματικών βρόγχων που θα εξαιρεθούν (π.χ. σε δεξιά άνω λοβεκτομή: θα εξαιρεθούν 3 ανοικτοί τμηματικοί βρόγχοι). PPO FEV1 = FEV1 x (19-3)/19 = FEV1 x 16/19 PPO DLCO = DLCO x (19-3)/19 = DLCO x 16/19 PPO FEV1 x PPO DLCO > 1650 ή PPO FEV1 και PPO DLCO > 40% pred

Evaluation of lung volume reduction surgery (LVRS) based on long-term survival rate analysis. Iwasaki A, Yosinaga Y, Kawahara K, Shirakusa T. J Thorac Cardiovasc Surg. 2003;51(5):277.   OBJECTIVE: Lung volume reduction surgery (LVRS) is an effective therapy for some patients with end-stage emphysema. In most cases, functional improvement is maximized during the first 6 months after surgery and decreases steadily afterwards. This study was aimed at gaining further understanding of the optimal candidates for LVRS and survival rates. METHODS: 62 patients with LVRS were selected according to the inclusion criteria. Changes in lung function were evaluated by FEV1, VC, RV, TLC, DLCO, PaO2, and PaCO2, and survival rates were analyzed at 12, 24, 36, and 48 months. Patients with LVRS were divided into two groups--those surviving after 48 months and those not surviving after 48 months--and analyzed according to group. RESULTS: The overall survival rate at 2 years and 4 years was 81.0 % and 67 %, respectively, with LVRS. VC, FEV1, TLC, DLCO, PaO2, and PaCO2 were potential factors leading to mortality according to univariate analysis. Multivariate analysis demonstrated that DLCO was the only independent factor that could predict the post-LVRS prognosis; the other factors failed as independent factors. Preoperatively, the FEV1 percentage predicted gave a good index for post-LVRS survival. CONCLUSIONS: Patients with higher preoperative FEV1 values had higher survival rates. These favorable long-term survival rates might justify LVRS for treating selected patients with severe emphysema. Additionally, DLCO turned out to be the only predictive factor for high mortality risk 4 years after LVRS. DLCO may thus be a very important marker in surgical planning.

Impact of DLCO on survival in PAH patients waiting for LTx

DLCO, κ.φ. σπιρομέτρηση & στατικοί όγκοι Αναιμία Κάπνισμα Νεφρική ανεπάρκεια Πνευμονική αγγειακή νόσος Αρχόμενη ILD Αρχόμενο εμφύσημα

Anemia — Anemia reduces the DLCO Anemia — Anemia reduces the DLCO. As an example, loss of blood from a healthy adult male leading to a decrease in hemoglobin from 16 down to 8 g/dL results in a decline in DLCO from 100 percent to 75 percent of predicted. This will be reported as a mildly abnormal DLCO. Therefore, if the patient is at risk for anemia or known to have anemia, the laboratory should obtain a recent hemoglobin value in order to report both the adjusted and the measured DLCO. The DLCO falls about 9 percent during menstruation, although this effect is not completely explained by changes in hemoglobin concentration

Carboxyhemoglobin — The carboxyhemoglobin (COHb) level may be elevated if the patient was smoking just prior to the DLCO measurement. An increase of each 1% in COHb results in a 1% decrease in the measured DLCO. Most laboratories merely ask the patient to refrain from smoking for four hours prior to the test. Smoking cessation results in a mean DLCO increase of 2 to 4 mL/min per mmHg within a few days

High altitude — If the laboratory is located at high altitude, the ambient, alveolar, and arterial oxygen concentrations are lower than at sea level. This results in less competition for CO binding to hemoglobin, increased CO uptake, and higher measured DLCO compared to a test done at sea level. Patients living at high altitude also have slightly higher hemoglobin levels, resulting in increased DLCO values. In order to correct for these effects, laboratories at higher altitudes may select to use the DLCO reference equations from the study of Crapo and coworkers, which was performed at high altitude

Η διόρθωση της DLCO ως προς όγκο (VA, TLC) είναι αμφιλεγόμενη & προβληματική

VOLUME CORRECTION — Many laboratories also report a DLCO "corrected" for the measured lung volume, ie, DLCO/VA, where VA is the alveolar volume during the breathhold maneuver. However, the DLCO/VA is not helpful in the differential diagnosis of restrictive lung diseases, since almost all patients with biopsy proven interstitial lung disease have low DLCO values, but many have a normal DLCO/VA . Changes in the DLCO/VA may also be misleading during follow-up examination of interstitial lung disease, since improvements in both the DLCO and lung volumes (numerator and denominator) commonly occur during successful therapy. Consequently, we recommend against using the DLCO/VA ratio when interpreting the results of a DLCO test. In addition, DLCO/VA is not adding any information in obstructive lung disease (i.e. emphysema) since both DLCO and DLCO/VA are low. In contrast, DLCO/VA is very helpful in lung resection (pneumonectomy, lobectomy) and inspiratory muscle weakness when a low DLCO does not reflect any membrane defect but the resected capillary-alveolar surface or lack of alveolar expansion respectively. In this case, DLCO/VA should be used and it is anticipated to be normal.

VARIOUS KCO–VA PATTERNS AND PATHOLOGIES, BUT SIMILAR DLCO DLCO KCO VA Diagnosis % Pred % Pred % Pred A. Muscle weakness 59 120 50 B. Pneumonectomy 58 111 51 C. Diffuse ILD 54 84 66 D. Emphysema 54 59 91 E. Idiopathic PH 56 58 96

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Φυσικό φαινόμενο διάχυσης – πώς γίνεται Μέτρηση διάχυσης Η διαταραχή διάχυσης σαν μηχανισμός υποξαιμίας Διαγνωστική χρησιμότητα διάχυσης – Αλγόριθμος MCQ - Περιστατικά ασθενών

Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι λάθος ? Η διάχυση είναι παθητική διαδικασία Η ροή αέρα μέσα στην κυψελίδα είναι στροβιλώδης Η διάχυση ενός αερίου καθορίζεται από τις φυσικές ιδιότητες της μεμβράνης, τις φυσικοχημικές ιδιότητες του αερίου, και την διαφορά Ρ του αερίου μεταξύ κυψελίδας-μικτού φλεβικού αίματος Αντίσταση στη διάχυση προβάλλουν η μεμβράνη και η χημική σύνδεση του αερίου με την Hb To CO2 διαχέεται 20 φορές πιο εύκολα από ότι το Ο2

Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι λάθος ? Η διάχυση είναι παθητική διαδικασία Η ροή αέρα μέσα στην κυψελίδα είναι στροβιλώδης Η διάχυση ενός αερίου καθορίζεται από τις φυσικές ιδιότητες της μεμβράνης, τις φυσικοχημικές ιδιότητες του αερίου, και την διαφορά Ρ του αερίου μεταξύ κυψελίδας-μικτού φλεβικού αίματος Αντίσταση στη διάχυση προβάλλουν η μεμβράνη και η χημική σύνδεση του αερίου με την Hb To CO2 διαχέεται 20 φορές πιο εύκολα από ότι το Ο2

Χρησιμοποιούμε CO αντί Ο2 για να μετρήσουμε την διάχυση, γιατί: Δεν συνδέεται με την Hb Διαχέεται πιο αργά από ότι το Ο2 Υπάρχει φυσιολογικά ελάχιστο ή καθόλου CO στο τριχοειδικό αίμα Το CO συνδεόμενο άμεσα με την Hb (x200 O2) αντανακλά απόλυτα την διάχυση μέσω της μεμβράνης (diffusion-limitation) Τα 1,2,3 Τα 3,4 Όλα τα παραπάνω

Χρησιμοποιούμε CO αντί Ο2 για να μετρήσουμε την διάχυση, γιατί: Δεν συνδέεται με την Hb Διαχέεται πιο αργά από ότι το Ο2 Υπάρχει φυσιολογικά ελάχιστο ή καθόλου CO στο τριχοειδικό αίμα Το CO συνδεόμενο άμεσα με την Hb (x200 O2) αντανακλά απόλυτα την διάχυση μέσω της μεμβράνης (diffusion-limitation) Τα 1,2,3 Τα 3,4 Όλα τα παραπάνω

Στην μέθοδο DLCOSB, το He χρησιμοποιείται με σκοπό: Να υπολογίσουμε την FACO0 Να μετρηθεί ο νεκρός χώρος (VD) Να μετρηθεί ο κυψελιδικός όγκος (VA) Όλα τα παραπάνω Το 1 και 3

Στην μέθοδο DLCOSB, το He χρησιμοποιείται με σκοπό: Να υπολογίσουμε την FACO0 Να μετρηθεί ο νεκρός χώρος (VD) Να μετρηθεί ο κυψελιδικός όγκος (VA) Όλα τα παραπάνω Το 1 και 3

Η υποξαιμία στην πνευμονική ίνωση οφείλεται σε: Συνήθως δεν υπάρχει υποξαιμία Οφείλεται στην ελάττωση της διάχυσης λόγω της πάχυνσης της μεμβράνης Οφείλεται σε διαταραχή V/Q Στην αύξηση της κατανάλωσης Ο2 στην περιφέρεια

Η υποξαιμία στην πνευμονική ίνωση οφείλεται σε: Συνήθως δεν υπάρχει υποξαιμία Οφείλεται στην ελάττωση της διάχυσης λόγω της πάχυνσης της μεμβράνης Οφείλεται σε διαταραχή V/Q Στην αύξηση της κατανάλωσης Ο2 στην περιφέρεια

Η DLCO είναι μειωμένη στο εμφύσημα λόγω: Αυξημένης απόστασης μεταξύ τελικού βρογχιολίου & μεμβράνης Μειωμένης κυψελιδοτριχοειδικής επιφάνειας Απώλειας πνευμονικής τριχοειδικής κοίτης Διαταραχών V/Q Όλων των παραπάνω Των 2,3,4 Των 2,4

Η DLCO είναι μειωμένη στο εμφύσημα λόγω: Αυξημένης απόστασης μεταξύ τελικού βρογχιολίου & μεμβράνης Μειωμένης κυψελιδοτριχοειδικής επιφάνειας Απώλειας πνευμονικής τριχοειδικής κοίτης Διαταραχών V/Q Όλων των παραπάνω Των 2,3,4 Των 2,4

Σε απουσία πνευμονικής νόσου, που μπορεί να αποδοθεί μία ελαττωμένη DLCO ? Οι μετρήσεις έγιναν σε υψόμετρο Αναιμία Αυξημένη αιμάτωση τριχοειδών Αυξημένη καρβοξυαιμοσφαιρίνη (COHb) Όλα τα παραπάνω Τα 1,3,4 Τα 2,4

Σε απουσία πνευμονικής νόσου, που μπορεί να αποδοθεί μία ελαττωμένη DLCO ? Οι μετρήσεις έγιναν σε υψόμετρο Αναιμία Αυξημένη αιμάτωση τριχοειδών Αυξημένη καρβοξυαιμοσφαιρίνη (COHb) Όλα τα παραπάνω Τα 1,3,4 Τα 2,4

Η διάχυση καλύτερα να ερμηνεύεται μαζί με σπιρομέτρηση & στατικούς όγκους