Υπερηχογραφική μελέτη του διαφράγματος σε υγιείς εθελοντές σε συνθήκες ήρεμης αναπνοής, αυξημένων εισπνευστικών αντιστάσεων και ελαττωμένης θωρακικής ευενδοτότητας

Abstract

ΑΙΜDiaphragmatic movements constitute an important contributing factor in breathing patterns, however they are relatively difficult to evaluate especially in real time. In recent years, M-mode ultrasonography has been used extensively as a simple, non-invasive method to assess diaphragmatic movement offering the advantages of safety, relative simplicity and bedside availability. However, diaphragmatic breathing patterns under conditions of resistive loading or decreased thoracic compliance still remain poorly documented. This study attempts to assess diaphragmatic motion under conditions of inspiratory resistive loading and decreased thoracic compliance with the use of M-mode sonography. METHOD We assessed diaphragmatic motion in 40 healthy volunteers in four different study phases using M-mode sonography. In phase I of the study, sonography was performed during normal quiet breathing without respiratory loading. In phase II, sonography was performed after application of a nose clip and connection of the subjects to the pneumotachograph of the indirect calorimetry machine through a mouth piece. In phase III, the participants were assessed while subjected to inspiratory resistive loading of 50 cm H2O/lit/sec and in phase IV while breathing under conditions simulating decreased thoracic compliance.RESULTS Compared to baseline, the application of a mouth piece and nose clip induced a significant increase in diaphragmatic excursion and a decrease in respiratory rate. Inspiratory resistive loading induced a further decrease in respiratory rate and a decrease in diaphragmatic velocity contraction, and also an increase in tidal volume; diaphragmatic excursion, however, did not change significantly. Oxygen consumption and resting energy expenditure also increased during this phase. All sonographic, pneumotachographic and metabolic parameters measured during breathing under conditions resembling decreased thoracic compliance were found similar to the values measured during normal breathing in phase II of the study.CONCLUSIONSConclusively, inspiratory resistive loading induced significant changes in diaphragmatic contraction pattern, which mainly consisted of decreased velocity of diaphragmatic displacement with no change in diaphragmatic excursion. Tidal volume, on the other hand, increased significantly; the increase in tidal volume, along with the unchanged diaphragmatic excursion, provide sonographic evidence of increased recruitment of extra-diaphragmatic muscles under inspiratory resistive loading. Breathing under conditions of decreased thoracic compliance did not induce significant changes in any of the sonographic, spirometric or metabolic parameters studied.

ΣΤΟΧΟΣ Τα χαρακτηριστικά της διαφραγματικής μετακίνησης αποτελούν έναν ιδιαίτερα σημαντικό παράγοντα που καθορίζει τον τύπο της αναπνοής, ωστόσο είναι δύσκολο να εκτιμηθούν, ειδικά σε πραγματικό χρόνο. Τα τελευταία χρόνια η M-mode υπερηχογραφία του διαφράγματος έχει χρησιμοποιηθεί ως μία απλή, μη-επεμβατική μέθοδος προκειμένου για τη μελέτη των λεπτομερειών της διαφραγματικής κίνησης, προσφέροντας τα πλεονεκτήματα της ασφάλειας και της δυνατότητας πραγματοποίησης στην εξεταστική κλίνη. Ωστόσο, δεν υπάρχουν μελέτες που να περιγράφουν τις λεπτομέρειες της διαφραγματικής κίνησης υπό συνθήκες αυξημένων εισπνευστικών αντιστάσεων ή ελαττωμένης θωρακικής ευενδοτότητας. Η διδακτορική αυτή μελέτη επιχειρεί να περιγράψει τις λεπτομέρειες της διαφραγματικής μετακίνησης υπό τις συγκεκριμένες συνθήκες με τη χρήση της M-mode υπερηχογραφίας. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ Χρησιμοποιώντας Μ-mode υπερηχογραφία μελετήσαμε τα χαρακτηριστικά της κίνησης του δεξιού ημιδιαφράγματος σε σαράντα νεαρούς υγιείς εθελοντές σε τέσσερις διαφορετικές φάσεις μελέτης. Στη φάση Ι της μελέτης πραγματοποιήσαμε μόνο υπερηχογραφική καταγραφή της διαφραγματικής κίνησης με τους συμμετέχοντες σε συνθήκες ήρεμης αναπνοής. Στη φάση ΙΙ της μελέτης πραγματοποιούνταν υπερηχογραφική καταγραφή της διαφραγματικής κίνησης μετά από την εφαρμογή ρινικού κλιπ και επιστομίου προκειμένου για την αναπνοή μέσω του πνευμοταχογράφου του μηχανήματος έμμεσης θερμιδομετρίας. Στη φάση ΙΙΙ της μελέτης οι παραπάνω μετρήσεις πραγματοποιούνταν με εισπνευστικές αντιστάσεις 50 cmH2O. Lit -1.sec-1 ενώ στη φάση IV της μελέτης πραγματοποιούνταν με υπό συνθήκες προσομοίωσης ελαττωμένης θωρακικής ευενδοτότητας.ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Συγκριτικά με τη φάση Ι της μελέτης, η εφαρμογή του κλιπ στη μύτη και η χρήση του επιστομίου του πνευμοταχογράφου είχαν ως αποτέλεσμα τη σημαντική αύξηση της απόστασης της διαφραγματικής μετακίνησης και την ελάττωση της αναπνευστικής συχνότητας. Η εισαγωγή στο αναπνευστικό κύκλωμα των αυξημένων εισπνευστικών αντιστάσεων προκάλεσε ελάττωση της αναπνευστικής συχνότητας και ελάττωση της υπερηχογραφικά μετρούμενης κλίσης της διαφραγματικής μετακίνησης, με παράλληλη αύξηση του αναπνεόμενου όγκου, χωρίς, ωστόσο, μεταβολή της απόστασης μετακίνησης. – παράλληλα, η κατανάλωση ενέργειας και η κατανάλωση οξυγόνου αυξήθηκαν. Τέλος, στη φάση IV της μελέτης όλες οι υπερηχογραφικές, πνευμοταχογραφικές και μεταβολικές παράμετροι επανήλθαν σε τιμές συγκρίσιμες με αυτές τη φάσης ΙΙ. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Συμπερασματικά, η αναπνοή με συνθήκες αυξημένων εισπνευστικών αντιστάσεων είχε ως αποτέλεσμα την εμφάνιση σημαντικών υπερηχογραφικών μεταβολών στο διαφραγματικό τρόπο κίνησης, με κυριότερη μεταβολή την ελάττωση της υπερηχογραφικά μετρούμενης κλίση μετακίνησης, ενώ η διαφραγματική μετακίνηση δεν άλλαξε. Παράλληλα, ο αναπνεόμενος όγκος κατά τη φάση αυτή αυξήθηκε σημαντικά. Η αύξηση του αναπνεόμενου όγκου κατά τη φάση αυτή σε συνδυασμό με την παρατήρηση ότι η απόσταση μετακίνησης του διαφράγματος δεν μεταβλήθηκε σημαντικά, παρέχει υπερηχογραφικές ενδείξεις αυξημένης ενεργοποίησης αναπνευστικών μυών εκτός του διαφράγματος κατά την εισπνοή με αυξημένες αντιστάσεις. Η αναπνοή με συνθήκες προσομοίωσης ελαττωμένης θωρακικής ευενδοτότητας δεν προκάλεσε σημαντικές μεταβολές στο πρότυπο αναπνοής όσον αφορά σε κανένα από τα μελετούμενα υπερηχογραφικά, μεταβολικά ή πνευμοταχογραφικά χαρακτηριστικά.