背心胸部物理治疗气道清除与一氧化氮代谢相关

摘要

出身背景．Vest胸部理疗(VCPT)通过一种未知的机制增强囊性纤维化(CF)的气道清除率。由于纤毛对一氧化氮(NO)敏感，我们假设VCPT通过改变NO代谢来提高清除能力。方法.正常受试者和稳定CF受试者在VCPT前后均使用鼻糖精转运时间（NST）评估气道清除率，然后收集呼出气冷凝液（EBC），分析NO代谢物(）.结果在正常和稳定的CF受试者中，VCPT使NSTT缩短35%，两组之间没有观察到差异。EBCVCPT后对照组受试者的浓度下降68%（之前=115±32 μM与之后=37±17 μM).CF受试者有降低EBC的趋势．结论．我们发现了vcpt刺激的清除率和呼气之间的联系水平。我们推测VCPT通过增加NO代谢来促进清除。

1.导言

冲击性胸部理疗（CPT）是患者用于清除囊性纤维化（CF）气道分泌物的主要治疗方法或支气管扩张的其他原因。患者过去曾使用各种形式的拍击或机械敲击来完成此任务。现在有许多设备，统称为背心胸部物理疗法（VCPT），允许患者在无需第二个人协助的情况下进行气道清除[1.].几项研究表明，在临床结果方面，胸部物理治疗优于非胸部物理治疗[2.].根据粘液体积测量评估，胸部物理疗法可增加粘液清除率[3.］．

撞击式胸部物理疗法增强气道清除率的机制尚不清楚。临床医生假设，敲击和摇晃会使呼吸道表面的黏液和生物膜松动，使咳嗽清除更容易。另外，一些研究人员已经表明，对某些组织类型的机械刺激会增加上皮细胞释放NO [4.］．

因为机械刺激增加NO释放和气道清除率[5.]，我们假设VCPT改变NO的代谢，通过氮的氧化物()为了验证这些假设，我们测量了鼻糖精转运时间（NSTT）和在有和没有CF的受试者中，在使用VCPT治疗之前和之后的呼气冷凝液(EBC)中。

2.材料和方法

这项研究是在内布拉斯加州奥马哈的内布拉斯加大学医学中心(UNMC)进行的，并得到了UNMC机构审查委员会的批准。获得每位受试者的知情同意。

2．1．实验设计

图中概述了这项研究的方案1.．对照组为正常、健康、年龄在19-65岁、身体健康的成年人志愿者1.).如果患者有囊性纤维化的书面诊断，FEV1大于60%，且年龄在19-65岁之间，则符合纳入条件。CF患者组中的大多数在过去曾接受过背心物理治疗，但在参与研究的24小时内没有一人接受过治疗。所有患者和对照受试者在研究前至少24小时内戒酒。如果对照组受试者有肺部或鼻窦疾病史、曾经吸烟或怀孕，则将其排除在外。如果CF受试者是吸烟者、怀孕或有疾病急性肺加重的证据，则将其排除在外。在我们的研究中，我们将CF肺加重定义为咳嗽、痰增多、新的呼吸困难或其他足以证明通过任何途径使用抗生素进行急性治疗的症状。

2.2.科目选择和报名

我们在定期CF护理的常规访问中邀请患者参与研究。患者只有在他们和他们的治疗医生同意他们接近基线健康状态，没有CF肺恶化或其他急性疾病的证据时才被允许参与[6.］．我们进行了为期四个月的研究。

在知情同意后，受试者进行鼻糖精转运时间(NSTT)测试(见下文)，然后在潮汐呼吸期间收集10分钟前打击呼气冷凝液(EBC)。每个受试者都接受以下方案的VCPT。nstt后程序立即遵循叩诊后EBC采集10分钟，其方式与叩诊前采集和测试相同(但顺序相反;数字1.）.

2．3.鼻糖精转运时间

在直接目视下，将直径约0.5 mm的糖精颗粒(5mg)放在每位参与者的一个下鼻甲上，如所述[7.]。记录从放置糖精颗粒到第一次尝到甜味所经过的时间。在VCPT前后进行NSTT测量。

２.４.呼出的气息凝结

通过潮汐呼吸将呼出的冷凝液样本收集到EcoScreen (Jaeger, Würzburg, Germany)冷却系统中10分钟，形成冷凝液。为防止鼻呼吸污染，在采集EBC时佩戴鼻夹。样本被分成500个μL等分并储存在−70°C，以便日后进行一氧化氮分析[8.］．

2.5. 背心式胸部理疗

受试者使用104型空气脉冲发生器（明尼苏达州圣保罗市Hill Rom Corporate）进行20分钟的VCPT治疗。背心迅速充气并放气至最大容许压力，频率为10–15 20分钟。

2.6.测量

使用Sievers NOA 280化学发光分析仪(GE分析仪器，Boulder, CO)从冷冻EBC样品中测量氮的氧化物。分析仪使用氯化钒还原物进行转换回到一氧化氮。在该系统中，测定了呼出气体NO的转化产物亚硝酸盐和硝酸盐。计算浓度由1的标准曲线推断 纳米到100 μM硝酸钠。对于每个样品，每个数据点在两天内重复三次注射。显著性由配对决定以及与值<0.05。

3.结果

3.1.鼻糖精转运时间（NSTT）

正常受试者VCPT后NSTT显著降低（图2(一个))意味着清除增强。除一名正常受试者外，所有受试者在背心治疗后均显示NSTT下降(图)2(一个))总之，正常受试者在VCPT后的NST与NST前相比减少了35%（图3(一个)；分钟和 闵；）.我们将这些结果与囊性纤维化患者的鼻腔清除率进行了比较。我们观察到，与预处理值相比，VCPT后NSTT下降了类似的38%(图)2 (b)和3 (b)；基线=min与post-VCPT = 闵；）.与正常受试者相比，除1例CF受试者外，所有CF受试者VCPT后的NSTT均持续下降(图)2 (b)).我们观察到正常受试者和CF患者的基线或背心后CPT NST值均无显著差异（图3.）.

３.２．氮气的氧化物()

因为纤毛刺激与一氧化氮（NO）的产生有关，我们测量了VCPT前后呼出呼吸冷凝液(EBC)中的浓度。我们发现EBC与基线、预处理值相比，VCPT后对照组受试者的浓度降低68%（图5（a）；基线=μM vs后背心=μM）.11例正常人EBC均有不同程度的下降浓度(图4(一)）.我们比较了正常受试者和稳定囊性纤维化患者的结果，发现了类似的结果(图)4（b）).所有CF患者的EBC均显著降低在VCPT之后（图5 (b)；基线=μM vs后背心=μM）.与NSTT一样，我们没有看到基线和vcpt后EBC的差异正常受试者和稳定CF受试者之间的值(）.NSTT的减少与EBC的减少之间没有统计学上显著的相关性[］．

4.讨论

我们假设VCPT的机械刺激改变代谢，刺激粘液纤毛清除。为了验证这一假设，我们测量了鼻糖精传输时间和呼出的呼吸冷凝物在VCPT前后健康正常成人受试者和稳定囊性纤维化成人的浓度。在这个模型中，我们使用NSTT作为粘液纤毛清除的替代品。

据我们所知，这是第一个将气道粘液纤毛清除的变化与呼出的变化联系起来的研究在人体实验中。我们的结果表明，VCPT应用于正常和稳定的CF受试者均显著增加鼻粘膜纤毛清除率。在接受测试的20名受试者中，有18名受试者（90%）接受单一VCPT治疗后鼻腔清除率增加。总之，我们发现背心治疗可使正常和稳定CF受试者的鼻腔通透性增加约35%。虽然我们的研究组数量较少，但撞击对鼻腔清除率的影响非常显著，NSTT的生物学相关和统计学显著变化。

我们最初设计本研究是为了探讨VCPT增强清除的机制。我们选择了探索NO在基于VCPT的增强清除中的作用在体外1993年对纤毛的研究表明，通过多种刺激增加CBF需要NO的产生[9］．许多研究人员在几个不同的系统中证实了这些发现[10–12］．在这种情况下，我们最初假设vcpt增强的清除率会增加呼出浓度。我们的结果是反直觉的，与我们对通过VCPT的机械刺激对呼气的影响的预期正好相反．在任何情况下，VCPT都与显著降低浓度。我们推测，VCPT装置的机械振动通过刺激气道上皮细胞的钙释放，从而提高粘液清除率，从而导致钙调素激活eNOS，从而导致气道上皮细胞产生NO。如果NO产量随着机械刺激的增加而增加，那么我们必须与EBC的观察相一致随着VCPT的增加而减少。我们在本研究中的发现与发表在在纤毛细胞中进行的测量在体外我们的研究主要集中在EBC中呼出的NO代谢物，而在体外研究测量了在媒体中出现。很可能NO的“脱气”是氮的基础在EBC中[13),而在体外研究主要集中在培养基中NO的溶解和非挥发性代谢物。

呼气量的减少可能是由于纤毛上皮细胞内NO利用率的增加。在这种情况下，NO与鸟苷酸环化酶的结合增强将提供cGMP升高、PKG激活和刺激纤毛搏动的信号。也可能是来自更多远端气道的粘液流增加对NO扩散形成更大的屏障冲击疗法期间气道上皮细胞的NO含量高于静息状态下的NO含量。或者，通过冲击进行的机械刺激可能通过未知机制改变NO的代谢。

文献已明确证实，机械应力单独可刺激两种情况下的纤毛搏动在体外[14),在活的有机体内[15)模型。这种机械刺激的机制可能包括由细胞外钙内流或肌醇-1 '，4 '，5-三磷酸盐介导的内部钙释放引起的细胞质钙的增加[16,17］．在绵羊模型中，钙途径可能与NO-cGMP-PKG刺激纤毛搏动无关[18，但其他研究表明钙刺激的兔气道纤毛搏动有cgmp依赖的成分[18]Alberty等人使用人类鼻纤毛细胞证明，在存在NO抑制剂的情况下，纤毛的机械刺激可以发生，这表明机械诱导的CBF增加与内源性NO生成无关[19］．从这些观察推断，在我们的研究中，黏液纤毛运输对VCPT反应的机械刺激可能与NO无关。然而,重要的减少在EBC两个研究组对机械刺激的反应水平表明，对NO代谢和肺释放有明显的机械影响。

从我们的发现中产生的一个明显的问题是:胸部叩诊如何改变鼻腔间隙？背心打击装置应用于胸部，目的是振动下气道。然而，我们观察到，在VCPT期间，头部和颈部明显与胸部同步振荡。此外，鼻腔分泌物增加通常发生在叩诊治疗中，与鼻清除率增加一致(未发表的结果)。从这些观察中我们推测，在VCPT过程中，除了下气道，鼻腔也受到强烈的震动，从而刺激鼻粘液纤毛清除。

另一个重要问题如下：鼻腔清除率与肺气道清除率相关吗？由于VCPT通常针对肺气道清除障碍（如支气管扩张）患者，因此我们只能谨慎地将鼻腔清除率推断为肺清除率。由于此类研究涉及的成本和放射性核素暴露，我们没有直接测量肺清除率。然而，NSTT是一种直接功能nal测量上呼吸道的粘液纤毛清除率。由于背心被认为可以增强肺气道清除率，因此很可能VCPT刺激鼻腔和肺清除率。

我们还注意到EBC往往是更高的与对照组相比，CF组受试者（图5.)，不同于以往的研究[20].虽然我们承认正常受试者和CF受试者之间的差异在统计上没有差异，对这种差异最好的解释是，早期的研究只测量了直接呼出的NO，不包括一氧化氮分解产物。相反，呼出的气体冷凝物含有稳定的转化化合物NO、亚硝酸盐和硝酸盐。我们的研究结果测量EBC的浓度与其他仅测量呼出的自由基NO的研究形成了对比。

5.结论

综上所述，我们发现，所有受试者的NSTT测量结果显示，VCPT显著增强了气道清除率显著水平减少VCPT。这些发现表明VCPT清除改变和气道改变之间存在关联与NO代谢在粘液纤毛清除调节中的作用相一致。这些发现表明，需要进一步研究在胸部物理治疗期间增加气道清除率的机制，以确定一氧化氮在调节这种反应中发挥的作用。

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