1. Modelling resistance and reactance with heterogeneous airway narrowing in mild to severe asthma
- Author
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Bhatawadekar, Swati A., Leary, Del, and Maksym, Geoffrey N.
- Subjects
Asthma -- Physiological aspects ,Airway (Medicine) -- Health aspects ,Biological sciences - Abstract
Ventilation heterogeneity is an important marker of small airway dysfunction in asthma. The frequency dependence of respiratory system resistance ([R.sub.rs]) from oscillometry is used as a measure of this heterogeneity. However, this has not been quantitatively assessed or compared with other outcomes from oscillometry, including respiratory system reactance ([X.sub.rs]) and the associated elastance ([E.sub.rs]). Here, we used a multibranch model of the human lung, including an upper airway shunt, to match previously reported respiratory mechanics in mild to severe asthma. We imposed heterogeneity by narrowing a proportion of the peripheral airways to account for patient [E.sub.rs] at 5 Hz, and then narrowed central airways to account for the remaining [R.sub.rs] at 18 Hz. The model required >75% of the small airways to be occluded to reproduce severe asthma. While the model produced frequency dependence in [R.sub.rs], it was upward-shifted below 5 Hz compared with in-vivo results, indicating that other factors, including more distributed airway narrowing or central airway wall compliance, are required. However, [E.sub.rs] quantitatively reflected the imposed heterogeneity better than the frequency dependence of [R.sub.rs], independent of the frequency range for the estimation, and thus was a more robust measure of small-airway function. Thus, [E.sub.rs] appears to have greater potential as a clinical measure of early small-airway disease in asthma. Key words: small airway heterogeneity, ventilation defects, elastance, frequency dependence of resistance, oscillometry. L'heterogeneite ventilatoire constitue un marqueur important de la dysfonction des petites voies respiratoires dans l'asthme. La dependance en fonction de la frequence de la resistance du systeme respiratoire ([R.sub.rs]) a partir de l'oscillometrie est utilisee pour mesurer cette heterogeneite. Cependant, elle n'a pas ete evaluee de maniere quantitative ou comparee a d'autres resultats de l'oscillometrie, incluant la reactance du systeme respiratoire ([X.sub.rs]) et l'elastance associee ([E.sub.rs]). Les auteurs ont utilize ici un modele ramifie de poumon humain incluant une obstruction des voies aeriennes superieures qui reproduit la mecanique respiratoire de l'asthme leger a severe rapportee precedemment. Les auteurs ont impose une heterogeneite en retrecissant une partie des voies respiratoires peripheriques pour representer l'[E.sub.rs] a 5 Hz d'un patient, et en retrecissant ensuite les voies respiratoires centrales pour representer la [R.sub.rs] residuelle a 18 Hz. Une occlusion de >75 % des petites voies respiratoires etait necessaire pour representer l'asthme severe. Alors que le modele produisait une dependance en fonction de la frequence de la [R.sub.rs], elle se deplacait sous les 5 Hz relativement a la situation in vivo, indiquant que d'autres facteurs sont requis, incluant une meilleure distribution du retrecissement des voies respiratoires ou une compliance des parois des voies respiratoires centrales. Cependant, la [E.sub.rs] refletait quantitativement l'heterogeneite imposee davantage que la dependance en fonction de la frequence de la [R.sub.rs], de maniere independante du spectre de frequence pour l'estimation, et constituait ainsi une mesure plus robuste de la fonction des petites voies respiratoires. La [E.sub.rs] semble alors avoir un meilleur potentiel comme mesure clinique de la maladie precoce des petites voies respiratoires dans l'asthme. [Traduit par la Redaction] Mots-cles: heterogeneite des petites voies respiratoires, defauts de ventilation, elastance, dependance en fonction de la frequence de la resistance, oscillometrie., Introduction Heterogeneous airway narrowing is a hallmark feature of asthma; a fact also supported by the occurrence of 'patchy ventilation,' characterized by ventilation defects in asthmatic subjects as seen in [...]
- Published
- 2015
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