慢性阻塞性肺疾病患者深吸气量与运动能力的关系*

2011-11-20陈荣昌

中国病理生理杂志 2011年5期

陈瑞，陈荣昌，陈新

(1中山大学孙逸仙纪念医院呼吸内科，广东广州 510120；2广州医学院呼吸疾病国家重点实验室，广东广州 510120；3南方医科大学珠江医院呼吸内科，广东广州 510282)

陈瑞1，陈荣昌2△，陈新3

目的：探讨慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者深吸气量与运动能力的关系。方法采用呼气负压技术(NEP)检测42例缓解期COPD患者平静呼吸时呼气气流受限(EFL)情况。将COPD患者分为EFL组和无EFL组，并进行常规肺功能和症状限制递增功率心肺运动测试。结果42例COPD患者中29例在平静呼吸时检测到EFL，13例未检测到EFL。与无EFL组相比，EFL组深吸气量占预计值百分比(IC％pred)(Plt;0.01)、第1 s用力呼气容积占预计值百分比(FEV1％pred)(Plt;0.01)、第1 s用力呼气容积占用力肺活量百分比(FEV1/FVC％)(Plt;0.01)、比弥散量占预计值百分比(DLCO/VA％pred)(Plt;0.05)和最大摄氧量占预计值百分比(VO2max％pred)(Plt;0.01)均显著下降。多元逐步回归分析结果表明，IC％pred和FEV1％pred对VO2max％pred有显著预测意义。在EFL组，IC％pred与VO2max％pred的相关性最好(r=0.787,Plt;0.01)；在无EFL组，FEV1％pred与VO2max％pred的相关性最好(r=0.625,Plt;0.01)。结论在平静呼吸时出现EFL的COPD患者，肺过度充气可能是运动能力下降的主要原因；在平静呼吸时无EFL的COPD患者，气流阻塞可能是运动能力下降的主要原因。

肺疾病，慢性阻塞性；吸气量；呼气流速受限

运动能力下降是慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary diseases,COPD)患者就诊的主要原因。COPD的发病机制尚不十分清楚[1]。第1 s用力呼气容积(forced expiratory volume in first second，FEV1)是临床常用评价COPD患者病情严重程度和运动能力的客观检测指标。然而，FEV1并不能准确评价COPD患者的运动能力。呼气气流受限(expiratory flow limitation，EFL)是COPD重要的病理生理特点，严重者在平静呼吸时可出现EFL，导致功能残气量(functional residual capacity,FRC)增加和深吸气量(inspiratory capacity，IC)下降[2]。文献报道在平静呼吸时出现EFL的COPD患者肺容量指标IC比流速指标FEV1更能准确评价其支气管舒张剂疗效[3]。与FEV1相比，在平静呼吸时出现EFL的COPD患者IC与运动能力关系如何，目前国内未见相关的文献报道。本研究采用呼气负压技术(negative expiratory pressure,NEP)检测42例缓解期COPD患者平静呼吸时EFL，将COPD患者分成EFL组和无EFL组，旨在分组比较IC和FEV1等肺功能指标与COPD患者运动能力的关系。

材料和方法

1研究对象

COPD患者42例，诊断符合美国国立心、肺及血液研究所/世界卫生组织(NHLBI/WHO)颁布的“全球慢性阻塞性肺疾病防治倡议”(GOLD)有关COPD缓解期标准。所有受试者均为中山大学附属第二医院或广州医学院第一附属医院呼吸门诊就诊患者。男性41例，女性1例，平均年龄(66.97±6.89)岁。按照GOLD分级1级4例，2级10例，3级28例。所有受试者均无进行运动心肺功能测试的禁忌症，在受试前6 h未用过短效支气管舒张剂，24 h未用过长效支气管舒张剂，并排除其它呼吸系统疾病、心血管疾病、骨关节病、心理或系统性疾病。

2常规肺通气功能测试、弥散功能和肺容量测试

采用Cosmed肺功能仪，参照美国胸科协会肺功能检查操作规范进行常规肺通气功能、弥散功能和肺容积测定。肺弥散功能测定采用一口气法，肺容量测定采用多次氮冲洗重复呼吸法。

3NEP技术检测EFL

主要仪器设备和连接方法参照文献[4]进行。受试者坐位自然平静呼吸，当呼吸平稳后在呼气开始时给予-5～-7 cm H2O负压，呼气结束后嘱深吸气至肺总量位置，重复5-10次。仰卧位重复上述步骤。

EFL的评价采用3分法EFL评分。比较施加负压前后潮气呼吸流速-容积(tidal breathing flow-volume,TBFV)曲线，当无EFL存在时，TBFV曲线与基础曲线相比流速明显增加。相反，有EFL存在时，TBFV曲线与基础曲线重叠。1分为坐位及仰卧位均未检测到EFL；2分为仰卧位检测到EFL，坐位未检测到EFL；3分为坐位及仰卧位均检测到EFL。

4症状限制递增功率运动试验

采用 Quark PFT型心肺运动功能仪进行症状限制递增功率运动试验，评价COPD患者运动能力。具体运动方案分为3个阶段：第1阶段为开始运动的1 min热身，即0功率负荷阶段；第2阶段按照7W/min的速度进行斜坡式功率递增，转速维持在55-65 r/min，直至患者出现终止运动的指征，如因呼吸困难要求停止运动，极度下肢疲劳，指尖血氧饱和度低于85％，血压大于210/110mmHg，严重心律失常或心率占预计值百分比达到90％等；第3阶段为恢复阶段，做3-5 min无功率负荷的恢复。运动过程中连续监测受试者心电、血压、外周血氧饱和度及各项呼吸参数，每隔2 s或3 s电脑自动记录摄氧量和心率，每分钟对受试者进行Borg呼吸困难评分。

5呼吸流速和容量的测定

采用层流型流量计(MLT 1000L，ADInstruments)测量呼吸气流流速(V)，呼吸容量的测定通过流速对时间的积分求得。通过与口器相连的差分压力传感器(Validyne)监测气道开口压(airway-opening pressure,Pao)。每次实验前后进行容量和压力校准。

6数据采集

流速、压力信号放大后连接PowerLab16导生理记录仪(ML141，ADInstruments)，在Chart5.0软件支持下进行数据采集，采集频率为200 Hz。

7统计学处理

结果

1在平静呼吸时出现EFL对COPD患者肺功能的影响

42例COPD患者中29例在平静呼吸时检测到EFL，13例在平静呼吸时未检测到EFL。EFL组29例均为男性，平均年龄(65.43±5.87)岁。无EFL组男性12例，女性1例，平均年龄(67.48±6.32)岁。2组患者体重指数(BMI)和各项肺功能指标见表1。与无EFL组相比，EFL组深吸气量占预计值百分比(IC％pred)、第1秒用力呼气容积占预计值百分比(FEV1％pred)、第1秒用力呼气容积占用力肺活量百分比(FEV1/FVC％)、比弥散量占预计值百分比(DLCO/VA％pred)和VO2max％pred均显著低于无EFL组。

表1 EFL组和无EFL组体重指数和基础肺功能指标

2COPD患者的运动能力与各项肺功能指标的相关性分析

肺容量指标中IC％pred(r=0.592，Plt;0.01)与VO2max％pred呈显著正相关关系;FRC％pred(r=-0.432，Plt;0.01)和残气量占肺总量百分比(RV/TLC％)(r=-0.389，Plt;0.05)与VO2max％pred呈显著负相关关系;残气量占预计值百分比(RV％pred)(r=-0.243，Pgt;0.05)和肺总量占预计值百分比(TLC％pred)(r=-0.206，Pgt;0.05)与VO2max％pred无显著相关关系。肺流速指标中FEV1％pred(r=0.573，Plt;0.01)和FEV1/FVC％(r=0.446，Plt;0.01)分别与VO2max％pred呈显著正相关关系。肺弥散功能指标DLCO/VA％pred(r=0.487，Plt;0.01)与VO2max％pred呈显著正相关关系。

3影响COPD患者运动能力的多因素分析

以VO2max％pred为因变量，采用多元逐步回归分析FEV1％pred、FEV1/FVC％、IC％pred、FRC％pred、RV％pred、TLC％pred、RV/TLC％和DLCO/VA％pred等8个自变量对运动能力的预测性。结果表明，8个自变量中仅IC％pred(X1)和FEV1％pred(X2)对VO2max％pred(Y)有显著预测意义，其中最先进入的因素是IC％pred(β=0.681,Plt;0.01)，其次是FEV1％pred(β=0.527,Plt;0.01)。回归方程：Y=-10.7+0.54X1+0.62X2。分组分析结果表明，在EFL组IC％pred与 VO2max％pred的相关性最好；在非EFL组FEV1％pred与VO2max％pred的相关性最好,见表2。

表2 COPD患者各项肺功能指标与运动能力的相关性分析

讨论

EFL是COPD重要的病理生理特点，在COPD患者中广泛存在[5]。EFL是指在用力呼气时最大呼气流速或呼气中、晚期流速低于预计值水平，严重者呼气流速可与平静呼吸时呼气流速相等。本研究结果表明，平静呼吸时出现EFL的COPD患者在气流阻塞程度、弥散功能下降、肺过度充气及运动能力下降方面均较无EFL患者更为严重，与国外报道相符[6]。EFL可以使肺过度充气增加，导致产生内源性呼气末正压，使吸气做功增加。FRC是直接反映肺过度充气的容量指标，本研究中IC％pred与FRC％pred呈显著负相关关系，提示IC可间接反映肺过度充气。

运动能力下降是COPD患者的常见主诉。目前国内多集中研究肺流速指标FEV1％pred和FEV1/FVC％与COPD患者运动能力的关系。对肺容量指标IC与COPD患者运动能力的关系研究很少。由于单独采用FEV1％pred和FEV1/FVC％等肺流速指标不能准确反映COPD患者运动能力[7]，研究IC等其它肺功能指标与运动能力的关系有重要的临床意义。本研究结果表明，多项肺功能指标中FEV1％pred、FEV1/FVC％、IC％pred、DLCO/VA％pred与VO2max％pred呈显著正相关关系，FRC％pred 和RV/TLC％与VO2max％pred呈显著负相关关系，提示COPD患者运动能力受静息状态下气流阻塞程度、肺过度充气、弥散功能等多因素影响。国外文献报道COPD患者的运动能力与其在运动过程中所能达到的最大潮气量密切相关[8]。Díaz等[9]报道平静呼吸时出现EFL的COPD患者在运动中所能达到的最大潮气量取决于IC的大小。我们推测平静呼吸时出现EFL的COPD患者肺容量指标IC可能比流速指标更能准确反映COPD患者的运动能力。本研究与以往其它研究相比最大的特点在于把COPD患者分成EFL组和无EFL组来分析影响运动能力的肺通气功能、弥散功能和肺容量指标。研究结果表明，8个静态肺功能指标中仅IC％pred和FEV1％pred对COPD患者运动能力有显著预测意义。在平静呼吸时出现EFL的COPD患者，肺过度充气可能是运动能力下降的主要机制；在平静呼吸时无EFL的COPD患者，气流阻塞可能在运动能力下降中起主要作用。本研究结果将有助于制定个体化的COPD肺康复方案。在平静呼吸时出现EFL的严重COPD患者，除基础下肢运动训练外，联合吸入支气管舒张剂和进行吸气肌肉训练等减轻肺过度充气的康复措施将有助于增加吸气肌肉做功，提高肺康复治疗效果[10]。

综上所述，IC％pred和FEV1/FVC％应联合作为评价COPD患者运动能力的客观指标。在平静呼吸时出现EFL的严重COPD患者，肺过度充气可能是运动能力下降的主要原因。在平静呼吸时无EFL的COPD患者，气流阻塞可能是运动能力下降的主要原因。

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RelationshipbetweeninspiratorycapacityandexerciseenduranceinCOPDpatients

CHEN Rui1,CHEN Rong-chang2,CHEN Xin3

(1DepartmentofRespiratoryDiseases,SunYat-senMemorialHospital,SunYat-senUniversity,Guangzhou510120,China;2StateKeyLaboratoryofRespiratoryDiseases,GuangzhouMedicalCollege,Guangzhou510120,China;3DepartmentofRespiratoryDiseases,ZhujiangHospital,NanfangMedicalUniversity,Guangzhou510282,China.E-mail:chrc@vip.163.com)

AIM: To explore the relationship between inspiratory capacity (IC) and exercise endurance in chronic obstructive pulmonary diseases(COPD) patients.METHODSForty-two COPD patients were enrolled in the study.The technique of negative expiratory pressure (NEP) was employed to assess expiratory flow limitation (EFL) of the COPD patients at rest.Simultaneously,routine pulmonary function tests and an incremental symptom-limited exercise test were performed.RESULTSTwenty-nine patients had EFL and 13 patients were non-EFL at rest.Compared with non-EFL group,IC％pred (Plt;0.01),FEV1％pred (Plt;0.01),FEV1/FVC％ (Plt;0.01),DLCO/VA％pred (Plt;0.05) and VO2max％pred (Plt;0.01) in EFL group were significantly decreased.The results of stepwise regression analysis indicated that IC％pred and FEV1％pred were the only significant contributors to exercise tolerance.Subgroup analysis showed that IC％pred was correlated best with VO2max％pred in EFL patients (r=0.787,Plt;0.01),and FEV1％pred was correlated best with VO2max％pred in non-EFL patients (r=0.625,Plt;0.01).CONCLUSIONIn COPD patients with EFL at rest,hyperinflation may be the main reason for the reduction of exercise tolerance,otherwise in non-EFL patients,airway obstruction probably plays a key role in limiting exercise endurance.

Pulmonary disease,chronic obstructive; Inspiratory capacity; Expiratory flow limitation

1000-4718(2011)05-0972-04

R563

10.3969/j.issn.1000-4718.2011.05.026

2010-12-14

2011-03-10

广东省科技计划社会发展项目(No.E002009062)；广东省自然科学基金研究团队项目(No.04205342)

△通讯作者 Tel：020-34297736; E-mail：chrc@vip.163.com