慢性阻塞性肺疾病中容积二氧化碳图死腔参数的变化及其临床价值

2016-03-10齐广生刘锦铭顾文超杨文兰郭健徐黎青郑卫王英敏

海南医学 2016年12期

齐广生，刘锦铭，顾文超，杨文兰，郭健，徐黎青，郑卫，王英敏

(1.上海市浦东新区人民医院呼吸科，上海 201299；2.同济大学附属上海市肺科医院肺循环科，上海 200433；3.同济大学附属上海市肺科医院肺功能室，上海 200433)

齐广生1，刘锦铭2，3，顾文超1，杨文兰3，郭健3，徐黎青3，郑卫3，王英敏3

目的探讨容积二氧化碳图(VCap)死腔参数在慢性阻塞性肺疾病(COPD)诊断中的应用价值。方法选取2013-2014年在我院门诊和住院治疗的74例COPD患者(COPD组)和38例健康志愿者(健康组)作为研究对象。测定受试者的肺通气、容量、弥散指标及Threshhold死腔(VDT)、Langley死腔(VDL)、Fowler死腔(VDF)、Wolff死腔(VDW)、Bohr死腔(VDB)参数。首先，在健康组中建立以死腔为应变量，性别、年龄、身高、体重、潮气量及呼吸频率为自变量的预计值计算公式，并运用公式计算各受试者的正常死腔预计值。采用配对t检验比较COPD组死腔预计值与实测值的差异。运用判别分析统计死腔对COPD患者和健康人的判别效率。采用偏相关分析统计死腔参数与常规肺功能参数的相关性。结果在COPD组中，VDT实测值[(79.51±39.29)mL]较预计值[（97.42±30.53）mL]减小(P＜0.01)，而VDF[(190.20±57.41)mL]、VDW[(214.04±73.35)mL]及VDB[(294.89±93.12)mL]实测值较预计值[(177.18±38.99)mL、183.86±46.63）mL、(237.44±62.27)mL]增大(P＜0.05)。在运用死腔参数对COPD组和健康组的判别分析中只有VDT和VDB占预计值%进入判别函数，总归类正确率为87.9%(116/132)。在COPD组中，VDT及VDF与FEV1、FEV1/FVC、DLCO均呈负相关(P＜0.05)，VDW与FEV1、FEV1/FVC、DLCO均呈负相关(P＜0.05)，与RV、TLC呈正相关(P＜0.05)，VDB与FEV1、FEV1/FVC、DLCO均呈负相关(P＜0.05)，与RV、TLC、RV/TLC均呈正相关(P＜0.05)。结论VCap死腔对COPD的诊断及严重程度评估具有一定的临床参考价值。

慢性阻塞性肺疾病；死腔；容积二氧化碳图；临床诊断

目前，诊断和评估慢性阻塞性肺疾病(COPD)主要依靠肺功能检查。在传统肺功能指标中，第一秒用力呼气容积(FEV1)、第一秒用力呼气容积与用力肺活量比值(FEV1/FVC)、一氧化碳弥散量(DLCO)下降和残气(RV)、肺总量(TLC)、残总比(RV/TLC)增高是COPD的主要肺功能表现，可为临床提供重要参考。然而，COPD患者长期的疾病过程所导致的病理解剖和呼吸生理的改变极为复杂，仅仅通过以上指标并不能全面反映COPD的病理变化。而且受试者在测定上述指标时必须尽力呼吸。一些理解能力缺陷、病情严重或高龄的患者往往不能配合完成[1]。

容积二氧化碳图(Vcap)是测定呼出气二氧化碳浓度变化的一种肺功能技术[2]。VCap的应用丰富了检测COPD病理生理改变的技术手段[3]。通过分析Vcap，可得到一系列死腔参数[2，4-5]。其中包含了丰富的肺功能信息[6-8]。近年来，VCap死腔在COPD的诊断以及了解其病理生理改变特点方面的研究已取得了一定进展[4，9-13]。本研究采用建立预计值公式，并比较实测值与预计值差异的方式来探讨Vcap死腔参数在COPD中的应用价值和临床意义。

1 资料与方法

1.1 一般资料收集2013-2014年在我院门诊及住院治疗的COPD患者74例作为COPD组。入组标准：所有COPD患者的诊断均符合中华医学会呼吸病分会制定的《慢性阻塞性肺疾病诊治指南》中的标准；受试者未使用支气管舒张剂、激素和茶碱类药物；排除合并影响肺功能疾病的患者。选取38名健康人作为健康组。

1.2 方法

1.2.1 容积二氧化碳图死腔参数测定容积二氧化碳图是以受试者呼出气容积为横轴，二氧化碳(CO2)浓度为纵轴所描绘的呼出气二氧化碳浓度随呼出气容积变化而改变的图形。VCap包括3个分期。Ⅰ期与CO2浓度为0的横轴重合。Ⅱ期呈S形，为CO2浓度迅速上升期。Ⅲ期为平台，见图1。运用不同的分析方法对图形进行处理，可得到多种死腔概念：Threshhold死腔(VDT)、Langley死腔(VDL)、Fowler死腔(VDF)、Wolff死腔(VDW)、Bohr死腔(VDB)[14]。VCap死腔参数测定采用德国JEGER公司生产的CAPNO肺功能仪来完成。受试者全身放松，端坐位，口含口器、鼻夹夹鼻防漏气，平静呼吸45～60 s。由电脑分析软件截取最后5个VCap并计算各死腔参数(VDT、VDL、VDF、VDW、VDB)及潮气量(VT)、呼吸频率(BF)。计算机软件可自动选择最佳值。

1.2.2 肺通气、容量及弥散指标测定参数测定采用德国JEGER公司Masterscreen PFT多功能肺功能仪。指标包括FEV1预计值的%、FEV1/FVC%、RV占预计值%、TLC占预计值的%、RV/TLC%。每次测定检查均重复3次，取最佳值。单次呼吸法测定DLCO占预计值%。COPD患者中22例未能完成肺弥散功能测定。

1.2.3 测试程序每天清晨开机并进行环境校准和容积校准。受试者先安静休息5～10 min，在此过程中有技师向其讲解肺功能测定步骤及配合方法，测定开始后先行Vcap死腔参数检测，再行肺通气、容量及弥散功能测定。

1.2.4 数据分析在健康组中，以各死腔参数为应变量，年龄、性别、身高、体重及潮气量和频率为自变量建立各死腔正常预计值公式，然后利用已建立的预计值公式计算所有受试者的正常死腔预计值。比较COPD组死腔实测值与预计值的差异。对COPD和健康组进行逐步判别分析，建立判别函数，筛选出对判别COPD和健康人价值最大的死腔参数。在判别函数中，函数值靠近COPD组中心得分点，则受试者归入COPD组，靠近健康组中心得分点，则归入健康组。将性别、年龄、身高、体重、潮气量及呼吸频率作为控制变量，分析COPD组死腔与肺通气、容量及弥散等指标的相关性。

1.3 统计学方法应用SPSS17.0统计软件包进行数据分析。计量资料以均数±标准差(±s)表示。健康组多元回归方程的建立采用多元线性回归分析。COPD组各死腔实测值与预计值的计量资料比较采用配对t检验。COPD与健康组的判别分析采用逐步法选择变量进入函数。死腔参数与通气、容量及弥散指标之间的关系运用偏相关分析。以P＜0.05为差异有统计学意义。

图1 容积二氧化碳图

2 结果

2.1 基础资料及多元回归方程的建立

2.1.1 基础资料搜集COPD组和健康组的年龄、身高、体重和肺功能参数的基础数据，见表1。

2.1.2 多元回归方程的建立通过多元回归分析，在健康组中分别以各死腔为应变量，以年龄、性别、身高、体质量及潮气量和频率为自变量建立的多元回归方程有效，各死腔参数的多元回归方程如下：VDT=-387.147-17.668×性别+0.365×年龄+2.544×身高-0.594×体质量+32.721×VT+2.876×BF(F=4.038，P= 0.004)；VDL=-383.742-18.3×性别+0.212×年龄+2.548×身高-0.552×体质量+61.323×VT+2.519×BF(F=5.666，P=0.000)；VDF=-200.16-52.779×性别-0.444×年龄+ 2.226×身高+0.386×体质量+15.427×VT+0.764×BF(F= 3.922，P=0.005)；VDW=-416.834-47.866×性别-0.223×年龄+3.454×身高-0.427×体质量+34.019×VT+2.826×BF (F=4.529，P=0.002)；VDB=-444.146-43.73×性别-0.0342×年龄+3.244×身高-0.72×体质量+163.966×VT+3.454×BF (F=11.354，P=0.000)。

表1 COPD、健康组的年龄、身高、体重及肺功能参数(±s)

项目COPD组健康组年龄(岁)身高(cm)体质量(kg) VT(L) BF(次/min) FEV1(占预计值%) FEV1/FVC(%) RV(占预计值%) TLC(占预计值%) RV/TLC(%) TLCO(占预计值%) VDT(mL) VDL(mL) VDF(mL) VDW(mL) VDB(mL) 62.15±10.76 163.11±8.37 60.34±11.75 0.83±0.26 20.33±6.56 48.34±22.32 50.55±11.48 215.39±75.96 128.29±25.72 62.83±11.86 75.50±31.06 79.51±39.29 108.89±50.93 190.20±57.41 214.04±73.35 294.89±93.12 53.11±14.59 166.97±7.99 66.53±12.84 0.88±0.33 17.55±5.06 102.36±7.90 84.36±4.99 104.30±19.86 99.69±7.97 32.32±5.84 110.29±15.29 87.93±44.19 106.86±47.21 189.74±66.19 187.45±71.09 239.89±86.25

2.2 COPD组Vcap死腔实测值与预计值比较在COPD组中，对死腔实测值和预计值作配对t检验显示，各死腔参数除VDL外，VDT、VDF、VDW及VDB的实测值和预计值的差异均有统计学意义，其中VDT实测值较预计值减小(P＜0.01)，而VDF、VDW及VDB实测值较预计值增大(P＜0.05)，见表2。

表2 COPD组各实测死腔值与预计死腔值比较(mL,±s)

项目实测值预计值t值P值VDT 79.51±39.29 97.42±30.53 -4.882 0.000 VDL 108.89±50.93 110.62±32.93 -0.377 0.707 VDF 190.20±57.41 177.18±38.99 2.148 0.035 VDW 214.04±73.35 183.86±46.63 4.25 0.000 VDB 294.89±93.12 237.44±62.27 8.405 0.000

2.3 死腔参数对COPD组和健康组的判别分析本研究还发现，利用VDT、VDF、VDW及VDB占预计值%对COPD组和健康组进行逐步判别分析，只有VDT和VDB占预计值%进入判别函数，判别函数为：D=0.046×VDB占预计值%-0.027×VDT占预计值%-2.828(χ2=71.575，P=0.000；COPD组中心得分点：0.757，健康组中心得分点：-0.965)。COPD组74例中仅13例(17.57%)被误判入健康组，健康组38例中有3例(5.17%)被误判入COPD组，总归类正确率为87.9%，见图2。

图2 由逐步判别法所得VDB及VDT占预计值%对健康人和COPD患者的判别作用

2.4 COPD组中各死腔与肺通气、容量、弥散指标的相关分析本研究发现，在COPD组中，VDT、VDF分别与FEV1、FEV1/FVC、DLCO呈负相关(P＜ 0.05)。VDW与FEV1、FEV1/FVC、DLCO均呈负相关(P＜0.05)，与RV、TLC呈正相关(P＜0.05)。VDB与FEV1、FEV1/FVC、DLCO均呈负相关(P＜0.05)，与RV、TLC、RV/TLC均呈正相关(P＜0.05)，见表3。

表3 COPD组各死腔与通气、残气、弥散指标的相关系数

3 讨论

本研究结果显示，COPD组VDT实测值比预计值小，提示COPD患者的VDT死腔参数比健康人小。如前所述，VDT是容积二氧化碳图上CO2浓度为0的Ⅰ期部分，代表呼气初期纯气道解剖死腔气体。然而，在CO2浓度升高较快的Ⅱ期，也包含一部分气道死腔容积。而VDT并没有将这部分气道死腔气体容积计算在内。所以VDT仅为气道死腔的一部分，它的变化趋势和程度主要受气道管腔直径和长度的影响。COPD患者的气道管腔重塑、塌陷以及气道平滑肌痉挛[7]、管壁炎症水肿、痰液分泌增加[15]等各种原因共同造成了气道管腔变狭窄。这种COPD患者气道管腔直径的减小在容积二氧化碳图上则表现为VDT较健康人减小[16]。本研究也发现COPD患者VDF、VDW及VDB均较预计值增大。在VCap图形中，各死腔参数的定义和计算过程中所运用的理论依据及分析方法并不相同。上述死腔参数所实际包含的死腔容积都比VDT大，其中可能有全部气道死腔和部分肺泡死腔在内[17]。在COPD患者中，肺毛细血管床的损毁及肺泡壁的破坏等病理改变都可以引起肺泡死腔容积增大，而其增大程度弥补并超过了气道管腔直径减小所造成的死腔容积减小[18]。因此，本研究中的COPD患者的VDF、VDW及VDB均较预计值有增大趋势。

本研究通过逐步判别分析发现，VDT联合VDB对COPD的判别正确率较高，可将82.43%的COPD患者和94.83%的健康人正确归类。可见在各死腔参数的随意组合中，VDT与VDB结合对COPD的辅助诊断可能具有更高的临床价值。

在COPD患者中，FEV1、FEV1/FVC均为评估气流受限和疾病严重程度的指标。本研究显示VDT、VDF、VDW及VDB均与FEV1、FEV1/FVC呈负相关。提示上述死腔参数在COPD加重过程中呈增大趋势。COPD疾病加重时，患者的气道也相应缩窄，并可引起气道死腔缩小。然而，在COPD进展过程中还发生了肺泡壁的破坏以及肺毛细血管床的毁损。这些因素引起肺弥散功能减退。原本可进行气体交换的一些小气道也因此失去了弥散能力。气道死腔长度相应增加。从而致使死腔容积增大[19]。这一因素对死腔的增大效应高于气道狭窄对死腔的减小效应。因此COPD患者多数死腔随着疾病的进展而增大。本研究也发现VDB与RV、TLC、RV/TLC均呈正相关，VDW与RV及TLC呈正相关。在COPD患者中，RV、TLC、RV/TLC均为反映肺过度充气及气体陷闭的指标，随疾病进展呈逐渐增大趋势。各死腔参数随疾病进展亦呈增大趋势，与RV、TLC及RV/TLC的变化一致。这也提示死腔参数可能包含并反映了肺过度充气的信息。本研究还发现各死腔参数均与DLCO呈负相关。随着肺气体弥散功能的减退，DLCO下降，支气管肺组织的“分界面”逐渐下移，各死腔参数随之增大。

VDT仅仅占气道死腔容积的一部分。在与健康人比较时，气道管腔横径减小因素对气道死腔的影响大。因而COPD患者VDT与健康人比较减小。而在COPD患者则随着疾病的加重，“分界面”下移所致死腔长度增加的效应超过了管腔狭窄对死腔的减小效应，所以VDT则随疾病进展呈增大趋势。

Vcap死腔参数作为气体交换范畴的肺功能指标，测定过程患者只需含口器平静呼吸[20]。与常规肺功能技术相比，VCap死腔测定方法简单，患者容易接受和配合，在无法完成常规肺功能的患者中应用可为临床提供参考，具有一定的临床价值[21-24]。

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Changes and clinical value of dead space parameters in volumetric capnography of chronic obstructive pulmonary disease.

QI Guang-sheng1,LIU Jin-ming2,3,GU Wen-chao1,YANG Wen-lan3,GUO Jian3,XU Li-qing3, ZHENG Wei3,WANG Ying-min3.1.Department of Respiratory Medicine,Shanghai Pudong New Area People’s Hospital, Shanghai 201299,CHINA;2.Department of Pulmonary Circulation,Shanghai Pulmonary Hospital Affiliated to Tongji University,Shanghai 200433,CHINA;3.Department of Pulmonary Function Test,Shanghai Pulmonary Hospital Affiliated to Tongji University,Shanghai 200433,CHINA

ObjectiveTo investigate the application value of volumetric capnography(VCap)dead space parameters in diagnosis of chronic obstructive pulmonary disease(COPD).MethodsSeventy-four patients with COPD (COPD group)and 38 healthy volunteers(healthy group)in our hospital for outpatient and inpatient treatment from 2013 to 2014 were selected as the research subjects.The pulmonary ventilation,volume and dispersion index,Threshold dead space(VDT),Langley dead space(VDL),Fowler dead space(VDF),Wolff dead space(VDW)and Bohr dead spaces (VDB)were measured in all the subjects.First,the formula for predicted value was obtained through multiple regression analysis with dead space as the dependent variable,and gender,age,height,weight,tidal volume,respiratory frequency as the independent variables.The predicted values of all subjects were computed by the formula.The difference between the predicted value and the measured value of dead space in COPD group was compared by paired t test.The discriminant efficiency of dead space on COPD patients and healthy people was analyzed by discriminant analysis.Correlations between dead space parameters and routine pulmonary function parameters were analyzed by partial correlation analysis.ResultsIn the COPD group,the measured value of VDT was lower than the predicted value[(79.51±39.29)mL vs(97.42±30.53)mL,P＜0.01],while the measured values of VDF,VDW,and VDB were significantly increased than the predicted values[(190.20± 57.41)mL vs 177.18±38.99)mL,(214.04±73.35)mL vs(183.86±46.63)mL,(294.89±93.12)mL vs(237.44±62.27)mL,P＜0.05].In the discriminant analysis of dead space on COPD patients and healthy people,only VDT and VDB entered the equation,with the total classification accuracy of 87.9%(116/132).In COPD group,VDT and VDF were negatively correlated with FEV1,FEV1/FVC and DLCO(P＜0.05).VDW was negatively correlated with FEV1,FEV1/FVC and DLCO(P＜0.05),which was positively correlated with RV and TLC(P＜0.05).VDB was negatively correlated with FEV1,FEV1/FVC and DLCO(P＜0.05),but it was positively correlated with RV,TLC and RV/TLC(P＜0.05).ConclusionVCap dead space has a certain clinical reference value for the diagnosis and severity evaluation of COPD.

Chronic obstructive pulmonary disease(COPD);Dead space;Volumetric capnography;Clinical diagnosis

R563

1003—6350（2016）12—1919—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2016.12.008

2016-01-26)

上海市浦东新区卫生系统优秀青年医学人才培养计划资助(编号：PWRq2013-07)；上海市浦东新区卫生和计划生育委员会科技发展专项基金资助(编号：PW2015B-14)；上海市浦东新区卫生系统重点学科建设资助(编号：PWZx2014-12)

刘锦铭。E-mail：jinmingliu_sh@hotmail.com