脉冲震荡肺功能测定对哮喘-慢性阻塞性肺疾病重叠患者的诊断价值

文玲 孙朋波 朱丽华 王娜 傅洛桐 赵立

1中国医科大学附属盛京医院呼吸与重症医学科,沈阳110000;2沈阳市辽中区人民医院呼吸科110000

COPD和支气管哮喘(哮喘)都是常见的慢性气道疾病,但二者具有不同的发病机制。COPD的气道炎症主要反映在小气道至肺泡的区域,且病变常常持续进展,这些特质导致许多COPD患者气流受限的可逆程度不大。但这并不意味着COPD患者完全没有可逆性气流受限的肺功能表现[1]。哮喘表现为嗜酸粒细胞、肥大细胞浸润为主的大气道炎症,大部分患者对糖皮质激素和β2受体激动剂具有良好的治疗反应,气流受限的可逆程度很高。但部分气道炎症控制不佳、气道重塑严重的患者,则表现为固定性气流受限[2]。因此,仅仅依靠气流可逆和/或固定程度,不能对COPD或哮喘做出明确的鉴别诊断。这恰恰是哮喘-慢性阻塞性肺疾病重叠(asthma-COPD overlap,ACO)患者诊断所面临的两难局面。目前慢性阻塞性肺疾病全球倡议(Global Strategy for the Diagnosis,Management,and Prevention of Chronic Obstructive Pulmonary Disease,GOLD)和哮喘管理和预防的全球战略(Global Initiative for Asthma,GINA)联合发布的ACO诊断共识中,对青少年期哮喘起病、伴有吸烟等危险因素暴露、并同时具有气流受限显著可逆[3-4]的典型患者,可以做出ACO的明确诊断。然而,临床情况是复杂多样的,我们不能否认 “长期吸烟患者在中年以后发生哮喘”这种特殊病例的存在,此时无论COPD、哮喘、抑或ACO的诊断都无法仅仅依靠通气功能检测结果,做出明确判断。因此,临床迫切需要某些其他辅助检查方法,提高ACO诊断的敏感度和特异度。

脉冲震荡(impulse oscillometry system,IOS)肺功能检测是通过IOS技术评估气道阻力和顺应性的方法,这项技术通过不同的脉冲频率转换,可以同时探测气流的惯性阻力、黏性阻力和气道的弹性阻力,因此不仅可以同时检测大气道和小气道阻力,还可对气道和肺组织的顺应性做出判断。这些技术特点使得IOS有可能兼顾COPD和哮喘的病理生理特征,从而呈现出既不同于COPD,又不同于哮喘,具有ACO特色的IOS检测数据。本研究旨在获取ACO患者与COPD患者相比IOS参数的特点,研究IOS各参数在ACO诊断中的价值及相应的界值,以期对ACO的进一步明确诊断提供辅助方法。

1 对象和方法

1.1 研究对象 研究对象为2015年11月至2018年8月在中国医科大学附属盛京医院呼吸与重症医学科门诊或住院期间明确诊断为COPD或ACO的患者。

研究对象入选标准:(1)年龄≥40岁,性别不限;(2)研究者判断依从性良好;(3)确诊为COPD或ACO的稳定期患者;(4)签署知情同意书。排除标准:(1)无法配合肺通气功能检测或IOS检测的患者;(2)合并其他呼吸系统疾病(如单纯哮喘、肺纤维化、支气管扩张、肺结核或神经肌肉疾病等);(3)合并其他系统的严重疾病;(4)测试前服用过药物(测试前48 h内使用过糖皮质类固醇或抗组胺药物,24 h时内使用过长效或缓释型β2受体激动剂或茶碱,12 h内口服短效β2受体激动剂或短效茶碱,8 h内使用过M受体激动剂,6 h内使用过短效β2受体激动剂);(5)在检测前4周出现基线状态呼吸困难,咳嗽和/或痰液的变化超出正常的日常变化,起病急,并且可能需要改变目前的常规药物治疗;(6)妊娠或哺乳期妇女;(7)存在肺功能检查绝对禁忌证的患者。

COPD诊断标准[4]:(1)有吸烟史,吸烟≥10包年;(2)40岁后出现咳嗽、咳痰、活动后气短等呼吸系统症状;(3)吸入支气管舒张剂后,第1秒用力呼气容积与用力肺活量之比(forced expiratory volume in one second forced vital capacity,FEV1/FVC)＜70%,且支气管舒张试验阴性(吸入支气管舒张剂后FEV1改善率＜12%且绝对值增加＜200 ml)。ACO诊断标准[5]:(1)在儿童或青年时期(30岁前)即有哮喘病史;(2)有吸烟史,吸烟≥10包年;(3)40岁后出现气流阻塞(吸入支气管舒张剂后,FEV1/FVC＜0.7)且伴有可逆性气流受限(吸入支气管舒张剂后FEV1增加≥12%且绝对值增加≥200 ml)。本研究符合 《赫尔辛基宣言》的原则,所有患者知情同意。

1.2 方法

1.2.1 常规肺功能检查 使用Jaeger Masterscreen肺功能仪器严格按ATS/ERS系列任务:肺功能测试的标准化进行[6]。每个受试者完成至少3次合格的肺功能测量,并根据受试者的表现和曲线形状选择最佳结果。给予沙丁胺醇400μg吸入15 min后重复测量3次,如上选取最佳值,记录舒张试验前后FEV1、FEV1%pred、FEV1/FVC等指标。

1.2.2 IOS测定 用IOS-MOS(Masterscreen IOS,Erich Jaeger,Carefusion德国234股份有限公司,德国)进行IOS测定,舒张试验前后均重复检测3～5次,选取一致性最好的2次检测结果的均值,根据相关指南进行检测[7]。IOS检测与其他检测之间的间隔时间至少3 min,以保证IOS检测数值的准确性。记录支气管舒张试验前后的呼吸总阻抗值(respiratory inpedance at 5 Hz,Z5)及占预计值百分比(percentage of predicted values for Z5,Z5%pred),5 Hz处 阻 抗(respiratory resistance at 5 Hz,R5)及占预计值百分比(percentage of predicted values for R5,R5%pred),5 Hz处吸气相阻抗(inspiratory phase resistance at 5 Hz,R5in)、5 Hz处呼气相阻抗(expiratory phase resistance at 5 Hz,R5ex),大气道阻力指标(respiratory resistance at 20 Hz,R20)及占预计值百分比(percentage of predicted values for R20,R20%pred),5 Hz处与20 Hz处阻抗的差值(difference in resistance between 5 Hz and 20 Hz,R5-R20)以及电抗参数(respiratory reactance at 5 Hz,X5)、5 Hz处 吸 气 相 电 抗(inspiratory reactance at 5 Hz,X5in)、5 Hz处呼气相电抗(expiratory reactance at 5 Hz,X5ex),响应频率(resonance frequency,Fres)和电抗下面积(area under the reactance curve,AX)等参数。

1.3 统计学分析 本研究运用SPSS 13.0统计软件进行数据分析,计量资料若符合正态分布,用表示,组间比较采用两独立样本的t检验。非正态计量资料用[M(QR)]表示,组间比较采用Mann-WhitneyU检验。P＜0.05为差异有统计学意义。根据不同的IOS值得到相应的敏感度和特异度,以1-特异度为横坐标、敏感度作为纵坐标绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线。

2 结果

2.1 受试者一般情况 共筛选213例患者,符合入选标准,不符合排除标准患者56例,最终入选本研究,分别为COPD患者46例、ACO患者10例。2组患者比较,除FEV1%pred差异有统计学意义以外,其他指标差异均无统计学意义(表1、2)。

2.2 基线状态下2组患者IOS检测指标值的比较及ROC曲线分析 表3、4显示了2组患者在支气管舒张试验前基线状态的IOS测量结果。2组患者中代表总气道阻力的Z5及Z5%pred,R5、R5%pred,代表中央气道阻力的R20%pred,电抗参数AX、R5in和R5ex,代表外周气道阻力的(R5-R20)差异有统计学意义(P＜0.05)。R20、Fres、X5in和X5ex等指标在2组间差异无统计学意义(P＞0.05)。

表1 受试者的一般情况比较

表2 受试者的一般情况比较

用差异明显的IOS检测指标值绘制ROC曲线,如图1所示,从ROC曲线可见IOS中Z5、Z5%pred、R5、R5% pred、R20% pred、AX、R5in、R5ex、R5-R20等参数具有中度诊断价值,而以R20%pred＞117.33%为折点IOS诊断ACO的敏感度为0.80,特异度为0.74;(R5-R20)＞0.27为折点IOS诊断ACO的敏感度为0.70,特异度为0.72。表5显示了ROC曲线分析的相关指标值。

图1 基线状态下IOS指标对ACO诊断价值的ROC曲线

2.3 支气管舒张试验后2组患者IOS检测指标值的比较及ROC曲线分析 2组患者在支气管舒张试验后IOS测量结果如表6、7中所示:2组患者IOS指标值仅有R20%pred-post差异有统计学意义(P＜0.05)。

对IOS检测指标值进行ROC曲线的绘制,如图2所示,ROC相应的指标见表8。R20%predpost的ROC曲 线 下 面 积(area under curve,AUC)为0.72,以R20%pred-post＞102.78%为界值,诊断ACO的敏感度为0.80,特异度为0.70。

图2 支气管舒张实验后IOS指标R20%pred-post对ACO诊断价值的ROC曲线

2.4 支气管舒张试验前后2组患者IOS检测指标值改变量的比较及ROC曲线分析 我们对各组患者在支气管舒张试验前后IOS测量结果改变量进行了 比 较,见 表9、10。2组 患 者 除 ΔR20、ΔR20%pred外,其余IOS检测指标值差异均有统计学意义(P＜0.05)。

表3 基线状态下两组患者IOS检测值比较

表4 基线状态下2组患者IOS检测值比较

表5 基线状态的ROC曲线

表6 吸入支气管舒张剂后2组患者IOS指标比较

表7 吸入支气管舒张剂后两组患者IOS指标比较[M(QR)]

对差异明显的IOS检测指标改变量绘制ROC曲线,如图3所示,ROC曲线相关参数见表11。从ROC曲 线 可 见IOS中 ΔZ5、ΔZ5%pred、ΔFres、ΔR5、ΔR5%pred、ΔX5、ΔAX、ΔR5in、ΔX5in、ΔR5ex、ΔX5ex、Δ(R5-R20)等参数具有中度诊断价值。以Δ(R5-R20)＞0.06为折点IOS诊断ACO的敏感度为0.80,特异度为0.78;以ΔAX＞0.98为折点IOS诊断ACO的敏感度为0.90,特异度为0.72;以ΔR5in＞0.12为折点IOS诊断ACO的敏感度为0.80,特异度为0.80;以ΔX5in＞0.06为折点IOS诊断ACO的敏感度为0.80,特异度为0.83。

表8 吸入支气管舒张剂后的ROC曲线值

表9 2组患者吸入支气管舒张剂后IOS指标的改变量比较

表10 2组患者吸入支气管舒张剂后IOS指标的改变量比较[M(QR)]

3 讨论

COPD是呼吸系统常见疾病,也是导致死亡的主要呼吸系统疾病之一[8]。作为COPD的特殊类型,具有ACO特征的患者在阻塞性疾病患者的占比在4.2%～66.0%[9-11]。此类患者更倾向于频繁急性加重,生活质量更差,肺功能下降更快,病死率更高,医疗花费更大[12]。因此早期、正确识别ACO十分重要。但是目前临床工作中ACO的诊断还存在困难,本研究旨在通过IOS检测为ACO提供辅助诊断方法。

表11 吸入支气管舒张剂后IOS值改变量的ROC曲线值

图3 支气管舒张实验前后IOS指标改变量对ACO诊断价值的ROC曲线

我们的研究结果表明,基线状态IOS检测指标Z5、Z5%pred、R5、R5%pred、R20%pred、AX、R5in、R5ex、R5-R20在2组患者间差异有统计学意义,基线状态R20%pred、R5-R20对COPD患者和ACO患者的鉴别诊断有价值。对受试者进行支气管舒张试验后,2组患者间仅R20%pred-post在2组间差异有统计学意义,绘制ROC曲线后我们发现以R20%pred-post具有中等度的诊断敏感度和特异度。在支气管舒张试验前后2组患者参数改变量的比较中,ΔZ5、ΔZ5%pred、ΔFres、ΔR5、ΔR5%pred、ΔX5、ΔAX、ΔR5in、ΔX5in、ΔR5ex、ΔX5ex、Δ(R5-R20)在内的IOS指标改变量在2组患者间差异均有统计学意义,ROC曲线显示ΔAX、ΔR5in、ΔX5in、Δ(R5-R20)对鉴别诊断COPD和ACO能获取较满意的复合敏感度和特异度。

代表外周气道阻力的R5-R20、代表气道弹性阻力的AX在基线状态及舒张试验改变量在2组间差异均有统计学意义,支气管舒张后2组间该指标差异无统计学意义。ACO患者兼具哮喘和COPD的特点[13]。关于哮喘和COPD患者IOS参数比较的研究显示,气流受限程度相同的哮喘患者和COPD患者比较,前者Z5、R5和R5-R20指标值高于后者,该研究结果一定程度上与我们的研究结果一致[14]。而我们的研究结果显示支气管舒张实验以后2组患者间上述指标差异无统计学意义,说明ACO组患者的支气管舒张性主要因为外周气道阻力及弹性阻力的改变。我们对差异明显的指标绘制ROC曲线,其中,以R5-R20＞0.27、Δ(R5-R20)＞0.06、ΔAX＞0.98为折点IOS诊断ACO能获得较理想的敏感度和特异度。另外,R5in和X5in在支气管舒张试验前后的该变量ΔR5in＞0.12、ΔX5in＞0.06时也有较好的诊断价值,值得进一步研究。

Sköld[15]对哮喘和COPD气道重塑的异同点研究显示,哮喘和COPD均有大气道、小气道的重塑,而大小气道的重塑与哮喘的严重程度相关,进而说明ACO患者的气道重塑比单纯COPD患者更加严重。R20%pred是一项反映大气道阻力的敏感指标,本研究结果显示,ACO组患者无论基线状态还是支气管舒张试验以后,R20%pred均高于COPD组,也意味着本研究的ACO患者大气道重塑的病理生理改变,可能重于单纯COPD组患者。鉴于COPD患者的病理变化以小气道为主[16],哮喘患者则以大气道为主[17],本研究结果也预示着ACO患者的大气道和小气道均发生着明显的病理变化。绘制ROC曲线后,IOS指标基线状态下R20%pred的AUC为0.77,以R20%pred＞117.33为界值,诊断ACO的敏感度为0.80,特异度为0.74。支气管舒张试验后,IOS指标R20%pred-post的AUC为0.72,以R20%pred-post＞102.78为界值,诊断ACO的敏感度为0.80,特异度为0.70。

综上所述,IOS作为ACO的辅助检查方法,具有一定的临床应用价值。基线状态下以R20%pred＞117.33%,(R5-R20)pre＞0.27为折点,具有中等诊断价值;支气管舒张试验以后,以R20%pred-post＞102.78%为折点,具有中等诊断价值;从支气管舒张试验前后改变量来看,以Δ(R5-R20)＞0.06、ΔAX＞0.98、ΔR5in＞0.12、ΔX5in＞0.06为折点,具有中等诊断价值。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突