运动训练在慢性阻塞性肺疾病病人康复中的应用研究进展

刘彦彦，李雅洁，路寒冰，谢 姣

吉林大学护理学院，吉林 130021

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一种由气道或肺泡异常（或两者兼有）所引起的肺部慢性炎症性疾病，表现为不完全可逆的、持续的呼吸道症状和气流受限，其发病率和死亡率呈上升趋势，已成为全球第三大死亡原因[1]。我国60 岁以上人群的患病率达27%以上，随着我国人口老龄化趋势的加重，COPD 造成的疾病负担将不断增加[2]。运动训练作为肺康复的核心组成部分，已被证明有助于改善病人的身体功能和心理症状，有助于提高病人的生活质量[3]。因此，本研究旨在系统探讨运动训练在COPD 病人康复中的应用效果及机制，为COPD 病人的运动康复提供参考。

1 COPD 症状对病人的影响及机制

COPD 病人最常见的症状是呼吸困难（71.4%），其次是咳嗽、带痰或黏液、喘息、胸闷等，可在夜间、清晨或者白天出现[4]。COPD 本身是一种呼吸系统疾病，但随着疾病进展，COPD 症状会对病人产生各种影响，包括身体活动下降、焦虑抑郁情绪、睡眠质量下降、认知功能障碍等，对病人的生活质量产生严重影响，特别是在老年病人中[5⁃6]。

1.1 对身体活动的影响及机制 Pitta 等[7]使用活动监测器对50 例COPD 病人和25 名健康的老年人进行连续5 d 的活动监测发现，COPD 病人表现出较低的步行时间、站立时间和运动强度，有着较高的坐着时间和躺卧时间，表明COPD 病人日常身体活动水平明显下降。Vorrink 等[8]对11 项研究进行系统综述同样表明，与健康受试者相比，COPD 病人的日常身体活动的持续时间、强度和活动计数水平较低，表明病人的日常身体活动受到COPD 症状的显著影响。原因可能为：COPD 病人通常无意识地降低身体活动水平，以避免呼吸困难等症状；同时，COPD 病人本身存在的全身炎症和缺氧也会导致病人肌肉萎缩和功能障碍，进而影响病人的肺功能、运动能力和身体活动[9]；身体活动的减少反过来加重了COPD 病人的肌肉萎缩和功能障碍，增加了病人的呼吸困难症状，进一步导致不活动的恶性循环[10]。此外，身体活动水平也被证明与病人的运动能力、生活质量以及住院和死亡率等疾病预后密切相关[11]。

1.2 对情绪状态的影响及机制 研究发现，COPD 病人焦虑和抑郁的患病率分别为40.0% 和24.6%，COPD 病人患焦虑相关疾病的可能性是非COPD 病人的10 倍，患抑郁症的可能性是非COPD 病人的4倍，其发生与COPD 病人的症状密切相关[12]。COPD病人患焦虑相关疾病的原因可能为：病人过度通气导致二氧化碳分压降低并引起呼吸性碱中毒，从而引起血管收缩和典型的恐慌症状，同时COPD 病人由于肺放气缓慢和呼吸频率增加易发生动态过度充气，增加病人的呼吸负荷，进而加重呼吸困难；在重度COPD病人中，由于肺通气不足而引起高碳酸血症，二氧化碳分压增加可以激活髓质化学感受器和去甲肾上腺素能神经元引起恐慌反应[13⁃14]。COPD 与抑郁之间关联尚不完全清楚，其发生可能与COPD 病人的全身炎症和氧化损伤生物标志物的升高有关，其中可溶性肿瘤坏死因子受体⁃1（sTNFR⁃1）和白细胞介素⁃6（IL⁃6）已被证明与COPD 病人的抑郁发生率密切相关；缺氧也可导致COPD 抑郁症的发展，动脉血氧饱和度低可引起脑室周围白质病变，这些病变存在于抑郁症病人中[15⁃16]。此外，健康相关生活质量（HRQOL）受损、呼吸困难和运动能力下降均可能是COPD 焦虑、抑郁症状发展的基础，并与COPD 疾病严重程度密切相关。老年人、女性、社会经济地位较低、生活在贫困地区的病人具有更高的患病率[17]。焦虑、抑郁的发生会进一步导致病人的HRQOL 受损[18]，对药物治疗方案和肺康复的依从性下降[19⁃20]，急性加重和住院风险增加[21]，医疗保健利用率和成本增加[22]，与其他危险因素相互作用导致病人死亡率增加[23]。

1.3 对睡眠质量的影响及机制 调查显示，70%的COPD 病人存在睡眠障碍，包括失眠、入睡困难、夜间频繁醒来等，表现为难以启动和维持睡眠，致使病人的总体睡眠效率较低、总睡眠时间较短，老年人尤其是老年女性的睡眠质量相对更差[24]。其发生通常与COPD病人咳嗽和呼吸困难等症状、肺部过度充气、高碳酸血症以及低氧血症相关；还可能与病人睡眠期间中枢呼吸控制、肺力学和肌肉收缩力的变化有关，包括气流阻塞、过度充气、呼吸肌功能障碍，对高碳酸血症和/或缺氧的通气反应迟钝等，致使病人气体交换障碍从而引起通气不足；此外，COPD 治疗药物的使用及合并焦虑、抑郁等疾病也会对病人的睡眠造成影响[25⁃26]。研究发现，睡眠障碍与COPD 相关不良健康结局有关，睡眠障碍是HRQOL 的主要决定因素，COPD 症状控制不佳导致病人睡眠质量差，二者共同损害病人的生活质量[27]；此外，睡眠障碍还与病人日间体力活动减少、焦虑和抑郁症状、认知功能损害等密切相关，将会导致更严重的COPD 症状和更差的健康结果[28]。

1.4 对认知功能的影响及机制 研究发现，COPD 病人认知障碍的患病率约为56.7%，是非COPD 病人的4 倍[29]，其发生与COPD 病人症状密切相关，可由多种因素引起。①由病人肺部通气不足引起的低氧血症和高碳酸血症，使脑组织的氧供减少，并产生大量氧自由基，造成海马体体积缩小和神经元损伤；②COPD 肺部炎症反应的炎性介质可以引起全身炎症反应，损害病人的整体认知和执行功能；③COPD 病人出现的焦虑、抑郁也可以引起前额叶皮层和海马体的形态和功能变化。此外，研究发现，COPD 病人急性加重、年龄大、睡眠质量差、吸烟、受教育程度低等均是认知障碍发生的危险因素[6]。认知障碍不仅影响病人的健康状况和日常生活能力，还会增加呼吸相关和全因住院以及死亡等不良结局的发生风险[30]。

1.5 对生活质量的影响及机制 调查显示，COPD 病人经历的呼吸道症状与HRQOL 的身体和精神部分之间 存 在 显 著 的 负 相 关[31]。Stephenson 等[32⁃33]研 究 表 明，出现清晨和（或）夜间症状的COPD 病人相比没有出现症状的COPD 病人表现出更差的HRQOL，出现夜间症状的COPD 病人更容易出现早上起床困难、睡眠不安、身体活动下降等，它们可能共同对病人的HRQOL 造成损害。Lee 等[34]研究表明，轻度至中度COPD 病人中，年龄、曾吸烟或现在吸烟、受教育程度较低、呼吸道症状（咳嗽、痰量、呼吸困难）以及合并充血性心力衰竭、高脂血症和抑郁症的种类与病人较差的HRQOL 显著相关；重度至极重度COPD 病人中，曾吸烟和包括咳痰和呼吸困难在内的呼吸道症状是HRQOL 恶化相关的重要因素。此外，COPD 病人日常技术的使用（日常生活中使用的电子、技术和机械设备）和日常生活活动能力的表现也与HRQOL 显著相关[35]。HRQOL 的恶化又会导致COPD 病人症状恶化，增加住院频率，出现焦虑、抑郁等不良情绪，它们之间具有明显的关联性，与COPD 病人的疾病预后密切相关[36]。

2 COPD 病人常见的运动训练方式

2.1 有氧训练 有氧训练又称耐力训练，是指机体在有氧情况下进行的运动锻炼，该训练有助于改善毛细血管通透性，增强机体心肺功能，提高运动耐力[37]。有氧训练又可以进一步分为上肢有氧训练和下肢有氧训练，上肢有氧训练训练方式主要是手臂功率自行车，病人进行基线测试后，通过摇动手臂测力计曲柄，类似蹬自行车，达到上肢有氧训练的目的，有助于改善病人的上肢肌肉力量，增强日常活动能力[38]；下肢有氧运动训练包括步行、慢跑、爬楼梯、功率自行车、游泳等。研究表明，下肢运动训练有助于改善病人吸气肌功能，提高病人的心肺功能和运动耐力，从而改善病人生活质量[39]。以大于60%的最大工作速率连续运动20～60 min，每周3～5 次，持续至少8 周，可以最大限度地提高运动耐力、肌肉力量[40]。

2.2 力量训练 力量训练又称阻力训练，是通过增加上下肢负荷增加锻炼局部肌肉群的运动训练，该训练有助于增加机体肌肉的体积和力量，提高运动能力，改善呼吸困难症状和生活质量[41]。力量训练又可以分为上肢力量训练和下肢力量训练，上肢力量训练可使用弹力带、沙袋、哑铃进行负重训练、投掷训练等来实现，有助于增加上肢肌肉力量，改善呼吸困难情况和日常活动[42]；下肢力量训练主要包括重物阻力训练、跑步机锻炼以及使用一些特定的肌力训练器进行的训练，有助于增加下肢肌肉力量，改善病人的肺功能，提高生活质量[37]。目前推荐以每组进行8～12 次重复，每次1～3组，每周进行2 次或3 次训练，至少持续8 周，训练负荷以最大重复次数（1RM）的60%～70%开始，如果个人能够耐受，则逐渐增加训练负荷[40]。由于力量训练需要较少的心肺反应，为不能进行耐力训练的晚期疾病或存在多种共病的病人提供了可行的选择[43]。有研究表明，力量训练在改善肌肉代谢和功能方面不如有氧训练，目前多推荐有氧训练联合力量训练，以提高运动训练的效果[37]。

2.3 高强度间歇训练（HIIT）HIIT 是一种多次重复进行的短时间高强度运动，并在其中穿插较低强度或完全静息间歇的运动训练方式[44]。与其他训练方式相比，HIIT 的高强度运动能给机体带来更大的刺激，同时利用间歇期帮助病人克服对高强度运动的不耐受，有利于提高病人对运动训练的依从性。目前主要的HIIT 模式是在跑步机或自行车测力计中进行有氧运动，该方式有助于提高病人的心肺功能和运动能力，从而改善病人的HRQOL。也有少数研究使用HIIT吸气和呼气肌肉训练，该方式有助于改善病人的呼吸肌力和呼吸耐力，改善病人的通气功能[45]。目前，HIIT尚无统一的运动方案，高强度运动负荷持续时间和间歇持续时间不等，多推荐根据病人的自身状况制定个性化的训练方案[46]。

3 运动训练的效果及相关机制

3.1 改善COPD 病人的呼吸困难症状 Karagiannis等[47]对COPD 病人进行了12 周的单独阻力训练和阻力训练联合耐力训练干预，发现干预后两组病人的COPD 评估测试（CAT）评分均显著下降（P<0.05），表明运动训练有助于改善COPD 病人的症状和健康状况。Chen 等[48]对15 例COPD 病人进行为期12 周的耐力训练发现，干预后耐力训练组病人的呼吸频率、分钟通气量和Borg 呼吸困难评分显著下降，深吸气量显著增加，吸气时间和呼气时间明显延长，最大吸气压和吸气流速峰值显著提高，表明耐力训练有助于改善COPD 病人的通气需求、运动耐力、吸气肌力量和呼吸困难症状。发生机制可能为：COPD 病人受训练后外周肌肉氧化能力的提高以及无氧代谢的延迟出现，使氢离子和二氧化碳生成减少，从而减少了对中枢化学感受器的刺激，进而导致感到呼吸困难以及通气需求的减少[49]。COPD 病人通气需求减少主要表现为呼吸频率降低，它有助于降低吸气肌缩短的速度，增加呼气时间，从而提高病人吸气肌的动态力量和耐力，减少动态肺过度充气（气体滞留），从而改善病人的呼吸困难症状[50]。

3.2 改善COPD 病人肢体肌肉的结构和功能 Li等[51]对包含30 项随机对照试验，涉及1 317 例COPD病人的荟萃分析发现，不同运动方式即耐力训练（EE）、阻力训练（RE）、耐力训练和阻力训练（CE）均可显著改善病人的6 min 步行距离，EE 和CE 显著增加峰值摄氧量，RE 显著改善了病人的肌肉力量，表明运动训练有助于提高稳定期COPD 病人的骨骼肌力量和运动能力。De Brandt 等[52]对包含70 项研究、2 504 例COPD 病人的系统综述同样表明，实施运动干预（有氧训练、力量训练、HIIT 等）有助于改善COPD 病人的肌肉力量、耐力或质量。发生机制可能为：运动训练可诱导外周肌纤维大小和类型的显著适应，通过增加股四头肌内所有纤维类型的横截面积和肌肉毛细血管/纤维的比例，降低Ⅱb 型纤维的比例提高运动耐力[53]，其中HIIT 被认为是改善病人肌肉毛细血管化最有效的干预措施[45]；运动训练还通过上调胰岛素样生长因子⁃1 和成肌分化因子D，下调肌生长抑制素和减少蛋白水解促使骨骼肌肥大和再生，从而增加肌肉质量和力量[54]；运动训练还通过增加氧化酶的活性，改善机体氧化代谢，进而改善运动表现[55]。运动训练通过以上机制改善了COPD 病人肢体肌肉的结构和功能，进而改善病人的身体活动和运动能力。

3.3 改善COPD 病人的焦虑、抑郁情绪 Duruturk等[56]评估了健美操和自行车运动训练对COPD 病人的效果，发现经过为期6 周的训练，两组病人的医院焦虑、抑郁量表得分均显著下降（P<0.001），表明健美操和自行车运动训练有助于改善COPD 病人的焦虑、抑郁情绪。白金凤等[57]探讨了不同训练方式（耐力训练、力量训练、联合耐力和力量训练）对COPD 合并抑郁病人的效果，发现在连续训练12 周后，3 组病人的汉密尔顿抑郁量表(HAMD)、汉密尔顿焦虑量表(HAMA)评分均显著下降（P<0.05），且联合训练组病人的评分明显低于单独训练组，表明不同训练方式均能改善COPD 合并抑郁病人的负性情绪，且耐力及力量训练联合具有更好的效果。其机制可能为：运动会引起炎性反应，特别是由肌肉收缩引起的全身性IL⁃6 水平的升高，IL⁃6 可以通过刺激其他抗炎细胞因子的产生以及抑制促炎因子的生成产生抗炎环境，进而减少全身炎症[58]；同时，运动还可以通过调节下丘脑⁃垂体⁃肾上腺轴[59]、增强线粒体功能[60]、促进血清素等神经递质的释放[61]改善病人的情绪状态[62]。“运动脱敏”（使病人运动时暴露于超过“通常”的呼吸困难，以增加在安全、监测条件下应对技能的练习）方案已被证明有助于改善COPD 病人呼吸困难和焦虑、痛苦等情感反应，其机制可能为：病人通过对症状的适应与应对，降低了预期呼吸困难增加的焦虑和恐惧，提高了病人对呼吸困难的耐受性，增加了病人的自我效能感，从而减轻了病人的消极情绪[63]。研究发现，传统肺康复计划与行为疗法（包括认知行为疗法、咨询、冥想和瑜伽、放松和自我管理练习）的结合似乎更有利于改善COPD 病人的呼吸困难、焦虑和抑郁症状以及运动能力[51]。

3.4 改善COPD 病人的主观睡眠质量 Nobeschi等[64]对30 例中重度COPD 病人进行了为期12 周、每周3 次肌肉训练课程（使用健身房特定机器对病人进行上肢和下肢训练，训练强度逐渐增加），发现康复后病人匹兹堡睡眠质量指数（PSQI）在主观睡眠质量和睡眠时长、习惯性睡眠效率、睡眠潜伏期和睡眠改变方面有明显改善（P<0.01），Epworth 嗜睡量表（ESS）得分也显著改善（P<0.01），表明运动训练课程有助于改善COPD 病 人 的 主 观 睡 眠 质 量。Soler 等[65]对64 例COPD 病人进行8 周运动训练（下肢和上肢耐力以及力量和柔韧性训练）后发现，干预后病人的PSQI 得分显著下降，表明运动训练显著改善了COPD 病人的主观睡眠质量。然而，最近研究表明，包含运动训练的综合肺康复计划并不能改善COPD 病人使用基于活动的睡眠⁃觉醒监测（活动记录仪）客观测量的睡眠质量，如入睡潜伏期（SOL）、入睡后觉醒分钟数（WASO）、总睡眠时间（TST）、睡眠效率（SE）等[66⁃67]。

综上所述，运动训练可能有助于改善COPD 病人报告的主观睡眠质量，但不能改变客观测量的睡眠质量，运动训练对COPD 病人睡眠质量的改善作用仍有待进一步探讨。其改善睡眠的机制可能与降低病人全身炎症因子水平，改善病人呼吸困难症状、焦虑及抑郁状态，减少动态过度充气（在运动期间随着呼吸频率的增加而没有足够的时间使肺部放气）等有关[68]。

3.5 改善COPD 病人的认 知功能 Aquino 等[69]对COPD 病人进行4 周的高强度有氧训练联合阻力训练发现，干预后明显改善了COPD 病人的长期记忆、语言流畅性、注意力能力、失用症和推理能力（P<0.01），且效果优于单独有氧训练组。Desveaux 等[70]对包含293 例COPD 病人的7 项研究进行系统综述发现，运动训练（有氧训练、力量训练等）有助于改善COPD 病人的注意力、语言学习、记忆、执行功能、视觉空间功能等认知功能。运动训练改善COPD 病人认知功能的可能机制为：①运动可以改善病人的氧化应激，减少氧化损伤，从而改善病人的认知功能；②运动还有助于减少慢性炎症，降低IL⁃6、肿瘤坏死因子⁃α（TNF⁃α）等炎性介质水平，从而提高病人的认知功能；③运动可以调节单胺类神经递质的代谢，减轻病人的焦虑、抑郁状态，从而改善病人的认知功能；④运动本身可以改变中枢神经系统的结构和功能，包括减缓灰质和白质的萎缩、增加海马体的体积等，从而延缓认知障碍的发生[6]。

3.6 改善COPD病人的身体活动和生活质量 De Roos等[71]评估了为期10 周的运动训练和家庭步行联合计划与标准医疗计划对COPD 病人身体活动的有效性，发现干预后与标准医疗计划组相比，干预组病人的身体活动水平显著增加，慢性呼吸问卷(CRQ)总分显著增加，表明运动训练和家庭步行计划有助于改善COPD病人的身体活动水平和生活质量。Zambom⁃Ferraresi等[72]评估了阻力和耐力联合训练与单独阻力训练对COPD 病人的效果，发现12 周的训练后两个训练组的6 min 步行测试距离均显著增加，慢性呼吸系统疾病问卷(CRDQ)评分在呼吸困难、疲劳、掌握和情绪功能4个领域均有显著改善，表明运动训练有助于改善COPD 病人的运动能力和生活质量。其原因可能为：COPD 病人的身体活动水平、运动能力与病人的COPD 症状和肌肉功能密切相关，运动训练对COPD病人症状和肌肉功能的改善，提高了病人的身体活动水平和运动能力；COPD 病人的生活质量与病人症状的出现、身体活动水平下降、夜间睡眠质量差、焦虑及抑郁情绪的出现等密切相关，运动训练对以上因素的改变进一步改善了病人的生活质量。

4 小结

运动训练作为肺康复的基石，在改善COPD 病人的症状、肢体肌肉、身体活动、情绪状态、认知功能和生活质量方面均具有显著效果，在病人疾病进展和健康结局方面发挥着重要作用，但其对睡眠质量的改善作用在未来仍有待进一步研究。COPD 不仅影响病人肺部组织的结构和功能，还会对病人全身组织器官的结构和功能造成影响，且这些影响相互关联，共同对病人的生活质量和疾病预后造成影响。因此，除了关注COPD 病人的呼吸系统症状，还应关注焦虑和抑郁等心理状态以及睡眠障碍、认知障碍等对病人的影响，综合考虑病人的身体、情感和社会特征，为病人提供全面、个性化的护理干预和最佳的运动训练方案，以帮助病人建立正确的疾病应对方式，改善疾病预后。