慢性阻塞性肺疾病患者最大運動狀態(tài)下的心肺反應

徐秋芬 王浩彥 肖瑤

1首都醫(yī)科大學附屬北京友誼醫(yī)院呼吸科（北京 100050） 2首都醫(yī)科大學附屬北京安貞醫(yī)院呼吸科

慢性阻塞性肺疾?。–OPD）的主要特點是不可逆和進行性發(fā)展的氣流受限、肺功能受損，表現為活動性呼吸困難、運動能力及生活質量下降。研究表明，運動能力下降的速度要高于肺功能下降的速度，提示COPD患者運動能力下降是多因素的［1］。國內雖有關于COPD運動研究的報道，但缺少同步進行肺內氣體交換的研究。因此，本研究采用無創(chuàng)的方法觀察COPD患者在最大運動狀態(tài)下心肺反應，同步采用有創(chuàng)的方法觀察患者在運動中肺內氣體交換的改變，探討COPD運動能力下降的發(fā)病機制。

1 對象和方法

1.1 對象

設立COPD組和正常對照組。COPD組為穩(wěn)定期患者34例，男性，診斷符合中華醫(yī)學會呼吸病學分會制定的“慢性阻塞性疾病的診治規(guī)范（草案）”［2］，其中Ⅰ級8例，Ⅱ級15例，Ⅲ級10例，Ⅳ級1例。無明確的冠心病、高血壓及神經肌肉病病史，靜態(tài)和動態(tài)心電圖無心肌缺血性改變。正常對照組為健康志愿者24名，男性，無慢性心肺疾病、貧血、神經肌肉病等疾病史，無吸煙史，無職業(yè)粉塵接觸史，靜態(tài)和動態(tài)心電圖正常，靜態(tài)肺功能及血氣正常。所有受試者運動前均告知運動試驗目的及風險，并簽署知情同意書。

1.2 心肺運動功能實驗

實驗前對肺功能及心肺運動測試系統(tǒng)進行氣體和流量定標，記錄當日的室溫、濕度，并輸入檢測系統(tǒng)。

受試者坐在功率自行車（Ergoline）上，接好面罩、呼出氣采集管、心電圖、袖帶血壓、紅外血氧飽和度監(jiān)測儀后，休息3分鐘，空踏2分鐘，然后進行每分鐘遞增功率5～20瓦的運動。采用癥狀自限性運動方案，運動至受試者最大耐受量［4］。運動過程中，受試者的呼出氣通過一根呼出氣采集管連接至分析儀（Vmax 229，SensorMedics，美國），連續(xù)測定攝氧量（VO2）和二氧化碳排出量（VCO2），并實時監(jiān)測心電圖和經皮血氧飽和度，每隔2～3分鐘測定一次血壓，以保證運動安全。判斷受試者是否達到最大運動量主要根據［5］：（1）癥狀自限，即經最大努力也不能維持功率自行車在50轉/分以上；（2）達到最大預計心率（220－年齡）的80%以上。

1.3 指標測定

運動前測定基礎肺功能，包括用力肺活量（FVC）、1秒用力呼出量（FEV1）、殘氣（RV）和肺總量（TLC）、一氧化碳肺彌散量（Dlco）。Dlco測定采用單次呼吸法。

運動實驗中，測試最大功率（WRmax）和最大攝氧量（VO2max），計算呼吸儲備（RR）、心率儲備（HRR）和氧脈搏（O2pulse）：RR=40×FEV1－VE，其中 VE 為運動高峰時的分鐘通氣量；HRR=（220－年齡）－運動高峰時的心率；O2pulse＝VO2/HR。采用 Borg評分［6］分別對呼吸困難（rBorg）和下肢疲勞（legBorg）進行評分。

運動前及最大運動狀態(tài)下抽取橈動脈血進行血氣分析。運動高峰時COPD組26例取得動脈血標本，對照組15例取得動脈血標本，分別比較兩組運動前后血氣指標。通過以下公式［3］計算肺泡氧分壓（PAO2）和肺泡動脈氧分壓差（P（A-a）O2）：PAO2=PIO2－（PaCO2/R）［1－FIO2（1－R）］，P（A-a）O2=PAO2－PaO2；其中 PIO2為吸入氣氧分壓，FIO2為吸入氣氧濃度，PaCO2為動脈血二氧化碳分壓，R是呼吸商=VCO2/VO2。

1.4 統(tǒng)計學分析

本組資料均為計量資料，分別對兩組資料進行正態(tài)性檢驗，將符合正態(tài)分布的資料以均值±標準差表示。兩組比較采用獨立樣本t檢驗。兩組運動前后的自身比較采用配對t檢驗。最大攝氧量（VO2max）的影響因素分析采用多元線性回歸。取P<0.05作為差異有無顯著性的檢驗標準。

2 結果

2.1 一般臨床資料

兩組對象生理參數見表1：COPD組共34名，均處于穩(wěn)定期，年齡 60.85±7.46歲，身高 168.79±6.12厘米，體重72.30±10.80公斤。正常對照組24名，年齡56.13±11.06歲，身高 165.60±9.51厘米，體重 68.48±11.57公斤。兩組年齡、身高和體重均無顯著性差異，具有可比性。

表1 兩組對象生理參數及基礎肺功能參數比較

2.2 心肺運動試驗結果

受試者均運動到各自的最大耐受量。COPD組19人最大心率達到預計最大心率的80%以上，9人達到70%以上。對照組23人最大心率均達到預計最大心率的80%以上。兩組受試者運動心電圖均無明顯缺血改變。

表2顯示：COPD組最大心率與對照組相比無顯著性差異（P=0.299）。COPD組最大功率和VO2max均顯著低于對照組，P值分別為0.012和0.042。COPD組RR顯著低于對照組（P=0.004）。兩組O2脈搏和HRR均無顯著性差異。COPD組呼吸困難評分（rBorg）顯著高于對照組（P=0.034），下肢疲勞評分（legBorg）兩組比較差異無統(tǒng)計學意義。

表2 兩組運動高峰時心肺功能參數比較

多元回歸分析顯示：COPD組運動高峰的VO2max與 FEV1%呈顯著正相關（圖 1），相關系數 r=0.572，P<0.001，回歸方程 VO2max=9.27+0.067×FEV1%。

2.3 血氣分析結果

表3顯示：正常對照組運動后 PaO2、P（A-a）O2較運動前略有上升，但無明顯差異（P<0.05）；運動后 PaCO2較運動前顯著下降（P=0.012）。COPD組運動后P（A-a）O2顯著高于運動前（P<0.001）；運動后 PaCO2顯著高于運動前（P=0.006）；運動后 PaO2低于運動前，但差異無統(tǒng)計學意義（P=0.057）。

COPD組運動高峰時P（A-a）O2顯著高于對照組（P<0.001），PaCO2顯著高于對照組（P=0.015），PaO2顯著低于對照組（P<0.001）。

表3 兩組運動前和運動高峰時血氣參數比較

3 討論

有氧代謝是提供肌肉運動所需ATP的主要途徑。肺和心臟是影響氧氣進入肌肉細胞參與有氧代謝的主要器官，心肺儲備功能直接決定肌肉是否得到足夠的氧氣以合成運動所需要的能量。

運動能力降低是COPD患者最常見的主訴之一，既往研究認為阻塞性通氣功能障礙是引起COPD患者運動能力下降的主要因素［7］。但大量研究發(fā)現，引起COPD患者運動能力下降的原因很多，包括肺、心臟、肌肉等因素［8-10］。近年來研究發(fā)現，COPD不僅引起肺功能損害，還易引起心血管疾?。?0］。因此，心肺功能在COPD運動能力降低的發(fā)病機制中所起的作用需要深入研究。本實驗結果顯示，與對照組比較，COPD患者在運動高峰時的VO2max明顯降低，RR明顯減小，rBorg評分明顯增加，P（A-a）O2明顯升高，但O2pulse、HRR無顯著性差異，運動心電圖也無明顯異常。這提示COPD患者運動時，肺反應異常，而心臟反應相對正常。

本研究還顯示，COPD患者VO2max降低與FEV1占預計值%相關，相關系數為0.572，這與Murarin等的研究結果相近［12］，提示COPD患者最大運動能力降低的主要原因是氣流受限，由此造成肺動態(tài)性過度充氣（Dynamic hyperinflation）［8］。本研究顯示，COPD 患者運動時呼吸困難感較對照組明顯增加，Borg評分明顯高于對照組，表明這種呼吸困難感除氣道阻塞的原因外，還與呼吸肌疲勞有關，尤其是吸氣肌疲勞，而疲勞肌肉需要更大的中樞吸氣驅動才能使肌肉產生相同的力量，這可能造成惡性循環(huán)，雖有較高的呼吸驅動，但COPD患者由于氣流受限和小氣道陷閉，使得潮氣量不能相應增加，就表現為RR下降和PaCO2升高，這是COPD運動受限的原因之一［13］。

COPD患者的呼吸功能受損還表現在氣體交換方面，最大運動狀態(tài)下P（A-a）O2明顯上升，提示運動加重了COPD患者肺內通氣與血流的不匹配，也不排除運動時肺內的動靜脈分流增加。但因缺少更多的證據，尚需要進一步研究。

O2脈搏是反映心功能的一個重要參數［4］。心臟的主要功能是運輸O2，主要依賴于每搏輸出量（SV）和心率（HR），當SV下降時，HR代償增加，使每分心輸出量相對正常，結果表現為O2脈搏下降。因此，O2脈搏反映了心臟在運動中的反應。本研究結果顯示，COPD組運動高峰時的O2脈搏無明顯降低，提示本組COPD患者運動的心臟功能反應是正常的。此外，運動心電圖也無缺血等異常改變，HRR在兩組間也無顯著差異，由于本研究對象主要以輕中度COPD為主，因此，結果提示心臟功能可能不是輕中度COPD患者運動受限的原因之一。

綜上分析，我們認為COPD患者運動時肺的反應異常是運動能力降低的主要原因。

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