慢性阻塞性肺疾病中容積二氧化碳圖死腔參數(shù)的變化及其臨床價值

齊廣生，劉錦銘，顧文超，楊文蘭，郭健，徐黎青，鄭衛(wèi)，王英敏

(1.上海市浦東新區(qū)人民醫(yī)院呼吸科，上海 201299；2.同濟(jì)大學(xué)附屬上海市肺科醫(yī)院肺循環(huán)科，上海 200433；3.同濟(jì)大學(xué)附屬上海市肺科醫(yī)院肺功能室，上海 200433)

慢性阻塞性肺疾病中容積二氧化碳圖死腔參數(shù)的變化及其臨床價值

齊廣生1，劉錦銘2，3，顧文超1，楊文蘭3，郭健3，徐黎青3，鄭衛(wèi)3，王英敏3

(1.上海市浦東新區(qū)人民醫(yī)院呼吸科，上海 201299；2.同濟(jì)大學(xué)附屬上海市肺科醫(yī)院肺循環(huán)科，上海 200433；3.同濟(jì)大學(xué)附屬上海市肺科醫(yī)院肺功能室，上海 200433)

目的探討容積二氧化碳圖(VCap)死腔參數(shù)在慢性阻塞性肺疾病(COPD)診斷中的應(yīng)用價值。方法選取2013-2014年在我院門診和住院治療的74例COPD患者(COPD組)和38例健康志愿者(健康組)作為研究對象。測定受試者的肺通氣、容量、彌散指標(biāo)及Threshhold死腔(VDT)、Langley死腔(VDL)、Fowler死腔(VDF)、Wolff死腔(VDW)、Bohr死腔(VDB)參數(shù)。首先，在健康組中建立以死腔為應(yīng)變量，性別、年齡、身高、體重、潮氣量及呼吸頻率為自變量的預(yù)計值計算公式，并運用公式計算各受試者的正常死腔預(yù)計值。采用配對t檢驗比較COPD組死腔預(yù)計值與實測值的差異。運用判別分析統(tǒng)計死腔對COPD患者和健康人的判別效率。采用偏相關(guān)分析統(tǒng)計死腔參數(shù)與常規(guī)肺功能參數(shù)的相關(guān)性。結(jié)果在COPD組中，VDT實測值[(79.51±39.29)mL]較預(yù)計值[（97.42±30.53）mL]減小(P＜0.01)，而VDF[(190.20±57.41)mL]、VDW[(214.04±73.35)mL]及VDB[(294.89±93.12)mL]實測值較預(yù)計值[(177.18±38.99)mL、183.86±46.63）mL、(237.44±62.27)mL]增大(P＜0.05)。在運用死腔參數(shù)對COPD組和健康組的判別分析中只有VDT和VDB占預(yù)計值%進(jìn)入判別函數(shù)，總歸類正確率為87.9%(116/132)。在COPD組中，VDT及VDF與FEV1、FEV1/FVC、DLCO均呈負(fù)相關(guān)(P＜0.05)，VDW與FEV1、FEV1/FVC、DLCO均呈負(fù)相關(guān)(P＜0.05)，與RV、TLC呈正相關(guān)(P＜0.05)，VDB與FEV1、FEV1/FVC、DLCO均呈負(fù)相關(guān)(P＜0.05)，與RV、TLC、RV/TLC均呈正相關(guān)(P＜0.05)。結(jié)論VCap死腔對COPD的診斷及嚴(yán)重程度評估具有一定的臨床參考價值。

慢性阻塞性肺疾病；死腔；容積二氧化碳圖；臨床診斷

目前，診斷和評估慢性阻塞性肺疾病(COPD)主要依靠肺功能檢查。在傳統(tǒng)肺功能指標(biāo)中，第一秒用力呼氣容積(FEV1)、第一秒用力呼氣容積與用力肺活量比值(FEV1/FVC)、一氧化碳彌散量(DLCO)下降和殘氣(RV)、肺總量(TLC)、殘總比(RV/TLC)增高是COPD的主要肺功能表現(xiàn)，可為臨床提供重要參考。然而，COPD患者長期的疾病過程所導(dǎo)致的病理解剖和呼吸生理的改變極為復(fù)雜，僅僅通過以上指標(biāo)并不能全面反映COPD的病理變化。而且受試者在測定上述指標(biāo)時必須盡力呼吸。一些理解能力缺陷、病情嚴(yán)重或高齡的患者往往不能配合完成[1]。

容積二氧化碳圖(Vcap)是測定呼出氣二氧化碳濃度變化的一種肺功能技術(shù)[2]。VCap的應(yīng)用豐富了檢測COPD病理生理改變的技術(shù)手段[3]。通過分析Vcap，可得到一系列死腔參數(shù)[2，4-5]。其中包含了豐富的肺功能信息[6-8]。近年來，VCap死腔在COPD的診斷以及了解其病理生理改變特點方面的研究已取得了一定進(jìn)展[4，9-13]。本研究采用建立預(yù)計值公式，并比較實測值與預(yù)計值差異的方式來探討Vcap死腔參數(shù)在COPD中的應(yīng)用價值和臨床意義。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2013-2014年在我院門診及住院治療的COPD患者74例作為COPD組。入組標(biāo)準(zhǔn)：所有COPD患者的診斷均符合中華醫(yī)學(xué)會呼吸病分會制定的《慢性阻塞性肺疾病診治指南》中的標(biāo)準(zhǔn)；受試者未使用支氣管舒張劑、激素和茶堿類藥物；排除合并影響肺功能疾病的患者。選取38名健康人作為健康組。

1.2 方法

1.2.1 容積二氧化碳圖死腔參數(shù)測定 容積二氧化碳圖是以受試者呼出氣容積為橫軸，二氧化碳(CO2)濃度為縱軸所描繪的呼出氣二氧化碳濃度隨呼出氣容積變化而改變的圖形。VCap包括3個分期。Ⅰ期與CO2濃度為0的橫軸重合。Ⅱ期呈S形，為CO2濃度迅速上升期。Ⅲ期為平臺，見圖1。運用不同的分析方法對圖形進(jìn)行處理，可得到多種死腔概念：Threshhold死腔(VDT)、Langley死腔(VDL)、Fowler死腔(VDF)、Wolff死腔(VDW)、Bohr死腔(VDB)[14]。VCap死腔參數(shù)測定采用德國JEGER公司生產(chǎn)的CAPNO肺功能儀來完成。受試者全身放松，端坐位，口含口器、鼻夾夾鼻防漏氣，平靜呼吸45～60 s。由電腦分析軟件截取最后5個VCap并計算各死腔參數(shù)(VDT、VDL、VDF、VDW、VDB)及潮氣量(VT)、呼吸頻率(BF)。計算機(jī)軟件可自動選擇最佳值。

1.2.2 肺通氣、容量及彌散指標(biāo)測定 參數(shù)測定采用德國JEGER公司Masterscreen PFT多功能肺功能儀。指標(biāo)包括FEV1預(yù)計值的%、FEV1/FVC%、RV占預(yù)計值%、TLC占預(yù)計值的%、RV/TLC%。每次測定檢查均重復(fù)3次，取最佳值。單次呼吸法測定DLCO占預(yù)計值%。COPD患者中22例未能完成肺彌散功能測定。

1.2.3 測試程序 每天清晨開機(jī)并進(jìn)行環(huán)境校準(zhǔn)和容積校準(zhǔn)。受試者先安靜休息5～10 min，在此過程中有技師向其講解肺功能測定步驟及配合方法，測定開始后先行Vcap死腔參數(shù)檢測，再行肺通氣、容量及彌散功能測定。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析 在健康組中，以各死腔參數(shù)為應(yīng)變量，年齡、性別、身高、體重及潮氣量和頻率為自變量建立各死腔正常預(yù)計值公式，然后利用已建立的預(yù)計值公式計算所有受試者的正常死腔預(yù)計值。比較COPD組死腔實測值與預(yù)計值的差異。對COPD和健康組進(jìn)行逐步判別分析，建立判別函數(shù)，篩選出對判別COPD和健康人價值最大的死腔參數(shù)。在判別函數(shù)中，函數(shù)值靠近COPD組中心得分點，則受試者歸入COPD組，靠近健康組中心得分點，則歸入健康組。將性別、年齡、身高、體重、潮氣量及呼吸頻率作為控制變量，分析COPD組死腔與肺通氣、容量及彌散等指標(biāo)的相關(guān)性。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法 應(yīng)用SPSS17.0統(tǒng)計軟件包進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示。健康組多元回歸方程的建立采用多元線性回歸分析。COPD組各死腔實測值與預(yù)計值的計量資料比較采用配對t檢驗。COPD與健康組的判別分析采用逐步法選擇變量進(jìn)入函數(shù)。死腔參數(shù)與通氣、容量及彌散指標(biāo)之間的關(guān)系運用偏相關(guān)分析。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

圖1 容積二氧化碳圖

2 結(jié) 果

2.1 基礎(chǔ)資料及多元回歸方程的建立

2.1.1 基礎(chǔ)資料 搜集COPD組和健康組的年齡、身高、體重和肺功能參數(shù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，見表1。

2.1.2 多元回歸方程的建立 通過多元回歸分析，在健康組中分別以各死腔為應(yīng)變量，以年齡、性別、身高、體質(zhì)量及潮氣量和頻率為自變量建立的多元回歸方程有效，各死腔參數(shù)的多元回歸方程如下：VDT=-387.147-17.668×性別+0.365×年齡+2.544×身高-0.594×體質(zhì)量+32.721×VT+2.876×BF(F=4.038，P= 0.004)；VDL=-383.742-18.3×性別+0.212×年齡+2.548×身高-0.552×體質(zhì)量+61.323×VT+2.519×BF(F=5.666，P=0.000)；VDF=-200.16-52.779×性別-0.444×年齡+ 2.226×身高+0.386×體質(zhì)量+15.427×VT+0.764×BF(F= 3.922，P=0.005)；VDW=-416.834-47.866×性別-0.223×年齡+3.454×身高-0.427×體質(zhì)量+34.019×VT+2.826×BF (F=4.529，P=0.002)；VDB=-444.146-43.73×性別-0.0342×年齡+3.244×身高-0.72×體質(zhì)量+163.966×VT+3.454×BF (F=11.354，P=0.000)。

表1 COPD、健康組的年齡、身高、體重及肺功能參數(shù)(±s)

表1 COPD、健康組的年齡、身高、體重及肺功能參數(shù)(±s)

項目COPD組 健康組年齡(歲)身高(cm)體質(zhì)量(kg) VT(L) BF(次/min) FEV1(占預(yù)計值%) FEV1/FVC(%) RV(占預(yù)計值%) TLC(占預(yù)計值%) RV/TLC(%) TLCO(占預(yù)計值%) 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組Vcap死腔實測值與預(yù)計值比較 在COPD組中，對死腔實測值和預(yù)計值作配對t檢驗顯示，各死腔參數(shù)除VDL外，VDT、VDF、VDW及VDB的實測值和預(yù)計值的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，其中VDT實測值較預(yù)計值減小(P＜0.01)，而VDF、VDW及VDB實測值較預(yù)計值增大(P＜0.05)，見表2。

表2 COPD組各實測死腔值與預(yù)計死腔值比較(mL,±s)

表2 COPD組各實測死腔值與預(yù)計死腔值比較(mL,±s)

項目實測值預(yù)計值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 死腔參數(shù)對COPD組和健康組的判別分析 本研究還發(fā)現(xiàn)，利用VDT、VDF、VDW及VDB占預(yù)計值%對COPD組和健康組進(jìn)行逐步判別分析，只有VDT和VDB占預(yù)計值%進(jìn)入判別函數(shù)，判別函數(shù)為：D=0.046×VDB占預(yù)計值%-0.027×VDT占預(yù)計值%-2.828(χ2=71.575，P=0.000；COPD組中心得分點：0.757，健康組中心得分點：-0.965)。COPD組74例中僅13例(17.57%)被誤判入健康組，健康組38例中有3例(5.17%)被誤判入COPD組，總歸類正確率為87.9%，見圖2。

圖2 由逐步判別法所得VDB及VDT占預(yù)計值%對健康人和COPD患者的判別作用

2.4 COPD組中各死腔與肺通氣、容量、彌散指標(biāo)的相關(guān)分析 本研究發(fā)現(xiàn)，在COPD組中，VDT、VDF分別與FEV1、FEV1/FVC、DLCO呈負(fù)相關(guān)(P＜ 0.05)。VDW與FEV1、FEV1/FVC、DLCO均呈負(fù)相關(guān)(P＜0.05)，與RV、TLC呈正相關(guān)(P＜0.05)。VDB與FEV1、FEV1/FVC、DLCO均呈負(fù)相關(guān)(P＜0.05)，與RV、TLC、RV/TLC均呈正相關(guān)(P＜0.05)，見表3。

表3 COPD組各死腔與通氣、殘氣、彌散指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

3 討 論

本研究結(jié)果顯示，COPD組VDT實測值比預(yù)計值小，提示COPD患者的VDT死腔參數(shù)比健康人小。如前所述，VDT是容積二氧化碳圖上CO2濃度為0的Ⅰ期部分，代表呼氣初期純氣道解剖死腔氣體。然而，在CO2濃度升高較快的Ⅱ期，也包含一部分氣道死腔容積。而VDT并沒有將這部分氣道死腔氣體容積計算在內(nèi)。所以VDT僅為氣道死腔的一部分，它的變化趨勢和程度主要受氣道管腔直徑和長度的影響。COPD患者的氣道管腔重塑、塌陷以及氣道平滑肌痙攣[7]、管壁炎癥水腫、痰液分泌增加[15]等各種原因共同造成了氣道管腔變狹窄。這種COPD患者氣道管腔直徑的減小在容積二氧化碳圖上則表現(xiàn)為VDT較健康人減小[16]。本研究也發(fā)現(xiàn)COPD患者VDF、VDW及VDB均較預(yù)計值增大。在VCap圖形中，各死腔參數(shù)的定義和計算過程中所運用的理論依據(jù)及分析方法并不相同。上述死腔參數(shù)所實際包含的死腔容積都比VDT大，其中可能有全部氣道死腔和部分肺泡死腔在內(nèi)[17]。在COPD患者中，肺毛細(xì)血管床的損毀及肺泡壁的破壞等病理改變都可以引起肺泡死腔容積增大，而其增大程度彌補(bǔ)并超過了氣道管腔直徑減小所造成的死腔容積減小[18]。因此，本研究中的COPD患者的VDF、VDW及VDB均較預(yù)計值有增大趨勢。

本研究通過逐步判別分析發(fā)現(xiàn)，VDT聯(lián)合VDB對COPD的判別正確率較高，可將82.43%的COPD患者和94.83%的健康人正確歸類?？梢娫诟魉狼粎?shù)的隨意組合中，VDT與VDB結(jié)合對COPD的輔助診斷可能具有更高的臨床價值。

在COPD患者中，F(xiàn)EV1、FEV1/FVC均為評估氣流受限和疾病嚴(yán)重程度的指標(biāo)。本研究顯示VDT、VDF、VDW及VDB均與FEV1、FEV1/FVC呈負(fù)相關(guān)。提示上述死腔參數(shù)在COPD加重過程中呈增大趨勢。COPD疾病加重時，患者的氣道也相應(yīng)縮窄，并可引起氣道死腔縮小。然而，在COPD進(jìn)展過程中還發(fā)生了肺泡壁的破壞以及肺毛細(xì)血管床的毀損。這些因素引起肺彌散功能減退。原本可進(jìn)行氣體交換的一些小氣道也因此失去了彌散能力。氣道死腔長度相應(yīng)增加。從而致使死腔容積增大[19]。這一因素對死腔的增大效應(yīng)高于氣道狹窄對死腔的減小效應(yīng)。因此COPD患者多數(shù)死腔隨著疾病的進(jìn)展而增大。本研究也發(fā)現(xiàn)VDB與RV、TLC、RV/TLC均呈正相關(guān)，VDW與RV及TLC呈正相關(guān)。在COPD患者中，RV、TLC、RV/TLC均為反映肺過度充氣及氣體陷閉的指標(biāo)，隨疾病進(jìn)展呈逐漸增大趨勢。各死腔參數(shù)隨疾病進(jìn)展亦呈增大趨勢，與RV、TLC及RV/TLC的變化一致。這也提示死腔參數(shù)可能包含并反映了肺過度充氣的信息。本研究還發(fā)現(xiàn)各死腔參數(shù)均與DLCO呈負(fù)相關(guān)。隨著肺氣體彌散功能的減退，DLCO下降，支氣管肺組織的“分界面”逐漸下移，各死腔參數(shù)隨之增大。

VDT僅僅占?xì)獾浪狼蝗莘e的一部分。在與健康人比較時，氣道管腔橫徑減小因素對氣道死腔的影響大。因而COPD患者VDT與健康人比較減小。而在COPD患者則隨著疾病的加重，“分界面”下移所致死腔長度增加的效應(yīng)超過了管腔狹窄對死腔的減小效應(yīng)，所以VDT則隨疾病進(jìn)展呈增大趨勢。

Vcap死腔參數(shù)作為氣體交換范疇的肺功能指標(biāo)，測定過程患者只需含口器平靜呼吸[20]。與常規(guī)肺功能技術(shù)相比，VCap死腔測定方法簡單，患者容易接受和配合，在無法完成常規(guī)肺功能的患者中應(yīng)用可為臨床提供參考，具有一定的臨床價值[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

A

1003—6350（2016）12—1919—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2016.12.008

2016-01-26)

上海市浦東新區(qū)衛(wèi)生系統(tǒng)優(yōu)秀青年醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)計劃資助(編號：PWRq2013-07)；上海市浦東新區(qū)衛(wèi)生和計劃生育委員會科技發(fā)展專項基金資助(編號：PW2015B-14)；上海市浦東新區(qū)衛(wèi)生系統(tǒng)重點學(xué)科建設(shè)資助(編號：PWZx2014-12)

劉錦銘。E-mail：jinmingliu_sh@hotmail.com