慢性阻塞性肺疾病急性加重期患者CT肺血管參數(shù)與病情嚴(yán)重程度的相關(guān)性研究

王超 許建英 武志峰 成孟瑜山西醫(yī)科大學(xué)附屬大醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科,太原03003;山西醫(yī)科大學(xué)附屬大醫(yī)院CT 室,太原03003

COPD 是一種以持續(xù)存在的呼吸癥狀和氣流受限為特征的呼吸系統(tǒng)疾病,肺血管病變是COPD的重要病理生理改變。COPD 一方面造成肺實質(zhì)的破壞,從而導(dǎo)致肺泡與小氣道的附著喪失以及肺彈性回縮力的降低[1],最終導(dǎo)致肺氣腫,另一方面因缺氧導(dǎo)致肺血管收縮、重建和管腔縮小以及肺氣腫所致的小血管受壓,最終表現(xiàn)為肺小血管占肺野總面積的比例也逐漸降低[2-4]以及肺動脈增寬和肺動脈高壓。已有研究表明,胸部高分辨率CT (highresolution computed tomography,HRCT)的肺血管參數(shù)如肺小血管橫截面積與肺野總面積比值(%cross-sectional area,%CSA)、肺動脈與主動脈橫截面直徑的比 (pulmonary artery/aorta,PA/A)與穩(wěn)定期COPD 患者的肺功能指標(biāo)、肺血管血流灌注以及未來急性加重風(fēng)險相關(guān)[5-7]。本研究通過觀察慢性阻塞性肺疾病急性加重期 (acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease,AECOPD)不同嚴(yán)重程度及頻繁急性加重患者胸部HRCT 肺小血管橫截面積 (＜5 mm2)與肺野總面積比值(%cross-sectional area of small pulmonary vessels＜5 mm2,%CSA＜5)和PA/A的變化及其與臨床指標(biāo)的相關(guān)性,探討胸部HRCT 肺血管指標(biāo)能否作為AECOPD 臨床嚴(yán)重程度的評估方法之一。

1 對象與方法

1.1 研究對象及分組 本研究采用回顧性研究方法,倫理學(xué)方面不違背 《赫爾辛基宣言》的原則。收集2016年1月至2018年1月于山西醫(yī)科大學(xué)附屬大醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科住院、資料完整的AECOPD 患者共60 例,其中男56 例,女4 例,年齡(71.48±6.01)歲,年齡范圍為58～86歲。入選標(biāo)準(zhǔn):選擇所有患者均符合慢性阻塞性肺疾病全 球 倡 議 (Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease,GOLD)指南 (2017版)COPD 診斷標(biāo)準(zhǔn),均于入院期間完善胸部HRCT。排除標(biāo)準(zhǔn):(1)其他肺部疾病,如肺炎、肺癌、肺栓塞、肺源性心臟病、肺動脈高壓、胸廓畸形、胸膜等疾病;心臟疾病如冠狀動脈粥樣硬化性心臟病、先天性心臟病等;結(jié)締組織病、高血壓等可能影響肺血管的疾病;(2)肺部手術(shù)史;(3)支氣管舒張試驗陽性或限制性通氣功能障礙。按照《慢性阻塞性肺疾病急性加重 (AECOPD)診治中國專家共識(2017年更新版)》[8],根據(jù)其臨床表現(xiàn)及動脈血氣分析分為輕度 (無呼吸衰竭)、中度(急性呼吸衰竭-無生命危險)及重度組 (急性呼吸衰竭-有生命危險)。根據(jù)過去1年中急性加重次數(shù)分為頻繁急性加重 (≥2次/年)和非頻繁急性加重(＜2次/年)2組。

1.2 測試指標(biāo)及方法

1.2.1 患者一般資料 記錄每例患者的臨床資料,包括生命體征、動脈血氣分析、既往1年內(nèi)急性加重次數(shù)。

1.2.2 胸部HRCT 檢查 所有患者均于住院期間行胸部HRCT 掃描,胸部HRCT 使用的是采用西門子雙源CT (SOMATOM Definition Flash)和西門子128 層CT (SOMATOM Definition AS);CT 掃描參數(shù)為:平均管電壓120 k V,管徑120 ma,重建層厚1 mm,掃描時處于仰臥位,吸氣后屏氣。

1.2.3 肺小血管測量 選擇3個層面的圖像:主動脈弓上緣1 cm 水平 (上肺野);隆突下1 cm(中肺野);右下肺靜脈下1 cm (下肺野)。用Image J 1.51分析,步驟如下[3-4,9-10](圖1): (1)用-500 HU 到-1 024 HU 的閾值分割肺野;(2)轉(zhuǎn)變成窗位為-720 HU 的二進(jìn)制圖像;(3)肺小血管每根血管的橫截面積定義為＜5 mm2, “分析粒子”功能中點范圍設(shè)為0.9～1.0,總計3 個層面＜5 mm2的肺小血管總橫截面積 (CSA＜5);(4)閾值同前,點范圍設(shè)為0～infinity,總計3個層面肺總面積,計算%CSA＜5。為確保數(shù)據(jù)測量的一致性,測定在1 名放射科副主任醫(yī)師的指導(dǎo)下,由2名呼吸科醫(yī)師采用盲法獨立完成,取平均值為最終結(jié)果。

圖1 使用ImageJ軟件測量肺小動脈橫截面積

1.2.4 肺動脈與主動脈直徑測量 在左右肺動脈分叉處測量主肺動脈的直徑,在相同的CT 層面內(nèi)測定升主動脈的最大直徑,并計算PA 與A 比值。測量時若主肺動脈的直徑不一致,取較大的直徑為主肺動脈的直徑[7](分別以垂直90°的角度測量2次直徑)(圖2)。為確保數(shù)據(jù)測量的一致性,測定在1名放射科副主任醫(yī)師的指導(dǎo)下,由2名呼吸科醫(yī)師采用盲法獨立完成,取平均值為最終結(jié)果。

圖2 測量肺動脈與主動脈的比值

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 21.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理。正態(tài)分布數(shù)據(jù)計量資料用±s表示;計數(shù)資料用例數(shù)表示;計量資料組間差異用獨立樣本t檢驗比較,多組間差異用單因素方差分析比較,兩兩比較用LSD 檢驗,相關(guān)性分析用Pearson檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。若樣本不服從正態(tài)分布或方差不齊,2 組間比較采用Mann-WhitneyU檢驗,多組間比較采用Kruskal-WaillisH檢驗,相關(guān)性分析用Spearman 秩相關(guān)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 患者一般資料 入選3組研究對象之間,性別、年齡、吸煙指數(shù)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義;血氣分析結(jié)果提示,在嚴(yán)重程度分組中輕中重度組間PaO2、PaCO2及p H 差異均有統(tǒng)計學(xué)意義 (F=112.464、60.811、20.895,P值均＜0.001),兩兩比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義 (t=10.641、12.689、3.746, -6.673、 -10.995、 -4.770,2.795、6.463、3.523,P值均＜0.05)(表1);在頻繁急性加重分組中差異均無統(tǒng)計學(xué)意義 (t=1.508、-1.640、1.589,P值均＞0.05)(表2)。

2.2 AECOPD 患者%CSA＜5和PA/A 比較 輕中重度3組間%CSA＜5差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=5.918,P＜0.05);輕度和中度組%CSA＜5均大于重度組,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義 (t=3.031、2.978,P值均＜0.05)。3組間患者的PA/A 差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(F=2.560,P＞0.05)(表3)。與非頻繁急性加重組相比,頻繁急性加重組患者%CSA＜5 明顯減少,差異有統(tǒng)計學(xué)意義 (t=2.881,P＜0.05),PA/A差異無統(tǒng)計學(xué)意義(t=-1.104,P＞0.05)(表4)。

表1 急性加重嚴(yán)重程度分組患者基本特征及臨床指標(biāo) (±s)

表1 急性加重嚴(yán)重程度分組患者基本特征及臨床指標(biāo) (±s)

注:1 mm Hg=0.133 kPa;與輕度組比較,a P ＜0.05;與中度組比較,b P ＜0.05;與重度組比較,c P ＜0.05

組別例數(shù)性別 (例)男女年齡 (歲)吸煙量 (包·年) PaO2 (mm Hg) PaCO2 (mm Hg)p H輕度組20 17 3 71.90±5.84 35.25±22.62 73.66±7.67 48.16±5.73bc 7.40±0.35bc中度組20 19 1 70.05±6.58 46.13±33.10 53.00±4.06 63.68±8.68ac 7.36±0.58ac重度組20 20 0 72.50±5.84 36.28±7.81 47.55±5.08 78.60±10.97ab 7.29±0.07ab F 值1.900 0.877 0.765 112.464 60.811 20.895 P 值0.159 0.422 0.470＜0.001＜0.001＜0.001

表2 頻繁急性加重分組患者基本特征及臨床指標(biāo) (±s)

表2 頻繁急性加重分組患者基本特征及臨床指標(biāo) (±s)

注:1 mm Hg=0.133 kPa

組別例數(shù)性別 (例)男女年齡 (歲)吸煙量 (包·年) PaO2 (mm Hg) PaCO2 (mm Hg)p H非頻繁加重組27 25 2 70.37±6.64 40.39±28.52 60.11±13.48 59.98±11.69 7.36±0.05頻繁加重組33 31 2 72.39±5.53 38.26±32.58 56.41±11.97 66.35±17.19 7.33±0.08統(tǒng)計值χ2=0.000 t=1.660 t=0.071 t=1.264 t=2.689 t=2.525 P 值1.000 0.203 0.791 0.266 0.106 0.117

表3 AECOPD 急性加重嚴(yán)重程度各分組%CSA＜5、PA/A 的比較 (±s)

表3 AECOPD 急性加重嚴(yán)重程度各分組%CSA＜5、PA/A 的比較 (±s)

注:AECOPD為慢性阻塞性肺疾病急性加重期;%CSA＜5為肺小血管橫截面積 (＜5 mm2)與肺野總面積比值;PA/A 為肺動脈與主動脈直徑比值;與輕度組比較,a P ＜0.05;與中度組比較,b P ＜0.05

組別例數(shù)%CSA＜5 (%)PA/A輕度組20 0.68±0.16 0.83±0.15中度組20 0.67±0.13 0.88±0.16重度組20 0.54±0.14ab 0.93±0.14 F 值5.918 2.560 P 值0.005 0.086

表4 AECOPD 頻繁急性加重各分組%CSA＜5、PA/A 的比較 (±s)

表4 AECOPD 頻繁急性加重各分組%CSA＜5、PA/A 的比較 (±s)

注:AECOPD為慢性阻塞性肺疾病急性加重期;%CSA＜5為截面積＜5 mm2的肺小血管截面積之和與肺截面積比值;PA/A 為肺動脈直徑與主動脈直徑比值;與頻繁加重組比較,a P ＜0.05

組別例數(shù)%CSA＜5 (%)PA/A非頻繁加重組27 0.69±0.16a 0.85±0.12頻繁加重組33 0.58±0.13 0.89±0.17 t值2.881-1.104 P 值0.006 0.274

2.3 AECOPD 患者%CSA＜5 與急性加重頻率、PaO2、PaCO2、p H 值及PA/A 的相關(guān)性分析AECOPD 患者%CSA＜5 與動脈血p H 值、PaO2呈正相關(guān),r值分別為0.372、0.328,P值分別為0.003、0.011;與急性加重頻率、PaCO2及PA/A 呈負(fù)相關(guān),r值分別為-0.363、-0.342、-0.323,P值分別為0.003、0.007、0.001,差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

3 討論

COPD 是當(dāng)今世界主要的公共衛(wèi)生問題之一,預(yù)計至2030年將成為世界第四大死亡原因[11],受影響人群將多達(dá)3.84億人[12]。COPD 的病理生理學(xué)改變包括肺實質(zhì)和肺血管受累,一方面肺實質(zhì)逐漸破壞,從而導(dǎo)致肺泡與小氣道的附著喪失以及肺彈性回縮力的降低[1],最終導(dǎo)致肺氣腫;另一方面長期缺氧、慢性炎癥等因素導(dǎo)致肺血管收縮、肺血管重塑以及肺氣腫所致的肺小血管受壓,表現(xiàn)為肺小血管占肺野總面積的比例也逐漸降低[2-4],最終導(dǎo)致肺動脈增寬和肺動脈高壓。目前胸部HRCT掃描技術(shù)的進(jìn)步使測量和評價肺血管的改變得以實現(xiàn)[3-4,13],通常將肺小血管定義為單支截面積＜5 mm2肺血管。目前已有報道指出,COPD 患者的%CSA＜5不僅與COPD 患者的癥狀評分、平均肺動脈壓力、肺氣腫嚴(yán)重程度和肺血管血流灌注程度密切相關(guān),還能夠反映穩(wěn)定期COPD 患者疾病嚴(yán)重程度及未來急性加重的發(fā)生率[3-4,9,13-15]。GOLD 指南(2017版)中提出,當(dāng)PA/A＞1時,也提示患者未來急性加重風(fēng)險的明顯增高[1]。

AECOPD 是COPD 患者死亡的重要因素,肺血管改變是參與急性加重患者病情惡化的重要機制之一[16]。臨床上常常根據(jù)患者的臨床表現(xiàn)、動脈血氣分析等指標(biāo)可將AECOPD 患者分為輕度、中度和重度三級,以此指導(dǎo)臨床治療的策略[1]。本研究中觀察到重度AECOPD 患者%CSA＜5明顯低于輕、中度組,輕度和中度組間相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義,同時本研究比較不同嚴(yán)重程度AECOPD 患者組間PA/A,發(fā)現(xiàn)3 組間比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義,提示隨著疾病的嚴(yán)重程度加重,肺小血管截面積明顯減少。相關(guān)性分析提示%CSA＜5與患者動脈血p H 值、PaO2呈正相關(guān),與急性加重頻率、PaCO2及PA/A 呈負(fù)相關(guān)。COPD 患者肺血管的病變主要包括肺小血管的痙攣、受壓以及血管壁的重塑,后期出現(xiàn)肺動脈增寬和肺動脈高壓。有學(xué)者觀察到,在AECOPD 期間PA/A 也會增加,且肺動脈增寬與心臟損傷標(biāo)志物有關(guān),肺動脈寬度的急性增加在急性加重事件發(fā)生后恢復(fù)到基線而且改變幅度較小[17]。本研究中未納入合并肺源性心臟病以及肺動脈高壓的AECOPD 患者且入組病例數(shù)較少,故可能是導(dǎo)致各組間PA/A 無明顯差別的原因。由于長期慢性缺氧和慢性炎癥,COPD 患者肺小血管已經(jīng)發(fā)生了明顯的病理生理學(xué)改變,表現(xiàn)為肺小血管截面積明顯減少,且隨著病情加重而尤為明顯。AECOPD 患者存在的細(xì)菌或病毒感染、全身系統(tǒng)性的炎癥反應(yīng)、缺氧酸中毒等因素進(jìn)一步引起肺小血管痙攣收縮和內(nèi)皮功能障礙,從而加重病情[18]。Takayanagi等[19]的研究顯示在隨訪的一年中,接受規(guī)律合理治療的COPD 受試者%CSA＜5有顯著提升,尤其是在戒煙者中。這提示在AECOPD患者中如果可以早期評估其肺小血管病變并給予積極有效的治療,糾正低氧、酸中毒、炎癥反應(yīng)等因素,可能使肺小血管在一定程度上恢復(fù)原有形態(tài),從而可能避免發(fā)生肺血管不可逆性病理改變,改善COPD 患者遠(yuǎn)期預(yù)后。

本研究還發(fā)現(xiàn),頻繁急性加重的COPD 患者%CSA＜5明顯低于非頻繁急性加重組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義,而PA/A 在2組間比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義。多項研究表明,既往頻繁急性加重 (＞2次/年)的COPD 患者未來急性加重的風(fēng)險明顯增高。CT 掃描檢測到的相對肺動脈擴張定義為PA/A＞1,與COPD 急性加重風(fēng)險密切相關(guān)。本研究中未納入合并肺源性心臟病、肺動脈高壓的患者,這可能解釋不同急性加重頻率2 組間PA/A比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義。相關(guān)性分析提示,%CSA＜5與急性加重頻率、PA/A 呈負(fù)相關(guān),這與此前學(xué)者報道結(jié)果基本相符[16]。因此,在COPD 患者肺血管病變早期,%CSA＜5 可能作為早期有效的影像學(xué)指標(biāo),能夠預(yù)測患者急性加重的風(fēng)險以及肺動脈的形態(tài)學(xué)變化。

綜上所述,重度及頻繁急性加重COPD 患者胸部HRCT 肺小血管橫截面積顯著下降;提示%CSA＜5可能成為評估AECOPD 患者臨床病情嚴(yán)重程度的有效指標(biāo),對AECOPD 患者病情等的評估具有重要的指導(dǎo)意義。探討AECOPD 患者肺血管參數(shù)變化的本質(zhì),并將其廣泛應(yīng)用于臨床實踐,為個體化治療提供了理論基礎(chǔ),但還需要進(jìn)一步的實驗和臨床研究。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突