COPD病人一氧化碳彌散量與運動耐力、呼吸困難及通氣效率的相關(guān)性研究

王瑞萍 張妮

COPD以呼吸困難、咳嗽、咳痰、急性加重為特征,是由于氣道異常和(或)肺泡異常所致,可引起持續(xù)性(通常為進展性)的氣流阻塞[1]。由于慢性炎癥引起肺實質(zhì)的破壞和氣道重塑,COPD病人表現(xiàn)出以氣流受限和氣體交換障礙為特征的病理生理改變,臨床上表現(xiàn)為逐漸加重的呼吸困難,通氣效率下降,運動耐力降低。目前,大部分的研究以靜態(tài)肺功能中FEV1、一秒率(FEV1/FVC)、深吸氣量(IC)等指標衡量及預(yù)測病人運動耐力[2]。近年文獻報道,運動中肺過度膨脹及氣體交換異常明顯影響病人運動耐力、呼吸困難癥狀及通氣效率[3]。有國外研究報道,即便在慢性阻塞性肺疾病全球倡議(GOLD)分級為Ⅰ級的輕度COPD病人中,也經(jīng)常出現(xiàn)運動中呼吸困難、運動耐力下降,同時運動試驗發(fā)現(xiàn)其通氣效率下降,這些表現(xiàn)與病人一氧化碳彌散量(DLCO)降低有關(guān)[4]。本研究對比了低DLCO和正常DLCO病人呼吸困難、運動耐力及通氣效率的情況,并建立回歸模型,探討DLCO是否可以作為呼吸困難、運動耐力及通氣效率的預(yù)測因子。

1 資料與方法

1.1 研究對象 篩選2020年12月至2021年12月在我科住院或門診就診的穩(wěn)定期COPD病人60例,其中男41例,女19例,年齡62～80歲,平均(71.14±8.08)歲。入組標準:所有病人均符合2020年版《慢性阻塞性肺疾病全球倡議(GOLD)》中COPD的診斷標準[5],病人GOLD 肺功能分級Ⅰ～Ⅲ級。排除標準:心、腎等嚴重功能不全,胸腔積液、合并肺動脈高壓、間質(zhì)性肺病、支氣管哮喘、胸部畸形、肺葉切除術(shù)、嚴重支氣管擴張、未控制的高血壓、惡性腫瘤、肢體功能障礙、合并影響運動的并發(fā)癥如關(guān)節(jié)炎等、認知障礙、配合不佳的病人。入組時采用一口氣呼吸法檢測病人DLCO,以預(yù)計值的80%為正常值下限(LLN),低于該值為異常[6]。單位肺泡容積的彌散量(DLCO/VA)>80%LLN為正常DLCO組(37例),DLCO/VA<80%LLN為低DLCO組(23例)。

1.2 靜態(tài)肺功能測定 采用德國耶格肺功能儀檢測肺功能,由于彌散量受肺泡容量影響,肺泡容量減少可導(dǎo)致DLCO減少,因此評價彌散功能時采用DLCO/VA作矯正。測定參數(shù)包括FEV1、第1秒用力呼氣容積占預(yù)計值的百分比(FEV1/pred)、FEV1/FVC、IC、殘氣量/肺總量比值(RV/TLC)及一氧化碳彌散量占預(yù)計值百分比[(DLCO/VA)/pred]。

1.3 呼吸困難評分 采用改良版英國醫(yī)學研究會呼吸困難量表(mMRC)評分評價呼吸困難的程度,評分為0～4分,分值越高,呼吸困難程度越嚴重。

1.4 心肺運動試驗(CPET)測定 采用德國席勒的心肺運動測試儀進行測定。反映運動耐力的指標:最大功率負荷(Peak Load)、峰值攝氧量占預(yù)計值的百分比(Peak VO2/pred)、每公斤體質(zhì)量峰值攝氧量(Peak VO2/kg)。反映通氣效率的指標:無氧閾時CO2通氣當量(EQCO2@AT)。

2 結(jié)果

2.1 2組人口學特征、靜態(tài)肺功能、CPET指標及mMRC評分比較 2組年齡、病程、性別構(gòu)成比、GOLD肺功能分級構(gòu)成比差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05);低DLCO組 (DLCO/VA)/pred低于正常DLCO組,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.01);低DLCO組Peak Load、Peak VO2/pred、Peak VO2/kg均低于正常DLCO組,EQCO2@AT和mMRC評分高于正常DLCO組,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.01)。見表1。

表1 2組人口學特征及靜態(tài)肺功能、心肺運動功能及mMRC評分比較

2.2 (DLCO/VA)/pred與心肺運動功能指標及mMRC評分的相關(guān)性 Pearson相關(guān)分析結(jié)果表明,(DLCO/VA)/pred與Peak Load呈高度正相關(guān)(r=0.764,P<0.01);(DLCO/VA)/pred與Peak VO2/pred、Peak VO2/kg呈正相關(guān)(r=0.295、0.265,P<0.05);(DLCO/VA)/pred與EQCO2@AT、mMRC評分呈中等負相關(guān)(r=-0.694、-0.679,P<0.01)。

2.3 肺功能與心肺運動功能指標及mMRC評分的回歸分析 以代表運動耐力的Peak VO2/pred為因變量,FEV1、FEV1/pred、FEV1/FVC、IC、RV/TLC、(DLCO/VA)/pred為自變量,進行逐步回歸分析,結(jié)果顯示(DLCO/VA)/pred為唯一進入回歸方程的變量,預(yù)測方程為Y=65.441+0.113(DLCO/VA)/pred,提示DLCO是COPD病人運動耐力的獨立預(yù)測因子。

以代表通氣效率的EQCO2@AT為因變量,FEV1、FEV1/pred、FEV1/FVC、IC、RV/TLC、(DLCO/VA)/pred為自變量,進行逐步回歸分析,結(jié)果顯示(DLCO/VA)/pred為唯一進入回歸方程的變量,預(yù)測方程為Y=56.727-0.306(DLCO/VA)/pred,提示DLCO是COPD病人通氣效率的獨立預(yù)測因子。

以代表呼吸困難的mMRC評分為因變量,FEV1、FEV1/pred、FEV1/FVC、IC、RV/TLC、(DLCO/VA)/pred為自變量,進行逐步回歸分析,結(jié)果顯示(DLCO/VA)/pred及FEV1為進入回歸方程的變量,預(yù)測方程為Y=4.811-0.028(DLCO/VA)/pred-0.916 FEV1,提示除外FEV1,DLCO也可作為呼吸困難的預(yù)測因子。

3 討論

彌散功能是指氣體分子通過肺泡-毛細血管膜從肺泡向毛細血管擴散到血液,并與紅細胞中的血紅蛋白結(jié)合的能力。臨床上常以矯正的DLCO/VA來反映肺的彌散功能。DLCO是一種無創(chuàng)、可重復(fù)的肺泡氣體交換能力的測量方法。以往對COPD病人肺通氣功能、氣道阻塞程度的評估通常使用FEV1、IC、FEV1/FVC、RV/TLC等指標,尤其是FEV1,是COPD的標準生理評價指標,許多研究均發(fā)現(xiàn)其與疾病進展相關(guān)。近年有研究發(fā)現(xiàn),FEV1與DLCO相比,反映肺氣腫和血管異常的敏感性相對較低。DLCO降低反映了肺泡毛細血管膜的損傷,它與不同程度肺泡毛細血管損傷、肺泡表面積減少或毛細血管床密度降低及肺泡通氣分布有關(guān)[7]。與肺泡通氣相比,肺血流量的局部減少將導(dǎo)致運動期間較大且相對固定的生理死區(qū),這需要代償性增加通氣以維持動脈血氣和酸堿平衡[8]。國外針對GOLD Ⅰ級COPD病人進行的多中心觀察研究表明, DLCO<60%的病人中,6 min步行距離較短、呼吸困難程度較高、BODE指數(shù)較高[9],我們的研究結(jié)論與其一致。還有研究發(fā)現(xiàn),COPD病人存在小氣道和肺微血管的異質(zhì)性病理生理異常[10]。由于單純肺活量測量不足以捕捉臨床表現(xiàn)背后的異質(zhì)結(jié)構(gòu)變化,包括氣道疾病、肺氣腫和血管異常,我們可以利用DLCO提高對COPD病人的各種臨床表現(xiàn)的識別,同時有助于評估COPD病人的運動風險。

本研究中我們觀察到,COPD病人的運動耐力、通氣效率和主觀運動性呼吸困難癥狀與靜態(tài)肺通氣功能指標不完全匹配,即便是輕中度COPD病人也容易在運動時出現(xiàn)呼吸困難。2組COPD病人靜態(tài)肺功能各指標尚未出現(xiàn)差異時,反映運動耐力和通氣效率的CPET各指標及反映主觀運動性呼吸困難癥狀的mMRC評分就已有明顯差異,低DLCO組COPD病人中Peak Load、Peak VO2/pred、Peak VO2/kg均較正常DLCO組病人明顯下降, mMRC評分高于正常DLCO組,進一步證實了這一點。目前的一些研究結(jié)果也證實了可能的原因,低DLCO病人運動性呼吸困難與相對較高的吸氣神經(jīng)驅(qū)動有關(guān),部分原因是通氣效率降低[11]。在運動過程中,相對較低的分鐘通氣量(VE)導(dǎo)致可變呼氣流量限制、動態(tài)過度充氣和過早減少呼氣儲備容積,吸氣肌阻力和彈性負荷增加,導(dǎo)致高吸氣神經(jīng)驅(qū)動的代償性增加,較高的通氣要求加重了運動早期呼吸肌運動功能的嚴重受限,同時吸氣肌縮短速度的增加亦導(dǎo)致呼吸急促,從而出現(xiàn)更明顯的呼吸困難和運動不耐受,呼吸費力或不適感增加。國外對于呼吸困難成因的研究主要強調(diào)了呼吸的高吸氣神經(jīng)驅(qū)動力(或通氣需求)與動態(tài)呼吸系統(tǒng)適當反應(yīng)能力之間差異的重要性[12]。因此,我們可以根據(jù)DLCO預(yù)測病人運動時呼吸困難程度及運動耐力情況,早期制定適宜的運動處方,啟動肺康復(fù)治療,有助于延緩肺功能進行性惡化。

本研究中,我們發(fā)現(xiàn)低DLCO組病人EQCO2@AT較正常DLCO組明顯增高。EQCO2是CPET中的一個關(guān)鍵參數(shù),該參數(shù)在診斷呼吸功能失調(diào)時最有用,EQCO2的增加表明通氣效率降低,即便在DLCO下降的輕度COPD病人中,也存在運動期間的高EQCO2。高EQCO2是由于運動期間高生理死腔增加導(dǎo)致的,通氣量和血流之間的不匹配,使通氣效率顯著降低。目前,國內(nèi)外對EQCO2影響因素的研究很少,一些研究認為DLCO是COPD病人運動期間通氣效率降低的預(yù)測因子[13]。他們研究發(fā)現(xiàn),穩(wěn)定期COPD病人在運動狀態(tài)下通氣效率呈逐漸下降趨勢,而通氣量和彌散能力是影響運動通氣效率的重要因素。EQCO2越高,通氣效率越低,當病人達到最大運動狀態(tài)時,通氣效率僅與彌散功能相關(guān),而與通氣能力無關(guān),原因是在無氧閾值之后,VE的增加快于二氧化碳排出量(VCO2),加之通氣/血流比例失調(diào),使得EQCO2增高明顯。靜息DLCO和EQCO2被認為是肺微血管功能障礙/破壞的間接標志物[3]。有充分證據(jù)表明, 低DLCO的COPD病人通常會出現(xiàn)過度的通氣,通氣不均衡、通氣/灌注不匹配、快速的淺呼吸模式可導(dǎo)致EQCO2增加[14-15]。局部肺泡因血管收縮效應(yīng)而缺氧,這種情況在運動期間會進一步加劇,缺氧進一步加重,低氧血癥又會通過各種機制增強吸氣神經(jīng)驅(qū)動,從而導(dǎo)致呼吸困難癥狀和運動不耐受,這些結(jié)論和本研究結(jié)論一致。

綜上所述,DLCO反映了肺泡-毛細血管間的氣體傳遞,它與肺功能下降密切相關(guān),COPD損害DLCO的生理機制是通過肺泡毛細血管膜的擴散率降低、氣體交換單元相關(guān)的肺血管體積減小形成的,是獨立于FEV1之外的預(yù)測因子,如果與FEV1一起,可以更全面地評估COPD病人的通氣功能、臨床癥狀及運動能力。我們可以利用DLCO評估COPD病人的運動能力,尤其對于無明顯臨床癥狀的輕中度COPD病人,可以篩查其運動風險,制定合適的運動處方,早期啟動運動康復(fù)。對一些沒有運動測試設(shè)備的初級醫(yī)院,可利用DLCO進行運動風險預(yù)測。將DLCO納入COPD病人多維評估管理,是一種必然的趨勢。但是,本研究納入的對象為肺功能GOLD分級為輕中度的穩(wěn)定期COPD病人,對于GOLD分級為重度的病人,DLCO對病人的運動能力預(yù)測價值需要進一步研究證實。