上海地区儿童脉冲振荡肺功能预计值建立

吴巾红 张 皓 董晓艳 黄剑峰 刘全华 潘春红 沈 理 周小建

1.上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心呼吸科（上海 200127）；2.上海交通大学附属上海儿童医院呼吸科（上海 200040）；3.复旦大学附属儿科医院呼吸科（上海 201102）；4.上海交通大学医学院附属新华医院小儿呼吸科（上海 200092）；5.上海交通大学医学院（上海 200025）；6.上海交通大学附属第一人民医院儿科（上海 200080）

儿童呼吸系统疾病无论是发病率还是死亡率均在儿科各系统疾病中占第一位。肺功能是人体重要的呼吸生理指标，与儿童的生长发育、运动能力、呼吸系统疾病评估密切相关，在呼吸系统疾病的诊断和疗效评估中发挥重要作用。脉冲振荡（impulse oscillometry，IOS）肺功能检查是近年来测定呼吸功能的新方法，无需患者特殊配合，具有操作简便、无创、重复性好、分析全面等特点，可提供多种呼吸生理参数，适合于3 岁及以上人群，尤其是老年人、儿童。肺功能的准确评估关系到临床医师对疾病的诊治。美国胸科学会（American Thoracic Society，ATS）和欧洲呼吸学会（European Respiratory Society，ERS）均明确指出，肺功能评价应选择同人种、同地区、同生活环境和年龄相仿人群的正常预计值作为参考，而预计值采用不当会导致对肺部疾病评估结果的差异[2-3]。目前中国儿童肺功能检测采用的都是国外儿童的正常预计值，由于人种等的差异明显影响了评估的准确性。以上海儿童医学中心为牵头单位，联合上海另外四家专科或综合医院儿科对上海地区746 例健康儿童进行IOS 肺功能测定，旨在建立华东地区IOS 的正常参考值，以利于IOS 的临床应用和研究。

1 对象和方法

1.1 研究对象

选择2017 年5 月至2019 年5 月在上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心、上海交通大学附属上海市儿童医院、上海交通大学医学院附属新华医院、复旦大学附属儿科医院、上海交通大学附属第一人民医院儿童保健科体检或学校在校学生，年龄5～11岁健康的上海市户籍儿童815名。事先获得家长知情同意，并填写相关表格。排除标准：①纳入前4 周内发生过呼吸道感染者；②伴有先天性心脏病及呼吸系统、神经肌肉系统、免疫系统等疾病者；③家族中有哮喘遗传病史者；④不能配合完成脉冲振荡肺功能检测者；⑤肺通气功能检测异常者；⑥家庭中有吸烟者。本研究通过上海儿童医学中心伦理委员会审核批准（No.SCMCIRB-K2017007），各分中心沿用主研单位伦理。

1.2 方法

1.2.1 体格生长指标测量 对所有研究对象由专人进行身高、体质量测量。受检者着衬衣或薄毛衣（空调房间），脱鞋。身高采用立式身高计测量，精确到0.1 cm；体质量采用电子秤测量，精确到0.1 kg。同时记录受检者性别及出生日期。

1.2.2 肺功能测定 所有受检儿童在体检当天进行肺功能测试，同时检测脉冲振荡及肺通气功能。若通气功能异常，则脉冲数据不予采用。采用德国耶格公司MasterScreen IOS肺功能检测仪，由受过培训的专人操作。测定方法参考ATS、ERS 和中国儿童肺功能检测指南推荐的程序和标准[4-6]。具体操作：每次采集1分钟数据，容积-时间曲线显示潮气量（tide volume，VT）与共振频率（resonance frequency，RF）恒定，功能残气量（functional residual capacity，FRC）平稳，阻抗频谱图重复性良好，黏性阻力（R5、R20）和弹性阻力X5以及响应频率（Fres）稳定，至少3 次可接受的数据。

1.2.3 主要参数 包括呼吸总阻抗（Zrs）、Fres，振荡频率在5、10、15、20、25 和35 Hz 下的黏性阻力（R5、R10、R15、R20、R25、R35，统称Rrs）及弹性阻力（又称电抗，X5、X10、X15、X20、X25、X35，统称Xrs）。

1.3 统计学分析

采用SPSS 21.0 软件进行数据处理。符合正态分布的计量资料以均数±标准差表示，多组间比较采用单因素方差分析，进一步两两比较采用LSD-t检验，两组间比较采用两独立样本t检验；非正态分布计量资料以中位数（四分位数间距）表示，组间比较采用秩和检验。以P<0.05 为差异有统计学意义。建立上海地区儿童的脉冲振荡各常用参数的正常预计值方程。以实测指标作为因变量，以年龄（A）、身高（H）、体质量（W）及其变换型和/或结合型的14 项参数（A、H、W、A 2、H 2、W 2、AH、AW、logA、logH、logW、eA、eH、eW）作为自变量，作多元逐步回归，建立线性多元和非线性多元回归方程。选择偏回归系数(r)值最大而标准误最小的方程式，若r及标准误相近者则选择少元、简单的为预计方程式。

2 结果

2.1 一般情况

共入选上海地区正常儿童746名，其中男510名、女236名；年龄5～11岁，中位年龄8岁。5岁组男童平均身高高于女童，差异有统计学意义（P<0.05）；其余各年龄组男女身高差异无统计学意义（P>0.05）。6～、8～、9～和11～岁组男女体质量差异无统计学意义（P>0.05），而5～、7～、10～岁组男童体质量均高于女童，差异有统计学意义（P<0.05）。见表1。

表1 不同年龄儿童一般情况比较

2.2 不同年龄与性别儿童脉冲振荡参数比较

比较不同性别和年龄儿童IOS 相关参数数值发现，同年龄不同性别各组间IOS 主要参数差异无统计学意义（t=0.20～1.50，P>0.05）；而无论男女，不同年龄组间IOS 主要参数的差异均有统计学意义（P<0.05），Zrs、Fres、R5和R20数值随年龄增长而下降，而X5则随年龄增加逐渐增大。见表2。

表2 不同性别儿童IOS参数与年龄关系(x±s)

2.3 IOS参数与身高、体质量、年龄和性别的关系

比较不同身高儿童IOS 相关参数发现，相同身高、不同性别各组间IOS 参数差异无统计学意义（t=0.19～1.90，P>0.05）；而无论男女，不同身高组之间IOS主要参数（Zrs、Fres、R5、R20、R5-R20、X5）的差异均有统计学意义（P<0.05）。见表3。

表3 受检者IOS参数与身高关系(x±s)

2.4 IOS主要参数预计方程式

多元逐步回归分析证明，虽然IOS 参数与身高、年龄、体质量均有关，但多数IOS 参数与身高关系最为密切（回归系数绝对值最大），年龄次之，体质量的影响相对较少。以年龄（A）、身高（H）、体质量（W）及其变换型和/或结合型的14项参数（A、H、W、A2、H2、W2、AH、AW、logA、logH、logW、eA、eH、eW）作为方程式自变量，Zrs、Fres、R5、R20、X5等 IOS 相关参数作为因变量，经多元逐步回归分析制定出不同性别 IOS 相关参数的回归方程，见表4、5。

2.5 IOS实测值与国内外预计值结果比较

将实际测定的数值与表4和表5方程所得的预计值以及目前临床上使用的国外方程式（Malmberg方程式）进行配对比较，所得相关系数见表6，结果显示本系列方程与我国儿童的符合程度（相关系数）多数高于国外方程。

表4 510名男性儿童IOS正常预计方程式

表5 236名女性儿童IOS正常预计方程式

3 讨论

IOS 基于强迫振荡原理，由脉冲发生器产生矩形电脉冲，叠加在被检者静息呼吸上，经傅里叶转换、频谱分析，可推算出在不同频率下不同性质的呼吸阻抗值（黏性阻力、弹性阻力和惯性阻力）［7］。IOS测定方法简便，无需用力呼吸及屏气，测定时间短，无需患者特殊配合，适合老年人、病重患者及儿童尤其是年龄较小（3 岁以上）的儿童。IOS 可用于监测哮喘和慢性阻塞性肺疾病患者呼吸系统的病理生理变化，甚至常规通气肺功能无法发现的气道异常患者，能够替代常规通气肺功能协助哮喘的诊断和随访［8-10］。

本研究显示，儿童随着年龄増大及身高增长，呼吸总阻抗和气道阻力逐渐下降，而弹性阻力负值减少（数值越来越大），并显示出气道阻力的频率依赖性。在不同的振荡频率下（5 Hz、20 Hz），总气道阻力和大气道阻力的差值（R5-R20）在年幼儿童较年长儿童为大。R5-R20为反映小气道阻力的一项敏感指标，年幼儿童由于气道管径较窄，所以阻力较年长儿童为大，随着年龄增大，管径变粗，阻力减小。

处于生长发育过程中的儿童，随身高、年龄的增长，肺容量增大，气道管径增粗，由于气道阻力与气道半径的4 次方成反比，因而大龄儿童气道阻力较低龄儿童明显降低，尤其以外周阻力的降低更为显著。另一方面，随年龄增长，支气管平滑肌发育逐渐完善，使得肺弹性回缩力增加，故肺顺应性逐渐增加，表现为X5随年龄的增加而负值减小。本研究发现，对呼吸阻抗的影响，身高是最主要因素，其次为年龄，而体质量的影响最弱，结果与相关研究相似[11-12]。

评价IOS结果应与相应人群的正常预计值进行比较并评估。由于种族不同，实际测得数值与国外预计值存在一定的差异，目前由于中国儿童没有自己的正常预计值，故只能采用国外儿童的预计值进行比较，导致报告结果的偏差。故亟需建立中国儿童自己的IOS正常预计值［13-14］。

目前我国医院多数采用的IOS 各项指标预计值方程式同许多国家一样，是德国生产商提供在仪器中的，即Malmberg 方程式。该方程式于1990 年通过测定506例18～69岁的德国健康成人指标得出，当时未剔除吸烟者，并且各组年龄、性别例数不均衡。本研究将实际测定的数值与本研究所得方程的预计值以及国外Malmberg方程所得的预计值进行相关配对比较，结果显示，本研究所得方程的预计值与实际测定值的相关系数明显大于国外Malmberg 方程。两组方程式与呼吸阻抗实测值在各身高段与预计值的差异，本方程式均小于Malmberg 方程，显示本研究所得预计值更适用于我国儿童，建议推广。由于IOS 技术独具特色，其在临床上的应用将有更广阔的前景。

虽然本研究受检者来源于上海，但华东地区人种、饮食、生活习惯、身高、体质量接近，故儿童肺功能IOS检查结果的评判也可参考本预计值方程。有来自中国儿童自己的数据，将对临床肺功能报告的正确解读、评估起到不可估量的作用，更有助于儿童呼吸系统疾病的诊断、评估和健康风险分析。