运动训练在慢性阻塞性肺疾病肺康复中的应用

田玉静, 李 萍, 黄家容, 张 宁, 平 芬

(河北省人民医院 老年病三科, 河北 石家庄 050000)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是一种常见的可以预防和治疗的疾病，其特征是存在持续的呼吸系统症状和气流受限[1]，常使患者幸福指数下降。在全球范围内，由于接触危险因素持续增多且人口老龄化，COPD的负担预计在未来几十年将增加[2]。因此，对COPD患者如何管理是公共卫生系统面临的挑战之一。全球慢性阻塞性肺疾病计划(Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease, GOLD)2020指出肺康复计划被证明是改善COPD患者运动障碍行之有效的方法，肺康复的基础是运动训练，许多试验[3-5]表明在肺康复项目中进行有组织的运动训练后，患者呼吸困难、运动能力和健康相关生活质量有了很大改善。本文将对肺康复中运动训练的病理生理学、方式及处方进行综述，为临床COPD患者的运动训练治疗提供新思路。

1 运动训练的病理生理学

肌纤维萎缩是COPD系统性损害表现之一。呼吸肌和肢体肌肉受到影响，导致患者运动能力下降进而影响其健康状况。在COPD患者中，发现膈肌单纤维力量减少、肌球蛋白含量降低，此外，这些纤维通过降低钙的敏感性，在次最大激活时导致肌肉无力。成肌分化(myogenic differentiation, MyoD)和肌原蛋白的改变被认为是驱动肌肉表型的适应原因，在成熟骨骼肌中，MyoD主要表达在快收缩肌中，肌原蛋白主要表达于慢收缩肌中。肌动蛋白分子的结构变化可能会削弱肌动蛋白的活性及肌肉纤维的稳定性，导致纤维损伤[6]。Degens等[7]在仓鼠的肺气肿的模型中发现MyoD蛋白水平下降，无独有偶，Testelmans等[8]指出膈肌信号通路的改变可能导致COPD患者膈肌重塑，比如泛素-蛋白酶体通路、核因子激活的B细胞的κ-轻链增强(NF-κB)通路和肌生成抑制蛋白表达上调及MyoD表达下降，导致患者骨骼肌功能障碍。Hill等[9]指出，经过高强度吸气肌训练后，肋间外肌发生肌纤维重塑，改善中、重度COPD患者吸气肌肉功能，减轻患者呼吸困难和疲劳。COPD是肌肉丧失原因之一，然而，如何评估肌肉健康困难，Yin等[10]指出，Dickkopf相关蛋白3(Dickkopf-3, Dkk-3)在年轻小鼠模拟的早期肌少症模型中过表达，而老年小鼠Dkk-3表达的降低部分抵消年龄相关的肌肉萎缩，类似结果亦出现在其他研究中。Qaisar等[11]研究表明，Dkk-3水平可以作为评估COPD患者加速骨骼肌减少表型的临床指标。

COPD特点是存在全身和局部慢性炎症和氧化应激，氧化应激与促炎介质通过相互作用，从而增强促炎基因在各种肺组织细胞表达，且氧化应激可能改变促炎介质和抗氧化酶基因表达平衡[12]，导致COPD患者肌肉功能障碍，且氧化应激与炎症介质亦相互影响。研究证实，氧化应激参与膈肌蛋白降解，与肌肉组织损害直接相关，导致膈肌收缩功能障碍[13-14]。观察到COPD患者肌肉耐力受损与肌肉氧化能力、线粒体密度、酶的活性降低有关[15-16]。细胞内活性氧(reactive oxygen species, ROS)在ATP氧化磷酸化合成过程中产生，发生场所系线粒体。线粒体活性氧(mitochondrion reactive oxygen species, mtROS)在抗氧化防御系统中生成和清除保持平衡，未能清除的mtROS在肌动蛋白上诱导的复杂修饰，以肌动蛋白严重断裂为特征，从而阻碍肌动蛋白与肌球蛋白相互作用[12]，导致线粒体功能障碍。金丹等[17]研究证明运动训练可改善肢体肌肉纤维构成，抑制肌肉蛋白降解及增强机体抗氧化作用。

2 运动训练的方式

2.1主动训练

2.1.1肢体肌力及耐力训练 众所周知，骨骼肌功能障碍可导致COPD患者日常活动减少，故对COPD患者进行肢体运动训练必不可少。肢体肌力训练主要有上肢肌力训练、下肢肌力训练，而下肢耐力训练是提高运动能力的核心部分[18]。常见方式包括陆地上快走、慢跑、骑单车及水中运动训练等。地面步行训练被证明可提高COPD患者生活质量和耐力运动，适用于中、重或极重度COPD患者，Wootton等[19]在中度及重度COPD患者进行为期8～10周地面步行随机对照试验，结果表明地面步行锻炼患者的圣乔治呼吸问卷、慢性呼吸问卷等生活质量评分总分均减低，耐力穿梭往返步行试验时间增加，且差异具有统计学意义。Higashimoto 等[20]提出，进行4～8周下肢运动训练改善COPD患者的呼吸困难、运动能力和生活质量，但对体力活动的影响并不显著。水中运动训练亦可作为肢体训练的方式，Felcar等[21]研究表明对于中重度COPD患者，在水中进行高强度运动训练与陆地训练方式效果相似，是同样有益的治疗选择。水中运动训练是对COPD患者新的治疗方法，但是因场地、专业人员等要求可能比陆地训练难实施。

2.1.2呼吸肌训练 肺功能康复的组成部分，呼吸肌训练已广泛应用于临床实践[22-24]。COPD患者是通过正确的呼吸肌训练增强呼吸肌的肌力与协调性，改善患者呼吸困难、气短及全身系统症状，提高COPD生活质量、延长生存期。临床常用方式有缩唇呼吸和腹式呼吸。Cabral等[25]研究表明，在高强度运动期间联合应用缩唇呼吸可降低过度通气。有研究指出对COPD患者进行4周的膈肌呼吸锻炼后，训练组患者显示出更大的膈肌运动性[26]。

2.1.3中国传统训练方式 由于学习简单、不受场地、设备、专业人员的限制，我国传统运动疗法如太极、八段锦、五禽戏、气功、六字诀等是COPD患者最受欢迎的健康补充疗法。太极是一种包括一系列缓慢而有节奏的循环动作的全身性运动，在COPD患者肺康复领域发挥着重要作用，太极训练的峰值心率(60次/min)和耗氧量(55%)与中等强度运动相似[27]。一项荟萃分析表明，太极可改善COPD患者肺功能、运动能力、生活质量和精神状态[28]。Yang等[29]指出八段锦有益于预防轻度COPD患者肺功能下降、提高其运动能力、改善生活质量。今后仍需开展多中心随机对照试验探索COPD患者最佳锻炼方式。

2.2被动训练 神经肌肉电刺激是肺康复治疗中常见的一种被动运动。对于无力或不愿坚持锻炼的患者，神经肌肉电刺激可能是一种锻炼肌肉力量的替代方法，可改善肌肉力量和运动性能[30-31]。在COPD急性加重期，为避免呼吸系统应激，高频神经肌肉电刺激已成为一种局部训练方式，但仍有局限性(如皮肤疼痛)[32]。一项荟萃分析显示，神经肌肉电刺激可改善COPD患者的运动能力，降低运动过程中呼吸系统感染，但不常规推荐稳定期COPD患者接受此种疗法[33]。

膈肌起搏器是神经肌肉电刺激疗法的一种，通过电刺激膈神经或膈肌，引起膈肌节律性收缩，通过膈肌的适应性改变，使膈肌肌力和抗疲劳能力增强[34-35]。膈肌起搏器分为植入式和体外式，植入式膈肌起搏是将起搏电极植入体内直接与膈神经接触，因其多为有创手术，不如体外式膈肌起搏应用广泛；体外式膈肌起搏是指通过体表电极刺激膈神经，提高膈肌兴奋性，促进膈肌活动，提高肺泡有效通气量，减少肺部感染和肺不张发生的风险，可辅助COPD插管患者脱机[36]。

3 运动训练的处方

运动处方包括设定运动频率、强度、类型和时间，其中运动训练强度和持续时间是预测结果最关键因素。运动强度选择需要以骨骼肌无力为基础，以有效的合成代谢提高骨骼肌的氧化能力为目标[37]。常见的运动训练模式有低强度、高强度和间歇训练。持久、高强度的运动训练模式已广泛应用于肺康复，可以增加肌肉的有氧代谢、耐受更高强度的活动[38]。对于病情较严重的患者，低强度或间歇训练模式可能是最佳的选择。在间歇训练中，低强度与高强度训练相结合，能明显延长训练时间。训练类型通常有两种，耐力训练和力量训练。耐力训练目的是执行有氧活动，力量训练以单个肌肉或肌肉群为目标。一个周期的康复锻炼，最多维持6～12个月，通常建议COPD患者进行8周或更长时间的治疗[39]。若想保持康复锻炼的效果，则需要进行周期性康复锻炼。

肺康复评估的金标准之一是心肺运动试验，心肺运动试验对评估患者的生理功能状态、判断病情严重程度、指导制定个体化的康复锻炼及评价肺康复疗效等至关重要。目前常用无氧阈水平评估运动强度(还可根据Borg呼吸困难评分、最大摄氧量的60%、目标心率等)，既可以保证安全性，又可以满足康复锻炼需求[40-41]。Stringer等[42]指出在一定程度上，心肺运功试验和六分钟步行试验互补，均可对COPD患者肺康复提供有意义的指导，而心肺运动试验似乎是COPD患者生理改善的理想评估机制。然而，分析心肺运动试验的数据可能会发现隐匿的问题(如低氧血症、心律失常、肌肉骨骼问题或心肌缺血)[43]，从而进一步优化运动处方。

4 总结及展望

通过了解运动训练的病理生理学机制，肺康复处方的制定，从分子水平着手，选择合适的运动方式，改善COPD患者症状、运动能力和生活质量。由于患者个体特征、运动特性不同，运动训练对COPD患者肺康复效果有很大差异。因此，制定个体化运动方式尤为重要，有助于患者早日回归家庭和社会。