COPD病人一氧化碳弥散量与运动耐力、呼吸困难及通气效率的相关性研究

王瑞萍 张妮

COPD以呼吸困难、咳嗽、咳痰、急性加重为特征,是由于气道异常和(或)肺泡异常所致,可引起持续性(通常为进展性)的气流阻塞[1]。由于慢性炎症引起肺实质的破坏和气道重塑,COPD病人表现出以气流受限和气体交换障碍为特征的病理生理改变,临床上表现为逐渐加重的呼吸困难,通气效率下降,运动耐力降低。目前,大部分的研究以静态肺功能中FEV1、一秒率(FEV1/FVC)、深吸气量(IC)等指标衡量及预测病人运动耐力[2]。近年文献报道,运动中肺过度膨胀及气体交换异常明显影响病人运动耐力、呼吸困难症状及通气效率[3]。有国外研究报道,即便在慢性阻塞性肺疾病全球倡议(GOLD)分级为Ⅰ级的轻度COPD病人中,也经常出现运动中呼吸困难、运动耐力下降,同时运动试验发现其通气效率下降,这些表现与病人一氧化碳弥散量(DLCO)降低有关[4]。本研究对比了低DLCO和正常DLCO病人呼吸困难、运动耐力及通气效率的情况,并建立回归模型,探讨DLCO是否可以作为呼吸困难、运动耐力及通气效率的预测因子。

1 资料与方法

1.1 研究对象 筛选2020年12月至2021年12月在我科住院或门诊就诊的稳定期COPD病人60例,其中男41例,女19例,年龄62～80岁,平均(71.14±8.08)岁。入组标准:所有病人均符合2020年版《慢性阻塞性肺疾病全球倡议(GOLD)》中COPD的诊断标准[5],病人GOLD 肺功能分级Ⅰ～Ⅲ级。排除标准:心、肾等严重功能不全,胸腔积液、合并肺动脉高压、间质性肺病、支气管哮喘、胸部畸形、肺叶切除术、严重支气管扩张、未控制的高血压、恶性肿瘤、肢体功能障碍、合并影响运动的并发症如关节炎等、认知障碍、配合不佳的病人。入组时采用一口气呼吸法检测病人DLCO,以预计值的80%为正常值下限(LLN),低于该值为异常[6]。单位肺泡容积的弥散量(DLCO/VA)>80%LLN为正常DLCO组(37例),DLCO/VA<80%LLN为低DLCO组(23例)。

1.2 静态肺功能测定 采用德国耶格肺功能仪检测肺功能,由于弥散量受肺泡容量影响,肺泡容量减少可导致DLCO减少,因此评价弥散功能时采用DLCO/VA作矫正。测定参数包括FEV1、第1秒用力呼气容积占预计值的百分比(FEV1/pred)、FEV1/FVC、IC、残气量/肺总量比值(RV/TLC)及一氧化碳弥散量占预计值百分比[(DLCO/VA)/pred]。

1.3 呼吸困难评分 采用改良版英国医学研究会呼吸困难量表(mMRC)评分评价呼吸困难的程度,评分为0～4分,分值越高,呼吸困难程度越严重。

1.4 心肺运动试验(CPET)测定 采用德国席勒的心肺运动测试仪进行测定。反映运动耐力的指标:最大功率负荷(Peak Load)、峰值摄氧量占预计值的百分比(Peak VO2/pred)、每公斤体质量峰值摄氧量(Peak VO2/kg)。反映通气效率的指标:无氧阈时CO2通气当量(EQCO2@AT)。

2 结果

2.1 2组人口学特征、静态肺功能、CPET指标及mMRC评分比较 2组年龄、病程、性别构成比、GOLD肺功能分级构成比差异无统计学意义(P>0.05);低DLCO组 (DLCO/VA)/pred低于正常DLCO组,差异有统计学意义(P<0.01);低DLCO组Peak Load、Peak VO2/pred、Peak VO2/kg均低于正常DLCO组,EQCO2@AT和mMRC评分高于正常DLCO组,差异有统计学意义(P<0.01)。见表1。

表1 2组人口学特征及静态肺功能、心肺运动功能及mMRC评分比较

2.2 (DLCO/VA)/pred与心肺运动功能指标及mMRC评分的相关性 Pearson相关分析结果表明,(DLCO/VA)/pred与Peak Load呈高度正相关(r=0.764,P<0.01);(DLCO/VA)/pred与Peak VO2/pred、Peak VO2/kg呈正相关(r=0.295、0.265,P<0.05);(DLCO/VA)/pred与EQCO2@AT、mMRC评分呈中等负相关(r=-0.694、-0.679,P<0.01)。

2.3 肺功能与心肺运动功能指标及mMRC评分的回归分析 以代表运动耐力的Peak VO2/pred为因变量,FEV1、FEV1/pred、FEV1/FVC、IC、RV/TLC、(DLCO/VA)/pred为自变量,进行逐步回归分析,结果显示(DLCO/VA)/pred为唯一进入回归方程的变量,预测方程为Y=65.441+0.113(DLCO/VA)/pred,提示DLCO是COPD病人运动耐力的独立预测因子。

以代表通气效率的EQCO2@AT为因变量,FEV1、FEV1/pred、FEV1/FVC、IC、RV/TLC、(DLCO/VA)/pred为自变量,进行逐步回归分析,结果显示(DLCO/VA)/pred为唯一进入回归方程的变量,预测方程为Y=56.727-0.306(DLCO/VA)/pred,提示DLCO是COPD病人通气效率的独立预测因子。

以代表呼吸困难的mMRC评分为因变量,FEV1、FEV1/pred、FEV1/FVC、IC、RV/TLC、(DLCO/VA)/pred为自变量,进行逐步回归分析,结果显示(DLCO/VA)/pred及FEV1为进入回归方程的变量,预测方程为Y=4.811-0.028(DLCO/VA)/pred-0.916 FEV1,提示除外FEV1,DLCO也可作为呼吸困难的预测因子。

3 讨论

弥散功能是指气体分子通过肺泡-毛细血管膜从肺泡向毛细血管扩散到血液,并与红细胞中的血红蛋白结合的能力。临床上常以矫正的DLCO/VA来反映肺的弥散功能。DLCO是一种无创、可重复的肺泡气体交换能力的测量方法。以往对COPD病人肺通气功能、气道阻塞程度的评估通常使用FEV1、IC、FEV1/FVC、RV/TLC等指标,尤其是FEV1,是COPD的标准生理评价指标,许多研究均发现其与疾病进展相关。近年有研究发现,FEV1与DLCO相比,反映肺气肿和血管异常的敏感性相对较低。DLCO降低反映了肺泡毛细血管膜的损伤,它与不同程度肺泡毛细血管损伤、肺泡表面积减少或毛细血管床密度降低及肺泡通气分布有关[7]。与肺泡通气相比,肺血流量的局部减少将导致运动期间较大且相对固定的生理死区,这需要代偿性增加通气以维持动脉血气和酸碱平衡[8]。国外针对GOLD Ⅰ级COPD病人进行的多中心观察研究表明, DLCO<60%的病人中,6 min步行距离较短、呼吸困难程度较高、BODE指数较高[9],我们的研究结论与其一致。还有研究发现,COPD病人存在小气道和肺微血管的异质性病理生理异常[10]。由于单纯肺活量测量不足以捕捉临床表现背后的异质结构变化,包括气道疾病、肺气肿和血管异常,我们可以利用DLCO提高对COPD病人的各种临床表现的识别,同时有助于评估COPD病人的运动风险。

本研究中我们观察到,COPD病人的运动耐力、通气效率和主观运动性呼吸困难症状与静态肺通气功能指标不完全匹配,即便是轻中度COPD病人也容易在运动时出现呼吸困难。2组COPD病人静态肺功能各指标尚未出现差异时,反映运动耐力和通气效率的CPET各指标及反映主观运动性呼吸困难症状的mMRC评分就已有明显差异,低DLCO组COPD病人中Peak Load、Peak VO2/pred、Peak VO2/kg均较正常DLCO组病人明显下降, mMRC评分高于正常DLCO组,进一步证实了这一点。目前的一些研究结果也证实了可能的原因,低DLCO病人运动性呼吸困难与相对较高的吸气神经驱动有关,部分原因是通气效率降低[11]。在运动过程中,相对较低的分钟通气量(VE)导致可变呼气流量限制、动态过度充气和过早减少呼气储备容积,吸气肌阻力和弹性负荷增加,导致高吸气神经驱动的代偿性增加,较高的通气要求加重了运动早期呼吸肌运动功能的严重受限,同时吸气肌缩短速度的增加亦导致呼吸急促,从而出现更明显的呼吸困难和运动不耐受,呼吸费力或不适感增加。国外对于呼吸困难成因的研究主要强调了呼吸的高吸气神经驱动力(或通气需求)与动态呼吸系统适当反应能力之间差异的重要性[12]。因此,我们可以根据DLCO预测病人运动时呼吸困难程度及运动耐力情况,早期制定适宜的运动处方,启动肺康复治疗,有助于延缓肺功能进行性恶化。

本研究中,我们发现低DLCO组病人EQCO2@AT较正常DLCO组明显增高。EQCO2是CPET中的一个关键参数,该参数在诊断呼吸功能失调时最有用,EQCO2的增加表明通气效率降低,即便在DLCO下降的轻度COPD病人中,也存在运动期间的高EQCO2。高EQCO2是由于运动期间高生理死腔增加导致的,通气量和血流之间的不匹配,使通气效率显著降低。目前,国内外对EQCO2影响因素的研究很少,一些研究认为DLCO是COPD病人运动期间通气效率降低的预测因子[13]。他们研究发现,稳定期COPD病人在运动状态下通气效率呈逐渐下降趋势,而通气量和弥散能力是影响运动通气效率的重要因素。EQCO2越高,通气效率越低,当病人达到最大运动状态时,通气效率仅与弥散功能相关,而与通气能力无关,原因是在无氧阈值之后,VE的增加快于二氧化碳排出量(VCO2),加之通气/血流比例失调,使得EQCO2增高明显。静息DLCO和EQCO2被认为是肺微血管功能障碍/破坏的间接标志物[3]。有充分证据表明, 低DLCO的COPD病人通常会出现过度的通气,通气不均衡、通气/灌注不匹配、快速的浅呼吸模式可导致EQCO2增加[14-15]。局部肺泡因血管收缩效应而缺氧,这种情况在运动期间会进一步加剧,缺氧进一步加重,低氧血症又会通过各种机制增强吸气神经驱动,从而导致呼吸困难症状和运动不耐受,这些结论和本研究结论一致。

综上所述,DLCO反映了肺泡-毛细血管间的气体传递,它与肺功能下降密切相关,COPD损害DLCO的生理机制是通过肺泡毛细血管膜的扩散率降低、气体交换单元相关的肺血管体积减小形成的,是独立于FEV1之外的预测因子,如果与FEV1一起,可以更全面地评估COPD病人的通气功能、临床症状及运动能力。我们可以利用DLCO评估COPD病人的运动能力,尤其对于无明显临床症状的轻中度COPD病人,可以筛查其运动风险,制定合适的运动处方,早期启动运动康复。对一些没有运动测试设备的初级医院,可利用DLCO进行运动风险预测。将DLCO纳入COPD病人多维评估管理,是一种必然的趋势。但是,本研究纳入的对象为肺功能GOLD分级为轻中度的稳定期COPD病人,对于GOLD分级为重度的病人,DLCO对病人的运动能力预测价值需要进一步研究证实。