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,可引起持續性(通常為進展性)的氣流阻塞[1]。由于慢性炎癥引起肺實質的破壞和氣道重塑,COPD病人表現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肺功能中FEV1、一秒率(FEV1/FVC)、深吸氣量(IC)等指標衡量及預測病人運動耐力[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,也經常出現運動中呼吸困難、運動耐力下降,同時運動試驗發現其通氣效率下降,這些表現與病人一氧化碳彌散量(DLCO)降低有關[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、間質性肺病、支氣管哮喘、胸部畸形、肺葉切除術、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癥如關節炎等、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,肺泡容量減少可導致DLCO減少,因此評價彌散功能時采用DLCO/VA作矯正。測定參數包括FEV1、第1秒用力呼氣容積占預計值的百分比(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計值百分比[(DLCO/VA)/pred]。

1.3 呼吸困難評分 采用改良版英國醫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)、峰值攝氧量占預計值的百分比(Peak VO2/pred)、每公斤體質量峰值攝氧量(Peak VO2/kg)。反映通氣效率的指標:無氧閾時CO2通氣當量(EQCO2@AT)。

2 結果

2.1 2組人口學特征、靜態肺功能、CPET指標及mMRC評分比較 2組年齡、病程、性別構成比、GOLD肺功能分級構成比差異無統計學意義(P>0.05);低DLCO組 (DLCO/VA)/pred低于正常DLCO組,差異有統計學意義(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,差異有統計學意義(P<0.01)。見表1。

表1 2組人口學特征及靜態肺功能、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評分的相關性 Pearson相關分析結果表明,(DLCO/VA)/pred與Peak Load呈高度正相關(r=0.764,P<0.01);(DLCO/VA)/pred與Peak VO2/pred、Peak VO2/kg呈正相關(r=0.295、0.265,P<0.05);(DLCO/VA)/pred與EQCO2@AT、mMRC評分呈中等負相關(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,結果顯示(DLCO/VA)/pred為唯一進入回歸方程的變量,預測方程為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,結果顯示(DLCO/VA)/pred為唯一進入回歸方程的變量,預測方程為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,結果顯示(DLCO/VA)/pred及FEV1為進入回歸方程的變量,預測方程為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、可重復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,許多研究均發現其與疾病進展相關。近年有研究發現,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[7]。與肺泡通氣相比,肺血流量的局部減少將導致運動期間較大且相對固定的生理死區,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指數較高[9],我們的研究結論與其一致。還有研究發現,COPD病人存在小氣道和肺微血管的異質性病理生理異常[10]。由于單純肺活量測量不足以捕捉臨床表現背后的異質結構變化,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呼吸困難。2組COPD病人靜態肺功能各指標尚未出現差異時,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驅動有關,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)導致可變呼氣流量限制、動態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,導致高吸氣神經驅動的代償性增加,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致呼吸急促,從而出現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了呼吸的高吸氣神經驅動力(或通氣需求)與動態呼吸系統適當反應能力之間差異的重要性[12]。因此,我們可以根據DLCO預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,啟動肺康復治療,有助于延緩肺功能進行性惡化。

本研究中,我們發現低DLCO組病人EQCO2@AT較正常DLCO組明顯增高。EQCO2是CPET中的一個關鍵參數,該參數在診斷呼吸功能失調時最有用,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測因子[13]。他們研究發現,穩定期COPD病人在運動狀態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時,通氣效率僅與彌散功能相關,而與通氣能力無關,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,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]。有充分證據表明, 低DLCO的COPD病人通常會出現過度的通氣,通氣不均衡、通氣/灌注不匹配、快速的淺呼吸模式可導致EQCO2增加[14-15]。局部肺泡因血管收縮效應而缺氧,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驅動,從而導致呼吸困難癥狀和運動不耐受,這些結論和本研究結論一致。

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,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、氣體交換單元相關的肺血管體積減小形成的,是獨立于FEV1之外的預測因子,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。對一些沒有運動測試設備的初級醫院,可利用DLCO進行運動風險預測。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測價值需要進一步研究證實。