抽象的
在慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者中,动态恶性膨胀可导致运动性呼吸困难和运动耐受性降低。本研究检查了补氧是否导致与功能和症状改善相关的严重通货膨胀的剂量依赖性降低。
10例重症COPD患者临床氧(O2)运动期间的去饱和,以及七名健康受试者,以75%的最大容许工作速率进行了五次运动试验。吸入氧分数(F我,o.2)的差异(0.21、0.3、0.5、0.75和1.0),按随机顺序排列。通风(V'E)测量,并从吸气能力的运动中评估了终点 - 吸气(EILV)和终期(eELV)肺体积变化。
在患者中,与室内空气相比,耐力时间增加F我,o.2= 0.3(平均±SEM 92±20%)并进一步增加F我,o.2= 0.5(157±30%)。在同胞,与室内空气相比,呼吸困难评分急促减少,eelv,eilv,V'E及呼吸频率(fR)与F我,o.2= 0.3。改进的耐久性时间与eELV的变化负相关(r = 0.48,p = 0.002)和eILV(r = 043,p = 0.005)。呼吸困难评级减少相关fR减少。在健康的受试者中,更小V'E和fR观察到减少F我,o.2=0.5,伴随着更适度的耐力增加。
在非低氧慢性阻塞性肺疾病患者中,运动期间补氧诱导耐力和症状感知的剂量依赖性改善,这可能部分与恶性膨胀减少和呼吸模式减慢有关。当吸气氧分数为0.5时,这种效果最大。
A. Somfay是一家来自普通的肺炎,匈牙利Szeged-deszk,匈牙利索罗斯基金会(布达佩斯),匈牙利肺科(Budapest)和基金会基金会的访问科学家肺和心脏病患者的质量护理(DESZK)。J. Porszasz是来自美国国家职业卫生学院和健康研究所(布达佩斯)的访问科学家。李先生我s a visiting scientist from the Dept of Internal Medicine, Eulji Medical College, Seoul, Korea and is the recipient of a World Health Organization fellowship.
在运动期间呼吸困难是大多数慢性阻塞性肺病(COPD)患者的主要症状,因此对生活质量产生了重大影响。COPD中浮出气孔的机制已与呼气的气流梗阻有关(在一秒钟内被测到呼气量(FEV)1)1.最近,它已经变得很明显,虽然运动能力往往是很差的预测FEV12呼吸困难的感觉与吸气肌负荷密切相关3..随着COPD患者的运动,呼气末肺容积(EELV)和吸气末肺容积(EILV)增加,以防止呼气时气道动态闭合,允许更高的呼气流量,从而推迟通气机械受限的发生4.这种动态的恶性膨胀(DH)通过将潮汐呼吸水平推到压力/体积曲线的一个更硬的范围,并将吸气肌肉置于其长度-张力关系中较不经济的部分,对呼吸肌肉施加机械上的不利影响5.净效应是约束的潮气量(V'T),这会侵犯吸气储备容积(IRV),从而导致更大程度上依赖呼吸过速来增加通气,但这种补偿机制很快就会失效,因为它会导致进一步的DH。其结果是增加了呼吸的弹性工作,这有助于感知吸气困难6,7.
氧气在治疗缺氧患者治疗过氧血症患者的有益效果已得到几十年的认可。医学研究委员会8和夜间氧治疗试验9研究为氧疗的价值确立了明确的证据;它是迄今为止唯一被证实用于低氧血症COPD患者的延长生命的疗法。补充氧也可以改善低氧血症COPD患者的运动耐受性。与低氧血症性慢性阻塞性肺病的几项观察结果相比,只有很少的研究10- - - - - -12证明了在无临床明显低氧血症的COPD患者中,运动时补氧的良好效果。在这些研究中,给氧量是不同的,在该亚组COPD患者中,氧提高运动能力的机制还没有明确定义。鉴于最近对动态超膨胀在COPD运动耐受性中的作用的理解,令人惊讶的是,补充氧没有被证明可以减少运动期间的超膨胀10.而且,最近的一篇社论13强调了对补充氧气在持续家庭护理以外的适应症中的作用的保留意见,并呼吁开展研究,以确定哪些患者可以从这种治疗中获得特别的益处。
在确定那些可能受益于门诊氧疗的患者时,本研究的目的是评估在非低氧血症的COPD患者中,辅助氧诱导运动耐受性改善的相关性。一个特别的重点放在手术肺容量和呼吸模式的变化。为了计算出运动时所需的最佳氧气量,我们通过研究吸入氧气的范围(F我,o.2).
方法
主题
十个临床稳定患者严重COPD(FEV1<40%的预测),不超过轻度低氧血症(脉搏血氧计O2饱和(年代a、 O2(休息时>92%,运动时>88%)。他们中没有人以前有资格进行门诊氧疗。排除标准包括临床表现为肺心病、严重心血管合并症或其他可能导致呼吸困难或运动受限的疾病。七名健康的志愿者也被招募。参与者的特征如表1所示⇓. 机构审查委员会批准了该方案,受试者给予书面知情同意。
研究设计
设计一项随机、单盲、对照研究。所有受试者以前都熟悉运动测试、呼吸困难评分和吸气能力调整。基于症状限制的增量循环运动测试,当受试者呼吸室内空气时进行,选择恒定功率等于最高功率的75%。在随后的五次恒定工作速率测试中,受试者随机呼吸压缩空气、30%、50%、75%或100%的氧气。受试者对他们吸入的氧气浓度进行盲测。该研究被设计为三次访问,间隔3-5天。每个研究日包括两次运动测试,中间有1小时的恢复期。受试者在测试前避免摄入咖啡因、酒精或过量饮食。
肺功能测试
在参观中进行测试之前,受试者接受了肺功能测试(VMAX 229和Autobox 6200,SensorMedics,Yorba Linda,CA,USA),包括肺活量测定法,通过体积描记法测定和单呼吸一氧化碳漫射能力(T五十、 公司).在患者中,在试验前30分钟从计量吸入器中施用200μg羟丙甲酸酯。被困的空气量(TAV)计算为:总肺容量(TLC,单位谱系)-Alveolar体积(V一个单呼吸惰性气体稀释)。
运动测试
用电动呼吸室空气在电子制动的循环测力计(Ergoline-800,SensorMedics)上进行症状有限的增量运动测试。休息3分钟后,卸载3分钟后,工作速率连续增加(斜坡)5或10 W·min−1对于患者和15或20 W·min−1对于健康的科目。在同一个测力计上进行了持续的工作速率测试,以增量试验中的峰值工作速率的75%的症状限制。踩踏速率在50-70 rpm处保持恒定。将压缩空气和氧气混合(空气 - 氧气搅拌器,传感器),将气瓶中的燃气瓶成200-L气象气球在运动期间受到启发。受试者通过附着在低电阻,双向,非折叠阀(Deadspace = 80毫升)(Hans-Rudolph,堪萨斯城,Mo,USA)的嘴唇呼吸的受试者在穿着鼻子杆的同时。用校准的质量流量传感器(SensorMedics)测量呼吸流。微小通风(V'E)及气体交换(V'O2和V'有限公司2),用代谢车(V马克斯29c,传感器医学)。考虑到V'O2在高氧气呼吸期间的测定,评估代谢率V'有限公司2.每次测试前,设备都要立即进行校准。连续心电图(Cardiosoft, SensorMedics)和脉搏血氧计(N-200脉搏血氧计;Nellcor, Hayward, CA, USA)监测。
从吸气能力(IC)测量评估动态过度液。在10分钟后适应咬嘴并允许肺部中的氧浓度平衡,受试者被要求进行三种IC演习(“在下一个正常到期结束时,一直深呼吸”),1分钟分开。口头鼓励在放松之前,在最大的灵感上发出最大努力。峰值激发率的体积高原(图1⇓),重现性一致(±10%)。在收集三个可重复的IC动作后(记录两个最佳动作的平均值为静息IC),受试者开始蹬车,在整个运动过程和运动结束时每隔2分钟重复蹬车动作。假设慢性气流受限患者的TLC不随运动而改变4,IC的变化反映了手术肺容积的动态变化(EELV=TLC-IC,EILV=EELV+VT).这已被示出为一种评估动态过度液的可重复性方法6,14.
改良的博格标度15用于评估静止时、运动过程中每隔一分钟和运动结束时的呼吸困难程度。最大自主通气(MVV)计算为FEV1乘以4016.
数据分析
对于每个感兴趣的变量,对室内空气运动结束时的测量值和运动中呼吸30、50、75和100%氧气时的等时值进行重复测量的单因素方差分析(ANOVA)。当方差分析检测到显著的主效应时,因果比较是通过Tukey测试完成的。所选变量之间进行线性回归分析。为了找到最能预测运动耐力变化的自变量子集,malos '17采用Cp选择法。当p<0.05时,差异有显著性。结果以平均值±sem表示,除非另有说明。
结果
两组的人口统计学数据相似(表1)⇑).健康人群肺功能正常,慢性阻塞性肺疾病患者出现严重气道阻塞和中度恶性膨胀。健康受试者的峰值工作速率和有氧能力分别高出三倍和两倍。在终止增量运动时,COPD患者呼吸受限,只有轻微的低饱和度(表1)⇑).
在室内空气中的COPD组中,在恒定的工作速率测试期间从静息到结束运动的操作肺量显着增加(EELV 71.6±1.9与80.9±1.7%TLC,P <0.001;EILV 82.8±1.9与95.7±0.8%薄层色谱,p<0.001)。在对照组的相同瞬态期间,EELV没有变化(54±3.2)与51.1±2.5% tlc,无意义的(ns))。室内空气运动结束时,与健康受试者相比,COPD组的吸气储备显著降低(EILV 95.7±0.8)与85.4±2%TLC,P <0.001)。
不同氧浓度下手术肺容积动态变化的时间过程2图中显示了代表性患者和健康受试者在恒定工作速率运动中的浓度 2.⇓.患者在常氧运动(仅持续2分钟)结束时,EELV明显增加,EILV接近TLC。增加F我,o.2减少了动态恶性膨胀,显著提高了运动耐力时间。在健康受试者中,呼吸氧气时肺容积的变化与呼吸室内空气时的变化相似。
运动反应同时呼吸五个不同的O2表2和表3总结了浓度⇓⇓. 表中未显示 2和3⇓⇓是静止和运动结束时记录的反应。没有任何生理变量被观察到作为函数的显著差异F我,o.2无论是在休息时还是在任何一个受试组的运动结束时。
在患者中,与室内空气值相比,呼吸30%氧气(92±20%)时耐力增加,呼吸50%氧时耐力进一步增加2(157±20%)。但是,另外F我,o.2运动耐力的增加并不会导致额外的运动耐力增加。与房间空气值相比,30%的氧气显著增加了等时IC和IRV,进一步轻微增加,但50%的氧气增加不显著2.IsotimeV'E平均吸气流动,VT/30%O时,IC和心率降低,呼气时间显著增加2在更高的氧气浓度下没有进一步的变化。
对照组(表3)⇑),IC,IRV和VT/IC无明显变化。虽然30%的氧气没有显著改变反应,耐力的增加(平均40±14%)和减少V'E与21%氧气相比,50%氧气显示吸气流量2值。
呼吸空气中的氧浓度与运动过程中肺体积变化之间的剂量 - 反应关系在图3中展示⇓.COPD组中,30%的O2EELV和EILV均显著下降,O值轻微下降50%2.更高F我,o.2没有导致肺量进一步降低。在对照主题中,随着越来越长,肺量没有显着变化F我,o.2.
如图4所示⇓,V'E. (%MVV)和呼吸频率随30%O显著降低2在COPD患者的呼吸中,有额外的更温和的下降fR含50%O2.呼吸模式的变化在50%O时变得明显2在健康的科目中。
两组之间存在显著相关性V'E减少了V'有限公司2患者(r=0.58,p<0.001)或健康受试者(r=0.81,p<0.001)。在COPD患者中,与常氧运动时间相比,耐力时间的百分比增加与等时(r=0.43,p=0.005)的EILV(%TLC)变化和等时(r=0.48,p=0.002)的EELV(%TLC)变化显著相关(图。 5.⇓).在运营肺卷的变化与呼吸模式的变化(eELV的变化(%LC)之间存在较小但重要的相关性与的变化fR, r=0.36, p=0.023, EILV变化(%TLC)与的变化V'E(%MVV),R = 0.38,P = 0.014)。在异位的呼吸困难评级的变化与呼吸速率的变化显着相关(r = 0.35,p = 0.028)和心率(r = 0.33,p = 0.036)。为了找到最佳预测锻炼耐久性的独立变量的子集,包括呼吸困难等级和IRV中的异位变化的两个可变模型,导致r = 0.55(f = 0.0013,Cp = 2.9)。
在健康受试者中,耐力的增加与同时肺容量或呼吸模式的变化之间没有显著相关性。
讨论
辅助o2在高强度、恒定工作频率的运动中,严重气流受限患者的运动耐力呈剂量依赖性增加,但临床上无明显的运动低氧血症。相比F我,o.2= 0.21,平均耐受运动持续时间增加了92%F我,o.2=0.3和157%在F我,o.2=0.5,但在更高时不再增加F我,o.2.减少了呼吸困难评级,运营肺卷和吸气流向相同的运动任务伴随着这种改进。呼吸困难和动态肺量(eELV,EILV)的变化最引人注目F我,o.2=0.3,与室内空气等速时间相比,尽管在以下情况下检测到肺容积的进一步无显著改善:F我,o.2= 0.5。这些结果表明O2非缺氧性COPD患者在运动期间补充,至少在一定程度上会对运动耐力和呼吸困难的感觉产生有益的影响,因为2呼吸减少了动态的恶性通货膨胀。
自早期观察Cotes和Gilson以来18,几项研究证实2补充可提高COPD患者的运动耐受性。伍德考克et al。12据报道,“粉红海雀”在呼吸时出现运动性低氧血症,运动耐受性轻度增加,呼吸困难减少24 L·分钟−1通过鼻腔插管在增量跑步机运动中。院长et al。11发现呼吸40%o2改善锻炼耐力40%,而O'Donnellet al。10记录表明,当没有严重低氧血症的COPD患者在呼吸60%氧气的情况下进行运动时,呼吸困难降低,耐力改善35%。再见et al。19也发现当O值高时耐力增强2混合物被吸入。不同研究耐力变化的差异可能与研究人群的差异或研究方案的差异有关。
剂量-反应关系增加F我,o.2并且尚未确定增加的运动持续时间和减少的呼吸困难。评估补充o流动的效果2关于运动表现,戴维森et al。20报告的循环耐力时间增加了51%,88%和80%,鼻氧流量为2,4,4例6L·min−1.各种各样的F我,o.2并发现增加了F我,o.2到0.3时,运动耐力、呼吸困难的感觉和对运动的生理反应发生了实质性变化。增加的F我,o.2增加到0.5产生了额外的(但较小的)变化;进一步增加F我,o.2没有额外的改进。这种剂量 - 响应关系的平台可能反映受体反应性的平息(例如颈动脉体化学敏感性,肺血管舒张)较高F我,o.2.完全废除低氧驱动需要Pa、 O2~200 mmHg(26.7 KPA21),对应于F我,o.2海拔0.35。这支持o的秘密2剂量平台效应在一定程度上与缺氧通气动力的消失有关。或者,它可能是高的抵消作用的结果F我,o.2:运动肌肉的小动脉血管收缩(倾向于减少O2或脑血管收缩(倾向于增加中央化学受体的刺激)。
尽管越来越多的证据表明O2COPD患者在运动中补充维生素d,改善运动耐力和呼吸困难的作用机制尚不明确。一些影响与抑制颈动脉体输出和由此产生的呼吸驱动有关,如渐进式憋气时间随呼吸增加而延长F我,o.222通过在运动期间减少通风以获得给定的工作率23.运动通风和呼吸困难之间的关系未被60%o改变2呼吸,但在高氧中的透气中的比例落下是在漏气中减少的最强预测因子10.运动肌肉中乳酸生成的减少是O2补充剂可以改善COPD患者的运动耐力10.健康受试者的运动通气和血液乳酸水平之间存在一致的关系24和copd患者10,25.
另一种可能的机制通过减少运动通风和fR提高运动耐受性,缓解呼吸困难是动态肺容量的变化。在没有严重低氧血症的COPD患者中,O'Donnell说et al。10发现,在运动时呼吸60%O2, EELV降低与呼吸困难改善无显著相关性。相比之下,呼吸30%的氧气2在运动过程中,本研究显示了肺容积的显著变化,这可能与运动耐受性的提高有关。较低的fR并且长期呼气时间允许更赘述,促进eELV减少。透气驱动减少26,27和o的支气管扩张效应228,29可能会导致这种变化。作为VT在不改变的情况下,在常氧运动中受到严重限制的吸气储备容量几乎增加了两倍(表2⇑).假设这导致肺的压力/体积关系的平坦部分侵蚀,从而大大减少了呼吸的工作,从而减少了呼吸困难的感觉。由于通风缩短和减少o2呼吸的代价,更多2变得可用来激励非呼吸肌肉,从而有助于提高耐力。减少的相关性V'E减少了V'有限公司2,证实了这一解释。最显著的变化是通过F我,o.2= 0.3患者,随着一些额外的改进F我,o.2= 0.5。增加F我,o.2高于0.5并没有进一步改善耐力、呼吸困难或生理反应变量。
尽管显示出高度显著的相关性,但手术肺容量的变化只能“解释”运动耐受性或呼吸困难变化的一小部分。这可能与O的其他(未测量的)影响有关2补充,例如改善呼吸肌功能19,减少了呼吸系统的阻抗27,降低肺动脉压11或减少乳酸产量10.此外,还应考虑到,测量变量的分散可能部分是由于运动耐力的努力依赖性质、IC操纵和呼吸困难评分的主观性质。这些测量“噪声源”可能降低了观测到的相关性。
对O的反应2在运动过程中,健康受试者与慢性阻塞性肺病患者的差异。呼吸反应的变化仅在F我,o.2属于≥0.5,平均减少V'E在同一时间约20%。尽管这些健康受试者在运动过程中没有呼吸受限呼吸困难的减少与fR仅在COPD组中发现,抑制化学受体驱动可能导致呼吸感觉减少。这与沃德和惠普的观察是一致的30.健康个体运动时呼吸感觉与周围化学反射激活的关系。令人惊讶的是,在健康受试者中,当呼吸为30% O时,通过运动检测到抑制呼吸反应2没有衡量。
总之,已有研究表明,在高强度恒定工作率运动中,即使吸气氧分数适度增加到0.3,也可能导致非临床低氧血症的严重慢性阻塞性肺疾病患者动态高充气降低和呼吸驱动降低。吸气氧分数为0.5时氧的平稳效应与呼吸动力的降低有一定的关系。氧气对动态恶性膨胀的影响可能有助于观察到的运动耐力和呼吸困难的改善。这些观察结果为非低氧慢性阻塞性肺病患者在步行期间提供辅助氧提供了机械原理依据。这一观察的实际应用可能是在康复耐力训练中使用辅助氧,以提高运动强度,并潜在地增强步行肌肉的生理训练效果。
致谢
作者非常感谢L.伍德豪斯在统计分析方面提供的宝贵帮助。
- 收到2000年9月19日。
- 接受二○○一年三月十三日。
- ©ERS杂志有限公司