摘要
股四头肌无力是晚期慢性阻塞性肺疾病(COPD)的重要并发症,但关于早期疾病肌肉体积的资料很少。我们假设股四头肌体积,通过超声测量股直肌横截面积(USRFCSA),与对照组相比,在轻度和晚期COPD患者中都会降低,并且与身体活动有关。
对161例稳定期COPD患者和40例健康受试者进行了USRF测量CSA还戴了一个多传感器臂带来记录身体活动。
USRFCSA与健康受试者相比,全球慢性阻塞性肺疾病倡议(GOLD) I期患者降低(p=0.0002)。II-IV期患者USRF降低CSA(p<0.0001),但与I期患者无显著差异。与对照组相比,I期(p=0.002)和II-IV期疾病的身体活动水平降低。通过回归分析,体育活动水平与USRF独立相关CSA在I期(p=0.01),但在II-IV期疾病中,残气量与总肺活量之比是体育活动水平的唯一独立预测因子。
在轻度和晚期COPD患者中都存在股四头肌萎缩,并且在GOLD I期疾病中与身体活动不足独立相关。这些患者的识别可以指导早期的生活方式和治疗干预。
骨骼肌功能障碍是公认的慢性阻塞性肺疾病(COPD)的肺外并发症,瘦体重损失被认为是残疾的关键决定因素[1]和一个独立的死亡率预测器[2].特别是,股四头肌力量下降与运动能力下降有关[3.]、生活质素受损[4],医疗保健使用量增加[5]和与气流阻塞无关的死亡率[6].
COPD骨骼肌无力发生的机制可能是多因素的,包括系统性因素,如氧化应激[7],被认为与肌肉不活动的关键局部因素相互作用[8,9]特别是在下肢[10].客观测量的体育活动已被确定为COPD全因死亡率的强有力预测因素[11],强调了其在“疾病螺旋式下降”中的重要性,即进行性呼吸困难导致运动能力下降,随后出现肌肉失调和进一步不活动[12].
最近在慢性阻塞性肺病患者没有严重气流阻塞的情况下观察到股四头肌无力[13],而有数据显示,全球慢性阻塞性肺疾病倡议(GOLD) I期患者的身体活动减少[14].尽管在轻度疾病中存在肌肉萎缩的潜在原因,但在这一患者组中,很少有关于股四头肌体积减少的数据。经计算机断层扫描(CT)测量的大腿中段截面积已被证明可以预测中重度COPD患者的死亡率[15];然而,电离辐射暴露使这种成像方法不受欢迎,特别是在轻度疾病中。磁共振成像(MRI)也被用作慢性阻塞性肺病的大腿肌肉成像方式[16]但该工具的可获得性和费用限制了其在更广泛的COPD人群中的采用。
超声股直肌横截面积(USRFCSA)是一种无辐射的肌肉体积测量方法,与COPD的股四头肌力量有关,但与努力无关[17].我们假设用USRF测量股四头肌损耗CSA与健康、年龄匹配的受试者相比,在轻度和晚期COPD中都可以观察到,这与日常体育活动水平有关。
方法
患者与研究设计
这项横断面研究得到了伦敦大学学院人类研究伦理联合委员会(Alpha委员会)和皇家布朗普顿和海尔菲尔德NHS基金会信托伦理委员会(伦敦,英国)的批准。所有参与者提供书面知情同意书。COPD患者是通过皇家布朗普顿医院、国王学院和圣托马斯医院(全伦敦)的门诊以及在世界COPD日和世界无烟日举办的公共活动招募的。招聘时间为2009年8月至2011年8月。COPD患者诊断基于英国国家健康和临床卓越研究所指南[18使用GOLD分级定义严重程度。排除心肌功能或活动水平受限的急性加重1个月内或有严重共病(包括心力衰竭、神经系统疾病或类风湿性关节炎)的受试者。通过当地报纸上的广告招募健康、年龄匹配的对照组。
超声检查股直肌横截面积
测量股直股四头肌横截面积是用超声技术进行的,该技术在Seymouret al。[17].b型超声使用8 mhz, 7 cm线性阵列传感器(PLF 805 ST;东芝医疗系统,克劳利,英国)。两名训练有素的操作员(D. Shrikrishna和M. Patel)进行了超声检查。患者为仰卧位,休息腿被动伸展支撑。在沿髂前上棘至髌骨上缘直线距离的五分之三处发现一个解剖标志。换能器被定位在横切面和定向,以便整个股直肌横截面积可以在屏幕上显示。此图像被冻结(图1),由操作者手动勾勒出代表股直肌周围筋膜的回声线。股直肌横截面积采用平面测量技术计算(Nemio;东芝医疗系统公司)和三次连续测量的平均值。
股四头肌力量和无脂肪质量测量
利用Edwardset al。[19].受试者坐在一张改良的椅子上,膝盖固定在90°,进行至少三次持续的最大等距股四头肌收缩。以QMVC为持续1 s的最高张力。
在50 kHz下通过生物电阻抗分析测定无脂肪质量指数(FFMI) (BodyStat QuadScan 4000;BodyStat, Douglas,英国)使用疾病特异性回归方程[20.].测量5 kHz的阻抗(Z5)和200 kHz (Z200)也可计算生物电阻抗比(Z200/Z5).使用圣乔治呼吸问卷确定与健康相关的生活质量,使用医学研究委员会(MRC)呼吸困难评分记录呼吸困难。有关技术的详细描述已包括在在线补充资料中。
身体活动监测
使用多传感器双轴加速度计臂带(SenseWear;BodyMedia,匹兹堡,宾夕法尼亚州,美国)先前由Watzet al。[9].该臂带集成了生理传感器,可量化皮肤电反应、热通量和皮肤温度,以估计能量消耗,此前已在慢性阻塞性肺病患者的间接量热法中得到验证[21,22],并反对在健康受试者中使用双重标记水技术[23].身体活动水平(PAL)的计算使用总能量消耗(TEE)和睡眠能量消耗作为休息能量消耗(REE)的替代品(PAL=TEE/REE)。每天步数和PAL在连续6天内进行测量,包括一个周末和四个工作日。有效的体育活动评估定义为每天≥21.5小时(90%),至少5天。数据下载和分析使用SenseWear专业软件(版本6.1)。
肺功能检查
肺功能测试由皇家布朗普顿医院肺功能科进行。肺活量、容积描记肺容积、一氧化碳扩散能力(CompactLab系统;Jaeger, Wurzburg, Germany)和动脉血气的测定根据欧洲呼吸学会/美国胸科学会的建议[188bet官网地址24- - - - - -26].
数据及统计分析
数据以均数±表示sd使用StatView 5.0 (Abacus Concepts, Inc., Berkeley, CA, USA)进行分析。组间比较采用方差分析事后校正两组以上。USRF之间的关系CSA,股四头肌力量、FFMI、阻抗比、日常体力活动和肺功能采用单变量和多元线性回归模型进行分析。使用GraphPad Prism(5.0版本;GraphPad软件,圣地亚哥,CA,美国)。
结果
201名受试者,包括161名稳定的COPD患者和40名健康、年龄匹配的志愿者参与了这项研究。基线特征示于表1.其中,154名受试者(123名COPD患者和31名健康参与者)完成了有效的身体活动评估。在剩余的47名受试者中,有14名受试者没有完成有效的评估期,4名受试者拒绝参与这部分研究,其余受试者由于后勤原因没有获得臂章(如。是否有袖标以及受试者与医院的距离)。在参与活动监测的受试者中,92%(168名受试者中有154名)达到了有效评估期。平均每天穿戴时间为98%,各组间无显著差异(表2).
USRFCSACOPD (I-IV期)和健康受试者的股四头肌力量
USRFCSA与对照组相比,在所有GOLD阶段,股四头肌力量(QMVC)均有所降低(表2),而无花果2而且3.).USRF无显著差异CSA或QMVC在GOLD阶段,除了QMVC在I和IV阶段之间(p<0.02)。在COPD患者中,1 s的用力呼气量(FEV1) %的预测与USRF无相关性CSA与QMVC的相关性较弱(r=0.2, p=0.03)。USRFCSACOPD患者与QMVC呈线性关系(r=0.6, p<0.0001)(图S1)。QMVC也与FFMI显著相关(r=0.54, p<0.0001)Z200/Z5(r= -0.54, p<0.0001)(图S2)。采用多元回归模型预测USRFCSA在所有COPD受试者中纳入单变量分析的显著自变量(表S1)。性别(r=0.27, p=0.003)、QMVC (r=0.24, p=0.01)、剩余容积(RV)/总肺活量(TLC)比(r= -0.28, p=0.01)、吸气量(IC) (r=0.20, p=0.04)和FFMI (r=0.19, p=0.04)被保留为USRF的独立预测因素CSA(r = 0.75, p < 0.0001)。在类似的以QMVC为因变量的多元回归模型中,只有USRFCSA(r=0.24, p=0.02)和FFMI (r=0.25, p=0.01)仍然是COPD股四头肌力量的独立预测因子(r=0.74, p<0.0001)。由于性别被确定为预测USRF的独立变量CSA, COPD和健康受试者分为男性和女性(图S3)。在两性中都是USRFCSA与对照组相比,在所有GOLD阶段均减少,且USRFCSA跨越GOLD阶段。男性(n=108)的USRF显著更高CSA与女性相比(n=93;597与470毫米2, p < 0.0001)。
每日体力活动与GOLD阶段和USRF的关系CSA
与健康对照组相比,在所有GOLD阶段,每日体力活动均显著减少(无花果4而且5).组间平均差异显示在表2].每日体力活动与FEV呈线性关系1% pred (steps r=0.6, PAL r=0.4;p<0.0001)和USRFCSA(步骤r=0.3, p=0.002;PAL r=0.2, p<0.05)。在I期疾病中,采用多元线性回归模型预测USRFCSA纳入单变量分析中的显著自变量(表S2)。PAL是唯一保留为USRF的独立预测变量CSAI期发病(r=0.76, p=0.01)。在II-IV期疾病的类似回归分析中,性别(r=0.29, p=0.01)、RV/TLC比值(r= -0.28, p=0.01)和IC (r=0.29, p=0.02),而不是体育活动,被保留为USRF的独立预测因素CSA(r = 0.78, p < 0.0001)。
在一个单独的多元线性回归模型中预测II-IV期COPD的体力活动,当纳入单变量相关因素时(表S3), RV/TLC比值在FEV上保持不变1% pred是唯一与体育活动水平相关的自变量(r= -0.23, p=0.03)。在慢性阻塞性肺病I期,USRF使用该模型CSA而QMVC是唯一与体育活动水平相关的独立因素(r=0.64, p=0.005)。
超声有效性和重复性
80例COPD患者使用USRF进行了额外的大腿中段CT扫描(详细信息见在线补充材料)CSA与大腿中部CT有显著相关性CSA(r=0.7, p<0.0001)和股直肌CTCSA(r = 0.7, p < 0.0001)。表S4描述了在不同场合和观察者之间的变异性的进一步数据(图S4)、对旋角的超声测量和不同测点的使用。
讨论
使用USRFCSA我们发现轻度和晚期COPD的股四头肌萎缩(按GOLD分级)。平均USRF降低17%CSAI期患者与具有相似全身FFMI的健康、年龄匹配组进行了比较。该研究还确定了体育活动水平和USRF之间的独立联系CSA在I期疾病中,与健康受试者相比,这一组人的活跃程度明显降低。
研究结果的意义
最近一项纳入英国和荷兰大型COPD队列的研究[13]在I期患者中发现28%的股四头肌无力,这支持了我们的观点,即早期疾病中存在股四头肌体积减少。超声波的简单和不费力的性质使其成为一种有吸引力的测试,用于发现可能受益于早期干预的患者,并避免了使用基于研究的设备或不太可靠的便携式手持设备进行强度测量的需要,这两者本质上都受到意志的影响。有趣的是,在我们的研究中,USRFCSA在COPD I期患者中,股四头肌的强度与体力活动独立相关,这意味着这种不依赖努力的股四头肌大小测量方法可能是研究轻度疾病患者下肢肌肉功能障碍与体力活动之间关系的更敏感参数。这一点尤其重要,因为新的COPD表型已经建立,需要评估,而且治疗干预的重点是促进身体活动[27].
与健康受试者相比,I期COPD患者每日体力活动减少的发现得到了Watzet al。[14]显示与慢性支气管炎(以前的GOLD 0期)队列相比,GOLD I期患者的活性降低。虽然他们观察到的减少没有达到统计学意义,但在我们目前的研究中,没有与健康对照组进行比较。很少有其他研究调查轻中度COPD患者的体育活动。最近一项多中心研究发现,与健康对照组相比,COPD II期以后的早期疾病减少;然而,本研究有少数(n=9) GOLD I期疾病患者[28].有证据表明,与对照组相比,有症状的GOLD I期患者在运动中经历了与呼吸困难相关的动态恶性膨胀[29].在我们的研究中,GOLD I期患者的MRC呼吸困难评分明显高于健康对照组,因此这可能为疾病过程早期身体活动的初始减少提供了一种机制。
I期COPD体力活动减少的发现及其与USRF的关系CSA允许讨论轻度疾病中股四头肌体积减小的潜在机制。与对照组相比,II-IV期患者也表现出股四头肌体积的减少,但与I期组没有显著差异,这表明在疾病过程早期达到身体不活动的阈值水平,引发了肌肉体积的消耗。哥本哈根城市心脏研究有证据表明[30.]及其他地方[31体力活动不足实际上可能先于气流阻塞的发生,这是COPD发展的一个重要病因。此外,最近的数据强调,体育活动是COPD全因死亡率的强有力预测因素[11],强调了它在这一患者组中的重要性,尽管该研究将活动与全身FFM和BMI进行了比较,而不是股四头肌体积或力量。与以往工作一致[14,32],我们发现肺功能与COPD体力活动水平和RV/TLC比值相关,而不是FEV1% pred,是II-IV期疾病身体活动水平的独立预测因子。USRFCSA也与RV/TLC比和IC独立相关,但与FEV1% pred,强调尽管FEV1可用于区分气流阻塞的严重程度[33并不能反映疾病的真实严重程度。越来越多的证据表明,在COPD中,气体滞留和胸廓膨胀是比气流阻塞更好的疾病严重程度指标[34,35].我们发现USRFCSA与更晚期的COPD患者相比,轻度COPD患者与体力活动的相关性更强,这表明这些肺部因素对中重度COPD患者的活动更有限制,而轻度COPD患者的肌肉消耗和不活动之间的相关性更明显。
重要的是,在我们的研究中,全身FFMI测量在对照组和轻度疾病患者中相似,尽管USRFCSA减少了,支持局部废弃是一个关键因素。停止使用还可能增加对全身因素的易感性,特别是吸烟的影响,而吸烟本身就与骨骼肌氧化应激有关[36]和股四头肌无力[37].然而,应该注意的是,当观察吸烟对股四头肌功能障碍的影响时,不活动可能是一个重要的混杂因素。需要进一步的研究来探索在晚期COPD中,纤维类型是否从氧化型I纤维转变为厌氧型II纤维[38]发生在疾病过程的早期,这是身体活动不足与全身影响相互作用的结果。
在这项研究中值得注意的是,Z200/Z5被发现与USRF有很强的关联CSACOPD患者的股四头肌力量;单变量相关项见表S5)。在低频(5千赫),电流不穿透细胞膜;然而,在高频率(200千赫),细胞内和细胞外的空间都被穿透。因此,在这些频率下的生物电阻抗之比(Z200/Z5)被认为是细胞外水和体内总水这两个隔室的分离指数。与使用生物电阻抗分析计算无脂肪质量的回归方程(可能包括身高、体重和性别)相比,阻抗比是基于直接测量的。该比值可能受到急性或慢性疾病的影响,在心力衰竭患者中,数值越高,疾病严重程度越高[39].Z200/Z5因此作为COPD的非侵入性生物标志物值得进一步研究。
方法批判
虽然这项研究不能确定因果关系,但在轻度疾病中,身体活动不足和肌肉体积耗损之间的联系强烈地暗示了一种机制联系。USRF的潜在作用CSA慢性阻塞性肺病的纵向变化和干预反应仍有待研究。
在这项横断面研究中招募的患者包括在医院门诊就诊的患者以及来自社区的未在二级护理中就诊的患者(表1])。重要的是,本研究中轻度疾病患者的身体活动水平与Watzet al。[14],表明我们的群体是一般COPD人群的代表。
USRF的强相关性CSACT测量支持使用股直肌作为股四头肌体积的代表,并证实了我们在一小群COPD患者中的初步发现[17].此外,USRF的观察者间协议和场合间协议CSA本研究的测量与其他肌肉超声成像相似[40].根据我们的经验,测量误差的关键区域来自于操作人员对探头位置与表面解剖的准确性,以及获取的股直肌图像的光标轮廓不准确,这两者都可能与操作人员的训练和经验有关。CT和MRI已被证明在连续测量中优于超声,这可能与使用骨标志测量位置相比使用表面解剖有关。然而,一项在重症监护病房使用肌肉电刺激来减少肌肉萎缩的随机对照试验表明,股四头肌超声测量作为一种床边成像方式,在识别干预后肌肉体积的一系列变化方面具有强大的潜力[41].
在这项研究中,关于活动的客观测量,每日步数和PAL都被用作每日身体活动的测量,尽管SenseWear臂带监测器已被证明在慢速行走时低估了步数[22].这可能解释了这些活动变量在回归分析时统计强度的差异。重要的是,研究参与者表现出对SenseWear臂环的良好依从性,这与近期COPD和健康受试者佩戴该设备的时间数据一致[42].
结论
总之,这项研究表明了USRF识别的股四头肌萎缩CSA存在于轻度和晚期COPD患者中。在GOLD I期疾病中,股四头肌体积与日常体力活动有关,与气流限制无关。我们的数据表明,股四头肌萎缩并非终末期现象,而是在相当一部分COPD患者(包括早期患者)中发生。USRFCSA有可能作为慢性阻塞性肺病的生理生物标志物,这些患者的识别可能指导早期生活方式和治疗干预。
致谢
作者要感谢A.K. Boutou (NIHR呼吸生物医学研究单位,皇家布朗普顿和海尔菲尔德NHS基金会信托基金和帝国理工学院,伦敦,英国)在数据分析中的统计输入,并感谢皇家布朗普顿医院肺功能科的成员(伦敦)对研究参与者的测试。作者特别要感谢所有参与这项研究的患者和健康志愿者。
脚注
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支持声明
该研究由英国医学研究委员会(MRC)资助(赠款G0701628)。N.S.霍普金森是英国高等教育基金委员会临床高级讲师。M.I. Polkey由皇家布朗普顿医院和伦敦帝国理工学院的NIHR呼吸生物医学研究部门部分资助。J.M. Seymour由英国肺脏基金会(PO4/8)资助。S.A. Bloch是MRC临床研究员(授予G0901955)。
权益声明书
一份对m.i.p olkey的兴趣声明可以在www.www.qdcxjkg.com/site/misc/statements.xhtml
- 收到了2011年10月2日。
- 接受2012年2月1日。
- ©2012人队