摘要
本研究的目的是探讨负重(步行)和负重支持(循环)运动的生理反应差异是否会影响肥胖慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者的呼吸困难感知,这种差异可能被夸大了。
我们比较了18名(10名男性和8名女性)肥胖者在增加跑步机和循环运动期间的代谢、呼吸和知觉反应,使用匹配的工作率线性化上升(平均±sd体重指数36.4±5.0 kg·m−2) COPD患者(用力呼气量在1秒内预测为60±11%)。
与循环试验相比,在给定的工作速率下,跑步机试验与显著更高的摄氧量、更低的氧气通气当量和更大的氧血红蛋白去饱和有关(p<0.01)。循环试验与较高的呼吸交换比(p<0.01)、较早的通气阈值(p<0.01)和较大的腿部不适高峰评分(p=0.01)相关。试验间的通气、呼吸模式和操作肺容量相似,呼吸困难/工作频率和呼吸困难/通气关系也相似。
尽管两组间在生理反应方面存在显著差异,但肥胖COPD患者在步行和骑行运动期间,在任何给定的外部功率输出下,通气、操作肺容量和呼吸困难强度是相似的。这些数据提供了证据,证明在研究和临床环境中,可以选择任何一种运动方式来可靠地评估这一人群的劳力性呼吸困难。
摘要
通过循环或平板运动试验可可靠地评估肥胖COPD患者的劳力性呼吸困难http://ow.ly/tQZdU
简介
肥胖症和慢性阻塞性肺病(COPD)在世界各地的患病率正在稳步上升[1].这些常见情况的结合与活动受限和医疗负担增加有关[2].肥胖COPD患者运动不耐受的有效管理仍然是一个重大挑战,有待更好地理解其潜在机制。
人们普遍认为肥胖COPD患者在日常活动中比正常体重的COPD患者呼吸困难更严重。然而,虽然现场测试表明,肥胖者的步行距离缩短与体重正常的慢性阻塞性肺病患者[3.,4],使用周期能量测量法进行的生理学研究发现,呼吸困难的强度、耐力时间和峰值摄氧量(V”O2),当气道梗阻的严重程度相匹配时,两组患者的情况相似[5,6].因此,问题就产生了:对肥胖性慢阻肺患者感知到的呼吸困难强度和运动表现的测量是否在周期能量测量法(腿部肌肉选择性地受到压力[7,8])准确反映行走等日常活动中的情况?在这方面,没有研究比较肥胖COPD患者在仔细匹配的步行和骑自行车运动方案中呼吸困难和生理反应之间的关系。
先前已经证明,COPD运动期间出现的动态呼吸机械紊乱和相关的呼吸困难与任务的主要呼吸需求成正比[9].由此可见,在给定的功率输出下,如果对这些任务的代谢和呼吸反应不同,则骑自行车和步行之间的呼吸困难强度可能会发生差异。在肥胖COPD患者中,跑步机运动时较高的外功代谢成本或循环运动时较早的代谢性酸中毒在驱动通气(以及随之而来的呼吸困难强度)中的相对重要性很难预测[10- - - - - -12].也可以想象,动态呼吸力学或呼吸刺激来源的差异(即。两种运动方式之间的代谢负荷、骨骼肌补充、动脉氧饱和度和血流动力学反应)可能影响呼吸困难/通气关系。
因此,本研究的主要目的是更好地了解每种运动方式的生理特性对肥胖合并COPD患者呼吸困难感知的影响。我们使用匹配的线性化工作速率协议,比较了症状受限的增量周期和跑步机运动测试中的生理反应、呼吸困难/工作速率和呼吸困难/通气关系。
方法
主题
18例临床稳定、肥胖(身体质量指数(BMI) >30 kg·m−2) COPD患者(用力呼气量在1 s内(FEV1)/强迫肺活量<70%)年龄40-80岁,支气管扩张剂后FEV1<80%预测被招募。如果患者患有影响呼吸困难或运动能力的重大疾病,则排除在外(即。代谢、心血管、神经肌肉和/或肌肉骨骼疾病),接受日间氧气治疗,有严重的呼吸道疾病(COPD除外),喘不过气不能出门,太健康(医学研究委员会呼吸困难量表分别为5或1)或有任何临床运动测试禁忌症。
研究设计
这项横断面研究获得了女王大学健康科学和附属教学医院研究伦理委员会的批准(DMED-1187-09)。在获得知情同意后,受试者参加了三次访视,每次访视间隔≥48小时。在访视1时,所有受试者都进行了医疗筛查、详细的肺功能测试,并熟悉了所有运动测试程序。就诊2和3包括肺功能测试和循环或跑步机测试(随机就诊顺序)。在每次访问前,受试者保留了短效β2-激动剂和抗胆碱能支气管扩张剂分别使用≥4和6小时,长效支气管扩张剂使用≥12小时。受试者在每次就诊前均被指导避免咖啡因、过量饮食、酒精和剧烈体力活动。在研究期间,受试者接受了双能x线吸收仪(DEXA)扫描,以量化身体成分。既往临床胸部计算机断层扫描(CT)结果可用来提供肺气肿的定性评估。
程序
肺功能测试包括常规肺活量测定、体容积描记术、单呼吸肺一氧化碳扩散能力(DLCO)和最大自主通气(MVV)使用自动化测试设备(Vs62j体容积描记仪与Vmax229d;SensorMedics,约巴林达,CA,美国)。心肺运动测试在电子制动循环测功仪(Ergometrics 800S;SensorMedics)和跑步机(Medtrack ST55;昆顿仪器公司,Bothell, WA, USA)使用Vmax229d心肺运动测试系统(SensorMedics)。循环和跑步机运动测试都使用10瓦的增量进行,每2分钟增加一次,直到症状受限的终点。增量跑步机方案是基于体重个性化的:速度呈线性增加,等级呈曲线上升(在线补充材料)。受试者用改良的10分制博格量表对“呼吸不适”和“腿部不适”进行评分。13].吸气量测试分别在稳态休息期、运动的每个阶段和运动高峰时进行。如前所述,手术肺容量来源于吸气量测量[14].运动结束后,研究人员立即询问受试者为什么停止运动。在负重蹬车的最后30秒中,每个人的呼吸数据被平均,并作为“峰值”运动进行分析。三名独立观察员对运动方式不知情,他们确定了通气阈值(V”Th),然后与通风当量法和潮末压力法所建议的拐点进行复核[15].
统计分析
18个样本量提供了80%的能力来检测以标准化工作率测量的±1博格刻度单位的呼吸困难的最小临床重要差异[16],假设α=0.05和患者内sd1个单位。在休息时,以标准化的工作速率(即。10、20、30和40 W)和高峰运动时使用配对双尾t检验。数据以均数±表示sd.
结果
主题
受试者特征及DEXA扫描结果见表1而且2,分别。受试者有中度气流阻塞,肺容量在预测的正常范围内,除了剩余容量(124% pred)和呼气储备容量(66% pred)。所有可用的胸部CT扫描显示有肺气肿的证据(18名受试者中有13名)。15名受试者的DEXA扫描(其余3名受试者没有设备)显示,与年龄匹配个体的总体平均值相比,男性总体重增加了15.5 kg(17.5%),女性增加了16.1 kg (21.7%) [17];这是由于总脂肪量(男性11.0公斤,女性7.1公斤)和瘦肉量(男性4.5公斤,女性8.8公斤)高于总体平均值所致。
对自行车和跑步机运动的反应
受试者在循环和运动测试中达到了相似的峰值工作率(表3).尽管在跑步机上的运动持续时间要长52秒与周期检验,差异无统计学意义(p=0.11)。停止运动的主要原因在测试之间的分布没有差异(p=0.56):呼吸不适(跑步机n=10次,周期n=8次),腿部不适(跑步机n=2次,周期n=5次)和呼吸和腿部不适的组合(跑步机n=6次,周期n=5次)。休息和峰值运动数据显示在表3.
代谢和气体交换反应
峰V'O2与循环试验(91±30% pred)相比,跑步机期间的% pred较高与78±26% pred;P <0.05)使用推荐的肥胖男性性别特异性预测方程[18]及肥胖女性[19L描述的orenzo和Babb[20.].有一个显著的向上位移V'O2相对于跑步机运动与循环运动的工作速率。的V'O2-工作速率斜率为14.2±2.1 mL·min−1·W−112.5±3.7 mL·min−1·W−1在跑步机运动和循环运动期间,(p=0.07) (图1).二氧化碳产量(V'有限公司2)在30瓦和40瓦时,以及在跑步机运动的高峰期,与骑自行车运动相比(图1).与跑步机测试相比,循环测试期间的呼吸交换比率(RER)显示从运动开始一直保持到运动高峰的上升趋势(图1).16名受试者有可识别的V”Th.研究对象到达较早的V”Th在循环运动时,在一个V'O2为1.01±0.23 L·min−1与1.17±0.27 L·min相比−1跑步机运动时(p<0.05)。V”Th相对于预测峰值V'O2不同运动方式之间相似,且高于正常下限(循环运动53%,跑步机58%)[18].与循环运动相比,受试者在跑步机运动期间动脉氧饱和度更大,峰值分别下降-5.2±3.2%和-3.2±2.2% (p=0.01) (图1).
心脏的反应
在次最大运动过程中,不同模式的心率以类似的方式上升,但达到了~ 9次·分钟−1跑步机运动高峰时段比循环运动高峰时段更高(p<0.05) (表3).
讨论
本研究的主要发现如下。1)与循环试验相比,跑步机试验的相关系数更高V'O2,较低V'E/V'O2比率和更大的氧血红蛋白去饱和的给定工作率。2)周期测试与较高的RER和较早的V '相关Th以及更大的腿部不适评级峰值。3)在相对工作速率下,通气、呼吸方式、手术肺容量和呼吸困难强度相似。4)尽管存在生理差异,但运动方式对呼吸困难/工作速率或呼吸困难/无影响V'E肥胖COPD患者之间的关系。
参与者患有轻度至重度肥胖,体重平均超过理想体重32.8公斤。DEXA扫描证实,与年龄匹配的平均个体相比,脂肪质量沉积增加。大部分保存下来的吸气容量和功能剩余容量可能反映了COPD患者BMI增加对肺容量组成的已知影响[3.,21].参与者有中度气道阻塞,但令人惊讶的是,平均水平DLCO在没有明显的肺恶性膨胀的情况下,pred减少到50%(可能反映了潜在的肺气肿)。患者报告中度慢性活动相关呼吸困难,但根据高峰评估,合理地保留了心肺健康V'O2相对于基于理想体重的预测值。
增量式锻炼方案与工作率的增长速度很匹配,并且有足够的持续时间来准确评估知觉和生理反应。峰V'O2与循环运动相比,在跑步机运动中显著增加(17%)(图1),可能反映了健康时所描述的较大骨骼肌群的补充[22].值得注意的是,患者有明显的机械通气限制,这可以从低呼吸储备(高V'E/MVV)和较高的EILV/TLC比值,在相对较低的峰值工作速率下,分别为73 W和78 W。相比之下,参与者在运动高峰期有足够的心脏储备,在自行车和跑步机测试中分别达到预测最大心率的72%和77%。
呼吸困难/工作速率的关系
本研究的一个关键发现是在两种运动方式中呼吸困难/工作速率关系的相似性。这表明了外部工作的代谢成本的差异,V'E/V'O2r,V”Th在肥胖COPD患者骑自行车和步行时,在给定功率输出下,氧血红蛋白饱和度、腿部感觉不适和心循环反应不影响呼吸困难的感觉。保留的呼吸困难/工作速率关系最终反映了测试之间的相似性V'E仔细匹配工作速率增加时的呼吸方式和操作肺容量。值得注意的是,尽管呼吸动力的潜在来源不同,V'E与“pulmonary”紧密相连V'有限公司2无论锻炼方式如何。这些发现与运动前后动力学研究的结果一致V'E被发现与V'有限公司2,而不是V'O2或动脉氧分压[23].
呼吸困难/通气关系
我们的结果表明,通风的有效耦合的代谢需求的可比外部工作,表示为V'有限公司2,在自行车和跑步机测试中通过不同的机制实现。较高的RER (V'有限公司2/V'O2)在骑单车时与步行(或跑步)曾在健康人群中被描述过,这可能反映了在骑行运动中优先利用碳水化合物[24].我们之前的研究表明,COPD患者腿部肌肉的代谢途径发生改变,与健康个体相比,对糖酵解和血糖利用(而不是游离脂肪酸)的依赖增加[25].目前的研究还不能确定肥胖COPD患者在骑行过程中较高的RER在多大程度上可以通过收缩的腿部肌肉优先利用碳水化合物来解释。不管机制如何,骑自行车和步行之间的肌肉代谢差异很可能导致更高的血压V'有限公司2(和V'E)对于一个给定的V'O2在前一种形式中。
骑车时需要较小的运动肌肉群才能产生与步行相同的功率输出,这意味着骑车时每单位收缩肌肉群的平均代谢率更高,这可能会迫使代谢性酸中毒更早发生[26].我们早期的发现V'Th,增加V'E/V'O2,保存氧合血红蛋白饱和度(在给定V'O2)和在骑行过程中峰值潮末二氧化碳张力的降低与最近的研究结果一致,此外,最近的研究结果表明,在骑行过程中肺泡通气相对增加[10].这仍然是可能的(但尚未证实),通过机械感受器/代谢感受器激活(III型和IV型传入)在活跃的运动肌肉群之间的差异通气刺激(特殊的运动测试模式)可能解释差异V'E/V'O2[27].
尽管之前概述了两种运动方式中呼吸刺激来源的差异,但在可比性中,感知到的呼吸困难强度是相似的V'E肥胖慢性阻塞性肺病患者。根据以往的研究,呼吸困难/V'ECOPD运动时的关系被动态呼吸力学的改变所改变,但不被中央呼吸控制器的实验操作所改变本身[28,29].因此,保存呼吸困难/V'E目前研究的关系主要反映了在给定的手术肺容量的相似性V'E在骑车和步行时,不考虑代谢负荷和酸碱平衡的差异。
限制
由于正常体重COPD患者与匹配气流阻塞的肥胖患者的动态呼吸力学和代谢负荷程度不同[3.,30.],本研究中发现的运动方式对呼吸困难强度的影响不足,不能推广到非肥胖患者。本研究是在中度COPD患者中进行的,我们的结果可能不能推广到更严重的疾病患者。然而,我们认为,考虑到工作与通气之间的密切联系,如果在不同测试模式下进行的工作紧密匹配,那么呼吸困难/工作频率和呼吸困难/通气关系在疾病严重程度上可能是相似的,就像目前的研究一样。需要测量血乳酸、动脉和混合静脉血气,以更好地阐明在RER和氧合血红蛋白饱和度测试间观察到的差异,但这不是当前研究的主要重点。
结论/影响
尽管生理紊乱的任务特异性差异可以影响中枢呼吸控制器,但呼吸困难强度的感知与二氧化碳输出和随之而来的通气和动态呼吸机械反应密切相关。呼吸困难/工作速率和呼吸困难/V'E在肥胖COPD患者中,这种关系与运动方式无关。我们的研究结果表明,无论是在研究中还是在临床环境中,都可以选择任何一种运动方式来可靠地评估肥胖COPD患者的呼吸困难。在肥胖COPD患者中,峰值较高V'O2在跑步机运动期间(与循环运动相比)较低的氧血红蛋白饱和度分别对心肺健康和肺气体交换异常的个性化评估具有潜在的重要意义。该结果的另一个重要临床意义是,减少肥胖COPD患者体力活动期间二氧化碳输出(运动训练和能量底物操纵)的干预措施应能有效缓解运动性呼吸困难。
致谢
作者要感谢D. Langer和A. Elbehairy(女王大学医学系和金斯顿总医院呼吸调查科,加拿大安大略省金斯顿)协助确定运动中的呼吸阈值,以及L. Yang(女王大学医学系和金斯顿总医院呼吸调查科)协助患者测试。
脚注
这篇文章有补充资料可从www.www.qdcxjkg.com
支持声明:本研究由安大略胸科学会2009/2010年度竞赛资助。J.A. Guenette获得了加拿大自然科学与工程研究委员会、加拿大胸科学会和加拿大肺科协会的博士后奖学金,以及普罗维登斯卫生保健研究所和圣保罗医院基金会的新研究员奖。
利益冲突:可以在本文的在线版本中找到信息披露www.www.qdcxjkg.com
- 收到了2013年8月30日
- 接受2013年11月17日。
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