数据
摘要
引用:Boerrigter B, Trip P, Bogaard HJ, Groepenhoff H, Oosterveer F, Westerhof N，等(2012)自主呼吸COPD患者右心房压对肺力学与右心室功能相互作用的影响。PLoS ONE 7(1): e30208。https://doi.org/10.1371/journal.pone.0030208
编辑器:陈雄文，美国天普大学
收到:2011年8月4日;接受:2011年12月12日;发表:2012年1月17日
版权:©2012 Boerrigter等。这是一篇开放获取的文章，根据创作共用署名许可的条款发布，允许在任何媒介上不受限制地使用、分发和复制，前提是要注明原作者和来源。
资助:AVN得到了荷兰科学研究组织(NWO)-VIDI(项目号917.96.306)的支持。资助者在研究设计、数据收集和分析、发表决定或手稿准备中没有任何作用。
利益冲突:AVN报告说，接受Actelion、拜耳、葛兰素史克和辉瑞的讲座费，并在Actelion、拜耳和辉瑞的指导委员会任职。这并不会改变作者对PLoS ONE关于共享数据和材料的所有政策的遵守。其余的作者宣称不存在任何利益竞争。
介绍
施加高胸内压可抑制静脉回流，进而抑制右心室输出[1]，[２]特别是在液体状态低的患者中[3]，[4]．在慢性阻塞性肺病(COPD)中，由于使用呼气肌和肺恶性膨胀，气道阻塞导致呼气时胸内压力增加。目前尚不清楚自发性呼吸型copd患者胸内压、右心充盈、右心输出量和液体状态之间是否存在类似的相互作用。许多COPD患者有液体潴留和右心房压(RAP)升高的证据，经常开利尿剂以恢复液体平衡。可能有人认为，右心房压低的自发呼吸COPD患者在呼气时更容易出现右心充盈受损，可能转化为右心室输出受损［5］．
为了更好地了解COPD的心肺相互作用，理想的方法是测量呼吸周期内右心室搏量的搏动变化，并将胸内压力的变化与搏量的变化联系起来。由于这种测量方法在技术上比较困难，我们使用肺动脉脉压下降来描述呼气气流限制对自主呼吸COPD患者休息和运动时右心室回流和输出的影响。我们发现，COPD患者与正压通气患者一样，胸内压和右心房压之间的相互作用决定了右心室输出。
方法
病人
所有患者都参加了一项研究，以调查动态恶性膨胀对肺循环和右室功能的影响，因此在休息和运动时进行了右心导管插入和食道压力测量。符合条件的患者被诊断为中度至非常严重的COPD，定义为支气管扩张剂后一秒强迫呼气量(FEV)1)/用力肺活量(FVC)≤0.7,FEV1-value < 80%或根据ATS/ETS标准预测[6]排除标准为入组前4周有左侧心衰病史、多普勒超声心动图显示有左心室功能障碍和/或瓣膜疾病征象、神经肌肉疾病或急性加重。
本研究已获得机构审查委员会批准(维大医学中心医学伦理审查委员会，注册号:NL30766.029.10)，所有患者均被告知并给予书面同意。
为了进行比较，我们使用了肺功能正常和肺血流动力学正常的患者的数据，并在我们的中心对疑似肺动脉高压进行了分析。
右心导管
在局部麻醉下，经颈内静脉置入气囊头、流量导向的7.5 Fr三腔Swan-Ganz导管。患者病情稳定，仰卧，呼吸室内空气，持续监测心率。导管的端口分别位于右心房、右心室和肺动脉。桡动脉上插入了动脉导管。
食管压力
我们持续监测食道压力，作为胸内压力的测量。使用利多卡因凝胶(2%)经鼻插入标准食管气囊导管(Microtek Medical B.V. Zutphen，荷兰)，定位于食管中部。随后，向气球中注入5毫升空气，然后抽出4毫升空气，使气球部分充气。检查压力信号，如果出现心跳伪影，将球囊导管的位置略微向上调整。对照组没有胸膜压测量，但仔细检查肺动脉和右心房压曲线可以识别呼气期和呼气期。
协议
在Swan-Ganz导管、食管气囊导管和动脉导管就位后，患者以仰卧位放置在电磁制动循环测力仪(Ergoline GmbH, Bitz, Germany)上。锻炼方案包括休息3分钟，然后逐步增加工作速率至最大耐受。工作速度每3分钟提高一次，直到达到最大值。不同程度的运动是基于前一天进行的最大运动测试。
测量
同时测量右心房、右心室、肺动脉、食管和桡动脉压力，并使用PowerLab数据采集系统(ADInstruments)进行数字记录。耗氧量(VO)2)在整个方案期间使用代谢车(Vmax 229, Viasys, Yorba Linda, CA, USA)进行测量。在休息和运动高峰时测量肺毛细血管楔压(PCWP)和吸气量(IC)，并采集血液样本。然后，用直接fick法测定动脉和混合静脉氧饱和度和VO的心排血量(CO)2．肺血管阻力(PVR)计算为(mPAP - PCWP)/CO。用呼气结束时的平均右心房压和食道压计算右心房透壁压(RAP_tm)。
使用Matlab R2008a (The MathWorks, Natick, MA)的半自动程序，在至少10个连续呼吸周期的静息期和运动的最后一分钟，逐拍获取肺动脉的收缩压和舒张压。肺动脉脉压下降计算为呼气时最后一次心跳的脉压(脉冲2)减去呼气期间第一次心跳的脉搏压力(脉冲1)，以百分比表示脉冲1．平均肺动脉压以每拍为基础计算。桡动脉在呼吸周期内的收缩压变化计算为最低收缩压减去最高收缩压。
结果
病人的特点
本研究纳入21例患者(13例女性)，平均年龄63岁。肺功能特征见表1．在研究组FEV1范围为0.58 ~ 2.72 l, FEV1/VC比值为27 ~ 64%。基于FEV19例为中度气道阻塞，10例为重度气道阻塞，2例为极重度气道阻塞。静息和峰值运动代谢参数示于表2．最大功率范围从10到120瓦，平均38瓦。峰值VO2和最大通气(VEmax)较预测值低。在休息时和运动高峰时的血流动力学测量表3．21例患者中13例被诊断为肺动脉高压(静息平均肺动脉压>25 mmHg)[9]．心脏指数为1.4 ~ 4.7 L/min/m2．运动时肺动脉压明显升高。对照对象的人口学、肺功能和血流动力学特征总结于表4．
食管和经壁右心房压
休息时呼气末食管压力为4±4 mmHg，运动高峰时增加至12±4 mmHg，显示呼气气流阻塞。静息时吸气压为−6±3 mmHg，运动高峰时下降至−13±3 mmHg。平均右房压为8±4 mmHg，随运动显著升高至17±8 mmHg。
静息时右心房透壁压(RAP_tm)为1 ~ 16 mmHg(平均6)。在运动过程中，食道压和右心房压以相似的幅度增加，因此，运动过程中的RAP_tm与休息时测量的RAP_tm相似(另见图1)．
注意当右心房透壁压(RAP_tm)保持不变时，RAP和ITP升高。RAP_tm计算方法为右心房内压力(RAP)减去右心房外压力，即ITP。*** = p <0.0001。
呼气时肺动脉脉压下降
呼气期间，除一名患者外，所有患者的肺动脉脉压均下降。肺动脉脉压未见下降者为重度肺动脉高压。脉冲压力下降情况如图所示图2范围从0到41%，平均17%，在RAP_tm低的患者中最大(见图3)．脉压下降与RAP_tm之间的关系可以用自然对数曲线(最佳拟合相关性;r2= 0.61)。肺动脉脉压下降过期期间桡动脉收缩压是否下降灵感，这种现象也被称为悖论脉象(见图2)．健康受试者的平均呼气脉压下降为−4.5%±3.1%，显著低于copd患者的脉压下降(未配对t检验，p: 0.0012)。
在上通道，我们显示呼气时肺动脉脉压(脉压1 -脉压2)下降，这是在所有呼吸周期中一致的现象。第二个通道表示桡动脉的压力。桡动脉脉压的下降似乎是随着肺动脉压的下降而发生的。(红色虚线)呼气期间，胸内压(通道4)可能超过中心静脉压，这可以解释右心房压(通道3)的平坦线。
灰色区域为正常的疑似窗口，根据计算出的脉压下降和对照受试者的疑似RAP_tm。
运动时呼气脉压下降
我们随后检查了运动时胸内、右心房和肺动脉脉压之间的类似关系。如图1运动时，右心房压和胸内压均显著升高，导致RAP_tm无变化。随着运动，呼气时平均肺动脉压和肺动脉脉压下降，范围为0 ~ 35%，平均为20%。呼气肺动脉脉压下降与RAP_tm (r2= 0.52)。
讨论
这是首次显示自主呼吸COPD患者胸内压、右心房充盈和右心室输出之间存在显著相互作用的研究。基于对21例中度至极重度气流阻塞患者的胸内压力和血流动力学压力的联合测量，我们发现呼气时肺动脉脉压下降，而且这种下降的幅度不仅是胸内压力的函数，而且还取决于右心房透壁压力。在机械通气患者中，胸内压、右心房充盈和右心室输出之间的相互作用是众所周知的:当需要高水平的气道正压来维持氧合时，静脉回流可能会受损[3]，[4]可能需要输液以防止血流动力学衰竭。
COPD患者呼气时胸内压力升高，导致进入胸腔的腔静脉血液受损[10]，[11]．这里我们显示了血液动力学的后果，即平均肺动脉压和肺动脉脉压的呼气下降。因为在呼气期间胸内压保持不变，肺动脉顺应性可以被认为是恒定的[12]，肺动脉压下降暗示COPD呼气期间右心室卒中容量下降。而在生理情况下，右心室和肺循环能够缓冲大多数呼吸变化，使静脉回流到接近恒定的流量[13]，[14]，[15]，呼气时静脉回流的损害似乎被夸大到如此程度，以至于由于呼气气流限制而造成右心室冲程容量和肺动脉压的下降。
右心房压正常的患者肺动脉脉压下降幅度最大(图3)．正常的右心房压和高胸内压意味着低的右心房透壁压。右房压正常的患者呼气时右房压搏动性降低(图2)，提示右心房充盈严重受损。在这些患者中，右心房压等于胸内压的上升，这是静脉回流下降的主要原因[16]，[17]．相反，右心房压高的COPD患者肺动脉脉压的呼气下降减弱或完全不存在。如图3举例来说图4，高压扩张的右心房和腔静脉可以作为一个储存库，在呼气期间保持恒定的右心室充盈，尽管胸内压力增加。在我们的研究组中，右心房压最高见于肺动脉高压患者。COPD合并肺动脉高压患者右心室后负荷和前负荷均增加[18]，[19]，[20]，[21]．矛盾的是，在COPD相关肺动脉高压患者中，右心室功能受损似乎通过右心房扩张防止了呼气时右心室输出量的下降。我们发现RAP_tm与呼气脉压之间存在自然对数关系，这可以解释为RAP_tm不能达到负值，呼气时肺动脉脉压变化不能达到正值。
当RAP低时，呼气时胸内正压导致静脉回流受损，呼吸周期中右心室充盈和冲程容量变化。当RAP压力较高时，右心房充当储存库，维持右心室充盈，并确保呼气期间肺动脉脉压和右心室冲量稳定。
10名健康受试者呼气时脉压平均下降为−4.5%。这些受试者的右心房压为5±2 mmHg。当我们假设呼气结束时胸膜压为−2至−4 mmHg时(如先前在健康受试者中显示的那样)[22])， RAP_tm在7到9毫米汞柱之间。这些值很好地符合绘制的线图3．RAP_tm中的这个范围可能表示允许最佳RV填充的窗口。可以假设，COPD中一定程度的液体潴留是将RAP_tm维持在接近7至9 mmHg的生理窗口的适当反应。或者，可以假设较高的RAP只是RV后载荷增加的结果。
我们发现运动期间胸内压力和血管内压力之间存在类似的相互作用，这可能是由于在休息和运动期间起作用的血液动力学机制相同(图1)．运动时RAP升高可能是胸内压升高的结果，导致右心房充盈压力不变。然而，必须指出的是，我们研究中的患者进行仰卧运动，在直立运动(如正常日常活动)时，静脉回流可能较低。在这种情况下，呼气时胸腔内高压的负面影响可能更大。
我们观察到所有呼气时肺动脉脉压下降的患者在呼吸周期内全身血压下降。在肺动脉脉压下降后，体循环脉压下降约伴随2-3次心跳，因此部分发生在吸气期间(见图2)．我们没有研究系统压力的变化是否与肺动脉脉压下降有因果关系，但可以推测在气流阻塞患者部分出现似脉脉冲现象(>10 mmHg)期间系统压力下降灵感)，是由于左右心室之间的相互作用。最近，即使是轻度COPD患者也显示左心室舒张末期容积和卒中容积减少[23]．在Barr等人对一个非常大的正常受试者和轻度COPD患者队列的研究中，左心室尺寸与FEV相关1．我们推测，这一现象的部分原因可能是如下顺序:气道阻塞导致胸内压升高，随后右心室充盈不足，最后左心室充盈不足，搏量减少。流体状态和利尿剂的使用对观察到的FEV之间的关系的可能作用1和Barr等人研究的患者的心脏尺寸在原始出版后的通信中进行了讨论［5］．
可以想象，COPD的血流动力学损害可以被描述为两个极端之间的连续体。一方面，有肺动脉压低的患者，其正常的右心房压转化为右心房充盈受损和呼气结束时右心室输出低。另一方面，有肺动脉压升高的COPD患者，他们因高后负荷而功能受损，但右心室前负荷正常。在这些患者中，在整个呼吸周期中，由于升高的右心房压维持了恒定的右心室充盈压力，因此卒中容量受损。疾病的异质性意味着个体COPD患者可能有不同的前负荷和后负荷损伤组合。
总之，我们在这里表明，在COPD中，呼气时肺动脉脉压下降，这种影响在右心房充盈压低的患者中最为突出。这意味着呼气气流受限导致肺循环中的呼气血流量受限。呼气时右心房充盈受损可能是COPD患者静息和运动卒中容量受损的部分原因。
作者的贡献
构思和设计实验:BB HG FO AVN。进行实验:BB PT HJB FO HG，数据分析:BB HJB NW AVN。贡献的试剂/材料/分析工具:BB PT HG FO。撰写论文:BB PT HJB HG NW AVN。
参考文献
- 1.柯南德，马特利，魏科，理查兹DW(1948)间歇性正压呼吸对人心排血量影响的生理学研究。《中国医学杂志》152:162-174。
- 2.郭志强，李志强，李志强(1947)间歇性正压呼吸(IPP)心脏输出量变化机制。美联储程序6:92。
- 3.Jellinek H, Krafft P, Fitzgerald RD, Schwarz S, Pinsky MR(2000)右心房压预测呼吸暂停气道正压的血流动力学反应。重症监护医学28:672-678。
- 4.Luecke T, Pelosi P(2005)临床综述:呼气末正压和心排血量。急救9:607-621。
- 5.Wong BY(2010)肺气肿、气流阻塞和左心室充盈。英国医学杂志342:1639-1640;作者回复1640-1631。
- 6.Celli BR, MacNee W (2004) COPD患者的诊断和治疗标准:ATS/ERS立场文件的摘要。欧洲呼吸杂志23:932-946。
- 7.杨晓明，王晓明，王晓明，等。(2005)肺功能测定方法的研究进展。中国呼吸杂志26:319-338。
- 8.王志强，刘志强，李志强，等。(2005)肺容积测量方法的研究进展。中国呼吸杂志26:511-522。
- 9.Galie N, Hoeper MM, Humbert M, Torbicki A, Vachiery JL，等。(2009)肺动脉高压的诊断和治疗指南。中国呼吸杂志34:1219-1263。
- 10.陈志强，陈志强，陈志强(1996)呼吸作用对肺气肿患者静脉回流的影响。循环33:8-16。
- 11.泉泉，李志刚，李志刚，李志刚，等。(1994)慢性肺部疾病的脉络膜返流异常的临床研究。实习医生33:26 - 333。
- 12.Grant BJ, Lieber BB(1992)通气周期中肺动脉的顺应性。应用物理学报72:535-542。
- 13.胡贝(1955)自主呼吸过程中肺血流量与静脉回流的关系。Circ决议3:210-214。
- 14.Hoffman JI, Guz A, Charlier AA, Wilcken DE(1965)有意识犬的中风量;呼吸、姿势和血管闭塞的影响。应用物理学报20:865-877。
- 15.Santamore WP, Amoore JN(1994)右心室对静脉回流呼吸变化的缓冲:理论分析。Am J物理267:H2163-2170。
- 16.罗波瑟姆，李克斯菲尔德，霍兰德，麦格瑞格，布朗伯格-巴内亚，等(1980)呼气末正压对左右心室功能的影响。Am Rev呼吸Dis 121: 677-683。
- 17.Guyton AC, Lindsey AW, Abernathy B, Richardson T(1957)不同右心房压下静脉回流及正常静脉回流曲线。美国物理杂志189:609-615。
- 18.张志刚，张志刚，张志刚，等。运动对慢性阻塞性肺疾病血流动力学的影响。欧洲呼吸杂志12:374-379。
- 19.Holverda S, Rietema H, Westerhof N, Marcus JT, Gan CT，等(2009)慢性阻塞性肺疾病患者运动后卒中容量增加受肺动脉压升高限制。心脏95:137-141。
- 20.马晓明，陈志明，陈志明，陈志明(2004)慢性阻塞性肺疾病患者直立运动时右心室功能与中心循环血流动力学的关系。Am Rev呼吸Dis 130: 722-729。
- 21.Stewart RI, Lewis CM (1986) COPD患者运动时的心排血量。胸部89:199-205。
- 22.(2002) ATS/ERS关于呼吸肌测试的声明。Am J呼吸急救医疗166:518-624。
- 23.Barr RG, Bluemke DA, Ahmed FS, Carr JJ, Enright PL，等(2010)肺气肿、气流阻塞和左心室充盈受损百分比。英国医学杂志362:217-227。