数据
摘要
介绍
众所周知，正压通气与静脉回流受损和右心室输出减少有关，特别是在右房压低和相对低血容量的患者。有人认为肺力学改变会损害COPD患者的右心室输出，但在休息或运动时自主呼吸患者中，这种关系从未被确定，也没有确定这些心肺相互作用是否受到右心房压力的影响。
引用:Boerrigter B, Trip P, Bogaard HJ, Groepenhoff H, Oosterveer F, Westerhof N, et al.(2012)右心房压力影响自发性呼吸COPD患者肺力学和右心室功能的相互作用。PLoS ONE 7(1): e30208。https://doi.org/10.1371/journal.pone.0030208
编辑:陈雄文，美国坦普尔大学
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，在知识共享署名许可协议的条款下发布，该协议允许在任何媒体上无限制地使用、发布和复制，前提是注明原作者和来源。
基金：AVN得到了荷兰科学研究组织(NWO)-VIDI(项目编号917.96.306)的支持。资助方在研究设计、数据收集和分析、决定发表或手稿准备方面没有作用。
利益冲突:AVN从Actelion、拜耳、葛兰素史克和辉瑞收取演讲费用，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《公共科学图书馆·综合》关于共享数据和材料的所有政策的遵守。其余的作者宣称，不存在相互竞争的利益。
介绍
强加的高胸内压可抑制静脉回流，进而抑制右心室输出［1］，［2］，特别是液体状态低的患者［3］，［4］．在慢性阻塞性肺疾病(COPD)中，由于呼气肌的使用和肺过度膨胀，气道阻塞导致呼气时胸腔内压力增加。目前尚不清楚自主呼吸copd患者是否存在类似的胸内压、右心充盈、右心输出量和液体状态之间的相互作用。许多慢性阻塞性肺病患者有液体潴留和右心房压力(RAP)增加的证据，经常使用利尿剂来恢复液体平衡。可以认为，自发呼吸的COPD患者右心房压较低，更容易在呼气时右心充盈受损，这可能转化为右心室输出受损［5］．
为了更好地理解慢性阻塞性肺疾病中的心肺相互作用，最好测量呼吸周期中右室每搏量的每搏变化，并将胸内压力的变化与每搏量的变化联系起来。由于这样的测量在技术上是困难的，我们使用肺动脉脉压下降来描述呼气气流限制对COPD患者在休息和运动时右心室回流和输出的影响。我们发现，在COPD中，就像正压通气患者一样，胸内压和右心房压之间的相互作用严重决定了右心室输出量。
方法
病人
所有患者都参加了一项研究，以调查动态过度膨胀对肺循环和右心室功能的影响，因此在休息和运动时进行了右心导管插管和食管压力测量。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用力呼气量(FEV)1)/强迫肺活量(FVC)≤0.7和FEV1-值< 80%或预计，根据ATS/ETS标准［6］排除标准为有左侧心衰病史、多普勒超声心动图显示有左心室功能不全和/或瓣膜病征象、神经肌肉障碍或纳入前4周的急性加重。
本研究获得了机构审查委员会的批准(VU University Medical Center医学伦理审查委员会，注册号:NL30766.029.10)，并告知所有患者并给予书面同意。
为了比较，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，这些患者在我们中心被分析为疑似肺动脉高压。
右心导管术
在局部麻醉下，通过颈静脉将一个带球囊尖端、流向7.5 Fr的三腔Swan-Ganz导管放置到位。患者情况稳定，仰卧，呼吸室内空气，同时持续监测心率。导管的端口位于右心房、右心室和肺动脉。在桡动脉中插入一条动脉线。
食管压力
我们持续监测食管压力，作为一种测量胸腔内压力的方法。使用利多卡因凝胶(2%)经鼻插入标准食管球囊导管(Microtek Medical B.V. Zutphen, The Netherlands)，置于食管中部。随后，向球囊内注入5ml空气，取出4ml空气使球囊部分膨胀。检查压力信号，如有心脏跳动伪影，将球囊导管稍稍向上调整。对照组没有胸膜压力测量，但仔细检查肺动脉和右心房压力曲线可以识别吸气期和呼气期。
协议
将Swan-Ganz导管、食管球囊导管和动脉导管置于患者仰卧位，置于电磁制动循环功率计(Ergoline GmbH, Bitz, Germany)上。运动方案包括休息3分钟，然后逐步增加工作速度至最大耐受。工作速率每3分钟增加一次，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
使用PowerLab数据采集系统(ADInstruments)同时测量右心房、右心室、肺动脉、食道和桡动脉的压力，并进行数字化记录。耗氧量(签证官2)在整个方案中使用代谢车(Vmax 229, Viasys，约巴林达，CA, USA)进行测量。在休息和峰值运动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，由动脉和混合静脉血氧饱和度和VO直接测定心输出量(CO)2．肺血管阻力(PVR)计算为(mPAP - PCWP)/CO。使用呼气末平均右心房压力和食管压力计算右心房透壁压力(RAP_tm)。
使用Matlab R2008a (The MathWorks, Natick, MA)编写的半自动程序，在静止期和运动最后一分钟至少连续10个呼吸周期内，一次又一次地获取肺动脉的收缩压和舒张压。肺动脉脉压下降按呼气时最后一次心跳脉压计算(脉冲2)减去呼气时第一次心跳的脉压(脉冲1)，并以百分比表示脉冲1．平均肺动脉压按每搏计算。以最低收缩压减去最高收缩压计算呼吸周期内桡动脉收缩压的变化。
结果
患者特征
21例患者(13名女性)纳入本研究，平均年龄63岁。肺功能特点见表1．在学习小组中，FEV1范围为0.58 ~ 2.72 l1/VC比率为27 ~ 64%。基于FEV1在预测的百分比中，9名患者为中度气道阻塞，10名患者为重度气道阻塞，2名患者为重度气道阻塞。休息和运动高峰期的代谢参数显示在表2. 最大功率范围为10至120瓦，平均值为38瓦。与预测值相比，峰值VO2和最大通气量（VEmax）较低。休息时和运动高峰期间的血流动力学测量总结于表3．21例患者中13例被诊断为肺动脉高压(静息时平均肺动脉压>25 mmHg)［9］．心脏指数为1.4 ~ 4.7 L/min/m2．在运动过程中，肺动脉压力显著增加。本文综述了对照组的人口学、肺功能和血流动力学特征表4．
食管和跨壁右心房压力
休息时呼气末食管压力为4±4 mmHg，运动峰值时增加至12±4 mmHg，显示呼气气流阻塞。吸气末压力为−静止时为6±3 mmHg，并降至−运动峰值时为13±3。平均右房压为8±4 mmHg，运动至17±8 mmHg时显著升高。
呼气期右心房透壁压(RAP_tm)在静息时范围为1 - 16mmhg(平均6)。在运动过程中，食道压力和右心房压力的增加幅度相似，因此，运动时的RAP_tm与静止时测量的RAP_tm相似(另见图)图1)．
注意当右心房透壁压力(RAP_tm)保持不变时，RAP和ITP升高。RAP_tm计算为右心房内压力(RAP)减去右心房外压力(ITP)。* * * = P < 0.0001。
呼气时肺动脉脉压下降
呼气时，除1例患者外，其余患者的肺动脉脉压均下降。肺动脉脉压未见下降的患者为重度肺动脉高压。脉压下降如图所示图2范围从0%到41%，平均17%，在RAP_tm低的患者中最大（见图3)．脉冲压降与RAP_tm之间的关系可用自然对数曲线描述(最佳拟合相关;r2= 0.61)。肺动脉的脉压下降过期时，收缩期桡动脉压力下降灵感，这种现象也被称为似是而非的脉象(见图2)．健康受试者的平均呼气脉搏压下降为- 4.5%±3.1%，显著低于copd患者的脉搏压下降(未配对t检验，p: 0.0012)。
上通道显示呼气时肺动脉脉压下降(脉1 -脉2)，这是所有呼吸周期中一致的现象。第二个通道显示桡动脉的压力。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)。呼气时，胸腔内压力(通道4)可能超过中心静脉压力，这可以解释右心房压力(通道3)的平线。
灰色区域是根据计算的脉搏压降和对照受试者疑似的RAP_tm，推测为正常窗。
运动时呼气脉压下降
我们随后检查了运动时胸腔内、右心房和肺动脉脉压之间的类似关系。所示图1运动时，右心房压力和胸内压力均显著升高，导致RAP_tm未发生改变。运动时，平均肺动脉压和肺动脉脉压呼气下降，范围为0 - 35%，平均为20%。此外，呼气时肺动脉脉压下降与RAP_tm (r2= 0.52)。
讨论
这是第一个显示自发性呼吸COPD患者的胸内压、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例中度至重度气流阻塞患者的胸腔内和血流动力学压力的综合测量，我们表明，在呼气时肺动脉脉搏压下降，这种下降的幅度不仅仅是胸腔内压力的函数，但也取决于右心房透壁压。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:当需要高水平的正气道压来维持氧合时，静脉回流可能受到损害［3］，［4］液体给药可能是必要的，以防止血流动力学崩溃。
COPD患者在呼气期间胸内压升高，导致进入胸腔的腔静脉血受损［10］，［11］．这里我们显示了血流动力学的结果，即呼气时肺动脉平均压和肺动脉脉压下降。因为胸腔内压力保持不变，肺动脉顺应性可以认为在呼气时是恒定的［12］，肺动脉压下降提示COPD患者呼气时右心室卒中量减少。而在生理条件下，右心室和肺循环能够缓冲大部分的呼吸变化，静脉回流到一个接近恒定的流量［13］，［14］，［15］，呼气时静脉回流的损害似乎被夸大到如此程度，以致于由于呼气气流限制而造成右心室卒中量和肺动脉压力的下降。
右心房压力正常的患者肺动脉脉压下降幅度最大(图3)．正常的右心房压加上高的胸内压意味着右心房的跨壁压较低。右心房压力正常的患者呼气时右心房压力的搏动性降低(图2)，提示右心房充盈严重受损。在这些病人中，右心房压力等于胸腔内压力的上升，这是静脉回流下降的主要原因［16］，［17］．相反，在右心房压力高的COPD患者中，肺动脉脉压呼气下降减弱或完全消失。见图3和例证图4，高压扩张的右心房和下腔静脉可作为储液器，在呼气期间维持恒定的RV充盈，尽管胸内压增加。在我们的研究组中，肺动脉高压患者的右心房压力最高。在伴有肺动脉高压的COPD患者中，两种压力均升高RV后载和预载增加［18］，［19］，［20］，［21］．矛盾的是，在COPD相关的肺动脉高压患者中，右心室功能受损似乎通过右心房的扩张阻止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，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较低时，呼气时的胸内正压会导致静脉回流受损以及呼吸周期中右心室充盈量和卒中量的变化。当RAP压力高时，右心房作为一个蓄水池，维持右心室充盈，确保呼气时肺动脉脉压和右心室搏出量稳定。
10名健康受试者的平均呼气脉搏压下降为- 4.5%。这些受试者的右心房压为5±2 mmHg。当我们假设呼气末胸膜压为- 2 ~ - 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中的这个范围可能代表一个允许最佳RV填充的窗口。可以假设，COPD中一定程度的液体滞留是维持RAP_tm接近7 - 9 mmHg生理窗口的足够反应。另一种假设是，较高的RAP仅仅是RV后负荷增加的结果。
我们发现在运动过程中胸内压力和血管内压力之间存在类似的相互作用，这可能是由于相同的血流动力学机制在休息和运动过程中起作用(图1)．运动过程中RAP的增加可能是胸腔内压力增加的结果，导致右心房充盈压力不变。然而，需要注意的是，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，呼气时高胸内压的负面影响可能更大。
我们观察到所有患者呼吸周期内的体压下降，同时呼气时肺动脉脉压下降。在肺动脉脉压下降后，体循环脉压下降约2-3次心跳，因此，部分发生在吸气过程中(见图)图2)．我们没有研究体压的变化是否与肺动脉脉压的下降有因果关系，但可以推测，在气流阻塞患者中出现的部分异常脉压现象(>10 mmHg下降期间的体压灵感)，是由于左右心室功能之间的相互作用。最近，即使是轻度的COPD患者也显示出左室舒张末期容量和卒中容量的减少［23］．Barr等人在一项非常大的正常人和轻度COPD患者队列研究中发现，左心室尺寸与FEV相关1．我们推测，这种观察结果可能部分解释了从气道阻塞导致胸腔内压力增加，随后右心室充盈不足，最后左心室充盈不足和每搏容量减少的顺序。液体状态和利尿剂的使用可能对观察到的FEV之间的关系的作用1Barr等人研究的患者的心脏尺寸在原稿发表后的通信中进行了阐述［5］．
可以想象，慢性阻塞性肺病的血流动力学损害可以描述为两个极端之间的连续统一体。一方面，有肺动脉压力低的患者，其正常右心房压力转化为右心房充盈受损和呼气末右心室输出量低。另一方面，有肺动脉压力升高的COPD患者，其功能因高后负荷而受损，但右心室前负荷正常。在这些患者中，卒中量在整个呼吸周期中受损，因为升高的右心房压力维持右心室的恒定充盈压力。研究发现，在肺动脉压力升高的患者中，右心室前负荷正常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害组合。
综上所述，我们发现COPD患者在呼气时肺动脉脉压下降，这种影响在右心房充盈压较低的患者中最为显著。这意味着呼气气流限制导致肺循环中呼气血流量限制。呼气期右心房充盈受损可能是COPD患者静息和运动卒中量受损的部分原因。
作者的贡献
构思和设计了BB HG FO AVN实验。进行实验:BB PT HJB FO HG，数据分析:BB HJB NW AVN。提供试剂/材料/分析工具:BB PT HG FO。写的论文:BB PT HJB HG NW AVN。
参考文献
- 1.Cournand A, Motley HL, Werko L, Richards DW(1948)间歇性正压呼吸对人心输出量影响的生理学研究。Am J Physiol 152: 162-174。
- 2.(1)间歇正压呼吸(IPP)时心输出量变化的机制。美联储6:92。
- 3.Jellinek H，Krafft P，Fitzgerald RD，Schwarz S，Pinsky MR（2000）右心房压力预测对呼吸暂停正压气道压力的血流动力学反应。Crit Care Med 28:672–678。
- 4.临床回顾:呼气末正压和心输出量。紧急护理9:607-621。
- 5.黄文斌(2010)肺气肿、气流阻塞与左室充盈。N Engl J Med 362: 1639-1640;作者回复1640 - 1631。
- 6.Celli BR，MacNee W（2004）《慢性阻塞性肺病患者诊断和治疗标准：ATS/ERS立场文件摘要》，欧洲响应杂志23:932–946。
- 7.Miller MR, Hankinson J, Brusasco V, Burgos F, Casaburi R, et al.(2005)肺测量的标准化。J 26: 319-338。
- 8.Wanger J, Clausen JL, Coates A, Pedersen OF, Brusasco V, et al.(2005)肺体积测量的标准化。Eur Respir J 26: 511-522。
- 9Galie N, Hoeper MM, Humbert M, Torbicki A, Vachiery JL, et al.(2009)肺动脉高压诊断和治疗指南。Eur Respir J 34: 1219-1263。
- 10.(1)呼吸对肺气肿患者静脉回流的影响。分裂到8 - 16个。循环33:
- 11.泉泉，森山，小林，等(1994)慢性肺疾病时相静脉回流异常:脉冲多普勒超声心动图研究。实习医生33:326-333。
- 12.Grant BJ, Lieber BB(1992)呼吸周期中主要肺动脉的顺应性。J Appl Physiol 72: 535-542。
- 13.自发呼吸过程中的肺血流和静脉回流。Circ Res 3: 210-214。
- 14.Hoffman JI, Guz A, Charlier AA, Wilcken DE(1965)有意识的狗的笔画量;呼吸、姿势和血管阻塞的影响。J Appl Physiol 20: 865-877。
- 15.右心室静脉回流对呼吸变化的缓冲作用:理论分析。Am J Physiol 267: H2163-2170。
- 16Robotham JL, Lixfeld W, Holland L, MacGregor D, Bromberger-Barnea B, et al.(1980)呼气末正压对左右心室功能的影响。我Rev Respir Dis 121: 677-683。
- 17Guyton AC, Lindsey AW, Abernathy B, Richardson T(1957)不同右心房压力下的静脉回流和正常静脉回流曲线。Am J Physiol 189: 609-615。
- 18关键词:慢性阻塞性肺疾病，运动，血流动力学，阻抗，心电图中国石油大学学报(自然科学版)12:374-379。
- 19Holverda S, Rietema H, Westerhof N, Marcus JT, Gan CT，等(2009)慢性阻塞性肺疾病运动时卒中量增加受肺动脉压力增加的限制。心95:137 - 141。
- 20.Mahler DA, Brent BN, Loke J, Zaret BL, Matthay RA(1984)慢性阻塞性肺疾病患者直立运动时右心室功能和中心循环血流动力学。Am Rev Respir Dis 130: 722-729。
- 21.Stewart RI, Lewis CM (1986) COPD患者运动时的心输出量。胸部89:199 - 205。
- 22.(2002) ATS/ERS关于呼吸肌测试的声明。急救护理杂志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的百分比。N Engl J Med 362: 217-227。