摘要
我们假设生物质烟雾暴露与以气道为主的慢性阻塞性肺疾病(COPD)表型相关,而与烟草相关的COPD与以肺气肿为主的表型相关。
在这项横断面研究中,有COPD和生物量暴露的女性从不吸烟(n=21)和没有生物量暴露的女性前吸烟COPD患者(n=22)在吸气和呼气时完成了计算机断层扫描(CT)、肺功能、血气、运动耐受力和生活质量测量。两名放射科医生在CT上对肺气肿和空气滞留的程度进行了评分。定量肺气肿的严重程度和分布及气道壁厚计算使用专门的软件。
烟草组女性的肺气肿明显多于生物量组(放射学家得分2.3)与0.7, p = 0.001;CT显示肺气肿27%与19%, p = 0.046;肺气肿间隙较大,p=0.006)。生物量组的女性明显比烟草组的女性有更多的空气滞留(放射科医生得分分别为2.6和1.5;P =0.02),生活质量评估的症状、活动和信心域得分也较低,休息和运动时的氧饱和度也较低(P <0.05)。
与烟草烟雾暴露相比,生物质烟雾暴露与较少的肺气肿相关,但更多的空气滞留,这表明一种以气道为主的表型。
摘要
生物质烟雾造成的肺气肿较少,但比烟草烟雾造成的空气滞留更多:气道主导的COPD表型?http://ow.ly/rHdju
简介
生物质烟雾是造成气流阻塞和慢性阻塞性肺病(COPD)的危险因素,特别是在发展中国家[1- - - - - -4].世界上大约50%的人口使用生物质燃料做饭、照明和取暖,通常是在通风不良的住所。慢性阻塞性肺病的临床特征与暴露于生物质烟雾已被很好地描述。Ramirez -Venegaset al。[5]报道,接触生物质烟雾的COPD患者更可能是女性,症状、运动能力、生活质量和补充氧气需求相似,但气流阻塞的严重程度低于慢性阻塞性肺病吸烟者。
COPD有两种主要的表型,细支气管炎(也称为“小气道疾病”)和肺气肿。在烟草相关COPD中,这两种表型通常以不同比例共存。由于与生物质烟雾相关的COPD病理生理学尚不清楚,因此对与生物质烟雾相关的COPD表型知之甚少。在一项对人体肺组织解剖的研究中,Riveraet al。[6研究发现,暴露在木材烟雾中的个体的肺部表现出更严重的细支气管炎和更少的肺气肿。这些患者的肺部疾病诊断或其他临床特征的细节尚不清楚。目前尚不清楚在确诊的COPD患者中是否会发现类似的结果。
在活的有机体内随着多检测器计算机断层扫描(MDCT)的出现,COPD表型的评估现在是可能的。该技术使得对实质破坏、气体滞留、气道重塑和气道狭窄的部位、大小和分布的研究成为可能。我们假设,生物质烟雾暴露与气道为主的COPD表型相关,包括空气滞留增加和气道壁厚,而烟草相关的COPD则与肺气肿表型相关。
方法
研究背景
这是对两组具有相似气流阻塞但不同暴露史的COPD妇女的横断面比较。这项研究是在墨西哥墨西哥城的Ismael Cosio Villegas国家呼吸研究所(INER)的COPD诊所进行的。该设施是一个公立三级保健中心,重点是医疗保健、教学和研究,并向墨西哥经济贫困人口提供保健服务。该研究得到了加拿大温哥华INER (C08-05)和英属哥伦比亚大学(Providence Health Care H07-00095)伦理审查委员会的批准。所有参与者均提供书面知情同意书。这项研究由INER的研究计划(患者招募、测试和技术支持)以及葛兰素史克加拿大公司和加拿大卫生研究院(计算机断层扫描(CT)扫描采集和分析)资助。
慢性阻塞性肺病的诊断
我们从INER的女性COPD患者队列中招募了参与者。符合条件的参与者年龄在40岁至80岁之间,有支气管扩张剂后COPD的肺量测定证据(1秒的用力呼气量(FEV)1)/用力肺活量(FVC)比值<0.70,FEV1<80%预测)和过去接触生物质烟雾或烟草烟雾。接触生物质烟雾的妇女从未吸烟,每天接触生物质烟雾≥6个月,但目前没有接触。烟草烟雾暴露的女性参与者有≥10包年的吸烟史,是前吸烟者,从未接触过生物质烟雾。参与者病情恶化≥1个月。每个接触生物质烟雾的妇女都与年龄(5年内)和支气管扩张剂后的FEV相匹配1% pred(10%以内)对暴露于香烟烟雾的妇女,以减少混杂因素的影响。
结果
吸烟暴露由美国胸科学会(ATS)西班牙语版标准化问卷确定[7,并辅以有关烹饪燃料的问题。与接触生物质燃料有关的问题在在线补充材料中提出。累积接触生物质的时间以小时-年表示,计算方法是用木炉做饭的年数乘以在厨房里每天花费的平均小时数。
参与者按照ATS推荐的程序,使用干式卷封容积肺活量计(Sensormedics, Yorba Linda, CA, USA)进行支气管扩张器使用前和使用后的肺容积测量,并进行容积描记肺容积测量。我们使用墨西哥标准参考方程来预测FEV的值1和FVC [8],这与第三次全国健康与营养调查中针对墨西哥裔美国人的调查值相似。在室内空气中休息时采集动脉血气样本。墨西哥城的平均海拔为2240米。在墨西哥城,正常平均动脉氧张力(PaO2)和二氧化碳张力(P华2)值分别为66-72 mmHg和28-32 mmHg,并用脉搏血氧仪测量动脉氧饱和度(年代阿宝2)值通常为95-96%。
每位参与者完成6分钟步行测试,并计算步行距离[9].我们测量年代阿宝2用脉搏血氧计测量心率,用博格量表测量呼吸困难[10]、休息时和行走测试结束时。受试者还完成了改良的医学研究委员会(mMRC)呼吸困难量表[11]、“圣乔治呼吸问卷”[12]及慢性呼吸系统问卷[13翻译成西班牙语。
在多排CT扫描仪(Sensation 16;西门子,Forchheim,德国)。连续CT图像用1毫米的切片厚度和低(b35f)空间频率重建算法进行肺气肿测量,高(b65f)空间频率重建算法进行气道测量。此外,两名对每个受试者的暴露史不知情的放射科医生独立地对每次扫描进行评分。采用6分制(0= 0到5=广泛),通过比较吸气和呼气扫描来对空气滞留进行评分,而根据类似的COPD研究,使用吸气CT扫描来对肺气肿进行类似的6分制评分[14].放射科医生还注意到是否存在支气管扩张。
使用定制软件(empylxj, Vancouver, Canada)对肺气肿进行定量评估。对于肺气肿,我们计算了吸入CT扫描中实质< -950 HU(%低衰减区(%LAA))的百分比[15].我们使用低衰减聚类分析来估计肺气肿空间的大小。该分析计算了低衰减体素的数量与这些体素如何相互连接之间的关系[16].如果低衰减体素聚集在较大的肺气肿空间中,则低衰减区域的数量与分组之间的关系(D) (log-log plot)的斜率值较小。
气道壁尺寸定量评估采用全宽半最大值法[17].计算气道横截面切开后的内管腔周长(pi)、管腔面积(Ai)、壁面面积(Aaw)和气道被壁面占据的百分比(壁面面积百分比(WA%) = Aaw/Ai+Aaw ×100)。为了标准化受试者之间的气道壁测量并减少气道采样的偏差,我们创建了一个回归方程,以确定每个受试者在管腔周长为10mm处的气道壁面积的平方根(SQRTWA-pi10) [14].通过测量薄壁组织< -856 HU [18] (%LAA <856 HU)。我们还计算了呼气扫描的平均肺密度与吸气扫描的平均肺密度之比(CT/肺密度比)。这一测量方法以前由M美国教育考试服务中心et al。[19,即“CT-air trapping”。
统计分析
受试者的基线特征用均数±描述sd.对正态分布数据使用t检验,对非正态分布数据使用Mann-Whitney u检验。使用多元线性回归模型,我们还计算了暴露组与肺气肿变量之间的关系(吸气扫描时%LAA <950 HU, D,或肺气肿放射科医师评分)以及暴露组与气道疾病变量之间的关系(SQRTWA_pi10, WA%, %LAA <856 HU,呼气扫描时SQRTWA_pi10, WA%, %LAA <856 HU,呼气扫描时空气捕获和ct -空气捕获评分),并调整了年龄和支气管扩张剂后FEV1% pred。由于各组之间的身高差异,身高也被纳入所有模型。所有分析均使用SAS 9.3 (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)。
结果
病人的特点
在呼吸临床队列的173名COPD女性参与者中,52名烟草烟雾暴露者和53名生物质烟雾暴露者符合研究标准(图1).其中,每组有22名参与者与支气管扩张剂后的FEV相匹配1% pred和年龄。生物质组的一名参与者随后被从分析中移除,因为她没有支气管扩张剂后的FEV1/FVC在数据收集时<0.70。两组在以下方面无显著差异:年龄;post-bronchodilator FEV1% pred, FVC % pred或FEV1/ FVC比率;肺容积;重量;或身体质量指数(表1),尽管吸烟组的参与者更高。生物量组的平均累积暴露时间为275小时-年,相当于8小时·天的每日暴露历史−134年了。生物质组的参与者报告说,生物质烟雾暴露主要发生在烹饪活动期间。此外,76%的参与者仅使用木材、植物材料和/或粪便作为燃料,14%的参与者仅使用木炭,10%的参与者同时使用木炭和植物材料。两组的大多数参与者均处于慢性阻塞性肺病全球倡议(GOLD)的第2级[20.疾病严重程度量表
生活质量,动脉血气和功能运动能力
虽然两组的mMRC呼吸困难评分相似,但生活质量问卷的评分表明,生物量组的参与者报告了明显更多的症状,更多的活动限制和对疾病的控制较少(表2).尽管在生物量组中有较高比例的参与者报告咳嗽和痰症状,但这并不显著。两组的大多数参与者都是低氧血症(PaO2<60 mmHg)静止状态(平均±sdPaO2生物量组和烟草组分别为49.3±7.7 mmHg和52.5±4.0 mmHg)。低氧血症的严重程度是意料之中的,因为值PaO2而且P华2生活在墨西哥城高海拔地区的健康人群的汞含量较低(分别为67.7 mmHg和31.1 mmHg)。与烟草组相比,生物量组的参与者休息时动脉氧饱和度显著降低(82%)与87%;p = 0.01)。此外还要低息年代阿宝2两组都有大幅下降年代阿宝2行走试验期间(生物量组-9.3%;烟草集团-7.3%;p = 0.20)。
肺气肿和小气道疾病表型
根据定量估计和放射科医生的评分,烟草组的女性比生物量组的女性有更多的肺气肿(表3而且4).图2显示了接触烟草和生物质烟雾的女性的CT图像。图2一个,来自烟草组的一名女性,显示出严重的小叶中心肺气肿。这一发现得到了放射科医生CT评分的证实,因为烟草组的女性肺气肿得分明显更高(烟草组平均得分2.3;生物量组平均得分0.7;p = 0.0001)。与生物量组相比,烟草组肺气肿的比例更高(吸气扫描时LAA <950 HU的百分比为27%)与分别为19%;p=0.02)和较小的d值,表明较大的肺气肿间隙(烟草组2.07;生物量组2.57;p = 0.002)。调整年龄,支气管扩张剂后FEV1% pred和身高没有改变这些结果(表4).
图2 b显示了生物质组参与者的典型吸气CT图像。扫描显示气道壁增厚,呈斑片状衰减和血管减少。放射科医生的评分证实,暴露在生物质烟雾中的参与者比暴露在烟草中的参与者具有明显更高的捕集空气水平(生物质组捕集空气得分2.6;烟草组捕气得分1.5),在调整年龄、支气管扩张剂后的FEV后,差异仍然存在1% pred和高度(p=0.022) (表3而且4).此外,放射科医生指出,接触生物质烟雾的参与者中有14%的人在扫描中存在支气管扩张,而接触烟草烟雾的参与者中这一比例为0% (p=0.009)。在单因素分析中,生物量组的参与者的CT肺密度比较低;然而,两组在呼气CT扫描或CT肺密度比上的空气捕获定量测量(%LAA < -856 HU)或吸气扫描上的气道厚度测量(表3而且4)调整协变量后。
讨论
在这项研究中,我们发现了生物质烟雾或烟草烟雾暴露的COPD女性之间的重要结构差异。我们发现,根据定性和定量CT测量,接触生物质烟雾的参与者比接触烟草烟雾的参与者肺气肿更少。此外,在存在类似气流阻塞的情况下,较少的肺气肿支持了生物质烟雾可能导致气道疾病表型的论点。尽管定量CT扫描在调整协变量后没有显示气道指标的差异,但放射科医生的评级显示,暴露于生物质烟雾的女性空气滞留更严重。这些结果与Riveraet al。[6],据我们所知,这是第一次直接比较暴露于生物量的相对梗阻的活个体的COPD表型与吸烟,使用问卷,运动耐受性,肺功能和MDCT数据。
将生物质烟雾暴露与COPD联系起来的证据越来越多。Huet al。[21]进行了一项基于截至2009年发表的文献的荟萃分析,并报告说,接触生物质烟雾的人患COPD的可能性是未接触生物质烟雾的人的两倍多(OR 2.44, 95% CI 1.9-3.33)。Poet al。[22]调查了妇女和儿童因生物质烟雾导致COPD和其他肺部疾病的风险,并报告了类似的优势比(2.40,95% CI 1.47-3.93)。这些发现得到了Kurmiet al。[23],他们报告说,与未接触生物质烟雾的人相比,接触生物质烟雾的人肺功能下降,即使是年轻人资源文件格式,Padillaet al。[4],他们比较了患有慢性支气管炎、慢性气流阻塞或两者兼而有之的妇女与患有其他肺部疾病的妇女和健康个体的生物量暴露水平。他们发现,与健康人群相比,患有慢性支气管炎和气流阻塞的参与者暴露在木烟中的可能性要高出14倍,与我们的研究对象的水平相似。
目前对生物质烟雾所致COPD的病理生理学了解较少。我们今天对慢性阻塞性肺病的大部分知识来自于对烟草烟雾对气道和肺实质影响的广泛研究。烟草烟雾暴露通过两种不同的病理生理过程导致呼气流量减少和慢性阻塞性肺病:肺实质的肺气肿性破坏和/或小外周气道的狭窄和闭塞[24].以前关于生物质烟雾暴露相关的病理生理变化的工作并没有专门针对肺气肿或气道疾病的COPD表型。例如,Arslanet al。[25]和Karaet al。[26]评估了生物质烟雾的影响,并报告了纤维化带和支气管血管周围增厚的CT证据,但没有关注COPD。
我们的研究表明,接触烟草的女性有更多的肺气肿,而根据放射科医生的检测,接触生物质烟雾的女性有更多的空气滞留,SGRQ和CRQ的症状、活动和掌握得分更差。尽管放射科医生的评分和健康状况测量表明生物量组的气道受累更多,但在协变量调整后,两组气道尺寸和空气滞留的定量CT测量并无差异。我们样本中的参与者相对年轻(平均年龄69岁),处于GOLD阶段2,在6分钟步行测试中没有受到严重限制。有可能的是,尽管放射科医生发现了空气滞留现象,并且参与者报告了生物量组的症状增加,但在他们疾病过程的这一阶段,他们的气道壁厚度和空气滞留的定量测量没有可测量的变化。在这项研究中,我们使用了多种不同的“气道疾病”测量方法。一些指标,如CT对气道尺寸的估计和放射科医生对支气管扩张的估计,反映了中等和较大气道的结构重塑,而CT对气体捕获的测量(%LAA和CT肺密度比)反映了小气道的结构和功能,其测量超出了CT扫描的分辨率范围。甚至气体交换也是小气道狭窄不均一性的衡量标准,因为它反映了通气-灌注不匹配。尽管我们之前已经证明,在CT扫描上可见的较大气道的结构变化反映了较小膜性细支气管的气道尺寸[17],不同的量度可能彼此无关,并可能具有不同的结构基础和功能效果。
或者,这些测量中可能有太多的变化,无法检测出我们的样本量的真正差异。此外,在调整高度后,两组之间的一些气道测量不再显著。一种可能的解释是,一些气道参数受肺大小的影响,较矮的女性肺较小,因此气道壁尺寸较小。另一种解释是,肺部发育的差异与营养不良或社会经济地位低下有关。由于本研究招募的女性都是INER的患者,INER是一家为墨西哥城低收入人群服务的医院,因此参与者目前的社会经济地位很可能是相似的。然而,两组之间的其他发育因素可能有所不同,并可能影响患者的身高。另一种可能是,该模型可能被过度校正,因为高度是暴露的替代品,对高度的校正可能会人为地消除任何真正的差异。
两个暴露组的参与者都有很高的低氧血症患病率。这在居住在高海拔(2420米)墨西哥城的COPD患者中很常见。健康的人通常有氧血红蛋白饱和度和PaO2低于海平面上的个体(通常分别为95%和68 mmHg),而COPD患者的汞含量往往会进一步降低PaO2.
几种机制可能是造成本研究中观察到的暴露组之间表型差异的原因。首先,尽管生物质烟雾与烟草烟雾有许多相同的成分[27],其确切成分因燃料来源、燃烧效率和相对湿度的不同而有所不同。虽然烟草和生物质烟雾中的颗粒大小可能相似[28,29],化学成分的差异可能导致不同的病理生理过程。其次,生物质暴露的发病年龄与烟草烟雾的发病年龄不同。可以开始在农村地区接触生物质在子宫内而个人往往一生都暴露在辐射中,女性受到的累积辐射最大。生物质暴露还与儿童的多种急性呼吸道感染有关[28].早期接触和反复的呼吸道感染可能会改变早年开始的气道壁的结构和功能,并可能使接触生物质烟雾的个体在成年后容易出现不同的COPD表型,与可能在较老年龄开始吸烟的吸烟者相比。第三,接触生物质的人的吸入方式可能存在差异与烟草烟雾。吸入生物质烟雾的个体将使用一致的潮汐呼吸模式。相反,吸烟者吸烟通常分为两阶段:首先,烟雾被吸入口腔,而不是直接吸入肺部,然后有一个停顿,最后烟雾被吸入肺部,空气量增加。29].经测量,平均吸入量约为肺活量的25%,是平均潮汐量的两倍[29].与接触生物质烟雾的人相比,吸烟者的吸入量更大,可能会使烟雾更深入地进入肺部,并可能增加烟草烟雾在肺实质中的沉积,导致肺气肿为主的COPD表型。
限制
我们观察到生物质烟雾组气道疾病增加,烟草烟雾组肺气肿增加,这可能与种族有关。虽然我们所有的参与者目前都居住在墨西哥城,但许多接触生物质烟雾的参与者在接触时生活在农村社区。在墨西哥,农村社区的妇女往往是土著后裔,而出生在城市社区的妇女往往有西班牙血统。因此,COPD表型的易感性可能是由不同的遗传易感性造成的。很难区分种族对我们研究结果的贡献。我们不太可能确定一个没有接触生物质烟雾的土著农村人口作为对照组。此外,农村与城市女性可能会接触到不同的其他因素,包括室外空气污染、营养和医疗保健,这些因素可能会影响COPD的发展。本研究招募的女性在低收入居民国家医院就诊,因此两组之间的当前社会经济地位可能相似;然而,我们无法评估其他环境和行为因素对不同COPD表型发展的影响。我们评估了CT特征,没有病理标本来证实我们的发现。最后,来自其他来源的生物量暴露可能导致不同的肺部表现。
结论
据我们所知,这是第一个在有生物量的女性中显示COPD表型差异的研究与使用计算机辅助和专家MDCT评估烟草烟雾暴露。这项研究的结果应该激励进一步研究不同的烟雾暴露和COPD病理生理学之间的复杂相互作用。
致谢
我们感谢Anh-Toan Tran, Lauren Wierenga和Natasha Krowchuk(加拿大温哥华英属哥伦比亚大学放射学系)在CT分析程序和数据管理方面的技术支持。
脚注
有关编辑评论,请参阅659页.
支持声明:本研究由葛兰素史克加拿大公司的非限制性研究基金、加拿大卫生研究所跨学科能力增强:在呼吸疾病和性别研究(ICEBERGS)团队资助,以及墨西哥Ismael Cosio Villegas国家呼吸学研究所的内部研究基金资助。在本研究期间,P.G.坎普由加拿大卫生研究院奖学金、加拿大呼吸健康专业奖学金和ICEBERGS培训生奖学金资助。她目前是迈克尔·史密斯健康研究基金会的临床学者。H.O. Coxson是CIHR/不列颠哥伦比亚省肺脏协会的新研究员,目前部分由匹兹堡慢性阻塞性肺疾病(COPD)临床研究专业中心(SCCOR) NIH 1P50 HL084948和R01 HL085096,来自美国国立卫生研究院的国家心肺和血液研究所,匹兹堡大学和不列颠哥伦比亚省肺脏协会罗伯特·r·米勒胸部成像奖学金。D.D. Sin是加拿大慢性阻塞性肺病研究主席。P.D. Paré是迈克尔·史密斯健康研究基金会杰出学者和雅各布·丘格杰出研究员。
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2012年12月21日。
- 接受2013年5月15日。
- ©2014人队