摘要
股四头肌无力是晚期慢性阻塞性肺疾病(COPD)的一个重要并发症,但有关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(USRF)CSA)与对照组相比,轻度和晚期慢性阻塞性肺病患者的死亡率会降低,并且与体力活动相关。
对161例稳定期COPD患者和40例健康受试者进行USRF测量CSA还戴了一个多传感器臂带来记录身体活动。
USRF.CSA全球慢性阻塞性肺疾病倡议(GOLD) I期患者与健康受试者相比降低(p=0.0002)。II-IV期患者的USRF降低CSA(p<0.0001),但与I期疾病患者无显著差异。与对照组相比,I期(p=0.002)和II-IV期疾病患者的身体活动水平降低。通过回归分析,体力活动水平与USRF独立相关CSA在I阶段I(p = 0.01)但不是阶段II-IV疾病,其中残留体积与总肺容量比例是物理活性水平的唯一独立预测因子。
股四头肌消瘦存在于轻度和晚期COPD患者中,并且与GOLD I期疾病的体力活动不足独立相关。这些患者的识别可以指导早期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)肺外并发症,瘦体质量的丧失被认为是残疾的关键决定因素[1]和死亡率的独立预测因子[2].特别是,股四头肌力量的下降与运动能力的下降有关[3.],生活质素受损[4.],增加医疗保健使用[5.]及与气流阻塞无关的死亡率[6.].
参与COPD骨骼肌无力发展的机制可能是多因素的,包括全身因素,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.那9.],特别是在下肢[10].客观测量的体育活动已被确定为COPD全因死亡率的一个强有力的预测因素[11],强调其在“下行疾病螺旋”中的重要性,即进行性呼吸困难导致运动能力下降,随后出现肌肉退化和进一步不活动[12].
最近观察到在COPD中没有严重气流阻塞的情况下出现股四头肌无力[13],有数据表明,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].尽管轻度疾病肌肉萎缩的潜在原因,但在该患者组中很少有关于四头肌体积减少的数据。计算机断层扫描(CT)测量的大腿中部横截面积已被证明可以预测中-重度COPD患者的死亡率[15];然而,电离辐射照射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)也被用于COPD的大腿肌肉成像方式[16]但该工具的可及性和费用限制了其在更广泛的COPD人群中的应用。
超声股直肌横截面积(USRF)CSA)是一种无辐射的肌肉体积测量方法,与COPD中四头肌的力量有关,但与努力无关[17]我们假设四头肌消瘦由USRF测量CSA与健康、年龄匹配的受试者相比,在轻度和重度COPD患者中观察到的情况,这将与日常体育活动水平相关。
方法
患者与研究设计
这项横断面研究由伦敦大学学院联合人类研究伦理委员会(Alpha委员会)和英国皇家布朗普顿和哈里菲尔德NHS基金会信托伦理委员会(伦敦,英国)批准。所有参与者均提供书面知情同意。慢性阻塞性肺病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)的门诊诊所以及在世界慢性阻塞性肺病日和世界无烟日举行的公共活动招募的。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优化研究所指南[18],其严重程度由GOLD阶段分级定义。排除在病情加重1个月内或有显著共病(包括心衰、神经系统疾病或类风湿关节炎限制肌肉功能或活动水平)的受试者。健康的、年龄匹配的对照组是通过当地报纸的广告招募的。
超声股直肌横断面面积
用超声测量股四头肌股直肌横截面积,采用Seymour等等。[17].b型超声检查采用8mhz, 7cm线性阵列换能器(PLF 805 ST;东芝医疗系统公司,克劳利,英国)。两名训练有素的操作员(D. Shrikrishna和M. Patel)进行超声检查。患者为仰卧位,支撑休息腿被动伸展。从髂前上棘至髌骨上缘的5 / 3处发现解剖标志。传感器被放置在横切面并定位,以便整个股直肌横截面积可以在屏幕上显示出来。这个图像被冻结了(图1),并由操作者手动勾勒出代表股直肌周围筋膜的回声线。采用平面测量技术计算股直肌横断面面积(Nemio;(东芝医疗系统),并进行了连续三次测量的平均值。
股四头肌力量和无脂肪质量测量
采用Edwards等等。[19].受试者坐在改装过的椅子上,膝盖固定在90°,进行至少三次持续的最大等距四头肌收缩。以QMVC为最高张力,持续1 s。
在50千赫(BodyStat QuadScan 4000;BodyStat,道格拉斯,英国)使用特定疾病的回归方程[20.].测量5千赫的阻抗(Z.5.)和200千赫(Z.200)还允许计算生物电阻抗比(Z.200/Z.5.).使用圣乔治呼吸问卷确定健康相关生活质量,使用医学研究委员会(MRC)呼吸困难评分记录呼吸困难。在线补充材料中包含了技术的详细描述。
身体活动监测
如W.所述,使用多传感器双轴加速计臂带(SenseWear;BodyMedia,美国宾夕法尼亚州匹兹堡)记录日常体力活动atz等等。[9.].臂带结合了生理传感器,可量化皮肤电反应、热通量和皮肤温度,以估计能量消耗,此前已通过COPD患者的间接量热法进行验证[21那22]并抵抗健康受试者的双重标记的水技术[23]。使用总能量消耗(TEE)和睡眠能量消耗作为休息能量消耗(REE)的替代物(PAL=TEE/REE)计算身体活动水平(PAL)。在连续六天(包括一个周末和四个工作日)测量每日步数和PAL。有效的身体活动评估定义为:≥每天21.5小时(90%)的佩戴时间至少5天。使用SenseWar专业软件(版本6.1)下载和分析数据。
肺功能测试
肺功能检测由皇家布朗普顿医院肺功能科进行。肺活量、容积描记法肺活量、一氧化碳扩散能力(CompactLab系统;(德国维尔茨堡Jaeger)和动脉血气体的测定符合欧洲呼吸学会/美国胸科学会的建议[188bet官网地址24-26].
数据与统计分析
数据显示为平均值±sd使用StatView 5.0(美国加利福尼亚州伯克利市Abacus Concepts有限公司)进行p值和分析。组间比较采用方差分析和方差分析事后校正超过两组。USRF之间的关系CSA采用单变量和多变量线性回归模型分析四头肌力量、FFMI、阻抗比、日常体力活动和肺功能。使用GraphPad Prism(5.0版本;GraphPad Software, San Diego, CA, USA)。
后果
201名受试者参与了这项研究,其中包括161名稳定期COPD患者和40名年龄匹配的健康志愿者。基线特征见表1.其中154名受试者(123名COPD患者和31名健康受试者)完成了有效的体力活动评估。在剩下的47名受试者中,14名没有完成有效的评估期,4名受试者拒绝参与这部分研究,其余的由于后勤原因没有获得臂章(例如臂带的可用性和受试者到医院的距离)。在参与活动监测的受试者中,92%(168名受试者中有154人)达到了有效评估期。平均每天佩戴时间为98%,组间无显著差异(表2).
USRF.CSACOPD(I-IV期)和健康受试者的股四头肌力量
USRF.CSA与对照组相比,所有金阶段都减少了Quadriceps强度(QMVC)(表2], 和无花果2和3.).USRF没有显著差异CSA或在GOLD阶段之间的QMVC,除了阶段I和IV之间的QMVC (p<0.02)。COPD患者1秒用力呼气量(FEV)1%预测值与USRF无相关性CSA与QMVC相关性较弱(r=0.2, p=0.03)。USRF.CSA与COPD受试者中的QMVC有线性关系(r = 0.6,p <0.0001)(图S1)。QMVC也与FFMI显着相关(r = 0.54,p <0.0001)和Z.200/Z.5.(r= -0.54, p<0.0001)。采用多元回归模型预测USRFCSA在所有COPD受试者中纳入单因素分析的重要自变量(表S1)。性别(r=0.27, p=0.003)、QMVC (r=0.24, p=0.01)、残余容积(RV)/总肺容量(TLC)比值(r= -0.28, p=0.01)、吸气容量(IC) (r=0.20, p=0.04)和FFMI (r=0.19, p=0.04)仍是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)被保留为COPD中Quadriceps强度的独立预测因子(r = 0.74,p <0.0001)。由于性别被确定为一个独立的变量来预测USRFCSA,将COPD和健康受试者分成雄性和女性(图S3)。在两性,usrfCSA与对照组相比,在所有的黄金期中都有所减少,USRF没有显著差异CSA在黄金阶段。男性(n=108)有明显更大的USRFCSA与女性相比(n = 93; 597相对470毫米2, p < 0.0001)。
日常体力活动与黄金期和USRF的关系CSA
与健康对照组相比,所有GOLD阶段的每日体力活动均显著减少(无花果4和5.).组间平均差异见表2].日常体力活动与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纳入单变量分析中显著的自变量(表S2)。PAL是唯一保留作为USRF独立预测因子的变量CSA在I期疾病中(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比率(r=-0.28,p=0.01)和IC(r=0.29,p=0.02)作为USRF的独立预测因子保留,但不包括体力活动CSA(r = 0.78,p <0.0001)。
在一个单独的预测II-IV期COPD体力活动的多元线性回归模型中,当纳入单变量相关因素(表S3)时,RV/TLC比FEV保持不变1% pred为唯一与身体活动水平相关的自变量(r= -0.23, p=0.03)。在COPD第一阶段USRF中使用这个模型CSA,而不是QMVC,作为唯一与身体活动水平相关的独立变量(r=0.64, p=0.005)。
超声的有效性和再现性
80名COPD患者中的一部分患者使用USRF进行了额外的大腿中部CT扫描(详细信息见在线补充资料)CSA与大腿中部CT显着相关CSA(r = 0.7,p <0.0001)和rectus股骨CTCSA(r = 0.7, p < 0.0001)。表S4描述了对摆动角的超声测量和使用不同测点的进一步数据(图S4)。
讨论
使用usrf.CSA我们发现以GOLD分期判断的轻度和晚期COPD患者四头肌萎缩。平均USRF下降了17%CSA与具有类似全身FFMI的健康、年龄匹配组相比,在I期患者中观察到了这种情况。该研究还确定了体力活动水平与USRF之间的独立关联CSA在I期疾病中,与健康受试者相比,该组患者的活动性明显降低。
研究结果的意义
最近的一项研究纳入了英国和荷兰COPD队列[13]发现在I期患者中有28%的人出现股四头肌无力,并支持我们的观点,即股四头肌萎缩存在于早期疾病中。超声波的简单和不依赖努力的特性使其成为一种有吸引力的检测方法,用于检测可能从早期干预中获益的患者,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,这两种设备都受到意志的影响。有趣的是,在我们的研究中,USRFCSA,而不是股四头肌的力量,与COPD I期的体力活动独立相关,这意味着这种与努力无关的股四头肌大小测量可能是一个更敏感的参数,用于研究轻度疾病患者下肢肌肉功能障碍与体力活动之间的关系。这一点尤其重要重要的是,新的慢性阻塞性肺病表型需要评估,治疗干预侧重于促进体力活动[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Watz等等。[14表明与慢性支气管炎(原GOLD期0)队列相比,GOLD期I患者的活性降低。虽然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。一项多中心研究最近发现,与健康对照组相比,从II期COPD开始的早期疾病减少;然而,本研究有少量GOLD I期疾病患者(n=9) [28]有证据表明,与对照受试者相比,有症状的GOLD I期患者在运动过程中会出现与呼吸困难相关的动态性高通胀[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,因此这可能提供了一种机制,可以在疾病过程早期看到最初的体力活动减少。
COPD I期体力活动减少的发现及其与USRF的关系CSA允许讨论在轻度疾病中减少股四头肌体积的潜在机制。与对照组相比,II-IV期患者也表现出股四头肌体积的减少,但这与I期组没有显著差异,表明在疾病过程早期达到的身体活动不足的阈值水平,引发了肌肉体积的消耗。哥本哈根城市心脏研究提供了证据[30和其他地方[31事实上,物理不活动可能在气流阻塞的发生之前,并且它是COPD发育的显着性的缓解因素。此外,最近的数据突出显示了体育活动,作为COPD中所有导致死亡率的强预测因子[11]强调其在该患者组中的重要性,尽管将活动与全身FFM和BMI的测量相比,而不是Quadriceps肌肉散装或强度。与以前的工作一致[14那32],我们发现肺功能与COPD患者的体力活动水平和RV/TLC比值有关,而与FEV无关1%pred,是II-IV阶段疾病中物理活性水平的独立预测因子。USRF.CSA也与RV / TLC比率和IC独立相关,但不是FEV1%pred,强调尽管FEV1可用来分类气流阻塞的严重程度[33它并不能反映这种疾病的真正严重性。越来越多的证据表明,与气流阻塞相比,气体积聚和胸胀是COPD疾病严重程度的更好指标[34那35].我们发现USRFCSA与更高级的患者相比,轻度COPD患者与体力活动的相关性更强。研究组认为,与肌肉萎缩和不活动之间的相关性更明显的轻度COPD患者相比,这些肺部因素对中重度患者的活动更具限制性。
重要的是,在我们的研究中,对照组和轻度疾病患者的FFMI全身测量结果相似,尽管USRFCSA减少,支持将局部废弃作为一个关键因素。废弃也可能增加对全身因素的敏感性,特别是吸烟的影响,吸烟本身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,当观察吸烟引起的股四头肌功能障碍时,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中报告的纤维类型是否从氧化型纤维转变为厌氧型纤维[38是由于缺乏身体活动与全身作用相互作用的结果。
在这项研究中,Z.200/Z.5.已发现与USRF有强烈的关联CSACOPD患者的股四头肌强度;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),细胞内和细胞外空间都被渗透。因此,在这些频率下的生物电阻抗的比值(Z.200/Z.5.)被认为是细胞外水和全身水这两部分分离的指标。与生物电阻抗分析使用包括身高、体重和性别的回归方程来计算无脂肪质量不同,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,该比值越高,疾病的严重程度越高[39].Z.200/Z.5.因此,作为COPD的一种无创生物标志物值得进一步研究。
方法批判
尽管这项研究不能确定因果关系,但在轻度疾病中,体力活动不足和肌肉体积减少之间的关联强烈地暗示了一种机制联系。USRF的潜在作用CSA在检测慢性阻塞性肺病的纵向变化和对干预的反应方面还有待研究。
本横断面研究招募的患者包括在医院门诊就诊的患者以及在二级保健中未就诊的社区患者(表1])。重要的是,本研究中轻度疾病患者的身体活动水平与Watz等等。[14],建议我们的团体代表一般的COPD人口。
usrf的强烈相关性CSACT测量支持使用股直肌作为股四头肌体积的代表,并证实了我们在一个小队列的COPD患者中的初步发现[17].此外,USRF的观察者间和场合间协议CSA本研究中的测量与其他肌肉超声成像类似[40].根据我们的经验,测量误差的关键区域是由于操作员在表面解剖方面的探头位置的准确性和获得的股直肌图像的光标轮廓的不准确,这两者都可能与操作员的培训和经验有关。CT和MRI模式已经被证明在连续测量中比超声有优势,这可能与使用骨标志物测量位置相比,使用表面解剖学。然而,一项使用电肌肉刺激来减少重症监护病房中肌肉消耗的随机对照试验表明,超声测量股四头肌具有强大的潜力,可作为床边成像方式,识别干预后肌肉体积的系列变化[41].
关于本研究中活动的客观测量,每日步数和PAL均被用作日常体力活动的测量,尽管SenseWear臂带监测器已被证明低估了慢速行走时的步数[22].这可能会在结合到回归分析中时,可以考虑这些活动变量统计强度的差异。重要的是,研究参与者表现出良好的符合Senswwear Arm带,以便在COPD和健康主题中与近期数据的佩戴时间保持一致[42].
结论
综上所述,这项研究表明了USRF确定的四头肌消瘦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相关,与气流限制无关。我们的数据表明,股四头肌消瘦不是终末期现象,而是发生在相当少数的COPD患者中,包括早期疾病患者。美国无线电频率CSA有可能成为COPD的生理生物标志物,对这些患者的识别可能指导早期生活方式和治疗干预。
致谢
作者希望感谢A.K. Boutou(尼尔呼吸生物医学研究单位,皇家布鲁姆顿和哈里菲尔德NHS基金会信托基金会和帝国学院,伦敦,英国)在统计分析中的统计输入,并感谢在皇家布鲁姆顿医院(伦敦)肺功能部门的成员。用于测试研究参与者。作者特别要感谢所有参与本研究的患者和健康志愿者。
脚注
通过回答有关本文的问题,获得CME认证。您将在此问题的印刷副本的背面找到这些或在线www.www.qdcxjkg.com/misc/cmeinfo.xhtml
这篇文章有补充资料可从www.www.qdcxjkg.com
支持声明
这项研究由英国医学研究委员会(MRC)资助(批准号G0701628)。N.S.霍普金森是英国临床高级讲师高等教育基金委员会。M.I. Polkey部分由英国皇家布朗普顿医院和伦敦帝国理工学院的NIHR呼吸生物医学研究单位资助。J.M. Seymour是由英国肺基金会资助的(授予PO4/8)。s.a Bloch是MRC临床研究员(授权G0901955)。
利益陈述书
麻省理工学院对波尔基的兴趣声明可以在www.www.qdcxjkg.com/site/misc/statements.xhtml
- 收到了2011年10月2日。
- 公认2012年2月1日。
- ©2012年