摘要
为了探讨其潜在机制,本研究作者研究了肺康复对慢性阻塞性肺疾病患者运动时总胸壁和室室容积(胸腔、腹腔)调节的影响。
共20例患者(1秒用力呼气量,平均±扫描电镜39±3%)每周进行3天高强度运动-112周。康复前后,通过光电容积描记术计算呼气末胸壁容积(cw)和吸气时胸壁容积(EIV)在增加运动至耐受极限(W峰).
康复明显改善W峰(57±7与47±5 W)。在康复后和相同的工作率下,观察到分钟通气显著减少(35.1±2.7)与38.4±2.7 L·分钟-1),呼吸频率(26±1与29±1呼吸·分钟-1)和EEV连续波和EIV连续波(分别为182±79 mL和136±37 mL)。吸气储备量显著增加(148±70 mL)。体积减少归因于腹部EEV和EIV的显著变化(分别为163±59 mL和125±27 mL)。W的改善峰在运动期间进行性过度充气的患者和没有进行性过度充气的患者中相似(分别为24%和26%)。
总之,肺康复通过减少腹部容积来降低运动时胸壁容积。康复后运动能力的改善与运动诱导的动态恶性膨胀模式无关。
治疗干预,如使用支气管扩张剂1,2,补氧3.,4肺移植5还有肺减容手术6,7已经有文献证明,在次最大运动期间,通过减少肺容量,可以增加慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者的运动耐受性。此外,COPD的运动训练也被证明可以通过减少给定运动水平下的呼吸驱动和呼吸不适来提高运动表现8.最近,Porszaszet al。9显示康复后运动耐受力的增强是由动态恶性充气的改善所介导的,只是部分原因,因为相当一部分患者的运动能力得到了改善,但呼气末动态恶性充气却没有减少。同样,Puente-Maestuet al。10据报道,重度COPD患者运动耐受性改善的50%原因是呼气末肺容量的减少。这些发现提示除了动态恶性膨胀的改善外,其他因素可能有助于康复后运动耐受性的提高9,10.这些因素可能涉及减少潮汐量的机械限制(VT)扩张,改善心输出量,减少呼吸肌肉和运动肌肉之间的竞争,以获得可用的氧气供应和运动肌肉的再调节9- - - - - -11.
此外,已知并非所有COPD患者在运动过程中都会进行性过度充气。有报道表明,除了运动开始时动态过度充气的患者外,也有患者在运动中减少呼气末容积(EEV)12或在接近最大运动工作率(WR)之前不改变EEV,也称为晚期过度充气症(LH)13.因此,后两类患者的运动限制与呼气末动态恶性充气无关,因此,简单地跟踪运动期间EEV的变化并不能提供所有可以调节干预后运动表现改善的呼吸因素的信息。因此,评估所有操作容积对于理解在运动中采用不同呼吸策略的患者康复后提高运动能力的呼吸机制非常重要。
因此,本研究的主要目的是通过光电容积描记术(OEP)评估运动训练对COPD患者运动期间所有手术胸壁容积的影响。据推测,由于运动训练可以减少呼吸的需要和呼吸频率(fB)进行特定水平的次最大运动8- - - - - -10,这将减少胸壁呼气末(EEV)连续波)和吸气末容积(EIV连续波),以便在较低的手术胸壁容积下实现所需的肺泡通气。假设胸壁容积在总肺活量(TLCV连续波)不会受到训练、EEV调整的影响连续波会增加吸气储备胸壁容积(IRV连续波),从而减轻呼吸困难的感觉,增强运动耐力。此外,为了更好地了解运动训练后胸壁体积调节改善的潜在机制,我们还研究了康复对胸腔和腹壁体积调节的影响。
方法
主题
共有20例临床稳定的COPD患者符合以下入组标准:1)支气管扩张剂后1秒用力呼气量(FEV)1) <50%预测和FEV1/用力肺活量(FVC) <65%,无明显可逆性(初始FEV <12%变化)1值);2)根据全球慢性阻塞性肺病倡议优化药物治疗14;3)没有其他可能导致运动受限的重大疾病。
研究设计
患者参加了主要由运动训练组成的肺部康复计划。最初,对患者进行肺功能评估。之后,他们进行了增量循环运动测试,以达到耐受极限(W峰)。该方案完成后又进行了同样的程序。
康复计划
康复方案包括有监督的运动训练,在12个星期的期间内每周进行三次训练。参加康复计划的患者进行恒负荷(最初为60% W峰30分钟;n = 10)或间隔(最初为100% W峰, 30 s工作与30 s休息交替进行,持续45 min;n = 10)在电磁制动循环ergeter (EC-1600 CatEye Ergociser;CatEye公司,大阪,日本)之前在其他地方描述过15- - - - - -17.WR以每周为基础增加,稍后详细说明。
肺功能评估
肺活量测定,一氧化碳肺转移因子(Masterlab;Jaeger, Wurzburg, Germany)和通过体体积描记术(Medgraphics Autolink 1085D;医学图形学,圣保罗,MN,美国)根据推荐的技术进行18.
运动测试方案
在进入康复计划之前,所有患者都在电磁制动循环测功仪(Ergoline 800;传感器医疗,阿纳海姆,CA,美国)。测试包括3分钟休息(R)期间的测量,然后是3分钟的空载踩踏板和逐渐增加负荷(增加5或10 W·min)-1)至W峰.测试过程中,记录呼吸时的口部流速及气体交换变量(Vmax 229;传感器医务人员)。心脏频率(fC)和通过脉搏血氧仪测量的动脉氧饱和度,使用12导联在线心电图的R-R间隔来确定(Marquette Max;Marquette Hellige GmbH, Freiburg, Germany)和脉搏血氧计(Nonin 8600;Nonin Medical, Plymouth, MN, USA)。在整个运动过程中,使用1-10 Borg量表每2分钟监测一次症状评分19.采用v型斜率法检测摄氧量(V 'O2)时厌氧阈值(at)发生,而在V 'O2作为WR的函数(ΔV 'O2/ΔWR)计算为有氧工作效率指数20..此外,通过除法计算氧脉冲,表示每拍时外周组织抽取氧气的体积(stroke volume的指标)V 'O2通过fC20..
手术胸壁容积测量
吸气末容积(EIV)和总胸壁及其隔室,胸腔和腹部的EEV,用OEP测量,如前面在其他地方描述的那样13,21- - - - - -23.确保TLCV连续波在康复前和康复后的运动中保持不变,患者被要求在休息期间进行吸气能力练习,在整个增量测试中,根据先前描述的方法,每2分钟进行一次空载骑行23,24.伊夫连续波用OEP计算TLCV连续波和EIV连续波.运动期间胸壁体积变化的可重复性是在四个患者的亚组中建立的,在两个不同的情况下进行研究,期间没有肺康复。
统计分析
数据以均数±表示扫描电镜.采用重复测量的双因素方差分析(Two-way ANOVA)来确定组内和组间不同时间点胸壁体积的统计学差异,然后采用Tukey检验事后分析。各组间肺功能和运动特征的基线差异采用独立t检验,各组康复前后运动特征的基线差异采用配对t检验。采用最小二乘法进行线性回归分析。p<0.05为差异有统计学意义。
结果
基线患者特征
在基线时,患者的特征是严重的气流限制和适度降低扩散能力,如表1所示⇓.患者静息时肺活量、功能剩余容量、剩余容积增加,表现为过度充气。他们的运动能力严重受损(表2⇓).与基线测量值相比,康复后肺功能特征无明显变化。
运动训练计划
在整个康复计划中,两种训练方式持续的平均强度逐渐增加,第4、8和12周分别对应于基线W的105±13,115±13,130±16%峰分别达到基线W的63±3、72±5和81±5%峰在恒负荷训练期间,分别。平均训练强度检查(117±15与基线W的72±5%峰为间隔与恒定负荷训练(分别)显示,在两种训练制度下持续的总工作量没有显著差异。
康复后运动耐力
康复后,W峰(p = 0.001),运动耐力总时间(p = 0.001),峰值V 'O2(p = 0.001)和AT (p = 0.011;表2⇑).在一个相同的野生动物保护区(即。(p = 0.044)时,分分钟通气显著减少(V 'E(p = 0.045)的显著降低fB(表3⇓).这使得呼气时间显著增加(tE;P = 0.039),因为吸气时间变化不显著(P = 0.33;表3⇓).在相同的WR下,与训练前的运动测试相比,训练后的呼吸困难感觉显著降低(p = 0.042)(表3)⇓).上述所有变量的变化幅度在两种训练方式之间没有显著差异。
手术胸壁容积
胸壁体积测量的可重复性是通过在两种不同的情况下对四名患者进行测试来评估的,在此期间没有进行康复。在EIV中发现了与休息(Δ)的变化之间的密切相关性连续波, EEV连续波和IRV连续波记录所有运动阶段(图1)⇓).两次测量值之间的线性回归分析(即。第一个和第二个)提供了以下公式:
a)呼气末胸壁容积(ΔEEV连续波), b)吸气末胸壁容积(ΔEIV连续波)和c)吸气储备胸壁容积(ΔIRV连续波)由光电容积描记术计算,在33%增量运动到极限公差(W峰;•),在66% W峰(□)和100% W峰(▪)。对四名患者进行了两次研究,在此期间未进行康复治疗。还显示了标识线(-----)。
ΔEIVcw2nd= 1.112 Δeivcw1st−0.0085 (r = 0.97, p<0.001)
ΔEEVcw2nd= 0.983 Δeevcw1st−0.0074 (r = 0.93, p<0.001) (2)
ΔIRVcw2nd= 1.188 Δirvcw1st+0.127 (r = 0.92, p<0.001)
康复治疗对手术胸壁体积的影响见图2⇓.EEV的变化连续波和EIV连续波两者都表现为与休息的差异(ΔEEV连续波和ΔEIV连续波(p = 0.028, p = 0.042)康复后与康复前相比显著降低(图2a⇓).TLCV连续波在康复后,增量运动期间没有改变(图2⇓).
肺康复计划实施前(▪,•和▴)和实施后(□,〇和▵)a)总胸壁、b)胸腔和c)腹部的体积变化(R)、空载骑行(0)和增量运动期间(以康复前工作率峰值的百分比表示)。•和〇:灵感的终结;■及□:到期结束;▴和▵:总肺活量下的总胸壁容积。所有卷都被引用到EEV连续波休息(-----)。*:康复前后p<0.05。
重建后的同一水塘(即。(康复前峰值),ΔEEV连续波显著降低182±79 mL (p = 0.028;表3⇑),以及ΔEIV连续波136±37 mL (p = 0.043)。IRV显著增加(p = 0.011)连续波在相同的WR下,康复后增加148±70 mL,同时IRV比例显著增加连续波通过TLCV连续波(p = 0.045;表3⇑).增量运动期间操作容积的这些变化归因于平均腹部EIV(125±27 mL, p = 0.020)和EEV(163±59 mL, p = 0.046;图2 c⇑).因此,腹部EEV和EIV的变化与ΔEEV相关连续波(r = 0.92, p = 0.009)和ΔEIV连续波(r = 0.91, p = 0.025)。此外,每个个体康复后腹部EEV和EIV的变化与个体运动耐力时间的变化显著相关(r = -0.68, p = 0.006, r = -0.51, p = 0.041)。康复后,胸腔室EIV和EEV保持不变(图2b⇑).手术总胸壁体积和室室壁体积在W康复前后没有明显变化峰(图2⇑).
动态恶性通货膨胀的模式
在康复之前,11例患者的特征是进行性动态恶性通货膨胀(EH),如ΔEEV的显著增加(p = 0.026)所示连续波从运动第一阶段(空载蹬车,0瓦)达到605±128毫升(瓦)峰(图3⇓);而其余患者以动态恶性膨胀(LH)晚期发展为特征ΔEEV连续波显著增加(p = 0.042;图3⇓)只在W峰(表4⇓).
在(a, c, e)和(b, d, f)肺康复计划之前(a, c, e)和之后(b, d, f)肺康复计划期间休息(R)、空载骑行(0)和增量运动期间a, b)总胸壁、c, d)胸腔和e, f)腹部的体积变化,以早期过度充气患者(EH;□和〇)以及晚期过度充气(LH;▪和•)。□与▪:灵感终结;〇、•:过期结束;▵:EH总肺活量下的总胸壁容积;▴:LH总肺活量下的总胸壁容积。所有容积均为呼气末休息时胸壁容积(----)。----:运动时胸壁总体积。*: EH和LH之间p<0.05。
EH和LH之间的肺容积和肺活量特征的比较显示,绝对FEV和预测FEV明显更高1和FVC(表1 .⇑),与EH相比,LH的静息恶性膨胀程度显著降低(表1⇑).在康复前的运动中,W峰EH组明显更高,尽管他们的基线肺功能受损更严重。此外,除了上述的差异在ΔEEV连续波EH组和LH组之间的比值为ΔV 'O2/ΔWR和V 'E相对于W处的外部WR峰, (即。峰V 'E/峰值WR), EH和LH之间也有显著差异V 'E,VT和IRV连续波在W峰康复前(表4⇑).
康复后EH和LH均明显改善W峰(分别增加了24%和26%),达到峰值V 'O2(分别降低21%和18%)、氧脉冲(分别降低18%和17%)、AT(降低25%)和峰值比值V 'E/峰值WR(分别增加17%和14%;表4⇑).在相同的WR下,EH和LH均显著降低(p<0.05)V 'E(增加3.2±1.5和3.5±1.8 L·min-1呼吸困难感(分别减少1.0±0.3和0.9±0.2)。如表4⇑在W, EH和LH康复后达到相似水平峰康复前IRV和呼吸困难症状。这些变量的变化幅度在EH和LH之间,以及在间隔和恒负荷训练方式之间没有显著差异。
两组康复前后胸壁总容积及室室容积见图3⇑.康复前ΔEEV连续波EH和LH的腹部EEV有显著差异(图3a⇑EH和LH的这些显著差异在康复后仍然存在(图3b)⇑(f). EH与LH间室容积无差异。
讨论
本研究的主要发现如下:1)康复减少V 'E而且fB在一定的运动水平下,以及手术胸壁体积;2) EEV的降低连续波和EIV连续波是由于腹部的变化,而不是胸腔的变化;(3)运动中进行性过度充气(EH)和无进行性过度充气(LH)的患者运动能力的改善相似。
根据之前的研究8- - - - - -10,目前的康复运动训练计划诱导明显改善的峰值运动能力,峰值V 'O2以及慢性阻塞性肺病患者的AT。这些改善已被证明与康复期间实施的运动训练方式无关16,17.同样,在本研究中,恒负荷和间歇运动训练在增强运动耐力方面同样有效。此外,在相同的WR下,通气需求显著减少,fB因此,呼吸困难的感觉。的类似幅度的减少V 'E以前也有过运动训练后的报告8- - - - - -10.减少fB产量显著增加tE这一反应使得每次呼吸都能使肺排空更多8- - - - - -10.康复运动训练后的这种适应被证明与较小的EEV有关连续波和EIV连续波在一定的运动水平下,由于TLCV连续波保持不变,IRV连续波显著改善,从而大大降低了呼吸困难的感觉。
在相同的WR下,运动训练后呼气末动态恶性膨胀的变化幅度(182±79 mL)与其他治疗干预(包括康复)的变化幅度相当1- - - - - -10.支气管扩张剂1可以降低调节胸壁体积,但是,在运动中保持相同的增加模式,但将它们转移到较低的操作点。由于本研究患者接受最佳药物治疗,康复后静息肺功能不变,运动时胸壁体积的改善应主要归功于康复的作用。
康复后运动时手术胸壁体积的减少主要反映在腹部,而不是胸腔(图2)⇑).腹间室的变化反映了膈肌活动的变化25结果显示,呼气末动态恶性膨胀会损害该功能26.与康复前相比,康复后腹部EEV的下降可能是腹肌活动增加或长期运动的结果tE腹肌收缩增加。的确,由于较低fB,tE在相同的WR中,康复后明显延长(表3⇑).呼气时腹肌收缩在COPD患者休息时很常见12在某些情况下,在运动中会变得更大13.这种收缩可以帮助在吸气肌和呼气肌之间划分呼吸工作27.在健康的受试者中,呼气时腹部向内的位移储存了弹性能量,当释放时,通过允许隔膜下降来帮助灵感27康复后的情况也可能如此。
本研究首次根据运动过程中EEV变化的模式对患者进行分层,以检验康复性运动训练的效果。在运动中表现出进行性呼气末动态恶性膨胀的患者与Vogiatzis所描述的EH相似et al。13.呼气末动态恶性充气仅在W峰由Vogiatzis描述et al。13如LH,在某种程度上也类似于阿里沃提所描述的et al。12因为他们能够在整个运动过程中降低腹部EEV。在Aliverti的研究中et al。12在本研究中,EH在基线时表现出比LH更好的运动能力,尽管基线肺功能特征更差(表1)⇑和图4⇑).因此,有必要认识到EH和LH在有氧工作效率方面的重要差异。
在运动过程中不允许肺EEV进行性上升,如在LH的情况下,已被证明可大大增加COPD患者的呼吸功,主要是由于呼气时呼气(腹部)肌肉的更大招募12.此外,在W峰LH显著升高VT而且V 'E与EH相比,尽管峰值相似V 'O2(表4⇑).因此,建议增加……是合理的V 'O2在LH中,由于呼吸做功的增加,可以有效地争夺更大的全身份额V 'O2,从而减少了腿部肌肉的能量28,29.与肺功能受损或动态恶性膨胀相比,肢体肌肉代谢需求的氧供应不足可能在限制某些COPD患者的运动能力方面发挥更主要的作用29,30..这或许可以解释为什么LH组在W组运动时间更短峰(表4⇑),其峰值WR较低,且具有较高的ΔV 'O2/ΔWR与EH的比较。
无论呼气末动态超充气模式如何,EH和LH对运动时外周肌肉的峰值工作能力和最大氧气运输和提取能力都有相似程度的改善。这样,整个身体的改善程度V 'O2EH和LH的氧脉冲(代表冲程量)和AT基本相同(表4)⇑),因为在增量测试中,在相同的WR下,所需的通风量会减少。这一发现由Porszasz报道et al。9,这可能解释了为什么训练后呼气末动态恶性膨胀没有减少的患者仍然受益于肺康复。
综上所述,本研究结果表明康复性运动训练可有效降低慢性阻塞性肺疾病患者运动时的手术胸壁体积。这些减少主要是由于腹部隔室的呼气末和吸气末容积的减少,反映了呼气时间的延长和可能是训练诱导的呼吸肌适应。在康复后将操作量转向较低的操作点,导致吸气储备量增加,从而允许运动耐受性延长,而潮量扩张受到严重限制。康复后运动能力的改善与运动中呼气末动态恶性充气的模式无关,因为早期和晚期恶性充气患者的工作和氧气利用能力都得到了类似程度的改善。
- 收到了二零零六年九月十五日。
- 接受二零零六年十月三十日。
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