关键词：肺疾病，阻塞性；运动试验；生理死腔
摘要 目的：探讨慢性阻塞性肺病(COPD)患者运动中生理死腔量(VD)及其与潮气量(VT)比值(VD/VT)的变化与临床意义。方法：无创性方法测定COPD和健康对照者静息与运动时潮气末二氧化碳分压(PetCO2 )，自动计算出VD及VD/VT比值。结果：COPD组运动能力与运动中最大通气量(VEmax)、最大摄氧量(VO2 max)、最大潮气量(VTmax)、通气储备量(BR)均较对照组低。两组VD运动后均显著增高，组间运动前与运动后差异均无显著性；VD/VT值运动后均显著降低，但COPD组降低程度较小，运动后显著高于对照组。运动后动脉血pH值明显下降。结论：COPD缓解期患者运动中VD变化与健康对照组差异无显著性，VD/VT比值的异常主要由VTmax增加受限引起。
中国图书资料分类法分类号 R 563.9
Dead space/tidal volume ratio change during exercise in patients with COPD
Zheng Cuixia,Xu Fengzhen,Wang Aihua
(Department of Respiratory Diseases,Affiliated Hospital of Bengbu Medical College,Anhui 233004)
Abstract Objective :To study the change in ratio of physiological dead space(VD) to tidal volume(VT) during exercise in patients with chronic obstructive pulmonary disease(COPD) and healthy controls.Methods:End-tidal CO2 pressures(PetCO2 ) were measured with sensormedics NO.2900 system at rest and at the end of exercise in 20 COPD patients and 20 healthy controls.VD and VD/VT were calculated according to Jones' equation.Results: Maximal ventilation(VEmax),Maximal oxygen uptake(VO2 max),Maximal tidal volume(VTmax) and breathing reserve(BR) were lower in COPD group than those in control group(P< 0.01).VD increased significantly at the end of exercise in both 2 groups,but the difference between the 2 groups either at rest or at the end of exercise were not significant.VD/VT ratio decreased significantly after exercise,in both groups the decrease was smaller in COPD group,made VD/VT significantly higher than that of the control group after exercise.The pH of arterial blood decreased significantly.Conclusions: The diffevence in changes of VD during exercise is not significant between the 2 groups.The abnormal response of VD/VT during exercise is mainly due to the restriction of VTmax.
Key words lung diseases,obstructibve;exercise test;physiologic dead space
慢性阻塞性肺病(COPD)的主要病理生理变化是气流阻塞引起通气血流比例失调及肺血管破坏等，引起生理死腔量(VD)及其与潮气量比值(VD/VT)增加，运动时也不能象健康人一样下降[1] 。本文拟探讨无创性方法测定COPD患者及健康人运动中VD与VD/VT比值的变化及其临床意义。
1 资料与方法
1.1 一般资料 COPD缓解期患者20例，男17例，女3例；年龄60.2±7.6岁。肺功能显示阻塞性通气障碍，即第1秒用力呼气量与肺活量比值(FEV1 %)<70%；动脉血气分析显示无呼吸衰竭及潜在的二氧化碳潴留，并排除肺心病及右心功能不全。健康对照组20名，年龄性别与COPD组相同，无心肺疾病史，胸部X线及肺功能均正常。
1.2 方法 (1)运动试验及VD、VD/VT测定：采用美国Sensormedcs NO.2900系统踏车，受试者坐稳，双上肢水平位置于踏车扶手上，夹鼻，经口呼吸室内空气，呼出气连续输入系统进行分析，待输出数据稳定后，测潮气末二氧化碳分压(PetCO2 )，然后进行起始功率为15 W的热身运动，1 min后以15 W/s的速率斜坡式递增运动负荷，到受试者不能耐受时终止运动，并于运动终止前重复测定PetCO2 ，根据Jones'公式法自动计算出VD与VD/VT比值。(2)血气分析：COPD组于运动前与运动后即刻重复采动脉血作血气分析(ABL-3)，测动脉血二氧化碳分压(PaCO2 )、氧分压(PaO2 )、血氧饱和度(SaO2 )、pH值、碳酸氢根浓度(HCO- 3 )等指标。
1.3 统计学方法 采用t检验。
2 结果
2.1 COPD组肺功能 为轻到中度阻塞性通气障碍(FEV1 % 40%～70%)，运动试验结果COPD组与对照组相比，运动时间(T)、功率(W)、呼吸储备(BR)以及最大潮气量(VTmax)、通气量(VEmax)、摄氧量(VO2 max)均减低(见表1)。
表1 两组肺功能与运动肺功能(ni =20;
±s)
| 组别 | VC(L) | FEV1 % (%) | VEmax (L/min) | VO2 max (ml/min) | T (min) | W (W) | BR (L/min) | VTmax (ml) |
| COPD组 | 2.36±0.69 | 55.88±6.92 | 34.07±6.26 | 1 128±333.3 | 4.80±1.47 | 67±28 | 15.20±18.90 | 1 090±360 |
| 对照组 | 3.23±0.51 | 82.68±9.45 | 39.96±5.48 | 1 480±417.0 | 6.05±1.96 | 101±28 | 49.70±?5.60 | 1 440±?61 |
| t | 4.53 | 10.23 | 3.17 | 2.95 | 2.28 | 3.84 | 7.83 | 4.29 |
| P | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.05 | <0.01 | <0.01 | <0.01 |
2.3 COPD患者运动前后的血气分析 pH值运动后显著降低(P<0.01)，余指标均无显著性变化(见表3)。
表2 两组运动中VD/VT变化(ni =20;±s)
| 组别 | VT(ml) | VD(ml) | VD/VT | |||
| 静息 | 运动( ±sd ) | 静息 | 运动( ±sd ) | 静息 | 运动(±sd ) | |
| COPD组 | 570±150 | 530±230** | 168±58 | 114±60** | 0.29±0.06 | 0.03±0.06* |
| 对照组 | 590±150 | 840±310** | 171±49 | 116±69** | 0.30±0.05 | 0.10±0.03** |
| t | 0.42 | 3.59 | 0.18 | 0.10 | 0.57 | 4.67 |
| P | >0.05 | <0.01 | >0.05 | >0.05 | >0.05 | <0.01 |
表3 COPD组血气分析变化(ni =20;±s)
| pH | PaO2 (kPa) | PaCO2 (kPa) | SaO2 (%) | 〔HCO- 3 〕 (mmol/L) | |
| 静息 | 7.42±0.03 | 10.88±1.03 | 4.88±1.03 | 95.64±1.21 | 23.23±3.60 |
| 运动 | 7.38±0.05 | 11.53±2.53 | 4.80±1.36 | 93.98±9.31 | 22.14±3.52 |
| -0.04±0.05 | 0.65±2.27 | -0.08±1.01 | -1.66±9.05 | -1.10±2.53 |
| t | 3.57 | 1.28 | 0.35 | 0.82 | 1.94 |
| P | <0.01 | >0.05 | >0.05 | >0.05 | >0.05 |
3 讨论
COPD患者运动能力下降，伴VO2 max及BR下降，反映通气功能损害是其运动能力下降的主要原因。而通气功能下降在运动中主要表现在潮气量增加受到限制〔2〕 ，运动时VTmax明显低于对照组，而致运动期间过早地动用呼吸频率储备〔1〕 ，并导致COPD患者运动末VD与健康组无明显差异的情况下，VD/VT明显高于对照组，从而降低通气效率。
两组VD运动时均比静息时明显增加，可能是因为呼吸频率加快，呼气时间更明显缩短，引起呼气末肺容量即运动中功能残气量增加。运动时双上肢平抬时肩带肌的固定减弱了呼吸肌功能〔3〕 ，并可能使上胸腔保持在较大肺容量位而进一步增加呼气末肺容量，导致VD运动时增加。本文COPD患者VD增加量与对照组无差别，提示其运动时无明显的通气血流比例失调等病理生理情况参与，实际所测运动前后血气分析也无明显变化。但是，Jones'无创法在病理情况下对VD/VT及VD测定值比实测值(有创法)略低，这种系统性误差在运动时更明显〔4〕 ，因而也可能掩盖了COPD组与对照组间可能存在的VD变化的差异。
两组VD/VT比值静息时无明显不同，运动后均显著降低，使通气效率提高，单位通气量中的肺泡通气量增加。这种变化系由于VT明显增加而非VD下降所致。COPD组VT增加较少，因而VD/VT降幅较小，并且有6例VD/VT增加，提示其运动时可能有通气血流比例失调的增加，也可能是运动刺激气道阻塞加重所致。但运动时VD/VT增加者与不增加者之间肺功能损害程度差异无显著性。有资料显示，FEV1 %是常规肺功能指标中与COPD预后关系最明显的指标〔5〕 。笔者发现，COPD患者运动前后VD/VT比值及其变化与FEV1 %均无相关性，也可反映VD/VT变化与疾病严重性及预后无关。
COPD患者运动前后动脉血pH值明显降低，表明其运动时机体发生了代谢性酸中毒，这种代谢变化在健康人中等水平的运动时即可发生，并可通过呼吸代偿而保持血pH值相对稳定，而COPD患者呼吸代偿功能降低，运动时pH值降低，但PaCO2 与〔HCO- 3 〕均未出现明显变化。
笔者认为，COPD缓解期患者运动中VD变化与健康人无明显差别；VD/VT比值的降低系由于运动中VT增加所致，COPD组运动中与对照组变化的差别主要由于VT增加受限所致，也可能与运动刺激气道阻塞加重有一定关系。
参考文献
1 Wasserman K,Hansen JE,Sue DY,et al.Principles of exercise testing and interpretation.Philadelphia:Lea & Febiger,1987.32～39
2 徐凤珍，郑翠霞，王爱华.慢性阻塞性肺病患者运动时潮气量改变.蚌埠医学院学报，1996，21(1)∶15
3 Martinez FJ,Couser JI,Celli BR.Respiratory response to arm elevation in patients with chronic airway obstruction.Am Rev Respir Dis,1991,143(2)∶476
4 Mak IZ,Albert M.Estimated vs actual values for dead/tidal volume ratio during incremental exercise in patients evaluated for dyspnea.Chest,1994,106(1)∶131
5 陈建荣，蔡映云，董鹤嘉，等.肺功能对慢性阻塞性肺疾病患者远期预后的影响.中华结核和呼吸杂志，1997，20(2)∶79
收稿日期 1999-03-02 , 百拇医药