静息过度充气（IC/TLC）预测COPD患者递增穿梭步行距离（ISWD）的机制探索与临床意义

　　本研究通过前瞻性观察发现，慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者静息过度充气指标（IC/TLC）与递增穿梭步行距离（ISWD）显著相关（rs=0.59, p=0.02），且独立于年龄与身高。尽管患者运动终止主因并非呼吸困难（BORG评分中位5/10），但IC/TLC、振荡反应性（Xrs5）及弥散能力（DLCO）共同提示过度充气可作为COPD整体功能受损的生物标志物，为个体化康复策略提供新视角。

　　

引言

慢性阻塞性肺疾病（COPD）的核心症状为劳力性呼吸困难，而递增穿梭步行试验（ISWT）作为一种外部节奏的运动测试，与患者死亡率、再入院率及对支气管扩张剂和肺康复治疗的反应密切相关。ISWT距离（ISWD）与峰值摄氧量的相关性优于六分钟步行试验（6MWT），但关于ISWD的生理决定因素在COPD中的研究仍较为有限。既往研究指出气体陷闭（RV/TLC）与ISWD相关，但并未专门评估吸气容量（IC）及IC与总肺容量比值（IC/TLC）的作用。过度充气被认为是COPD运动受限的关键因素，其机制在于运动过程中终末吸气容积接近TLC时，呼吸困难加剧导致运动终止。呼气流量限制（EFL）与动态过度充气的发生密切相关，并关联运动耐量的降低。振荡反应性（Xrs）反映呼吸系统的弹性特性，对气道狭窄和闭合导致的肺去募集敏感，其中5Hz下的Xrs（Xrs₅）与气体陷闭和过度充气指标（如RV/TLC）密切相关，并能通过呼气和吸气Xrs的差异（ΔXrs）预测EFL。本研究旨在探讨Xrs、EFL（通过ΔXrs评估）及过度充气（通过IC/TLC评估）与COPD患者ISWD及ISWT诱导呼吸困难的相关性。

材料与方法

本研究为探索性、前瞻性观察研究，纳入当前或曾有吸烟史（≥10包年）、年龄＞40岁、经医师诊断为COPD的患者。排除近8周内有COPD急性加重、存在显著心肺或肌肉骨骼疾病及其他主要合并症的患者。诊断通过后支气管扩张剂FEV₁/FVC比值≤正常下限确认。所有受试者均签署知情同意书，研究获伦理委员会批准。肺功能检测包括肺量测定、体容积描记法及弥散能力（DLCO）测定，均遵循美国胸科学会（ATS）/欧洲呼吸学会（ERS）标准，采用GLI方程计算Z值。振荡阻力（Rrs）和反应性（Xrs）使用TremoFlo设备测量，质量控制基于实验室标准协议。Xrs₅用于主要分析，因其最能反映动态顺应性和呼气流量限制。IC通过振荡设备测量三次慢速最大吸气呼吸计算平均值，过度充气通过IC/TLC比值评估。EFL通过ΔXrs≥2.8 cmH₂O/(L/s)判断。ISWT按ERS/ATS技术标准在10米区间进行，患者停用长效支气管扩张剂24小时、短效6小时。测试期间记录氧饱和度、心率和改良BORG呼吸困难评分，进行两次ISWT，取最佳距离（ISWD）结果。症状严重度通过圣乔治呼吸问卷（SGRQ）和COPD评估测试（CAT）评估。数据分析采用Spearman相关和线性回归。

结果

患者 demographics

共纳入25例COPD患者，平均年龄70.96（8.82）岁，48%为女性，平均BMI 27.2（4.94）kg/m²。76%患者使用三联吸入疗法，常见合并症为高血压（48%）、肌肉骨骼疾病（48%）和焦虑（28%）。气流阻塞程度中等，平均FEV₁ Z值?2.54（0.83），FEV₁/FVC Z值?3.12（0.82）。坐位阻力（Rrs₅）Z值正常（1.03（1.7）），坐位反应性（Xrs₅）Z值中度降低（?3.65（3.24））。平均ΔXrs₅为2.02（2.47）cmH₂O/(L/s)，32%患者存在静息EFL。DLCO Z值中度降低（?3.10（1.73））。IC Z值正常（?0.62（0.90）），IC/TLC为0.32（0.08）L，RV/TLC Z值正常（1.59（0.83））。IC/TLC与年龄（r_s = –0.52, p=0.009）和身高（r_s = 0.48, p=0.017）相关，与FEV₁ Z值、FEV₁/FVC或DLCO无显著相关。Xrs₅与IC/TLC（r_s = 0.48, p=0.02）和RV/TLC（r_s = –0.56, p=0.005）相关，与FRC/TLC无关。

步行试验结果

中位ISWD为350（210–440）米，平均预测距离百分比66.4（27.9）%。平均终点氧饱和度降低（89.2（6.35）%），终点心率升高（115（17.8）次/分），达预测最大心率77.3（10.1）%。中位BORg基线0（0.0–1.0），终点5（4.0–5.5）（“严重”）。85%患者因无法维持速度终止测试。

肺功能与步行结果的关系

ISWD与年龄负相关（r_s = –0.43, p=0.033），与身高、BMI无关。ISWD与IC/TLC强相关（r_s = 0.73, p<0.001），与DLCO Z值边缘相关（r_s = 0.42, p=0.045）。Xrs₅与ISWD相关，但Xrs₅ Z值不显著。校正年龄和身高后，IC/TLC仍与ISWD强相关（r_s = 0.59, p=0.02）。线性回归中DLCO Z值仅贡献6%方差，不显著。FEV₁ Z值、FEV₁/FVC Z值、IC Z值、Rrs或ΔXrs均非ISWD预测因子。预测步行距离与FEV₁ Z值（r_s = 0.52, p=0.009）、RV/TLC Z值（r_s = –0.42, p=0.045）及IC Z值（r_s = 0.42, p=0.04）相关。呼吸困难（BORG差异或斜率）与所有参数无关。

症状评分与步行结果的关系

肺功能或振荡参数与SGRQ或CAT评分无显著相关。SGRQ症状子评分与较低步行距离相关（r_s = ?0.41, p=0.04），但总评分与ISWD或呼吸困难无关。

讨论

本研究的创新发现为静息过度充气（通过IC/TLC评估）、Xrs₅和年龄是ISWD的预测因子，而 spirometry 或EFL（ΔXrs）不是。多变量回归中IC/TLC是ISWD的唯一预测因子。尽管存在强关联，呼吸困难并非运动终止主因，多数患者因无法维持速度停止，表现为次最大心率和呼吸困难评分。这表明过度充气可能非运动限制机制，而是功能受损的替代标志。既往研究报道IC与ISWD相关，但未校正TLC、年龄或身高。较大规模研究中最强决定因子为弥散能力和FEV₁%预测值，但FEV₁相关性仅见于重症患者。尽管本研究中患者未报告呼吸困难为限制因素，但动态过度充气和通气限制可能表现为无法维持速度。未测量运动IC限制了动态过度充气的评估。终点BORG低于既往骑行测力研究，且多数骑行研究以呼吸困难为终止原因，支持本研究的异质性。过度充气非COPD限制因素的观点已有报道，部分研究显示“过度充气者”与“非过度充气者”运动时长和呼吸困难无差异，支气管扩张剂减少动态过度充气并未改善平均运动时长。样本量差异和COPD异质性可能导致结果不一致。年龄与步行距离负相关符合健康人群研究，反映关节肌肉的年龄效应及最大步行速度降低。Xrs₅与ISWD相关，但其他过度充气指标（如RV/TLC、TLC）无关，提示IC/TLC和FRC/TLC或更能反映整体机械损伤和步行中的潮式呼吸力学。ΔXrs₅与气体陷闭和过度充气指标相关性弱，与先前较大样本研究相反，可能解释其与运动限制无关。患者报告症状（SGRQ症状子评分）与较低步行距离弱相关，但ISWD与生活质量评分无关，表明ISWD反映肺功能和功能储备，而非日常生活中的自我调整生活质量。

研究主要局限为小样本量，结果难以推广至更重气流阻塞或过度充气患者（本研究基线IC和RV/TLC Z值正常）。未测量运动IC限制动态过度充气评估。使用Oostveen振荡参考方程可能因设备差异带来偏差。结论静息过度充气是COPD患者ISWD的强决定因子，独立于年龄，而spirometry和EFL不是。运动限制机制与患者报告呼吸困难无关，表明过度充气或是整体疾病严重度的标志，而非单独驱动因素，但需更大样本和运动过度充气测量验证。结果支持COPD运动康复的整体多学科 approach，识别过度充气外的运动限制决定因子或有助定制运动方案。

伦理批准

研究获Northern Sydney Local Health District伦理委员会批准（2021/ETH01142），所有受试者签署知情同意书。

作者贡献

M.S.和G.K.设计研究，M.S.、D.T.、D.C.和K.B.执行实验，M.S.和G.K.分析数据及解释结果，M.S.制备图表和起草文稿，所有作者修订并批准最终稿。