郭忠良 蔡映云 朱蕾 梁永杰 顾宇彤杨文兰

摘要

目的 观察氧疗对中重度慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者运动能力、运动时血氧饱和度和生理指标的影响。方法 选择30例中重度COPD患者，应用自行车功率仪分别在吸空气和30％氧气条件下进行两次增量运动试验，同时监测血氧饱和度、心率和胸腹呼吸运动协同性，并进行Borg评分。结果 在第一、第二级运动负荷时，氧疗对低氧血症组和无低氧血症组的影响十分接近。但在第三级运动负荷及最大可比负荷时氧疗能降低低氧血症组的VE、VCO2、DI、HR、Borg评分，而对无低氧血症组则影响不明显。极量运动时氧疗使低氧血症组总运动时间、最大运动负荷、最大每分氧耗量和运动时最低血氧饱和度均显著提高，但对每分通气量、呼吸频率、潮气量、CO2排出量、气急指数、心率和TCD/VT等指标均无明显影响。吸氧对无低氧血症组各项指标均无显著影响。结论 氧疗能显著提高运动时低氧血症患者的运动能力和运动时最低血氧饱和度，同时降低相同运动负荷时的每分通气量、CO2排出量、心率和呼吸困难程度；氧疗对运动时无低氧血症患者能降低初始负荷运动时每分通气量和CO2排出量，但对最大运动能力无明显的影响。同济大学附属东方医院呼吸内科郭忠良

关键词 慢性阻塞性肺病 运动试验 低氧血症 氧疗

The Effects of Oxygen Therapy on Exercise Capacity in

Patients With Stable Moderate to Severe COPD

Gup Zhongliang, Cai Yingyun, Liang Yongjie, et al.

Department of Pulmonary Disease, Zhongshan Hospital,

Shanghai Medical University, Shanghai, 200032

                               Abstract

Objective To evaluate the effects of oxygen therapy on exercise capacity, blood oxygen saturation(SaO2) and the parameters of exercise reaction. Methods Thirty patients with stable moderate to severe COPD were included. All patients performed incremental exercise test with ergometer twice while breathing either air or 30%oxygrn. Heart rate(HR), SaO2,blood pressure and thoracoabdominal motion ( assessed by TCD/VT) were monitored during exercise. Results 14 of 30 patients were desaturation with SaO2 lower than 90% during exercise testing (hypoxaemia group).The effects of oxygen therapy to patients with hypoxeamia was similar to those with  non-hypoxaemia during first and second degree workload. A significant improvement in minute ventilation (VE), carbon dioxide output (VCO2), dyspnea index (DI) , Heart rate (HR) and Borg visual analog scale (Brog Scale) were found in hypoxeamia group during third and highest degree workload while breathing 30% oxygen. Oxygen therapy to hypoxeamia group could also obviously increase exercise time (Ttotl) from 3.1to 4.5 min, maximal workload(Wmax) from 31 to 46 Watt, and maximal oxygen uptake (VO2max)from 695 to 780ml/min, and lowest SaO2 from 85 to 95%, but no obviously increase in Ttotl, Wmax and VO2max occurred to non-hypoxeamis group while breathing 30% oxygen. Conclusions Oxygen therapy might provide beneficial improvements in SaO2 and exercise capacity in patients with hypoxeamia induced by exercise, improve ventilatory reaction and dyspnea, reduce heart rate and CO2 output. But there is a little effect in those with non-hypoxaemia by oxygen therapy.

Key Word: Chronic Obstructive pulmonary Disease ; Exercise; Hypoxaemia; Oxygen therapy       

    慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者运动能力往往低于同龄正常人，部分患者运动时可出现明显的低氧血症。运动时低氧血症可导致肺动脉压升高、心肌射血能力下降、心律失常、骨骼肌有氧代谢障碍等不良后果，并使运动能力进一步下降。因此纠正运动时低氧血症有一定的临床意义。目前国内外对静息时有低氧血症的COPD患者进行长期氧疗的疗效已基本肯定，但对运动时低氧血症患者在运动时氧疗的效果尚有争议，此外运动时氧疗对每分通气量(VE)、潮气量（VT)、氧耗量（VO2）二氧化碳排出量（VCO2）、气急程度和胸腹呼吸运动状况等影响的报道较少。本文通过能耗测试仪、呼吸感应性体表描计仪、脉氧仪等监测COPD患者运动反应，并且比较氧疗对上述生理指标的影响，进而探讨氧疗的效果。

1        对象和方法

1.1对象 经询问病史、体格检查、胸部X线和肺功能检查确诊的中重度COPD患者30例，其中男性26例，女性4例，平均年龄65.3±8.6(43-83)岁，身高164.9±7.1(149-184)cm，体重60.2±14.6(42-95)kg。30例中 24例有吸烟史。试验者一秒率(FEV1/FVC)均<70％，静息血氧饱和度(SaO2)≥90％，并且无合并支气管哮喘、高血压、冠心病、糖尿病或其它影响心肺功能的疾病。

1.2主要仪器设备及材料 GOULD-9000Ⅳ自行车运动试验仪(美国）；呼吸感应性体表描记仪(Respigraph NMS Inc)；HEWLETT PARKARD GMBH脉氧-心电-血压监测仪(德国)；压缩空气和30％ 氧混合气(余为氮气)由上海澎浦液化气供应中心提供，120升常压储气袋由杭州塑料制品厂提供。

1.3方法 受试患者均进行两次运动试验，每次间隔45-60分钟，分别在吸空气和30％氧气(平均吸氧浓度为30.1±0.3％)状况下进行，吸空气和30％氧气的顺序随机分配。氧浓度测定方法为：根据氧的电磁极性原理通过运动试验仪内氧分析器进行，先用两种标准气体氧浓度进行定标，然后测定吸入气体氧浓度。

1.3.1运动试验 开机预热一小时以上，然后校正氧和二氧化碳零点及量程，肺量计容量定标。向受试者介绍注意事项及要求。受试者取骑坐位，调整座垫至合适位置，口含管连接能耗测试系统。用脉氧-心律-血压监测仪监测SaO2、HR、BP。初始负荷(W)约为FEV1毫升数的1/70，每次递增负荷、恢复运动负荷等于初始负荷。运动过程按静息状态四分钟，空负荷运动、初始负荷运动各一分钟，随后每分钟增加一次负荷，直至运动极限，转为恢复运动3-5min[1]。要求踏车转速保持在50-60r/min,身体不离座。达到极量点即结束试验。运动中记录各个运动负荷的VO2、呼吸频率(RR)、VE、VT、VCO2、呼吸交换率(R)和气急指数(DI)，极量运动指标用max或min表示，占预计值比用％pred表示。运动中每分钟进行一次Borg呼吸困难评分，评分范围为0-10分，完全无气急为0分，极度气急为10分。预先向患者说明评分方法，使患者充分理解和掌握，运动中每分钟患者根据呼吸困难程度指示1次。运动前及运动中应用呼吸感应性体容积描记仪监测胸腹呼吸状况，记录胸腹呼吸运动与潮气量之比(TCD/TV)，以观察胸腹呼吸运动协同性，方法为把描记仪的两条感应带置于胸部和腹部，用肺量计定标后记录上述指标。

1.4统计分析 根据运动末SaO2是否低于90％分为无低氧血症组和低氧血症组。用SAS软件计算均数和标准差，组间比较采用t检验。

2  结果

    在吸空气状态下运动时30例患者中有14例运动时SaO2min低于90％（低氧血症组），其余16例运动时SaO2min≥90％（无低氧血症组）。两组年龄、身高、体重比较均无显著性差异(参见表1)。

2.1氧疗对等负荷运动时呼吸生理指标的影响：

  吸氧和吸空气情况下在相同负荷下运动时的测定值参见表2。先比较第一、第二和第三级运动负荷时吸氧和吸空气情况下的运动指标，然后以两次极量运动中负荷较低一次（一般是吸空气时）的运动负荷为最大可比负荷，比较吸氧和吸空气情况下运动试验指标的变化。由表可见，在第一、第二级运动负荷时，氧疗对低氧血症组和无低氧血症组的影响十分接近。但在第三级运动负荷及最大可比负荷时氧疗能降低低氧血症组的VE、VCO2、DI、HR、Borg评分，但对无低氧血症组则无明显影响。

2.2氧疗对极量运动各指标的影响(表3)：

    吸氧使低氧血症组总运动时间（Ttotl）由3.10±1.39min增加至4.50±1.6min(P<0.001)，最大运动负荷（Wmax）由31.2±23.5Watt增加至45.9±22.0Watt(P<0.01)， VO2max由694.9±263.2ml/min增加至779.7±268.0ml/min(P<0.05)， SaO2max由84.6±4.7％增加至95.0±2.5％，但对VE、RR、VT、VCO2、DI、HR和TCD/VT等指标无明显影响。吸氧对无低氧血症组各项指标均无明显影响。

3  讨论

    中重度COPD患者运动能力明显低下，部分患者在运动过程可出现不同程度的低氧血症。氧疗通过增加吸入氧浓度(FiO2)，提高肺泡氧分压(PAO2)，使通气不足肺泡的氧分压增加，加大肺泡与肺毛细血管膜两侧氧分压差，促进氧的弥散，提高动脉血氧分压(PaO2)和血氧饱和度(SaO2)，增加向组织的供氧能力，改善乃至纠正组织低氧血症。氧疗对痉挛的支气管亦有舒张作用。吸氧后骨骼肌的氧化代谢加强，有利于减缓肌肉疲劳的发生，提高患者的运动能力，降低运动后气促程度。但由于COPD患者往往伴有CO2潴留，其呼吸中枢化学感受器对CO2反应性较差，呼吸的维持主要靠低氧血症对颈动脉窦和主动脉体的化学感受器的驱动作用。若吸入氧浓度过高，PaO2迅速上升，对外周化学感受器的刺激削弱，导致呼吸变慢变浅，可引起CO2潴留。高浓度的氧还可降低何登效应（Haldane effect），不利于CO2运输，使CO2在周围组织中潴留。同时由于吸入高浓度的氧，解除了低氧性肺血管收缩，使高通气/血流比(VA/QA)的肺单位的血流向低VA/QA比肺单位，加重通气血流比例失调，引起生理死腔与潮气量之比(VD/VT)的增加，从而使肺泡通气量减少，PCO2进一步升高。但一般认为低浓度吸氧较少引起CO2的潴留。据报道，吸氧能使肺动脉高压的COPD患者肺动脉压下降[2]。有报道，持续吸氧可延缓运动时低氧血症发生的时间和减轻低氧血症的程度，并提高患者的步行距离，缩短运动后恢复时间[3]。Palange等[4]亦报道，吸入30％氧气可以减轻低氧血症引起的过度呼吸，使呼吸运动的耗氧量降低。同时，吸氧使CO2排出量及每分通气量下降，从而减轻吸气肌的负荷[5]。Ishimine等[6]发现吸入氧气比吸入空气者步行距离增大，同时，低氧血症和气急状况均得以改善。Dean等[7]报道，吸入40％氧气后，患者运动时间明显延长，气急症状改善，而且右心收缩压(RVSP)上升速度减慢，最高RVSP下降，从而使右心室功能改善。Nippon等[8]报道，吸氧后低氧血症及气促症状改善，膈肌疲劳减缓。吸氧尚能提高呼吸肌有氧代谢，延缓吸气肌的疲劳，促进吸气肌的恢复。Vinal等[9]报道，吸氧能够防止COPD患者运动后氧化型谷胱甘肽升高。

    本研究为了在相同负荷下比较氧疗对COPD患者运动时生理指标的影崐响，先比较吸氧和吸空气情况下第一、第二和第三级运动负荷时生理指标的变化，然后选两次运动试验中极量负荷较低的一次(一般是吸空气时) 为最大可比负荷，比较吸氧和吸空气情况下生理指标的变化。结果显示，在低运动负荷时氧疗对无低氧血症组和低氧血症组影响相似，但在第三级运动负荷和最大可比负荷时仅低氧血症组的各项指标改善。尤其令人鼓舞的是氧疗不但使低氧血症组最低血氧饱和度明显提高，而且使总运动时间、最大运动负荷和最大氧耗量均明显提高。

    综上所述，吸入30％氧气可以降低COPD患者运动时的通气需求，纠正运动时低氧血症，并明显提高在吸空气状态下运动时伴低氧血症的COPD患者的运动能力。随着家庭和便携式氧疗设备的推广使用，使运动时氧疗成为可能。我们认为，低流量吸氧可以纠正运动时低氧血症，减轻吸气肌负荷，提高患者的运动强度和运动时间，进而改善患者的生命质量，减少并发症，提高生存时间。当然，运动时氧疗的远期效果尚有待于进一步研究。

4  参考文献：

1.Jones NL, Makrides L, Hitchcock C, et al.Normalstandards for an Incremental                   Progressive Cycle Regometer Test. Am Rev Dis 1985,131:700-708.

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3.Roberts CM, Bell, Wedzicha Ja. Compareison of the Efficacy of a Demand Oxigen Delivery System with Continuous Low FlowOxygen in Subjects with Stable COPD and Severe Oxygen Desaturation on Walking. Thorox 1996,51(8):831-834.

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5.Light RW, Mahutte CK,S tansbury CW, et al. Relationship between Improvement in Exercise Performance with Supplemental Oxygen and Hypoxic Ventilatory Drive in Patients with Chronic Airway Disease. Chest 1989, 95:751-756.

6.Ishimine A,SaitoH, Nishimura M, et al. Effectof Supplemental Oxygen in Exercise Perfomance in Patients withChronic Obstructive Pulmonary Disease and an Arterial Oxygen Tention over 60 Torr].Nippon Kyobu Shikkan GaKKai Zasshi 1995, 33 (5): 510-519.

7.Dean NC, Brown JK, Himalman RB,et al.Oxygen May Improve Dispnea and Endurance in Patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease and only Mild Hypoxemia. Am Rev Respir Dis 1992,146(4): 941-945.

8.Matsushita H, Kurihara N, Wakayama K, et al. Dyspnea and Ventilatory Muscle Function during Exercise on Air and Oxygen Breathing in Patients with hronic Obstructive Pulmonary Disease.Nippon Kyobu Shikkan Gakki Zasshi 1992, 30(6):1116-1124.

9.Vina J, Servera E, Asensi M,et al.Exercise Causes Blood Glutathione Oxidation in Chronic Obstructive Pulmonary.Disease:Prevention by O2 ppl. Therapy 1996, 81 (5): 2198-2202





表1  两组患者一般情况比较(x±SD)

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 组  别     例数  年龄(岁)    体重(Kg)    身高(cm)  吸氧时氧浓度(%)

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无低氧血症组  16    65.5±6.7   60.4±13.1  163.5±6.9  30.22±0.26

低氧血症组    14    65.0±10.7  59.9±16.7  166.4±7.2  30.05±0.37

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合  计        30    65.3±8.6   60.2±14.6  164.9±7.1  30.14±0.32

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P  值               >0.05        >0.05        >0.05       >0.05

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表2  氧疗对等负荷运动时呼吸生理指标的影响(x±SD)

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                     无低氧血症组                         低氧血症组       

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                   吸空气         吸氧气       P 值       吸空气        吸氧气       P 值

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第一级运动

VE(L/min)        17.06±2.91    15.30±3.70   <0.05    15.91±3.46   14.03±2.81     <0.01

RR                19.8±3.8      20.9±5.0    >0.05     25.9±6.9     25.0±5.2      >0.05

VO2(ml/min)      437.0±111.5   408.3±116.0  <0.05     398.6±84.1   388.4±105.6   >0.05

VCO2(ml/min)     401.5±91.6    333.9±89.5   <0.001    315.5±63.0   281.6±95.2    >0.05

DI               0.309±0.079   0.269±0.080  <0.001   0.449±0.122  0.388±0.108    <0.002

HR                93.3±13.0    91.9±11.9    >0.05    108.3±11.5   103.5±11.6     <0.01

Borg评分          0.3±0.5      0.2±0.4     >0.05      1.2±2.0      0.5±0.8      <0.05

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第二级运动

VE(L/min)        21.48±4.34   19.22±4.56    <0.002   17.75±4.66   16.65±3.02   >0.05

RR                22.1±4.5     21.7±5.6     >0.05    27.5±6.7      26.1±6.4    <0.01

VO2(ml/min)      651.4±127.8   595.9±109.7  <0.05    559.4±82.1    570.0±107.5  >0.05

VCO2(ml/min)     561.1±113.3   476.4±82.4   <0.001   458.6±66.59   408.4±67.1   <0.05

DI               0.387±0.103   0.336±0.099  <0.001  0.528±0.130   0.470±0.118  <0.01

HR               101.5±12.5    98.6±10.3    >0.05   115.0±15.7    109.5±15.6   <0.05

Borg评分          1.6±1.4      1.3±1.3     >0.05     2.3±1.6       1.3±1.3     <0.001

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第三级运动

VE(L/min)        27.69±8.48   23.73±8.49   >0.05   21.80±4.04    18.40±3.38    <0.001

RR                22.3±4.2     22.4±3.4    >0.05    28.0±8.5      26.1±9.2     >0.05

VO2(ml/min)      838.3±88.1   816.3±127.9  >0.05   721.9±98.0    681.7±137.1   >0.05

VCO2(ml/min)     774.3±101.7  710.4±93.5   <0.05   603.7±127.7   530.9±119.6   >0.05

DI               0.448±0.187  0.448±0.150  >0.05   0.609±0.164   0.521±0.147  <0.01

HR               112.0±10.4   111.2±8.2    >0.05   116.2±12.84  108.1±12.0    <0.01

Borg评分          2.6±2.3      2.5±2.2    >0.05     5.0±1.4      2.2±1.3      <0.05

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最大可比负荷运动

VE(L/min)        32.46±8.06   29.65±7.13   >0.05   24.01±6.21   20.74±4.70    <0.001

RR                26.8±4.9     25.1±4.7    >0.05   31.3±6.7     29.1±9.3      >0.05

VO2(ml/min)      938.3±328.5  934.8±342.0  >0.05   686.0±255.4  662.9±252.9   >0.05

VCO2(ml/min)     982.1±360.5  953.6±308.8  >0.05   655.1±295.8  469.4±211.1   <0.05

DI              0.567±0.183   0.524±0.178  >0.05   0.716±0.148  0.614±0.137   <0.001

HR              120.9±18.7    118.9±16.7   >0.05   120.7±14.3   116.9±15.1    <0.01

Borg评分        6.19±1.80     6.00±2.31   >0.05    6.93±1.82    3.36±2.43    <0.001

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注：最大可比负荷指同一患者在吸氧和吸空气下两次试验中极量运动负荷较低一

    次运动时的最大运动负荷。

表3  氧疗对极量运动各指标的比较(ｘ±SD)

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                               无低氧血症组                      低氧血症组      

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                 吸空气        吸氧气      P 值      吸空气        吸氧气      P 值

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Time(min)            3.81±1.53     4.11±1.32    >0.05   3.10±.1.39    4.50±1.6    <0.001

Wmax(watt)           62.4±30.45    70.1±28.97   >0.05   31.2±23.5    45.92±22.0   <0.01

VEmax(ml/min)        34.0±10.5     32.2±8.7     >0.05   23.8±6.5      23.3±4.9    >0.05

TVmax(ml)            1.24±0.35     1.24±0.31    >0.05   0.79±0.27     0.80±0.25   >0.05

RRmax                27.4±5.5      25.9±5.5     >0.05   31.1±6.5      31.4±8.4    >0.05

VO2max(ml/min)      985.1±354.6   993.6±354.1   >0.05  694.9±263.2   779.7±268.   <0.05

O2max/kg(ml/min/kg)  16.51±6.44    16.51±5.72   >0.05  11.52±3.97    12.92±3.67   <0.05

METsmax              4.72±1.84     4.72±1.63   >0.05   3.29±1.13     3.69±1.04   <0.05

CO2max(ml/min)      906.5±359.5   995.8±348.4   >0.05  644.5±296.2   679.1±228.6  >0.05

DI                  0.60±0.22     0.57±0.19    >0.05   0.65±0.17     0.65±0.14   >0.05

Hrmax              121.5±20.2    122.9±18.6    >0.05  122.6±15.67   122.9±16.2   >0.05

SaO2min(％)          94.4±2.2      97.9±1.9    >0.05   84.6±4.7      95.0±2.5    <0.01

TCD/TV              1.13±0.09     1.11±0.07    >0.05   1.25±1.7      1.18±0.09   >0.05

Borg评分            6.3±2.0       6.3±1.8     >0.05    6.9±1.7       7.3±1.4    <0.01

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