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心源性运动呼吸异常:心衰患者运动期间波浪式呼吸的临床观察
作者:张雪梅[1] 孙兴国[1] Piergiuseppe Agostoni[2] 刘方[1] 周娜[1] 谭晓越[1] 宋桂芹[1] 谷磊[1] 刘凝华[1] 
单位:中国医学科学院阜外医院[1] 米兰大学心衰中心[2]  
文章号:W114262  
2016-8-6 10:44:39    
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【摘要】目的:探讨心力衰竭患者在运动期间诱发的异常波浪式呼吸模式(EIOB) 的临床特点及发生机制。 方法:回顾分析38 例NYHA Ⅲ - Ⅳ级患者完成的症状限制性功率递增极限心肺运动试验(CPET)。观察分析计算心力衰竭患者在CPET 中EIOB 的发生时间、频率、振幅等临床特点。 结果:本组患者男17 女21 在38 例患者中,31 例发生EIOB,发生率为81.6%。

【摘要】

目的:

探讨心力衰竭患者在运动期间诱发的异常波浪式呼吸模式(EIOB) 的临床特点及发生机制。365医学网 转载请注明
方法:

回顾分析38 例NYHA Ⅲ - Ⅳ级患者完成的症状限制性功率递增极限心肺运动试验(CPET)。观察分析计算心力衰竭患者在CPET 中EIOB 的发生时间、频率、振幅等临床特点。365医学网 转载请注明
结果:

本组患者男17 女21 在38 例患者中,31 例发生EIOB,发生率为81.6%。EIOB 组每分通气量(V4E ) 波浪振幅是(12±4)L/m( 为平均值的81%±30%),周期(77.0±20.0)s。EIOB 组中OB 发生在运动前、运动中功率低于无氧阈时、恢复期或者全程分别为24、31、4 和4 例;除V4E 外,在CPET 的各项参数中,全部31 例患者均表现EIOB 的指标为V4O2V4CO2、RER 和PETO2;29 例患者 V4 E / V4CO2V4O2/ V4E 和BF 出现EIOB;26 例患者PETCO2 出现EIOB;25 例患者VTV4O2/HR 出现EIOB;2 例患者HR 出现EIOB。结论:严重心力衰竭患者易发生EIOB。就心脏功能对呼吸调控的影响及心衰患者呼吸异常发生机制进行了探讨。

慢性心力衰竭(chronic heart failure,CHF) 是各种心脏疾病导致左心功能降低的一种复杂的临床综合征,是进展性疾病,是各种器质性心脏病的严重阶段。每年有5% ~ 10%的CHF 患者进展到终末期,5 年病死率超过50%,严重危害人类健康[1]。随着医学的发展,各种治疗手段不断问世,对生存预后的早期评估,寻找可靠的危险分层指标显得更为重要。心肺运动试验通过运用整体整合生理学医学新理论体系,可以对运动期间呼吸、循环、血液、代谢等多系统功能的连续动态变化进行整合分析[2,3],广泛应用于心血管、呼吸、代谢等系统疾病的诊断,对功能及疾病严重程度和治疗效果进行客观定量评估、预后预测及指导康复治疗等具有重要作用[4-7]

  波浪式呼吸(oscillitaroy breathing,OB) 是一些心衰病人

呈现的异常呼吸形式[8],常发生在睡眠或运动期间[9,10],最早由Cheney 和Stokes 分别在180 多年前和150 多年前报告[7,11] 。文献报道,左心收缩性心衰伴肺动脉高压患者运动诱导的波浪式呼吸(pattern of exercise induced oscillitaroy breathing,EIOB) 的发生率为18%~33%[9,10,12],舒张性心衰患者EIOB 发生率也近似[9-10]。我们曾报道北美多中心临床研究心衰Ⅱ - Ⅳ级患者心肺运动试验(cardiopulmonary exercise testing,CPET)中的EIOB 发生率为51%[10]。近年来,国际上已将EIOB 作为评估心力衰竭患者预后的基本指标,包括评估慢性左心衰竭患者病情严重程度、危险分层、心源性猝死及再发心衰事件、心脏移植适应症的筛选等[13,14]。尽管EIOB 对心力衰竭的评估和预后具有较强的预测价值,但目前缺乏针对心衰患者EIOB 的有效治疗方案,提示在心力衰竭的临床治疗和评估中需重视EIOB,进行更多有关EIOB 的临床研究。本组回顾性观察并分析计算了CPET 期间EIOB 的临床特点。

1 对象与方法

1.1 病例选择

  本研究为回顾性研究。根据2007 年慢性心力衰竭诊断治疗指南[15],选取2014 年2 月1 日至2015 年1 月在我院接受CPET 检查的心力衰竭患者38 例作为研究对象。排除标准:单纯右心室心力衰竭患者。全部患者在检查前都获得并签署知情同意书。

1.2 心肺运动试验方案

意大利COSMED 公司PFT Ergo V10.0 a 系统,、每天严格多级定标后,才用于临床患者检查[16-20] 所有患者首先于坐位完成全套静态肺功能检查,继之采用自行车功率计进行动态心肺运动检查,检查全程记录12 导联心电图、无创血压、血氧饱和度、各项肺通气和气体交换等指标[16,21]

  按照Harbor-UCLA 医学中心标准连续递增功率方案,完成症状限制性最大极限CPET[5,17,18,22]。静息3~5 min 后,以60 beats/min 蹬车速率无负荷热身3 min。根据受试者年龄性别和估计的功能状态,预设电磁自行车功率计的功率递增速率10~20 W/min,设定患者在6~10 min 内达到症状限制性最大极限CPET,获得最大运动功率;继之继续记录≥ 5min恢复期数据[5,17,18,22]

1.3 心肺运动试验数据分析方法

从意大利COSMED 公司PFT Ergo V10.0 a 系统导出所有测定指标的每次呼吸(breath-by-breath) 原始数据进行每秒数据切割(second-by-second),然后进行10 s 平均数据用来制作9 图,并按照标准计算原则进行结果分析,这样可以使数据更精准[5,17-19,22,23]

1.4 运动诱发OB (EIOB)

  1.4.1 EIOB 定义 ⑴在CPET 期间波浪式运动通气振幅大于平均通气量的30%;⑵ VE 中超过3 个周期或超过60% 运动时间;⑶在新9 图18 项( 除外功率) 指标中,有三个以上指标连续出现3 次以上呼吸呈波浪式形式变化[8]。符合上述条件的患者列入EIOB 组中,不符合上述条件者,列入non-EIOB 组中。

  1.4.2 EIOB 分析计算 在新9 图[23] 的VE 指标中选择呈波浪式形式变化的3 个呼吸波:⑴确定起始点:所选第一个波的起点若处于波浪低点,则终点为连续第四个波浪的高点;反之所选第一个波的起点若处于波浪高点,则终点为连续第四个波浪的低点。⑵根据波浪起、止时间点,用10s 平均数据计算波浪式呼吸的平均V4E 。⑶计算波浪式呼吸振幅百分比:用每次呼吸逐次呼吸(B-by-B)原始数据计算3 个波浪的3升3 降共6 个振幅。先取第一个波上升支为Amp L-H1,后面依次为第二个波上升支Amp L-H2、第三个波上升支AmpL-H3;再取第一个波下降支为Amp H- L1,后面依次为第二三波下降支Amp H- L2 和Amp H- L3;上述6 个数的平均数是波浪式呼吸的振幅平均值;然后再使用振幅平均值除以10 s 数据相同时间段的平均VE 再乘以100%,就得波浪振幅占平均V4E 的百分比。⑷计算波浪式呼吸时间周期:取第一个波浪的低点到第二个波浪的低点间期为Dura L1-

L2,随后,依次为Dura L2-L3、 Dura L3-L4;再取第一个波浪的高点到第二个波浪的高点间期为Dura H1-H2,随后,依次为Dura H 2- H 3、 Dura H 3- H 4,上述3 个低低和3个高点共6 个数的均数是波浪式呼吸时间间期。

1.5 观察指标

  观察分析CPET 新9 图[23] 中全部19 个指标参数的EIOB 发生率、发生时间、持续时间。其中,比较容易表现出来的参数有12 个:摄氧量(oxygen uptake, V4O2),二氧化碳排出量(minute carbon dioxide output, V4CO2), 心率(heartrate, HR),呼吸交换率(respiratory exchange ratio, RER),分钟通气量(minuteventilation, V4E ),通气二氧化碳排出效率(V4E /V4CO2),通气氧气摄取效率(oxygen uptake efficiency, V4O2/V4E ),氧脉搏(V4O2/HR),潮气量(tidal volume, VT),呼吸频率(breathfrequency, BF),潮气末氧分压(PETO2),潮气末二氧化碳分压(PETCO2)。

1.6 统计学处理

  除非特殊注明,所有数据均以平均数± 标准差(x±s)表示。EIOB 和non-EIOB 两组之间的比较采用非配对非等样本t 检验统计学分析。各种计算分析使用Microsoft Office10 Excel 软件。做图使用Sigma Plot 8.0 和Origin 7.0 完成。

2 结果

2.1 心衰患者一般临床信息

  心衰患者共38 例, NYHA 分级 III 级5 例,IV 级33例,男性较多( 男: 女=21:17),年龄为30~52 岁,身高为146~189 cm,体质量为44 ~ 89kg。2.2 EIOB 发生率38 例受试者均有不同程度的振荡呼吸,统计分析表明只有31 例患者发生EIOB,发生率为82%(表1)。与non-EIOB 组相比,EIOB 组V4E 波浪振幅较高,但差异无统计学

意义(P>0.05);周期较长,差异亦无统计学意义(P>0.05);V4E 波浪振幅占平均振幅的百分比明显增大,差异有统计学意义(P<0.05)。non-EIOB 组7 例患者均可见检测指标存在振荡变化:1 例患者的8 项检测指标中呈现大于3 个波浪的振荡变化,V4E 波浪振幅占平均振幅的百分比小于30%;5 例患者在5 ~ 9 项检测指标中运动前期出现1 ~ 2 个大波浪,进入运动期后消失,考虑因患者心功能差很快到达无氧阈状态,未能充分表现波浪式变化,但仍可见明显振荡变化,V4E 波浪振幅占平均振幅的百分比为67%±12%;另1 例患者只有V4E 一项指标在运动前期呈现波浪式变化。

2.3 EIOB 组OB 发生时段

  EIOB 组患者中,OB 发生在运动前、运动中、恢复期及全程分别为24 例、31 例、4 例和4 例。本研究观察到,EIOB 组慢性心力衰竭患者在CPET 的各个时期都有EIOB 发生,以运动期最高,发生率为100%;其次为运动前期,发生率81%;恢复期最低,发生率13%。有3 例患者CPET 全程均出现EIOB,考虑可能与患者慢性心衰急性发作有关。本研究显示,严重心力衰竭患者中在运动前期EIOB 有很高的发生率,提示严重心力衰竭患者平时较易观察到EIOB。

2.4 EIOB 组各项指标OB 发生率

  EIOB 组31 例患者中,CPET 各项指标出现EIOB 的分别为V4O2V4CO2、RER、V4E 、PETO2 31 例;V4E / V4CO2V4O2/ V4E 、BF 29 例;PETCO2 26 例;V4O2/HR 26 例;VT 25 例;HR 2 例。以往文献报道,EIOB 观察CPET 参数多为V4E 。本研究观察到,在CPET 11 项指标中均有较高的发生率,V4O2V4CO2、RER、V4E、PETO2 为100%,V4E/V4CO2V4O2/ V4 E 、PETCO2 为93%,V4O2/HR 84%,VT 81%,HR 6%。

3 讨论

3.1 EIOB 临床发生机率

  EIOB 是指运动诱发的呈周期性变化的异常呼吸形式,不同年龄的心衰人群EIOB 发生率不同,年轻人群为20%~30%,中年人群为12%~35%,老年人58%[24]。各文献在定义EIOB 时,波浪式运动通气振幅大于平均通气量的15%~30% 不等。本研究定义波浪式运动通气振幅大于平均通气量的30%,观察到NYHA 分级IV 为主重度慢性心力衰竭患者EIOB 发生率高达82%。我们过去在美国多中心临床研究以NYHA 分级III 为主心衰患者发生率51%[10]。若定义波浪式运动通气振幅大于平均通气量的百分比更小,那么EIOB 发生率会更高。所以,需要更多的研究探讨统一EIOB的定义,以利于进行广泛的EIOB 研究。

3.2 EIOB 临床意义

  与NYHA 分级、血流动力学指标、左心室射血分数和血清标志物等相比,CPET 可以更客观全面地评价心力衰竭患者的功能状态,从而在心力衰竭严重程度分级、心脏移植适应证选择、心力衰竭患者预后等方面都有很大的应用价值。对心力衰竭患者具有较强的预后预测价值,证据最多CPET 检测指标是峰值摄氧量、二氧化碳通气有效性或二氧化碳通气当量、摄氧有效性峰值平台[6-7,10,12,25-26]。近年我们的研究认为EIOB 具有独立预测价值, EIOB 与CPET 核心指标结合预测死亡存活效果更佳[10]。我们的另一项睡眠研究也观察到,在11 例慢性心力衰竭患者中有10 例发生中枢性睡眠呼吸暂停[27]。Arzt 等研究显示中枢睡眠呼吸暂停提示慢性心力衰竭患者预后差,与V4E / V4CO2 斜率结合分析预后价值更高[9]。荟萃分析显示心衰患者发生心血管事件的风险比较有EIOB 者是没有EIOB 者4 倍[12],不受疾病病因和年龄、性别的影响,更具稳定性、可靠性[12]。现在公认EIOB 是心

力衰竭患者预后不良的核心指标之一。

3.3 EIOB 发生机制新解

传统系统生理学认为EIOB 的可能发生机制不明,主要认为化学感受器受损使化学感受器敏感性升高,中枢神经系统反应低下,导致过低、过度通气交替发生。但这样不能解释严重和老年心力衰竭患者EIOB 发生率增高[24]。实际上因为传统系统生理学人为地将整体划分为各自独立的功能系统,具有片面性,所以传统系统论调控观念是无法解释。近来我们提出整体整合医学新理论认为呼吸循环一体化自主调节,认为循环功能对呼吸调节起决定性作用[2,3,28-30]。在整体论指导下对心力衰竭发生EIOB 的机制探讨认为 “混合室效应”和“时相错位”是主要机制,其中“混合室效应”是核心[2,3,28-30]。心衰患者每搏输出量降低,LVEDV 变大和LVEF 降低,因每搏和EF 降低而使得呼吸调控信号(波浪幅度)从肺静脉到动脉系统被过度减弱,即过度强化的“混合室效应”,波浪式PaO2、PaCO2 和H+ 信号幅度被降低,导致产生的呼吸幅度渐次减弱;波浪式PaO2、PaCO2 和H+信号到达外周大约3 s,实现吸呼切换调控呼吸节律和频率;同时PaO2、PaCO2 和[H+]a 平均信号到达中枢化学感受器时呈~ 30 s 差异,造成对低通气和高通气反应时机不一致而产生的 “时相错位”相结合导致CPET 期间出现波浪式呼吸,所以主要发生在严重心衰患者的EIOB,与心衰患者睡眠呼吸异常一样[27],都属于心脏源性呼吸异常。

本研究提示,严重心力衰竭患者常见EIOB,其发生机制主要是左心室的“混合室效应”和外周与中枢化学感受器的“时相错位效应”,由于其发生机制解释是因为心脏功能低下,所以应该称之为心脏源性运动呼吸异常- 波浪式呼吸。面罩增加机械死腔可能也是EIOB 高发原因,使用CPET 规范化操作建议使用机械死腔较小的咬口器。EIOB 可发生在CPET 的各个时期,尤其在运动前期和运动期EIOB 发生率较高,而且可同时明显出现在CPET 多项参数中。本组观察例数较少,尚需进一步扩大样本量。

结语:严重心力衰竭患者由于左心室的“混合室效应”和外周与中枢化学感受器的“时相错位效应”,而导致运动中波浪式呼吸,称为心脏源性运动呼吸异常。

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(文章来源:中国应用生理杂志,2015,314doi10.13459/j.cnki.cjap.2015.04.017

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