常规肺功能与脉冲振荡肺功能评价COPD患者气道阻塞程度一致性的研究

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是一种常见的、可以预防和治疗的疾病，以持续呼吸道症状和气流受限为特征，通常是由于明显暴露于有毒颗粒或气体引起的气道和/或肺泡异常所导致[1]。常规肺功能测试(pulmonary function test, PFT)是诊断COPD的必备条件，但其对受试者配合度要求较高，假阳性率高，易造成误诊；脉冲振荡法(impulse oscillometry system, IOS)检查只要检测受试者几个自主呼吸，就可了解整个呼吸系统呼吸阻力的分布，此检查无创，简洁，有较高的可重复性，适合于各类患者。PFT中的FEV1%pred(forced vital capacity in one second)是COPD患者严重程度分级的金标准，IOS也能够对患者不同时期气道阻塞程度进行客观评价，并存在经典分级(Smith等[2]的分级方法)，但IOS与PFT的技术要求、测量指标、测定原理有非常大的不同，二者对COPD患者气道阻塞程度分级评价是否完全一致，国内尚无大量研究，且亦有以往国外研究发现，PFT与心肺运动试验(cardiopulmonary exercise testing, CPET)对评价COPD患者呼吸功能损害程度存在较大差异[3]，IOS与PFT是否存在良好的一致性也不得而知。本研究旨在探讨IOS与PFT评估COPD气道阻塞程度的一致性，为寻找一种更合适的评价体系以界定COPD患者气道阻塞程度提供依据。

1 资料与方法

1.1 研究对象

选择2016年4月—2017年4月在同济大学附属上海市肺科医院门诊就诊的116例患者为研究对象，患者需明确被诊断为COPD(均符合GOLD及中华医学会呼吸分COPD诊断标准)且临床症状稳定≥1个月；排除合并有其他影响肺换气功能及肺通气功能疾病者。本研究经同济大学附属上海市肺科医院临床医学伦理委员会批准，所有受试者均签署知情同意书。

1.2 研究方法

收集研究对象的人口学特征参数，包括年龄、性别、身高、体质量等，仔细询问患者既往史、家族史及特殊用药史。

对116例研究对象依次进行IOS检测和PFT检测，IOS检测应用MasterScreen IOS肺功能检测系统(德国Jaeger公司)IOS检查方法：依据欧洲呼吸学会推荐标准测定[4]测定用时30～45s/次，共重复检查3次，间隔时间为1min/次，取最佳值；PFT检测应用MasterScreen PFT肺功能检测系统(德国Jaeger公司)PFT检测共重复检查3次，间隔时间为10min/次，选择最佳曲线。

1.3 测定指标

IOS参数：呼吸总阻抗(respiratory impedance, Z5)、呼吸系统在5Hz时的阻力(respiratory resistance at 5Hz, R5)、呼吸系统在20Hz时的阻力(respiratory resistance at 20Hz R20)、呼吸系统在5Hz和20Hz时气道阻力差值(difference between respiratory resistance at 5Hz and 20Hz, R5-R20)、ΔR5-R20=100×(R5-R20)/R20、呼吸系统在5Hz时的电抗(reactance at 5Hz, X5)、总电抗为0时的频率，共振频率(resonant frequency, Fres)、5Hz和Fres之间的所有频率的总电抗，低频电抗面积(reactance area, AX)。

PFT参数：第1秒用力呼气量占预计值百分比(forced vital capacity in one second, FEV1%pred)、第1秒用力呼气量与用力肺活量之比(ratio of forced expiratory volume in one second to forced vital capacity, FEV1/FVC)、用力肺活量占预计值百分比(forced vital capacity, FVC%pred)、第3秒用力呼气量占预计值百分比(forced vital capacity in three second, FEV3%pred)、第3秒用力呼气量与用力肺活量之比(ratio of forced expiratory volume in three second to forced vital capacity, FEV3/FVC)、25%肺活量时最大呼吸流速(maximal expiratory flow rate at 25% of vital capacity, FEF25)、50%肺活量时最大呼吸流速(maximal expiratory flow rate at 50% of vital capacity, FEF50)、75%肺活量时最大呼吸流速(maximal expiratory flow rate at 75% of vital capacity, FEF75)、最大呼气中段流速(the maximal mid-expiratory flow, MMEF)残气与肺总量之比(ratio of residual volume to total lung volume, RV/TLC)

1.4 气道阻塞程度分级方法

1.4.1 IOS对气道阻塞严重程度的分级 Smith等[2]提出利用X5(呼吸系统在5Hz时的电抗)和R5(呼吸系统在5Hz时的阻力)可对气道阻塞严重程度进行分级，并给出了具体的分级标准，见表1。

1.4.2 PFT对气道阻塞严重程度的分级根据GOLD分级评估COPD患者气道阻塞程度。GOLD别1级、FEV1%pred≥80%为轻度气流受限；GOLD 2级、50%≤FEV1%pred<80%为中度气流受限；GOLD 3级、30%≤FEV1%pred<50%为重度气流受限，GOLD 4级、FEV1%pred<30%为极重度气流受限。

1.5 统计学处理

采用统计软件SPSS 21.0进行统计分析。采用样本K-S检验(Kolmogorov-Smirnov test)来检验资料是否服从正态分布，计量资料各参数以

表示。IOS参数与PFT参数的相关性采用双变量相关性分析(Pearson相关系数)，组间PFT、IOS参数比较采用t检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 IOS参数与PFT参数的测定结果

对116例稳定期COPD患者进行IOS和PFT检测，检测结果见表2。

2.2 IOS对气道阻塞严重程度的分级与PFT的GOLD分级一致性分析

2.2.1 IOS与PFT评价气道阻塞程度统计结果 IOS评价气道阻塞严重程度，应用Smith的分级方法，气道阻塞程度I级者20例，Ⅱ级者12例，Ⅲ级者17例，Ⅳ级者67例；PFT根据GOLD分级，COPD 1级5例，COPD 2级35例，COPD 3级46例，COPD 4级30例；存在较大差异(P<0.05)，见表3。

2.2.2 IOS与PFT评价COPD气道阻塞严重程度对比应用IOS及PFT对116例受试者中行气道阻塞严重程度分级，仅38例(32.8%)严重程度分级结果一致，有78例(67.2%)受试者严重程度分级结果不同；在78例严重程度不同的受试者中，有26受试者气道阻塞程度IOS分级轻于PFT分级，52例阻塞程度IOS分级重于PFT分级，见表4。

1、2、3、4为GOLD分级；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为IOS分级

2.2.3 52例气道阻塞程度IOS分级重于PFT患者与其余患者参数比较 52例气道阻塞程度IOS分级重于PFT患者与其余患者比较，PFT参数FVC%pred、FEV1%pred、FEV1/FVC、FEV3%pred升高，RV/TLC下降；IOS参数R5、R5%pred、R20、R20%pred、R5-R20、Fres升高(P<0.05)，见表5。

2.3 IOS参数与PTF参数的相关性分析

Fres、R5-R20、AX、ΔR5-R20与FVC%pred、FEV1%pred、FEV1/FVC、FEV3%pred、FEV3/FVC、FEF25%、FEF50%、FEF75%、MMEF呈显著负相关(P<0.05)，R5与FVC%pred、FEV1%pred、FEV3%pred、FEF25%、FEF50%、MMEF呈显著负相关(P<0.05)Fres、R5、R5-R20、AX、ΔR5-R20与RV/TLC呈显著正相关(P<0.05)；X5与FVC%pred、FEV1%pred、FEV1/FVC、FEV3%pred、FEV3/FVC、FEF25%、FEF50%、FEF75%、MMEF呈显著正相关(P<0.05)，X5与RV/TLC呈显著负相关(P<0.05)，其中Fres与MMEF相关性最强(r=-0.570)，ΔR5-R20与FEV1/FVC相关性最强(r=-0.511)，X5与MMEF的相关性最强(r=0.471)。R20与FVC%pred、FEV1%pred、FEV1/FVC、FEV3%pred、FEV3/FVC、FEF25%、FEF50%、FEF75%、MMEF、RV/TLC均无相关性(P>0.05)，见表6。

3 讨论

COPD是一种常见的可以预防和治疗的疾病，以持续存在的呼吸系统症状和气流受限为主要特征，病理学改变主要是小气道疾病或异常[1]。小气道是指直径小于2mm的气道，PFT中FEV1/FVC、FEV1%pred是判断气流受限及评估气流受限严重程度参数，但FEV1的特异度低，所有气道阻塞性疾病均可增加，无法分辨气道阻塞的部位，反应小气道的参数主要是FEF50和FEF75，小气道功能障碍表现为这两个参数的下降，但小气道功能发生变化并不一定可以反映小气道本身的疾病，因为小气道功能受小气道疾病以及肺组织弹性功能的双重影响，只有除外肺组织弹性功能下降才可以认为小气道功能变化反映了小气道本身疾病。国外学者近期研究亦有证明常规肺功能中的FEV3/FVC以及IOS中R5-R20可用于评价COPD早期小气道病变，且R5-R20的增加程度取决于气道阻塞程度[5]。另外，PFT需要受试者用力呼气，儿童及重症患者不能很好配合，导致测试结果误差大。脉冲振荡肺功能IOS是在强迫振荡技术(forced oscillation technique, FOT)基础上发展的，IOS在受试者安静状态平静呼吸的基础上，施加不同频率脉冲，经计算机计算，进而得出不同振荡频率下的不同部化的呼吸阻力参数，使其更全面地反映呼吸动力学的变化。测定结果可以反映气流受限程度[6-8]以及气流受限的部位[9-10]。其中肺弹性阻力X5是反映肺组织弹性状态的良好指标，X5绝对值越低则肺弹性阻力越大[11]。IOS与PFT联合测定应用，可能用以判断小气道功能受限的原因和程度。本研究通过对共116例稳定期COPD患者进行PTF和IOS的测试，主要有以下发现。

(1) IOS与PFT对COPD患者气道阻塞障程度评价存在一定差异： 116例受试者中，仅38(32.8%)例受试者气道阻塞严重程度分级结果一致，有78(67.2%)例受试者严重程度分级结果不同。

(2) 在78例严重程度不同的受试者中，有26例受试者气道阻塞程度IOS分级轻于PFT分级，52例阻塞程度IOS分级重于PFT分级。对52例IOS分级较重的患者与其余患者对比分析发现，这部分患者的PFT参数中，FVC%pred、FEV1%pred、FEV1/FVC、FEV3%pred较对照组均有升高，RV/TLC下降，气道阻塞严重程度相对较轻，组间差异具有统计学意义(P<0.05)；而IOS参数中R5、R5%pred、R20、R20%pred、R5-R20、Fres较对照组均升高，气道阻塞严重程度明显较重，组间差异具有统计学意义(P<0.05)；其余PFT以及IOS参数组间对比未见明显统计学差异。

本研究比较了116例COPD患者IOS和PFT气道阻塞严重程度分级情况，发现了两种检测方法存在一定程度的差异，与杨思嘉等[12]的研究存在不同，可能与所纳入病例COPD严重程度存在差异相关。本研究表明在某些亚组中，两项测试有较高的一致性：在COPD4级组中，有93.3%的受试者Smith分级严重程度一致；而在COPD2级及3级的患者中，两种测试方法评估气道阻塞严重程度有较大差异性，IOS评判严重程度普遍重于PFT。这些结果提示对于这部分患者(30%1%pred<70%)的气道阻塞程度评价，IOS与PFT存在一定分歧，考虑这种分歧与COPD病理生理机制相关，在COPD早期即出现了小气道结构改变和狭窄(气道纤维化，气道腔黏液栓，气道阻力增加)，随着疾病的发展逐渐出现肺实质破坏(肺气肿)而导致肺泡支撑结构丧失、弹性回缩力降低[13]。IOS是1966年由Dubois在强迫振荡的理论基础上提出的，常用振荡频率为5～35Hz，在这频率范围内正常呼吸受到的影响极小。IOS发出的振荡波在不同的组织被吸收、反射的程度不同，频率不同，传导的距离也不同，频率低传导距离长，频率高传导距离短，利用这一性质可区分气道阻塞的部位及气流受限的程度，其测定参数R5-20、R5、X5及Fres可发现小气道早期病变[14-17]。而PFT中用于进行COPD气道阻塞程度分级的FEV1%pred，FEV1无法发现小气道肺功能改变及早期初始阶段的气流受限的存在，对于小气道病变并无较高的敏感性。因此，单一PFT的测定方法可能无法满足对疾病早期严重程度的评估，辅以IOS检测也许才有可能得到一个更完善的评定。

众所周知随着COPD气道阻塞程度的加重，FEV1值逐渐下降，在重度和极重度阻塞期，FEV1值可能小于1L。单独的FEV1无法良好地诊断和提示COPD的预后，因为它不能代表一个完整的呼吸周期[18]。而IOS将几次平静呼吸作为一个整体，计算整个呼吸周期中的弹性阻力、气道阻力，并可将吸气相、呼气相分离，从而得到一个完整呼吸周期的吸气相阻抗以及呼气相阻抗，对整个呼吸过程中的气道阻塞程度加以描述，这是PFT无法比拟的一项优点。同时本研究发现IOS中的AX、Fres、R5-R20、ΔR5-R20、X5与PFT中的FEV3%pred、FEV3/FVC、FEF50%、FEF75%、MMEFF、FEV1%pred、FEV1/FVC具有良好相关性，可用于COPD气道阻塞程度及疾病严重程度的分级，这与国外Kolsum等[19]、国内Gong等[20]、刘文增等[21]的研究一致。

本研究的样本量相对较少，且入组受试者内中重度气道阻塞患者较多，还需要大规模的研究进一步分析COPD患者的IOS及PFT参数变化，找出二者的一致与不同，将两种测定方法有效联系起来，尤其是轻度气道阻塞患者的参数特点，以期在COPD早期便进行疾病诊断，加以治疗干预，以减少COPD患者的经济负担，取得较高的社会效益。Smith的分级方法对于我国小气道功能障碍患者的评价可能存在一定争议，也需要进行我国人群大样本量分析，以期找到适合国人的分级方法。IOS不需要受试者特殊配合，操作过程简便，参数结果丰富，图谱简单直观，重复性强，参数结果的准确性高，对临床诊断具有重要意义，期望在未来加大其临床应用，以便患者受惠。

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