慢阻肺与哮喘病人在持续增量运动负荷实验中VO2与Borg指数的关系
作者：孙文君 刘志 宋玉 于润江
单位：刘志 宋玉 于润江 中国医科大学呼吸疾病研究所，沈阳 110001；孙文君 现在北京宣武医院神经内科
关键词：慢性阻塞性肺疾病；哮喘；耗氧量；二氧化碳排出量；分钟通气量；Borg指数
中国医科990509 摘要 目的：探讨慢性阻塞性肺疾病(COPD)病人，哮喘病人及正常人在持续增量运动负荷实验过程中VO2同Borg指数的关系。方法：受试者于静息状态下检测其肺功能状况，再行持续增量运动负荷试验。受试者的主观疲劳度由Borg指数指示，受试过程中，每隔20 s记录一次VO2，VE,VCO2等生理参数。结果：受试者VO2max、VEmax、VCO2max，明显低于正常人及哮喘病人，COPD病人达VO2max所需时间亦长于正常人和哮喘病人，所有受试者的VO2、VE及VCO2值在达最大值前均与Borg Scale呈明显正相关。结论：COPD病人达Borg指数10级越快，运动时间越短，Vemax、VO2max和VCO2max值也相应越低。哮喘病人运动时间与正常人相似，达VO2max时间也相似。
, 百拇医药
VO2, VCO2, VE and Borg Scale in Incremental Exercise Challenge for Pactients with COPD and Asthma
Sun Wenjun, Liu Zhi, Song Yu, et al
Institute of Respiritory Disease, China Medical University, Shenyang, 110001
ABSTRACT Objective:The purpose of this study was to compare VO2max and Borg scale during incremental ramp exercise for patients with chronic obstractive pulmonary disease (COPD) and asthma and normal subjects.Methods：Before testing, measurement of pulmonary function was an important first diagnostic test. Then, exercise challenge test was carried out by computer controlled bicycle ergomoter. The challenge began with 5 w, and went up to the level that the subject could not bear. VO2, VCO2, VE were recorded respectively every 20 seconds during exercise.Results:VO2max VEmax VCO2max of COPD patients were much lower than those of asthma and normal subjects. The actual VO2max, VEmax, VCO2max showed no difference between patients with asthma and normal subjects. The time needed to reach VO2max in COPD patients (4～4.67 min) was much longer than that of asthma and normal subjects (3.33～4 min). Exercise ability was partially decreased in COPD patients. Borg scale and watts had significant correlation (r=0.95, P<0.01) during exercise.Conclusion:The time COPD patients needed to reach Borg Scale 10 grade was much less than that of asthma and normal subjects, and the lower VEmax and VCO2max, the more severe the condition was. After active treatment, asthma subjects， condition wonld be much better than that of COPD patients.
, 百拇医药
KEY WORDS chronic obstructive pulmonary disease; asthma; VE; VO; VCO; Borg scale
运动生理中衡量受试者摄取、传输和利用氧的最常用指标是最大氧耗量(VO2max)。
在剧烈运动过程中，随着持续的乳酸水平升高，VO2达到新的稳定水平的过程更加缓慢[1]。这种情况下，实际需氧量比运动终末的最大氧耗量高，这对机体运动后恢复期的延长和恢复期VO2水平的升高起了一定的作用[2]。
临床有多种呼吸困难指数，而Borg气短指数的应用范围广，有效性、确实性和敏感性较强。本文旨在比较COPD与哮喘病人和正常人在持续增量运动中VO2的变化与Borg指数之间的关系，以便对COPD、哮喘病人运动负荷时VO2及Borg指数给予进一步的评价。
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1 材料与方法
1.1 实验对象与分组
1.1.1 COPD组：临床确诊为慢性支气管和慢支合并肺气肿病人，均无肺心病，共14例(男8例，女6例)，年龄(50.0±11.2)岁。
1.1.2 哮喘组：临床确诊的支气管哮喘病人14例(男9例，女5例)，年龄(30.9±7.83)岁。
1.1.3 健康人组：为健康志愿者，共15例(男9例，女6例)，年龄(41±8.44)岁，均无过敏史和吸烟史。
所有受试者均排除心血管系统疾病、骨关节系统疾病及神经肌肉接头疾病等。试验前均停用支气管舒张剂24 h以上，两周内未用激素类药物。
1.2 实验仪器
, 百拇医药
电子计算机及其2900软件(EPSON公司)；代谢车(EPSON公司)；电刹车式自行车功量仪(EPSON公司)；心率及血氧饱合度监测仪(NONIN医疗仪器公司)。
1.3 Borg指数
0级毫无气短的感受；0.5级稍有感觉累；1级非常非常轻微感到气短；2级非常轻微的气短；3级轻度气短；4级中等度气短；5级比较重的气短；6级空缺；7级严重气短；8级空缺；9级非常非常气短；10级最大忍耐极限。
1.4 实验方法
实验组与对照组均于静息状态下检测其肺功能状况。受试者坐于自行车功量仪上，夹鼻张口呼吸，静坐2 min适应后，空转1 min，再由5 W为起始负荷，每分钟递增15～25 W。车速恒定在50～80 r/min。同时进行动脉血氧饱和度和心率检测。病人的主观疲劳度由Borg指数指示，当病人达到Borg指数9级或10级时，保持此负荷运动1 min后，改为5 W恢复期负荷，保持此负荷运动2 min后停止，受试过程中，每隔20 s记录一次Borg指数、VO2、VE、VCO2等生理参数。
, 百拇医药
2 结果
COPD组、哮喘组或健康人组，VO2在达到VO2max后均基本保持稳定，无明显变化。COPD组VO2max为(3.18±0.52)L/min，明显低于健康人组(t=3.12,P<0.01)，也低于哮喘组(t=3.08,P<0.01)。哮喘组和健康人组VO2max无明显差异(t=1.02,P>0.05)。COPD组达VO2max所需时间稍长于健康人和哮喘组(见表1)。
表1 3组病人VO2max、VCO2max、VEmax及达最大值时间 分 组
VO2max(L/min)
达VO2max(时间s)
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VEmax(L/min)
达VEmax(时间s)
VCO2max(L/min)
达VCO2max(时间s)
COPD
3.18±0.52
240～280
25.81±6.72
180～240
3.21±0.88
, 百拇医药 300～360
哮 喘
3.74±0.41
200～240
28.22±7.41
180～210
3.72±0.92
280～360
健康人
3.86±0.32
200～240
35.7±9.86
, 百拇医药
180～210
3.84±0.75
300～430
COPD组，哮喘组和健康人组的VCO2上升几乎与VO2平行，但到达VO2max时间稍早于到达VCO2max的时间，VE上升较快，比VO2稍早些达到最大值。COPD组的VCO2max明显低于健康人(t=4.31,P<0.01)，和哮喘组(t=3.58,P<0.01)。健康人组和哮喘组的VCO2max(t=2.01,P>0.05)，VE最大值(t=1.32,P>0.05)无明显差异。COPD组VEmax明显低于健康人组(t=5.82,P<0.01)和哮喘组(t=4.77,P<0.01)。
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3组患者在达到VO2max，VEmax及VCO2max之前，VO2，VE及VCO2与Borg指数均呈正相关，VO2与做功瓦数普呈正相关(见表2)。在整个运动过程中，三组患者的Borg指数和做功瓦数之间呈明显正相关，r=0.95,P<0.01。表2 VO2、VCO2及VE与Brog指数相关系数 分 组
VO2与Brog指数相关系数γ1
VO2与Watts
相关系数γ2
VCO2与Brog指数
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相关系数γ3
VE与Brog指数
相关系数γ4
COPD
0.58
0.03
0.56
0.71
哮 喘
0.66
0.67
0.78
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0.62
健康人
0.84*
0.71*
0.82*
0.76*
*P<0.01 余者P<0.05
3 讨论
COPD组的VO2max和VEmax，VCO2max值明显低于健康人组和哮喘组，COPD患者的通气储备及运动能力明显下降，运动时间相对较短，有些患者在运动开始后六七分钟的Borg值就已达到9级或10级，VO2达到其最大值的时间较健康人和哮喘患者亦延长。很多学者的研究指出：正常人在运动中，工作强度越高，VO2上升达新的平衡所需的时间越长，提示此时的VO2上升速率减慢可能是由于肌肉中糖原酵解产乳酸释放能量，也就是说在高强度的运动过程中，VO2升高的真实的动力学特点要比指数形式复杂得多[1～3，5～8]。COPD患者由于通气及换气功能均有一定程度的受损，所以有可能由肌糖原酵解产生能量，使血浆乳酸含量升高，影响了机体达到VO2max时间。
, 百拇医药
本文，哮喘患者与健康人在VO2max，VCO2max，VEmax平均值及其达到最大值的时间上，均无明显差异，可能与本实验选用的哮喘患者平均年龄较轻，发病时间较短(绝大多数小于5年)，肺功能受损较轻，对其运动能力影响较小有关。而发病时间较长，平均年龄偏大的哮喘患者运动后的VO2max值及其达稳定状态所需的时间有待于进一步研究。
不论正常人，哮喘患者或COPD患者VO2，VE，VCO2在达稳定状态前均与Borg指数呈正相关，亦与做功瓦数呈明显正相关，但受试者达VO2max时其Borg值相差很大，从轻微气短到非常气短均有，可能由于Borg指数毕竟是患者的主观感觉，受患者当时的心理状态，检测者的配合程度，对Borg指数的理解程度，乃至于受试当时的环境的影响，它不可能完全客观反映当时患者的气短程度。
, 百拇医药
Borg指数与做功瓦数从运动初始到运动结束，均呈明显正相关，提示运动强度和受试者主观气短程度之间的关系可以一定程度上反应其运动能力。
COPD患者到达Borg指数10级越快，运动时间越短，VEmax，VO2max和VCO2max值也相应越低，其病情越重，相对预后越差。哮喘患者虽然运动时间较短，达VO2max时间也较快。
COPD患者在持续增量运动初的VO2上升因素较复杂，关于其上升的形式，达VO2max值所需时间，以及其是否能于运动中达VO2max值及其众多的影响因素，如血中乳酸含量等均有待于进一步研究。
国家自然科学基金资助项目，39600009
作者简介：孙文君 研究生
, 百拇医药
参考文献
1 Barstom TJ, Mole PA. Simulation of pulmonary oxygen uptake during exercise in humans. J Appl Physiol, 1987,63:2253_2261
2 Casaburi RT, J Barstow, T Robinson. Influence of work rate on ventilatory and gas exchange kinetics. J Appl Physiol, 1989,67:547_555
3 Casaburi RT, J Barstow, T Robinson. Influence of work rate on ventilatory and gas exchange kinetics. J Appl Physiol, 1987,62:199_201
, 百拇医药
4 Casaburi, RJ Daly, JE Hansen. Abrupt changes inmixed venous blood gas composition after the onset of exercise. J Appl Physiol, 1989,67:1106_1112
5 Diprampero PE, CTM Davies, P Cerretelli. Margaria Analysis of o2 dept contracted in submaximal exercise. J. Appl. Physiol, 1970,29:547_551
6 Henry FM. Aerobic oxygen consumption and alactic dept in muscular work J Appl physiol, 1951,3:427_432
7 Hill AV, H Lupton. Muscular exercise lactic aeid and the supply and utilization of oxygen. QJ Med, 1923,16:135_147
8 Linnarsson D. Dynamic of pulmonary gas exchange and heart rate changes at start and end of exercise. Acta Physiol Scand, 1974,415(Suppl): 1_68
1998-03-27收稿, 百拇医药
单位：刘志 宋玉 于润江 中国医科大学呼吸疾病研究所，沈阳 110001；孙文君 现在北京宣武医院神经内科
关键词：慢性阻塞性肺疾病；哮喘；耗氧量；二氧化碳排出量；分钟通气量；Borg指数
中国医科990509 摘要 目的：探讨慢性阻塞性肺疾病(COPD)病人，哮喘病人及正常人在持续增量运动负荷实验过程中VO2同Borg指数的关系。方法：受试者于静息状态下检测其肺功能状况，再行持续增量运动负荷试验。受试者的主观疲劳度由Borg指数指示，受试过程中，每隔20 s记录一次VO2，VE,VCO2等生理参数。结果：受试者VO2max、VEmax、VCO2max，明显低于正常人及哮喘病人，COPD病人达VO2max所需时间亦长于正常人和哮喘病人，所有受试者的VO2、VE及VCO2值在达最大值前均与Borg Scale呈明显正相关。结论：COPD病人达Borg指数10级越快，运动时间越短，Vemax、VO2max和VCO2max值也相应越低。哮喘病人运动时间与正常人相似，达VO2max时间也相似。
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VO2, VCO2, VE and Borg Scale in Incremental Exercise Challenge for Pactients with COPD and Asthma
Sun Wenjun, Liu Zhi, Song Yu, et al
Institute of Respiritory Disease, China Medical University, Shenyang, 110001
ABSTRACT Objective:The purpose of this study was to compare VO2max and Borg scale during incremental ramp exercise for patients with chronic obstractive pulmonary disease (COPD) and asthma and normal subjects.Methods：Before testing, measurement of pulmonary function was an important first diagnostic test. Then, exercise challenge test was carried out by computer controlled bicycle ergomoter. The challenge began with 5 w, and went up to the level that the subject could not bear. VO2, VCO2, VE were recorded respectively every 20 seconds during exercise.Results:VO2max VEmax VCO2max of COPD patients were much lower than those of asthma and normal subjects. The actual VO2max, VEmax, VCO2max showed no difference between patients with asthma and normal subjects. The time needed to reach VO2max in COPD patients (4～4.67 min) was much longer than that of asthma and normal subjects (3.33～4 min). Exercise ability was partially decreased in COPD patients. Borg scale and watts had significant correlation (r=0.95, P<0.01) during exercise.Conclusion:The time COPD patients needed to reach Borg Scale 10 grade was much less than that of asthma and normal subjects, and the lower VEmax and VCO2max, the more severe the condition was. After active treatment, asthma subjects， condition wonld be much better than that of COPD patients.
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KEY WORDS chronic obstructive pulmonary disease; asthma; VE; VO; VCO; Borg scale
运动生理中衡量受试者摄取、传输和利用氧的最常用指标是最大氧耗量(VO2max)。
在剧烈运动过程中，随着持续的乳酸水平升高，VO2达到新的稳定水平的过程更加缓慢[1]。这种情况下，实际需氧量比运动终末的最大氧耗量高，这对机体运动后恢复期的延长和恢复期VO2水平的升高起了一定的作用[2]。
临床有多种呼吸困难指数，而Borg气短指数的应用范围广，有效性、确实性和敏感性较强。本文旨在比较COPD与哮喘病人和正常人在持续增量运动中VO2的变化与Borg指数之间的关系，以便对COPD、哮喘病人运动负荷时VO2及Borg指数给予进一步的评价。
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1 材料与方法
1.1 实验对象与分组
1.1.1 COPD组：临床确诊为慢性支气管和慢支合并肺气肿病人，均无肺心病，共14例(男8例，女6例)，年龄(50.0±11.2)岁。
1.1.2 哮喘组：临床确诊的支气管哮喘病人14例(男9例，女5例)，年龄(30.9±7.83)岁。
1.1.3 健康人组：为健康志愿者，共15例(男9例，女6例)，年龄(41±8.44)岁，均无过敏史和吸烟史。
所有受试者均排除心血管系统疾病、骨关节系统疾病及神经肌肉接头疾病等。试验前均停用支气管舒张剂24 h以上，两周内未用激素类药物。
1.2 实验仪器
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电子计算机及其2900软件(EPSON公司)；代谢车(EPSON公司)；电刹车式自行车功量仪(EPSON公司)；心率及血氧饱合度监测仪(NONIN医疗仪器公司)。
1.3 Borg指数
0级毫无气短的感受；0.5级稍有感觉累；1级非常非常轻微感到气短；2级非常轻微的气短；3级轻度气短；4级中等度气短；5级比较重的气短；6级空缺；7级严重气短；8级空缺；9级非常非常气短；10级最大忍耐极限。
1.4 实验方法
实验组与对照组均于静息状态下检测其肺功能状况。受试者坐于自行车功量仪上，夹鼻张口呼吸，静坐2 min适应后，空转1 min，再由5 W为起始负荷，每分钟递增15～25 W。车速恒定在50～80 r/min。同时进行动脉血氧饱和度和心率检测。病人的主观疲劳度由Borg指数指示，当病人达到Borg指数9级或10级时，保持此负荷运动1 min后，改为5 W恢复期负荷，保持此负荷运动2 min后停止，受试过程中，每隔20 s记录一次Borg指数、VO2、VE、VCO2等生理参数。
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2 结果
COPD组、哮喘组或健康人组，VO2在达到VO2max后均基本保持稳定，无明显变化。COPD组VO2max为(3.18±0.52)L/min，明显低于健康人组(t=3.12,P<0.01)，也低于哮喘组(t=3.08,P<0.01)。哮喘组和健康人组VO2max无明显差异(t=1.02,P>0.05)。COPD组达VO2max所需时间稍长于健康人和哮喘组(见表1)。
表1 3组病人VO2max、VCO2max、VEmax及达最大值时间 分 组
VO2max(L/min)
达VO2max(时间s)
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VEmax(L/min)
达VEmax(时间s)
VCO2max(L/min)
达VCO2max(时间s)
COPD
3.18±0.52
240～280
25.81±6.72
180～240
3.21±0.88
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哮 喘
3.74±0.41
200～240
28.22±7.41
180～210
3.72±0.92
280～360
健康人
3.86±0.32
200～240
35.7±9.86
, 百拇医药
180～210
3.84±0.75
300～430
COPD组，哮喘组和健康人组的VCO2上升几乎与VO2平行，但到达VO2max时间稍早于到达VCO2max的时间，VE上升较快，比VO2稍早些达到最大值。COPD组的VCO2max明显低于健康人(t=4.31,P<0.01)，和哮喘组(t=3.58,P<0.01)。健康人组和哮喘组的VCO2max(t=2.01,P>0.05)，VE最大值(t=1.32,P>0.05)无明显差异。COPD组VEmax明显低于健康人组(t=5.82,P<0.01)和哮喘组(t=4.77,P<0.01)。
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3组患者在达到VO2max，VEmax及VCO2max之前，VO2，VE及VCO2与Borg指数均呈正相关，VO2与做功瓦数普呈正相关(见表2)。在整个运动过程中，三组患者的Borg指数和做功瓦数之间呈明显正相关，r=0.95,P<0.01。表2 VO2、VCO2及VE与Brog指数相关系数 分 组
VO2与Brog指数相关系数γ1
VO2与Watts
相关系数γ2
VCO2与Brog指数
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相关系数γ3
VE与Brog指数
相关系数γ4
COPD
0.58
0.03
0.56
0.71
哮 喘
0.66
0.67
0.78
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0.62
健康人
0.84*
0.71*
0.82*
0.76*
*P<0.01 余者P<0.05
3 讨论
COPD组的VO2max和VEmax，VCO2max值明显低于健康人组和哮喘组，COPD患者的通气储备及运动能力明显下降，运动时间相对较短，有些患者在运动开始后六七分钟的Borg值就已达到9级或10级，VO2达到其最大值的时间较健康人和哮喘患者亦延长。很多学者的研究指出：正常人在运动中，工作强度越高，VO2上升达新的平衡所需的时间越长，提示此时的VO2上升速率减慢可能是由于肌肉中糖原酵解产乳酸释放能量，也就是说在高强度的运动过程中，VO2升高的真实的动力学特点要比指数形式复杂得多[1～3，5～8]。COPD患者由于通气及换气功能均有一定程度的受损，所以有可能由肌糖原酵解产生能量，使血浆乳酸含量升高，影响了机体达到VO2max时间。
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本文，哮喘患者与健康人在VO2max，VCO2max，VEmax平均值及其达到最大值的时间上，均无明显差异，可能与本实验选用的哮喘患者平均年龄较轻，发病时间较短(绝大多数小于5年)，肺功能受损较轻，对其运动能力影响较小有关。而发病时间较长，平均年龄偏大的哮喘患者运动后的VO2max值及其达稳定状态所需的时间有待于进一步研究。
不论正常人，哮喘患者或COPD患者VO2，VE，VCO2在达稳定状态前均与Borg指数呈正相关，亦与做功瓦数呈明显正相关，但受试者达VO2max时其Borg值相差很大，从轻微气短到非常气短均有，可能由于Borg指数毕竟是患者的主观感觉，受患者当时的心理状态，检测者的配合程度，对Borg指数的理解程度，乃至于受试当时的环境的影响，它不可能完全客观反映当时患者的气短程度。
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Borg指数与做功瓦数从运动初始到运动结束，均呈明显正相关，提示运动强度和受试者主观气短程度之间的关系可以一定程度上反应其运动能力。
COPD患者到达Borg指数10级越快，运动时间越短，VEmax，VO2max和VCO2max值也相应越低，其病情越重，相对预后越差。哮喘患者虽然运动时间较短，达VO2max时间也较快。
COPD患者在持续增量运动初的VO2上升因素较复杂，关于其上升的形式，达VO2max值所需时间，以及其是否能于运动中达VO2max值及其众多的影响因素，如血中乳酸含量等均有待于进一步研究。
国家自然科学基金资助项目，39600009
作者简介：孙文君 研究生
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参考文献
1 Barstom TJ, Mole PA. Simulation of pulmonary oxygen uptake during exercise in humans. J Appl Physiol, 1987,63:2253_2261
2 Casaburi RT, J Barstow, T Robinson. Influence of work rate on ventilatory and gas exchange kinetics. J Appl Physiol, 1989,67:547_555
3 Casaburi RT, J Barstow, T Robinson. Influence of work rate on ventilatory and gas exchange kinetics. J Appl Physiol, 1987,62:199_201
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4 Casaburi, RJ Daly, JE Hansen. Abrupt changes inmixed venous blood gas composition after the onset of exercise. J Appl Physiol, 1989,67:1106_1112
5 Diprampero PE, CTM Davies, P Cerretelli. Margaria Analysis of o2 dept contracted in submaximal exercise. J. Appl. Physiol, 1970,29:547_551
6 Henry FM. Aerobic oxygen consumption and alactic dept in muscular work J Appl physiol, 1951,3:427_432
7 Hill AV, H Lupton. Muscular exercise lactic aeid and the supply and utilization of oxygen. QJ Med, 1923,16:135_147
8 Linnarsson D. Dynamic of pulmonary gas exchange and heart rate changes at start and end of exercise. Acta Physiol Scand, 1974,415(Suppl): 1_68
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