吸氧和氨茶碱对慢性阻塞性肺病运动耐力、气体交换和呼吸方式的影响
作者：周彩存 徐凤珍
单位：周彩存(上海市肺科医院内科，上海市政民路507号，200433)；徐凤珍(蚌埠医学院附属医院呼吸科)
关键词：
中国康复医学杂志000416 慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)的康复治疗目前正受到重视，运动疗法是康复治疗的重要手段之一。有报道提示运动疗法不能改善COPD运动能力和心肺功能状态〔1〕，其对气体交换参数恢复动力学的改善被认为是患者对运动疗法的反应〔2〕。康复治疗中,COPD患者常吸氧和采用茶碱类药物治疗；它们对运动耐力、气体交换和呼吸方式有无影响，目前研究较少。了解这些影响有助于准确地评价运动疗法的效果。本文研究目的在于探讨氨茶碱和吸氧对COPD运动耐力、气体交换和呼吸方式的影响。
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1 资料与方法
以28例临床稳定期COPD患者为研究对象，男性26例，女性2例；年龄为57.1±9.4岁。FEV1%为61.3%±18.7%，VC%为83.6%±17.6%。均无明显的左心、神经肌肉和其它肺部等疾患。检查前两周内均无上下呼吸道感染迹象，3天内未使用激素和支气管扩张剂等药物。
检查室温在22～28℃之间，患者充分休息后，作极量运动负荷试验。负荷从10W开始，每分钟增加10W；运动恢复期定为10min。2h后，随机分为两组：氨茶碱组14例,缓慢静脉注射氨茶碱0.25g；吸氧组14例，吸氧1L/min。在注射氨茶碱或吸氧开始30min后，重复上述检查。运动及其恢复期呼吸参数用能量代谢仪连续测定(Sensor Medics No.2900)，每隔20s电脑自动打印结果。
以潮气量(tidal volume,VT)作为横坐标，每分通气量(ventilation per minute,VE)为纵坐标，采用Gallagher等〔3〕 报道的方法作图，了解运动及其恢复期呼吸方式的改变。为便于个体间比较，VT和VE均用VC加以校正。作图时静息期取一个点，运动与恢复期每分钟取一个点；但运动结束前及其后1min，因呼吸参数变化较大，每20s取一个点；各点之间以时间先后顺序直线加以连结。运动期和恢复期VT的差异以VC的百分数来表示，若运动期VT小于恢复期VT，为正数；反之则为负数。根据恢复期每个点与运动期VT的差距，求得运动期与恢复期VT差值的均数(ΔVT)。正值表明在相同VE时，恢复期呼吸较运动期呼吸浅而快，反之亦然。呼吸气体交换参数恢复半衰期定义为呼吸参数恢复到运动中最大值与基础值差异50% 所需的时间。吸氧时由于吸入氧气浓度超过机器检测范围，故吸氧后每分摄氧量(VO2)和运动恢复期体内蓄积CO2排出量未加分析。
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结果用t检验。
2 结果
2.1 运动耐力
见表1。氨茶碱和吸氧均明显增加COPD患者运动耐力与极量运动时的VE(VEmax)和VT/VC(VTmax/VC)；此外，前者还显著增加最大VO2(VO2max),后者可提高SaO2(SaO2max)。在相同运动负荷时，氨茶碱对VE、VT、VO2/kg和SaO2等均无明显的影响(P>0.05)；而吸氧则显著降低相同运动负荷时的VE和每分CO2产生量(VCO2),增加SaO2。
2.2 呼吸方式
吸氧组和氨茶碱组在处理前，分别有8例和9例ΔVT>4%VC，组间差异不显著。吸氧和氨茶碱均显著降低ΔVT(表1,P<0.01)，但两组降低程度无显著差异。
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2.3 气体交换参数的恢复
极量运动后气体交换参数和心率均逐渐下降，缓慢恢复到正常；在运动停止10min时各参数恢复程度均>95%。吸氧或氨茶碱处理前两组各参数恢复半衰期和恢复程度均无明显的差异(表2)。吸氧明显加快气体交换参数的恢复，恢复半衰期较吸氧前明显缩短(P<0.01)，但对各参数恢复程度影响不大(表2)。
表1 治疗前后极量运动时呼吸参数和ΔVT(
±s)(n=14)
作功量
(W)
VEmax
(l/min)
, 百拇医药
VTmax/VC
(%)
VCO2max
(ml/min)
△VT
(%VC)
SaO2
(%)
氨茶碱用前
63.3±22.4
34.0±12.0
64.2±25.4
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951.4±320.6
4.3±4.4
93.9±6.2
氨茶碱用后
69.1±23.0
36.4±12.5
68.6±30.4
1018.5±349.5
-0.3±2.2
92.8±4.8
前后改变值
6.2±7.0①
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2.4±3.0②
4.4±7.0①
67.1±107.5②
-4.6±3.4①
-1.1±5.4
吸氧前
58.6±23.4
34.6±9.7
62.3±14.9
960.5±280.3
4.4±2.9
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94.5±3.4
吸氧后
68.8±16.9
37.6±13.4
64.9±16.0
1045.2±420.2
1.7±2.2
96.2±3.7
前后改变值
10.2±8.7①
3.0±5.1②
, 百拇医药
2.6±8.3
84.7±176.4
-2.7±2.5①
1.7±2.1①
注：与氨茶碱使用前或吸氧前相比,①P<0.01，②P<0.05表2 治疗前后极量运动后气体交换参数的恢复半衰期及其程度(±s)
恢复半衰期(s)
恢复程度(%)
VE
VT
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VCO2
HR
VE
VT
VCO2
HR
氨茶碱用前
115.7±58.2
175.7±82.9
108.6±33.6
160.0±22.4
108.4±26.0
, 百拇医药
107.6±14.4
97.2±18.4
96.8±19.1
氨茶碱用后
105.4±35.6
162.3±78.3
102.9±33.4
172.1±31.9
105.8±21.2
104.3±10.3
98.3±15.9
96.0±18.4
, 百拇医药
前后改变值
-10.3±54.7
-13.4±59.8
-5.7±19.2
12.1±28.4
-2.6±22.6
-3.3±14.5
1.1±13.9
-0.8±12.8
吸氧前
127.2±24.5
154.5±53.3
, 百拇医药
98.3±27.6
163.6±59.5
104.8±19.8
108.4±26.5
97.8±10.2
97.4±8.8
吸氧后
103.6±29.3
123.6±47.6
101.7±26.4
90.9±31.2
109.0±11.1
, 百拇医药
109.3±8.9
98.5±9.4
99.5±10.8
前后改变值
-23.6±22.3①
-30.9±50.7②
3.3±21.3
-72.7±60.3①
4.2±14.3
0.9±11.4
0.7±7.1
, 百拇医药
2.1±5.9
注：与氨茶碱使用前或吸氧前相比,①P<0.01，②P<0.05
3 讨论
氧疗和氨茶碱在COPD中的应用价值已经得到证实〔4、5〕，前者能明显改善患者运动耐力，后者扩张气道，改善膈肌功能。但它们对呼吸方式和运动后气体交换参数的恢复有无影响目前尚未见报道。有报道提示运动疗法不能改善运动能力和心肺功能状态〔1〕，但可促进运动后气体交换参数的恢复〔2〕。COPD患者康复治疗中常并用氧疗和氨茶碱，了解氧疗和氨茶碱对运动后气体交换参数恢复和呼吸方式的影响有助于更好地评价运动疗法的效果。
与正常人相比，COPD患者运动耐力明显降低。尽管吸氧和氨茶碱能显著增加COPD患者运动耐力和肺通气能力，但前者能降低相同负荷对肺通气量的需求。说明吸氧增加运动能力是通过动脉血氧供的增加实现的，而氨茶碱则主要是通过呼吸肌功能的改善和肺通气量的增加来实现的。
, 百拇医药
极量运动后COPD患者存在较长时间的相对呼吸过速、高代谢和心动过速状态。气体交换参数恢复缓慢，恢复半衰期延长〔6〕。笔者发现COPD患者极量运动后体内蓄积CO2排出半衰期明显延长，可持续到运动后10min〔7〕。蓄积CO2排出延缓可能对运动耐力产生不利影响，加剧和延长呼吸负荷。本文研究证实，氧疗能明显缩短COPD患者在极量运动后呼吸气体交换参数的恢复半衰期，而氨茶碱则无此作用。运动后气体交换参数恢复的改善对于呼吸功能低下的COPD患者是有益的，因为在呼吸参数恢复之前又恢复运动会增加单位运动负荷的代谢需求，降低呼吸肌疲劳阈，从而有加剧缺O2和CO2潴留，诱发呼吸肌疲劳的可能。
在相同VE时，运动和恢复期VT的差异提示控制运动与恢复期呼吸方式的因素不同。VE是VT与FB的乘积；相同VE时，恢复期VT较运动期小(即ΔVT为正值)，即恢复期呼吸变为浅速。Gallagher与Younes报道正常中老年人与COPD病人极量运动及其恢复期呼吸方式相同〔3〕，但本文61.5%的COPD患者ΔVT>4.1%VC。提示存在明显的恢复期浅快呼吸。吸氧和氨茶碱能明显降低ΔVT，即改善运动恢复期呼吸方式。它们改善运动恢复期呼吸方式的机制不详,可能与呼吸肌功能改善有关。有证据表明正常人和COPD患者运动中发生呼吸肌疲劳〔8～10〕 。吸气肌疲劳可能影响呼吸方式和运动后气体交换的恢复。吸氧后动脉血氧合作用增强，呼吸肌氧供增加，从而使得呼吸肌收缩能力得到改善。此外，氨茶碱能够降低肺动脉压、增强心肌收缩力，从而减少运动中肺间质水肿的发生；体内外动物试验表明氨茶碱还能够增强膈肌功能〔5、11、12〕。茶碱类药物能减轻运动引起的肺过度膨胀，从而改善通气效率、运动中最大吸气压、最大吸气流速和呼吸肌贮备，提示有呼吸肌功能的改善〔5〕。
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参考文献
1，Belman MJ,Kendregan BA.Exercising training fails to increase skeletal muscle enzymes in patients with chronic obstructive pulmonary disease.Am Rev Respir Dis,1981,123(2):256.
2，Hagberg JM,Hickson RC,Ensani AA,et al.Faster adjustment to and recovery from submaximal exercise in the trained state.J Appl Physiol,1980,48(1):218.
3，Gallagher CG,Younses M.Breathing pattern during and after exercise in patients with chronic obstructive lung disease,interstitial lung disease,and cardiac disease,and in normal subjects.Am Rev Respir Dis,1986,133(4):581.
, 百拇医药
4，Dean NC,Brown JV,Himelman RB,et al.Oxygen may improve dyspnea and endurance in patients with chronic obstructive pulmonary disease and only mild hypoxemia.Am Rev Respir Dis,1992,146(4):941.
5，Nietzeba RM,Elliot CG,Adams TD,et al.Effects of aminophylline upon the exercise performance of patients with stable chronic airflow obstruction.Bull Eur Physiopathol Respir,1984,20:361.
6，Chick TW,Cagle TG,Vegas FA,et al.Recovery of gas exchange variables and heart rate after maximal exercise in COPD.Chest,1990,97(2):276.
, 百拇医药
7，周彩存,徐凤珍,王爱华,等.慢性阻塞性肺病患者极量运动后气体交换参数的恢复.中国康复医学杂志,1998,22(4):16.
8，Johnson BP,Babcock MA.Exercise-induced diaphragmatic fatigue in healthy humans.J Pyhsiol Lond,1993,460(1):385.
9，Babcock MA,Pegelow DF,McClaran SR,et al.Contribution of diaphragmatic power output to exercise-induced diaphragm fatigue.J Appl Physiol,1995,78(5):1710.
10，Bye PT,Esau SA,Levy RD,et al.Ventilatory muslce function during exercise in air and oxygen in patients with chronic air-flow limitation.Am Rev Respir Dis,1985,132:236-40.
, http://www.100md.com
11，Murciano D,Aucler MH,Pariente R,et al.A randomized controlled trial of theophylline in patients with severe chronic obstructive pulmonary disease.N Engl J Med，1989,320:1521.
12，Howell S,Fitzferald Rs,Roussos SC,et al.The effects of aminophylline,isoproterenol,and neostugmine on hypercapnic depression of diaphragmatic contractility.Am Rev Respir Dis,1985,132:241.
收稿日期：1999-10-11, 百拇医药
单位：周彩存(上海市肺科医院内科，上海市政民路507号，200433)；徐凤珍(蚌埠医学院附属医院呼吸科)
关键词：
中国康复医学杂志000416 慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)的康复治疗目前正受到重视，运动疗法是康复治疗的重要手段之一。有报道提示运动疗法不能改善COPD运动能力和心肺功能状态〔1〕，其对气体交换参数恢复动力学的改善被认为是患者对运动疗法的反应〔2〕。康复治疗中,COPD患者常吸氧和采用茶碱类药物治疗；它们对运动耐力、气体交换和呼吸方式有无影响，目前研究较少。了解这些影响有助于准确地评价运动疗法的效果。本文研究目的在于探讨氨茶碱和吸氧对COPD运动耐力、气体交换和呼吸方式的影响。
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1 资料与方法
以28例临床稳定期COPD患者为研究对象，男性26例，女性2例；年龄为57.1±9.4岁。FEV1%为61.3%±18.7%，VC%为83.6%±17.6%。均无明显的左心、神经肌肉和其它肺部等疾患。检查前两周内均无上下呼吸道感染迹象，3天内未使用激素和支气管扩张剂等药物。
检查室温在22～28℃之间，患者充分休息后，作极量运动负荷试验。负荷从10W开始，每分钟增加10W；运动恢复期定为10min。2h后，随机分为两组：氨茶碱组14例,缓慢静脉注射氨茶碱0.25g；吸氧组14例，吸氧1L/min。在注射氨茶碱或吸氧开始30min后，重复上述检查。运动及其恢复期呼吸参数用能量代谢仪连续测定(Sensor Medics No.2900)，每隔20s电脑自动打印结果。
以潮气量(tidal volume,VT)作为横坐标，每分通气量(ventilation per minute,VE)为纵坐标，采用Gallagher等〔3〕 报道的方法作图，了解运动及其恢复期呼吸方式的改变。为便于个体间比较，VT和VE均用VC加以校正。作图时静息期取一个点，运动与恢复期每分钟取一个点；但运动结束前及其后1min，因呼吸参数变化较大，每20s取一个点；各点之间以时间先后顺序直线加以连结。运动期和恢复期VT的差异以VC的百分数来表示，若运动期VT小于恢复期VT，为正数；反之则为负数。根据恢复期每个点与运动期VT的差距，求得运动期与恢复期VT差值的均数(ΔVT)。正值表明在相同VE时，恢复期呼吸较运动期呼吸浅而快，反之亦然。呼吸气体交换参数恢复半衰期定义为呼吸参数恢复到运动中最大值与基础值差异50% 所需的时间。吸氧时由于吸入氧气浓度超过机器检测范围，故吸氧后每分摄氧量(VO2)和运动恢复期体内蓄积CO2排出量未加分析。
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结果用t检验。
2 结果
2.1 运动耐力
见表1。氨茶碱和吸氧均明显增加COPD患者运动耐力与极量运动时的VE(VEmax)和VT/VC(VTmax/VC)；此外，前者还显著增加最大VO2(VO2max),后者可提高SaO2(SaO2max)。在相同运动负荷时，氨茶碱对VE、VT、VO2/kg和SaO2等均无明显的影响(P>0.05)；而吸氧则显著降低相同运动负荷时的VE和每分CO2产生量(VCO2),增加SaO2。
2.2 呼吸方式
吸氧组和氨茶碱组在处理前，分别有8例和9例ΔVT>4%VC，组间差异不显著。吸氧和氨茶碱均显著降低ΔVT(表1,P<0.01)，但两组降低程度无显著差异。
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2.3 气体交换参数的恢复
极量运动后气体交换参数和心率均逐渐下降，缓慢恢复到正常；在运动停止10min时各参数恢复程度均>95%。吸氧或氨茶碱处理前两组各参数恢复半衰期和恢复程度均无明显的差异(表2)。吸氧明显加快气体交换参数的恢复，恢复半衰期较吸氧前明显缩短(P<0.01)，但对各参数恢复程度影响不大(表2)。
表1 治疗前后极量运动时呼吸参数和ΔVT(
±s)(n=14)作功量
(W)
VEmax
(l/min)
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VTmax/VC
(%)
VCO2max
(ml/min)
△VT
(%VC)
SaO2
(%)
氨茶碱用前
63.3±22.4
34.0±12.0
64.2±25.4
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951.4±320.6
4.3±4.4
93.9±6.2
氨茶碱用后
69.1±23.0
36.4±12.5
68.6±30.4
1018.5±349.5
-0.3±2.2
92.8±4.8
前后改变值
6.2±7.0①
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2.4±3.0②
4.4±7.0①
67.1±107.5②
-4.6±3.4①
-1.1±5.4
吸氧前
58.6±23.4
34.6±9.7
62.3±14.9
960.5±280.3
4.4±2.9
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94.5±3.4
吸氧后
68.8±16.9
37.6±13.4
64.9±16.0
1045.2±420.2
1.7±2.2
96.2±3.7
前后改变值
10.2±8.7①
3.0±5.1②
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2.6±8.3
84.7±176.4
-2.7±2.5①
1.7±2.1①
注：与氨茶碱使用前或吸氧前相比,①P<0.01，②P<0.05表2 治疗前后极量运动后气体交换参数的恢复半衰期及其程度(
±s)恢复半衰期(s)
恢复程度(%)
VE
VT
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VCO2
HR
VE
VT
VCO2
HR
氨茶碱用前
115.7±58.2
175.7±82.9
108.6±33.6
160.0±22.4
108.4±26.0
, 百拇医药
107.6±14.4
97.2±18.4
96.8±19.1
氨茶碱用后
105.4±35.6
162.3±78.3
102.9±33.4
172.1±31.9
105.8±21.2
104.3±10.3
98.3±15.9
96.0±18.4
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前后改变值
-10.3±54.7
-13.4±59.8
-5.7±19.2
12.1±28.4
-2.6±22.6
-3.3±14.5
1.1±13.9
-0.8±12.8
吸氧前
127.2±24.5
154.5±53.3
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98.3±27.6
163.6±59.5
104.8±19.8
108.4±26.5
97.8±10.2
97.4±8.8
吸氧后
103.6±29.3
123.6±47.6
101.7±26.4
90.9±31.2
109.0±11.1
, 百拇医药
109.3±8.9
98.5±9.4
99.5±10.8
前后改变值
-23.6±22.3①
-30.9±50.7②
3.3±21.3
-72.7±60.3①
4.2±14.3
0.9±11.4
0.7±7.1
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2.1±5.9
注：与氨茶碱使用前或吸氧前相比,①P<0.01，②P<0.05
3 讨论
氧疗和氨茶碱在COPD中的应用价值已经得到证实〔4、5〕，前者能明显改善患者运动耐力，后者扩张气道，改善膈肌功能。但它们对呼吸方式和运动后气体交换参数的恢复有无影响目前尚未见报道。有报道提示运动疗法不能改善运动能力和心肺功能状态〔1〕，但可促进运动后气体交换参数的恢复〔2〕。COPD患者康复治疗中常并用氧疗和氨茶碱，了解氧疗和氨茶碱对运动后气体交换参数恢复和呼吸方式的影响有助于更好地评价运动疗法的效果。
与正常人相比，COPD患者运动耐力明显降低。尽管吸氧和氨茶碱能显著增加COPD患者运动耐力和肺通气能力，但前者能降低相同负荷对肺通气量的需求。说明吸氧增加运动能力是通过动脉血氧供的增加实现的，而氨茶碱则主要是通过呼吸肌功能的改善和肺通气量的增加来实现的。
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极量运动后COPD患者存在较长时间的相对呼吸过速、高代谢和心动过速状态。气体交换参数恢复缓慢，恢复半衰期延长〔6〕。笔者发现COPD患者极量运动后体内蓄积CO2排出半衰期明显延长，可持续到运动后10min〔7〕。蓄积CO2排出延缓可能对运动耐力产生不利影响，加剧和延长呼吸负荷。本文研究证实，氧疗能明显缩短COPD患者在极量运动后呼吸气体交换参数的恢复半衰期，而氨茶碱则无此作用。运动后气体交换参数恢复的改善对于呼吸功能低下的COPD患者是有益的，因为在呼吸参数恢复之前又恢复运动会增加单位运动负荷的代谢需求，降低呼吸肌疲劳阈，从而有加剧缺O2和CO2潴留，诱发呼吸肌疲劳的可能。
在相同VE时，运动和恢复期VT的差异提示控制运动与恢复期呼吸方式的因素不同。VE是VT与FB的乘积；相同VE时，恢复期VT较运动期小(即ΔVT为正值)，即恢复期呼吸变为浅速。Gallagher与Younes报道正常中老年人与COPD病人极量运动及其恢复期呼吸方式相同〔3〕，但本文61.5%的COPD患者ΔVT>4.1%VC。提示存在明显的恢复期浅快呼吸。吸氧和氨茶碱能明显降低ΔVT，即改善运动恢复期呼吸方式。它们改善运动恢复期呼吸方式的机制不详,可能与呼吸肌功能改善有关。有证据表明正常人和COPD患者运动中发生呼吸肌疲劳〔8～10〕 。吸气肌疲劳可能影响呼吸方式和运动后气体交换的恢复。吸氧后动脉血氧合作用增强，呼吸肌氧供增加，从而使得呼吸肌收缩能力得到改善。此外，氨茶碱能够降低肺动脉压、增强心肌收缩力，从而减少运动中肺间质水肿的发生；体内外动物试验表明氨茶碱还能够增强膈肌功能〔5、11、12〕。茶碱类药物能减轻运动引起的肺过度膨胀，从而改善通气效率、运动中最大吸气压、最大吸气流速和呼吸肌贮备，提示有呼吸肌功能的改善〔5〕。
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参考文献
1，Belman MJ,Kendregan BA.Exercising training fails to increase skeletal muscle enzymes in patients with chronic obstructive pulmonary disease.Am Rev Respir Dis,1981,123(2):256.
2，Hagberg JM,Hickson RC,Ensani AA,et al.Faster adjustment to and recovery from submaximal exercise in the trained state.J Appl Physiol,1980,48(1):218.
3，Gallagher CG,Younses M.Breathing pattern during and after exercise in patients with chronic obstructive lung disease,interstitial lung disease,and cardiac disease,and in normal subjects.Am Rev Respir Dis,1986,133(4):581.
, 百拇医药
4，Dean NC,Brown JV,Himelman RB,et al.Oxygen may improve dyspnea and endurance in patients with chronic obstructive pulmonary disease and only mild hypoxemia.Am Rev Respir Dis,1992,146(4):941.
5，Nietzeba RM,Elliot CG,Adams TD,et al.Effects of aminophylline upon the exercise performance of patients with stable chronic airflow obstruction.Bull Eur Physiopathol Respir,1984,20:361.
6，Chick TW,Cagle TG,Vegas FA,et al.Recovery of gas exchange variables and heart rate after maximal exercise in COPD.Chest,1990,97(2):276.
, 百拇医药
7，周彩存,徐凤珍,王爱华,等.慢性阻塞性肺病患者极量运动后气体交换参数的恢复.中国康复医学杂志,1998,22(4):16.
8，Johnson BP,Babcock MA.Exercise-induced diaphragmatic fatigue in healthy humans.J Pyhsiol Lond,1993,460(1):385.
9，Babcock MA,Pegelow DF,McClaran SR,et al.Contribution of diaphragmatic power output to exercise-induced diaphragm fatigue.J Appl Physiol,1995,78(5):1710.
10，Bye PT,Esau SA,Levy RD,et al.Ventilatory muslce function during exercise in air and oxygen in patients with chronic air-flow limitation.Am Rev Respir Dis,1985,132:236-40.
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11，Murciano D,Aucler MH,Pariente R,et al.A randomized controlled trial of theophylline in patients with severe chronic obstructive pulmonary disease.N Engl J Med，1989,320:1521.
12，Howell S,Fitzferald Rs,Roussos SC,et al.The effects of aminophylline,isoproterenol,and neostugmine on hypercapnic depression of diaphragmatic contractility.Am Rev Respir Dis,1985,132:241.
收稿日期：1999-10-11, 百拇医药