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慢性阻塞性肺疾病骨骼肌功能下降的调查分析与机制探讨

作　者: 巨春蓉
导　师: 陈荣昌
学　校: 广州医学院
专　业: 呼吸内科学
关键词: 慢性阻塞性肺疾病 股四头肌 最大主动收缩力 耐力 最大颤搐张力
分类号: R563.9
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


背景:慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一种以气流受限不完全可逆为特征的慢性气道炎症反应性疾病。然而,COPD不仅仅是局限于肺部的疾病,而是一种全身多系统性、慢性炎症反应性疾病。骨骼肌消耗及功能失调（SMD）作为COPD全身效应的主要表现之一,常常始于疾病的早期,是患者活动受限的主要原因之一,严重影响患者的生活质量;SMD同时也是影响COPD本身严重程度的重要因素之一,与患者的死亡率密切相关。COPD患者SMD的发生机制已经成为国外研究的热点。近年来的观点认为,COPD患者SMD的发生与全身慢性炎症反应、营养不良、肌肉废用性萎缩、激素的使用等机制有关,但每一种理论似乎均不能完全解释COPD患者SMD的发生。全面准确评估骨骼肌功能是探索SMD发生机制的基础,骨骼肌功能的全面评估包括耐力评估和收缩力评估。股四头肌作为外周骨骼肌的代表,便于检测,是COPD外周骨骼肌功能检测和研究的主要肌肉。传统的股四头肌收缩力的评估需要依赖受试者的主观努力,属于主观用力依赖的检测方法。近年来采用磁刺激股神经诱发股四头肌的颤搐张力,检测肌肉的被动收缩力,不依赖受试者的主观努力,属于无需主观用力的方法。建立本地正常老年人群（与COPD患者年龄匹配的人群）外周骨骼肌功能的参考值,探索COPD患者外周骨骼肌功能异常的发生率、严重程度,以及相关的危险因素,对防治COPD患者外周骨骼肌功能异常具有重要的理论和临床应用价值。目的:建立老年健康者外周骨骼肌（股四头肌）功能检测指标的正常值,调查稳定期COPD患者外周骨骼肌的功能状态,探索COPD患者SMD发生的相关机制;同时,比较三种不同的股四头肌功能检测方法的优缺点,为实践中选择检测方法提供依据。材料与方法一.研究对象:研究对象包括稳定期COPD患者和年龄匹配的正常对照者。所有COPD患者（COPD组）均来自广州呼吸病研究所（国家重点实验室）门诊。COPD的诊断根据GOLD指南的标准,通过肺功能检查明确诊断。选择稳定期的患者,近两个月来无急性发作。通过详细询问病史、体检、心电图、胸片和血液生化检查等排除心血管疾患、风湿性疾病、神经肌肉疾病等伴发病。正常对照组受试者来自于广州医学院第一附属医院健康体检的同龄健康志愿者。二.方法:1.股四头肌力量评价和肌电记录方法:股四头肌功能测量技术按照Polkey等所述的方法,受试者坐在一张特制的椅子上,椅子的靠背可以活动,竖直或平放,受试者膝关节呈90度弯曲,悬垂于椅子末端。用一条无弹性皮带连接脚踝与应力测量器（测量范围0-150 kg）。皮带一端置于脚踝上12cm处,与脚踝垂直,另一端通过负荷感受器与应力测量器相连。每次测试前用标准力量定标。股四头肌体表肌电图（SEMG）的检测分别于股外侧肌肌腹、股直肌肌腹、股内侧肌腹表面安放测试电极,参考电极置于膝关节处。整个测试过程中必须确保受试者的膝关节角度不能改变,固定脚踝的皮带及力量负荷感受器应当始终与地板保持平行水平。然后进行下列检测2.股四头肌功能检测的程序:股四头肌的功能检测项目共包括以下三项:磁刺激股神经诱发的股四头肌肌颤搐张力（TwQ）、股四头肌最大主动收缩力（QMVC）和耐力时间（Tf）。2.1磁刺激诱发的肌颤搐张力（TwQ）:方法参照Hamneg?rd等所述:将“8”字形的磁刺激条放置于股三角内股动脉外侧,同步记录TwQ及磁刺激范围内相应的复合肌肉动作电位（CMAP）。磁刺激股神经诱发股四头肌被动收缩的所产生的TwQ作为力量衡量指标、CMAP幅度作为肌电衡量指标。为了避免肌肉收缩后对TwQ的强化效应,首次磁刺激前受试者安静休息20分钟。首先以100%刺激强度时诱发的股四头肌颤搐张力（TwQ100%）最大处的部位定位并做好标记,以保证在整个磁刺激过程中的位置固定。然后分别用40%、60%、80%、90%和100%的刺激强度对受试者进行检测。股四头肌被动收缩力的评估标准以最大肌颤搐张力（TwQmax）为准。TwQmax的判断标准为:随着磁刺激强度的逐步增加,所诱发的肌肉被动收缩力（即TwQ）及肌肉复合动作电位（即CMAP）出现平台。所有的131例受试者中,TwQ及CMAP均随着刺激量的增加而增加,其中的121例（对照组54例、COPD组67例）TWQ及CMAP最终出现平台,即检测到TwQmax。对于能检测到TwQmax的121例受试者,以三次100%磁刺激强度下所诱发的TwQ(即TwQ100%)的平均值作为最终TwQmax的结果。有10例,包括对照组6例（男性2例,女性4例）、COPD患者组4例（均为男性）未检测到TwQmax,即随着刺激强度的增加,没有观察到TwQ或CMAP平台的出现。此10例受试者中的9例体重指数明显高于其他受试者（24.531 kg/m2）, TwQ100%:QMVC的比值均<0.16;另外一例其体重指数正常,但TwQ100%的最大值（25kg左右）明显高于其他所有受试者,TwQ100%:QMVC的最高比值为0.58,每次诱发的TwQ100%值不稳定、变异度大（变异率大于20%）。因此,此10例受试者未纳入TwQmax的统计分析。2.2股四头肌最大主动收缩力（QMVC）的测试:受试者端坐体位,膝关节与髋关节同时呈900,尽最大力量向前伸腿产生的力量即QMVC。通过电脑屏幕的同步显示,受试者可以观察自身的力量曲线,同时鼓励受试者,使其每次尽最大力量,直到QMVC达到平台,没有再增加趋势。每次QMVC持续3-5秒,中间间隔大约45-65秒,防止肌肉疲劳,具体间隔时间结合个体受试者的自觉症状及要求进行调整。重复检测至少有连续三次QMVC重复性较好（各数值之间差异性<10%）,这三次中的最大数值即被认为QMVC。2.3耐力测试:耐力是指在60%的QMVC时等长收缩所持续的时间（秒）。目标力量设置用每个受试者自身QMVC的55%65%,在电脑屏幕上显示。受试者持续用力,使力量曲线维持在上述范围。当力量低于50%的QMVC时,允许小于3秒钟的放松,然后再努力维持力量曲线在上述范围。在持续用力过程中如果力量下降低于50%的QMVC时间大于3秒,则视为耐力测试结束。最后结果采用总的用力持续时间之和,即达到疲劳所需要的总时间为耐力时间（Tf）。2.4数据采集和分析:表面电极和应力测量器的信号与放大器连接,然后在数据采集系统（PowerLab 8/16SP）的支持下以2 Khz（磁刺激时采样频率为10Khz）的采样频率同步记录并保存于苹果电脑中,待后以Chart 5.2软件分析。表面肌电信号以计算均方根（RMS-100ms）用来衡量肌电幅度,计算M波的正负峰值差以衡量CMAP幅度。3.营养指标的评估:采用多参数营养不良评分表（MNI）对患者的营养状况进行总体评价。此评估主要由血液生化指标和人体测量学指标组成。前者包括血清白蛋白（ALB）、转铁蛋白（TFR）、甘油三脂（TRG）及胆固醇（CHO）;后者包括身高、体重、肱三头肌皮下脂肪厚度（TSF）、上臂中点周径（MAC）、上臂中点肌肉周径（MAMC）、腹围等。根据身高体重计算受试者的体重指数（BMI）及标准体重（IBM）。4.股部肌肉体积的估算:采用间接指标。以股部中点周径及皮下脂肪的测量值,根据公式推算出股部中点的肌肉周径（MTMC）。5.肺功能测试:所有的受试者均进行常规肺功能测试,测试项目包括FEV1、FVC、FEV1/FVC（%）、PEF等肺功能指标。COPD患者的肺功能指标需要观察吸入支气管舒张剂前后的对比,在排除合并哮喘后,则选取支气管舒张剂吸入后的数值。6.日常活动评分:日常活动（PA）评分参照Serres等评分方法,对受试者进行问卷调查,共涉及5大项目:职业、日常活动、体育运动、业余爱好、以及除外睡眠和运动以外的业余时间活动,具体共由19项组成,每一项按强度及频度分级,最后算出总分。7.血液中炎症因子的检测:共检测8种细胞因子和炎症介质。用酶联免疫分析（ELISA）法检测以下7种细胞因子:肌抑制素、肿瘤坏死因子（TNF）-α、TNF样凋亡诱导因子（TWEAK）、表面活性蛋白D（SPD）、C反应蛋白（CRP）、白介素（IL）-1β及IL-6。用细胞免疫化学（ICC）法检测核因子KppaB（NF-κB）的表达:分别检测外周血液中单核细胞及中性粒细胞中核因子NF-κB的表达,以半定量方法对ICC检测结果进行分析,取两种细胞对NF-κB表达的平均值作为最后结果。三.研究流程开始测试时间为清晨（7:30-8:30分）,受试者空腹,留取静脉血标本6ml, 2ml不加抗凝剂,用以检测血清蛋白及血脂;4ml抗凝血离心后用以检测血浆中及血细胞内的细胞因子的表达。血标本暂时保存于4℃冰箱,4小时内进行初步处理,待后进一步处理。人体学测量亦在空腹进行。早餐后进行股四头肌功能测试,首先进行磁刺激检测,然后依次进行QMVC测试及耐力测试,每项功能测试前受试者分别安静休息20分钟。最后（或当日下午）进行肺功能测试及日常活动评分问卷调查。四.统计学处理和结果分析应用SPSS10.0统计软件分析。计量资料以±s表示,分类变量以百分比（%）表示,以P<0.05为差异有统计学意义。COPD组与对照组之间比较采用非配对t检验及卡方检验。主客观测试方法变异度的比较采用两种方法:（1）个体间变异度的比较,以变异系数进行评估,变异系数[CV=（标准差/均数）×100%];（2）重复测量数据变异度的比较,分别以三次重复测量数据之间的变异率进行评估,变异率=[（最大值-最小值）/（最大值+最小值）×100%]。两组内的股四头肌功能检测的三项指标与其相关因素之间均采用逐步回归分析法;股四头肌功能检测指标的收缩力和耐力之间,以及主动与被动两种收缩力之间均采用简单线性相关分析。结果1.一般状况:正常对照组60例,其中男性21例,女性39例;COPD组71例,其中男性54例,女性17例,性别比例存在差异性（P<0.01）。两组受试者的平均年龄分别为:正常对照组（63.98±5.77）岁,COPD患者组（65.17±6.80）岁,组间比较无差异性（P=2.29）。两组受试者身高的平均值分别为:正常对照组（161.03±7.80）cm、COPD患者组（162.22±7.14）cm,组间比较无差异性（P=0.36）。所有受试者均未参加过任何康复或体能训练,未曾接受营养支持治疗。2.肺功能测试结果:正常对照组每一位受试者肺通气功能测试的各项指标均在正常范围内,其中第一秒用力呼气容积占预计值百分比（FEV1%pred）为（97.10±8.90）%,而COPD患者的FEV1%pred为（37.76±14.93）%,两组间比较有显著差异性（P<0.001）。根据Gold分级标准,本研究中58%的COPD患者肺功能下降的严重程度属于中重度。3.营养指标评分:多参数营养不良评分（即MNI）结果显示:COPD组患者的MNI为（7.75±3.86）分,正常对照组的MNI为（1.13±0.96）分,两组间比较有显著差异性（P<0.001）,显示出COPD患者的营养状况普遍下降。4.肌肉体积评估:正常对照组MTMC的平均值为（43.19±3.55）cm,COPD患者组其平均值为（37.77±3.73）cm,两组间比较有显著差异（P<0.001）,显示出COPD组患者的股部肌肉体积明显下降。5.日常活动评分:正常对照组的PA评分的平均值为（7.97±1.21）分,COPD患者组PA评分的平均值为（5.25±1.38）分,两组间比较有显著差异性（P<0.001）,显示出COPD组患者的日常活动明显减少。6.肌肉功能测试结果及方法学对比:6.1肌肉功能测试结果6.1.1检测结果:正常对照组男性的QMVC为（42.06±7.61）kg、耐力时间为（81.09±22.58）秒、TwQmax为（13.91±3.94）kg,而COPD患者组男性的QMVC为（23.26±5.74）kg、耐力时间为（51.13±18.73）秒、TwQmax为（7.25±2.29）kg;女性正常对照组的QMVC为（29.24±4.58）kg、耐力时间为（83.44±23.64）秒, TwQmax为（7.75±1.75）kg,而女性COPD组的QMVC为（15.55±4.25）kg、耐力时间为（56.31±15.49）秒,TwQmax为（4.18±0.89）kg;各组间比较均有显著差异性（P<0.001）。以正常对照组受试者肌肉功能三项检测指标的检测值为因变量,以相关因素作为自变量,计算出正常健康老龄者（58-76岁）的股四头肌功能指标回归方程（正常值预计方程）如下: QMVC （kg）=0.383+ 7.278×性别+1.967×PA评分（分） +0.257×体重（kg） Tf （秒）=2.143×MTMC（cm）+11.467×PA评分（分）+1.244×体重（kg）-34.759×性别-162.478 TwQmax （kg）=0.370×身高（cm） + 0.898×PA评分（分）-56.7756.1.2股四头肌功能下降的发生率以对照组受试者肌肉功能检测值的95%可信区间的下限为标准判断,94%的患者存在主动收缩功能（即QMVC）下降;78%的患者存在耐力功能（即Tf）下降;90%的患者存在被动收缩功能（即TwQmax）下降。所有COPD患者中,任何一项出现异常的发生率为94%,同时存在QMVC、Tf及TwQmax三项指标均下降的发生率为59%。根据股四头肌功能正常值预计方程95%可信区间的下限为标准判断,95%的患者存在QMVC下降;45%的患者存在Tf下降;85%的患者存在TwQmax下降。所有COPD患者中,任何一项出现异常的发生率为95%,同时存在QMVC、Tf及TwQmax三项指标下降的发生率为46%。6.1.3股四头肌功能下降的严重程度以正常对照组肌肉功能检测的实测值为基准,男女分层比较显示:男性COPD患者的QMVC平均下降45%、耐力时间（即Tf）平均下降37%,TwQmax平均下降47%;女性COPD患者的QMVC平均下降48%、Tf平均下降33%、TwQmax平均下降44%。根据健康老龄者股四头肌功能正常值的预计方程,COPD患者的QMVC平均占正常预计值的65%、Tf平均占正常预计值的73%,TwQmax平均占正常预计值的67%。6.1.4肌肉功能下降的特点:就三项测试指标在COPD患者中下降的严重程度进行对比,结果显示:主动收缩力（即QMVC）平均下降46%、被动收缩力（即TwQmax）平均下降45%、耐力时间（即Tf）平均下降为35%。总体评价:收缩力下降程度较耐力下降的严重程度更显著。6.2主客观测试方法变异度的比较6.2.1重复测量数据变异度的比较对于主客观测试方法重复性的评估,以三次重复测量数据变异率进行对比。组内男女分层比较,TwQmax和QMVC的变异率分别为:正常对照组（男性2.3 v 3.3%;女性3.4% v 3.7%）;COPD患者组（男性3.9% v 8.5%;女性3.3% v 5.1%）,显示TwQmax的变异率低于QMVC,即前者的重复性高于后者;但所有的变异率均<10%。6.2.2个体间变异度的比较对于个体间变异度的比较,以变异系数衡量。剔除未达到最大刺激强度的受试者,就TwQmax及QMVC进行对比,二者的变异系数分别为:正常对照组（男性27% v18%;女性23%v15%）;COPD患者组（男性32% v 24%;女性21% v 27%）。组内男女分层分析结果显示:对照组的男性及女性、COPD患者组的男性,此三组中TwQmax的变异系数均高于和QMVC,即TwQmax在个体间的变异度高于QMVC;仅在COPD女性中,TwQmax在个体间的变异度低于QMVC。此结果显示出TwQmax在个体间变异度普遍高于QMVC。7.细胞因子细胞因子检测结果分别为:SPD（ng/ml）:正常组（31.97±5.54）、COPD组（ 47.52±17.26 ） ; Tweak （pg/ml） :正常组（ 447.57±84.25 ）、COPD组（583.39±241.50）;肌抑制素（ug/ml）:正常组（31.76±9.39）、COPD组（48.71±21.01）;TNF-α（pg/ml）:正常组（6.23±4.49）、COPD组（13.91±2.86）,以上4种细胞因子在COPD组与正常对照组之间比较,均有显著差异性（各P<0.001）。另外4种包括IL-6、IL-1β、CRP及NF-κB也在COPD组有升高趋势,但统计分析与正常对照组之间无显著差异（各P>0.05）。细胞因子筛查结果显示:所有检测的8项细胞因子均在COPD组升高,但其中仅有4种达到统计学意义。8.相关分析8.1逐步回归分析正常对照组的QMVC与性别、PA评分、体重显著相关（R2 =0.61,p<0.001）;耐力时间与PA评分、MTMC、体重及性别相关（R2 =0.58,p<0.001）;TwQmax与身高及PA评分相关（R2 =0.67,p<0.001）。COPD患者组QMVC的实测值与性别（0.513）、肺功能FEV1%pred（0.240）、肌抑制素（-0.231）、SPD（-0.149）、MN（I-0.168）及TWEAK（-0.192）相关（R2=0.89,p<0.001）;耐力时间与FEV1%pred（0.421）及TNF-α（-0.289）相关（R2=0.25,p<0.001）;而TwQmax与以上各因素均无相关性。逐步回归方程的β系数显示:FEV1%pred在COPD患者的QMVC指标中为仅次于性别因素的相关因子;在耐力测试指标中FEV1%pred的β值也高于TNF-α。8.2不同的股四头肌功能评估方法之间的线性相关分析收缩力与耐力之间:正常对照组及COPD患者组的两种收缩力与耐力指标之间均无相关性。就主动收缩力（即QMVC）与Tf之间的相关系数为例,其在正常对照组为r=0.106（p=0.421）、在COPD患者组为r=0.225（p=0.06）。被动与主动两种收缩力之间:剔除没有达到TwQmax的受试者,分析TwQmax与QMVC之间的相关性,结果显示:在54例正常受试者中二者显著正相关（r=0.793, p=0.000）,在67例COPD患者中二者也呈正相关（r=0.396, p=0.001）;TwQmax与QMVC之间的比值在正常对照组为0.29、在COPD患者组为0.32。结论1.正常老年（58-76岁）健康者股四头肌功能检测指标的预测公式为: QMVC （kg）=0.383+ 7.278×性别+1.967×PA评分（分） +0.257×体重（kg） Tf （秒）=2.143×MTMC（cm）+11.467×PA评分（分）+1.244×体重（kg）-34.759×性别-162.478 TwQmax （kg）=0.370×身高（cm） + 0.898×PA评分（分）-56.7752.与同龄健康者相比,94%的COPD患者存在不同程度的股四头肌功能下降,半数以上患者的肌肉功能严重下降;其中,收缩功能较耐力功能下降的程度更为显著。3.COPD的气流阻塞程度、全身慢性炎症反应、营养不良、肌肉萎缩等均是导致SMD发生的主要危险因素,其中,气流阻塞与SMD的发生关系最密切。支持COPD患者SMD的发生与多种因素有关的观点。4.慢性系统性炎症反应作为COPD患者SMD发生的主要危险因素之一,其中的细胞因子SPD、肌抑制素、Tweak及TNF-α在COPD中显著性升高,是COPD发生SMD的候选生物标记物和干预切入点。5.股四头肌功能检测的三种方法各有其优缺点。TwQmax虽然无需受试者的主观配合,可用于无法主动配合的受试者,重复性好,有利于动态监测;但其在个体间变异性较大,不利于群体之间的比较。QMVC检测方法较简单,个体间变异度小,可以较准确地反映肌肉的收缩功能;但需要受试者配合,重复检测的变异率稍大于磁刺激诱发的TwQmax。耐力评估方法较复杂、持续时间长,对受试者主客观配合的要求高,不适宜作为常规检测。

全文目录


英文缩略语  4-6
中文摘要  6-15
ABSTRACT  15-25
前言  25-27
研究对象  27-28
研究使用的主要特殊器材及试剂  28-30
研究方法  30-36
研究流程  36-37
结果  37-48
试验仪器及附图  48-52
讨论  52-65
结论  65-66
参考文献  66-75
综述部分  75-93
致谢  93-94
博士期间发表论文及会议论文  94-95

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中图分类: > 医药、卫生 > 内科学 > 呼吸系及胸部疾病 > 肺疾病 > 其他
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