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目的: 慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease,COPD)是全球最主要的致残和致死疾病之一,对我国的国民健康造成了巨大的威胁。早发现、早诊断、早治疗不仅可以减轻患者的经济负担,还可以提高患者的生命质量、延长患者的预期寿命,因此,正确诊断COPD至关重要。 肺功能检查是诊断COPD的金标准,然而,我国的肺功能检查却存在着普及率低、质量控制不严格、测量不规范等问题,导致漏诊和误诊现象严重。同时,用于COPD严重程度分级的肺功能参考值公式,在我国也没有统一的使用标准,国外参考值的适用性以及国内参考值的代表性有待进一步验证。 对于我国目前的肺功能检查现状,一方面,我们希望建立适应中国人群的肺功能评估模型,用于提示COPD的发生(以第1秒用力呼气容积[forced expiratory volume in1s,FEV1]和用力肺活量[forced vital capacity,FVC]的估计值之比FEV1/FV(判断),另一方面,我们希望对健康人群的肺功能参考值有一个全面的了解,用于COPD的严重程度分级(以FEV1的估计值与参考值之比FEV1/pred判断),从而在不借助肺功能检查的情况下帮助诊断COPD,以推进社区筛查的普及,并解决肺功能检查潜在的局限性。 方法: 本研究的数据来源于国际多中心前瞻性城乡流行病学研究(Prospective Urban and Rural Epidemiological study,PURE)中国区的基线调查。PURE-China研究采用多阶段分层整群抽样,在2005到2009年间纳入了全国12个省市115个社区(包括45个城市社区和70个农村社区)46285名35-70岁的参与者。通过访谈调查,从个体水平收集了人口统计学资料、社会经济学特征、生活方式、疾病史等信息,从家庭和社区水平收集了居住环境、房屋结构、室内空气污染等信息;通过体格检查,测量了参与者的身高、体重及未吸入支气管扩张剂的肺功能指标。 肺功能评估模型由多水平非线性乘法函数拟合。研究人群为肺功能测量值未缺失且质量合格的所有参与者,自变量为身高、年龄、性别及COPD的危险因素(曾经吸烟、不健康饮食、久坐、低身体质量指数、粉尘相关工作、厨房通风不良),因变量为FEV1和FVC。肺功能参考值公式由单水平线性函数、二次函数、指数函数和非线性乘法函数分别拟合,并选择拟合优度(以决定系数R2评价)最高的公式进行内部或外部验证。研究人群为健康非吸烟参与者,自变量为身高、年龄、性别、民族,因变量为FEV1和FVC正常值。采用逐步回归法筛选对因变量有统计学意义的自变量,纳入和剔除自变量的显著性水平均取0.05。 依照基线入选时间将研究的参与者划分为建模数据集(2005.1.1-2007.9.18入选,约占75%)和验证数据集(2007.9.19-2009.12.31入选,约占25%),评估模型和参考值公式的建立通过建模数据集实现,验证通过建模数据集的Bootstrap模拟(内部验证)和验证数据集(外部验证)实现。 结果: 肺功能评估模型反映了中心(省市×城乡)、社区和个体三个水平下,自变量与因变量间的非线性关系。固定效应部分: FEV1=(0.52/100)×身高1.55×年龄-0.43×(1+12.59/100×男性)×(1-1.54/100×过去吸烟)×(1+0.83/100×现在吸烟)×(1+2.22/100×蔬果摄入)×(1+1.31/100×职业暴露) FVC=(0.37/100)×身高1.59×年龄-0.36×(1+12.38/100×男性)×(1-0.41/100×过去吸烟)×(1+1.20/100×现在吸烟)×(1+2.15/100×蔬果摄入)×(1+1.10/100×职业暴露)随机效应部分:进一步考虑了个体水平的残差,社区水平的截距、吸烟状况、蔬果摄入、职业暴露,以及中心水平的截距对肺功能的影响,通过经验贝叶斯法计算肺功能估计值。其中肺功能指标的单位为升,年龄的单位为岁,身高的单位为厘米,蔬果摄入指每天食用不少于一份的蔬菜和水果(≥125克/天),职业暴露指从事粉尘相关工作。 该模型的拟合优度(FEV1:AIC=-2340.9,BIC=-2352.9;FVC:AIC=-2914.8,BIC=2926.8)远高于相同条件下的多水平线性模型(FEV1:AIC=47136.8,BIC=47124.8;FVC:AIC=55769.3,BIC=55757.3)或单水平非线性模型(FEV1:AIC=9349.9,BIC=9358.3;FVC:AIC=12357.7,BIC=12366.1)。模型的估计精度达到了肺功能检查的可重复性标准(FEV1:绝对偏差-0.05L,相对偏差2.91%;FVC:绝对偏差-0.06L,相对偏差2.81%),并在我国不同城乡、地域和民族间适用性良好。模型在诊断COPD时具有良好的区分度(ROC曲线下面积:0.82),以FEV1/FVC<80.7%作为诊断标准时,可以作为社区中COPD的初步筛查工具(灵敏度:70.0%,特异度:78.5%)。 肺功能参考值公式在线性函数条件下拟合优度最高(FEV1:R2=0.37;FVC:R2=0.34),公式形式如下: FEV1=-0.84-0.015×年龄+0.024×身高+0.37×男性+0.20×蒙古族-0.049×傣族 FVC=-1.03-0.016×年龄+0.029×身高+0.45×男性+0.24×蒙古族+0.16×维吾尔族其中肺功能指标的单位为升,年龄的单位为岁,身高的单位为厘米。 通过参数估计可知,肺功能参考值在民族之间存在显著差异,且该差异不能由身高、年龄和性别解释。相比于已有的肺功能参考值公式,本研究提出的新公式具有更小的绝对偏差和相对偏差(FEV1:绝对偏差-0.04L,相对偏差1.71%;FVC:绝对偏差0.08L,相对偏差6.55%)。 结论: 肺功能评估模型和参考值公式的建立可以在不借助肺功能检查的情况下,仅基于基线信息估计FEV1及FVC,在个体意义上帮助COPD的诊断和分级,从而实现精准治疗基础上的简便实用,同时在群体意义上反映不同特征人群的肺功能水平,为指南的制定提供参考。