[背景]慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一种常见的慢性呼吸系统疾病,目前已成为全球第四大导致死亡的疾病。由于慢性炎症的作用,COPD患者往往存在小气道功能障碍、气道阻力及功能残气量的增加,导致动态肺过度充气(DPH)和内源性呼气末正压(PEEPi),同时还伴随着呼吸生理指标的恶化,主要表现为呼吸中枢驱动水平的增加及通气效率的下降,随着疾病进展,最终出现呼吸衰竭。近年来,以肺康复为主导的综合管理日益受到重视。合理的肺康复管理可以减少患者的临床症状、提高运动耐量、改善生活质量。而无创正压通气(NPPV)就是一种重要的肺康复策略。多项研究表明在COPD合并呼吸衰竭患者中使用双水平正压通气(BiPAP)模式进行无创正压通气可以减少再住院率和二氧化碳潴留、改善预后。我们设想,对于稳定期临床症状显著的非呼吸衰竭的COPD患者,早期应用BiPAP通气进行肺康复,有可能带来呼吸生理学指标的改善,减轻DPH,抵消PEEPi的不良影响,同时减轻呼吸肌肉负荷,改善患者的呼吸生理学特性,有助于延缓病情进展。目前针对不同压力水平BiPAP通气早期应用于稳定期非呼吸衰竭COPD患者的临床研究报道罕见,更缺乏相关呼吸力学机制的探讨。[目的]观察不同压力水平BiPAP通气对有临床症状、稳定期未合并呼吸衰竭的COPD患者呼吸力学和中枢驱动的影响,,为无创正压通气早期干预COPD患者提供理论依据。[方法]选取2017年1月至2017年12月在南方医科大学珠江医院呼吸内科门诊就诊的稳定期COPD患者。纳入研究后首先进行基础资料采集,包括人口学特征、吸烟史、既往一年急性加重史,并对患者的肺功能、呼吸肌肉力量、运动能力、临床症状表现、生活质量及营养状况进行评估测试。正式实验前患者在操作者指导下完成Sniff动作、MIP动作、TLC动作并记录最大吸气压(PImax),最大食道压(Pesmax),最大胃内压(Pgamax),最大跨膈压(Pdimax),并计算出最大膈肌肌电均方根(RMSmax)。正式试验开始后,先不设置任何压力,随后采用BiPAP模式,吸气相正压(IPAP)从10cmH2O开始逐渐递增至24cmH2O,每次增加2cmH2O,呼气相正压(EPAP)保持4cnmH2O不变,每一压力水平维持至少5分钟。在无压力和不同压力水平通气过程中,记录各项呼吸生理指标如呼吸压力(口腔压(Pmo)、食道压(Pes)、胃内压(Pga)、跨膈压(Pdi))、流量(Flow)、膈肌肌电(EMGdi)的变化,并指挥患者进行相应的呼吸动作。试验结束后,利用PowerLab系统配套软件LabChart计算各项呼吸生理指标。统计学分析采用SPSS20.0软件,使用BiPAP前、不同压力水平下、高压力及低压力水平下测得的呼吸生理指标比较采用重复测量方差分析,两两之间比较采用LSD法。BiPAP通气对不同吸气肌力的COPD患者呼吸生理指标的影响采用协方差分析。肌力正常组与肌力低下组之间呼吸参数比较采用两独立样本t检验,所有统计数值均采用双侧检验P<0.05为差异有统计学意义。[结果]一、COPD患者基础资料共有10例稳定期COPD患者参与了本项研究,全部完成试验,所有受试者均为男性。平均年龄为65.20±9.31(岁),既往一年住院次数为0.50±0.71(次),平均吸烟指数为30.60±24.48(包/年)。体重指数(BMI)为21.65±2.97,去脂体重指数(FFMI)为16.22±2.46。在肺功能指标方面,吸入支气管扩张剂后,FEV1为1.17±0.31(L),FEV1%predicted为47.80±15.24(%),FVC为2.26±0.78(L),FEV1/FVC 为 53.64±10.54(%),6 分钟步行试验距离(6MWD)为 479.60±93.89(米),慢性阻塞性肺疾病评估测试(CAT)评分为11.80±6.41,改良的英国医学研究委员会呼吸困难量表(mMRC)平均分级为1.50±0.85,圣乔治呼吸调查问卷(SGRQ)平均得分为22.10±7.91。平均最大吸气压(PImax)为66.41±17.03(cmH2O),最大呼气压(PEmax)为68.94±15.89(cnmH2O)。血气分析显示平均PH值为7.41±0.02,PaO2为79.57±10.06(cmH2O),PaCO2为35.58±3.77(cmH2O)。根据2019GOLD进行分组,A组4人(40%),B组2人(20%),C组1人(10%),D组3人(30%),同时根据肺功能指标进行分级,1级0人(0%),2级4人(40%),3级5人(50%),4级1人(10%)。二、COPD患者平静呼吸时呼吸生理指标的测定在平静呼吸的状态下,平均动态内源性呼气末正压(PEEPidyn)为1.35±0.73cmH2O,气道阻力(Raw)为9.27±2.19cmH20/L/s。平均呼吸周期(Ttot)为3.24±0.86s。平均吸气潮气量(VTi)为0.58±0.16L,分钟通气量(Ve)为11.21±3.20L/分钟。在压力指标方面,所有受试者的平均Pmo为0.72±0.35cmH20,Peso为-13.30±4.55cmH2O,Pga为17.72±4.87cmH20,Pdi为29.66±6.35cmH2O,所有受试者的平均膈肌肌电均方根(RMS)为70.42±13.71μV,单位膈肌肌电所产生的分钟通气量(Ve/RMS)为0.17±0.06L/分钟/μV,单位膈肌肌电所产生的跨膈压(Pdi/RMS)为0.44±0.13cmH2O/μ V。所有受试者均能用力吸气配合完成Sniff、MIP、TLC动作。最大食道压(Pesmax)为-56.73±18.99cmH2O,最大胃内压(Pgamax)为71.73±23.44cmH2O,最大跨膈压(Pdimax)为94.50±33.26cmH2O,最大膈肌肌电均方根(RMSmax)为193.09±20.85μV。三、不同压力水平的BiPAP通气对COPD患者呼吸生理指标的影响1、对呼吸生理方式的影响随着压力水平的升高,Ttot、吸气时间(Ti)、呼气时间(Te)都呈现出逐步升高的趋势,呼吸频率(RR)逐渐下降,但Ttot和Ti在平静呼吸及各压力水平间无明显的统计学差异(P>0.05)。与平静呼吸时相比,VTi、Ve随着压力水平的升高逐渐上升,且大多数压力水平间比较差异有统计学意义(P<0.05)。2、对呼吸压力的影响Pmo的压力变化与呼吸机基本相同。随着压力水平的逐步递增,Peso绝对值有逐步减小的趋势,且各压力水平间与平静呼吸时相比差异有统计学意义(P<0.05)。Pga随着压力水平的提高有升高的趋势,但各水平间均无统计学差异(P>0.05)。Pdi随着压力水平的升高逐步减小,且各压力水平均较平静呼吸时有统计学差异(P<0.05)。3、对呼吸做功的影响食道压力-时间乘积(PTPes)、跨膈压力-时间乘积(PTPdi)都随着压力水平的提升逐渐减小,且各压力水平与平静呼吸时相比差异均有统计学意义(P<0.05)。同样的,当压力水平上升至16cmH2O后,PTPes、PTPdi都趋近于0,不再出现明显变化(P>0.05),反映呼吸肌做功较平静呼吸时显著减少。4、对肺容量、PEEPidyn的影响深吸气量(IC)随着压力水平的升高而增加,与平静呼吸时相比,各压力水平增加值均有统计学意义(P<0.05),与之相对应的呼气末肺容量差值(△EELV)也表现出类似的趋势。而PEEPidyn则随着压力水平的升高表现出先减小后增大的趋势,与平静呼吸时相比,只有10-14cmH2O的压力水平表现出明显的统计学差异(P<0.05)。5、对气道阻力、膈肌张力时间指数的影响随着压力水平的上升,Raw表现出先减小又略微增加的趋势,各压力水平所测值与平静呼吸时相比均有明显统计学差异(P<0.05)。而膈肌张力时间指数(TTdi)则随着压力水平的增加表现出逐渐减小的趋势,且和平静呼吸相比均有统计学差异(P<0.05)。6、对中枢驱动、中枢驱动偶连的影响随着压力水平的升高,RMS逐渐下降,各压力水平与平静呼吸时比较均有统计学差异(P<0.05),并且当压力水平大于16cmH2O后,肌电数值基本保持平稳,未再出现明显下降。RMS/RMSmax也出现了类似的趋势。Ve/RMS、Pdi/RMS随着压力水平的提升表现出升高趋势,但Pdi/RMS在各压力水平间均未表现出明显的统计学差异(P>0.05)。7、对Borg评分、SpO2、PetCO2的影响随着压力水平的提高,反映呼吸困难程度的Borg评分逐渐增加,且在压力最高时达到最大(P<0.05)。同时SpO2也随着压力水平的升高表现出上升趋势,除了110cmH2O外,各压力水平均与平静呼吸时相比均有统计学差异(P<0.05)。此外,呼气末二氧化碳(PetCO2)也随着压力水平的提升表现出逐渐减小的趋势。四、高压力及低压力水平的BiPAP通气对COPD患者呼吸生理指标的影响1、对潮气量、分钟通气量的影响随着压力水平的提升,低压力、高压力水平的VTi、Ve均较无压力水平时显著提升(P<0.05),且高压力时提升更为显著(P<0.05)。2、对呼吸做功的影响随着压力水平的提升,低压力、高压力时呼吸肌肉所做功叫无压力时均显著显著减小(P<0.05),且高压力时减小更显著(P<0.05)。3、对IC、PEEPidyn的影响IC随着压力水平的增加而增加,较无压力时有统计学意义(P<0.05),但高压力通气时所测得的IC值较低压力时无统计学差异(P>0.05)。另外,低压力通气在一定程度上可以减小PEEPidyn(P<0.05)。4、对Raw、TTdi的影响低压力及高压力时的Raw水平均较无压力时均显著降低(P<0.05),但在2者间无统计学差异(P>0.05)。而低压力及高压力通气较平静呼吸时均能显著降低TTdi(P<0.05),且高压力时降低更明显(P<0.05)。5、对中枢驱动的影响低压力及高压力正压通气相较于无压力时均能显著降低RMS、RMS/RMSmax(P<0.05),且高压力时降低更明显(P<0.05),同时高压力相较于低压力也能进一步改善通气效率(P<0.05)。在膈肌的机械收缩效能方面,虽然低压力及高压力水平通气均能在数值上提高Pdi/RMS,但二者均没有表现出明显的统计学差异(P>0.05)。6、对Borg评分、PetC02的影响进行正压通气时会增加受试者Borg评分(P<0.05),且高压力时增加更显著(P<0.05),同时,无创通气可以减少PetCO2(P<0.05),且高压力时减少更显著(P<0.05)。五、不同压力水平的BiPAP通气对不同吸气肌力COPD患者呼吸生理指标的影响1、对呼吸做功的影响随着压力水平的提高,两组受试者的PTPes、PTPdi均表现出下降趋势。在压力水平为12 cmH2O时,肌力正常组的PTPes显著低于肌力低下组(P<0.05)。在其余压力水平间,肌力正常组与肌力低下组做功均无统计学差异(P>0.05)。2、对中枢驱动、膈肌张力时间指数的影响随着压力水平提升,肌力正常组与肌力低下组的RMS、RMS/RMSmax均呈逐渐下降的趋势,但在各压力水平下并没有表现出组间差异(P>0.05)。肌力正常组与肌力低下组的Ve/RMS都随着压力的升高而表现出升高趋势,但针对不同压力水平没有表现出组间差异(P>0.05)。同时肌力正常组与肌力低下组的TTdi均随压力升高而减小,但针对不同压力水平同样没有表现出组间差异(P>0.05)。[结论]1、对于稳定期COPD患者,BiPAP模式的无创正压通气可增加患者的通气量,减轻吸气肌肉负荷,提高通气效率。2、相比于平静呼吸和低压力通气模式,高压力通气可以进一步增加患者的潮气量、分钟通气量、减少呼吸肌做功、提高通气效率,但也会造成患者呼吸困难程度增加,产生人机不协调。3、对于稳定期COPD患者,小于16cmH2O的IPAP水平可能是较为合适的压力支持水平。4、不同吸气肌力的COPD患者在BiPAP通气中各项呼吸生理指标没有出现显著差异。