COPD患者或风险患者躯干肌肉CT测量参数与能量消耗的相关性

贾小辉 顾华丽 许晓霞 钱卫琴 薛桂萍

(1南通市第二人民医院内科，江苏 南通 226000；2南通市第一人民医院内科)

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一种常见的呼吸系统疾病之一，25%～50%的COPD患者由于能量摄入不足、基础代谢率和(或)活动能量消耗增加而出现体重丢失，与骨质疏松、运动能力下降、急性加重程度上升、发病率和死亡率增加有关〔1,2〕。研究显示〔3〕，体力活动水平(PAL)是COPD患者全因死亡率的最强预测因子，增加PAL对于改善预后具有重要意义，而能量消耗测量是评估体力活动的重要手段。准确评估COPD患者能量消耗对于促进PAL具有积极效应。目前，国内外研究中主要使用体重指数(BMI)进行COPD临床评价，但降低了作为肌肉质量衡量标准的可靠性，而骨骼肌评估比BMI更能准确反映COPD的严重程度〔4,5〕。双标水(DLW)法是评估COPD患者总能量消耗(TEE)的金标准〔6〕。单层轴向CT测量骨骼肌是评估身体成分(包括局部骨骼肌)的一种重要方法，且在常规临床实践中使用CT评估COPD患者疾病严重程度、排除其他潜在疾病和评估肺外表现。本研究拟分析COPD患者或风险患者躯干肌肉CT测量参数与能量消耗水平的相关性。

1 资料与方法

1.1一般资料 因风险患者COPD评估试验评分和低密度衰减区域与COPD患者相似，本研究将风险患者纳入观察。选择2019年10月至2021年9月在南通市第二人民医院就诊的COPD患者或风险患者。纳入标准：符合COPD全球倡议(GOLD)〔7〕分类标准，其中GOLD 1、2、3、4级定义为COPD患者，GOLD 0级定义为风险患者；前4 w内病情稳定无急性加重；知晓本研究目的并签署知情同意书。排除标准：感染性疾病、糖尿病或其他干扰身体体力活动的严重疾病；正在使用影响能量消耗(如甲状腺激素、β-受体阻滞剂)或水平衡(钠-葡萄糖共转运体-2阻滞剂)的药物；过去3个月内体重减轻超过体重的5%。本研究最终纳入172例患者，其中GOLD 0级38例、1级29例、2级66例、3～4级39例；男127例，女45例；年龄60～82岁，平均(70.4±5.9)岁。本研究已通过我院伦理委员会批准。

1.2躯干肌肉CT扫描采集与分析 本研究躯干肌肉采集与分析包括胸肌(PM)、腹直肌(RAM)、竖脊肌(EAM)的面积、密度及面积密度乘积〔PM面积(PMA)、PM密度(PMD)、PMA×PMD、RAM面积(RAMA)、RAM密度(RAMD)、RAMA×RAMD、EAM面积(EAMA)、EAM密度(EAMD)、EAMA×EAMD〕。采用Somatom Emotion 16螺旋CT仪(德国西门子公司生产)进行CT扫描数据采集。扫描参数：准直(16×1.2)mm，峰值130 kV，扫描时间600 ms/rot，螺距1.05，自动曝光控制(质量参考mAs为100)。为定量分析肌肉，采用纵隔重建CT图像，重建内核B41f，重建层厚1.5 mm，测量胸主动脉弓顶端胸肌、第一腰椎腹直肌、Th12腰椎竖脊肌单层CT横断面的横截面积和密度。采用自动体积计算软件Synapse3D(日本东京富士胶片医疗公司生产)进行CT扫描数据分析，扫描成像后，使用-950个霍斯菲尔德单位(Hu)截止值确定低密度衰减区域，使用预定义的衰减范围(50 Hu和90 Hu)识别左、右肌肉并手动着色，测量两侧肌肉面积，将肌肉面积表示为左右两块肌肉的总和，肌肉密度定义为绘制区域内的平均衰减。

1.3能量消耗测量 能量消耗包括TEE和PAL。采用DLW法测量每例患者13～15 d的TEE，在第1天上午采集患者血和尿样后，患者口服2H2O(每千克体重0.1 g)和H218O(每千克体重0.2 d)，用药后4 h采血，用药后2、3、4 h采尿，第13～15天早晨随访2次(每次采血1次，尿液2次，间隔1 h)，再进行同位素分析，并使用Weir公式(TEE=3.941×rO2+1.106×rCO2-2.17×UN)计算TEE，其中rO2为O2消耗速率，rCO2为CO2产生速率，UN为每日尿氮量。PAL采用基于TEE及基础代谢率(BMR)的公式计算，PAL=用DLW方法估计的TEE/用间接热量法测量的BMR，其中BMR采用间接热量测定法进行测量，测量前12 h禁食，测量时间为上午8∶30～10∶00，患者清醒平卧于床上休息30 min，采用metamax 3B心肺功能仪(德国Cortex公司)测量耗氧量(VO2)、二氧化碳排出量(VCO2)，测量15 min，并使用Weir公式(BMR=3.9×VO2+1.1×VCO2)计算BMR。

1.4统计学分析 采用SPSS24.0软件进行方差分析、Pearson相关性分析。

2 结 果

2.1不同GOLD分级COPD患者PM、RAM、EAM参数比较 PMA、PMD、PMA×PMD、RAMA、RAMD、RAMA×RAMD、ESMA、ESMD、ESMA×ESMD组间比较差异有统计学意义(均P<0.01)，见表1。

2.2不同GOLD分级COPD患者TEE、PAL比较 不同GOLD分级COPD患者TEE、PAL比较差异均有统计学意义(均P<0.01)，见表2。

2.3COPD患者或风险患者躯干肌肉CT测量参数与能量消耗的相关性 PM、RAM、ESM面积、密度及面积密度乘积与TEE显著相关，其中RAMA×RAMD与TEE相关性最高(P<0.05，P<0.01)；PMD、PMA×PMD、RAMD、RAMA×RAMD、ESMD与PAL显著相关，其中PMD与PAL相关性最高(P<0.05)，见表3。

表1 不同GOLD分级COPD患者PM、RAM、EAM肌肉参数比较

表2 不同GOLD分级COPD患者TEE、PAL比较

表3 COPD患者或风险患者躯干肌肉CT测量参数与能量消耗的相关性

3 讨 论

患者躯干肌肉差异：COPD患者骨骼肌功能障碍同时影响通气性和非通气性肌群，由功能、代谢和解剖学改变的复杂因素组合导致，骨骼肌质量是COPD临床相关预后的重要预测因子，在COPD疾病加重期，肌肉功能障碍随之逐渐恶化〔7〕。本研究结果显示PM、RAM、ESM肌肉面积、密度及面积密度乘积组间比较均有统计学差异，与Shirahata等〔8〕研究结果类似，分析其原因可能包括：(1)PM通常起吸气辅助肌肉的作用，但也可起呼气辅助肌肉的作用，PM参数与身高、男性、年龄越小呈正相关，与BMI相比，PMA与COPD相关特征(包括肺活量、呼吸困难和6 min步行距离)的相关性更显著，GOLD分级更高的COPD患者其气流受限及静息氧饱和度下降程度更严重〔9〕，导致在组间比较中出现差异；(2)腹直肌在呼气时辅助横膈膜抬高，在咳痰、呕吐、吞咽、排尿和排便过程中起协助作用，COPD疾病程度更重的患者其气流阻塞增加和静态肺过度膨胀的风险更大，从而影响胸壁及膈肌的工作负荷，使RAM处于几何和机械劣势，导致RAM结构改变〔10〕；(3)ESM通常起反重力肌肉的作用(参与维持正常姿势，在不活动的情况下容易萎缩)，但在膈肌运动受限的情况下作为呼吸辅助肌肉，COPD患者ESM质量随病情及时间呈下降趋势〔11〕。在COPD疾病恶化期间，肌肉萎缩、纤维类型和新陈代谢改变及躯干呼吸肌重构，导致躯干肌肉功能障碍进一步恶化，使患者日常生活能力逐渐降低，与不良预后有关，因此，在病情稳定及急性加重后使用肌肉恢复措施，包括肺康复、优化营养和其他策略组合，都与更好预后相关〔12〕。

患者能量消耗差异：COPD的特点是气流受限，以1 s用力呼气容积百分比(FEV1)作为病情严重程度的指标，但引入BMI、气流阻塞、呼吸困难、运动能力指数进行全因比较后，发现低PAL是预测COPD预后不良的最佳指标，而能量消耗差异对于促进体力活动具有重要意义〔3〕。本研究结果显示不同GOLD分级患者TEE、PAL有统计学差异，与Sato等〔13〕研究结果类似，分析其原因可能包括：(1)在社区没有参加任何体育活动的人群，其TEE为2 308 kCal/d，PAL为1.85〔14〕，与本研究中GOLD 1和2的COPD患者的结果相似，而在GOLD 3～4的COPD患者中呈下降趋势，虽然PAL与GOLD 0～4级气流受限程度呈正比，但COPD患者的TEE主要由肌肉力量和运动能力决定，而肺功能贡献相对较小，COPD患者疾病程度越高，肌肉功能下降越显著，其能量消耗下降；(2)随着疾病严重程度的增加，COPD患者体力活动减少，TEE降低，静息代谢率增加，PAL减少与FEV1%预测值、全身炎症和左心功能不全呈显著正相关，PAL随病情加重而降低〔15〕。能量代谢是一个复杂的过程，受多种因素影响，在COPD等慢性病患者中，这一过程更加复杂，患者性别、年龄和疾病严重程度，并在给予营养治疗时对患者进行随访。患者躯干肌肉CT测量参数与能量消耗的相关性：虽然现阶段在治疗COPD症状和预防急性加重方面取得显著进展，但在改善疾病进程或影响死亡率方面进展甚微，而增加PAL是减轻疾病负担进一步加重的关键因素之一，探索躯干肌肉测量参数与能量消耗的相关性具有积极效应。本研究结果表明基于CT的躯干肌肉测量在评估COPD患者能量消耗方面具有重要作用，分析其原因可能包括：(1)在GOLD 0～4级COPD患者中，因存在的吸烟史及呼吸道症状，导致出现不同程度的气流受限，而躯干肌肉测量与气流受限指数存在相关性，低非脂肪组织含量和CT衍生的肌肉面积与COPD患者的症状、活动度和呼吸损害程度存在更大相关性，从而影响COPD患者的身体活动及能量消耗；(2)COPD患者肺部和气道机械特性改变减少呼气流量，限制呼气时间，特别是在体力消耗时，导致呼气末肺容积增加，身体活动中不适感明显增加时，患者可能会限制活动，以避免呼吸困难的负面体验，从而导致躯干肌肉停用，能量消耗随着肌肉功能下降而下降〔15〕。但本研究由于研究周期及研究样本量的局限，未对患者特征进行分层次研究，后期可延长研究时间及扩大样本量，探究不同临床特征COPD患者的能量消耗相关性。

综上，COPD患者或风险患者躯干肌肉CT测量的PM、RAM、ESM面积、密度及面积密度乘积与COPD能量消耗具有较强的相关性，可作为COPD能量消耗的一种有效替代评估方法。