慢性阻塞性肺疾病患者身體成分與心肺運動能力的相關性研究

于春艷 董芬 雷潔萍 楊汀 夏金根 曲木詩瑋 楊天祎 李曉盼

基金項目：中國醫學科學院醫學與健康科技創新工程（2021-12M-1-049）

引用本文：于春艷，董芬，雷潔萍，等. 慢性阻塞性肺疾病患者身體成分與心肺運動能力的相關性研究［J］. 中國全科醫學，2024，27（29）：3629-3634. DOI：10.12114/j.issn.1007-9572.2024.0095. ［www.chinagp.net］

YU C Y，DONG F，LEI J P，et al. Correlation between body composition and cardiopulmonary exercise capacity in patients with chronic obstructive pulmonary disease［J］. Chinese General Practice，2024，27（29）：3629-3634.

? Editorial Office of Chinese General Practice. This is an open access article under the CC BY-NC-ND 4.0 license.

【摘要】 背景 心肺運動試驗（CPET）對于評估慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者最大運動能力以及制訂康復處方有著至關重要的作用。有研究表明，身體成分與CPET結果相關。CPET操作復雜、耗時長、禁忌證較多且風險大，一些COPD患者無法完成，而身體成分分析操作簡單快捷。目的 探討COPD患者的身體成分與CPET的相關性，為不能完成CPET的COPD患者預測最大運動能力、制訂康復處方、合理營養支持提供依據。方法 回顧性選取2021年7月—2022年3月于中日友好醫院進行身體成分檢測和CPET檢測的穩定期COPD患者77例，依次進行身體成分測定和負荷連續遞增的CPET，評估身體成分和CPET結果的關系。結果 77例符合要求的穩定期COPD患者均完成了身體成分測定和CPET。相關性分析結果顯示，體脂率（BFP）與最高運動狀態時代謝當量（peakMETs）呈負相關（P<0.01）；骨骼肌質量指數（SMI）與最高運動狀態時攝氧量（peakVO2）、最高運動狀態時運動負荷（peakLoad）、最大分鐘通氣量（peakVE）、最高運動狀態時心率（peakHR）、最高運動狀態時氧脈搏（peakO2pulse）、攝氧效率斜率（OUES）呈正相關（P<0.01）；去脂體質量指數（FFMI）與peakVO2、peakLoad、peakVE、peakO2pulse、OUES呈正相關（P<0.01）。多元線性回歸分析結果顯示，SMI、FFMI與COPD患者peakLoad、peakVE、peakO2pulse、OUES呈獨立正相關（P<0.05）；BFP與COPD患者peakMETs呈獨立負相關（P<0.05）。其中在因變量為peakLoad、peakVE、peakO2pulse、OUES的多元線性回歸分析中，SMI的β值高于FFMI。結論 肌肉含量與COPD患者的運動能力呈正相關，身體成分測定結果可以作為COPD患者運動能力預測、指導康復運動、合理營養支持治療的重要標準。

【關鍵詞】 慢性阻塞性肺疾病；心肺運動試驗；身體成分；康復；多元線性回歸

【中圖分類號】 R 563.9 【文獻標識碼】 A DOI：10.12114/j.issn.1007-9572.2024.0095

Correlation between Body Composition and Cardiopulmonary Exercise Capacity in Patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease

YU Chunyan1，2，DONG Fen3，LEI Jieping3，YANG Ting1，2*，XIA Jingen2，QUMU Shiwei2，YANG Tianyi4，LI Xiaopan2

1.Department of Pulmonary and Critical Care Medicine，Peking University China-Japan Friendship School of Clinical Medicine，Beijing 100191，China

2.National Center for Respiratory Medicine/State Key Laboratory of Respiratory Health and Multimorbidity/National Clinical Research Center for Respiratory Diseases/Institute of Respiratory Medicine，Chinese Academy of Medical Sciences/Department of Pulmonary and Critical Care Medicine，Center of Respiratory Medicine，China-Japan Friendship Hospital，Beijing 100029，China

3.National Center for Respiratory Medicine/State Key Laboratory of Respiratory Health and Multimorbidity/National Clinical Research Center for Respiratory Diseases/Institute of Respiratory Medicine，Chinese Academy of Medical Sciences/Research Programs and Data Management Department，Center of Respiratory Medicine，China-Japan Friendship Hospital，Beijing 100029，China

4.Department of Rehabilitation Medicine，China-Japan Friendship Hospital，Beijing 100029，China

*Corresponding author：YANG Ting，Chief physician/Doctoral supervisor；E-mail：zryyyangting@163.com

【Abstract】 Background Cardiopulmonary exercise testing（CPET） is essential for assessing the maximal exercise capacity of patients with chronic obstructive pulmonary disease（COPD） and for developing rehabilitation prescriptions. Body composition has been shown to be associated with CPET results，which is complex，time-consuming，contraindicated，and risky，and cannot be performed in some COPD patients，whereas body composition analysis is simple and fast. Objective This paper focuses on the correlation between body composition and CPET in patients with COPD，and provides a basis for predicting maximal exercise capacity，formulating rehabilitation prescriptions，and rational nutritional support for patients with COPD who are unable to complete cardiopulmonary exercise testing. Methods Stable COPD patients were enrolled in the outpatient respiratory clinic of China-Japan Friendship Hospital between July 2021 and March 2022，and were sequentially subjected to body composition measurements and CPET with continuous incremental loading，and the test results were analyzed to assess the relationship between body composition and CPET results，and to analyze the value of the body composition indexes in predicting the results of CPET. Results Seventy-seven eligible patients with stable COPD completed body composition measurement and exercise cardiopulmonary exercise testing. Correlation analysis showed that body fat percentage（BFP） was negatively correlated with peak metabolic equivalents（peakMETs）（P<0.01）；skeletal muscle mass index（SMI） was positively correlated with peak oxygen uptake（peakVO2），peak load，peak ventilation volume（peakVE），maximum heart rate（peakHR），peak oxygen pulse（peakO2pulse），and oxygen uptake efficiency slope（OUES） at the highest exercise state were positively correlated（P<0.01）；and the fat free mass index（FFMI）was positively correlated with peakVO2，peakLoad，peakVE，peakO2pulse，and OUES（P<0.01）. The results of multivariable linear regression analysis showed that SMI and FFMI were independently and positively correlated with peakLoad，peakVE，peakO2pulse，and OUES in patients with COPD（P<0.05）. BFP was independently and negatively correlated with peakMETs in patients with COPD（P<0.05）. SMI had better predictive ability than FFMI for the results of the CPET trial in COPD patients peakLoad，peakVE，peakO2pulse，and OUES. Conclusion Muscle content is positively correlated with the exercise capacity of COPD patients，and the results of body composition measurement can be used as an important criterion for predicting the exercise capacity of COPD patients，guiding the rehabilitation exercise and rational nutritional support therapy.

【Key words】 Chronic obstructive pulmonary disease；Cardiopulmonary exercise test；Body composition；Rehabilitation；Multifactor linear regression

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是以持續存在氣流受限為特征的可以預防和治療的疾病，病情呈漸進性進展［1］。此病常年反復發作，嚴重影響患者的生活質量和勞動能力。COPD穩定期患者的治療，現有措施仍以支氣管擴張、祛痰和長期家庭氧療為主，但效果不能滿足患者日常生活需求［2］。COPD全球倡議（global initiative for chronic obstructive lung disease，GOLD）2019年修訂版提出了中國特色COPD康復方法，明確了肺康復治療在改善患者長期預后方面的重要性［3］。而肺康復處方需要根據心肺運動試驗（cardiopulmonary exercise test，CPET）的結果來制訂，且有研究表明，CPET是一種優于肺功能試驗（pulmonary function test，PFT）的對COPD患者呼吸損傷程度測定的方法［4］。CPET可以對受試者氣體交換能力、運動能力的受限進行定量評估，在疾病的鑒別診斷、預后評估、醫療干預效果評價、運動處方制訂等方面具有重要的臨床價值［5-6］。但CPET檢查操作儀器價格昂貴，檢查時間長且檢查風險較高。而身體成分檢查操作簡單，能快速分析人體的組成成分。既往對于身體成分和CPET的相關性研究多數是針對正常人或冠心病患者［7-8］。有研究表明COPD患者最大運動能力與BMI、去脂體質量（FFM）、腿部肌肉量（LBMlegs）相關［9-11］。本研究旨在分析COPD患者身體成分參數與CPET結果的相關性，并探討身體成分檢查是否能預測COPD患者的心肺運動功能，為不能進行CPET檢查的COPD患者預測最大運動能力、制訂康復處方以及為COPD患者合理營養支持治療提供一定的理論依據。

1 對象與方法

1.1 研究對象

回顧性選取2021年7月—2022年3月于中日友好醫院進行身體成分檢測和CPET檢測的穩定期COPD患者77例。本研究已獲得中日友好醫院倫理委員會審批同意（2022-KY-141），所有研究對象知情同意并簽署知情同意書。

1.2 納排標準

1.2.1 納入標準：參照GOLD 2020［12］相關標準，明確診斷為COPD的患者，且疾病處于穩定期。

1.2.2 排除標準：排除急性加重期的患者及有CPET禁忌證的患者。急性加重的判斷標準［13］：呼吸系統癥狀惡化超出日間變異，如氣促加重伴喘息、胸悶、咳嗽加劇、痰量增加等癥狀，并由此需改變其藥物治療。CPET禁忌證包括［14］：未控制的急性冠脈綜合征；急性心力衰竭；有癥狀的重度主動脈瓣狹窄、嚴重主動脈縮窄或降主動脈瘤；急性主動脈夾層；急性心肌炎、心包炎或心內膜炎；有癥狀或血流動力學不穩定的嚴重心律失常；嚴重的緩慢性心律失常；急性肺栓塞及肺梗死；急性呼吸衰竭；未控制的哮喘；休息時外周血氧飽和度<85%；急性下肢深靜脈血栓；近期發生非心臟原因可影響運動能力的疾病，或患有可因運動而加劇病情的疾病。

1.3 資料收集

1.3.1 人口統計學數據：從患者的身體成分報告和CPET報告中收集患者的人口統計學數據（即性別、年齡等）。

1.3.2 身體成分：應用身體成分分析儀MC-780MA進行檢測，采用8點接觸式電極法直接測定人體各部分的阻抗值。采集的測量指標包括：BMI、體脂率（BFP）、骨骼肌質量指數（SMI）、去脂體質量指數（FFMI）等。

1.3.3 CPET：采用德國耶格公司的MasterScreen心肺運動功能儀踏車。調節室內溫度和濕度（溫度20～25 ℃，濕度45%～60%），每天校準環境、容量、氣體，以保證CPET檢測的準確性。

1.3.3.1 CPET檢測前準備：受試者穿舒適的衣服、鞋子，禁煙和咖啡2 h，檢查之前不要做其他運動，向患者介紹CPET流程和注意事項，簽署知情同意書。

1.3.3.2 測試方法及步驟：CPET檢查前先做肺通氣功能測試。根據患者的體型、疾病狀況、日常活動能力選擇功率遞增的幅度。所選功率遞增幅度以患者能保持CPET測試8～12 min為宜。測試過程中，患者先靜坐3 min，采集靜息時的呼吸循環系統相關數據。再進行3 min的無負荷踏車，然后進入到以Ramp方案負荷連續遞增的（5～25 W/min）的運動測試。測試期間患者的蹬車轉速需保持在55～65 r/min，也可以用節拍器輔助患者保持轉速。若沒有終止的指征，鼓勵患者盡可能堅持運動。

1.3.3.3 終止CPET測試的標準［15］：（1）出現中度至重度心絞痛。（2）出現眩暈、共濟失調、發紺或面色蒼白、嚴重疲乏、呼吸困難等。（3）心電圖示相鄰導聯ST段水平型或下斜型壓低≥0.2 mV，持續2 min及以上；ST段弓背向上型抬高≥0.1 mV。（4）出現嚴重心律失常，如二至三度房室傳導阻滯、室性心動過速、頻發室性早搏、新發快速心室率的心房顫動等。（5）隨著功率遞增，收縮壓下降≥10 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）或持續低于基線血壓；或收縮壓≥220 mmHg和/或舒張壓≥110 mmHg。（6）因下肢無力或肌肉疼痛、痙攣，導致踏車轉速明顯下降。（7）受試者要求終止運動。

1.3.3.4 測得的CPET指標：在運動中檢測受試者最高運動狀態時攝氧量（peakVO2）、最高運動狀態時代謝當量（peakMETs）、最高運動狀態時運動負荷（peakLoad）、最大分鐘通氣量（peakVE）、最高運動狀態時心率（peakHR）、最高運動狀態時氧脈搏（peakO2pulse）、攝氧效率斜率（OUES）。

1.4 統計學方法

采用SPSS 25.0軟件進行統計處理。符合正態分布的計量資料以（x-±s）表示，不符合正態分布的計量資料以M（P25，P75）表示，計數資料以相對數表示。相關性分析采用Pearson相關或Spearman秩相關分析。再將相關分析P<0.01的預測變量納入多元線性回歸模型，同時調整協變量年齡、性別、第1秒用力呼氣末容積（FEV1），分析身體成分與心肺運動功能的關系。以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 患者基本臨床資料

77例患者中，男60例（77.9%），女17例（22.1%）；年齡64（58，69）歲；BMI（24.8±3.9）kg/m2；身體成分：BFP（25.47±6.95）%，SMI（8.77±1.33）kg/m2，FFMI 18.02（16.04，19.37）kg/m2；肺功能：FEV1（2.12±0.82）L，

FEV1占預計值百分比（FEV1%pred ）79.9%（62.9%，89.1%）；COPD GOLD分級：輕度（FEV1≥80%）38例（49.35%），中度（50%≤FEV1<80%）30例（38.96%），重度（30%≤FEV1<50%）5例（6.49%），極重度（FEV1<

30%）4例（5.19%）；CPET：peakVO2 1 358.00（1 079.25，

1 692.55）mL/min，peakMETs（5.76±1.57），peakLoad 100.0（77.0，129.5）W，peakVE（56.78±18.16）L/min，peakHR（141.36±22.05）次/min，peakO2pulse（88.65±20.60）mL/次，OUES 1 691.00（1 245.85，2 069.70）。

2.2 COPD患者的身體成分和CPET指標的相關性

分析

相關性分析結果顯示，BFP與peakMETs呈負相關（P<0.01）；SMI與peakVO2、peakLoad、peakVE、peakHR、peakO2pulse、OUES呈正相關（P<0.01）；FFMI與peakVO2、peakLoad、peakVE、peakO2pulse、OUES呈正相關（P<0.01），見表1。

2.3 多元線性回歸分析

分別以peakVO2、PeakMETs、peakLoad、peakVE、peakHR、peakO2pulse、OUES為因變量，以相關分析P<0.01的體成分變量為自變量，同時調整協變量性別、年齡、FEV1，多元線性回歸分析結果顯示，SMI、FFMI與COPD患者peakLoad、peakVE、peakO2pulse、OUES呈獨立正相關，BFP與COPD患者peakMETs呈獨立負相關（P<0.05）。其中在因變量為peakLoad、peakVE、peakO2pulse、OUES的多元線性回歸分析中，SMI的β值高于FFMI，見表2。

3 討論

COPD主要累及肺部，但也會引起肺外多器官受累及骨骼肌萎縮等全身性反應［10］。BMI曾是評估COPD患者營養狀況最常用的工具，但體質量變化和BMI分類并沒有考慮身體成分的變化，包括脂肪和肌肉分布。隨著身體成分學的發展，臨床能更加簡單、快速地了解人體組成、分析營養狀況。有研究表明，中國COPD患者發生營養不良的情況較為普遍［15］。而營養不良的情況可以通過體成分中的FFMI等指標降低來體現［16］。有研究表明，低FFMI與總體死亡率和COPD死亡率增加相關，即使在BMI正常的受試者中，低FFMI也與總體死亡率的增加有關［17］。也曾有研究表明BMI與COPD患者的CPET結果有一定的相關性［9］，但本研究表明，COPD患者的運動能力與身體成分結果相關性更大。所以應該更加注重身體成分的結果而不是單純地進行BMI分析。

COPD患者氣流受限嚴重程度與營養不良相關，通氣不足增加能量消耗，應采用營養支持療法聯合康復改善體質和運動耐力［18］。有研究通過6分鐘步行試驗證明了營養不良患者的運動能力較低［15］，本研究結果與之相一致。本研究表明，COPD患者的BFP與peakMETs呈獨立負相關。有研究表明，代謝當量值每增加1個單位，生存率會增加12%［11］。所以肥胖的人壽命和運動能力會相對降低。

本研究表明，COPD患者SMI、FFMI與CPET中的peakLoad、peakVE、peakO2pulse、OUES呈獨立正相關。所以肌肉指數高的患者運動時可以達到更高的運動功率、更大的分鐘通氣量、更高的氧脈搏以及更高的OUES。在因變量為peakLoad、peakVE、peakO2pulse、OUES的多元線性回歸分析中SMI的β值高于FFMI，說明SMI對于COPD患者踏車CPET的結果peakLoad、peakVE、peakO2pulse、OUES的影響程度大于FFMI。這可能是由于SMI只反映骨骼肌，而FFMI反映的肌肉除了骨骼肌，還有平滑肌和心肌。所以骨骼肌對COPD患者心肺運動能力影響較大。COPD患者更應該加強營養，增加蛋白質的攝入。對于不能進行CPET檢查的COPD患者可以通過身體成分的結果預測患者的運動能力，為患者制訂肺康復運動處方提供理論依據。

本研究的局限性：本研究為單中心的回顧性研究，納入分析的樣本量有限，該醫療單位的COPD人群疾病嚴重程度可能并不能類推到全國各地區的COPD患者。而且不同醫療單位所用的踏車設備、操作人員不同也會對試驗結果產生影響。本研究結論有待于大樣本量、多中心研究進一步證實。此外，本研究患者的基線心血管功能狀況、日常活動水平、藥物治療等因素均可影響運動試驗的結果，有待于納入多維生理指標和疾病特征的臨床研究進一步探討。

4 小結

BFP與COPD患者peakMETs呈獨立負相關，SMI、FFMI與COPD患者peakLoad、peakVE、peakO2pulse、OUES呈獨立正相關。肌肉量與COPD患者的運動能力呈正相關，身體成分測定結果可以作為COPD患者運動能力預測、指導康復運動、合理營養支持治療的重要

標準。

作者貢獻：于春艷提出主要研究目標，負責研究的構思與設計，研究的實施，撰寫論文；董芬、雷潔萍進行數據的收集與整理，統計學處理，表格的繪制與展示；夏金根、曲木詩瑋進行論文的修訂；楊汀、楊天祎、李曉盼負責文章的質量控制與審查，對文章整體負責，監督管理。

本文無利益沖突。

于春艷：https：//orcid.org/0009-0002-9531-7854

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（收稿日期：2024-03-10；修回日期：2024-05-20）

（本文編輯：賈萌萌）