COPD患者呼出氣NO水平與肺功能相關(guān)關(guān)系的研究

首都醫(yī)科大學(xué)懷柔教學(xué)醫(yī)院（101400）王瑜君

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種以氣流受限為特征的肺部疾病，氣流受限不完全可逆，并呈進(jìn)行性發(fā)展。主要臨床表現(xiàn)為慢性咳嗽、咳痰、氣短或呼吸困難、喘息和胸悶。COPD的各種危險(xiǎn)因素都可產(chǎn)生類似的炎癥過(guò)程，從而導(dǎo)致COPD的發(fā)生[1]。但吸煙是目前公認(rèn)的COPD已知最重要的危險(xiǎn)因素。氧化應(yīng)激在COPD放大機(jī)制中起著重要作用，在急性加重期更為嚴(yán)重。吸入煙霧和其他顆粒可以產(chǎn)生氧化劑，這些氧化劑激活炎性細(xì)胞如巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞釋放細(xì)胞因子如IL-8、TNF-α等。氧化應(yīng)激對(duì)氣道與肺產(chǎn)生很多有害的影響，包括炎性基因的激活，抗蛋白酶的抑制，黏膜分泌的增多，漿液滲出的增多。其中很多的有害作用由過(guò)氧化亞硝酸鹽介導(dǎo)，這種物質(zhì)由超氧陰離子和一氧化氮相互作用產(chǎn)生。

一氧化氮（NO）是體內(nèi)的一種信號(hào)分子，能夠穿透其他細(xì)胞膜并調(diào)節(jié)其功能，介導(dǎo)了很多生理和病理過(guò)程（如炎癥）。NO也可作為機(jī)體內(nèi)重要的內(nèi)源性調(diào)控分子，在許多不同的生物學(xué)反應(yīng)中起著信使的作用。NO的形成由一氧化氮合酶（NOS）介導(dǎo)，一氧化氮合酶（NOS）的亞型有三種，分別稱為神經(jīng)元型NOS（nNOS）、內(nèi)皮型NOS（eNOS）和誘導(dǎo)型NOS（iNOS）。nNOS 和eNOS合稱為結(jié)構(gòu)型NOS（cNOS），其活性均為Ca2+依賴性，受細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的生理性調(diào)節(jié)。肺內(nèi)的血管內(nèi)皮細(xì)胞、神經(jīng)元、血小板以cNOS為主，在緩激肽、乙酰膽堿、組胺、白三烯、血小板激活因子的影響下可以催化L-精氨酸生成NO分子。iNOS活性為非Ca2+依賴性，肺內(nèi)的巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、血管平滑肌和成纖維細(xì)胞以iNOS為主，受各種細(xì)胞因子的誘導(dǎo)，也可催化L-精氨酸生成NO分子，這些細(xì)胞因子包括腫瘤壞死因子，白細(xì)胞介素-1，干擾素-γ等炎性介質(zhì)和內(nèi)皮素。

1991年Gustafsson首次報(bào)道呼出氣體中檢測(cè)NO[2]。有研究表明，呼出氣中的NO來(lái)自于上下部氣道的上皮細(xì)胞，也可能與肺內(nèi)血管內(nèi)皮細(xì)胞生成的NO由肺組織向氣道彌散有關(guān)[3]。目前已有大量的文獻(xiàn)報(bào)道關(guān)于哮喘患者呼出氣NO的研究表明，呼出氣NO水平在哮喘患者中升高[4]，測(cè)定呼出氣NO水平是一種簡(jiǎn)單易行、非侵入性的方法，對(duì)成人、兒童均適用。呼出氣NO水平與多數(shù)呼吸道炎癥臨床標(biāo)志物有一定的相關(guān)性，如與氣道高反應(yīng)性[5]，誘導(dǎo)痰嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)[6]及支氣管肺泡灌洗[7]（BAL-呼吸道炎癥評(píng)估的金標(biāo)準(zhǔn)）相關(guān)。此外，哮喘病人其呼出氣NO水平與哮喘病情相關(guān)，患者臨床病情加重前會(huì)出現(xiàn)呼出氣NO水平的增高[8]。對(duì)哮喘患者呼吸道炎癥進(jìn)行系統(tǒng)性治療：包括吸入性皮質(zhì)激素，白三烯拮抗劑進(jìn)行抗炎治療可降低其呼出氣NO水平[9]。但COPD與哮喘是不同炎癥致病機(jī)理的慢性呼吸道疾病，目前有關(guān)COPD呼出氣NO的研究目前尚不成熟，尚存在不一致的研究結(jié)論。

基于以上認(rèn)識(shí)，我們的試驗(yàn)選擇COPD急性加重期和穩(wěn)定期患者為受試對(duì)象，進(jìn)行呼出氣NO、肺功能測(cè)定，探討呼出氣NO水平與氣流受限程度的相關(guān)性及探討呼出氣NO能否反映氣流受限程度情況。

1 研究對(duì)象

此試驗(yàn)研究對(duì)象分為三組，分別為：健康對(duì)照組為20例健康成人，男6例，女14例，平均年齡65±5歲，均為從未吸煙者；25例COPD穩(wěn)定期患者，男16例，女9例，平均年齡65±6歲，平均吸煙指數(shù)486±67年×支/日；23名COPD急性加重期患者，男16例，女7例，平均年齡69±6歲，平均吸煙指數(shù)564±80年×支/日。健康對(duì)照組近2周無(wú)上呼吸道感染、無(wú)呼吸道癥狀、無(wú)近期服藥史、既往無(wú)慢性病史。COPD患者均選擇按照2006年GOLD（Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease，GOLD）[10]診斷標(biāo)準(zhǔn)確診的我院呼吸科門診和病房的COPD患者，所有COPD患者其一秒鐘用力呼氣容積占預(yù)計(jì)值百分比（FEV1%預(yù)計(jì)值）均＜80%，一秒鐘用力呼氣容積/用力肺活量（FEV1/FVC）均＜70%，且兩個(gè)月內(nèi)無(wú)明顯變化，吸入400μg沙丁胺醇后FEV1占預(yù)計(jì)值%可逆性＜12%，且無(wú)呼吸道感染、活動(dòng)性肺結(jié)核、心律失常、急性心肌梗塞等病史。過(guò)敏性疾病、哮喘及其他呼吸系統(tǒng)疾病者被排除。穩(wěn)定期COPD患者在最近8周之內(nèi)無(wú)呼吸困難、喘息、痰量增加及膿痰出現(xiàn)等急性加重的癥狀。急性加重期COPD患者出現(xiàn)咳嗽、咳痰、氣短和（或）喘息加重，痰量增多，呈膿性或黏膿性，可伴發(fā)熱等炎性明顯加重的表現(xiàn)。

2 實(shí)驗(yàn)流程和技術(shù)路線

分別測(cè)定健康對(duì)照組、COPD穩(wěn)定期組、COPD急性加重期組呼出氣NO水平，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法比較有無(wú)差異性。測(cè)定COPD穩(wěn)定期組肺功能FEV1占預(yù)計(jì)值%，并將其與呼出氣NO水平進(jìn)行相關(guān)性分析。測(cè)定COPD急性加重期組患者肺功能FEV1占預(yù)計(jì)值%，并將其與呼出氣NO水平進(jìn)行相關(guān)性分析（見附圖1）。

3 實(shí)驗(yàn)方法

3.1 呼出氣NO水平的測(cè)定 應(yīng)用呼出氣一氧化氮測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定健康對(duì)照者、穩(wěn)定期及急性加重期COPD患者呼出氣NO水平。美國(guó)胸科協(xié)會(huì)推薦了成人及兒童呼出氣NO水平測(cè)量技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。采用標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)量?jī)x器，受試者吸入無(wú)NO氣體至肺總?cè)萘浚⒁?0mL/s 的恒定氣流呼氣（設(shè)定固定的流速是由于呼出氣NO水平有流速依賴性），使呼出氣到達(dá)一個(gè)穩(wěn)定的平臺(tái)期，得到測(cè)量結(jié)果，需要重復(fù)測(cè)量3次，3次的測(cè)量結(jié)果要達(dá)到基本一致。

3.2 肺功能的測(cè)定 用肺功能測(cè)定儀（Master Screen IOS）對(duì)健康對(duì)照者、COPD穩(wěn)定期及急性加重期患者行第一秒用力呼氣量占預(yù)計(jì)值百分比（FEV1%預(yù)計(jì)值）測(cè)定。最先正常呼吸，記錄3～5個(gè)潮氣呼吸后緩慢呼氣至功能殘氣位（function residual volume，F(xiàn)RV），接著緩慢吸氣至肺總量位（total lung capacity，TLC），之后盡最大力量快速呼氣至沒(méi)有氣體再呼出（呼氣時(shí)間至少持續(xù)6秒），再用力快速完全吸氣回到TLC。至少重復(fù)3次操作但通常不超過(guò)8次，得到3次可接受的流速—容量環(huán)，如果2個(gè)FVC或FEV1的最大變異值在0.150L之內(nèi)可以接受。

操作參照美國(guó)胸科協(xié)會(huì)/歐洲呼吸病協(xié)會(huì)工作組系列報(bào)告：肺功能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化（2005年）中制定的操作標(biāo)準(zhǔn)[11]。

4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS11.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，所有計(jì)量資料均進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，凡符合正態(tài)性分布計(jì)量資料數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（Mean±SD）表示。組間顯著性檢驗(yàn)用方差分析，相關(guān)性檢驗(yàn)采用直線相關(guān)分析，在所有的分析里，P＜0.05考慮有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

5 結(jié)果

5.1 健康對(duì)照組、COPD穩(wěn)定期組及急性加重期組基本臨床資料 三組受試者的年齡沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）；三組的FEV1%pre、FEV1/FVC%間有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05），COPD穩(wěn)定期組及急性加重期組均低于健康對(duì)照組（見附表1）。

附圖1 實(shí)驗(yàn)流程

5.2 呼出氣NO水平 COPD穩(wěn)定期患者呼出氣NO水平（17.6±9.6ppb）明顯高于健康對(duì)照組（11.1±5.84ppb），有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05）。COPD急性加重期患者呼出氣NO水平（23.1±8.3ppb）明顯高于COPD穩(wěn)定期患者（17.6±9.6ppb）和健康對(duì)照組（11.1±5.84ppb），有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05，見附圖2和附表2）。

5.3 呼出氣NO水平與肺功能FEV1%預(yù)計(jì)值的相關(guān)性 COPD穩(wěn)定期患者呼出氣NO水平與FEV1%預(yù)計(jì)值存在著明顯的負(fù)相關(guān)性（P＜0.01，r=-0.656）。COPD急性加重期患者呼出氣NO水平與FEV1%預(yù)計(jì)值存在著明顯的負(fù)相關(guān)性（P＜0.01，r=-0.542）。

6 討論

本研究選擇COPD穩(wěn)定期和急性加重期患者為受試對(duì)象，進(jìn)行呼出氣NO水平、肺功能的檢測(cè)，探討呼出氣NO水平和氣流受限程度的相關(guān)性。結(jié)果顯示，COPD急性加重期患者呼出氣NO水平明顯高于COPD穩(wěn)定期患者和健康對(duì)照組，COPD穩(wěn)定期患者呼出氣NO水平明顯高于健康對(duì)照組，COPD穩(wěn)定期患者呼出氣NO水平與FEV1%預(yù)計(jì)值存在著明顯的負(fù)相關(guān)性，COPD急性加重期患者呼出氣NO水平與肺功能FEV1%預(yù)計(jì)值存在著明顯的負(fù)相關(guān)性。

附圖2 健康對(duì)照組、COPD穩(wěn)定期組、COPD急性加重期組呼出氣NO水平的比較

6.1 健康對(duì)照人群與COPD患者呼出氣NO水平的比較 本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)COPD穩(wěn)定期患者呼出氣NO水平明顯高于健康對(duì)照組，COPD急性加重期患者呼出氣NO水平高于COPD穩(wěn)定期患者和健康對(duì)照組，這與以前的研究者所作的有關(guān)呼出氣NO水平方面的研究結(jié)論相同[12][13]。穩(wěn)定期COPD患者呼出氣NO測(cè)定水平高于健康對(duì)照組的可能機(jī)制是：①COPD穩(wěn)定期患者存在氣道慢性炎癥，炎性細(xì)胞受細(xì)胞因子誘導(dǎo)催化L-精氨酸生成NO分子；②呼出氣NO是體內(nèi)一種高度活躍的化學(xué)物質(zhì)，可與肺毛細(xì)血管中的血紅蛋白快速結(jié)合而被清除，當(dāng)COPD病人出現(xiàn)氣流受限及通氣血流障礙時(shí)，呼出氣NO清除減少導(dǎo)致呼出氣NO水平升高。現(xiàn)有大量研究表明，當(dāng)痰中嗜酸性粒細(xì)胞增多時(shí)，哮喘患者呼氣中NO水平明顯增加，呼出氣NO水平與痰嗜酸性粒細(xì)胞水平呈正相關(guān)關(guān)系，其可能的機(jī)制是：氣道產(chǎn)生過(guò)敏性炎癥后，重要的轉(zhuǎn)錄因子NF-kappaB發(fā)生上調(diào)[14]，導(dǎo)致iNOS升高，使呼出氣NO增多，而此轉(zhuǎn)錄因子對(duì)表達(dá)嗜酸性粒細(xì)胞趨化因子也至關(guān)重要。因此轉(zhuǎn)錄因子上調(diào)后而使氣道嗜酸性粒細(xì)胞增多，故呼出氣NO水平與痰嗜酸性粒細(xì)胞水平呈正相關(guān)。COPD急性加重期呼出氣NO明顯升高，這可能與急性加重期感染加重，肺內(nèi)巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞受細(xì)胞因子誘導(dǎo)催化L-精氨酸生成NO分子增多或氣道產(chǎn)生了嗜酸性粒細(xì)胞增多的炎癥有關(guān)。

6.2 呼出氣NO水平與肺功能FEV1%預(yù)計(jì)值的相關(guān)性比較 COPD是一種常見的慢性呼吸道疾病，其特征為不完全可逆的氣流受限，氣道阻塞和氣流受限是COPD最重要的病理生理改變。

肺功能檢查是判斷氣流受限的主要客觀指標(biāo)，F(xiàn)EV1%預(yù)計(jì)值是中、重度氣流受限的良好指標(biāo)，其減少能反映氣道阻塞的程度，監(jiān)測(cè)FEV1%預(yù)計(jì)值的變化可以了解患者的病情變化，而本研究發(fā)現(xiàn)呼出氣NO水平與FEV1%預(yù)計(jì)值存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與之前的研究者Philip R[15]和Ansarin K[16]的研究結(jié)果一致，這種現(xiàn)象可能的原因是：COPD發(fā)病的關(guān)鍵機(jī)制是氣道、肺實(shí)質(zhì)及肺血管的炎癥，中性粒細(xì)胞及巨噬細(xì)胞等多種炎性細(xì)胞通過(guò)釋放TNF-α、IL-1、IL-8、干擾素-γ等多種生物活性物質(zhì)參與慢性炎癥的發(fā)生及發(fā)展，而氣道的慢性炎癥及反復(fù)修復(fù)可使管腔狹窄及破壞支氣管壁軟骨使支氣管失去正常的支架結(jié)構(gòu)，且氣道慢性炎癥時(shí)細(xì)胞浸潤(rùn)、黏膜充血水腫及分泌物增多等這些都可造成氣道阻塞，氣流受限，同時(shí)COPD的氣道慢性炎癥時(shí)，炎性細(xì)胞受細(xì)胞因子誘導(dǎo)可催化L-精氨酸生成NO分子導(dǎo)致呼出氣NO水平升高。這種研究結(jié)果表明，呼出氣NO水平能夠部分反映氣流受限的程度，呼出氣NO水平的測(cè)定可能提供了一個(gè)更簡(jiǎn)單和無(wú)創(chuàng)的方法來(lái)監(jiān)測(cè)呼吸道疾病的活動(dòng)性和氣道受限的程度。

附表1 COPD穩(wěn)定期組、急性加重期組與健康對(duì)照組的基本臨床資料

附表2 健康對(duì)照組、COPD穩(wěn)定期組及急性加重期組的數(shù)據(jù)資料

7 結(jié)論

胸部X線檢查也有助于確定肺過(guò)度充氣的程度及與其他肺部疾病鑒別[17]。COPD是一種可以預(yù)防和可以治療的常見疾病，其特征是持續(xù)存在的氣流受限。氣流受限呈進(jìn)行性發(fā)展，伴有氣道和肺對(duì)有害顆粒或氣體所致慢性炎癥反應(yīng)的增加。急性加重和合并癥影響患者整體疾病的嚴(yán)重程度。但筆者通過(guò)對(duì)COPD患者呼出氣NO水平的測(cè)定及與肺功能FEV1%預(yù)計(jì)值相關(guān)性比較，發(fā)現(xiàn)在COPD中，呼出氣NO水平在一定程度上可以反映氣流受限程度，可作為無(wú)創(chuàng)性的監(jiān)測(cè)COPD病情嚴(yán)重程度的生物標(biāo)志物之一。