運動訓練在慢性阻塞性肺疾病肺康復中的應用

田玉靜, 李 萍, 黃家容, 張 寧, 平 芬

(河北省人民醫院 老年病三科, 河北 石家莊 050000)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是一種常見的可以預防和治療的疾病，其特征是存在持續的呼吸系統癥狀和氣流受限[1]，常使患者幸福指數下降。在全球范圍內，由于接觸危險因素持續增多且人口老齡化，COPD的負擔預計在未來幾十年將增加[2]。因此，對COPD患者如何管理是公共衛生系統面臨的挑戰之一。全球慢性阻塞性肺疾病計劃(Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease, GOLD)2020指出肺康復計劃被證明是改善COPD患者運動障礙行之有效的方法，肺康復的基礎是運動訓練，許多試驗[3-5]表明在肺康復項目中進行有組織的運動訓練后，患者呼吸困難、運動能力和健康相關生活質量有了很大改善。本文將對肺康復中運動訓練的病理生理學、方式及處方進行綜述，為臨床COPD患者的運動訓練治療提供新思路。

1 運動訓練的病理生理學

肌纖維萎縮是COPD系統性損害表現之一。呼吸肌和肢體肌肉受到影響，導致患者運動能力下降進而影響其健康狀況。在COPD患者中，發現膈肌單纖維力量減少、肌球蛋白含量降低，此外，這些纖維通過降低鈣的敏感性，在次最大激活時導致肌肉無力。成肌分化(myogenic differentiation, MyoD)和肌原蛋白的改變被認為是驅動肌肉表型的適應原因，在成熟骨骼肌中，MyoD主要表達在快收縮肌中，肌原蛋白主要表達于慢收縮肌中。肌動蛋白分子的結構變化可能會削弱肌動蛋白的活性及肌肉纖維的穩定性，導致纖維損傷[6]。Degens等[7]在倉鼠的肺氣腫的模型中發現MyoD蛋白水平下降，無獨有偶，Testelmans等[8]指出膈肌信號通路的改變可能導致COPD患者膈肌重塑，比如泛素-蛋白酶體通路、核因子激活的B細胞的κ-輕鏈增強(NF-κB)通路和肌生成抑制蛋白表達上調及MyoD表達下降，導致患者骨骼肌功能障礙。Hill等[9]指出，經過高強度吸氣肌訓練后，肋間外肌發生肌纖維重塑，改善中、重度COPD患者吸氣肌肉功能，減輕患者呼吸困難和疲勞。COPD是肌肉喪失原因之一，然而，如何評估肌肉健康困難，Yin等[10]指出，Dickkopf相關蛋白3(Dickkopf-3, Dkk-3)在年輕小鼠模擬的早期肌少癥模型中過表達，而老年小鼠Dkk-3表達的降低部分抵消年齡相關的肌肉萎縮，類似結果亦出現在其他研究中。Qaisar等[11]研究表明，Dkk-3水平可以作為評估COPD患者加速骨骼肌減少表型的臨床指標。

COPD特點是存在全身和局部慢性炎癥和氧化應激，氧化應激與促炎介質通過相互作用，從而增強促炎基因在各種肺組織細胞表達，且氧化應激可能改變促炎介質和抗氧化酶基因表達平衡[12]，導致COPD患者肌肉功能障礙，且氧化應激與炎癥介質亦相互影響。研究證實，氧化應激參與膈肌蛋白降解，與肌肉組織損害直接相關，導致膈肌收縮功能障礙[13-14]。觀察到COPD患者肌肉耐力受損與肌肉氧化能力、線粒體密度、酶的活性降低有關[15-16]。細胞內活性氧(reactive oxygen species, ROS)在ATP氧化磷酸化合成過程中產生，發生場所系線粒體。線粒體活性氧(mitochondrion reactive oxygen species, mtROS)在抗氧化防御系統中生成和清除保持平衡，未能清除的mtROS在肌動蛋白上誘導的復雜修飾，以肌動蛋白嚴重斷裂為特征，從而阻礙肌動蛋白與肌球蛋白相互作用[12]，導致線粒體功能障礙。金丹等[17]研究證明運動訓練可改善肢體肌肉纖維構成，抑制肌肉蛋白降解及增強機體抗氧化作用。

2 運動訓練的方式

2.1主動訓練

2.1.1肢體肌力及耐力訓練 眾所周知，骨骼肌功能障礙可導致COPD患者日常活動減少，故對COPD患者進行肢體運動訓練必不可少。肢體肌力訓練主要有上肢肌力訓練、下肢肌力訓練，而下肢耐力訓練是提高運動能力的核心部分[18]。常見方式包括陸地上快走、慢跑、騎單車及水中運動訓練等。地面步行訓練被證明可提高COPD患者生活質量和耐力運動，適用于中、重或極重度COPD患者，Wootton等[19]在中度及重度COPD患者進行為期8～10周地面步行隨機對照試驗，結果表明地面步行鍛煉患者的圣喬治呼吸問卷、慢性呼吸問卷等生活質量評分總分均減低，耐力穿梭往返步行試驗時間增加，且差異具有統計學意義。Higashimoto 等[20]提出，進行4～8周下肢運動訓練改善COPD患者的呼吸困難、運動能力和生活質量，但對體力活動的影響并不顯著。水中運動訓練亦可作為肢體訓練的方式，Felcar等[21]研究表明對于中重度COPD患者，在水中進行高強度運動訓練與陸地訓練方式效果相似，是同樣有益的治療選擇。水中運動訓練是對COPD患者新的治療方法，但是因場地、專業人員等要求可能比陸地訓練難實施。

2.1.2呼吸肌訓練 肺功能康復的組成部分，呼吸肌訓練已廣泛應用于臨床實踐[22-24]。COPD患者是通過正確的呼吸肌訓練增強呼吸肌的肌力與協調性，改善患者呼吸困難、氣短及全身系統癥狀，提高COPD生活質量、延長生存期。臨床常用方式有縮唇呼吸和腹式呼吸。Cabral等[25]研究表明，在高強度運動期間聯合應用縮唇呼吸可降低過度通氣。有研究指出對COPD患者進行4周的膈肌呼吸鍛煉后，訓練組患者顯示出更大的膈肌運動性[26]。

2.1.3中國傳統訓練方式 由于學習簡單、不受場地、設備、專業人員的限制，我國傳統運動療法如太極、八段錦、五禽戲、氣功、六字訣等是COPD患者最受歡迎的健康補充療法。太極是一種包括一系列緩慢而有節奏的循環動作的全身性運動，在COPD患者肺康復領域發揮著重要作用，太極訓練的峰值心率(60次/min)和耗氧量(55%)與中等強度運動相似[27]。一項薈萃分析表明，太極可改善COPD患者肺功能、運動能力、生活質量和精神狀態[28]。Yang等[29]指出八段錦有益于預防輕度COPD患者肺功能下降、提高其運動能力、改善生活質量。今后仍需開展多中心隨機對照試驗探索COPD患者最佳鍛煉方式。

2.2被動訓練 神經肌肉電刺激是肺康復治療中常見的一種被動運動。對于無力或不愿堅持鍛煉的患者，神經肌肉電刺激可能是一種鍛煉肌肉力量的替代方法，可改善肌肉力量和運動性能[30-31]。在COPD急性加重期，為避免呼吸系統應激，高頻神經肌肉電刺激已成為一種局部訓練方式，但仍有局限性(如皮膚疼痛)[32]。一項薈萃分析顯示，神經肌肉電刺激可改善COPD患者的運動能力，降低運動過程中呼吸系統感染，但不常規推薦穩定期COPD患者接受此種療法[33]。

膈肌起搏器是神經肌肉電刺激療法的一種，通過電刺激膈神經或膈肌，引起膈肌節律性收縮，通過膈肌的適應性改變，使膈肌肌力和抗疲勞能力增強[34-35]。膈肌起搏器分為植入式和體外式，植入式膈肌起搏是將起搏電極植入體內直接與膈神經接觸，因其多為有創手術，不如體外式膈肌起搏應用廣泛；體外式膈肌起搏是指通過體表電極刺激膈神經，提高膈肌興奮性，促進膈肌活動，提高肺泡有效通氣量，減少肺部感染和肺不張發生的風險，可輔助COPD插管患者脫機[36]。

3 運動訓練的處方

運動處方包括設定運動頻率、強度、類型和時間，其中運動訓練強度和持續時間是預測結果最關鍵因素。運動強度選擇需要以骨骼肌無力為基礎，以有效的合成代謝提高骨骼肌的氧化能力為目標[37]。常見的運動訓練模式有低強度、高強度和間歇訓練。持久、高強度的運動訓練模式已廣泛應用于肺康復，可以增加肌肉的有氧代謝、耐受更高強度的活動[38]。對于病情較嚴重的患者，低強度或間歇訓練模式可能是最佳的選擇。在間歇訓練中，低強度與高強度訓練相結合，能明顯延長訓練時間。訓練類型通常有兩種，耐力訓練和力量訓練。耐力訓練目的是執行有氧活動，力量訓練以單個肌肉或肌肉群為目標。一個周期的康復鍛煉，最多維持6～12個月，通常建議COPD患者進行8周或更長時間的治療[39]。若想保持康復鍛煉的效果，則需要進行周期性康復鍛煉。

肺康復評估的金標準之一是心肺運動試驗，心肺運動試驗對評估患者的生理功能狀態、判斷病情嚴重程度、指導制定個體化的康復鍛煉及評價肺康復療效等至關重要。目前常用無氧閾水平評估運動強度(還可根據Borg呼吸困難評分、最大攝氧量的60%、目標心率等)，既可以保證安全性，又可以滿足康復鍛煉需求[40-41]。Stringer等[42]指出在一定程度上，心肺運功試驗和六分鐘步行試驗互補，均可對COPD患者肺康復提供有意義的指導，而心肺運動試驗似乎是COPD患者生理改善的理想評估機制。然而，分析心肺運動試驗的數據可能會發現隱匿的問題(如低氧血癥、心律失常、肌肉骨骼問題或心肌缺血)[43]，從而進一步優化運動處方。

4 總結及展望

通過了解運動訓練的病理生理學機制，肺康復處方的制定，從分子水平著手，選擇合適的運動方式，改善COPD患者癥狀、運動能力和生活質量。由于患者個體特征、運動特性不同，運動訓練對COPD患者肺康復效果有很大差異。因此，制定個體化運動方式尤為重要，有助于患者早日回歸家庭和社會。