肥胖減重術后肺功能的變化及可逆性研究

李雅溪, 謝栓栓, 王昌惠

(同濟大學附屬第十人民醫院呼吸科與危重癥醫學科,上海 200072)

《中國居民營養與慢性病狀況報告(2020)》[1]指出中國成年居民超重肥胖率達50.7%,我國肥胖問題現狀異常嚴峻。肥胖威脅人類健康,在呼吸系統主要是由脂肪過多引起呼吸順應性下降,肺容量下降和呼吸控制改變。減重手術常采用腹腔鏡進行消化系統容積的縮減或消化道通路的重建,使患者消化吸收方式轉變,達到減重及改善代謝的目的[2-3]。當前微創的術式對呼吸系統影響較少,且術后恢復較快,一般1年后患者減重療效趨于穩定[4]。

肺功能作為評估呼吸生理和力學變化的重要指標,是研究肥胖對呼吸系統影響的基礎。本文分析行減重手術后肥胖患者肺功能的改變特點,通過與健康人群比較,分析各功能的可逆性,明確患者從減重手術中的呼吸獲益;嘗試分析減重與肺功能指標的相關性,實現從減重方面預測肺功能改善的現實意義。

1 資料與方法

1.1 研究對象

納入2019年1月1日—2021年12月31日在同濟大學附屬第十人民醫院行減重手術的肥胖患者51例,其中男性18例,女性33例,平均年齡(33.12±11.01)歲,平均身高(169.00±9.39) cm,平均體重(109.91±26.76) kg,平均BMI(38.10±6.39) kg/m2。納入標準: (1) 年齡為1565歲;(2) 可配合完成肺功能檢查;(3) 行減重手術患者應滿足: 存在與肥胖脂肪過剩相關的代謝綜合征,如2型糖尿病、脂質代謝異常、脂肪肝、心血管疾病、睡眠呼吸暫停綜合征等,經其他非手術治療效果不佳或不能耐受者;(4) 無嚴重的精神、智力障礙;(5) 患者知情同意。排除標準: (1) 年齡<15歲或>65歲;(2) 存在有呼吸系統基礎疾病,如哮喘、慢性阻塞性肺病、肺間質纖維化、胸廓畸形、毀損肺等影響肺功能的疾病;(3) 近3個月新發的心肌梗死、心律失常、腦梗死等;(4) 無法配合完成檢查者。同時,收集健康對照組患者76例,其中男性38例,女性38例,平均年齡(33.50±4.85)歲,平均身高(167.88±8.40) cm,平均體重(62.59±8.61) kg,平均BMI(22.11±1.66) kg/m2。本研究已在中國臨床試驗中心注冊(注冊號: ChiCTR-OCS-12002381),所有患者的資料收集均征得患者及家屬的同意。

1.2 研究對象篩選流程

1.3 收集指標

收集受試者性別、年齡、身高、體重、BMI、術式、肥胖分布等一般臨床資料及肺功能相關指標。

肺功能指標包括以下內容。容量指標: 肺活量(vital capacity, VC)、肺活量實測值/預計值(VC%);深吸氣量(inspiratory capacity, IC)、IC%;補呼氣量(expiratory reserve volume, ERV)、ERV%;殘氣量(residual capacity, RV)、RV%;功能殘氣量(fun-ctional residual capacity, FRC)、FRC%;肺總量(total lung capacity, TLC)、TLC%;通氣功能指標: 第一秒用力呼出氣容積(forced expiratory volume in 1 second, FEV1)、FEV1%;用力肺活量(forced vital capacity, FVC)、FVC%;一秒率(FEV1/FVC);流速指標: 用力呼出25%肺活量時的呼氣流量(maxi-mum expiratory flow at 75% of forced vital capacity, MEF75)、MEF75%;用力呼出50%肺活量時的呼氣流量(MEF50)、MEF50%;用力呼出75%肺活量時的呼氣流量(MEF25)、MEF25%;最大中期呼氣流量(MEF75-25 forced expiratory flow, MMEF)、MMEF%;呼氣峰流量(peak expiratory flow, PEF)、PEF%;彌散功能指標: 肺一氧化碳彌散量(carbon monoxide diffusing capacity, DLCO)、DLCO%。

1.4 肺功能檢查方法及質量控制

每位受試者均嚴格依照肺功能的質控標準進行肺量計檢查[5]及肺彌散功能的測定[6]。受試前每個患者充分休息,由技術熟練的肺功能技師操作;在檢查過程中,嚴密觀察患者的配合情況,及時給予正確的指導,嚴格把控肺功能檢查的質量,保證患者的安全和良好配合,保證測試數據的準確可靠。本研究采用德國耶格公司的MasterScreenTMPFT System肺功能儀。預計值公式標準采用系統ISO Standard公式群。用力肺活量測試時,受檢者坐位,保持上身直立,夾緊鼻夾不漏氣、口含一次性咬口器連接于肺功能儀,最大深吸氣完全,至肺總量位后,盡最大努力和最快速度呼氣,至呼氣呼不出(殘氣量位)。過程中用力快速、持續而均勻,重復3次,取理想曲線的最佳值分析。彌散功能的測定,囑患者先保持正常呼吸,待基線平穩后,令其呼氣完全,然后快速均勻吸氣至肺總量位(不少于肺活量的85%),摒氣保持10 s,后以中等速度持續均勻呼出氣體至完全。

1.5 統計學處理

2 結 果

2.1 基線資料及減重療效

減重手術1年后,患者體重下降(31.41±13.19) kg,BMI下降(11.01±4.00) kg/m2,減重療效明顯,見表1。

表1 基線資料比較

2.2 減重前后肺功能變化

減重1年后,研究對象VC、ERV、TLC、FRC、RV、VC%、ERV%、TLC%、FRC%、RV%,較術前有明顯改善(P<0.05),差異有統計學意義。IC、IC%較術前有下降(P<0.05),差異有統計學意義。

通氣功能中,FVC、FEV1、FEV1/FVC,FEV1%、FVC%術后1年較術前有明顯改善(P<0.05),差異有統計學意義。流量指標中,減重術后1年PEF、MEF75、MEF50、MEF25、MMEF、PEF%、MEF75%、MEF50%、MEF25%、MMEF%較術前均有明顯改善(P<0.05),差異有統計學意義。彌散功能中,DLCO、DLCO%減重術后組較術前組有改善(P<0.05),差異有統計學意義,見表2、3。

表2 減重手術前后肺功能指標比較(絕對值)

表3 減重手術前后及術后與健康對照組肺功能指標比較(實測值/預計值)

2.3 ΔBMI與肺功能各指標改善量的相關性分析

減重手術后患者肥胖狀況優化,肺功能指標改善,為研究BMI改善狀況與肺功能各指標間的關系進行相關分析。結果顯示ΔBMI與MEF25、RV、FRC存在中等程度相關。結果見表4。

表4 ΔBMI與肺功能各指標改善量的相關性

2.4 減重術后與健康對照基線資料及肺功能指標比較

減重術后患者與健康對照組相比,基線資料性別、年齡、身高無差異,具有可比性,見表1。減重手術1年后患者體重均值為(78.50±20.12) kg,BMI為(27.08±5.11) kg/m2,較健康人群體重仍偏胖,但此時術后患者VC%、ERV%、FVC%、FEV1%、MEF25%、MMEF%、FRC%、RV%、DLCO%較健康對照組更高,PEF%較健康對照組低,差異有統計學意義(P<0.05)。IC%、FEV1/FVC%、MEF75%、MEF50%、TLC%與健康組差異無統計學意義(P>0.05),見表3。

3 討 論

肥胖人群肺和胸壁的力學特性發生顯著改變[7-8],同時存在脂質代謝異常,肺泡表面活性物質減少[9],肺泡趨于塌陷。肺、胸壁和整個呼吸系統順應性下降[10-13],呼氣儲備容量和肺靜息容量大幅減少。此時,肥胖人群通過深吸氣,加強呼吸肌肉做功來克服吸氣阻力,IC代償性地增加,保證足夠的通氣量。肥胖患者靜息時肺容積縮小,呼吸位于肺壓力-容積曲線的低位拐點之下,肺彈性阻力明顯增大,肺泡剪切力增大,肺順應性下降,呼吸做功增加。

假設肥胖是肺力學和功能變化的主要驅動因素,減重將逆轉肺功能的變化。當肥胖程度改善,胸腹腔的限制減少,胸廓順應性改善。同時脂質代謝異常糾正,脂蛋白混合物-肺泡表面活性物質的生成及發揮作用恢復,肺泡表面張力和彈性阻力下降,肺順應性改善。呼吸模式隨減重趨于正常,肺容量明顯改善,VC、TLC增加。減重術后呼氣末氣管塌陷和空氣潴留減少,從呼吸生理的角度解釋了FRC、ERV的恢復[14],因此,IC無需進行過多代償,表現為明顯下降[15-17]。同時,胸腹腔脂肪堆積減少,胸腔壓力減少,外周氣道陷閉及微小肺不張狀況明顯改善,通氣指標FEV1、FVC、FEV1/FVC提高[18],患者在肺通氣方面的功能增強。

減重直接導致呼吸負荷減輕,呼吸肌疲勞緩解,呼吸肌肉活動效率增加,PEF增加是呼吸肌力恢復與氣道通暢程度改善的反映[19-21]。MMEF、MEF50、MEF25作為小氣道功能的判定指標[22],減重后的改善,與諸多研究中減重后患者反映外周氣道阻力R5(5 Hz時氣道阻力)降低[21,23]的結論相一致。外周阻力減小,小氣道通暢性改善,各流量指標升高。究其原因呼吸系統阻力具有容量依賴性,肥胖導致的低容量影響氣道開放,減重使容量限制解除,氣道阻力明顯下降。

減重后患者肺功能各指標均有不同程度的改善,提示肥胖引起的肺功能變化可逆。MEF25、FRC、RV對肥胖敏感,肥胖程度的增加引起肺部順應性的下降,在初期就表現出功能殘氣量、殘氣量的變化;肥胖對胸廓的壓迫,微小氣道更容易地接收到胸內壓力增加的信號而產生反應,MEF25下降。同樣,體重減輕時這些指標更敏感地作出反應,并表現出與ΔBMI的相關性。減重療效越好,MEF25、RV、FRC的改善越明顯。

為明確減重患者在療效穩定后肺功能是否完全可逆,恢復到健康人群水平,本研究將術后1年的患者與健康人群進行比較。發現部分指標已與健康水平無差異;PEF減重后仍低于健康人群,是膈肌及其他呼吸肌肉肌力或活動效率仍受限的表現;其余指標優于健康人群。VC、FEV1、DLCO肥胖減重后人群比健康人群更佳,提示其肺通氣功能和換氣功能可逆并優于健康人群。肥胖多合并高血壓、高脂血癥、糖尿病等代謝疾病。高血壓引起心血管病變,冠狀動脈硬化是肺功能下降的獨立危險因素[24];高脂血癥可激活脂肪酸誘導的炎癥,損傷氣道及肺[25];胰島素水平升高可引起氣道平滑肌形態和功能的異常,增強氣道反應性,降低肺功能[26]。代謝因素是影響肺功能的重要因素[27]。減重后代謝疾病及炎癥狀況改善,呼吸道及肺得益于內環境的重塑而發生積極變化,肺功能將提高。總之,肥胖人群減重后,體重減輕引起的機械效應和內環境代謝免疫的改善共同作用,對肺功能產生1+1>2的效果。表現為減重后部分人群的體重即使沒有完全恢復正常標準,但多項肺功能指標優于健康人群水平。

本研究的不足,其一,由于疫情影響手術患者減少及失訪情況增多,收集的研究對象數量較少,尚不能對人群分層進行深入研究;其次,為了區分機械和代謝的影響,需要更科學嚴謹的研究設計對減重代謝手術后各項指標進行觀察記錄分析,用于全面評估減重手術對肺部的積極和消極影響。另外,使用更先進的技術來測量肺功能指標,或許會更清楚地闡明肥胖對呼吸系統的影響。

本研究的亮點在于,全面關注了反映氣道功能的各流量指標,特別是小氣道病變作為當前多種疾病早期受累的表現,在臨床有重要的應用意義。減重對小氣道功能的正向影響提示減重對呼吸生理和力學方面的利好。同時減重后肺功能的逆轉為呼吸系統疾病中存在的“肥胖悖論”提出了可能的切入點,這有賴于更多的研究論證。此外,本研究不僅聚焦減重前后肺功能的變化,更關注肥胖減重人群與健康人群的差別。即使減重手術后部分人群體重仍偏重,但肺功能的可逆表明其社會功能和軀體功能的恢復,對于肥胖人群重建信心的社會意義重大。