慢性阻塞性肺疾病患者睡眠时低氧血症的发生和预测

中华结核和呼吸感染 1998年第6期第0卷 论著

作者：王玮　康健　王秋月　王镇山　侯显明　于润江

单位：110001 沈阳，中国医科大学呼吸疾病研究所

　　关键词： 肺疾病，阻塞性；缺氧症；睡眠

　　【摘要】　目的　研究慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者睡眠时低氧血症的发生与否及机制。方法　对30例COPD患者白天肺功能、动脉血气及夜间血氧水平与正常对照组(8名)进行比较和分析。结果　COPD患者睡眠时血氧水平较正常人明显下降(P＜0.05)，尤以快动眼睡眠期(REM期)显著，无论夜间平均血氧饱和度(MSaO₂)还是夜间最低血氧饱和度(MmSaO₂)，下降程度均明显高于正常人(P＜0.05)。从血氧分布情况来看，COPD患者睡眠时动脉血氧饱和度(SaO₂)＜80%的时间占睡眠时间百分比(T₈₀)、SaO₂＜90%的时间占睡眠时间百分比(T₉₀)亦显著高于正常人(P＜0.05)。相关分析表明，白天SaO₂、一秒钟用力呼气容积占用力肺活量比值(FEV₁%)与MSaO₂相关(r=0.79、0.54)，从而建立了夜间血氧水平的预测公式：MSaO₂(%)=1.03×SaO₂(%)+0.19×FEV₁%(%)-14.35(r=0.83)，白天SaO₂、动脉血二氧化碳分压(PaCO₂)与睡眠时血氧分布相关：T₈₀(%)=-2.64×SaO₂(%)+6.98×PaCO₂(kPa)+211.31(r=0.78)，T₉₀(%)=-4.49×SaO₂(%)+437.18(r=0.62)。结论　COPD患者睡眠时出现低氧血症加重，此时的血氧水平和分布可通过白天SaO₂、PaCO₂进行预测，提示夜间氧疗是治疗COPD患者的必需手段。

Generation and prediction of hypoxemia in patients with chronic obstructive pulmonary disease

Wang Wei, Kang Jian, Wang Qiuyue, et al. Institution of Respiratory Disease, China Medical University, Shen Yang 110001

　　【Abstract】　Objective　To study the pathogenesis of nocturnal hypoxemia in patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD).Method　Daytime pulmonary functions, arterial blood gases and nocturnal oxygen level were measured in 30 patients and compared with those of 8 normal subjects.Result　The nocturnal oxygen level significantly decreased in patients with COPD compared with that in normal subjects, especially during rapid eye movement (REM) period. The decreased extents of nocturnal mean oxyhemoglobin saturation (MSaO₂) and nocturnal minimum oxyhemoglobin saturation (MmSaO₂) were also very high in COPD (P＜0.05). From the distribution of oxyhemoglobin, the percentage of the time that oxyhemoglobin saturation (SaO₂)＜80% and ＜90% during sleep (T₈₀,T₉₀) in patients were found higher than those in normal subjects (P＜0.05). The sleep time in which SaO₂ below 90 percent obviously increased in COPD patients. The correlative analysis indicated that daytime SaO₂ and FEV₁% were related to the nocturnal mean oxyhemoglobin saturation (r=0.79, 0.54). So predictive formula of nocturnal oxyhemoglobin level was derived as follows: MSaO₂(%)=1.03×SaO₂(%)+0.19×FEV₁%(%)-14.35(r=0.83). Daytime SaO₂ and PaCO₂ were also found concerned with nocturnal oxygen distribution: T₈₀(%)=-2.64×SaO₂(%)+6.98×PaCO₂(kPa)+211.31(r=0.78)， T₉₀(%)=-4.49×SaO₂(%)+437.18(r=0.62).Conclusion　It was observered that hypoxemia became worse in patients with COPD than in normal subjects during sleep. The level and the distribution of nocturnal oxygen could be predicted by daytime SaO₂ and PaCO₂. All these indicated that nocturnal oxygen therapy could be useful to improve the outcome of the COPD patients.

　　【Key words】　Pulmonary disease, obstructive　　Hypoxemia　　Sleep

　　慢性阻塞性肺疾病(COPD)是由慢性支气管炎和肺气肿引起的以慢性进行性气流受限为特征的一组肺疾病。McNicholas等^［1］在调查中发现，COPD患者夜间死亡率明显高于白天，这与睡眠时低氧血症的出现或加重有关。近年来的一些研究表明，睡眠可以影响COPD患者的气体交换，使夜间动脉血氧分压(PaO₂)、动脉血氧饱和度(SaO₂)下降，从而引起肺动脉高压、睡眠片断化等，重者可出现肺心病甚至猝死。为了明确睡眠时低氧血症的发生机制和预测其发生的可能性，我们对30例COPD患者睡眠时的血氧变化进行了分析，并探讨其相关因素。

　　对象与方法

　　1.对象：(1)COPD组：依据国际标准^［2］选择稳定期COPD患者30例，分为两组，A组(10例)，做为验证组；B组(COPD组，20例)做为对照比较组，其中包括慢性支气管炎3例，慢性支气管炎合并肺气肿11例，肺心病(COPD导致)6例，年龄62±11岁，体重指数(BMI)为23±5 kg/m²，吸烟指数为444±379支/年，男∶女比例为13∶7。(2)对照组：选择8名健康、无慢性呼吸及循环系统疾病史者，一秒钟用力呼气容积占用力肺活量比值(FEV₁%)＞70%者，年龄65±6岁，BMI为23±3 kg/m²，吸烟指数为390±261支/年，男∶女比例为6∶2。

　　COPD(B组)组与对照组间年龄、性别、BMI、吸烟指数间差异无显著性(P＞0.05)，肺功能及血气分析情况见表1。

表1　COPD组与对照组肺功能分析(±s)

　　注：Vc%为百分肺活量，两组相比^*P＜0.05，^△P＜0.01　　2.方法：所有受试对象实验前至少停止吸氧24小时，在监测当日测坐位肺功能，夜间平卧位15分钟后，熄灯前测动脉血气，之后用多导睡眠监测仪(黑龙江华翔，HXD-Ⅰ型)进行至少7小时的正规监测，包括脑电图(EEG、C₃A₂和C₄A₁)、双眼眼电图(EOG)、颏舌肌肌电图(EMG)、心电图(ECG)、口鼻气流、胸、腹式呼吸运动，用SCⅡ型血氧仪连续监测指端血氧饱和度，全部数据记录于计算机中，第2天晨醒卧位立即测动脉血气。其中，睡眠分期应用1968年Rechtschaffen标准。

　　 结果

　　一、COPD组与对照组的血气分析

　　夜间血氧变化：COPD组夜间睡眠时平均动脉血氧饱和度(MSaO₂)于入睡后开始下降(图1)，快动眼睡眠期(REM期)降至最低。COPD组白天SaO₂、夜间MSaO₂，夜间睡眠时最低动脉血氧饱和度(MmSaO₂)均明显低于对照组(P＜0.05)，对睡眠时血氧下降幅度进行比较，COPD组无论MSaO₂还是MmSaO₂，其下降幅度显著高于对照组(P＜0.05，表2)。COPD组和对照组在睡眠呼吸障碍时差异无显著性［呼吸暂停指数(AI)分别为0.6±1.5/h，1.3±2.3/h，呼吸暂停及低通气指数(AHI)分别为2.2±2.1/h，3.7±1.2/h，P均＞0.05］。另外，我们用t检验方法以T₈₀(SaO₂＜80%的时间占睡眠时间的百分比)、T₉₀(SaO₂＜90%的时间占睡眠时间的百分比)为指标，评估了COPD组和对照组夜间睡眠时血氧的分布，发现COPD组T₈₀、T₉₀明显增高(P＜0.05)。

图1　COPD患者夜间血氧变化

　　二、相关分析

　　为了观察COPD患者夜间睡眠时血氧变化的相关因素，我们分别对白天PaO₂、SaO₂、动脉血二氧化碳分压(PaCO₂)、FEV₁%、AI、AHI与MSaO₂进行了直线相关分析，其中PaO₂、SaO₂、FEV₁%均与MSaO₂相关(P＜0.05)，相关系数分别为0.78、0.79、0.54，但经多元回归后，仅SaO₂、FEV₁%与MSaO₂相关(表3)。

　　为了验证回归方程的可靠性，我们将一组(10例)COPD患者的实测MSaO₂与按回归方程计算出的预计MSaO₂进行了相关分析(图2)，发现二者显著呈正相关(r=0.90，P＜0.01)。另外，我们还将T₈₀、T₉₀分别与SaO₂、PaO₂、PaCO₂做了多元回归分析，表明白天SaO₂与夜间睡眠时血氧水平和分布密切相关，PaCO₂则与夜间睡眠时血氧的进一步下降有关(表3)。

表2　COPD组与对照组夜间血氧水平和分布的比较(±s)

　　注：ΔSaO_2M为与觉醒时相比MSaO₂的变化幅度；ΔSaO_2Mm为与觉醒时相比MmSaO₂的变化幅度，COPD组与对照组相比^*P＜0.05，COPD组与对照组相比^**P＜0.01

表3　COPD组夜间血氧变化的多元回归分析(n=20)

　　回归方程：MSaO₂=1.03×SaO₂+0.19×FEV₁%-14.35(r=0.83)，T₈₀=-2.64×SaO₂+6.98×PaCO₂+211.31(r=0.78)，T₉₀=-4.49×SaO₂+437.18(r=0.62)，^*P＜0.05，^**P＜0.01；-代替无相关性(P＞0.05)

肺泡氧分压=吸入气氧分压-肺泡二氧化碳分压×［吸入氧浓度+(1-吸入氧浓度)/呼吸商］

　　图2　COPD患者睡眠平均动脉血氧饱和度的相关曲线

　　讨论

　　目前研究认为，正常人睡眠时PaO₂、SaO₂可有轻度下降，但无临床意义。而COPD患者睡眠中SaO₂下降更明显，且REM期重于非快动眼睡眠期(NREM期)^［3～5］，本组实验从睡眠时血氧水平和分布的角度进行了探讨，在得出相同结论的同时，进一步证实了COPD患者睡眠时血氧较白日下降程度高于正常人。关于COPD患者夜间睡眠时血氧下降的原因，从本组实验来看：(1)通气不足是原因之一，因为：①COPD患者存在气道阻塞，生理死腔增大，REM期出现的浅快呼吸则进一步降低了肺泡通气量；②COPD患者由于存在过度充气使膈肌低平，几乎已达膈肌收缩力的顶点，因而在睡眠时不能代偿增加潮气量^［3］。(2)从图3来看，COPD患者大部分存在肺泡－动脉血氧分压差(A-aDO₂)增大，提示通气/血流(/)比例失调是引起夜间低氧血症的一个重要因素，用此可以解释观察到的REM期SaO₂下降程度明显高于PaCO₂上升程度。(3)低氧通气反应(HVR)及高碳酸通气反应(HCVR)受抑：Tatsumi^［6］对COPD患者的HVR、HCVR与睡眠时SaO₂下降的关系进行了研究，发现HVR、HCVR均与REM期SaO₂的下降呈负相关，HCVR还与NREM期SaO₂的下降呈负相关，他认为化学驱动作用在觉醒时高者，睡眠时也高，SaO₂下降不明显，目前对此说法不一。

虚线代表肺泡-动脉血氧分压差为kPa(设呼吸商为0.8，肺泡二氧化碳分压=动脉血二氧化碳分压)

　　图3　COPD患者睡眠前后动脉血氧、二氧化碳分压的变化

　　为了预测COPD患者夜间睡眠时的血氧变化，我们对其相关因素进行了多元回归分析并加以验证，发现MSaO₂与白天SaO₂、FEV₁%相关(r=0.83，P＜0.05)，其中白天SaO₂是影响夜间睡眠时血氧水平的重要因素，二者呈明显的正相关(r=0.79，P＜0.05)，与Bradley、Connaughton等^［7］的研究结果一致。Bradley等^［7］曾发现FEV₁%影响COPD患者夜间睡眠时平均血氧水平，但经多元回归后被舍弃，其回归公式为MSaO₂(%)=1.1948×SaO₂(%)-0.428×PaCO₂(kPa)。COPD患者肺功能的主要改变是阻塞性通气功能障碍，即FEV₁%的下降，它可进一步影响白天PaO₂、PaCO₂而改变夜间血氧水平，在不同的回归方程中FEV₁%作用不同，可能与气道阻塞程度及其引起的/比例失调程度有关。PaCO₂对夜间血氧水平的影响存在许多争论，本组实验所得的回归方程与PaCO₂无关，但Bradley等^［7］认为PaCO₂亦是预测睡眠时血氧水平的重要参数，这可能是由于COPD组PaCO₂平均值在6.67 kPa以下，其白天的HCVR尚未迟钝或缺如，故其对夜间血氧的影响不如PaO₂、FEV₁%显著。我们同时对COPD患者整个睡眠期间血氧的分布情况进行了调查，发现T₉₀与白天SaO₂负相关(r=0.62，P＜0.01)，T₈₀则与白日SaO₂、PaCO₂有关(r=0.78，P＜0.05)，白天SaO₂低、PaCO₂高者，夜间T₈₀增多。由此可见，白天SaO₂、PaCO₂可影响COPD患者夜间睡眠时血氧的分布趋势，从而引起低氧血症程度的改变。

　　综上所述，我们可得出如下结论：(1)COPD患者夜间睡眠时出现低氧血症或低氧血症加重，REM期显著，其血氧下降程度明显高于正常人，提示夜间氧疗是COPD患者必需的治疗手段；(2)COPD患者夜间睡眠时血氧水平可通过白日SaO₂、FEV₁%来预测，其中SaO₂起主要作用，夜间睡眠时血氧分布可通过SaO₂、PaCO₂来评估。本课题受卫生部优秀人才基金资助(基金编号：95-2-13)

　　参考文献

　　1　McNicholas WT, Fitzgerald MX. Nocturnal deaths among patients with chronic bronchitis and emphysema. Br Med J, 1984, 289:878.

　　2　Celli BR, Snider GL, Heffner J, et al. Defination, epidemiology, pathology, diagnosis and staging. Am J Respir Crit Care Med, 1995, 152:78-83.

　　3　Philipson E, Goldstein RS. Breathing during sleep in chronic obstructive pulmonary disease. Chest, 1984, 57:1319-1322.

　　4　Rochester DF. Respirtory muscle strength in COPD. Am Rev Respir Dis, 1979, 119:151-154.

　　5　Fletcher EC, Schaaf JW, Miller J, et al. Long-term cardiopulmonary sequelae in patients with sleep apnea and chronic lung disease. Am Rev Respir Dis, 1987, 135:525-533.

　　6　Tatsumi K. Sleep arterial oxygen desaturation and chemical control of breathing during wakefulness in COPD. Chest, 1986, 90:68-72.

　　7　Bradley TD, Mateika J, Li D, et al. Daytime hypercapnia in the development of nocturnal hypoxemia in COPD. Chest, 1990, 97:308-312.

(收稿：1997-12-19　　修回：1998-02-07)