颈髓损伤在锻炼时是如何影响心肺功能的

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脊髓损伤（SpinalCordInjury,SCI）长久以来都是严重危害人类生命安全和生活质量的神经急症。而颈段脊髓由于其兼具影响呼吸等生理功能，成为致死、致残率更高的SCI类型。但是目前颈髓损伤对心肺功能的具体影响目前还不得而知。本研究假设在运动过程中，颈髓损伤患者较正常人呼吸频率（fb）增加、潮气量（tidalvolume,VT）下降同时出现动态过度通气。通过比较颈髓损伤患者和正常人在手部肌力测试时心肺功能的反应，发现颈髓损伤患者的呼吸模式会发生改变，表现为每次潮气量（tidalvolume,VT）下降，但呼吸频率（fb）增加；同时颈髓损伤患者有氧运动能力下降的潜在机制可能是肺部动态过度通气造成（dynamichyperinflation）。相关结果发表在年5月的RespiratoryPhysiologyNeurobiology上。

PMID：研究背景

颈髓损伤发生后，通常认为呼吸和心血管功能对运动的反应都会受到损伤。例如正常人在做下肢运动的时候，每分钟峰值通气量可接近或超过L/Min，而颈髓损伤的运动员在做上肢运动的时候也可达到50L/Min。通常认为造成这些差别的原因是启动运动和呼吸相关肌肉的神经元丢失；以及可造成心血管反射改变的神经元性损伤。但是在正常人中，通常认为对上下肢运动模式的生理反射是不一样的。在以给定的非最大耗氧量锻炼时，手部的活动可造成心率（HR）、血压（BP）、血液乳酸含量以及通气量的显著增加，但是对左心室每搏输出量（LVSV）的增加却不甚明显。正常人腿部的氧摄取量可达到运动员的92%，但是即使氧负载量相似，正常人手部的氧摄取量只有运动员的75%。正因如此，上下肢运动时心血管产生反应的认知，目前是存在疑问的。

正常人在上下肢运动过程中，肺功能变化特点是通过增加潮气量（VT）实现氧摄入量的增加以及二氧化碳排出量的增加。而在下肢运动过程中，VT的增加是由于呼吸末端肺容量（end-expiratorylungvolume，EELV）的减少和吸气末端肺容量（end-inspiratorylungvolume，EILV）的增加造成的；而更深层的潜在机制就是呼气肌和吸气肌的活动增加。但是颈髓损伤运动员在进行手部肌力测试时，却经常可发现EELV矛盾性的增加；而在正常运动员做有呼吸阻力的腿部锻炼时，EELV的增加往往见于呼吸困难和左室舒张末期容积的减少和LVSV的减少。我们之前一直认为颈髓损伤患者运动性过度通气的原因是无法激活呼气肌的活动；以及由于呼气肌相关神经元损伤造成病人无法产生合适的呼气气流。最近研究提示正常人做手部肌力测试时同样可出现活动性过度通气。因此我们提出疑问，什么程度的活动性过度通气是颈髓损伤造成的？而什么程度的活动性过度通气又是手部肌力测试造成的？

研究方法

研究纳入人群

10位训练有素的颈髓损伤病人（9男1女，36±6岁）以及10位有健身习惯的业余正常人纳入实验（9男1女，32±4岁），10位人选严格匹配性别、年龄，身高等（表1）。颈髓损伤患者在轮椅上完成训练，并可在轮椅橄榄球、轮椅网球、和或轮椅田径完成比赛；其中6人达到国际水平，4人达到国家水平。正常对照参与者在当地大学招募。颈髓损伤的鉴定标准是InternationalStandardsfortheNeurologicalClassificationofSpinalCordInjury。所有的颈髓损伤患者，包括运动功能不完全、运动后损伤平面下出现多汗、运动后出现心律失常等，都提示交感脊髓通路出现损害。所有参与者都可以知道与颈髓损伤无关的心血管和呼吸系统疾病。

表1，参与人相关信息

研究方案

到达实验室后，颈髓损伤患者首先评估静息状态下呼吸功能（表2）；以及对于最大程度的曲臂测试时，心血管功能的反应。30分钟休息后，受试者继续接受亚最大程度的曲臂测试（表3），强度分别为最大工作负载心率的20%、40%、60%和80%。测试期间给予受试者足够时间恢复心率等生理指标。

正常人需要到访实验室2次。第一次：与颈髓损伤患者一样的内容，先让心率维持在颈髓损伤患者的平均心率上，然后在最大负载心率完成测试。第二次，受试者按照自己最大工作负载心率的20%、40%、60%和80%，完成相关测试内容。

表2，静息状态肺功能测试对比

表3，最大训练负荷测试的峰值指标对比

研究结果

通过匹配的亚最大工作负荷心率，颈髓损伤患者在运动过程中呼吸潮气量下降（p0.），但是可通过升高呼吸频率予以代偿（p=0.）。相比于静息状态，颈髓损伤患者在80%峰值工作负荷时呼吸末端肺容量可增加（p0.）；但这种情况不会发生在正常人中。

图1，相对亚最大负载测试（A）和心率匹配亚最大负载测试（B）时，颈髓损伤患者和正常人吸气（EILV，方框）和呼气末端（EELV，圆形）肺容量对比

图2，正常人（实线）和颈髓损伤患者（虚线）行相对亚最大锻炼负荷的对比

图3，正常人（实线）和颈髓损伤患者（虚线）行匹配亚最大锻炼负荷的对比

研究结论

除了神经源性心律受限以及通气方式的改变，研究发现颈髓损伤造成的活动性过度通气是由于损伤本身造成的，而并非活动本身引发。颈髓损伤患者的呼吸模式改变包括：每次潮气量（tidalvolume,VT）下降，但呼吸频率（fb）增加；同时颈髓损伤患者有氧运动能力下降的潜在机制可能是肺部动态过度通气造成的。讨论与阅读体会作为神经系统的重要组成部分，脊髓一直是业内研究的热点。脊髓因其特殊的组织学成分和构成，一旦发生损伤，后果往往是不可逆的；而由于相对于端脑，脊髓所处位置较低，患者一般无意识障碍，这反而造成患者生存质量的下降，甚至是人格尊严的破坏。因此，正确的认识脊髓损伤迫在眉睫。而作为具有调控呼吸、循环功能的颈部脊髓，其发生损伤后，患者不仅表现为运动、感觉等障碍，甚至可能出现呼吸、循环功能的障碍，进一步降低了患者生存质量和增加了护理难度。但是颈髓损伤发生后，呼吸、循环功能如何发生改变以及如何影响机体，目前尚不完全清除。本研究通过比较运动时颈髓损伤患者和正常人的呼吸功能等，对相关问题给出了一些证据和解释。最核心的部分是，损伤本身可造成呼吸方式的改变；这种改变方式与运动时的改变并不一样，具有独特性。也为我们认识颈髓损伤提供了新的知识，更为我们在日常临床工作中识别颈髓损伤提供了相关证据。研究虽然并未完全解释颈髓损伤对呼吸、循环功能影响的具体机制，但是却充分提醒了我们，颈髓损伤并不是只有运动、感觉功能障碍。鉴于颈髓相对高位，且具备调控呼吸肌等功能，其损伤产生的临床表现、造成的临床后果可能远超我们的想象。研究对我们如何正确的认识颈髓损伤的病生理机制、如何评价颈髓损伤的严重程度都提供了一定的证据和借鉴。

赵剑斓，神经外科学博士，毕业于医院，导师胡锦教授。

主要研究方向为自发性脑出血及神经重症的基础和临床研究。

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