COPD患者的外周肌力训练 —— 系统综述

Simone D. O'Shea, BPhty (Hons); Nicholas F. Taylor, PhD; and Jennifer Paratz, PhD

From Wodonga Regional Health Service (Ms. O'hea),Wodonga; Musculoskeletal Research Centre (Dr. Taylor), La Trobe University Melbourne; and The Alfred Hospital (Dr.Paratz), Melbourne, VIC, Australia.

Correspondence to: Simone O'Shea, BPthy (Hons), Wodonga Regional Health Service, PO Box 156, Wodonga, VIC, 3689,Australia; e-mail: simoshe@optusnet. com. au

背景 COPD患者骨骼肌功能减退,对活动耐力产生影响,这为对此类患者进行力量训练治疗提供了有力的理论基础。

目的 系统综述当前COPD患者进行外周肌力训练的证据。

方法 以“COPD、strength / resistance training及skeletal muscle”为关键词,通过电子数据库检索及引文检索,获取有关COPD力量训练的实证研究及综述。利用物理疗法数据 (PEDro) 量表和综述一览表,2名评估者独立完成数据提取和质量评价。从合适的实证研究及荟萃分析 中确定效应量及95%可信区间。

结果 根据检索策略得到了13篇文章 (9篇实证研究及4篇综述)。证据有力说明力量训练可以提高上身和下肢的肌力。然而,尚无足够的证据说明力量训练对其他测定的结果会产生影响。

结论 还需进一步研究力量训练对平衡、上肢功能、自理能力及参与日常生活能力等方面的 作用。

关键词 慢性阻塞性肺疾病 (COPD); 运动训练 (exercise training); 综述 (review); 骨骼肌 (skeletal muscle)

运动耐受不良是COPD的重要特征之一,尤其在疾病进展期。其表现包括生活自理的困难增加、难以参与每日活动[1]、需要更多的卫生保健服务 [2]。这些变化常呈恶性的螺旋式下降,残障程度日益增加 [3]

愈来愈多的证据提示,COPD存在着骨骼肌功能障碍 [4~7]。所观察到的肌肉变化包括Ⅰ型纤维减少、Ⅰ型及Ⅱ型纤维萎缩、毛细作用下降以及代谢 酶水平的改变[4]。已证实有许多因素参与了骨骼肌的变化,包括缺氧、高碳酸血症、炎症、营养、退化及类固醇诱导的肌病 [4]。骨骼肌的变化强调了肌肉锻炼对COPD的治疗可能起着不可缺少的作用。

COPD的肌肉锻炼主要集中在耐力训练上。耐力训练提高了肌肉耐力及运动量,但肌肉的体积及肌力没有变化[8]。力量训练为改善COPD的骨骼肌萎缩及衰退提供了一种方法。本文旨在对当前COPD外周肌力训练的数据进行系统的综述,评估其对患者的损伤、活动及参与等方面所带来的影响。

材 料 和 方 法

本系统综述的过程概况见以下流程图 (图1)。

检索策略

一直以来都是从电子检索着手研究,运用的数据库如下:MEDLINE、preMEDLINE、PubMed、 EMBASE、CINAHL、AMED、AMI、Expanded Academic Index、Sports Discus、Ausport Medical、DARE和Cochrane。使用的检索术语如下:obstruc tive lung disease、COPD、chronic obstructive lung disease、chronic obstructive airway disease、chronic airways limitation、chronic airways obstruction、chronic bronchitis和 pulmonary emphysema。以上术语与strength training、strength exercise、weight training、weight lifting、resistance exercise、resistance training、progressive resistance exercise、progressive resistance training、peripheral muscle以及skeletal muscle进行组合,用以检索。还完成了引文检索以及关键作者检索。

入选标准

两名独立的评估者按概括的标准 (表1) 对确认的文章 (标题和摘要) 进行评价。当无法从标题和摘要得出结论时,则获取全文进行评价。一旦评估者完 成评价,则对任何有关分歧进行讨论,并达成共识。

质量评价

2名独立的评估者采用总分为10分的物理疗法数据 (physiotherapy evidence database,PEDro) 评分量表[9] 对实证研究进行评估,并使用Oxman指南[10] 对综述进行评估,从而评价入选文章的质量。形成标准模式以便从各项入选的研究中获得信息。

数据分析

为了对各研究的结果进行比较,使用了Web集成的荟萃分析软件 [11] 计算效应量和95%可信区间 (confidence intervals,CIs)。当各组间没有基线差异时,计算出无偏倚的效应量估计值 (d)[12]。对单组的治疗前后进行研究时,按照Howell [13] 所描述的方法来计算效应量。肌力的总效应则使用荟萃分析的随机效应模式进行计算[12]。由于研究设计不同,产生 的效应可能不仅仅归因于力量训练,所以认为荟萃分析不适于进行其他的效应测定。用Cohen [14] 描述的术语来说明效应量,由此将效应量按小 (d = 0.2)、中 (d = 0.5)、大 (d = 0.8) 归类。国际功能分类 (International Classification of Functioning,ICF)[15] 则用来描述结果,它是由世界卫生组织提出,用以测定人在特定健康状况下的生存情况,在本文中即指 COPD状况 (图2)。

结  果

电子检索识得到83篇文章,按照入选标准排除了其中的64篇。详细评价剩下的19篇后又有6篇文章被剔除。最终的文献包括了13篇文章:9例实证研究 [16~24] 和4篇综述[25~28]

研究质量和设计

综述 入选综述都不是系统综述。没有提供有关文献检索或入选标准的信息,没有使用特定的标准,而是对研究方法的有效性进行了描述。有一篇综述 [28] 尝试通过列表进行比较研究。

实证研究 总分为10分的PEDro评分[9] 平均分为5分 (2~6;最频值为5)。有6项研究[17~21,24] 的受试者进行了随机分组,其中3项[16,19,24] 还掩盖了治疗分配。有3项研究[18~20] 的研究者不知道分组情况及至少1项关键的测定结果。有4项研究 [16,17,21,23] 进行了意向治疗分析。

各研究设计有所不同。有4项研究[16,18,21,22] 与非治疗对照组进行了力量训练的比较。还有一项研究 [23] 采用单组前后比较的设计,并结合训练间期与力量训练的比较,而其他研究则将阻力训练与耐力训练作比较[19]、或将标准药物治疗与混合训练相比较 [24]、或有氧训练与力量有氧相结合的锻炼比较 [20]、或3种不同的训练方案 (力量、有氧、力量有氧相结合) 与非治疗对照组比较[17]。由于Ortega等 [17] 没有报道对照组的数据,因此本文仅就力量训练的数据与耐力训练进行了比较。

课程内容与环境因素

表2 总结了实证研究的关键特征。训练通常包括2~4个回合,每一回合将每个动作重复6~12次,强度为50% ~ 85%最大重复次数 (one repetition maximum,1RM)。有3项研究[16,22,23] 没有明确强度。9项研究中有8项在门诊中开展,并使用了举重器。 仅有2项研究[16,23] 为自由重量训练,还有第三项研究[18] 将其与器械训练相结合。研究对象每次训练一般完成6个动作 (3~9个),集中加强躯干、上肢、下肢的力量。训练通常持续12 wk (6~26 wk)。除了1项研究没有说明训练频率[16] 及另一项研究每周训练2次外[21],一般每周训练3次。

个体因素

受试者平均年龄为 (62 ± 6.8) 岁 (48.5~71.5岁)。总体上入选的男性较多,占总研究人群的70%以上。整个研究的平均FEV 1预计百分比为 (46.1±13.1)% (38%~77.5%预计值),说明有中度气流受限。多数研究剔除了伴有活动受限疾病的参与者, 如心血管疾病、肺动脉高压、神经系统疾病或肌肉骨骼疾病。

有4项研究[18~20,22] 报告训练期间出席率≥90%,而在另一项研究[24] 中6 mo内出席率为77%。有6项研究[17,18,20,22~24] 描述了参与者损耗率,通常都 <20% (表3)。参与者没有完成研究的主要原因如下:住院、失去动力、死亡、手术、治疗的改变、其他 治疗情况及与训练无关的损伤。尚无研究报道由于力量训练治疗直接导致不良反应或使参与者未完成研 究。

损伤

ICF将损伤描述为身体结构或功能的明显异常或丧失 [15]

肌力的变化 由3项研究[17,18,,20] 确定了上半身肌力的效应量及95%CIs (图3)。 图3 清楚地显示了一种具有正性优势作用的治疗,并得到了荟萃分析的支持 (d = 0.70;95%CI为0.28~1.11;z = 3.30,P < 0.001)。各研究一般都对伸膝肌力进行了说明,其中有5项 [17,18,20,21,24] 提供了充分的数据来计算效应量 (图4)。阻力训练对伸膝肌力显示出正性作用 (d = 0.9;95%CI为0.42~1.38;z = 3.65,P < 0.001)。

肌肉横截面积的变化 一项有关四头肌横截面积测量的研究 [20] 报道其明显增加了8%,然而,这种差异转化为效应量却较小 (d = 0.2;95%CI为 -0.02~0.43)。

呼吸功能 许多研究对呼吸功能进行了交叉研究,但仅有4项研究 [16,18,19,24] 计算了效应量。有一项研究[18] 基线差异明显,未纳入分析。总体上以效应量及跨零CIs描述呼吸功能时,力量训练似乎没有使其产生改变 (表4)。

最大活动量 在自行车渐增负荷运动中,有6项研究对有氧代谢能力 (最大氧耗量,oxygen con-sumption, o2)、每分钟通气量(minute ventilation, E)、最大功率进行了测定。由于基线差异,有两项研究[17,20] 未纳入分析。总体上多数研究中力量训练没有使最大活动量发生改变 (表4)。

心理功能的变化 有4项研究[17,19,20,24] 使用慢性呼吸疾病调查表 (chronic respiratory disease questionnaire,CRDQ)[29],并获得了足够的数据来计算效应量。总体上效应量及Cis没有反映力量训练后的变化 (表4)。健康状况调查表2.0 [36项健康状况调查简表 (Short Form-36 Health Status Questionnaire, SF-36)][30] 包括8项领域,其中5项被认为代表了心理功能的测定 (健康感知、健康角色限制、情绪角色限制、心理健康、活力)。除了健康感知外,另 4个领域效应量较大,支持了力量训练治疗[23]

活动的变化

活动指个体进行某一特别的任务或动作的表现[15]

行走耐力 有7项研究在评估行走时采用了3种测量方法之一:6 min步行试验 (6-min walk test, 6 MWT)[18~20,23,24,31]、12 min步行试验 (12-min walk test, 12 MWT)[16,32] 及往返行走试验[17,33]。有一项研究[18] 数据被剔除。6项研究中有4项[16,17,19,24] 效应量及跨零CIs小 (表4),表明力量训练很少能改善行走能力。

踏车耐力 有3项研究[17~19] 为测定了次极量踏车耐力。将力量训练同非治疗对照组相比时,效应量较大 (d = 4.42;95%CI为3.46~5.38)[18]。而另两项研究[17,19] 将力量训练与耐力训练进行比较,发现对照状态 (耐力训练) 具有优势效应 (d = -1.09;95%CI为-1.02~-0.46和d = -0.74,95%CI为-1.36~ -0.81)。

健康状况 (生理功能领域) 一项关于健康状况测定的研究[23] 采用SF-36[30] 进行评估,发现治疗具有很大的优势效应 (d = 1.64;95%CI 为1.23~2.05)。

参与的变化

ICF将参与定义为涉足各生活情景[15]。有一项 研究[23] 采用SF-36[30] 的社会功能领域,得到了较大的效应量 (d = 1.41;95%CI为1.00~1.82),提示治疗具有正性优势效应。然而,在另一项利用圣.乔治呼吸问卷(St. George Respiratory Questionnaire,SGRQ)[34] 进行评估的研究[22] 中,发现力量训练对参与没有作用 (d = -0.37;95%CI为-0.75~0.01)。就本文的目的而言,由于在评分时COPD对日常生活 的影响 (例如对工作能力的作用) 与最大负重相关,因此认为SGRQ也是一种测定参与的方法。

长期的结果

有两项研究在力量训练完成后12 wk[17] 及12 mo[24] 时进行了评估,以分析力量训练的长期效应。训练结束时,两项研究的效应量相似 (表4)。

讨  论

回顾的实证研究的典型课程结构,与健康年轻人力量训练指南 [35] 及健康老年人训练方案[36] 相似。然而,与美国运动医学院老年人力量训练指南 [35] 相比,其训练强度略大。尽管与指南有所偏离,但所有研究均未在COPD人群中出现不良事件的报道。因此,在肺康复中进行力量训练似乎是安全而恰当的。但是大多数研究的对象已对其他健康状况进行了彻底的筛选,故对有伴随疾病的COPD患者开展渐进性阻力训练时需谨慎。

肺康复课程教授参与者如何进行锻炼,并希望将锻炼作为疾病长期治疗的一个部分坚持下去。设备可能是进行锻炼的一个阻碍。大多数的研究显示,在门诊患者中优先使用器械负重,可以使参与者在课程结束后免于继续进行锻炼。在家中进行自由重量训练或结合阻力训练,是一种简单、廉价且实用的方法,并能使力量训练得以继续进行。由于只有一项研究 [16] 调查了家庭力量训练的可行性及效果,所以还需进一步的研究来比较在各种情况下 COPD患者力量训练的效果、费用及维持情况。

损伤的变化

与其他训练类型研究[37,38] 相似,力量训练似乎不能校正或改变COPD患者的呼吸功能,因此,训练后COPD运动耐力的改善可能与其他因素有关,如肌肉结构及功能的变化。尽管有证据表明力量训练能诱导健康老年人的骨骼肌肥大[36],但在COPD患者中仅观察到有轻微的变化[20],这反映在训练类 型、训练强度、样本大小或疾病相关因素方面存在差异。相反,肌肉功能的变化却更显而易见,可测量的肌力增加证明阻力训练是解决COPD人群肌肉衰弱的一种方法。

与美国运动医学院心血管健康促进指南[39] 相比, 单一的力量训练似乎不能改变有氧代谢能力[40] 。最近一份有关健康老年人力量训练的荟萃分析[36] 显示,没有充分的依据证明力量训练能提高有氧代谢能力。 本文中各研究设计的差异,阻碍了对力量训练后心血管健康变化的分析。有两项研究 [20,22] 支持了力量训练。然而,其中一项[20] 将力量训练与有氧训练相结合;另一项[22] 由于非盲设计及对照组丢失率高,可能高估了效应量。另外两项研究 [17,19] 将力量训练与耐力训练相比较,可能掩盖了或许存在的力量训 练效应。虽然单一的力量训练似乎不能使COPD患者的心血管健康发生改变,但这还需要更多结论性 的证据证实。

COPD活动耐力及功能状态的损伤有一大部分归因于情感要素 [37,41,42]。因此,通过运动训练所得的心理受益可能与生理学变化一样重要。入选的研究通常将心理变化作为健康相关生活质量 (health-related quality of life,HRQL) 测定的一部分进行分析。尽管在分析时抽取了心理学领域,采用了不同的 HRQL测定方法、不同的报道方法及广义的HRQL评分[43] ,但力量训练对心理学变量的作用仍不清楚。虽然HRQL测定与COPD患者的运动耐力有很好的相关性[44],但这并不表示心理因素起了作用。在选择结果测定方法之前,改进心理因素的定义及描述,可以更好地了解运动训练对这些因素的影响。

入选的研究未就力量训练对骨密度的影响进行分析。COPD患者长期口服类固醇,会影响骨骼的健康,导致骨质疏松。健康老年人进行力量训练后,发现有骨密度提高的正性趋势 [36],而对COPD患者来说还需进一步的研究。

活动的变化

总体上本文的研究结果不能明确地证明力量训练能使活动产生变化。而诸如与耐力训练相比较 [19]、力量及有氧训练相结合[20,23,24] 的研究设计特征,使阻力训练对运动测定的影响难以确定。大多数研究采用步行耐力及踏车耐力两种测定方法来测定活动能力。这些方法可能无法精确地反映活动限制,所以使用这些测定活动能力的方法还有争议。然而,有一项研究 [23] 采用了一种更普及的生理功能测定 (SF-36),观察到其对活动具有正性效应。因此,需用多种反映日常活动及功能行为的测定方法进行研究。

步行仍是一种重要的测量方法,但目前的步行试验可能没有充分反映出日常生活对步行的需求或能力[45]。肌肉的衰弱与跌倒及骨折的危险性增加有 关[46,47],这潜在地提高了病死率和依赖性,增加了医疗负担。力量训练对健康老年人的动态平衡显示出正性效应 [36],对COPD患者的影响还需要进行研究。另一个能反映COPD活动限制的是上肢功能。上肢活动受限潜在地损害了自理及独立性,应将其视为力量训练的一个部分来进行研究。

参与的变化

力量训练能否提高COPD患者参与每天正常生活情景的能力还不清楚。本文中各研究结果间的差异或许体现了设计的特征,如缺乏对照组[23] 、不局限于参与测定的测量评分法[22,34] 及非盲法。由于力量训练产生的改善对COPD人群具有意义,因此须 将这些改善转化为活动及参与的变化。

长期的结果

由于初步研究显示训练得益可稳定一段时间[17,24] ,而力量训练的长期利益还需进一步研究。这些研究的随访期参与者在试验间期是否进行运动还未曾研究。在训练课程的指导下,参与者由于有体会以及动力增加,较没有训练体验的对照组更有可能继续开展某些形式的运动。了解如何维持训练后的变化或维持这些变化需要何种锻炼水平,对肺康复则很 重要。

综述文章

作者主观判断对综述结果的潜在影响,是与所有综述都有关的问题。综述中偏倚的潜在来源包括研究的证实和选择、质量评估、数据合成及解释。系统综述旨在通过使过程中的每一部分明确且可重复来减少偏倚[10]。由于所有被研究的综述采用了传统的、描述性的格式,因此增加了偏倚的可能。尽管如此,这些综述一致认同COPD患者进行力量训练的证据是存在的,但还需更多的对照临床试验。本文的结果也支持这一观点。

结  论

本文发现阻力训练增加COPD人群上肢及下肢力量的依据。另外,力量训练方案对COPD人群似乎是可行的。其依从性高,治疗相关的不良事件几乎没有。对诸如有氧代谢能力、步行耐力、心理及呼吸功能等其他结果测定而言,这些结果不具有结论性。如果肌力增加与活动及社会参与的增加有关,那它就更富有意义。因此力量训练对COPD患者每天功能行为的影响是一个关键的方面,需进一步研究。拓展对活动限制的研究,纳入对诸如平衡、上肢功能、自理的测定,可有助于更好地理解力量训练对COPD人群的作用。

(朱小敏 译;周新 校)

参 考 文 献

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【英文原件请参阅 Chest 2004; 126: 903-914