据2018年全球癌症数据显示,肺癌是最常见的癌症,也是最主要的癌症死亡原因,占全球总癌症死亡的18.4%[1]。肺癌早期临床症状不显著,大部分患者就诊时已被确诊为中晚期,错失了最佳的手术机会[2]。对于无法进行手术切除治疗的患者,放疗是一种重要的治疗方式,约77%的肺癌患者都有放疗的循证适应证[3]。放疗包括适形、调强、立体定向放疗等,目前调强放疗被证实是胸部肿瘤治疗较好的选择[4]。调强放疗可对靶区里正常组织、器官或者周围正常组织、器官剂量进行调整,从而保护正常组织、器官,将损伤降低到最小,但其对正常组织的放射性刺激仍不可避免[5]。由于照射野内的正常肺组织会受到照射,对肺泡上皮细胞和血管内皮细胞造成损伤,引起放射性肺损伤(radiation-induced lung injury,RILI)[6],一旦出现症状,通常会影响生活质量和后续治疗,导致不良结局[7]。同时,放疗引起的心脏损害也不容忽视,在癌症治疗中使用高剂量辐射已被证明会损害心脏组织,导致心脏功能障碍和心血管疾病[8]。
目前,国际上对于肺癌患者放疗前后心肺功能的评估手段多样化,包括肺功能检查、超声心动图等,但这些评估工具仅能反映部分心肺功能情况,无法全面评估放疗对心肺功能的整体影响。在国内,随着肿瘤放疗技术的不断进步,临床上对于肺癌放疗后的心肺功能变化也逐渐受到重视。然而,大部分研究仍局限于静态指标的评估,如肺功能测定和生存质量量表(SF-36) [9- 11],这些传统评估方法由于缺乏对患者动态生理反应的监测,难以全面、客观地反映患者心肺功能的变化。心肺运动试验(cardiopulmonary exercise testing,CPET)作为一项良好的评估技术,既在渐进性运动过程中监测心电图、血流动力学、脉氧和主观症状,同时还进行了通气气体交换的检测,能够准确地量化患者的心肺适能(cardiorespiratory fitness,CRF),在临床上广泛用于疾病诊断、严重程度评估、治疗效果评价、预后预测及指导康复治疗等方面[12]。本研究旨在通过应用CPET对肺癌患者放疗前后心肺功能的变化进行全面、动态的评估,以深入分析放疗对肺癌患者心肺功能的影响,为优化放疗方案、减少不良反应及提高患者生活质量提供科学依据。
1 资料与方法
1.1 研究对象
选取2020年7月至2022年12月在徐州市中心医院放疗科进行放射治疗肺癌患者为研究对象,所有患者均在行放疗前一天和放疗结束后一周进行CPET检查。纳入标准:①符合《中华医学会肺癌临床诊疗指南(2022版)》中的诊断标准,并经病理组织学确诊为肺癌;②放疗指征明确且为首次接受放疗的患者;③卡氏功能状态(Karnofsky Performance Status, KPS)评分>60分。排除标准:①合并其他恶性肿瘤患者;② 患者3个月内发生过脑血管意外、肺栓塞等;③ 存在CPET相关禁忌证的患者。本研究经徐州市中心医院伦理审查委员会批准(批号:XZXY-LJ-20191112-033)。
1.2 CPET及静态肺功能测试
CPET采用南京瀚雅健康科技有限公司生产的心肺运动测试仪(含静态肺功能),型号SMAX58CE。测试前根据室内的气体流通和环境湿度对仪器进行校准,测试者带上气体分析装置,面罩贴合完好后连接测试设备,根据个体化情况选择10~20 W/min的Ramp方案进行症状限制性最大负荷运动测试,对受试者静息及运动全过程的呼吸气体交换、12导联心电图、血压、脉氧等指标进行连续动态监测。测试过程中,受试者需保持(60±5)r/min的恒定功率自行车转速,直至出现症状限制,进入无负荷运动3 min恢复期,静息3 min无异常后结束试验。受试者达到症状限制性的判断依据:①出现呼吸困难和(或)下肢疲劳无法维持转速;②胸闷头晕等不适症状;③血氧饱和度(SpO2)低于88%;④心电图出现ST段抬高>0.2 mv或ST-T段水平或下斜型压低 >0.2 mv[13]。
静态肺功能包含慢肺活量(slow vital capacity,SVC)、用力肺活量(forced vital capacity,FVC)及最大通气量(maximal voluntary ventilation,MVV)三项检查,在医生的指导下进行,连续测试3次,取3次的平均值,其预计值参考ERS-93标准[14]。
1.3 CPET数据标准化分析
CPET指标:采用V-斜率法确定无氧阈(anaerobic threshold,AT),从CPET测试系统中导出相关数据,包括峰值摄氧量(VO2peak、VO2peak/kg、VO2peak%pred)、AT时摄氧量(VO2@AT、VO2/kg@AT、VO2%pred@AT)、峰值氧脉搏(VO2/HRpeak)、二氧化碳通气当量斜率(VE/VCO2slope)、最大功率(WRpeak)等核心指标。同时记录患者静息阶段、热身阶段、AT阶段、极限阶段和恢复3 min阶段时的循环指标,包括摄氧量(VO2)、心率(HR)、收缩压(SBP)、舒张压(DBP)、氧脉搏(VO2/HR)、VE/VCO2slope,以及呼吸指标,包括静息每分钟通气量(VE)、潮气量(TV)、呼吸频率 (RR)、 呼吸气体交换率(RER)、二氧化碳分压(PCO2)、氧分压(PO2)。其中,VO2peak (mL/min)指患者当下状态的峰值摄氧量,VO2peak/kg(mL/ min/kg)表示公斤摄氧量,排除了体重的影响,VO2peak%pred指峰值摄氧量占预计值的百分比;同理,在测试过程中当患者达到AT状态时,其摄氧量亦可用mL/min、mL/min/kg表示,%pred则表示实际测得值占预计值的比例,反映患者亚极量的运动能力。
静态肺功能指标:包括用力肺活量(FVC、FVC%pred)、第1秒用力呼气量(FEV1、FEV1%pred)、第1秒用力呼气量占用力肺活量百分比(FEV1/FVC)、最大呼气中段流速(MMEF)、最大通气量(MVV、MVV%pred)、呼气流量峰值(PEF、PEF%pred)。
1.4 肺癌患者放疗方案
纳入患者均进行调强放疗,采用X射线计算机体层摄影装置进行扫描,将所得图像上传系统进行处理,勾画患者的临床靶区。放射总剂量为50~66 Gy,1.8~2.0 Gy/次,5次/周,共进行25~30次放疗,至少覆盖95%的靶区体积;双肺V20<28%,心脏V30<40%、V40<30%。
1.5 统计学分析
采用SPSS 23.0软件对数据进行统计学处理。对符合正态分布的计量资料采用均数和标准差()表示,患者放疗前后的比较采用配对样本t检验;对不符合正态分布的计量资料采用中位数和四分位间距[M(P25,P75)]表示,患者放疗前后的比较采用非参数检验,以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 一般资料
共纳入45例接受放疗的肺癌患者,其中男性31例,女性14例,平均年龄(61.8±7.0)岁。入组患者在治疗期间均进行25~30次放疗;病理分型腺癌21例、鳞状细胞癌19例、小细胞肺癌5例,TNM分期均为Ⅲ期,合并高血压6例、高血糖4例、高血脂4例、冠心病3例;患者放疗前均接受过化疗,平均(4.83±1.72)个周期。其中31人吸烟,平均(32.13±10.03)包/年;6人具有规律的运动习惯。放疗过程中出现干咳6人、咽喉痛17人、气短乏力8人、食欲不振26人、睡眠紊乱19人,15人无明显症状表现,自感良好。
2.2 放疗前后CPET核心指标比较
肺癌患者放疗后VO2peak(mL/ min、mL/min/kg、%pred)、AT(mL/min、mL/ min/ kg、%pred)、VO2/HRpeak、WRpeak均较放疗前降低,VE/VCO2slope较放疗前升高,其中AT%pred、VO2/HRpeak、VE/VCO2slope与放疗前相比,差异具有统计学意义(P<0.05),见表1。
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表格1 肺癌患者放疗前后CPET核心指标比较(x ± s)
Table1.Comparison of core indicators of CPET in lung cancer patients before and after radiotherapy (x ± s)
注:VO2peak. 峰值摄氧量;AT. 无氧阈;VO2/HRpeak. 峰值氧脉搏;VE/VCO2slope. 二氧化碳通气当量斜率;WRpeak. 最大功率。
2.3 放疗前后CPET循环指标比较
肺癌患者放疗后在各个状态时的HR和静息、AT、极限、恢复3 min状态时的VE/VCO2较放疗前升高,AT、极限状态的SBP和静息、热身、AT、极限状态时的VO2/HR较放疗前降低,差异均具有统计学意义(P<0.05),见表2。
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表格2 肺癌患者放疗前后CPET循环指标比较(x ± s)
Table2.Comparison of circulatory indicators of CPET in lung cancer patients before and after radiotherapy (x ± s)
注:VO2. 摄氧量;HR. 心率;SBP. 收缩压;DBP. 舒张压;VO2/HR. 氧脉搏;VE/VCO2. 二氧化碳通气当量。
2.4 放疗前后CPET呼吸指标比较
肺癌患者放疗后在静息、热身、AT、极限状态时的PCO2较放疗前降低,热身、AT状态时的PO2较放疗前升高,差异均具有统计学意义(P <0.05),见表3。
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表格3 肺癌患者放疗前后CPET呼吸指标比较(x ± s)
Table3.Comparison of respiratory indicators of CPET in lung cancer patients before and after radiotherapy (x ± s)
注:VE. 每分钟通气量;TV. 潮气量;BF. 呼吸频率;RER. 呼吸气体变换率;PCO2. 二氧化碳分压;PO2. 氧分压。
2.5 放疗前后静态肺功能指标比较
肺癌患者放疗后VC、FVC%、FEV1%、FEV1/FVC%、MMEF和MVV%指标与放疗前相比,差异均无统计学意义(P<0.05),见表4。
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表格4 肺癌患者放疗前后CPET静态肺功能指标比较(x ± s)
Table4.Comparison of lung function indicators of CPET in lung cancer patients before and after radiotherapy (x ± s)
注:VC. 肺活量;FVC. 用力肺活量;FEV1. 第1秒用力呼气量;FEV1/FVC. 第1秒用力呼气量占用力肺活量百分比;MMEF. 最大呼气中段流速;MVV. 最大通气量。
3 讨论
对于无法进行手术切除的局部晚期肺癌患者,放疗已被证明是标准治疗方法之一[15]。随着放射使用量的增加,与放疗相关的风险需引起注意。由于肺是辐射中度敏感器官,在放疗过程中照射野内的正常肺组织也会受到影响,引起RILI[16-17]。因心脏位于纵隔中,周围临近肺组织,使得肺癌患者放疗时心脏也不可避免地受到辐射,产生放射性心脏损伤(radiation-induced heart disease,RIHD)[18-19]。目前,对肺癌患者放疗前后的评估包括静态肺功能的动态变化、生存质量量表、呼吸急促问卷、安德森症状评估量表以及超声心动图和组织多普勒Tei指数[20-22]等,但这些工具对肺癌放疗患者心肺功能的关注不够全面,且缺乏客观性。CPET是综合评估受试者循环系统、呼吸系统和细胞代谢的金标准[23],可以帮助监测疾病进展,评估治疗反应和预后,以对受试者做出更全面的功能评估。
本研究结果显示,在CPET核心指标中,肺癌患者放疗后的AT%pred、VO2/HRpeak均较放疗前下降,而VE/VCO2slope较放疗前升高,且差异均具有统计学意义。AT反映得是肌肉线粒体利用氧的能力,代表亚极量运动负荷,数值下降提示患者有氧运动功能下降。VO2/HR是VO2与HR的比值,患者放疗后VO2/HRpeak下降,反映了放疗对患者心脏功能产生了一定的损害[24-25]。VE/VCO2slope代表呼吸系统通气和灌注之间的匹配[26],其大小和心排血量、通气血流比、死腔量、中枢和外周感受器有关[27]。肺癌患者放疗时,肺组织接受照射,引起肺组织充血、水肿,肺血管阻力增加引起右心排血量下降,从而导致通气血流比例失调[28],故VE/VCO2slope的升高反映了放疗对患者循环系统产生了一定的影响。
研究结果还显示,患者放疗后在静息、热身、AT、极限和恢复3 min状态时的HR均较放疗前显著升高,但对应的5个状态下的VO2虽有下降趋势,但差异无统计学意义。VO2与心输出量密切关联,心输出量是指左心室或右心室每分钟泵出的血液量,血液中的血红蛋白是氧气的载体,每分钟泵出的血液量决定了氧气的运输和利用,即机体的VO2[29-30]。患者放疗后的VO2没有变化,代表其心输出量没有变化,这可能与本研究的样本量相关,但HR升高则提示患者心脏的每搏输出量降低。同时,5个状态下的DBP均没有显著变化,代表患者心脏的前负荷和后负荷并无明显改变[31],但心脏的每搏输出量较放疗前降低,反映患者放疗后心脏收缩功能的下降。患者放疗后在静息、热身、AT和极限4个状态下VO2/HR显著下降,在静息、AT、极限和恢复3 min状态下VE/VCO2显著升高,反映了患者心脏射血、循环送氧能力的下降。
患者放疗后除恢复3 min状态外,其余4个状态的PCO2均较放疗前降低,而热身和AT状态的PO2较放疗前升高,反映患者呼吸加深加快,排出CO2过多,提示患者存在过度通气[32]。患者的VE、TV、BF和RER指标在各个状态下放疗前后变化无显著差异,说明放疗对呼吸系统的损伤较循环系统轻,也可能与在运动过程中,呼吸系统的代偿能力比循环系统强有关。而放疗后静态肺功能指标较放疗前相比均无显著变化,也证明了这一点,这与耿旭红等[33]的研究结果一致。
本研究也存在一定局限。首先,研究纳入的均为首次接受放疗的患者,未放疗前患者大多只关注疾病本身治疗进展,忽视自身主动干预,因此主观配合较差,且纳入研究对象较少,样本量不足;其次,本研究未对患者进行后期随访测试,对放疗产生的动态变化了解不够全面。
综上所述,肺癌患者放疗后会出现心肺功能下降的情况,主要影响其循环和细胞代谢功能,呼吸功能处于相对代偿性过度通气状态,提示对于行放射性治疗的肺癌患者,心肺康复是必要的,并且CPET是一项安全、无创、客观、定量、可重复的临床检查方法,可对患者放疗前、放疗后心肺功能及变化进行客观定量的评估。基于本研究对肺癌患者放疗后心肺功能的损害评估结果,尤其是循环系统和呼吸系统的功能变化,未来应加大对针对性干预措施的研究探索,以减少放疗引起的心肺损伤,改善患者预后和生活质量。
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