综述：慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者运动期间自动滴定氧系统与恒流氧系统的比较：一项系统评价和荟萃分析

《BMC Pulmonary Medicine》：Automatically titrating oxygen system versus constant flow oxygen system during exercise in patients with COPD: a systematic review and meta-analysis

这篇综述聚焦慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者运动时的氧疗。通过对相关随机对照试验的系统分析，发现自动滴定氧系统（ATOS）在改善患者运动耐力、维持目标 SpO2水平和缓解呼吸困难方面比恒流氧系统（CFOS）更具优势，为临床氧疗提供参考。

　　### 一、研究背景
慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD）是一种常见的、使人衰弱的呼吸系统疾病，以持续的气流受限为特征，是导致过早死亡和残疾的主要原因。低氧血症是 COPD 患者的常见症状，会降低运动耐力等。

在静息状态下，许多 COPD 患者没有慢性呼吸功能不全，但运动时其氧气需求显著增加，导致运动诱导的去饱和（Exercise-induced Desaturation，EID）和运动性低氧血症。氧疗是维持静息状态下氧饱和度在 90% 以上的有效策略，可延迟肌肉疲劳、改善呼吸力学、缓解呼吸困难并增强运动能力。然而，恒流氧系统（Constant Flow Oxygen System，CFOS）虽在一定程度上能纠正低氧血症，但临床医生对为运动患者推荐更高氧流量存在顾虑，因其可能带来如二氧化碳潴留、吸收性肺不张和中枢神经系统损伤等不良反应。

自动滴定氧系统（Automatically Titrating Oxygen System，ATOS）作为一种新的氧疗模式应运而生，它基于闭环回路，能根据患者实时情况和医生预设的目标 Sp_O2调整氧流量。此前研究对 ATOS 在 COPD 患者中的优势存在争议，部分研究显示其可减少低氧血症时间、缓解呼吸困难和提高运动耐力，但也有研究未发现显著效果。为填补这一知识空白，该研究进行系统评价和荟萃分析，以明确 ATOS 在改善 COPD 患者运动能力、纠正低氧血症和缓解呼吸困难方面是否优于 CFOS 。

二、研究方法

1. 遵循准则：该研究遵循系统评价和荟萃分析的首选报告项目（Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses，PRISMA）指南。
2. 检索策略：在 PubMed、Embase 和 Web of Science 数据库中进行全面文献检索，检索时间从建库至 2024 年 11 月 1 日，限定语言为英文。同时手动查阅相关研究和系统评价的参考文献，确保不遗漏相关研究。检索关键词包括 “chronic obstructive pulmonary disease”“COPD”“oxygen therapy”“automated titration oxygen system” 等。
3. 纳入标准：依据 PICOS（参与者、干预措施、对照、结局和研究设计）标准筛选研究。参与者为确诊的 COPD 患者，无论性别、年龄或疾病严重程度；干预措施为在耐力穿梭步行试验（Endurance Shuttle Walking Test，ESWT）中基于测量的与目标 Sp_O2使用闭环算法调整流速的自动输氧系统；对照为在 ESWT 期间提供固定流速的恒流氧系统；主要结局为 ESWT 的距离和持续时间，次要结局包括等时呼吸困难（通过 Borg 量表评估）和 ESWT 期间维持目标 Sp_O2的时间百分比；研究设计为随机对照试验（Randomized Controlled Trial，RCT）或随机交叉对照试验。
4. 筛选流程：由两名 reviewers（Peijian Wang 和 Jing Wang）独立筛选研究，分三个阶段进行：将检索结果导入 EndNote（X9 版本）去除重复项，筛选标题和摘要，审查全文确定是否符合纳入标准。若有分歧，由第三名 reviewer（Siyuan Wang）解决。若多项研究来自同一队列，选择样本量最大的研究。
5. 数据处理：两名 reviewers（Peijian Wang 和 Jing Wang）独立提取研究特征、参与者人口统计学信息、干预细节和结局数据，第三名 reviewer（Siyuan Wang）解决数据差异问题。对于多组试验，仅提取 ATOS 和 CFOS 比较的数据。若有缺失数据，尽可能从作者处获取，否则根据现有数据进行估算。
6. 偏倚风险评估：两名 reviewers（Peijian Wang、Jing Wang）使用 Cochrane 偏倚风险 2.0 工具独立评估偏倚风险。
7. 数据分析：使用 StataMP（版本 17.0）软件，采用通用逆方差法进行数据分析。效应量以均数差（Mean Difference，MD）和 95% 置信区间（Confidence Interval，CI）表示，根据研究均数和标准误（Standard Error，SE）计算。若 SE 不可用，则根据标准差、CI、四分位数间距或 p 值估算。必要时，也使用 PlotDigitizer 从研究图表中近似获取均数和 SE。通过 I²统计量评估异质性，I²>50% 表示存在显著异质性。若存在显著异质性，采用随机效应模型；否则采用固定效应模型。对于存在异质性的主要结局，进行 meta 回归分析以确定异质性来源。通过敏感性分析评估结果的稳定性，使用 Egger 检验评估发表偏倚。
8. 证据质量评估：使用 GRADEpro 对主要结局进行证据质量评估。RCT 的证据质量起始为高，然后根据预设标准进行调整，如偏倚风险、不一致性和不精确性等。

三、研究结果

1. 研究筛选与特征：全面检索共识别出 569 条潜在符合条件的记录，去除重复项并筛选标题和摘要后，剩余 22 项研究。经过全文评估，最终 5 项研究纳入 meta 分析，共涉及 120 例稳定期 COPD 患者，样本量在 10 - 50 之间。部分研究纳入了接受长期氧疗（Long-Term Oxygen Therapy，LTOT）的患者，部分研究排除了此类患者。ESWT 期间的步行速度设定为峰值 VO₂的 75% - 85%，通过递增穿梭步行试验（Incremental Shuttle Walking Test，ISWT）估算。部分研究纳入了重度低氧血症患者，部分纳入了中度低氧血症患者。
2. 偏倚风险评估：在评估 ESWT 持续时间变化的 5 项研究中，4 项被评估为低偏倚风险，1 项因 “报告结果的选择” 描述不清晰被认为存在一些问题。
3. 主要结局
   • ESWT 持续时间：5 项研究（120 例患者）比较了 ATOS 和 CFOS 对 COPD 患者 ESWT 持续时间的影响。结果显示，ATOS 能显著延长 ESWT 持续时间（MD = 237.63 s，95% CI：181.18 - 294.07），超过了最小临床重要差异（Minimal Clinical Importance Difference，MCID，MCID = 65 s，95% CI：45 - 65）。研究间无显著异质性（I²=40.5%，p = 0.151），敏感性分析证实了结果的稳定性，Egger 检验表明无发表偏倚（p = 0.129）。
   • ESWT 距离：4 项研究（110 例患者）比较了 ATOS 和 CFOS 对 COPD 患者 ESWT 距离的影响。ATOS 显著增加了步行距离（MD = 180.28 m，95% CI：133.03 - 227.52），超过了 MCID（95 m，95% CI：60 - 115）。研究间无显著异质性（I²=0.0%，p = 0.891），敏感性分析和 Egger 检验分别证实了结果的稳定性和无发表偏倚（p = 0.354）。
   
   
4. 次要结局
   • 维持目标 Sp_O2的时间百分比：4 项研究（70 例患者）比较了 ATOS 和 CFOS 在 ESWT 期间维持目标 Sp_O2的能力。ATOS 显著延长了维持目标 Sp_O2的时间百分比（MD = 29.43%，95% CI：21.15 - 37.71，I²=46.9%，p = 0.130）。
   • 等时呼吸困难：3 项研究（55 例参与者）分析了等时呼吸困难情况。汇总分析显示 ATOS 有显著改善（MD = -1.65，95% CI： - 3.19 - - 0.11），但存在显著异质性（I²=83.7%，p = 0.002）。
   
   
5. 证据质量评估：由于大多数研究样本量较小，主要结局被评为 “中等质量”。

四、研究讨论

1. ATOS 的优势：CFOS 在纠正低氧血症方面有一定疗效，但临床应用中无法根据不同运动强度快速动态调整氧流量，给低氧血症的 COPD 患者带来困扰。ATOS 作为新的氧疗方式，在改善 COPD 患者运动耐力、维持目标 Sp_O2水平和缓解运动时呼吸困难方面可能更具优势。ESWT 是评估 COPD 患者耐力能力的可靠现场测试，比 6 分钟步行试验（6-Minute Walk Test，6MWT）更敏感，能减少患者动机和 pacing 能力的影响。该研究中 ESWT 平均运动持续时间超过 9 分钟，便于根据 Sp_O2曲线区分 ATOS 和 CFOS 的效果。
2. ATOS 优势的原因
   • 改善肌肉氧合：ATOS 最大输出流量可达 20 L/min，远高于 CFOS 的典型流量（1.6 - 3.1 L/min），有利于氧气扩散和改善肢体氧合。其能根据患者 Sp_O2水平实时动态调整氧流量，确保患者在运动中维持目标 Sp_O2范围（92% - 96%）。增强的肌肉氧合可延迟无氧代谢的开始，减少肌肉疲劳，提高运动耐力。此外，改善的骨骼肌线粒体氧化能力与更好的代谢灵活性和延迟的无氧代谢发作相关，增强的肌肉氧供可促进有氧代谢，减少乳酸等代谢产物的积累，减轻肌肉疲劳，提高运动耐力。
   • 心理和动机因素：部分研究表明 ATOS 可能具有积极的心理效应。使用 ATOS 的 COPD 患者焦虑感降低，对运动时不出现明显呼吸困难的信心增强，这种心理上的促进可进一步提高运动耐力和生活质量。
   
   
3. 局限性与未来方向：尽管 ATOS 在改善运动能力和维持目标 Sp_O2方面有急性益处，但研究存在局限性。纳入患者的基线特征存在显著异质性，部分研究纳入了有慢性呼吸功能不全（Chronic Respiratory Insufficiency，CRI）的 COPD 患者，部分仅关注 EID 患者，未来研究应分别对这些不同患者群体进行研究。现有研究主要评估了干预措施的即时效果，鉴于 COPD 的慢性性质，未来需探索不同氧疗方式对患者的长期影响。ATOS 设备复杂，依赖先进传感器和算法，成本高且维护困难，患者病情快速变化时氧流量调整可能延迟，导致短暂去饱和，尤其是高危患者。此外，脉搏血氧仪传感器的可靠性可能受运动伪影或弱信号影响，导致 Sp_O2读数不准确。未来研究应聚焦于改进传感器技术和优化算法，提高 ATOS 的可靠性和响应性。

五、研究结论

该研究表明，ATOS 在改善 COPD 患者单次运动的运动耐力、维持目标 Sp_O2水平和缓解呼吸困难方面具有优势。但由于纳入患者存在不同程度的低氧血症，结果解释需谨慎。ATOS 虽在优化 COPD 患者氧疗方面有前景，但需考虑其复杂性、成本和潜在的响应延迟。未来研究应着重改进传感器技术和优化算法，增强 ATOS 的可靠性和响应性。