COPDの運動制限は呼吸器要因だけでなく酸素運搬系の病理学的変化がVo2peakに与える影響も重要：CTスキャン測定肺血管容積及び拡散能とVo2peakの横断的関係
COPD：肺過膨張、動的空気捉え込みなどが肺の血管を解剖的にも圧迫することとなる、肺胞構造の破壊と血管への影響も酸素摂取量に影響を与える、これは非COPDにも連続的に観察されるという・・・
Collins, Sophie É., Miranda Kirby, Benjamin M. Smith, Wan Tan, Jean Bourbeau, Stephanie Thompson, Sean van Diepen, ほか. 「Pulmonary vascular structure and function are related to exercise capacity in health and COPD」. CHEST. 参照 2024年10月3日. https://doi.org/10.1016/j.chest.2024.09.027.
背景
一般に、有酸素運動トレーニングによって肺の構造や機能が変わることはないと考えられていますが、いくつかの研究では、肺血管の構造や機能がより良好であることが、運動能力（最大酸素摂取量[Vo2peak]）の向上に関連していることが示唆されています。
研究課題
肺血管とVo2peakの間に横断的な関連はあるのでしょうか？我々は、CTで測定した血管の容積および一酸化炭素の肺拡散能力（Dlco）が高い人々が、気流制限に関係なく、より高いVo2peakを有すると仮定しました。
研究デザインと方法
カナダの慢性閉塞性肺疾患のコホート研究（CanCOLD）からの参加者を以下のように分類しました：正常な肺機能を持つ非喫煙者（n = 263）、正常な肺機能を持つ喫煙歴のある者（n = 407）、およびCOPD（気流閉塞を有する者）（n = 334）。CTスキャンから得られた肺血管構造の指標として、全血管容積（TVV）、断面積が5 mm²未満の血管容積（BV5）、および断面積が5～10 mm²の血管容積（BV5-10）を算出しました。肺微小血管機能の指標としてDlcoを用いました。Vo2peakは増分的心肺運動テストにより評価しました。
結果
一般線形回帰モデルの分析により、FEV1、肺気腫の重症度、および体形を調整した後でも、Dlco、TVV、BV5、およびBV5-10は、いずれもVo2peakと独立して関連していることが明らかになりました。また、COPDとTVV、BV5、BV5-10の間に交互作用が見られ、COPDにおいては肺血管容積とVo2peakの関連が弱くなることが示されました。
解釈
本研究の結果は、肺血管の構造およびDlcoが、気流制限や肺気腫の重症度に関係なく、Vo2peakと独立して関連していることを示しており、これらの関連がCOPDに限定されない可能性を示唆しています。
序文
肺循環は、換気と灌流を適切に一致させつつ、低い肺動脈圧を維持する重要な役割を果たす。この機能は、運動によって心拍出量が増加するにつれてますます重要になる。
一酸化炭素の肺拡散能力（Dlco）は、健常成人、正常な肺機能を持つ喫煙者、心肺疾患（慢性心不全やCOPDなど）を持つ患者において、最大酸素摂取量（Vo2peak、運動能力の指標）と関連する。
Dlcoは肺胞-毛細血管界面の構造的および機能的特性によって決定され、これが肺毛細血管血流量や膜の拡散能力に影響を与える可能性がある。
健常者において、より高いVo2peakは運動中の肺小動脈の拡張性および毛細血管血流量の増加と関連し、優れた肺血管の構造および機能を持つ人はVo2peakが高いことが示唆されている。
一つの研究では、CTスキャンで測定された肺血管容積とVo2peakが8年の間隔を置いても正の関連を持つことが示されたが、健康な人や喫煙者、COPD患者においてDlcoとCT肺血管指標がVo2peakと横断的にどのように関連しているかは未解明である。
慢性的なタバコ煙への曝露は、CTスキャンで測定された全肺血管容積および小血管容積（それぞれTVVおよび断面積5 mm²未満の血管容積[BV5]）を減少させ、肺微小血管血流を損なう。
CTスキャンでの肺血管の剪定（小肺血管の再構築および消失）は、COPDにおいて6分間歩行距離の低下や死亡率と関連するが、COPDにおける肺血管の変化がVo2peakとどのように関連するかは不明である。
本研究の主目的は、CanCOLD研究に基づく横断的データを用い、喫煙歴のない人、COPDを伴わない喫煙経験者、およびCOPD患者において、CTスキャン由来の肺血管指標およびDlco（肺微小血管機能の指標）とVo2peakとの関連を評価することであった。
我々は、肺血管容積およびDlcoが大きい人々が、肺気腫の重症度や気流制限の重症度に関係なく、より高いVo2peakを持つと仮定し、特にDlcoがVo2peakと最も強く関連すると予想した。
一部の動物研究では、肺循環が運動トレーニングに適応する可能性が示唆されているため、探査的分析として、身体活動およびVo2peakが肺血管容積およびDlcoと関連しているかどうかも検討した。
本研究の一部の結果は、以前に抄録として報告されている。
方法
CanCOLDは、40歳以上の成人1,532人を対象とした、カナダ国内9か所で実施された多施設の前向き縦断研究である。
本横断的分析には、喫煙歴のない正常肺機能の被験者、正常肺機能の喫煙歴がある被験者、およびCOPD患者を含めた。
完全な肺機能検査、定量CTスキャン（吸気停止で撮影され、解析に適した画質のもの）、および症状制限のある増分心肺運動負荷試験（CPET）を行った参加者が解析対象である。
参加者は、正常スパイロメトリーを持つ対照群（非喫煙者および喫煙歴あり）および気流閉塞を有する群（FEV1/FVC比 < LLN）の2つのグループに分類した。
呼吸機能検査およびCPETは、推奨ガイドラインに従って実施された。
CT画像は、Apollo 2.0ソフトウェアとVIDA Diagnostics, Incの解析サービスを使用して評価された。
肺血管測定は、3次元の血管再構築を用いて自動で行われ、TVV、BV5、および5～10 mm²の断面積の血管容積（BV5-10）が算出された。
アンケートにより、社会経済情報、喫煙歴、併存疾患、息切れの評価、COPDアセスメントテスト、St. George’s呼吸機能アンケートなどのデータが収集された。
週当たりの中～高強度の身体活動における消費カロリーは、CHAMPS身体活動自己報告アンケートにより推定された。
データは、連続変数は平均±標準偏差で、カテゴリ変数はパーセンテージで示された。
通常の分散分析およびTukey事後検定、カイ二乗検定、Pearson相関係数を用いて統計解析を行った。
一般線形回帰モデルを用いて、TVV、BV5、BV5-10、およびDlcoとVo2peakの横断的関連を評価した。
追加の感度分析や相互作用項を含めた解析も行い、肺血管指標と相対Vo2peakの関連を検証した。
すべての統計解析はIBM SPSS Statistics 29を使用し、双方向の有意水準P < .05で設定した。
- **TVV (Total Vessel Volume)**
全血管容積を意味し、肺内に存在するすべての血管の総容積を示す指標である。肺血管の構造全体を評価するための指標として用いられる。
- **BV5**
断面積が5 mm²未満の血管容積を指し、肺の末梢に近い小さな血管の容積を表す。これは、末梢肺血管の状態や血管の剪定（小血管の消失や再構築）の度合いを反映し、主にガス交換に直接関与する部分を評価するために用いられる。
- **BV5-10**
断面積が5～10 mm²の中程度の血管容積を指す。この範囲は小肺動脈から細動脈への移行部分に相当し、ガス交換と血流の効率を保つ役割がある血管の容積を示す。
結果
CanCOLD参加者の選定フローダイアグラム（N = 1,004）は図1に示されている。
COPD患者は非喫煙者および喫煙経験者より若年であった（いずれもP < .001）。
中強度～高強度の身体活動（MVPA）に参加していると自己申告した割合は、非喫煙者で88%、喫煙経験者で87%、COPD患者で85%であった。
COPD患者は非喫煙者および喫煙経験者と比較して、肺機能が低く、呼吸器症状の負担が大きく、肺気腫の割合が高く、TVV/TLVが低かった（すべてP < .001）。
Vo2peak（L/min）とMVPA（週あたりの消費カロリー）の間には弱い相関が見られた（Pearson R² = 0.14; P < .001; N = 1,004）。
肺血管容積およびDlcoとVo2peakの横断的関連
一般線形回帰モデルの中間および最終調整結果が表3に示され、図2と図3にはCTスキャンによる血管測定およびDlcoに基づくVo2peakの調整値が描かれている。
MVPAは、肺血管指標とVo2peakの関連を評価するすべてのモデルで一貫してVo2peakと関連した（すべてP < .001）。
調整済みモデルおよび最終モデルにおいて、すべてのCTスキャン由来の肺血管指標（TVV、BV5、BV5-10）とVo2peakの間に有意な関連が認められた（すべてP < .05）。
COPD群はTVVおよびBV5モデルで有意に大きな血管容積を示したが、喫煙経験者では有意な群の効果はなかった（すべてP > .05）。
最終モデルでは、TVV、BV5、BV5-10が1 mL増加するごとに、喫煙経験者および非喫煙者ではVo2peakがそれぞれ0.005、0.006、および0.008 L/min増加した。
COPD群ではCTスキャン-肺血管との相互作用が観察され、TVV、BV5、BV5-10が1 mL増加するごとにVo2peakがそれぞれ0.003、0.002、および0.002 L/min増加した。
Dlcoはモデル1および最終モデルでVo2peakと関連があった（P < .001）が、群とDlcoの相互作用は観察されなかった（P = .62）。Dlcoが1 mL/min/mm Hg増加するごとにVo2peakは0.04 L/min増加した。
感度および探索的解析
Vo2peakを体重に対する値（mL/kg/min）に基づく解析結果は、表1に示され、TVV、BV5、およびDlcoに関してはおおむね類似の結果が得られたが、BV5-10は相対的Vo2peakとは有意な関連を示さなかった。
探索的解析において、TVVはVo2peakと最も強く関連し（標準化β = 0.19, P < .001）、次いでDlco（標準化β = 0.17, P = .01）が関連していたが、LnLAA950%はVo2peakと関連がなかった（P = .64）。
Vo2peakおよびMVPAがCT肺血管指標およびDlcoとどのように関連するかを評価した線形モデルの結果は表3に示されており、MVPAは完全調整モデルにおいてTVV、BV5、BV5-10、Dlcoとは関連しなかったが、Vo2peakはTVV、BV5-10、およびDlcoと関連していた（すべてP < .001）。
Discussion要約
本研究は、気流閉塞のない非喫煙者および喫煙経験者、COPD患者において肺血管構造・機能とVo2peakの横断的関連を評価した初の研究である。
主な結果として、肺血管容積（構造）およびDlco（微小血管機能の指標）が、肺気腫や気流閉塞の重症度、体型に関係なくVo2peakと関連していた。
評価された変数の中で、TVVがVo2peakと最も強く関連していた。
これらの関連はCOPDに限定されず、安静時の肺血管構造と機能がVo2peakに影響を与える可能性が示唆された。
TVV、BV5、BV5-10は、気流閉塞や肺気腫、肺の大きさを調整してもVo2peakと独立して関連していた。
COPDでは、CT肺血管容積とVo2peakの関連が異なることが示唆された。
本研究は、肺血管剪定がCOPDにおいて6分間歩行距離の低下や死亡率の増加と関連する先行研究を拡張するものである。
COPDにおける運動制限は呼吸器要因によるとされてきたが、酸素運搬系の病理学的変化がVo2peakに与える影響も重要であると示唆された。
本研究の結果は、COPDにおける肺血管構造がVo2peakに寄与する可能性を示唆しているが、因果関係は証明されていない。
予想に反して、MVPA（中強度～高強度の身体活動）はCTスキャン由来の肺血管指標と関連がなかった。
CanCOLD研究は、呼吸器疾患患者を対象とした初の前向きコホート研究であるが、結果の一般化には限界がある。
定量CTスキャンは肺血管構造の評価に有用だが、造影剤を使用せず、肺動脈と静脈の区分ができない制限がある。
肺血管剪定の影響で、COPDでは大血管の狭小化や肺静脈容積の減少が進行し、CTで測定されるBV5やTVVに影響を与える可能性がある。
身体活動は自己報告に基づいて評価されたため、精度が低く、バイアスや測定誤差を導入した可能性がある。
安静時の肺血管容積およびDlcoは、肺気腫や気流制限の重症度に関係なくVo2peakと関連しており、この関連は健康から疾患に至る全体で重要である可能性がある。