李彩平，李海荣，夏仲年，常冰梅，曹锡梅

本研究创新点：

基于k-means 聚类方法的分类肺康复类似于“量身定做”，可避免既往实施的肺康复处方的盲目性。本研究首次依据COPD 稳定期患者14 项聚类分析指标聚类并有针对性地实施分类肺康复，以期达到事半功倍的效果。

近年来随着人口老龄化及环境污染加重，慢性阻塞性肺疾病（COPD）发病率呈逐年上升趋势［1-2］。COPD 病情进展可使患者呼吸功能逐渐下降，进而出现活动后气促、胸闷、喘息等症状，严重影响患者的生存质量。目前，COPD 尚无法治愈，临床主要采用药物治疗以减轻患者呼吸困难症状，降低急性发作风险，但并不能改善患者肺功能及阻止肺功能进行性减退［3］。既往研究表明，肺康复能有效提高COPD 稳定期患者肺功能及运动功能，减少呼吸困难发生次数及患者就诊次数［4-7］。但临床实践中针对不同严重程度COPD 稳定期患者基本使用相同的肺康复运动标准，为此笔者所在医院采用k-means 聚类方法将COPD 稳定期患者进行分类并采用针对性肺康复，旨在为COPD 稳定期患者制定精准治疗方案提供参考。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选取2018 年1—6 月在大同市第五人民医院呼吸科就诊并完成肺功能检测的242 例COPD 稳定期患者，均符合《慢性阻塞性肺疾病诊断、处理和预防全球策略（2017 GOLD 报告）》中的COPD 诊断标准［8］并处于稳定期。排除标准:合并不稳定型心绞痛、心肌梗死、心力衰竭、骨关节病变、肢体残疾、心脑血管疾病、恶性肿瘤或有恶病质表现者；有认知障碍或沟通障碍者；COPD 急性加重不能耐受肺康复训练者；合并严重心、脑、肾等重要脏器功能损伤者。本研究经大同市第五人民医院医学伦理委员会审核批准，所有患者对本研究知情并签署知情同意书。

1.2 聚类分析指标 所有患者于入院48 h 内由医生、护士、康复科医生、营养师及心理咨询师完成入院评估。收集所有患者一般资料〔包括年龄、病程、基础疾病种类、体质指数（BMI）、急性加重次数〕、肺功能指标〔包括第1 秒用力呼气容积与用力肺活量比值（FEV1/FVC）、第1 秒用力呼气容积占预计值的百分比（FEV1%pred）〕、6分钟步行距离（6MWD）、呼吸困难情况〔包括改良英国医学研究学会呼吸困难指数（mMRC）评分、呼吸困难次数〕、营养受损评分、慢性阻塞性肺疾病评估测试量表（CAT）评分、焦虑自评量表（SAS）评分及日常生活能力量表（ADL）评分。其中6MWD 测量方法:在室内找一条长50 m 的平直走廊，折返处设置锥形标记，起始处设置红色线条标记，记录受试者6 min 内在自己体能允许范围内尽快走的距离。mMRC 主要用于评估患者呼吸困难严重程度，0～1 级计为0 分，2 级计为1 分，3 级计为2 分，4 级计为3 分［9］。采用欧洲肠外肠内营养学会2002 年推出的营养风险筛查简表中的营养受损评分评估患者营养受损情况，其中0 分为营养状况正常，1 分为轻度营养不良，2 分为中度营养不良，3 分为重度营养不良。采用CAT 评估COPD 稳定期患者健康和生活质量，该量表由8 个条目组成，每个条目根据症状严重程度计0～5 分，评分越高提示患者健康和生活质量越差［9］。SAS 共包括20 个条目，每个条目采用Likert 4级评分法，20 个条目评分相加并乘于1.25 为标准分，评分越高提示患者焦虑程度越重［10］。ADL 包括进食、洗澡、修饰、穿衣、控制大便、控制小便、如厕、床椅转移、平地行走、上下楼梯共10 个条目，总分100 分，评分越高提示患者日常生活能力越好［11］。

1.3 分组 采用k-means 聚类方法确定COPD 稳定期患者最佳分类为3 类，之后在第1 类COPD 稳定期患者中随机选取30 例作为A1 组、30 例作为B1 组，在第2 类COPD 稳定期患者中随机选取30 例作为A2 组、30 例作为B2 组，在第3 类COPD稳定期患者中随机选取30例作为A3组、30例作为B3组。

1.4 干预方法 A1 组、A2 组及A3 组患者给予常规康复方案，B1 组、B2 组及B3 组患者给予基于k-means 聚类方法的分类肺康复，具体如下:B1 组患者主要干预目的是增强心肺功能，主要采取肺康复训练处方（包括运动训练和呼吸训练），运动训练包括上肢运动训练和下肢运动训练，其中上肢运动训练主要包括上举、绕圈训练，下肢运动训练主要包括散步、慢跑、游泳、爬楼梯［12］，30 min/次，3～5 次/周；呼吸训练主要包括缩唇呼吸和腹式呼吸［13］。B2 组患者主要干预目的是减少急性发作、改善呼吸功能，所有患者在积极治疗基础疾病和家庭氧疗［14］基础上长期吸入布地奈德福莫特罗粉吸入剂，主要采取肺康复训练处方（包括运动训练和呼吸训练），运动训练方式参考B1 组，上、下肢运动训练均从5 min 开始，逐渐延长至20 min/次，3～4 次/周；呼吸训练初始为2 次/d，适应后增加到3～4 次/d，3～5 min/次，注意观察患者耐受情况。B3 组患者主要干预目的是改善患者营养状况、减轻不良情绪，因此肺康复处方以心理支持、营养支持及家庭支持为主，同时根据患者具体情况采取适度肺康复运动训练，如散步，5～10 min/次，2 次/d，注意观察患者耐受情况。六组患者均连续干预6 个月。

1.5 观察指标 比较A1 组与B1 组患者干预前后肺功能指标与6MWD，A2 组与B2 组患者干预前后急性加重次数、肺功能指标、6MWD 及mMRC 评分，A3 组与B3 组患者干预前后肺功能指标、6MWD、mMRC 评分、营养受损评分、CAT 评分及SAS 评分。

1.6 统计学方法 采用SPSS 13.0 统计学软件进行数据处理，符合正态分布的计量资料以表示，两组间比较采用成组t 检验，多组间比较采用单因素方差分析；以P＜0.05 为差异有统计学意义。采用k-means 聚类方法对COPD 稳定期患者进行分类，综合考虑伪F 值、近似期望R2和立方聚类准则（CCC）以确定最佳分类。

2 结果

2.1 聚类结果

2.1.1 确定最佳分类 根据聚类分析指标并采用k-means 聚类方法将所有患者聚为3～5 类，综合考虑伪F 值、近似期望R2和CCC 最终确定最佳分类为3 类，见表1。COPD 稳定期患者k-means 聚类方法各类重心（标化值）见表2。

2.1.2 聚类区分效果 3 类COPD 稳定期患者年龄比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；3 类COPD 稳定期患者病程、基础疾病种类、BMI、急性加重次数、FEV1/FVC、FEV1%pred、6MWD、mMRC 评分、呼吸困难次数、营养受损评分、CAT 评分、SAS 评分及ADL 评分比较，差异有统计学意义（P＜0.05，见表3）。

2.2 不同分类COPD 稳定期患者干预效果

2.2.1 A1 组与B1 组患者干预前后肺功能指标和6MWD 比较 A1 组与B1 组患者干预前FEV1/FVC、FEV1%pred、6MWD及干预后FEV1/FVC、FEV1%pred 比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；B1 组患者干预后6MWD 长于A1 组，差异有统计学意义（P＜0.05，见表4）。

2.2.2 A2组与B2组患者干预前后急性加重次数、肺功能指标、6MWD 及mMRC 评分比较 A2 组与B2 组患者干预前急性加重次数、FEV1/FVC、FEV1%pred、6MWD、mMRC 评分及干预后FEV1/FVC、FEV1%pred、6MWD 比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；B2 组患者干预后急性加重次数少于A2 组，mMRC 评分低于A2 组，差异有统计学意义（P＜0.05，见表5）。2.2.3 A3 组与B3 组患者干预前后肺功能指标、6MWD、mMRC 评分、营养受损评分、CAT 评分及SAS 评分比较 A3 组与B3 组患者干预前FEV1/FVC、FEV1%pred、6MWD、mMRC 评分、营养受损评分、CAT 评分、SAS 评分及干预后FEV1/FVC、FEV1%pred、6MWD 比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；B3 组患者干预后mMRC 评分、营养受损评分、CAT 评分、SAS 评分均低于A3 组，差异有统计学意义（P＜0.05，见表6）。

表1 COPD 稳定期患者k-means 聚类结果Table 1 k-means clustering results for stable COPD patients

3 讨论

肺康复是COPD 稳定期患者的重要的非药物治疗方案之一，其应用效果已得到临床证实［3-4］。在临床实践中发现，病情严重程度会影响COPD 稳定期患者肺康复效果，但目前有关COPD 稳定期患者采取基于k-means 聚类方法的分类肺康复的研究鲜少报道。

表4 A1 组与B1 组患者干预前后肺功能指标和6MWD 比较Table 4 Comparison of indexes of pulmonary function and 6MWD between A1 group and B1 group before and after intervention

表4 A1 组与B1 组患者干预前后肺功能指标和6MWD 比较Table 4 Comparison of indexes of pulmonary function and 6MWD between A1 group and B1 group before and after intervention

注:A1 组为第1 类采取常规康复方案患者，B1 组为第1 类采取基于k-means 聚类方法的分类肺康复患者

组别 例数FEV1/FVC（%） FEV1%pred（%） 6MWD（m）干预前 干预后 干预前 干预后 干预前 干预后A1 组 30 62.99±4.72 63.93±3.73 61.11±5.17 61.21±4.88 330±46 327±52 B1 组 30 61.82±5.39 64.54±3.71 59.66±6.18 62.93±5.32 321±44 359±50 t 值 0.897 -0.640 0.986 -1.306 0.746 -2.372 P 值 0.373 0.525 0.328 0.197 0.459 0.021

表2 COPD 稳定期患者k-means 聚类方法各类重心（标化值）Table 2 Core of k-means clustering method for stable COPD patients（normalized value）

表3 3 类COPD 稳定期患者一般资料、肺功能指标、6MWD、呼吸困难情况、营养受损评分、CAT 评分、SAS 评分及ADL 评分比较Table 3 Comparison of general information，indexes of pulmonary function，6MWD，dyspnea status，nutritional impairment score，CAT score，SAS score and ADL score in stable COPD patients with different classifications

表3 3 类COPD 稳定期患者一般资料、肺功能指标、6MWD、呼吸困难情况、营养受损评分、CAT 评分、SAS 评分及ADL 评分比较Table 3 Comparison of general information，indexes of pulmonary function，6MWD，dyspnea status，nutritional impairment score，CAT score，SAS score and ADL score in stable COPD patients with different classifications

分类 例数 年龄（岁） 病程（年） 基础疾病种类（种） BMI（kg/m2） 急性加重次数（次）FEV1/FVC（%） FEV1%pred（%）第1 类 98 69.7±8.5 6.8±1.8 0.3±0.1 21.9±3.8 1.2±1.0 62.31±4.88 60.20±5.39第2 类 77 71.4±8.8 9.8±2.0 0.9±0.1 19.3±3.0 1.8±1.3 58.88±4.64 56.79±4.72第3 类 67 72.7±10.8 7.2±1.9 0.7±0.2 20.9±3.6 1.7±1.4 46.98±3.75 45.13±4.30 F 值 2.108 3.560 13.281 13.187 16.178 239.160 196.301 P 值 0.124 0.030 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01分类 6MWD（m） mMRC 评分（分）呼吸困难次数（次） 营养受损评分（分）CAT 评分（分） SAS 评分（分） ADL 评分（分）第1 类 324±48 1.7±1.0 0.7±0.5 0.3±0.1 18.2±5.3 50.0±7.9 90.3±9.9第2 类 309±44 3.2±0.8 1.0±0.1 0.6±0.1 23.5±4.7 52.4±6.5 76.4±17.5第3 类 239±41 2.6±1.3 0.8±0.4 0.9±0.2 25.8±5.2 61.0±3.6 65.2±19.5 F 值 75.196 42.095 19.007 16.944 49.262 59.625 53.492 P 值 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01

表5 A2 组与B2 组患者干预前后急性加重次数、肺功能指标、6MWD 及mMRC 评分比较Table 5 Comparison of number of acute exacerbation，indexes of pulmonary function，6MWD and mMRC score between A2 group and B2 group before and after intervention

表5 A2 组与B2 组患者干预前后急性加重次数、肺功能指标、6MWD 及mMRC 评分比较Table 5 Comparison of number of acute exacerbation，indexes of pulmonary function，6MWD and mMRC score between A2 group and B2 group before and after intervention

注:A2 组为第2 类采取常规康复方案患者，B2 组为第2 类采取基于k-means 聚类方法的分类肺康复患者

组别 例数 急性加重次数（次） FEV1/FVC（%） FEV1%pred（%） 6MWD（m） mMRC 评分（分）干预前 干预后 干预前 干预后 干预前 干预后 干预前 干预后 干预前 干预后A2 组 30 2.5±1.8 1.8±1.3 58.22±4.86 58.95±4.42 56.33±4.53 57.31±4.49 310±51 316±59 3.3±0.8 2.4±0.6 B2 组 30 2.2±1.3 1.1±0.8 57.95±4.43 58.23±3.84 57.16±4.71 58.14±5.46 307±33 339±48 3.1±0.8 1.5±0.5 t 值 0.744 2.377 0.255 0.681 -0.693 -0.638 0.295 -1.623 -0.960 6.312 P 值 0.460 0.021 0.822 0.499 0.491 0.526 0.769 0.110 0.331 ＜0.01

表6 A3 组与B3 组患者干预前后肺功能指标、6MWD、mMRC 评分、营养受损评分、CAT 评分及SAS 评分比较Table 6 Comparison of indexes of pulmonary function，6MWD，mMRC score，nutritional impairment score，CAT score and SAS score between A3 group and B3 group before and after intervention

表6 A3 组与B3 组患者干预前后肺功能指标、6MWD、mMRC 评分、营养受损评分、CAT 评分及SAS 评分比较Table 6 Comparison of indexes of pulmonary function，6MWD，mMRC score，nutritional impairment score，CAT score and SAS score between A3 group and B3 group before and after intervention

注:A3 组为第3 类采取常规康复方案患者，B3 组为第3 类采取基于k-means 聚类方法的分类肺康复患者

组别 例数 FEV1/FVC（%） FEV1%pred（%） 6MWD（m）干预前 干预后 干预前 干预后 干预前 干预后A3 组 30 46.15±3.75 47.30±4.69 44.92±4.69 46.14±3.77 231±40 251±43 B3 组 30 47.23±3.72 48.43±4.37 45.52±4.15 46.67±4.40 240±35 250±46 t 值 -1.120 -0.967 -0.533 -0.499 -0.969 0.088 P 值 0.267 0.338 0.596 0.619 0.336 0.930组别 mMRC 评分（分） 营养受损评分（分） CAT 评分（分） SAS 评分（分）干预前 干预后 干预前 干预后 干预前 干预后 干预前 干预后A3 组 2.5±1.4 2.4±1.2 0.9±0.8 0.8±0.6 25.9±4.3 25.7±3.3 60.2±3.6 58.9±4.8 B3 组 2.5±1.3 1.4±1.1 0.9±0.7 0.3±0.2 25.1±5.6 22.3±3.8 61.4±3.4 48.1±4.5 t 值 0.000 3.341 -0.173 2.536 0.569 3.654 -1.256 8.894 P 值 1.000 0.001 0.863 0.015 0.572 0.001 0.214 ＜0.01

本研究综合一般资料、肺功能指标、6MWD、呼吸困难情况、营养受损评分、CAT 评分、SAS 评分及ADL 评分，采用k-means 聚类方法将COPD 稳定期患者分为3 类，其中第1类患者身体基础条件好，相对年轻、患病时间短、营养状况好、呼吸困难程度轻、心理状态佳，肺功能较好；第2 类患者病程长、基础疾病多、呼吸困难程度严重，BMI 低，但肺功能和运动功能尚可；第3 类患者年龄偏大，营养状况、肺功能、运动功能及生活自理能力均不佳，同时存在焦虑情绪。本研究基于k-means 聚类方法针对不同聚类COPD 稳定期患者实施分类肺康复，避免了既往肺康复的盲目性，以期达到事半功倍的效果。

本研究结果显示，B1 组患者干预后6MWD 长于A1 组，提示基于k-means 聚类方法的分类肺康复能针对性地提高第1类COPD 稳定期患者运动耐力，与既往研究结果相一致［15］；但A1 组与B1 组患者干预后FEV1/FVC、FEV1%pred 间无统计学差异，分析原因可能与干预时间较短有关［16］。本研究结果显示，B2 组患者干预后急性加重次数少于A2 组，mMRC 评分低于A2 组，提示基于k-means 聚类方法的分类肺康复能针对性地减少第2 类COPD 稳定期患者急性加重次数，减轻呼吸困难程度。本研究结果还显示，B3组患者干预后mMRC评分、营养受损评分、CAT 评分、SAS 评分均低于A3 组，提示基于k-means 聚类方法的分类肺康复能针对性地减轻第3 类COPD稳定期患者呼吸困难程度、缓解焦虑情绪，改善其营养状况，进而提高其生存质量；但A2 组与B2 组、A3 组与B3 组患者干预后FEV1/FVC、FEV1%pred、6MWD 间均无统计学差异，提示基于k-means 聚类方法的分类肺康复训练短期内无法有效改善第2、3 类COPD 稳定期患者肺功能及运动耐力，但通过营养支持及心理支持有利于患者身心健康，使患者树立疾病康复信心及提高治疗依从性，进而提高生存质量［17］。

综上所述，基于k-means 聚类方法的分类肺康复能针对性地提高第1 类COPD 稳定期患者运动耐力，减少第2 类COPD 稳定期患者急性加重次数及减轻其呼吸困难程度，减轻第3 类COPD 稳定期患者呼吸困难程度及焦虑情绪、改善其营养状况及生存质量，对规范COPD 稳定期患者肺康复具有一定参考价值。但本研究样本量较小、随访时间较短，基于k-means 聚类方法的分类肺康复干预COPD 稳定期患者的有效性及可行性仍有待进一步研究证实。

利益冲突：本研究病例来源于第一作者现单位大同市第五人民医院，无利益冲突。