振動(dòng)正壓呼氣排痰裝置在慢性阻塞性肺疾病中的應(yīng)用

文戈弋，湯帥，羅博文，葉杭，耿煜，張冰，楊汀

1. 首都醫(yī)科大學(xué)，北京 100069；2. 中日友好醫(yī)院 呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科，北京 100029；3. 北京化工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，北京 100029

引言

慢性阻塞性肺疾?。–hronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD）是一種慢性呼吸系統(tǒng)疾病，其特征為持續(xù)存在的呼吸道癥狀和氣流受限[1]。其發(fā)病率高，40歲以上人群發(fā)病率達(dá)13.7%[1-2]。隨著病情進(jìn)展，患者出現(xiàn)心功能下降、肌肉力量下降等，進(jìn)而使運(yùn)動(dòng)耐力下降、生活質(zhì)量下降[3-4]。慢阻肺的治療是在藥物治療基礎(chǔ)上，輔以呼吸康復(fù)、氧療等非藥物治療[1]。其中呼吸康復(fù)是慢阻肺一線非藥物治療，它能增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)耐力，改善癥狀，減少急性加重次數(shù)，提高生活質(zhì)量，極大改善預(yù)后[1,4]。呼吸訓(xùn)練及氣道清潔技術(shù)（Airway Clearance Techniques，ACT）是呼吸康復(fù)必不可少的手段。目前諸多呼吸訓(xùn)練裝置及排痰裝置用于慢阻呼吸康復(fù)治療，其中振動(dòng)正壓呼氣排痰裝置有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。該類裝置以產(chǎn)生振動(dòng)頻率及呼氣末正壓為基本原理，進(jìn)而達(dá)到呼吸訓(xùn)練及氣道清潔功能。此外，該類裝置簡(jiǎn)單易攜、使用方便。國(guó)內(nèi)外諸多研究表明振動(dòng)正壓呼氣排痰裝置能促進(jìn)排痰、緩解呼吸困難、改善肺功能、提高生活質(zhì)量等，使患者獲益[5-7]。盡管該類裝置有諸多優(yōu)勢(shì)，但其應(yīng)用相對(duì)較少。有學(xué)者為探究慢阻肺患者排痰手段實(shí)際情況，分析了醫(yī)生處方數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)正壓呼氣排痰裝置使用率很低，化痰藥物使用率很高，兩者差距明顯[8]。其原因考慮與對(duì)該類裝置認(rèn)知不足及相關(guān)研究缺乏有關(guān)。因此本文從裝置基本原理入手闡述了其作用機(jī)制及經(jīng)典裝置，并進(jìn)一步闡述了該類裝置的應(yīng)用，期望能指出其優(yōu)勢(shì)及臨床使用價(jià)值，為慢阻肺患者帶來(lái)獲益。該類裝置的研究也較為缺乏，亦期望今后能有廣泛深入的研究使該類裝置更加優(yōu)化、更好應(yīng)用于臨床。

1 呼吸康復(fù)

呼吸康復(fù)是一種基于對(duì)患者全面評(píng)估并量身定制的綜合干預(yù)措施，其包括但不限于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、教育和行為改變，目的在于提高慢性呼吸系統(tǒng)疾病患者的生理及心理狀況并促使患者長(zhǎng)期堅(jiān)持以促進(jìn)健康[9]。呼吸康復(fù)治療的方法多種多樣，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練是其核心。常用的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練有耐力訓(xùn)練，間歇訓(xùn)練，阻抗訓(xùn)練等[4]。此外，呼吸訓(xùn)練及ACT也是康復(fù)治療中常用的手段[10]。

1.1 呼吸訓(xùn)練

呼吸訓(xùn)練始于20世紀(jì)80年代，Sonne等[11]率先在重度慢阻肺患者中使用吸氣阻抗裝置，發(fā)現(xiàn)能改善患者呼吸肌耐力及活動(dòng)能力。之后，越來(lái)越多的研究表明呼吸訓(xùn)練有以下優(yōu)勢(shì)[4,10,12-17]：① 減少肺泡殘氣量，改善肺內(nèi)氣體交換，提高動(dòng)脈血氧飽和度；② 提高呼吸肌力量及耐力，改善骨骼肌功能障礙，提高活動(dòng)耐量；③ 改善患者對(duì)體力活動(dòng)的恐懼和焦慮，改善心理狀態(tài)；④ 減少急性加重次數(shù)，提高生活質(zhì)量。從而改善患者呼吸困難的癥狀和提高生活質(zhì)量?？s唇呼吸、腹式呼吸及呼吸操是常用的傳統(tǒng)訓(xùn)練方式[14]。

1.2 氣道清潔技術(shù)

ACT是指采用非藥物性手段促進(jìn)氣道分泌物從肺部排出[18]。氣道黏液高分泌慢阻肺的特點(diǎn)之一，與患者肺功能下降、急性加重次數(shù)、住院率、死亡率等均有關(guān)系[19]。ACT能增強(qiáng)氣道清潔能力，促進(jìn)痰液排出，使患者獲益[20]。ACT有4種傳統(tǒng)方式，即體位引流、叩拍法、胸廓震顫法以及咳嗽訓(xùn)練。此外，還有重力輔助引流、開(kāi)放聲門(mén)側(cè)位呼氣（Expiration with the Glottis Open in the Lateral Posture，ELTGOL）、主動(dòng)循環(huán)呼吸技術(shù)（Active Cycle of Breathing Techniques，ACBT）等多樣的呼吸策略，呼氣末正壓技術(shù)、氣道振蕩技術(shù)、高頻胸壁振蕩排痰系統(tǒng)（High-Frequency Chest Wall Oscillation，HFCWO）等的新型方法[18,20-25]。

2 振動(dòng)正壓呼氣排痰裝置

除傳統(tǒng)的呼吸訓(xùn)練及ACT，呼吸訓(xùn)練裝置及排痰裝置應(yīng)運(yùn)而生，廣泛應(yīng)用于慢阻肺患者。呼吸訓(xùn)練裝置包括阻力負(fù)荷呼吸訓(xùn)練器、閾值負(fù)荷呼吸訓(xùn)練器、腹式呼吸訓(xùn)練器、多功能呼吸訓(xùn)練器等多種類型[5]。阻力呼吸訓(xùn)練器及閾值呼吸訓(xùn)練器均以增加呼吸阻力為基本原理，前者阻力大小依賴于氣流變化，后者阻力依靠設(shè)定。腹式呼吸訓(xùn)練器通過(guò)充氣泵和壓力傳感器，周而復(fù)始地向壓力腹帶中充放氣，達(dá)到模擬腹式呼吸，其舒適性及便利性較差。多功能呼吸訓(xùn)練器在原有呼吸訓(xùn)練基礎(chǔ)上增加了排痰功能。排痰裝置主要采用呼氣末正壓或氣道振蕩等技術(shù)。振動(dòng)正壓呼氣（Oscillatory Positive Expiratory Pressure，OPEP）技術(shù)則將呼吸訓(xùn)練及氣道清潔有機(jī)結(jié)合。

20世紀(jì)90年代，振動(dòng)正壓呼氣被提出作為傳統(tǒng)氣道清潔技術(shù)的輔助手段[26]。其基本原理為患者使用裝置用力呼氣時(shí)，氣流產(chǎn)生的聲波能夠沿氣道下傳并振動(dòng)氣道分泌物，降低粘滯性，同時(shí)這種振動(dòng)頻率與氣道黏膜上皮細(xì)胞纖毛運(yùn)動(dòng)頻率接近，可引起共振，從而使痰液更易排出[27-28]。之后的研究表明，OPEP能改善肺功能，具有呼吸訓(xùn)練的作用[29-31]?；颊哂昧魵鈺r(shí)，通過(guò)裝置產(chǎn)生一定程度的呼氣末正壓增加呼氣阻力，達(dá)到呼吸訓(xùn)練的目的。經(jīng)典的裝置有Flutter、Quake、Lung flute 及 Acapella[6,32-34]（表 1）。

表1 振動(dòng)正壓呼氣排痰裝置比較

2.1 Flutter

Flutter是一種小型、手持裝置。其原理為鋼球在呼氣產(chǎn)生的外驅(qū)力與自身重力的作用下振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生振動(dòng)氣流。此外，間歇性增加支氣管內(nèi)壓，保持呼氣時(shí)氣道開(kāi)放[35]。相對(duì)體位引流，F(xiàn)lutter能有效促進(jìn)氣道分泌物排出，尤其對(duì)支氣管的引流更有利[36]。此外，F(xiàn)lutter可降低慢阻肺患者氣道阻力[37]。Flutter不足之處在于鋼球產(chǎn)生的重力作用因擺放角度不同而改變，使其在應(yīng)用時(shí)易受體位影響。

2.2 Quake

Quake是一種小型、手搖式排痰器。其原理為裝置阻礙呼氣形成振動(dòng)氣流，手搖柄速度控制氣流振動(dòng)頻率。當(dāng)手搖柄搖動(dòng)慢時(shí)，產(chǎn)生的阻力大、振動(dòng)頻率小，反之則產(chǎn)生的阻力小、振動(dòng)頻率大。Quake亦可有效促進(jìn)慢阻肺患者痰液排出[38]。

2.3 Lung flute

Lung Flute是一種手持式呼吸裝置，其成本低、安全性及有效性良好，于2006年被美國(guó)FDA批準(zhǔn)出售，于2007年在歐盟作為I類醫(yī)療設(shè)備上市[39]。其原理為低頻聲波技術(shù)，即當(dāng)患者用力呼氣時(shí)，肺笛產(chǎn)生16～25 Hz聲波，這種聲波沿氣道下傳并振動(dòng)氣道分泌物，同時(shí)這種振動(dòng)頻率與氣道黏膜上皮細(xì)胞纖毛運(yùn)動(dòng)頻率接近，可引起共振，從而使痰液更易排出[32]。它能極大促進(jìn)慢阻肺患者痰液排出，改善通氣功能，提高生活質(zhì)量[33]。

2.4 Acapella

Acapella是一種新型裝置，可促進(jìn)排痰、開(kāi)放氣道，且可同時(shí)輸送霧化治療藥物[30-31,40]。Acapella振動(dòng)頻率與氣道上皮細(xì)胞纖毛運(yùn)動(dòng)頻率及慢阻肺患者氣道共振頻率基本一致，可有效促進(jìn)纖毛運(yùn)動(dòng)和氣道振動(dòng)從而加強(qiáng)排痰。Acapella產(chǎn)生的呼氣正壓可達(dá)13.5 cm H2O，有助于克服內(nèi)源性呼氣末正壓，打開(kāi)塌陷肺泡或氣道。此外，Acapella自帶環(huán)路霧化裝置，可將藥物顆?？闪呀庵? μm以下，優(yōu)化藥物輸送，提高藥物在肺內(nèi)的沉積，提高藥物生物利用度，有利于慢阻肺治療期間霧化治療的實(shí)施。更多研究表明，較Flutter等其他裝置而言，Acapella療效及安全性均較好[40]。Acapella適用范圍廣，尤其對(duì)于有咳痰困難、呼吸功能低下及整體狀況不佳的患者。其使用不限體位，站、坐及臥位均可。操作簡(jiǎn)便且易握持，無(wú)需耗電，使用方便。

3 振動(dòng)正壓呼氣排痰裝置對(duì)慢阻肺的應(yīng)用價(jià)值

氣道黏液高分泌及小氣道陷閉是慢阻肺的基本病理特點(diǎn)之一。振動(dòng)正壓呼氣排痰裝置通過(guò)振動(dòng)以促進(jìn)排痰，同時(shí)通過(guò)呼氣末正壓打開(kāi)陷閉氣道，此外提供呼氣阻力以進(jìn)行呼吸訓(xùn)練，使患者有較大獲益。

癥狀方面，呼吸困難、咳嗽、咳痰是慢阻肺的主要癥狀。有研究通過(guò)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)使用OPEP裝置26周后患者mMRC評(píng)分改善[41]，提示呼吸困難癥狀改善。更有研究發(fā)現(xiàn)，使用4周后患者呼吸困難癥狀即可改善[7]。對(duì)于咳痰來(lái)說(shuō)，使用OPEP裝置20 min后患者痰量明顯增加[37]，使用4周后患者痰量明顯減少[7,42]，提示OPEP裝置可促進(jìn)排痰。肺功能方面，研究發(fā)現(xiàn)使用OPEP裝置可提高FEV1及FVC[42-43]，改善氣流受限情況。更有進(jìn)一步研究分析脈沖振蕩參數(shù)變化，發(fā)現(xiàn)患者使用Flutter裝置20 min后即出現(xiàn)R5、R20及X5較基線明顯下降，提示OPEP裝置存在降低呼吸系統(tǒng)阻力的作用[37]。影像學(xué)方面，有研究通過(guò)受試者吸入被標(biāo)記氣體后進(jìn)行MRI掃描成像以評(píng)估使用OPEP裝置前后肺通氣情況，研究發(fā)現(xiàn)使用裝置后肺通氣明顯改善[42]。影像提示肺通氣功能改善，可能與痰液排出、氣道阻力降低等有關(guān)，但有關(guān)影像改變研究很少，仍需更深入研究?；顒?dòng)耐力方面，研究發(fā)現(xiàn)使用裝置患者6 min步行試驗(yàn)結(jié)果提高，提示活動(dòng)耐力增加。綜上可知，OPEP裝置對(duì)慢阻肺患者癥狀、肺功能、影像、活動(dòng)耐力均有改善。然而，對(duì)于氣道炎癥水平來(lái)說(shuō)，暫未發(fā)現(xiàn)改變[37]。

BODE指數(shù)是臨床上常用的評(píng)價(jià)慢阻肺患者病情、預(yù)后、呼吸康復(fù)效果及生活質(zhì)量的指數(shù)，其包括BMI、FEV1占預(yù)計(jì)值百分比、mMRC評(píng)分、6 min步行試驗(yàn)距離[44-45]。一項(xiàng)26周的長(zhǎng)期研究發(fā)現(xiàn)不使用Lung flute組的慢阻肺患者平均BODE指數(shù)由3.31明顯升高至4.14，而使用Lung flute組的平均BODE指數(shù)維持在3.16不變，兩者具有明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異[32]。此外，還發(fā)現(xiàn)使用組的CAT評(píng)分及SGRQ評(píng)分顯著改善，提示生活質(zhì)量明顯改善。其他研究也指出使用OPEP裝置可改善CAT評(píng)分及SGRQ評(píng)分[41-42]。

在慢阻肺急性加重方面，一項(xiàng)真實(shí)世界研究通過(guò)對(duì)使用或不使用OPEP裝置組各405例慢阻肺患者的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)使用組患者急性加重比例明顯減少且急性加重治療相關(guān)花費(fèi)亦減少[46]。另一項(xiàng)真實(shí)世界研究發(fā)現(xiàn)使用OPEP裝置可縮短急性加重期平均住院時(shí)間并減少花費(fèi)[47]，亦有其他研究得出相同結(jié)論[48-49]。此外，有報(bào)道急性加重期使用OPEP裝置可促進(jìn)FEV1改善[50]?？傊?，使用OPEP裝置能減少慢阻肺患者急性加重次數(shù)、縮短平均住院時(shí)間并減少花費(fèi)，但有待廣泛而深入的研究來(lái)探討OPEP裝置在慢阻肺急性加重期中的作用。

4 總結(jié)和展望

呼吸訓(xùn)練及氣道清潔技術(shù)是慢阻肺患者康復(fù)治療的重要手段。OPEP裝置兼具呼吸訓(xùn)練及氣道清潔功能，其基本原理為使用時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)氣流進(jìn)而產(chǎn)生振動(dòng)頻率，引起氣道黏膜上皮細(xì)胞纖毛及氣道共振，促進(jìn)排痰，此外，產(chǎn)生一定呼氣末正壓，增加呼氣阻力，達(dá)到呼吸訓(xùn)練的目的。該類裝置使慢阻肺患者很好獲益，其能促進(jìn)排痰、緩解呼吸困難癥狀、改善肺功能、增加活動(dòng)耐力、提高生活質(zhì)量、減少急性加重次數(shù)。本文通過(guò)對(duì)該類裝置綜述以期能為臨床使用提供參考。但現(xiàn)有的OPEP裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尚不能達(dá)到使用時(shí)呼氣流速、壓力等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及傳輸，尚不能實(shí)現(xiàn)呼氣末正壓及振動(dòng)頻率自動(dòng)連續(xù)可調(diào)，有待進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)更加個(gè)體化及智能化的目標(biāo)。盡管諸多的研究表明OPEP裝置能使慢阻肺患者獲益，但獲益患者的表型、獲益的方面及獲益的程度仍需深入研究。急性加重期的研究也尚不足，望今后有多中心、大樣本、隨訪時(shí)間長(zhǎng)、包含急性加重期的研究。此外，有關(guān)OPEP裝置在支氣管擴(kuò)張癥等其他慢性呼吸疾病中的作用的報(bào)道尚缺乏。期待今后更加便攜智能的OPEP裝置出現(xiàn)，并給慢性呼吸疾病患者帶來(lái)獲益。