哮喘患兒應用便攜式肺功能儀自主監(jiān)測通氣功能的初步研究

馬俊娥，向 莉，王 紅，皇惠杰，侯曉玲，楊世青

支氣管哮喘（以下簡稱哮喘）是兒童最常見的慢性氣道炎癥疾病。中國兒童哮喘患病率逐年上升，1990年、2000年、2010年連續(xù)3次中國城市兒童哮喘流行病學調(diào)查顯示中國兒童哮喘患病率正以每10年增加50%以上的幅度快速上升；2010年最近的一次流行病學調(diào)查顯示中國城市14歲以下兒童哮喘累積患病率為3.02%[1]。然而哮喘控制情況并不理想，2016年一項在4 223例2～16歲哮喘患兒中開展的橫斷面、觀察性研究顯示中國兒童哮喘未控制率近20%[2]；長期規(guī)范治療管理可提高學齡期哮喘兒童的控制水平和肺功能[3]。近年來，哮喘診療不斷規(guī)范化，在慢性疾病自主管理方面從家庭、學校、社區(qū)等多維度均取得一定進展[4～6]。哮喘管理相關(guān)指南推薦呼氣流量峰值（peak expiratory flow，PEF）作為監(jiān)測哮喘患兒氣流受限嚴重程度的客觀指標[7]，其監(jiān)測方法從最初的Wright峰流量計[8]不斷予以改進和提高[9]。隨著信息化技術(shù)迅速轉(zhuǎn)化應用，電子便攜式PEF測定設(shè)備面世，可實時日常監(jiān)測系列反映肺通氣功能數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)采集記錄，生成并分析動態(tài)變化趨勢，更能易化哮喘自主管理，但其在兒童哮喘管理中的實用價值仍有待探索。筆者將目前中國國內(nèi)哮喘治療管理應用程序（application，APP）中總評分較高[10]的便攜式電子肺功能設(shè)備（呼吸家A1型）作為選用設(shè)備，采用前瞻性病例隨訪研究，為其應用于兒童哮喘自主管理奠定基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 臨床資料與儀器

1.1.1 臨床資料

選擇2019年7月至10月在首都醫(yī)科大學附屬北京兒童醫(yī)院過敏反應科確診的53例支氣管哮喘患兒，符合兒童支氣管哮喘診斷標準[11]。其中男性41例（77.4%），女性12例（22.6%）；年齡5～14歲，平均年齡8.34歲（標準差2.72歲）；依據(jù)哮喘嚴重程度不同，輕度持續(xù)11例（20.8%），中度持續(xù)29例（54.7%），重度持續(xù)13例（24.5%）；平均病程33.26個月（標準差22.50個月）。

選擇標準：①年齡≥5歲；②能配合完成兩種方法肺功能測定。

排除標準：①合并呼吸系統(tǒng)其他急慢性疾病（肺炎、支氣管擴張、肺結(jié)核、間質(zhì)性肺疾病等）及其他系統(tǒng)全身性疾??；②不接受肺功能檢查。

剔除標準：檢測過程中配合程度差、不能達到質(zhì)量控制標準者[12]。

筆者研究經(jīng)首都醫(yī)科大學附屬北京兒童醫(yī)院倫理委員會批準（批準文號：2018-203）；所有納入患兒及家長均簽署知情同意書。

1.1.2 主要儀器

Jaeger-Masterscreen型壓差傳感器肺功能儀（簡稱為MS。Jaeger，德國）；呼吸家A1型手持肺功能儀（便攜式肺功能儀，簡稱A1。廣州市紅象醫(yī)療科技有限公司，中國）。

1.2 方法

1.2.1 入組方法

研究開始前，完成參與肺功能儀器操作者的準入培訓及肺功能儀的標準化。肺功能儀器操作者應通過兒童肺功能檢查臨床應用與質(zhì)量控制規(guī)范化培訓[13]并且獲得合格；測試前完成肺功能傳感器的檢修、設(shè)備的清洗、儀器校準。

1.2.2 肺功能測定方法

同一患兒先后采用MS和A1在醫(yī)院內(nèi)進行單次測定，兩種方法測定間隔30 min，均采用最大呼氣-流量容積（maximal expiratory flow-volume，MEFV）曲線法完成。肺功能測定前操作者應核對患兒姓名、性別、出生日期等信息，測量身高、體質(zhì)量并精確到整數(shù)位，測試開始前囑患兒安靜休息15～20 min，操作者耐心向患兒解釋測試過程并作必要的演示，鼓勵患兒放松。

MS檢測前進行零點定標，測試時囑患兒先平靜呼氣，維持至少4個呼吸波之后快速吸氣至肺總量位，之后立即以最快的速度、最大的呼氣力量，爆發(fā)性用力呼吸，呼氣平臺至少達1 s以上，繼而回到平靜呼吸。重復行MEFV曲線法測定至少3次，取最佳測試結(jié)果納入分析。

A1檢測前按照A1操作說明將設(shè)備與手機關(guān)聯(lián)，測試時囑患兒調(diào)整呼吸，保持呼吸平穩(wěn)，根據(jù)智能語音提示，盡最大努力深吸一口氣，吸到不能吸為止，之后以最快速度和最大呼氣力量呼氣，6～14歲患兒盡力維持3 s，14歲以上患兒盡力維持6 s，重復以上操作至少3次，測試結(jié)束，系統(tǒng)自動將最佳測試結(jié)果上傳至A1數(shù)據(jù)管理平臺。

A1家庭自主監(jiān)測方法：需自備A1，操作方法同上，于每日早晚固定時間、使用控制藥物之前各監(jiān)測1次。

1.2.3 測定參數(shù)

數(shù)據(jù)采集包括用力肺活量占預計值的百分比（percentage of forced vital capacity to predicted values，F(xiàn)VC%pred）、第1秒用力呼氣容積占預計值的百分比（percentage of forced expiratory volume in one second to predicted values，F(xiàn)EV1%pred）、第1秒用力呼氣容積占用力肺活量百分比（forced expiratory volume in one second to forced vital capacity，F(xiàn)EV1/FVC）、最大呼氣流量占預計值的百分比（percentage of peak expiratory flow to predicted values，PEF%pred）、最大呼氣中期流量占預計值的百分比（percentage of maximum midexpiratory flow to predicted values，MMEF%pred）、用力呼出25%、50%、75%肺活量時的瞬間流量占預計值的百分比（percentage of forced expiratory flow at 25%、50%、75%vital capacity to predicted values，F(xiàn)EF25%-pred、FEF50%pred、FEF75%pred）共8項參數(shù)。

1.2.4 治療方法與指導病情監(jiān)測及自主管理

參照《兒童支氣管哮喘診斷與防治指南（2016版）》[11]，對愿意配合自備A1的患兒納入管理隨訪。啟用初始控制治療，依據(jù)病情嚴重程度，哮喘輕度持續(xù)予第2級治療方案，中度持續(xù)予第3級治療方案，重度持續(xù)予第4、5級治療方案；每天早晚固定時間、使用控制藥物之前按照A1標準操作流程自主監(jiān)測，在癥狀期間進行癥狀記錄、記錄日夜間哮喘癥狀計分、發(fā)作誘因及采取的相應治療措施；參照中國兒童哮喘行動計劃進行哮喘管理，以監(jiān)測數(shù)據(jù)和癥狀結(jié)合，教育患兒判斷控制狀態(tài)、發(fā)作先兆和發(fā)作加重程度，制定按需采取治療措施的預案[13]并執(zhí)行。

1.2.5 數(shù)據(jù)采集方法

A1監(jiān)測肺功能數(shù)據(jù)通過A1數(shù)據(jù)管理平臺交互至研究者及患兒手機端，復診當天從患兒手機端采集單次、連續(xù)性數(shù)據(jù)；同時手工收集患兒在監(jiān)測期間的癥狀記錄。

1.2.6 隨訪方法

依據(jù)哮喘控制情況，對27例患兒個體化制定隨訪期限[11]。隨訪期間，通過研究者端口核查日常質(zhì)量控制情況進行采集數(shù)據(jù)的核準；復診當日，調(diào)取監(jiān)測期間內(nèi)的單次、連續(xù)性數(shù)據(jù)變化圖，對癥狀記錄、按需治療藥物及計劃外就醫(yī)情況進行核查，根據(jù)癥狀記錄核驗PEF的變化情況。

1.2.7 質(zhì)量控制方法

MEFV曲線法作為常規(guī)肺通氣的操作步驟、質(zhì)量控制均參照中國兒童肺功能指南《兒童肺功能系列指南（二）肺容積和通氣功能》[12]。因A1與MS在性能上的差異，對操作指導、質(zhì)量控制標準、不可接受數(shù)據(jù)判定方案和處理進行了以下優(yōu)化。

固定同一研究人員，嚴格指導患兒操作A1，應達到以下質(zhì)量控制標準。①起始標準：呼氣起始無猶豫，爆發(fā)力足，呼氣達到最大努力；同時觀察流量-容積曲線特征，呼氣相升支陡直，PEF尖峰迅速出現(xiàn)。②結(jié)束標準：利用A1對呼氣時間的語音提示功能，鼓勵患兒按照語音提示完成呼氣動作，同時在測試完畢核實時間-容積曲線，呼氣時間標準6～14歲患兒≥3 s，14歲以上患兒≥6 s，或呼氣平臺出現(xiàn)且超過1 s以上。③單次可接受標準：呼氣過程中不停頓，無咳嗽，流量-容積曲線顯示下降支平滑。④重復性標準：至少測定3次，最多不超過8次，可接受的操作中FEV1和FVC最佳值和次佳值兩者間差異少于0.2 L。

A1不可接受數(shù)據(jù)剔除標準：①MEFV顯示PEF尖峰呈圓角或平峰，曲線上升緩慢，提示起始快速用力呼氣不足，剔除該次測定的PEF數(shù)據(jù)；②時間-容積曲線顯示呼氣時間不足1 s，則剔除數(shù)據(jù)FEV1、FVC及基于此2項指標的FEV1/FVC、MMEF、FEF25%pred、FEF50%pred、FEF75%pred；呼氣時間大于1 s，但在6～14歲患兒＜3 s，14歲以上患兒＜6 s，或呼氣平臺不足1 s，剔除數(shù)據(jù)FVC及基于此項指標的FEV1/FVC、MMEF、FEF25%pred、FEF50%pred、FEF75%-pred；③MEFV顯示在用力呼氣第1秒內(nèi)下降支不平滑、峰尖變小并出現(xiàn)波動、突然垂直向下，提示用力呼氣第1秒內(nèi)有咳嗽、阻塞咬口及聲門早閉等，剔除此次測定記錄；④單次可接受的操作中FEV1和FVC最佳值和次佳值兩者間差異大于0.2 L，不符合重復性標準，剔除此次測定記錄。

1.2.8 哮喘癥狀評分及PEF異常變化評分標準

哮喘癥狀評分[14]：無癥狀為0分，少許癥狀且持續(xù)很短為1分，2次或2次以上很短的癥狀為2分，1 d中較多時間有輕微癥狀但對上學和運動及睡眠影響不大為3分，1 d中較多時間癥狀嚴重、對上學等日常活動有影響為4分，癥狀嚴重以至不能上學為5分。

PEF異常變化評分標準[15]：PEF實測值≥80%預計值、60%～80%預計值、＜60%預計值分別定義為肺功能水平輕度降低、中度降低和重度降低。

1.2.9 數(shù)據(jù)分析方法

以實際監(jiān)測日與總隨訪日的比率做依從性分析；以哮喘癥狀計分與PEF降低程度做相關(guān)性分析。

1.3 統(tǒng)計學方法

應用SPSS 23.0軟件及Medcalc軟件進行數(shù)據(jù)分析。分類資料采用構(gòu)成比（%）表示；定量資料符合正態(tài)分布采用均數(shù)±標準差表示，用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（interclass correlation coefficient，ICC）法對53例患兒MS與A1測得的肺功能參數(shù)進行一致性評價；用Bland-Altman法計算兩種檢測結(jié)果的一致性界限；哮喘癥狀計分與PEF下降水平之間的相關(guān)性評價采用Spearman等級相關(guān)分析。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 自愿自主監(jiān)測患兒臨床資料

27例患兒愿意自備A1并進行了自主監(jiān)測和隨訪，其中男性20例（74.1%），女性7例（25.9%）；年齡5～14歲，平均年齡8.81歲（標準差2.72歲）。依據(jù)哮喘嚴重程度不同，輕度持續(xù)6例，中度持續(xù)13例，重度持續(xù)8例。依據(jù)哮喘控制情況，制定監(jiān)測期限為9～125 d，平均監(jiān)測期限72.37 d（標準差31.91 d），其中急性發(fā)作期患兒，1周隨訪，占3.7%（1/27）；哮喘（部分）控制患兒，22.2%（6/27）1個月隨訪；22.2%（6/27）2個月隨訪；51.9%（14/27）3個月隨訪。

2.2 兩種方法測定的MEFV參數(shù)一致性比較結(jié)果

用ICC法對53例患兒MS與A1測得的8項肺功能參數(shù)進行一致性評價，其中6項參數(shù)（包括FEV 1%pred、PEF%pred、MMEF%pred、FEF25%pred、FEF50%pred、FEF75%pred）的ICC大于0.75，結(jié)果為一致性很好；2項參數(shù)（包括FVC%pred、FEV1/FVC）的ICC為0.40～0.75，結(jié)果為一致性較好。用Bland-Altman法計算兩種檢測結(jié)果的一致性界限，結(jié)果顯示各參數(shù)差值絕大部分均在95%的一致性區(qū)間內(nèi)（表1），進一步印證了A1與MS測定肺功能參數(shù)有良好的一致性。

表1 MS和A1測定各肺功能參數(shù)結(jié)果及一致性比較Tab.1 Comparison of results and consistency between MS and A1 determination of lung function parameters

2.3 自主監(jiān)測質(zhì)量控制情況

27例自主監(jiān)測患兒，實際監(jiān)測總天數(shù)1 593 d，共采集1 593次數(shù)據(jù)記錄。呼氣起始標準合格率92.6%（1 475/1 593）；呼氣過程中標準合格率85.2%（1 357/1 593）；呼吸結(jié)束標準合格率59.3%（945/1 593）；可見呼氣結(jié)束標準質(zhì)量控制合格率最低，主要表現(xiàn)為呼氣時間不足，550次（34.5%）的監(jiān)測記錄顯示呼氣時間甚至不足1 s，其中92.6%（25/27）患兒存在不同程度的呼氣時間不足1 s的質(zhì)量控制問題，25.9%（7/27）患兒在50%以上的監(jiān)測時間內(nèi)呼吸時間不足1 s。

自我監(jiān)測質(zhì)量控制分析結(jié)果提示，在沒有專業(yè)人員指導監(jiān)護下的肺功能參數(shù)質(zhì)量控制合格率明顯下降；且由于目前A1尚不能對質(zhì)量控制不合格數(shù)據(jù)做出及時的反饋，導致基于此項質(zhì)量控制標準的肺功能參數(shù)FEV1%pred、FVC%pred及基于此2項指標的FEV1/FVC、MMEF%pred、FEF25%pred、FEF50%-pred、FEF75%pred的可靠性降低。因此，研究中僅選取了質(zhì)量控制合格率最高（92.6%）的PEF%pred作為動態(tài)肺功能監(jiān)測可行性分析的主要參數(shù)。

2.4 自主監(jiān)測依從性分析

以實際監(jiān)測的總天數(shù)占隨訪總天數(shù)比值計算，平均監(jiān)測依從性84.6%；若以早晚均能監(jiān)測總天數(shù)占隨訪總天數(shù)比值計算，平均監(jiān)測依從性則降至58.3%。

2.5 哮喘發(fā)作期自主監(jiān)測與哮喘癥狀計分相關(guān)性分析

對哮喘癥狀出現(xiàn)伴隨PEF下降的25例次事件，采用Spearman等級相關(guān)分析方法，分析癥狀計分與PEF下降程度之間的相關(guān)性。結(jié)果顯示P<0.001，在α=0.05的檢驗水準下相關(guān)系數(shù)有統(tǒng)計學意義，認為哮喘癥狀計分與PEF下降程度之間存在顯著相關(guān)關(guān)系；哮喘癥狀計分與PEF下降程度的相關(guān)系數(shù)rs=0.734（0.70～0.89為相關(guān)性高），表示二者之間為強正相關(guān)關(guān)系。

監(jiān)測過程中，在哮喘癥狀與PEF變化一致的患兒中，誘因變應原暴露占40%（10/25），上呼吸道感染占16%(4/25)，運動、勞累、大笑、哭鬧、精神因素占12%（3/25），氣候變化占4%（1/25），控制藥物減量占4%（1/25），未遵醫(yī)囑使用控制藥物占4%（1/25），未知誘因占20%（5/25）。哮喘癥狀出現(xiàn)與PEF變化的時間關(guān)系，48%（12/25）同日出現(xiàn)，36%（9/25）PEF變化早于哮喘癥狀發(fā)作1～2 d，16%（4/25）PEF變化發(fā)生在哮喘癥狀發(fā)作后1 d。見表2。

表2 哮喘癥狀計分與PEF下降程度之間的相關(guān)性分析Tab.2 Correlation analysis between asthma symptom score and PEF decline

3 討論

近年來，已經(jīng)開發(fā)出多種能夠測量、存儲和下載多項肺功能參數(shù)到個人電子設(shè)備（如智能手機和計算機）上的便攜式肺功能儀，但此類設(shè)備的性能及測量準確度參差不齊[16]。筆者研究選取了目前中國國內(nèi)哮喘治療管理APP中總評分較高的A1便攜式肺功能儀與MS進行比較其測量的準確度，ICC分析顯示，兩種方法測得的肺功能參數(shù)一致性好，這與國外Air-Smart[9]、VitalFlo[17]及國內(nèi)Medikro PRO[18]、肺悅[19]等 便攜式肺功能儀與常規(guī)肺功能儀在成年人檢測準確度的比較結(jié)果是一致的。Bland-Altman法分析MMEF%-pred、FEF50%pred、FEF75%pred 3個參數(shù)的平均差值分別為11.3%、6.7%、8.8%，較2005版美國胸科學會（American Thoracic Society，ATS）/歐洲呼吸學會（European Respiratory Society，ERS）指南[20]肺功能診斷裝置對該參數(shù)的精確度要求（±5%）略大，但從Bland-Altman圖顯示，這3組參數(shù)的差值絕大多數(shù)（分別為92.5%、94.3%、94.3%）在其95%的一致性區(qū)間內(nèi)。因此，認為應用便攜式肺功能設(shè)備可為哮喘患兒自主監(jiān)測和管理提供較高準確度的客觀指標。

目前哮喘患兒應用便攜式肺功能儀進行慢病自主管理的可行性研究極有欠缺。筆者研究結(jié)果顯示雖然在專業(yè)人員指導下應用A1可獲得較高準確度的多項肺功能參數(shù)，但在后期自主監(jiān)測過程中因質(zhì)量控制不合格導致多項參數(shù)準確度下降，最終僅有參數(shù)PEF是評價癥狀發(fā)作嚴重度可行性強的客觀指標。呼氣時間不足是主要影響可行性問題。筆者研究34.5%的監(jiān)測記錄顯示呼氣時間甚至不足1 s，這將導致基于此項質(zhì)量控制標準的FEV1%pred、FVC%pred、FEV1/FVC等肺功能參數(shù)的準確度受到影響。分析原因可能與監(jiān)測前培訓達到的熟練程度、不同年齡患兒理解力、接受度、執(zhí)行呼氣動作的配合程度、家長的參與度及壓力傳感器的靈敏度有關(guān)，因此有必要在開始應用便攜式肺功能設(shè)備監(jiān)測前進行正規(guī)的用力呼氣動作的培訓和教育并反復指導強化實踐。有研究表明[21]，當兒童被訓練成可靠且可重復性地進行用力呼氣動作時，家庭便攜式肺功能儀測定法結(jié)合電子數(shù)據(jù)記錄可為哮喘患兒提供3個月相當可靠的FEV1測量數(shù)據(jù)，但更長時間監(jiān)測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性有待進一步研究。此外，肺功能檢查是高度用力依賴的方法，這給許多患兒帶來了挑戰(zhàn)。因此，在進行肺功能測定所需的呼吸動作方面，便攜式設(shè)備的功能和指導質(zhì)量的不同可能會影響患兒是否能正確使用該設(shè)備[16]。在筆者研究中，A1設(shè)備內(nèi)置智能語音系統(tǒng)，可指導并鼓勵患兒按標準呼氣時間做呼氣動作，但其缺乏對質(zhì)量控制情況的實時反饋，導致患兒在監(jiān)測過程中不能及時、高效地意識到是否進行了不準確的測試及是否需要進行重復測試，以致影響結(jié)果的準確度。已有研究表明[22]，使用有遠程提醒應用程序的便攜式肺功能儀，以及在反復培訓外，對設(shè)備軟件進行某些改進，如基于不成功測試的分析，智能肺量計檢查助手為患兒提供有關(guān)測量技術(shù)的個性化提示，可能會增加可接受測量結(jié)果的比率，若能開發(fā)此類功能，可能幫助患兒產(chǎn)生高質(zhì)量的測試結(jié)果。

便攜式肺功能儀相比機械式峰流速儀，可更加高效地連續(xù)記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)并實現(xiàn)數(shù)據(jù)溯源，有助于擴大哮喘患兒對特定的個人環(huán)境風險因素的監(jiān)測范圍[23]。筆者研究結(jié)果顯示：應用便攜式肺功能儀連續(xù)監(jiān)測到的PEF變化與哮喘癥狀發(fā)作有較好的相關(guān)性，輕中度的哮喘急性發(fā)作，通過相應的肺功能監(jiān)測指標的變化提示，按照哮喘管理的行動計劃指導居家及時調(diào)整治療，癥狀均得到緩解，從而在一定程度上避免不必要的非計劃就醫(yī)。此外，15.0%表現(xiàn)為無臨床癥狀，但監(jiān)測到肺功能參數(shù)變化，有助于了解癥狀出現(xiàn)之前肺功能變化。筆者研究通過調(diào)查患兒出現(xiàn)臨床癥狀時的誘因分布情況、PEF變化與癥狀出現(xiàn)的時間關(guān)系，結(jié)合肺功能監(jiān)測結(jié)果的溯源提示，有助于提高個人風險因素的評估及預防。

筆者研究尚存局限性，包括隨訪時間相對較短，樣本量較少。后期正逐漸擴大樣本量和延長隨訪時間以獲得關(guān)于便攜式肺功能儀適用性，以及輔助早期識別急性發(fā)作哮喘和監(jiān)測啟動早期發(fā)作管理監(jiān)測療效的更深入研究。

綜上所述，在專業(yè)醫(yī)務人員準確指導培訓下，哮喘患兒可應用便攜式肺功能儀獲得多項具有臨床參考價值的肺通氣功能自主監(jiān)測指標。但在日常自主監(jiān)測時，PEF比其他通氣功能指標反映哮喘發(fā)作嚴重度的可行性更好。強調(diào)需經(jīng)反復培訓指導后再行自主監(jiān)測、嚴格遵循質(zhì)量控制要求。改進設(shè)備軟件基于不成功測試的分析和實時反饋功能可能提高應用便攜式肺功能設(shè)備自主監(jiān)測的可行性。