脉冲振荡肺功能在呼吸系统中的临床应用

赵后彤 朱述阳

脉冲振荡肺功能在呼吸系统中的临床应用

赵后彤 朱述阳

1956年Dubois提出采用强迫振荡技术(FOT)测定呼吸阻抗，此后强迫振荡技术逐渐受到人民的重视并应用于临床，相继发展了单频振荡、多频振荡、伪随机噪音振荡、随机噪音振荡及脉冲振荡等技术[1]。脉冲振荡(IOS)肺功能是基于强迫振荡技术，结合先进的计算机频谱分析技术发展起来的测定呼吸阻抗的新技术，与常规肺功能相比，具有操作简单、耗时短、无需患者用力配合等优点，特别适用于老年人、儿童及危重病人，能很好的反应患者的呼吸系统病理生理学特征。所以，脉冲振荡肺功能是近几年研究的热门。

脉冲振荡肺功能的基本原理是置于口腔外部的脉冲发生器产生矩形电磁脉冲，通过扬声器转换成各种频率的正弦机械波，施加于被检测者的静息呼吸上，连续记录自主呼吸时气道内的压力和气流流速，通过计算机计算即可得到各种振荡频率下的测定值，即呼吸阻抗值，其中以5-35Hz的参数最有意义。IOS法测得的呼吸总阻抗(Zrs)包括电阻R和电抗X两项。Zrs反应呼吸时粘性阻力、弹性阻力和惯性阻力的总和。R值反应气道的粘性阻力，也就是气流阻力，其中R5代表总气道阻力，R20代表中央气道阻力，R5-R20(即R5减去R20的差值)代表外周气道阻力[2-3]。X值反应弹性阻力和惯性阻力的变化，其中X5代表外周弹性阻力[4]。其他指标包括共振频率(Fres)、阻抗面积(AX)均是反应外周气道的指标[4]。

近几年，关于小气道的研究越来越受到重视。小气道是指直径<2mm的终末气道，可被气道炎症和气道重塑所影响，从而导致气道平滑肌和周围组织的改变[5]。这些改变导致了小气道功能的损害，最终导致哮喘症状的发生[6]。评估小气道功能的方法有很多，比如：经支气管镜活组织检查是一项评估小气道炎症的直接有效的方法，但此方法是一种侵袭性的方法，有导致气胸的风险，比例大概在1%-3%，并且可获得的肺泡和小气道组织的量很少，有一定的局限性[5]。由于小气道闭塞所引起的空气潴留，在高分辨计算机断层扫描(HRCT)上表现为低密度肺区域，故HRCT也可作为测定小气道的一项检查方法[6-7]。呼出气一氧化氮(FeNO)、诱导痰、血液学标志物的检测是一项间接反映小气道炎症的方法，但这些生物学标志物与小气道功能损害之间以及与小气道损害的病理学机制之间是否有特定的关系目前还不清楚[5]。常规肺功能采用最大呼气流量-容积曲线(MMEF)法测量小气道功能，以MMEF25﹪、MMEF50﹪、MMEF25%-75%小于80﹪预计值作为小气道功能障碍的标准，但这种方法需要患者主动用力呼吸配合，不少患者因配合较差，并且在患者用力呼气过程中，小气道提前关闭，导致对患者病情严重程度的过度评价，不能真实反映小气道功能。虽然常规肺功能是判断气流受限的金标准，但其在区分远端气道和中央气道方面有一定的局限性，且重复性差[8]。同时因小气道功能的改变并不一定能真实反映出小气道本身的病变，这是因为小气道功能受肺组织弹性功能和小气道本身功能的双重影响，只有排除肺组织弹性减退才能认为小气道功能改变是小气道本身的病变引起。通过IOS测得的小气道指标有R5-R20、X5、Fres、AX。脉冲振荡肺功能仅需患者平静呼吸，减少误差存在，同时可以测量周边小气道阻力和周边肺组织弹性阻力，相比常规肺功能，IOS肺功能能真实反应小气道功能病变的原因和严重程度。因此，脉冲振荡肺功能是一种非侵袭性的方法，操作简单，方便，通过测定呼吸阻抗，能真实反应呼吸系统病理生理学特征，在评估小气道病变方面比常规肺功能更敏感[9]，且有其独特的优点而应用于临床，尤其是在慢性阻塞性肺病和支气管哮喘的应用中更是广泛。

研究表明，在支气管哮喘和慢阻肺中，尽管第一秒用力呼气容积(FEV1)和最大呼气中期流量(MMEF)正常，IOS参数却已经发生了改变，这表明脉冲振荡肺功能在早期诊断支气管哮喘及慢阻肺方面起到了至关重要的作用[10-11]。呼吸道症状的严重程度和生活质量的高低主要与反应小气道功能的IOS参数有关，而不是FEV1[11]。很多呼吸系统症状的发生归咎于小气道的功能损害，强调了常规肺功能在诊断方面的局限性[9]。亦有研究表明，小气道功能损害与血清C反应蛋白(CRP)所反映的系统性炎症的存在有关[9]。同时，小气道和远端肺损伤在组织学评价上已得到确认[12]。因此，IOS肺功能在诊断气道疾病方面敏感性比常规肺功能高。

慢阻肺是以持续气流受限、肺功能进行性下降为特征的慢性疾病，故早期诊断、早期干预、延缓疾病进展至关重要。大多数慢阻肺患者有呼吸困难、咳嗽、咳痰等呼吸道症状，但这些症状在早期慢阻肺中并不明显，所以根据呼吸道症状来早期发现慢阻肺患者并不可靠。慢阻肺早期病理改变是呼吸性细支气管炎，即病变开始于远端小气道[13-14]。脉冲振荡肺功能比常规肺功能更能反映远端气道功能，而远端气道是慢阻肺气流受限的主要部位[14-15]。Crim等人研究发现，“相对健康”的吸烟患者，虽未达到慢阻肺诊断标准，但其通过脉冲振荡肺功能检查，发现这些患者AX指标显著增高，气道阻力亦明显增高，说明已有小气道功能损害，即已有早期轻度的气流受限[16]。Frantz等人亦研究发现，与常规肺功能相比，IOS通过测量呼吸阻力和电抗，能更好的反应呼吸力学的变化，进一步评估远端气道病理改变，此为慢阻肺发生发展的重要组分[17]。因脉冲振荡法是一种非侵袭性检查方法，不需患者用力配合，故可常规使用来达到促进慢阻肺早期发现的目的。Timmins等人通过对14名慢阻肺稳定期患者进行3个月的随访，观察ICS/LABA维持治疗期间，对小气道的影响。结果发现，ICS联合LABA维持治疗3个月后，通过脉冲振荡和常规肺功能检查发现，主要是小气道力学发生了变化，而FEV1却未见明显改变，故IOS对监测小气道力学的变化是敏感的[18]。Saadeh等人研究发现，脉冲振荡肺功能在监测气道可逆性及ICS/LABA(或ICS/LAMA)维持治疗慢阻肺 3-18个月后药物疗效方面比常规肺功能更敏感，且可帮助慢阻肺患者早期制定最佳治疗方案及治疗剂量，并促进个体化用药[19]。综上所述，在FEV1未发生改变时，通过脉冲振荡肺功能检查可发现未达到慢阻肺诊断标准但却存在小气道功能紊乱的患者，表明这些患者已经有早期慢阻肺表现的征象。故IOS在早期监测慢阻肺方面有一定的临床应用价值。

支气管哮喘是一种以气道阻塞为特征，影响整个气管-支气管树的慢性气道炎症性疾病，目前全球范围内约3亿人口有哮喘病史，是危害人类健康的主要问题之一，所以，哮喘的早期诊断、早期干预、改善预后极其重要。研究表明，小气道在哮喘病理生理学、哮喘发病机制等方面起重要作用[20-21]。文献报道，小气道阻塞与夜间哮喘、运动性哮喘、难治性哮喘、致死性哮喘、病情恶化等有关[22-23]。临床试验调查显示，对哮喘患者进行标准化治疗后，常规肺功能中FEV1未发生变化，而患者的临床症状已得到改善，同时脉冲振荡中小气道指标也已发生改变[24-25]，这表明，药物疗效对小气道的影响更为显著。使用长效β2受体激动剂联合吸入糖皮质激素或白三烯调节剂可显著改善外周气道功能[20]。Takeda等人认为由脉冲振荡所评估的外周气道与哮喘患者的健康状态、临床症状、疾病控制密切相关，外周气道可作为一个潜在的治疗哮喘的重要靶点[20]。Alfieri等人发现，在轻-中度哮喘患者中，支气管激发试验可引起支气管过度收缩，由此表达的气道高反应与小气道功能紊乱密切相关，表明小气道在气道高反应性病理生理学方面也起着重要作用。在此试验中，脉冲振荡肺功能在监测支气管收缩方面比常规肺功能更敏感[26]。Schulze等人研究发现，在间歇发作性哮喘患者无症状期间，外周气道损害也是存在的，这些患者更易发生哮喘急性发作，所以，脉冲振荡中反映小气道的指标可作为哮喘急性发作的预测因子[27]。Shi等人研究表明，脉冲振荡中反应小气道的指标AX、R5-R20可有效区分哮喘控制和未控制，而反应大气道的R20却不能区分哮喘控制和未控制，充分表明了未控制哮喘与小气道功能损害密切相关[28]。哮喘治疗失败在很大程度上是由于未获得满意的哮喘控制，也就是小气道功能未得到显著改善[29]。近几年，小气道的临床相关性受到越来越多的认可[30]。Anderson等人发现哮喘患者普遍存在小气道功能损害[35]。有研究表明，持续的小气道功能损害导致了哮喘患者临床症状的未控制，表明这些患者可能有小气道表型的存在[29-30,32]。小气道功能能否通过超细微颗粒吸入治疗后得到改善，包括超细微颗粒吸入型糖皮质激素(ICS)和吸入型糖皮质激素联合长效β2受体激动剂(ICS/LABA)，以及这与长期哮喘控制之间的关系，目前均尚不清楚[29]。在未来的时间里，需设计一个前瞻性的随机对照试验来进一步丰富小气道表型，为改善小气道功能、长期哮喘控制、提高哮喘患者生活质量做准备。

脉冲振荡肺功能除在慢阻肺和支气管哮喘的应用普遍外，在限制性肺部疾病、睡眠呼吸暂停低通气综合征(OSAS)、肺癌、呼吸衰竭危重患者气管插管的床边肺功能监测等应用方面也有相关文献报道，但这方面的文章很少。Rigau等研究开发了一种便携式的FOT设备，可以用于急救车上和家庭护理[33-34]；Dellaca和Timmins等人认为IOS亦可作为家庭治疗的一个监测工具[35-36]。相信随着技术的发展及临床应用的普及，这些将会是IOS未来研究的方向。由于这种设备价格相对便宜，以后可以普及到社区基层医院，甚至可以用于慢性呼吸系统疾病患者的自我监测。

虽然脉冲振荡肺功能有常规肺功能不能取代的特性，具有一定临床意义，但不能替代常规肺功能检查，常规肺功能是诊断气流受限的金标准，两者各有特点，可以相互补充[37]。而且，至今IOS尚无国人的正常值范围以及气道反应性试验的统一判断标准，对于其检查结果的解释及其与疾病的相关性仍有较多值得探讨或有待明确的地方，最后不管在技术方面还是在临床应用方面，脉冲振荡肺功能仍需进一步更新、发展和完善。

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10.3969/j.issn.1009-6663.2017.09.043

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2016-10-31]