机械性吸-呼气技术在脊髓损伤呼吸管理中的应用

高朝娜，郭锦丽，辛海峰，郭秀娟，卫转

(1.山西医科大学第二医院，山西 太原 030001；2.山西医科大学，山西 太原 030001)

呼吸系统并发症是高位脊髓损伤(spinal cord injury，SCI)患者急性期和康复期死亡的最主要原因[1]。SCI呼吸功能障碍的发病基础为呼吸肌无力，吸气肌无力导致吸气末肺扩张受限，呼气肌无力导致咳嗽力量减弱，患者无法产生驱动痰液排出的有效咳嗽峰流速(peak cough flow，PCF)，痰液潴留不仅增加气道阻力、影响肺通气和换气，还容易引发和加重肺不张、肺炎和呼吸衰竭。辅助排痰是SCI呼吸管理的重点和难点。

机械性吸-呼气技术(mechanical insufflation-exsufflation，MIE)是一种无创的辅助排痰技术，通过吸气时正压输送气流促使肺膨胀，呼气时转为负压，刺激咳嗽，产生强大的呼气气流，将痰液冲出。产生MIE的装置称为“MIE仪”或“咳痰机”。MIE于1952年首次被报道用于脊髓灰质炎患者的辅助咳痰；随着无创正压通气技术的发展，20世纪80年代以来，MIE作为无创通气的辅助技术开始应用在神经肌肉疾病的辅助排痰治疗中；近年来，MIE在SCI中的应用也逐渐受到关注。目前，多数SCI患者呼吸管理的指南和专家意见中均推荐将MIE和传统无创辅助排痰技术(如蛙式呼吸、呼吸器膨肺、手法腹部推助等)作为排痰的有效方法[2-4]。然而，国内外关于MIE在SCI呼吸管理中的应用缺乏文献报道。MIE临床应用的证据主要来自于神经肌肉疾病(neuromuscular disease，NMD)。NMD是一大类以进行性肌无力为主要表现的疾病，包括肌营养不良、脊髓性肌萎缩、脊髓侧索硬化症等，病变累及呼吸肌时则出现严重的呼吸功能障碍，直至死亡[5]。NMD与SCI的呼吸系统表现都是以呼吸肌无力及其引起的肺膨胀不全、咳嗽能力下降为主要特点。MIE已作为一种有效的排痰措施广泛应用于NMD呼吸肌衰弱患者。本研究的目的是将国内外研究关于MIE应用于SCI的文献进行系统性检索，并结合NMD及其他相关研究报道进行分析，为SCI的呼吸管理和MIE的临床应用提供依据。

1 资料与方法

1.1 文献纳入和排除标准 纳入标准：(1)以急、慢性SCI(或包含)患者为研究对象；(2)干预措施为MIE(或包含)的队列研究、病例对照研究、实验研究。排除标准：(1)重复发表的文献；(2)综述型文献。

1.2 文献来源与检索方法 计算机检索Cochrane Library、Pubmed、Embase、中国知网、万方数据库收录的期刊和学术论文；篇名、摘要中使用检索词“in-exsufflation”“insufflation-exsufflation”“in-exsufflator”“cough assist”“assisted cough”“expiratory aids”“mechanical assited cough”“咳痰机”“机械性吸-呼”“咳嗽辅助仪”，检索时间为建库起至2019年1月13日，语言为英语、汉语。使用NoteExpress 3.2文献管理软件辅助筛选，查重后获得中文文献73篇，英文文献274篇。通过阅读题目和摘要进行初筛，进一步阅读全文，手动排除综述、系统评价、不相关以及无法获得原文的文献，再根据所得文献的参考文献进行追踪，最终获得关于MIE的应用研究文献116篇(见图1)。

1.3 研究方法 对所得文献进行逐一阅读，纳入MIE在SCI中的应用的文献进行精读，对文献进行资料收集汇总。同时阅读MIE在其他疾病中应用的临床研究和实验室研究、问卷调查的数据进行分析。

2 结 果

共获得MIE在SCI中应用的临床研究14篇，其中中文文献3篇，英文文献11篇。其中随机对照和交叉试验2篇，前后比较和回顾性分析8篇，个案报道4篇。所得文献数量太少不足以进行Meta分析。从发表时间上看，文献数量呈逐年上升趋势。中文文献中，MIE在NMD中的应用3篇，其他疾病应用20篇，包括胸部手术、肋骨骨折、慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)、尘肺、脑卒中、一般重症患者等；英文文献中MIE在NMD中的应用55篇，其他疾病10篇，包括脊髓灰质炎、脊柱侧凸、COPD、一般重症患者等，问卷调查5篇，正常人和实验室研究11篇(见表1)。

表1 MIE在SCI中的应用的临床研究文献一览

图1 文献检索及选择流程图

3 讨 论

3.1 MIE对肺功能的影响 MIE可在吸气相给予正压通气支持，因此被认为可以预防和改善肺不张，提高SCI患者肺的顺应性。Bach[6]的报道中，21例呼吸肌无力患者的基础用力肺活量和峰呼气流速为(0.49±0.37)L和(108.6±61.8)L/min，应用MIE时最大吸气量和PCF可达(2.00±0.37)L和(448.2±61.2)L/min，均显著高于其他无创膨肺和辅助咳嗽措施，证实MIE输入的容积和输出的峰流速更高，更利于肺膨胀和分泌物排出；即使停止MIE后，该组患者的用力肺活量仍高于使用前，尤其其中5例SCI患者中增幅更明显。Pillastrin[8]通过一项RCT研究对气管切开痰液潴留的SCI患者使用传统的无创辅助咳痰技术和传统方式联合MIE的效果比较发现，MIE组治疗后的用力肺活量和峰呼气流速较治疗前分别提高24%和29%。Jung[16]研究了27例NMD患者使用MIE前以及停止MIE后15 min和45 min时的PCF，发现使用MIE后，患者自主咳嗽和使用传统方法辅助咳嗽时的PCF均明显提高，且这种作用可至少持续到使用后15～45 min。以上研究为MIE对肺功能的即时或短时作用，结论一致，停止MIE后用力肺活量和呼气/咳嗽峰流速的持续增加可以解释为膨肺和有效排痰后，肺和胸壁的顺应性的暂时性增加。仅一项研究[17]报道了21例肺功能逐渐恶化的NMD患者规律使用MIE1年和2年后，肺活量较使用前明显更高，进一步肯定了MIE对肺活量改善的长期作用。

3.2 MIE对PCF的影响 研究认为，咳嗽时PCF达270 L/min以上时方能实现有效咳痰[18]。已有不少临床研究[6，13，19-21]证实，SCI、NMD患者应用MIE时的PCF明显大于无辅助和传统无创辅助咳嗽技术，而联合手法腹部推助的效果更优于MIE单独使用。产生该结果的原因较为明确：PCF由吸气末肺容积和呼气肌力量共同决定，而MIE的工作原理即是在吸气相输送正压增加吸气末容积，在呼气相模拟呼气肌的作用建立压力差，使各级气道内产生大的峰呼气气流，以弥补吸气肌和呼气肌无力出现的PCF不足。然而，Sancho[22]和Lacombe[23]发现，当患者通过自主咳嗽或手法腹部推助可产生240～300 L/min以上PCF时，加用MIE对提高PCF并无益处，可能是由于此时患者的自主咳嗽努力和腹部推力与MIE的作用相互对抗和抵消，反而成为自主咳嗽的阻力。有研究发现[20，22，24-25]，MIE对球功能障碍患者PCF的改善幅度显著低于正常者，喉镜直视下可以观察到球功能障碍患者使用MIE期间咽喉部运动不协调，可能与喉功能障碍、上气道动态塌陷导致PCF消耗有关[22]。对于并发球功能障碍的SCI患者，MIE的作用可能大打折扣，甚至治疗无效。

3.3 MIE的排痰效果 Chatwin[26]对8例肺部感染伴痰液潴留的NMD患者采用随机交叉的方法，分别使用MIE和主动呼吸循环技术配合手法腹部推助辅助排痰，显示MIE组的治疗时间更短，肺部听诊痰鸣音改善更明显，患者舒适度更高，提示MIE排痰更高效、更彻底。负压吸痰为建立人工气道SCI患者清除痰液常用的方法。Susan[7]对18例分别进行吸痰和MIE的SCI气管切开的患者进行调查发现，常规吸痰引起的疼痛、不适感均显著高于使用MIE的患者，72%～89%患者认为MIE吸痰更有效方便。负压吸痰为有创性操作，仅作用于气管和主支气管的痰液，对于未建立人工气道的患者难以彻底吸痰，且容易引起气道黏膜损伤和患者不舒适。而MIE为非侵入性，其作用可延伸至整个气道，正负压转换可刺激患者主动咳嗽，故而其排痰效果更彻底，对患者的损伤更小。

3.4 MIE在替代气管插管和辅助撤机、拔管中的应用 SCI患者发生呼吸衰竭时，往往需要气管插管或气管切开进行有创正压机械通气(invasive positive pressure ventilation，IPPV)，从而显著增加肺炎和呼吸机依赖的风险。Bach等认为无创正压机械通气(non-invasive positive pressure ventilation，NIPPV)与MIE联合应用可提供吸气肌和呼气肌功能的补偿，从而避免侵入性人工气道和IPPV的并发症。目前，缺乏SCI急性呼吸衰竭应用MIE的报道。Chen[27]回顾性分析了15例因急性呼吸衰竭转入急诊科的NMD儿童，应用MIE联合NIPPV，患儿的血气分析24 h内得好转，6例避免气管插管。此外，也有MIE联合NIPPV避免IPPV的个案报道，尚没有前瞻性临床研究证实。

IPPV后撤机和拔管困难是SCI患者面临的常见问题，尤其对于C4以上完全性脊髓损伤。长期人工气道和IPPV管理严重影响患者的生活质量，易引起各种肺部并发症。2010年Bach[28]提出了对特殊患者允许不具备传统拔管标准的患者实施脱机和拔管方案，并报道了157例无法通过自主呼吸试验的NMD患者，一旦在吸入空气条件下SpO2维持在95%以上，即实施拔管，并转为NIPPV和MIE辅助，以保持SpO2在95%以上。最终仅有2例气管切开，其他患者成功拔管出院。Kim[13]回顾了62例完全型或感觉不完全型颈段SCI患者，接受气管插管或气管切开的IPPV，严格筛选后对符合Bach[28]的拔管标准的患者实施拔管，并使用NIPPV和MIE进行呼吸管理，全部成功拔管，其中2例最终因肺部感染重新气管切开。

以上报道中NIPPV和MIE的应用，为严重呼吸肌无力的SCI患者避免气管插管、切开和成功撤机、拔管提供了可能，MIE在该方面的应用有待进一步探索。

3.5 MIE在SCI居家护理中的应用 由于呼吸肌无力及其带来的呼吸功能障碍长期存在，SCI患者出院后乃至数十年均处于肺部并发症的高风险中。NIPPV和MIE作为吸气和呼气辅助的无创方式，已被较多研究证实日常应用可减少NMD患者因肺部感染的住院次数、提高居家生活质量[6，29-30]。仅有1篇文献[10]回顾性地分析了40例慢性SCI患者家庭护理中应用MIE前和规律使用MIE后的变化，发现对于吸烟(史)患者，MIE使患者住院次数从(0.42±0.36)次/年下降至(0.19±0.32)次/年，而对于其他患者则无显著区别。由于患者肢体活动受限，MIE需由家属操作并与患者配合。操作者需经过医院专业规范的培训，并熟知向专业人员求助的指征和途径。Vitacca[31]对39例NMD居家使用MIE的患者建立了电话咨询-访视管理模式，当患者出现呼吸窘迫、SpO2下降时通过电话咨询，医务人员给予电话指导或现场访视，避免了30次住院，提高70%的患者满意度，治疗费用明显降低。

MIE的家庭管理，为无咳痰能力的SCI患者出院和减少出院后痰液潴留和肺部感染再次入院提供了的机会。但由于相关研究缺乏，MIE居家日常护理的应用需进一步实践。

3.6 MIE的安全性和耐受性 MIE在吸气相提供正压通气的原理与NIPPV一致。在呼气相，由瞬间的(0.02 s)正负压转换产生强大的呼气气流。一项加拿大多家医院的问卷调查显示，仅有32%～49%医疗中心使用MIE，并且缺乏规范的使用指南[32]。而影响MIE广泛使用的一个重要原因是其安全性问题，70%医务人员担心MIE增加肺损伤的风险。而目前，MIE的快速压力转换是否会对气道黏膜和肺组织造成损伤尚无直接的研究证实。

在涉及MIE舒适度和耐受性的临床研究中，几乎一致性地报道了MIE良好的耐受性和舒适性[6，8，26，33]。目前为止，几项研究报道了MIE相关的并发症。Suri[34]报道了2例机械通气并使用MIE并发气胸的病例，其中1例为合并慢性阻塞性肺疾病的SCI患者规律使用MIE 3年后发生，另1例19岁杜氏肌营养不良患者规律使用MIE 5年后发生估摸穿孔[35]，1例NMD合并紫癜的5岁男童使用MIE后发生致命的肝出血[36]。以上严重不良事件中，患者存在气胸、出血的高危因素，且并发症发生在MIE与正压通气的长期(3～9年)联合应用中，因此难以确定MIE与并发症的直接关系。Suri[34]认为，不超过(-40～40 cm H2O)范围的压力设置不增加肺损伤风险，这与呼吸机相关性肺损伤的安全压力范围一致。值得注意的是，MIE是否会加重慢性阻塞性肺疾病的肺过度充气状态和气道动态塌陷尚不清楚，应谨慎使用。MIE使用中的另一个顾虑是，使用面罩、口含嘴进行MIE时，吸气过程中的正压通气可能会加重腹胀，呼气过程中胸内压力骤减可能导致胃液反流和误吸。而事实上，MIE的消化道不良反应报道甚少。Miske[37]通过观察正常人和13例NMD患者正常咳嗽和使用MIE时的胃内压及腹腔容积变化，认为MIE不增加腹胀的风险。另一项研究[38]回顾性分析了NMD患者不同助咳状态(无辅助、腹部推注、MIE仅紧急使用、MIE常规应用)下，呼吸道感染发生率差异无统计学意义，认为MIE不增加胃内容物返流和误吸的风险。MIE长期应用的报道中，1例出生仅1个月的婴儿使用MIE直至1岁4个月，没有报道特殊不良反应[39]。Bach[6]分别报道了46例和24例NMD和脊髓灰质炎患者长期(2～27年)应用MIE的案例，亦无相关不良事件发生。

根据以上报道分析，MIE的安全性和耐受性值得肯定，但仍缺乏直接和大样本的数据证实。

4 结 论

目前，全球范围内MIE在SCI和NMD中的应用的文献报道缺乏，且均为小样本研究，MIE的使用尚不广泛且不规范。在国内，有限的MIE临床应用报道的对象主要在缺乏循证依据的一般咳痰困难患者，而在SCI和NMD中的文献甚少，尚未有将无创通气与MIE联合应用的报道。尽管证据不足，基于其明确的助咳效果、临床安全性和患者耐受性，MIE作为清除分泌物的有效措施在SCI和NMD管理中受到广泛推荐。MIE在提高有效排痰率，减少有创性介入，提高慢性SCI患者舒适度和生活质量，减少肺部感染、重复住院次数和住院花费方面有较大的潜力和研究空间，期待进一步研究证实。