阈值负荷吸气肌训练联合体外膈肌起搏对慢性阻塞性肺疾病患者肺功能和膈肌功能的影响

王 宇，翟 飞，李荣凯,张祥杰，翟成凯，袁 宇

(1.新乡市第一人民医院/新乡医学院附属人民医院呼吸科，河南 新乡 453000；2.新乡医学院第一附属医院CCU，河南 卫辉 453100)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是一种以持续存在的气流受限为特征的肺部疾病，该病导致慢性缺氧、呼吸肌肉收缩无力，表现为呼吸困难、运动耐力下降等，特别是中重度COPD患者的这一现象更加明显[1]。平静呼吸时，吸气为主动活动，呼气为被动活动，吸气时膈肌和肋间外肌收缩，且以膈肌收缩为主。有研究显示,膈肌作为最重要的吸气肌，其收缩移动1 cm，贡献通气量约350 mL，占静息呼吸通气量的75%～80%，耗氧量少于整个呼吸肌群的20%[2]。COPD患者的吸气肌尤其是膈肌通常存在明显的结构损伤[3]，进而导致肺功能恶化；因此，尽快恢复COPD患者的膈肌功能是临床医生追求的目标。阈值负荷吸气肌训练是借助于呼吸训练器实施的以克服预设的最大吸气压力(即阈值吸气压力，也称阈值吸气阻力)来锻炼膈肌的有效方法。研究显示，COPD患者行阈值负荷吸气肌训练，尤其是以30%的最大吸气压为阈值负荷，不仅能明显改善患者的膈肌力量，而且该训练方法对改善运动耐受性和提高患者生活质量也更有利[4-5]。体外膈肌起搏治疗是一种通过电刺激诱发膈神经电位变化而导致膈肌规律收缩，进而改善膈肌功能的方法，该方法在改善COPD患者的膈肌功能方面亦有相关报道[6]。阈值负荷吸气肌训练和体外膈肌起搏治疗在改善COPD患者肺功能方面均可获益，但将此2种方法联合应用于急性中重度COPD患者的研究尚不多见。本研究通过观察阈值负荷吸气肌训练联合体外膈肌起搏治疗对急性加重期COPD患者膈肌功能的影响，旨在探讨COPD患者肺康复的有效方法。

1 资料与方法

1.1 一般资料选择2019年3月至2021年3月新乡市第一人民医院收治的78例急性加重期COPD患者为研究对象。纳入标准：(1)符合《慢性阻塞性肺疾病诊治指南(2019年修订版)》诊断标准且根据2019 年慢性阻塞性肺疾病全球倡议(global initiative for chronic obstructive lung disease,GOLD)分级标准，达到B级至C级的中、重度COPD的患者[7]；(2)神志清楚，可配合检查及治疗。排除标准：(1)存在胸廓畸形、肌无力及各种原因引起的神经肌肉疾病；(2)有恶性肿瘤病史及恶性胸腹水；(3)有近期胸腔及腹腔手术史及外伤史；(4)存在传染性呼吸道疾病如活动性肺结核等；(5)存在重症肺部感染急性呼吸窘迫综合征、支气管扩张、间质性肺病等；(6)存在认知功能障碍导致不能正常交流者。按照随机数字表法将患者分为观察组与对照组，每组39例。对照组：男25例，女14例；年龄45～79(61.3±15.1)岁；体质量指数(body mass index,BMI)18.7～25.8 (21.9±2.3)kg·m-2；GOLD分级：B级26例，C级13例。观察组：男27例，女12例；年龄46～82(62.6±13.3)岁；BMI 18.2～25.3(21.6±2.1)kg·m-2；GOLD分级：B级 28 例，C级11例。2组患者的性别、年龄、BMI及GOLD分级比较差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。本研究经医院伦理委员会审核批准。

1.2 治疗方法

1.2.1 对照组患者常规给予吸氧、抗感染、平喘、祛痰等治疗：持续24 h吸氧，3 L·min-1；左氧氟沙星注射液(扬子江药业集团有限公司，国药准字18H329104)0.5 g，静脉滴注，每日1次，连续14 d；多索茶碱(黑龙江福和华星制药集团股份有限公司，国药准字20083758)0.2 g，静脉滴注，每日2次，连续14 d；布地奈德混悬液(湖北天宁医药药材有限责任公司，国药准字20140475)1 mg，压缩雾化，每日2次，连续10 d；氨溴索口服液(上海勃林格殷格翰药业有限公司，国药准字H20031314)10 mL，口服，每日3次，连续10 d；症状重者酌情给予甲泼尼龙注射液(国药集团容生制药有限公司，国药准字20010098) 40 mg,静脉滴注，每日1次，连续3～5 d。

1.2.2 观察组观察组患者在常规吸氧、抗感染、平喘、祛痰等治疗的基础上，由专业呼吸治疗师给予阈值负荷吸气肌训练和体外膈肌起搏治疗，治疗周期为2周。(1)阈值负荷吸气肌训练：应用赛克呼吸训练器(上海市聚慕医疗机械有限公司)测定患者的最大吸气压(maximal inspiratory pressure，MIP)：患者取坐位，平静呼吸，于平静呼气末即功能残气位或深呼气末残气位时按下呼吸训练器测量键，口含咬嘴以最大努力吸气，所测得的最大吸气口腔压即为MIP，测量3次，取最大值；以30%MIP作为吸气肌训练的起始负荷(即阈值负荷)，在训练器上选择吸气肌训练模式，设定训练负荷30%MIP第1周，患者口含咬嘴开始训练，每组15～20次吸气(15 min左右)，每日训练4～6组，每周5～7 d的训练强度；第2周需重新测量患者的MIP，根据新的测量值MIP第2周，重新制定训练负荷30%MIP第2周，训练方法同上。共训练2周。 (2)体外膈肌起搏治疗：采用吉林省优势康建疗器械有限公司生产的膈肌起搏器进行体外膈肌起搏治疗。先将治疗电极贴在胸锁乳突肌下端外缘 1/3 处(平环状软骨水平)，辅助电极置于锁骨中线第2肋间，在起搏器上设置参数：起搏次数为 12～18次·min-1，或者根据(呼吸频率/2)来调节，刺激频率为40 Hz，刺激强度10～15 U，根据患者情况进行调整，在患者能耐受的情况下尽可能增加治疗强度；按启动键开始治疗，每日治疗1次，每次 30 min，每周5次，共2周。

1.3 检测指标分别于治疗前及治疗2周后对2组患者进行膈肌功能、肺功能、活动耐力检测。

1.3.1 膈肌功能参照张鹏等[6]的方法测量膈肌位移(diaphragmatic excursion，DE)、膈肌厚度。(1)DE：患者取仰卧位，应用深圳迈瑞公司生产的床旁超声仪，将频率为3.5 MHz的超声探头置于患者锁骨中线(或腋前线)与肋缘交界处，探头标志朝向外下方，使超声束与膈肌后部垂直，此时于二维图像上可见肝脏周围高回声的膈肌线；然后将仪器切换成M型超声模式，选择测量线，使测量线尽量与膈肌垂直，即可显现沿着测量线的膈肌运动轨迹，DE为从基线至曲线最高点的垂直距离，观察3个呼吸周期，取平均值。(2)膈肌厚度：患者仰卧位，将频率为10 MHz的高频超声线阵探头置于患者右侧锁骨中线(或腋前线)与第 8、9 肋间交界处膈肌对合区域，保证超声束与膈肌垂直，二维超声定位选择测量线，冻结图像后分别测出深吸气末膈肌厚度(diaphragmatic thickness at the end of deep inhalation，DTei)及平静呼气末膈肌厚度(diaphragmatic thickness at the end of calm exhalation，DTee)，计算膈肌厚度分数(diaphragmatic thickness fraction，DTF)，DTF=(DTei-DTee)/DTee×100%，测量3次，取均值。

1.3.2 肺功能采用德国耶格公司生产的肺功能检测仪测定患者的第 1 秒用力呼气容积 (forced expiratory volume in one second，FEV1)、用力肺活量(forced vital capacity，FVC)、第1秒用力呼气容积占预计值百分比(FEV1to predicted value，FEV1% pred)，计算FEV1/FVC，重复测量3次，取最佳值。

1.3.3 活动耐力(1)6 min步行试验(6-minute walking distance，6MWD)：按照2002年美国胸科学会发表的《6 min步行试验指南》[8]测量 2 组患者治疗前后的6MWD。(2)呼吸劳累感觉(perception of dyspnea，POD)：采用Borg呼吸困难障碍评分(改良10分法)[9]测定患者呼吸时的用力感觉，分数从0～10，0代表“一点也不”,10代表“非常非常严重”,数值越大表示患者的呼吸困难感觉程度越高。

2 结果

2.1 2组患者治疗前后膈肌功能比较结果见表1。2组患者治疗前DE、DTei、DTee、DTF比较差异均无统计学意义(P>0.05)。治疗后，对照组患者的DE、DTei、DTee、DTF比较差异均无统计学意义(P>0.05)。治疗后，观察组患者的DE、DTei、DTF显著大于治疗前，DTee显著小于治疗前，差异有统计学意义(P<0.05)。治疗后，观察组患者的DE、DTei、DTF显著大于对照组，DTee显著小于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。

表1 2组患者治疗前后膈肌功能比较Tab.1 Comparison of diaphragm function of patients between the two groups before and after treatment

2.2 2组患者治疗前后肺功能比较结果见表2。2组患者治疗前FEV1%pred、FEV1/FVC、MIP比较差异无统计学意义(P>0.05)。对照组患者治疗前后FEV1%pred、FEV1/FVC、MIP比较差异无统计学意义(P>0.05)。观察组患者治疗后FEV1%pred、FEV1/FVC、MIP显著高于治疗前，差异有统计学意义(P<0.05)；治疗后，观察组患者的FEV1%pred、FEV1/FVC、MIP 显著高于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。

表2 2组患者治疗前后肺功能比较Tab.2 Comparison of pulmonary function of patients between the two groups before and after treatment

2.3 2组患者治疗前后活动耐力比较结果见表3。2组患者治疗前6MWT和POD评分比较差异无统计学意义(P>0.05)。2组患者治疗后POD评分显著低于治疗前，观察组患者治疗后6MWT显著高于治疗前，差异有统计学意义(P<0.05)；对照组患者治疗前后6MWT比较差异无统计学意义(P>0.05)。治疗后，观察组患者的POD评分显著低于对照组，6MWT显著高于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。

表3 2组患者治疗前后活动耐力比较Tab.3 Comparison of activity tolerance of patients between the two groups before and after treatment

3 讨论

COPD是一种以长期慢性缺氧为主要临床表现的严重的慢性呼吸系统疾病，该病不仅累及肺部，还可因长期慢性缺氧导致多系统受损[10]；尤其是中重度COPD患者，往往因反复的肺部感染、肺功能减退而住院，生活质量差，住院周期长，给患者带来沉重的经济和心理负担。因此，如何有效改善COPD患者的肺功能，缩短其住院时间，一直是临床医生探索的目标。研究显示，肺康复治疗可缓解COPD患者的呼吸困难，提高其生活质量及运动耐力，延缓病情进展[11]。肺康复治疗包括呼吸肌训练(缩唇呼吸、腹式呼吸)、全身肢体锻炼、氧疗等。目前临床医生多侧重于全身肢体锻炼、氧疗及药物干预，对呼吸肌锻炼关注较少，且未形成系统、规范的治疗方法。COPD患者通气功能受限，导致缺氧和(或)二氧化碳潴留，出现呼吸困难、感染、呼吸衰竭、肺性脑病等一系列临床症状。通气功能的改善主要取决于呼吸肌功能，尤其是膈肌功能，但目前有关膈肌训练的方法较少，经典的缩唇呼吸和腹式呼吸锻炼对膈肌功能有一定影响[12]，COPD患者亦能从中受益，但作用较弱且需要漫长周期的坚持。而急性期COPD患者需积极寻找快速有效的膈肌训练方法，以尽可能快地恢复或改善肺功能、缓解临床症状。除常规治疗外，可借助于医疗设备来锻炼膈肌功能，其中手持电子呼吸训练器可以设定训练负荷，有效锻炼吸气肌肌力和耐力；而体外膈肌起搏治疗通过刺激膈神经进而促进膈肌规律收缩，改善通气功能。

本研究以中重度急性加重期COPD患者为研究对象，对照组患者给予常规治疗，观察组患者在常规治疗的基础上给予阈值负荷吸气肌训练联合体外膈肌起搏治疗，旨在通过这2种训练达到改善呼吸肌肌力和耐力的目的。膈肌作为最主要的吸气肌，其功能评估是吸气肌训练效果的重要参考，本研究通过监测FEV1%pred、FEV1/FVC、MIP的变化来反映肺的通气功能，通过超声测定DE、膈肌厚度等来评估呼吸肌肌力的变化[6,13-14]，通过6MWT及呼吸困难问卷反映患者的运动耐力改善情况，其中超声测定膈肌厚度、DTF的变化无创且简便、易行[15]，越来越受到临床医师的青睐。

吴亚文等[16]、LEE等[17]研究表明，阈值负荷吸气肌训练、体外膈肌起搏治疗均有助于增加膈肌厚度及呼吸肌力量，有益于改善患者的肺功能。本研究中，经过阈值负荷吸气肌训练及体外膈肌起搏治疗后，观察组患者的肺功能指标FEV1%pred、FEV1/FVC、MIP及膈肌功能指标DTei、DTF和DE与治疗前比较均显著增加，且均显著高于对照组治疗后，与吴亚文等[16]、LEE等[17]的报道一致，提示呼吸肌康复治疗有助于改善急性加重期COPD患者的膈肌功能及肺功能。另外，本研究结果显示，2组患者治疗前活动耐力指标6MWT和POD评分比较差异无统计学意义；治疗2周后，对照组和观察组患者的POD评分显著低于治疗前，观察组患者的6MWT显著高于治疗前，且观察组患者的POD评分显著低于对照组，6MWT显著高于对照组；提示2组患者的活动耐力均较治疗前改善，且观察组患者的改善效果优于对照组。

本研究所采用的呼吸训练器阻力负荷可调范围为0～120 cm H2O(1 cm H2O=0.098 kPa)。目前，国内外关于呼吸训练负荷的选择存在争议：有学者认为，只要有可能，就应该采用高强度的训练方法优化COPD患者吸气肌肉力量[18]；但也有学者将纳入患者的起始压力范围从20%MIP调至最大耐受负荷不等，且证实不论初始压力设为20%～30%MIP，还是30%～50% MIP，亦或≥50% MIP，吸气肌肉训练均可改善患者的呼吸肌力量，但初始阈值压力大于30% MIP对于吸气肌改善更显著[19]。还有学者认为，吸气肌训练的初始阈值应为30%～40% MIP，并逐渐递增至50%～60% MIP[20-21]。上述研究均证实阈值负荷吸气肌训练能改善COPD患者的膈肌功能及肺功能，但适当的训练刺激所需的阈值还需进一步研究。本研究以30% MIP作为阈值训练负荷，取得了较好的效果。另外，本研究采用体外膈肌起搏治疗仪行膈肌起搏治疗，但刺激强度的选择目前尚未找到可靠的依据，目前文献资料均未提供固定的标准，本研究根据患者的耐受情况调整刺激强度，同时联合阈值负荷吸气肌训练，亦取得了较好疗效。

综上所述，COPD患者行阈值负荷吸气肌训练及体外膈肌起搏治疗，能有效改善患者的膈肌功能，有利于患者肺功能的康复，提高生活质量，值得临床推广。但本研究亦存在局限性与不足，如入组样本量偏少，缺乏阈值负荷吸气肌训练、膈肌起搏治疗单独疗效及其与2种方法联合应用的对比研究；超声测量结果有可能受超声医生技术水平、患者配合度的影响；吸气肌训练时间可能因患者耐受力不同而导致训练时间不够严格；部分COPD患者因长期、反复遭受呼吸困难、闷喘等痛苦，产生负面消极情绪如焦虑、抑郁、缺乏信心等，其负面心理可能对试验结果产生一定影响；后期研究有待进一步扩大样本量、提高医师技师业务水平、优化研究设计，条件允许下可行多中心研究，以提高观察结果的可信度；另需考虑COPD患者的心理因素影响，临床中应多给予呼吸功能知识宣教、康复及心理治疗等在内的多种综合治疗。