呼吸功能障碍在脑卒中康复中的临床研究进展

余一夫，袁春华

(1.郑州大学附属郑州中心医院 康复治疗部，河南 郑州 450007；2.江西科技师范大学 生命科学学院，江西 南昌 330013)

脑卒中是全球第二大死亡原因，是一种具有高致残率、高死亡率和高复发率的严重威胁人类生命健康的疾病，其多种并发症对肢体运动、言语、认知、记忆和心理等功能造成了广泛的影响[1]。呼吸功能障碍是脑卒中临床康复中的常见并发症之一，主要表现为肺通气、换气能力下降、呼吸肌肌力减退、呼吸肌萎缩、呼吸节律性与呼吸模式异常等，极大地影响了脑卒中患者功能的恢复[2-3]。呼吸训练可提高呼吸肌在运动中的参与程度并对呼吸肌力量进行强化[4]，能有效改善脑卒中患者的呼吸功能提高运动能力[5-7]，是促进脑卒中患者功能恢复的重要方法。本文主要对脑卒中患者呼吸功能障碍临床表现、发生机制、呼吸功能评估以及呼吸训练方法进行综述，旨在为脑卒中呼吸功能障碍领域的研究提供理论参考。

1 脑卒中患者呼吸功能障碍发生机制

脑卒中患者呼吸功能障碍发生机制复杂多样，一般由原发性中枢神经系统损害引起，致使整体的呼吸运动水平受到抑制。同时脑卒中患者在疾病发展进程中继发产生的肌肉质量、厚度、肌力等适应性改变以及多种继发性功能障碍均可对脑卒中患者呼吸功能造成影响。

1.1原发性中枢神经系统损伤 呼吸的产生依赖于中枢神经系统中脑干神经网络的支配，主要包括延髓呼吸中枢背侧呼吸组和腹侧呼吸组，以及呼吸调整中枢中脑桥前端的2对神经核团，它们共同维持着呼吸节律和通气功能的运动神经元活动[8]。卒中发生的位置可能是与机械通气需求高度相关的因素[9]，特别是调节意识水平(脑干、丘脑及边缘系统的网状结构)、呼吸(皮质、脑桥和髓质的呼吸中枢)和吞咽(髓质和脑干连接)的大脑区域受损增加了呼吸衰竭的风险[10]。其中，脑干损伤可直接影响呼吸控制中枢，脑出血水肿并伴有颅内压增高的卒中则对中枢神经系统的活动产生整体抑制，部分中枢神经的损伤还可抑制膈肌的运动神经支配，进而对呼吸功能造成影响[11]。另外，双侧延髓尾端病变也可能导致了自主呼吸能力的丧失[12]。在Khedr等[13]研究中发现，囊性梗死和完全性大脑中动脉区域梗死患者膈肌向瘫痪侧中枢传导时间完全缺失或显著延长，膈肌收缩和启动异常使机械通气量下降将导致更严重的低氧、低碳酸血症的产生。

1.2继发性组织功能适应性变化 骨骼肌在其生化结构组成中表现出显著的可塑性，以响应功能需求的增加或减少[14]。膈肌的形态和功能与骨骼肌相同，其厚度、质量以及力量的下降是呼吸功能障碍中最常见的适应性变化[15-17]。在Pinheiro等[18]研究中发现，中风患者的吸气肌肌力仅达到健康个体水平的一半。Jung等[17]研究使用M型超声检查了脑卒中患者膈肌运动功能，结果显示中风患者偏瘫侧膈肌运动明显减少。同时，有研究人员通过超声检测发现脑卒中患者患侧膈膜厚度明显较健侧和健康个体更薄[16]。在正常呼吸过程中膈肌通过与腹部肌群的协调收缩控制腹内压来调节呼吸，当脑卒中患者膈肌与腹部肌群等组织的生物力学结构特征出现异常时将直接影响呼吸调节的过程[19]。此外，脑卒中患者的肌肉张力增加和偏瘫侧胸壁肌肉痉挛限制了胸壁正常弹性扩张的生理活动，易导致呼吸运动控制不良以及异常呼吸模式的发生。脑卒中患者偏瘫侧肌肉废用、失用均可引起肌肉质量、厚度、肌力以及弹性等一系列功能结构适应性改变，均不同程度上增加了呼吸功能障碍发生的风险。

1.3医源性机械通气的影响 严重的脑损伤患者需要在重症监护室建立机械通气通路来维持呼吸，且通常需要留置一个或多个有创导管[20]。Powers等[21]研究认为机械通气是一种挽救生命的紧急措施，但机械通气时间过长会导致由肌肉萎缩和收缩功能障碍而引起的迅速发展的膈肌无力。当给脑卒中患者提供呼吸机支持时，呼吸机为患者提供全部通气，此时患者的呼吸肌肌群活动大幅减少，长时间呼吸肌的失用必然引起肌肉生理功能的失调。越来越多的动物实验和人体试验证明，机械通气时间延长导致了膈肌萎缩并引起膈肌质量和肌力的下降[22-24]。这也是脑卒中患者后期康复过程中难以脱机和拔除气管的主要原因之一，并进一步影响了脑卒中患者的呼吸及肢体运动功能的恢复。

2 脑卒中患者呼吸功能障碍临床表现

脑卒中患者呼吸功能障碍常见临床表现主要包括肺功能减退、呼吸肌萎缩、呼吸肌肌力减退、呼吸模式紊乱以及呼吸性碱中毒等，是患者机体功能恢复进程中常见的影响因素。

2.1肺功能减退 肺功能是间接反映心血管、代谢和功能健康的生理指标。脑卒中患者肺功能减退通常表现为最大自主通气、最大呼吸压力、最大肺活量、1秒用力呼吸量和呼气流速峰值等显著降低[25]。卒中后呼吸中枢关键位置损害所引起的呼吸肌麻痹可导致单侧通气不足，同时胸肺顺应性发生改变，肺的弹性和非弹性阻力增加进而降低肺通气和灌注能力[26]。有研究显示脑卒中患者肺功能与同龄久坐人群相比大约降低50%[27]。在Santos等[26]研究中81.6%的脑卒中患者表现出限制性通气障碍以及肺总容量和肺活量受损。

2.2呼吸肌萎缩 呼吸肌萎缩在脑卒中患者中广泛存在，主要表现为肌肉组织厚度变薄以及质量的减少。已有研究证实脑卒中患者膈肌与健康个体相比明显较薄，且在呼气末时患侧膈肌厚度显著低于健侧[28]。膈肌在呼吸中占据了静息肺通气量的70%，与呼吸肌肌肉疲劳相关的运动能力的下降通常由膈肌萎缩引起。脑卒中患者偏瘫侧膈肌厚度变薄与呼吸生理运动中双侧膈肌不对称运动相关，并诱发了呼吸功能的异常[29]。

2.3呼吸肌肌力减退 脑卒中患者呼吸肌肌力减退与肌肉力学特性改变以及神经抑制等因素密切相关，常引起呼吸浅快、肺不张以及肋膈和胸壁运动的动态改变，并进一步造成胸廓活动受限和限制性通气功能障碍[25]。此外，呼吸肌无力还可导致无效咳嗽、分泌物潴留以及无法保持气道通畅等问题的产生。最大吸气压(maximal inspiratory pressure，MIP)和最大呼气压(maximal expiratory pressure，MEP)是表示呼吸肌肌力大小的测试指标，脑卒中患者呼吸肌肌力减退直接体现为MIP和MEP值的下降[30]。Sutbeyaz等[31]研究指出呼吸肌阈值压力负荷训练具备改善中风患者呼吸肌肌力的作用，在改善脑卒中患者呼吸肌肌力和疲劳水平方面有显著效果。

2.4呼吸节律性与模式紊乱 呼吸节律性与模式紊乱是卒中后最常见的并发症，包括周期性潮式呼吸、共济失调呼吸、长吸式呼吸、喘息、中枢神经源性通气过度、肺换气不足以及呼吸暂停，在呼吸过程中良好的呼吸模式表现为膈肌和腹肌共同收缩，通过腹内压调节来控制呼吸[32]。呼吸模式改变是引起通气效率降低并导致运动耐力下降的因素之一。异常的呼吸模式可导致机体发生广泛的生化改变[33]。当上胸部扩张超过腹部和下肋部的扩张幅度时，该呼吸模式下所产生的较小的胸腔扩张减少了肺活量和气体的交换，也因此造成辅助呼吸肌的过度使用来补偿气体交换不足。有研究表明，辅助呼吸肌的过度使用可导致肋间肌活动和肋骨运动减少，从而使膈肌运动受到抑制[34]。Kocjan等[35]研究认为不对称的膈肌收缩可能会改变腹内压的调节过程，从而影响正常的呼吸模式。

2.5呼吸性碱中毒 呼吸性碱中毒是由于过度通气或持续性呼吸急促引起[36]。中枢神经系统损害后可导致过度通气的产生，当过量的二氧化碳被呼出时二氧化碳分压降低并引起动脉血碳酸的下降，导致相对的碱中毒。在呼吸性碱中毒发生过程中，肌肉细胞和血流中酸性物质不断积累，机体自我调节机制中碳酸氢根作为平衡酸碱性物质的关键元素，反而加快了呼吸频率，并导致二氧化碳水平再次降低，引起呼吸肌无力以及缺氧的症状。

3 脑卒中患者的呼吸功能评估

3.1呼吸功能定性评估

3.1.1膈肌功能评估 膈肌功能评估主要通过徒手触诊肋骨横向移动、外侧腹部激活程度、胸廓过度上移和竖脊肌过度激活来判断呼吸功能状态。具体方法如下：患者取坐位，评估者位于患者身后并将第2和第3根手指轻放在患者的下位肋骨上，以检测呼吸过程中胸腔的运动，同时将拇指放在胸腰椎两侧的肌肉上感受它们的收缩强度，将第四和第五根手指轻放在外侧腹壁上来检测腹壁的离心收缩和呼吸过程中腹内压的变化。一些常见的可观测到的异常呼吸包括：①由于辅助呼吸肌的代偿以弥补膈肌活动不足而引起的胸廓或肩部上抬；②竖脊肌过度收缩；③外侧胸腔扩张不足或腹壁对腹内压变化产生的阻力；④无法保持脊柱直立对齐[37]。这些异常情况一般直接暗示了呼吸功能障碍的出现。

3.1.2呼吸模式评估 呼吸模式评估主要包括胸式呼吸和腹式呼吸的区分以及目测呼吸波变化，以此判断肌肉代偿和功能障碍问题。①胸式和腹式呼吸评估：患者取坐位，将一只手放在上胸部，另一只手放在腹部，评估者在患者连续的呼吸过程中观察其手的移动方向。若位于胸部的手比位于腹部的手移动更明显，则表示呼吸模式以胸式呼吸为主导，反之则以腹式呼吸为主导。若位于胸部的手移动方向是向上而不是向前，且同时相比腹部的手移动更为明显，则表示上胸部呼吸模式异常。②呼吸波评估：患者取俯卧位，评估者蹲在患者一侧并观察其深呼吸时脊柱的起伏波动，良好的呼吸波形表现为从腰骶部开始向颈椎处延伸。当任何一个脊柱节段活动受限或肌肉僵硬短缩时，则波形运动模式发生改变。

3.2呼吸功能量化评估

3.2.1通气功能评估 通气功能通常使用带压力阀的评估设备对相关指标进行测试，可直观地反映出患者通气能力[31]。相关指标包括：每分钟最大自主通气量(maximal voluntary ventilation，MVV)、用力肺活量(forced vital capacity，FVC)、呼气流量峰值(peak expiratory flow，PEF)、第一秒用力呼气容积(forced expiratory volume in one second，FEV1)、一秒率(FEV1/FVC)、MIP和MEP。其中MVV和FVC主要反映肺的通气能力，PEF反映咳嗽功能，FEV1和FEV1/FVC反映的是通气过程中气道有无阻塞以及气道阻塞的程度，MIP和MEP则分别反映吸气肌和呼气肌的肌力水平。

3.2.2动脉血气分析 动脉血气值是监测患者机体酸碱平衡、气体交换有效性和呼吸控制状态的重要参考指标[38]，可根据二氧化碳分压、氧分压和碳酸氢根浓度等来判断呼吸功能异常情况。例如二氧化碳分压的降低将导致动脉碳酸的下降从而引起呼吸性碱中毒，当低碳酸血症加重或持续发生时则会抑制神经元活动，并使神经元反应迟钝。

3.2.3膈肌超声成像 膈肌是主要吸气肌，在机体呼吸过程中对膈肌收缩活动、厚度和结构特征等进行精准评估和监测在临床治疗中已作为越来越重要的优先考虑事项[39]。膈肌超声成像在机械通气过程中提供了一种非侵入性的、可行的测量膈肌生物力学和功能的方法，相比徒手膈肌功能评估、X线片等具备精准、高效和低电离辐射等优势，其中膈肌厚度、偏移距离、振幅和收缩速度是膈肌超声评估中的常用指标[16-17, 39]。

3.2.4膈肌肌电图 膈肌肌电图分析常用电极包括体表电极、经皮穿刺电极及食道电极，主要通过膈神经电刺激来诱发复合膈肌动作电位记录其收缩运动时的肌电信号，是评估人体膈肌功能的常用方法[40]。

4 呼吸康复训练方法

4.1胸式呼吸和腹式呼吸 胸式呼吸是以肋间肌、肩胛提肌、斜方肌等肌肉的运动为主，膈肌收缩幅度较小，呼吸时胸廓扩张较为明显的一种呼吸模式。腹式呼吸则以膈肌运动为主，在吸气时表现为胸廓上下径增大，腹内压增加。腹式呼吸训练时通常让患者处于平卧位，双腿屈髋屈膝，双足置于床面，一手置于胸前，另一只手置于腹部，采用鼻吸口呼的方式，每次呼吸均保证腹部隆起并用放在腹部的手施加一定的压力。在呼吸运动训练中常使用腹式呼吸来指导患者进行呼吸运动训练。有研究发现与胸式呼吸相比，腹式呼吸运动训练可更有效改善脑卒中患者呼吸功能并提升其运动能力[41]。Lee等[42]研究认为基于超负荷原理下的腹式呼吸可以作为一种有效的呼吸训练方法。

4.2缩唇呼吸 缩唇呼吸训练可用来减轻呼吸困难的症状，使用该方法训练时可在气管和支气管内产生一定的压力差来防止气道过早塌陷，主要强调嘴呈缩唇状来进行缓慢呼气训练。Cabral等[43]研究表明，在慢性阻塞性肺疾病患者中进行缩唇呼吸训练可减少动态过度充气，并能改善亚极量运动训练强度时的运动耐受性、呼吸模式和动脉氧合。Seo等[44]研究指出通过膈肌呼吸运动训练结合撅唇呼吸可对脑卒中患者呼吸肌产生积极的作用。此外，缩唇呼吸还可调节呼吸模式，释放肺部滞留的空气，促进全身放松，保持呼吸道长时间开放，延长呼气时间[45]。然而，目前缺乏关于脑卒中患者进行缩唇呼吸训练的研究，尚需更多高质量的研究数据来支持缩唇呼吸训练对脑卒中患者积极的影响。

4.3呼吸肌抗阻训练 呼吸肌抗阻训练是一种新型呼吸运动训练方法，通过使用带阻抗的呼吸训练器所产生的气道吸气流动阻抗来进行呼吸训练，以达到呼吸抗阻的目的，可有效改善吸气肌力量和肺功能，缓解呼吸困难症状。Kido等[46]研究采用呼吸阻力训练与持续性体力消耗相结合的方法，对健康成年人训练后的生理效果及耐力的变化进行了研究，结果表明与常规训练方法相比，呼吸阻力与持续性体力消耗相结合的训练方法更有利于提高耐力和呼吸肌功能。Molassiotis等[47]研究将压力阈值装置应用到肺癌患者呼吸困难管理中，并证实了呼吸抗阻训练在肺癌患者中的可行性和有效性。此外，有学者应用腹部加压法进行呼吸抗阻训练，通过将压力叠加在前腹壁上对膈肌提供直接阻力，该方法同样被用于训练四肢瘫患者来改善其呼吸肌功能[48-49]。

4.4胸廓扩张法 胸廓的弹性是满足正常呼吸的主要因素之一。脑卒中患者偏瘫侧躯干的运动功能减退极易导致躯干肌群萎缩、僵硬，引起胸廓的弹性降低，进而导致限制性通气障碍。利用中医正骨或整脊手法可调节肋骨的附属运动，并能维持胸椎的伸展和旋转灵活性，是恢复胸廓弹性扩张能力的重要手段。此外，Kim等[50]研究通过胸廓扩张阻力训练对30例吸气肌无力的老年患者进行了干预，结果证明胸廓扩张阻力训练对改善老年人胸廓扩张和最大吸气压具有良好的效果。

4.5膈肌放松法 膈肌作为主要的吸气肌，改善膈肌的运动功能可以更加有针对性地提高人体的呼吸运动能力。膈肌放松技术通常由治疗师在患者肋缘处直接徒手施加压力，通过调节胸廓的活动以及膈肌肌纤维的张力来提高膈肌收缩功能改善呼吸[51]。Rocha等[51]研究表明徒手膈肌放松技术可提高慢性阻塞性肺疾病患者的膈肌活动能力、运动能力和吸气能力。李琳琳等[52]研究发现，与单独的吸气肌训练相比，膈肌松解技术与吸气肌训练结合可更好地改善脑卒中患者呼吸肌功能。徒手膈肌放松技术操作简便实用，但目前国内外的研究较少，还需进一步研究论证膈肌放松技术对脑卒中患者呼吸功能的影响。

4.6中医呼吸吐纳法 六字诀是传统中医中呼吸吐纳法的代表，通过鼻吸口呼的深慢呼吸方式，借助“嘘、呵、呼、呬、吹、嘻”6个字的不同发音口型来调节气息出入流动。已有研究表明六字诀应用于呼吸功能减退的患者具有改善其肺功能及呼吸肌肌力的功效。Zheng等[53]研究发现六字诀呼吸吐纳法在改善脑卒中早期患者躯干控制能力、呼吸肌肉功能及日常生活能力方面比常规呼吸训练有更大的变化。Wu等[54]研究通过改变六字诀训练环境，将受试者分为水中六字诀训练组、陆地六字诀训练组和对照组，其研究结果显示水中六字诀运动对慢性阻塞性肺疾病患者的呼吸肌肌力以及外周骨骼肌均有良好的效益，与陆地六字诀运动相比，水中六字诀运动在改善上下肢力量和耐力方面可能有更好的效果。Tang等[55]研究认为六字诀是一种切实可行的呼吸运动训练方案，可以提高新型冠状病毒肺炎出院患者的功能和生活质量。

4.7体外膈肌起搏训练 体外膈肌起搏(external diaphragm pacing，EDP)是通过外置电极刺激膈神经来诱发膈肌收缩，达到预防膈肌萎缩和促进其功能恢复的目的。陈妙玲等[56]研究表明EDP联合体位改变治疗可改善脑卒中气管切开患者的膈肌活动能力，促进肺部感染的恢复。闫斌等[57]研究探讨了体外膈肌起搏器联合高流量鼻插管氧疗(high-flow nasal cannula，HFNC)治疗重度脑出血患者的效果，结果表明EDP联合HFNC可增加膈肌偏移，缩短脱机时间和神经系统重症监护室住院时间。体外膈肌起搏具有操作简单方便、无创伤等优点，但治疗中膈神经电极的放置常因个体差异以及多种外部因素导致难以准确定位，且电流刺激强度过大以及刺激频率过快等问题容易引起膈肌疲劳，在膈肌功能重建恢复过程中易造成一定影响。因此，对于体外膈肌起搏治疗的可行性和有效性还需进一步深入研究。

5 小结

目前针对脑卒中患者呼吸功能进行康复训练的研究日益深入，但各类呼吸训练方法对其呼吸功能的影响证据有限，有关脑卒中患者呼吸功能障碍的机制还需进一步研究。同时呼吸功能障碍在脑卒中患者中表现多样化，需通过精准评估后制定个性化呼吸治疗方案来确定最佳的呼吸训练干预方式和训练强度，以妥善解决患者不同的功能障碍需求。