吸气肌训练促进心脏手术病人肺康复的研究进展

岳明叶，王慧华，胡玉婷，刘兴红，王怀松，肖 苗

华中科技大学同济医学院附属协和医院，湖北 430022

心血管疾病病人在世界范围内不断增加，根据世界卫生组织的报告，每年有1 750 万人死于心血管疾病，其中75%的死亡发生在中低收入国家[1]。尸检报告的数据显示，与心脏手术相关死亡的5%～8%与肺部并发症有关[2]。而在心脏外科手术中，术后肺部并发症如肺炎、肺不张等根据定义和诊断不同其发生率为10%～87%[3-4]。肺部并发症的发生会直接影响病人的术后恢复、延长病人的住院时间甚至导致病人死亡[5]。心脏术后肺部并发症的影响因素包括年龄、吸烟、术前肺部疾病、麻醉、手术方式、体外循环时长等，特别是与手术直接相关的胸壁力学变化导致了病人术后呼吸肌力量和肺功能的减弱[6]。国外大量研究表明，吸气肌训练（inspiratory muscle training，IMT）作为促进病人肺康复的手段之一，有助于提高心脏手术病人吸气肌力量，增强肺功能，减少肺部并发症的发生率，提高运动能力，改善生活质量和减少住院时间[6-9]。而国内吸气肌肉训练的研究多集中在慢性阻塞性肺部疾病、慢性心力衰竭、脑卒中和脊髓损伤等方面，而对于心脏手术病人的吸气肌训练相关研究尚处于起步阶段，现将近年来国内外心脏手术病人吸气肌训练方面的相关信息进行总结和分析，以期为临床促进病人肺康复提供依据。

1 吸气肌概念

吸气肌是指包括膈肌、肋间肌、腹直肌、胸锁乳突肌、胸背部肌群等在内的与呼吸运动有关的肌肉；膈肌是最主要的吸气肌，承担70%的呼吸活动。吸气肌训练是指在吸气过程中施加负荷并且旨在增加吸气肌的力量和耐力的训练方法，同时改善心肺功能，促进运动能力的恢复[10]。

2 吸气肌训练促进肺康复的机制

心脏手术后的病人由于胸壁力学的改变使肺容积下降和呼吸肌力量减弱，造成肺通气量、潮气量下降等肺功能障碍和气道清除能力降低，使血气交换受损，呼吸功能降低，进而导致肺部并发症的发生。当吸气肌力量减退，特别是膈肌虚弱时，容易发生呼吸肌“窃流现象”。窃流原理是，在闭合的循环系统中，总流量不变，特定的支流增加会使其他支流的流量减少。所以当吸气肌功能减退后，其本身血流减少，会在运动时窃取运动肌的血流，从而导致运动耐力下降[10]。而吸气肌训练一方面可以通过吸气肌肌力训练和耐力训练使吸气肌力量和持久性增加，加强气道清除和防御能力，减少分泌物潴留和气道塌陷，进而减少肺部并发症的发生，改善肺功能，促进肺康复；另一方面，吸气肌训练可以增加呼吸肌内线粒体和Ⅱ型肌纤维数量，防止呼吸肌萎缩和功能下降，可以通过防止和减缓吸气肌萎缩避免运动时发生“窃流现象”，可以降低交感神经活性，降低外周血管张力，增加运动肌血流，改善运动肌功能，从而改善病人生活质量[11]。

3 心脏手术病人吸气肌训练的实施

3.1 实施者 在国外，吸气肌训练主要由物理治疗师、肺康复治疗师和受过专业训练的护士来执行[12-14]，国内呼吸训练一般由护士来完成，可以对护士进行系统的相关培训，来协助病人完成吸气肌训练。

3.2 实施对象 ①病种差异：吸气肌训练在呼吸系统疾病、心血管系统疾病、神经系统疾病等均有研究报道[10,15-16]，心脏手术病人吸气肌训练的研究报道多见于国外，以瓣膜病和冠状动脉旁路移植病人为主[7-8,13]。国内有研究者将吸气肌训练运用于经皮冠状动脉介入治疗术后病人，有效改善了病人的心肺功能[17]。②年龄差异：有研究者对各个年龄段的受试者分别分析了吸气肌训练的效果，显示吸气肌训练对进行肺康复治疗的所有年龄段病人都有益，但是老年病人的受益更大[18]，比如Chen 等[19]的研究对象只选择了年龄≥50 岁的心脏病手术病人实施吸气肌训练。③风险差异：Durrand 等[20]使用呼吸风险评估评分系统筛查术前病人，对中高级风险病人实施吸气肌训练，结果显示术前吸气肌训练可以增强吸气肌力量，并减少围术期发生肺部并发症的风险。部分研究者主张针对肺部并发症高风险病人实施吸气肌训练，以取得更好的训练效果[4,21]。随着吸气肌训练在临床应用广泛，研究病种、内容日益丰富，今后研究可尝试将吸气肌训练运用于心脏移植、大血管疾病和先天性心脏病等心脏手术病人，深入研究各个年龄层和风险水平，确定最佳受益目标人群。

3.3 介入时机 吸气肌训练的实施可以贯穿在治疗的各个阶段。①单纯术前：Chen 等[19]研究报道，在术前进行吸气肌训练可减少肺部并发症的发生率和住院时间。Thybo 等[6]的研究显示术前实施吸气肌训练可以提高病人吸气肌的肌力和耐力，从而降低术后肺部并发症的风险。②单纯术后：已有的文献中，心脏手术病人在术后不同的康复时期实施吸气肌训练均有报道。I 期康复期：Cargnin 等[7]在病人行瓣膜置换术后第3 天开始执行吸气肌训练，结果显示4 周的吸气肌训练可使病人的吸气肌力量和肺功能更快地恢复到术前水平；也有研究者在病人由重症监护室转至普通病房后开始介入吸气肌训练，证实术后吸气肌训练可以增加病人最大吸气压力（maximum inspiratory pressure，MIP）和6 min 步行距离（6-minute walk distance，6MWD），并减少病人住院时间[22]；Ⅱ期康复期：Hermes 等[23]的研究是在冠状动脉旁路移植术后病人的心脏Ⅱ期康复中进行的，他们将吸气肌训练与有氧训练、抗阻力训练相结合，使病人的吸气肌力量、运动功能和生活质量都得到显著改善。③全围术期：有研究者在术前5 d 和术后5 d 对冠状动脉旁路移植病人均进行了吸气肌训练干预，结果显示吸气肌训练可使病人的吸气肌力量、运动能力、生活质量和社会心理状态更快恢复，并缩短重症监护时间[24]。吸气肌训练在心脏手术病人治疗的各个阶段都可以考虑介入，但具体介入时机还应在评估病人的血流动力学、生命体征等是否稳定后，结合医院和病人的实际情况来决定。

3.4 实施场所 术前心脏手术病人的吸气肌训练实施可以在医院或家中进行，术后Ⅰ期康复期间均在医院内进行，Ⅱ期康复期间吸气肌训练的执行可以在康复中心或门诊，Ⅲ康复期间则以居家为主。比如Valkenet 等[21]的研究是以家庭为基础的术前吸气肌训练计划，物理治疗师在术前指导病人每天在日记上记录在家里的训练执行情况、强度和呼吸困难评分等，并根据评分及时调整训练强度，每周对病人进行一次监督指导。吸气肌训练场所选择应综合考虑病人身体状况、术前准备时间、交通方便性和经济能力；有条件者均建议在医院或康复中心内专业人员的指导下进行，不方便的病人也应在接受专业人员培训指导后才可以居家训练，并定期接受回访。

3.5 实施方式 吸气肌训练包括力量训练和耐力训练。①力量训练：最常见的是阻力负荷和阈值负荷训练。受试者通常在训练时采用站姿或坐姿，将鼻夹戴在鼻子上夹住鼻孔，含住训练设备的咬嘴进行吸气训练。常用的阻力训练设备有“Tri-Ball”呼吸训练器、抗组呼吸激励训练器等，训练器可以通过调节吸气通道孔径的大小来调节吸气的阻力，孔径越小，吸气的阻力越大，以此来达到训练目的。阈值负荷设备包含一个校准的弹簧加载阀，在吸气过程中提供恒定和预定的训练负荷；预定负荷一般根据最大的吸气压力的百分比设定，病人需努力吸气来达到阈值。吸气肌的阈值负荷训练常用线性压力阈值负荷设备（如Threshold®Respironics®IMT）[25]，也可以使用电子负荷调节设备（如POWERbreatheK®系列）[26]，这些电子设备可以与流量呈比例的调整施加的阈值负荷，流量越高，阻力越大，流量降低，阻力降低，给病人带来更大的舒适感。②耐力训练：一般采用低强度、多次数的自主CO2过渡通气训练[15]，即持续深快呼吸，训练时需注意防止低碳酸血症的发生。

3.6 吸气肌训练处方 已报道的心脏手术病人吸气肌训练处方内容各有不同。①吸气肌的训练周期：国外有报道最小周期为3 d[27]，最长周期为1 年[25]；有些研究中，病人在术后拔除气管插管后开始接受吸气肌训练直至出院[22,28]；而多数研究的训练周期都＞2 周[7,12-13,24]；国内有研究者结合我国5～7 d 的术前准备情况，将训练周期设为术前5 d[19]。②吸气肌训练的频率：各个研究的频率设定各异。多数研究主张每天进行15～30 min 不等[4,8,13,19,21]的吸气肌训练；也有研究者将训练频率设定为每天2 次，每次3 组，每组10 下[22,29]；Dos Santos 等[30]则采用低频率的吸气肌训练方案，即每周只锻炼2 次，每次做5 组，每组10 下，组间隔1 min。③IMT 的强度及强度调整：吸气肌训练前需测量病人的最大吸气压力，将吸气肌训练设备以病人最大吸气压力的百分比设置初始负荷，以此强度进行训练。多数研究者以低中强度的负荷开始训练，最小为病人最大吸气压力的15%[22],以30%[4,7,12-13,19,21,23]和40%[27,29]居多；Dos Santos 等[30-31]则主张中高强度的吸气肌训练方案，两者均以病人最大吸气压力50%的负荷开始训练，逐渐增加负荷直至病人最大吸气压力的80%，并以此负荷强度维持训练直至结束，不同的是，前者在第3 周开始每周递增5%[30]，后者则每两周增加10%[31]。多数研究调整训练强度是根据Brog 量表中的呼吸困难评分。Valkenet 等[21]认为吸气肌训练强度为最佳负荷时病人呼吸困难评分为5 分或6 分。如果病人训练后评分低于5 分，则在下一次训练时将阈值负荷增加5%，评分为5 分或6 分时阈值负荷不变，评分为7 分或更高时将阈值负荷降低。也有研究者调整强度的方法是定期重测病人的最大吸气压力，调整训练负荷始终维持在病人最大吸气压力的30%[7,25-26]。④呼吸方式和频率：关于训练时的呼吸方式，只有部分研究强调训练时需以腹式呼吸为主[7,13,19,23,30]；对于呼吸频率多数研究没有明确说明，有研究建议训练时呼吸频率控制在15～20/min[23]；在Kodric 等[25]的研究中，要求受试者进行吸气肌训练时保持5 s 设定负荷的吸气和2 s 深慢呼气的呼吸频率。吸气肌训练实施时呼吸方式和频率是否对训练效果有影响，并未有研究提到，可以在今后研究中深入探讨。⑤基于无氧阈值的吸气肌训练：Cordeiro 等[32]在训练前评估病人的无氧阈，病人以不超过无氧阈内的负荷进行吸气肌训练，每隔4 d 重新测量无氧阈，并以此调整训练负荷，训练从术后第1 天开始，每天2 次，每次重复15 下，直至出院。选择无氧阈内负荷的方法是：先测量病人的静息时手指血糖，然后以10%最大吸气压力的负荷开始第1 组吸气肌训练，15 下为1 组，下一组训练负荷递增10%，每组结束后测量血糖，组间间隔2 min，直至病人完成10 组或者无法继续训练；选择低血糖值对应的负荷即为病人每天的训练负荷。且基于无氧阈的吸气肌训练可有效减少病人术后吸气肌力量的损失，增加6 min步行距离。吸气肌训练处方在目前的研究中并没有统一标准，但是研究都肯定了吸气肌训练在心脏手术病人中的应用效果。Kendall 等[18]认为干预的有效性与吸气肌训练的剂量有关，吸气肌训练应至少持续两周时间，每天超过15 min，训练强度逐渐增加，并联合其他运动模式。吸气肌训练处方的有效疗程和强度需考虑到病人的临床状态、耐受程度、依从性和医院的实际情况等来进行科学、合理的设计，以达到促进病人肺康复的目的。

3.7 吸气肌训练的可行性和安全性 Hulzebos 等[4]对冠状动脉旁路移植术后肺部并发症高危病人术前吸气肌训练的可行性及效果进行研究，结果显示吸气肌训练的可行性良好，无不良反应发生。在一项冠状动脉旁路移植病人术前吸气肌训练的研究中报道了1 例病人训练时出现呼吸困难，还有1 例病人在接受长时间的I 吸气肌训练后出现胸痛的不良事件，但是2 例病人都在调整训练方案后继续完成了训练[21]。Cargnin等[7]对瓣膜手术后病人进行吸气肌训练时的不良事件进行了监测，评估病人与运动不耐症（头晕、苍白、呼吸困难、低血压）以及胸骨缝线或手术伤口变化有关的体征和症状，并无不良事件的发生。吸气肌训练操作简单、方便，对于病人而言相对安全且耐受性良好，并且对促进病人肺部康复效果明显[4,6-7,9]，是一种可行的干预措施。建议在吸气肌训练实施前对病人进行评估，设置合理干预准入制度，实施时由专业人员进行指导，并对病人的训练进行安全性管理，提供安全保障措施。

4 吸气肌训练联合其他康复训练的应用

4.1 吸气肌训练与有氧抗阻训练 多项研究将有氧抗阻训练与吸气肌训练结合运用于心脏术后病人的康复训练中。Hermes 等[23]将联合训练（有氧运动和阻力运动）与吸气肌训练结合运用于处于Ⅱ期心脏康复的冠状动脉旁路移植病人，干预组给予吸气肌训练和联合训练，对照组给予联合训练，为期12 周，每周2 次。研究发现，与对照组相比，干预组的最大吸气压力、最大呼气压力、峰值耗氧量和生活质量评分均有较大增加（P＜0.001）；Dos Santos 等[30]的研究也表明，有氧运动和阻力运动联合中度至高强度吸气肌训练可以改善冠状动脉旁路移植病人术后运动能力、6 min 步行距离、吸气肌力量、生活质量和抗氧化特性。

4.2 吸气肌训练与外周肌训练 Muammer 等[13]将吸气肌训练与外周肌肉训练相结合运用于有代谢综合征的冠心病病人，发现治疗后病人的呼吸肌力、呼吸困难评分、运动能力、空腹血糖和抗链球菌溶血素O 均有显著改善（P＜0.05）。

5 心脏手术病人吸气肌训练效果评价

目前，对心脏手术病人吸气肌训练研究的主要效果评价是吸气肌力和肺功能增强、肺部并发症发病率降低、运动能力和生活质量改善等。研究中大多采用最大吸气压力和最大呼气压力评估病人吸气肌功能，不论是术前、术后还是围术期实施的吸气肌训练均不同程度增加了病人的吸气肌力或使病人术后吸气肌力更快恢复至术前水平[7,12-13,19-24,30-32]。在对肺功能的评价中，研究者在不同的研究中对第1 秒用力呼气量、分钟通气量、潮气量、用力肺活量、最大通气量等这些评估指标选择稍有不同，但总体表现出了与对照组的显著差异，显示了吸气肌训练对肺功能的明显改善效果[7,13,19,29]。研究结果显示，肺部并发症发病率的降低以肺炎和肺不张的发生率降低最为明显[4,6,16,19-21,33]。运动能力的改善多以6 min 步行距离和最大摄氧量的增加来体现[7-8,13,22-25,28,30-31]，当吸气肌训练联合有氧运动、抗阻运动等其他训练时病人的运动能力和生活质量的改善更明显[13,23,28,30-31]。多项研究显示，吸气肌训练都对住院时间的缩短有益[8,19-22,32]。Gomes 等[34]对心脏手术病人术前、术后吸气肌训练效果的研究进行了Meta 分析，共纳入8 项随机对照试验研究，分析显示吸气肌训练可使术后住院时间缩短2 d。

6 吸气肌训练效果及建议

6.1 吸气肌训练能促进心脏手术后肺康复 大量文献表明，心脏术后病人吸气肌力和肺功能会显著下降并持续数周之久，而吸气肌力和肺功能的下降与肺部并发症的发生和死亡率密切相关[3,7,18,22,34]。吸气肌训练作为促进病人肺康复的手段之一，其效果在研究中都得到了证实，术前吸气肌力量的提高可以加强气道清除和防御能力，减少分泌物潴留和气道塌陷，术后吸气肌力、肺功能的早期恢复能够加快肺部通气-血流比值的改善，降低病人出现肺不张、肺炎等肺部并发症的风险。在心脏手术围术期实施吸气肌训练，不仅有助于提高病人呼吸肌力量、促进病人肺康复、降低术后肺部并发症发生率和减少病人的住院时间，联合有氧运动和阻力运动的训练还可以明显改善病人的运动能力和生活质量。对比传统深呼吸、缩唇呼吸训练等常规护理方法，使用呼吸训练器进行呼吸肌锻炼可操作性强，可自主调节、加强训练强度、评估呼吸容量等指标，具有明确的量化标准和直观视觉反馈的优势，另外吸气负荷渐进式递增使病人锻炼信心增加，有助于提高病人依从性。

6.2 加强医务人员及病人对吸气肌训练的认知 ①加强医务人员的认知：吸气肌训练已逐渐在慢性阻塞性肺疾病等其他疾病病人中广泛运用，但在国内，吸气肌训练在心脏手术病人的运用尚在起步阶段，随着快速康复理念在心脏外科领域的深入，医护人员需要及时更新吸气肌训练相关知识，以促进病人的快速肺康复。②加强病人对吸气肌训练和肺康复的认知：病人缺乏吸气肌训练和促进肺康复的相关知识，对于心脏术后康复存在一定误区，认为术后应多“静养”。需要增加病人获取相关知识的渠道，比如建立心脏外科公众号、定期更新相关术前健康教育、术后心肺康复训练方法等相关知识、免费发放心肺康复指导手册、医务人员加强术前宣教和术后指导等。

6.3 加强对吸气肌训练实施方案的改进 已发表针对重症呼吸系统疾病的专家共识[35]对吸气肌训练处方的建议是：以30% 最大吸气压力的强度每天训练1次或2 次，每次15 min，每周5～7 d，持续2 周以上，并根据个人情况增加训练强度，尚无针对心脏手术病人吸气肌训练方案的标准。现有研究对心脏病手术病人吸气肌训练实施的起始负荷、最大负荷、负荷增量、干预周期、频率、呼吸配合和监督程度等具体细节各有差异，缺乏权威的指南，最大获益的目标人群不够明确，需要更大规模和更高质量的随机对照试验来优化吸气肌训练实施方案，促进吸气肌训练在心脏外科运用的改进和推广。

6.4 提高病人呼吸训练的依从性 心脏手术后多数病人有明显的伤口疼痛，疼痛引起的肌张力增加会造成病人的肺顺应性下降，通气功能下降，影响病人的呼吸运动并分散其呼吸训练的专注力。医护人员需重视病人主诉，及时选择有效的疼痛治疗措施，切实缓解病人疼痛以免阻碍病人的康复训练。同时，合理设置吸气肌训练方案，Van Buuren 等[12]通过建立吸气肌训练方案图，设定治疗目标，增强了病人的动力和依从性。而有研究者认为过长的干预周期会降低病人训练的依从性[19]，因此在吸气肌训练方案设置时应考虑病人的实际情况，以病人可耐受、可依从、有效果的训练为目标来设置个性化的方案。最后需要加强监督，已有研究认为病人在医护人员的指导和监管下，能够获得较好的康复效果，同时发动家庭成员参与监督，更能提高病人的训练依从性，从而提高训练效果。

7 小结

不论是术前吸气肌训练，还是术后吸气肌训练，或者联合其他康复训练的吸气肌训练方案，都可以不同程度地增强病人吸气肌力量和肺功能，降低术后肺部并发症发生率和住院时间，改善运动能力和生活质量。现有研究吸气肌训练处方内容各异，效果评估方法不一，国内对于吸气肌训练在心脏外科的应用认识不足、研究不多、方案实施不够规范；需要借鉴国外相关指南，在国内开展大规模、高质量的随机对照试验，将吸气肌训练应用于各类心脏手术病人，来进一步完善吸气肌训练实施方案细则和目标人群效果验证，为促进病人康复提供更好的训练方案。