振荡呼气正压技术在儿童气道黏液高分泌相关疾病中的应用进展

魏红雨 刘玉琳 车小燕 杨姝晖

气道黏液高分泌是迁延性细菌性支气管炎、囊性纤维化(cystic fibrosis,CF)、慢性化脓性肺疾病、支气管扩张等儿童慢性气道炎性疾病主要的病理生理特征和临床表现[1-2]。正常情况下,气道分泌的黏液有清除有害物质、维持气道湿润等功能,在氧化应激、空气污染物和感染等致病因素的刺激下,导致气道产生大量促分泌因子和炎症介质,引起气道黏膜下腺体和杯状细胞增生肥大,分泌过多病理性粘稠黏液,损害纤毛黏液清除功能,过多的粘稠黏液还会阻塞气道、导致患儿呼吸困难,甚至死亡[3-4],因此及时清理过多的气道粘稠黏液,对于儿童气道黏液高分泌相关疾病的预后和转归非常重要[5]。气道廓清技术(airway clearance therapy,ACT)是促进儿童气道粘稠黏液排出、改善疾病预后的有效手段[6],目前临床已有多种ACT用于儿童气道黏液高分泌相关疾病的治疗,其中振荡呼气正压技术(oscillation positive expiratory pressure,OPEP)将呼气正压和高频振荡相结合,能有效促进气道黏液排出、改善肺功能[7]。目前,OPEP在我国尚处于初步发展阶段,关于OPEP在儿童气道黏液高分泌相关疾病中的应用研究较少,本文就OPEP儿童气道黏液高分泌相关疾病中的应用进行综述。

一、OPEP排痰原理

OPEP作为ACT中最常见的清除气道黏液的物理治疗方式,自20世纪80年代以来,已经研制了多种OPEP装置,包括Flutter、Quake、Lung Flute和Acapella等。OPEP将呼气正压与高频振荡双重功效相结合,以增强排痰功效。首先,呼气正压可以防止气道塌陷和改善侧枝通气,使更多的空气积聚在分泌物后,在痰塞部位形成压力梯度促使小气道分泌物向大气道移动[8];其次,高频振荡可以增加呼气气流与气道的剪切力,从而降低气道内痰液的粘滞性,促进痰液的清除,其使用便捷、操作简单,不受时间和地点的限制,患儿也更容易接受和长期坚持[9-11]。但未经引流的气胸、血液动力学不稳定、颅内压增高、近期颌面外科手术或创伤、可疑或存在活动性咯血患儿禁用[12],以免给患儿带来生命危险。

二、OPEP排痰装置

1 Flutter

Flutter是一种小型、手持的OPEP排痰装置,形状呈烟斗状,一端是塑料咬嘴,另一端是塑料质地的有孔盖板,内部在环形锥体上有一个不锈钢珠[13](见图1a)。其原理为患儿用力呼气时加速内部空气流动,钢珠抵抗自身重力沿环形锥体表面上下滚动引起气流振动;同时,钢珠沿环形锥体表面上下滚动造成患儿呼气气流中断,产生10～20cmH2O的呼气正压,可以保持呼气时小气道开放,促进气道深部的痰液排出[14]。Flutter的振动频率和呼气正压因其摆放角度不同而改变,与保持在水平位置相比,当Flutter向上倾斜(+10°～+40°)会产生更高的压力、振荡频率和呼气正压;当Flutter向下倾斜时(-10° ～ -40°)则会降低振荡频率和呼气正压,因此,患儿可通过改变Flutter放置的角度来调节振荡频率和呼气正压的大小,以便达到更好的痰液清除效果[15]。由于Flutter的排痰效果易受体位影响且需要患儿配合,故适用于年龄在8岁以上的气道黏液高分泌患儿,同时为了达到最优治疗效果,在Flutter使用前,需评估患儿的病情并对其进行反复的培训,以提高患儿使用技能[16]。

2 Quake

Quake是一种手摇式OPEP排痰器,其外观和尺寸上类似于Flutter,原理为匹配槽装置阻碍患儿呼气形成呼气压力和振荡气流[17](见图1b)。呼气压力和气流振荡频率取决于手摇柄的转动速度,当转动手摇柄的速度越快,产生的振荡频率越高、呼气压力越小,反之则产生的振荡频率越低、呼气压力越大,其产生的最佳振荡频率和呼气压力是30～60 r/min的速度旋转[18]。Quake产生的振荡频率和呼气正压的大小与手摇柄速度有关,对操作者要求较高,难以调节出理想排痰效果[19]。

图1 OPEP排痰装置

3 Lung Flute

Lung Flute是一个外形类似长笛的手持式OPEP排痰装置,长38.6cm,具有安全性高、成本较低等优势,其原理为低频声波技术,当患儿用力呼气时,Lung Flute产生18～22 Hz振荡频率,降低气道内痰液的粘滞性,同时Lung Flute产生振荡频率与气道黏膜上皮细胞纤毛运动频率基本一致,可引起共振,从而使深部的痰液更易排出[20-21](见图1c)。Lung Flute被证明有很好的痰液清除效果,于2006年被美国食品药品监督管理局(FDA)批准出售,于2007年在欧盟作为Ⅰ类医疗器械上市[22-23]。

4 Acapella

Acapella是一种新型的OPEP排痰装置,采用磁铁和配重平衡塞,将高频振荡和呼气正压相结合。患儿呼出的气体通过配重平衡塞和磁铁产生气流振荡,旋转尾部的通气口刻度盘可以调整平衡塞和磁铁之间的距离,从而改变呼气压力和振荡频率,其振荡频率范围与纤毛运动频率基本一致,可提升纤毛运动频率,推动气道内痰液的排出,同时Acapella产生的平均呼气压力为13.5cmH2O,能促进儿童塌陷的肺泡和狭窄的气道扩张,维持呼气时气道通畅,有利于痰液的咳出[24]。Acapella包括四种型号:Acapella Green、Acapella Blue、Acapella Choice和Acapella Due[25](见图1d)。最初研发的Acapella Green适用于呼气流速>15L/min的气道黏液高分泌患儿,而Acapella Blue的呼气流速<15L/min,相较于Acapella其他型号,可以应用于严重气流受限或气道不稳定的患儿[26];Acapella Choice同样适用于呼气流速>15L/min的患儿,但其能够被拆分为四个组件进行彻底地清洁,减少细菌的滋生[27];Acapella Due自带一个专用的雾化器,可在振动频率和呼气正压的协同作用下,保证雾化药物颗粒均匀细腻且直径在5μm以下,有利于提高雾化药物肺部沉积率和生物利用度,提升临床治疗疗效。Volsko等[26]比较了Acapella与Flutter的性能差异,研究发现Acapella在最低呼气流速(5mL/min)时,始终产生更稳定的振荡频率和呼气正压,能更有效促进痰液的排出,且其不依赖于重力,不受体位的影响,操作简单,更适用于儿童使用。

三、OPEP对气道黏液高分泌相关疾病的应用价值

1 增加痰液排出量,缩短排痰时间

过多气道粘稠痰液长期聚集可阻塞气道管腔,降低黏液纤毛清除功能和局部防御功能,使异物和病原菌滞留在气道和肺内,导致反复的气道和肺部感染,是影响儿童气道黏液高分泌疾病预后的重要因素。OPEP通过气流振荡方式,降低痰液的粘滞性,同时呼气正压有助于开放气道,促进气道痰液排出。一篇涉及39项研究,1114名患者的系统评价[27]证实OPEP能有效促进CF患者的痰液排出,改善其肺通气功能。Sun等[10]通过随机对照实验发现,难治性肺炎、支原体肺炎合并肺不张的患儿在使用OPEP装置后,排痰时间明显少于对照组,能有效促进患儿肺复张。Konstan等[28]评估了OPEP装置在18例气道黏液高分泌疾病患者中气道痰液清除的效果,OPEP组患者的咳痰量是自主咳嗽或体位引流患者的三倍以上。

2 有效改善肺功能

肺功能是判断气流受限的客观指标,长期呈气道黏液高分泌状态的患儿,痰液粘稠不易咳出,加重气道阻塞,气道的通畅性差,导致肺通气功能进行性下降。OPEP可以有效清除气道和肺部痰液,降低气道阻力,同时由于呼气期的正压作用,缓解气道高分泌患儿小气道阻塞,促进气体交换,从而改善患儿的肺通气功能。Bingol等[11]通过随机对照交叉试验观察OPEP技术和传统胸部物理治疗对于原发性纤毛不动症患儿的治疗效果,结果证实OPEP和传统胸部物理治疗一样可以改善患儿的肺功能,但OPEP舒适性更好、患儿依从性更高。O′Sullivan[29]研究证明,OPEP可以改善CF患儿的肺功能,提高患儿的第1秒用力呼气容积(FEV1)和用力肺活量(FVC),亦有其他研究得出相同的结论[30]。

3 提高生活质量

患儿长期反复咳嗽、咳痰,严重影响其学习、社交、睡眠等日常生活,造成患儿生活质量显著下降[31],OPEP可以有效清除痰液,减轻气道黏液高分泌疾病患儿的临床症状,从而提高患儿的生活质量。王倩等[32]采用莱塞斯特咳嗽量表(LCQ)评价慢性湿性咳嗽患儿使用OPEP装置3个月后的生活质量,OPEP组患儿的LCQ评分较高,提示生活质量明显改善。此外有研究证明OPEP可以改善CF患儿的6分钟步行实验距离(6MWT),提高其运动耐力[29]。其他研究也指出OPEP装置可以显著改善慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)患者的自我评估测试问卷评分(CAT)和圣乔治呼吸问卷评分(SGRO)评分[33-34]。

4 减轻医疗负担,提高社会经济效益

减少气道黏液高分泌疾病患儿的急性加重次数和住院天数,可以减轻患儿经济负担,提高医疗资源利用率。Milan等[35]文章中报告了OPEP/呼气正压(positive expiratory pressure ,PEP)对COPD住院患者的治疗效果,其中的前瞻性研究比较OPEP和PEP在COPD的治疗效果,发现OPEP组患者的住院时间短于PEP组,另一项回顾性队列研究,将未接受OPEP/PEP治疗的患者的数据与前瞻性研究收集的数据进行比较,结果发现OPEP/PEP组患者住院时间显著缩短,与没有 OPEP/PEP治疗相比,在 PEP 治疗中增加振荡技术,COPD患者住院时间进一步缩短。Burudpakdee等[36]比较了OPEP与常规护理对心脏、胸腔和上腹部手术患者医疗资源使用的影响,结果表明OPEP组再住院患者显著减少、平均住院时间更短、住院费用更低。总之,OPEP可给社会带来更好的经济效益,节约医疗成本,目前关于OPEP治疗气道黏液高分泌疾病的社会经济效益的研究较少,希望以后有更多研究关注OPEP的社会经济效益。

四、小结

气道黏液高分泌状态是慢性气道炎症患儿病情反复加重的一个关键因素,其与病情严重程度、急性加重次数密切相关,长期反复发作还会增加患儿家庭的经济压力,因此,减轻气道黏液高分泌状态,促进痰液的排出,是防止病情反复急性发作、改善患儿生活质量的一项重要而有意义的干预措施。OPEP是一种促进气道痰液清除的有效治疗方式,具备呼气正压和高频振荡两种作用,能有效促进痰液排出、改善肺功能、减少疾病急性加重次数、提高生活质量。目前研究证明OPEP能使成人COPD、支气管扩张、CF等气道黏液高分泌患者受益,但OPEP在儿童气道黏液高分泌相关疾病中的应用研究不多,对其认识不足,亟待更多高质量、长期研究来证明OPEP在儿童气道黏液高分泌相关疾病中应用的有效性和安全性。并且,OPEP在我国临床应用处于初步推广阶段,医务人员和管理人员还未引起足够的重视,缺少对该技术的了解,未来有必要了解OPEP在我国儿童的应用现状,提高医务工作者对其的认知度,使更多儿童气道黏液高分泌相关疾病的患者从中受益。