經絡導引肺功能順應性自我訓練裝置的研制

【作 者】齊明，龐海英，賈路洋，房穎，王愛民，蘇洪泉，謝秀娟，王海英，趙文汝

1 北京市大興中西醫結合醫院，北京市，100076

2 北京星辰萬有科技有限公司，北京市，102200

0 引言

正確的肺功能康復訓練能有效改善肺功能及預防肺部并發癥，進而提高全身臟器功能。目前，我國大多數醫院常用的方法為呼氣鍛煉，如吹瓶、吹紙袋或吹氣球練習，而呼氣鍛煉已被證實不但不能增強肺功能，反而會加重肺不張[1]。

趙文汝等研制的FG-01型肺功能鍛煉器[2]，通過“目標—動力”機制進行深吸氣練習，使呼吸向深而慢的腹式呼吸形式轉變，起到了增加肺泡通氣量、提高血氧飽和度，預防肺泡萎陷并使萎陷的肺泡重新膨脹的作用[3]。但使用該鍛煉器進行深吸氣鍛煉，仍屬自我鍛煉方式，其效果與使用者自身的理解能力、鍛煉方式的正確程度，以及鍛煉時精力是否集中等有關，進而影響深而慢腹式呼吸的“運動程序”在腦內的建立和固化。鍛煉是指已經學會的方法，經過增加使用次數和強度而增加效能的過程，但該效能隨著方法使用程度的增減而發生變化。如一名舉重運動員，經過長時間的鍛煉能舉起100 kg，隔一年不鍛煉，舉不起來，但再鍛煉就又能舉起來。其中舉重方法的正確與否是影響舉重效果的重要因素，而舉重方法學的建立則需要通過訓練才能較好實現。

我們研制的經絡導引肺功能順應性自我訓練裝置，是在原有基礎上進行改進，增加經絡導引自動語音指導系統，使用者在音像合成系統的指導下進行訓練，使之在建立“深而慢”呼吸運動程序的基礎上，形成正確的腹式呼吸運動，起到提高肺小泡的擴張能力（順應性），防止肺小泡萎陷或使萎陷的肺小泡復張，進而增加血氧飽和度的作用。

1 材料和方法

采用聚丙烯醫用塑料（PP），根據人體呼吸生理“深而慢”腹式呼吸形式有利于增加肺小泡順應性，并通過減少呼吸次數，降低從口鼻腔到呼吸性細支氣管不能進行氣體交換的無效腔容積，增加肺小泡的通氣量，進而提高肺氣體交換能力和血氧飽和度的原理，設計一種在經絡導引“調神、調息”音像合成系統的指導下，進行自我“深而慢”腹式呼吸形式的訓練裝置，由主體和經絡導引音像訓練模塊兩部分組成。

1.1 肺功能順應性訓練器主體的結構

主體由吸氣管、流量筒（小量筒）、計量筒（大量筒）、游標和手機支架組成。流量筒的作用是測量單位時間內吸入氣體的流量，其大小采用小浮漂的位置“高、中、低”三檔顯示。當氣體流量大時其產生的動力大，浮漂被托起的位置高，在寫有“高”的位置上浮動。當吸氣的流量小時產生的動力也小，浮漂則隨之下移。當浮漂停留在“低”的位置上浮動時，此時的吸氣流量最小，是形成深慢腹式呼吸最好的吸氣流量。大量筒的作用是計量一次呼吸吸入氣體的總量，以毫升（mL）計算。大量筒外面立柱上手動浮標的作用，是標識本次吸入氣體的最大量，作為使用者下一次吸氣時的趕超目標。當使用者的吸氣總量超過原有目標后，再將手動浮漂指向新的高度作為下一次吸氣量的趕超目標，以此循環往復。手機架為安放手機之用，手機內下載經絡導引肺功能順應性訓練模塊，自動指導使用者進行經絡導引調神、調息基礎上的自我深吸氣訓練，如圖1所示。

圖1 經絡導引肺功能順應性自我訓練裝置實物Fig.1 Physical picture of meridian-guided lung function compliance self-training device

1.2 訓練模塊的組成

訓練模塊包括：機制講解模塊和實際訓練模塊兩部分。

機制講解模塊采用虛擬模擬和動畫技術，講解人體肺的基本解剖、無效腔、肺小泡順應性和氣體交換過程。模塊訓練按調神的經絡包括手太陰肺經和手陽明大腸經兩種，通過動畫音像合成技術，語音指導使用者沿經絡調神、調息后，進行深而慢腹式呼吸的訓練過程，見訓練模塊框架，如圖2所示。

圖2 經絡導引肺功能順應性訓練模塊框架Fig.2 Block diagram of meridian-guided lung functional compliance training module

1.3 訓練模塊功能、使用方法及臨床適應證

1.3.1 訓練模塊的功能及調神經絡

（1）機制講解模塊

主要講解肺功能順應性對氣體交換的影響及機制，“深而慢”腹式呼吸的重要性，訓練器各部件的作用，以及具體訓練方法和注意事項等。使用者能夠清楚地了解如何使用訓練器進行訓練，為什么要進行“深而慢”的腹式呼吸訓練，以及如何按照音像合成系統，仿照自身部位進行調神、調息基礎上的深吸氣訓練。

（2）訓練模塊

訓練涉及模塊1～模塊6。按照調神、調息的經絡不同分為：

Ⅰ：手陽明大腸經走行及經絡穴位：食指末端（商陽）-食指橈側（二間）-第一、二掌骨間（合谷）-前臂橈側（偏歷）-肘外側（曲池）-上臂外側（臂臑）-三角肌-第七頸椎（大椎）-鎖骨上窩（缺盆）-絡肺（啟動深而慢腹式呼吸訓練）-屬大腸。

Ⅱ：手太陰肺經走行及所經穴位：中焦-胃-肺（啟動深而慢腹式呼吸訓練）-喉嚨-腋下（云門）-上臂（肱二頭肌）-肘窩（尺澤）-魚際-拇指末端（少商）。

按照語音指導從模塊1到模塊6進行訓練。

1.3.2 使用方法

將訓練模塊制作成經絡導引音像合成訓練軟件，手機下載軟件視頻后按以下操作步驟進行訓練：一般取坐位或臥位，坐位者抬頭挺胸，臥床者盡量取半臥位；先做數次深吸氣練習；然后使用經絡導引肺功能順應性自我訓練裝置進行訓練；訓練時要精神集中，注意觀察兩個測量筒內的浮標變化；根據個人的實際情況，調節好吸氣量刻度游標，并努力使下一次的吸氣量超過標記刻度，以此類推。在努力使吸氣量增加的同時，觀察氣體流量筒內小浮標的變化，盡量使該浮標在“最好”檔位浮動，即控制氣體流量于最小處。吸氣時注意將腹部鼓起，以保證膈肌得到訓練。制定游戲式訓練方式：如吸氣量逐次超越法和吸氣次數記錄法。

1.3.3 適應證、禁忌證及注意事項

（1）適應證

①預防或治療肺不張、阻塞性肺氣腫、慢性支氣管炎等肺部疾患；②年老體弱、心肺疾患，呼吸肌麻痹、各種手術術后，尤其新冠及其他肺部炎癥、呼吸受到不同程度影響者；③臥床、卒中、脊髓損傷、肌營養不良、產后腹肌松弛等各種類型的病人；④健康人群：學生、運動員，尤其是老年人；⑤內地赴高海拔地區的工作人員。

（2）禁忌癥

無明顯禁忌癥，但心肺功能嚴重障礙、腹水及妊娠后期者應在醫生指導下使用。

（3）注意事項

①注意吸氣和呼氣所用時間的比例，吸氣和呼氣比例保持在1:2；②鍛煉要循序漸進，切忌操之過急，要持之以恒，才能收到較好的預防和治療效果。

1.3.4 綜合作用的結果

通過訓練器小量筒的流量控制和大量筒超越性目標的設立，借助“超越性目標-動力”機制，在經絡導引肺功能順應性訓練模塊的自動語音指導下，指導使用者不斷超越新的目標，延長吸氣時間，表現為深度吸氣。并按照吸氣時間：呼氣時間=1:2的比例延長呼氣時間，不僅增加肺小泡吸入氣體的量，同時延長氣體在肺小泡的交換時間，增加肺小泡的順應性和血氧飽合度，形成外在的“深而慢”的腹式呼吸模式，使自我鍛煉轉化成自我訓練，進而提高訓練效果。

為了測試該自我訓練裝置的有效性及穩定性，課題組成員在北京市大興區中西醫結合醫院對6名受試者進行了實際驗證試驗，在經絡導引音像合成訓練模塊自動語音指導下進行深慢腹式呼吸訓練。發現當小量筒的浮標在寫有“低”的位置上浮動時，大量筒吸入氣體的總量平均在2 583 mL，此時的吸氣流量最小，呼吸次數平均為12次/min，減少了呼吸無效腔的作用，使較多的氣體能夠進入到肺小泡進行氣體交換。當受試者進行淺快呼吸訓練時，呼吸次數平均為32次/min，小量筒的浮標在寫有“高”的位置上浮動，大量筒吸入氣體的總量平均為1 533 mL。此時吸氣流量較大，進入肺小泡的氣體總量較小，不利于增加肺小泡的順應性和血氧飽和度。表明該訓練裝置工作性能穩定、設計合理、操作簡單，使用者通過訓練可以形成深而慢的腹式呼吸，進而增加肺泡的順應性和血氧飽和度，并維持全身臟器功能的穩定。

2 討論

目前，臨床上肺功能康復的概念較廣[4-5]，應對呼吸系統慢性疾病（baichronic obstructive pulmonary disease，COPD）的康復技術，是一種無創改善心肺功能和生活質量的有效手段[6]，其中呼吸肌訓練是重要的組成部分，但主要進行呼氣肌和呼氣過程的訓練，如縮唇呼吸、腹肌訓練和吹氣球等[7-8]，而較少進行吸氣肌訓練。雖然這些方法通過增加潮氣量和肺泡通氣量來提高血氣交換率，進而間接改善呼吸功能，但正如前述，有報道認為以呼氣鍛煉為主的方法，不但不能增強肺功能，反而會加重肺不張。

有研究表明，吸氣肌訓練是從根本上改善呼吸功能、促進呼吸運動功能恢復的有效方法。一項有關COPD患者吸氣肌鍛煉效果的META分析表明：吸氣肌的力量、運動能力和生存質量等均有顯著改善，并且呼吸困難程度顯著減輕[9]。目前，公認的吸氣肌訓練方法包括：非線性阻力呼吸器[10]、閾值壓力負荷訓練器[11]、限速閾壓力負荷吸氣肌訓練儀[12]、靶流量阻力裝置[13]和可調節式呼吸訓練儀[14]，臨床證實均有顯著改善呼吸功能的作用，但這些設備較為復雜、昂貴，需專業人員進行操作，不適合廣泛推廣應用。

因此，研制使用方便，價格便宜并便于推廣，使用后容易形成深而慢腹式呼吸模式，并能實現沿經絡調神、調息和語音指導下的自我訓練的肺功能訓練器非常必要。

本產品設計依據為：只有能夠進入肺小泡的氣體量大且停留時間長，進行氣體交換的量才能大、血氧飽和度才能高的事實，必須從盡量減少人體呼吸無效腔著手解決。呼吸無效腔是指從存留于口鼻腔到呼吸性細支氣管之間、不能進行肺泡與血液之間氣體交換的量，約為150 mL，每呼吸一次，就有150 mL的氣體不能進行氣體交換，呼吸頻率越快，不能交換的氣體就越多，反之則越少，在潮氣量為8 000 mL/min的條件下。不同呼吸頻率對肺通氣量和肺泡通氣量的影響，如表1所示。

表1 不同呼吸頻率對肺通氣量和肺泡通氣量的影響Tab.1 Effects of different respiratory rates and tidal volume on pulmonary ventilation and alveolar ventilation

肺功能順應性自我訓練裝置通過設置的小量筒的氣體流量限制，以及大量筒的吸入氣體的總量顯示，在經絡導引音像合成訓練模塊的自動語音指導下，使自我鍛煉轉變為自我訓練，進行深慢腹式呼吸訓練，并通過吸入氣體總量超越目標的設定，指導使用者借助“超越性目標-動力”機制，逐漸形成以膈肌收縮運動為主的深而慢的腹式呼吸模式，增加肺小泡順應性、防止肺小泡萎陷并使萎陷的肺小泡重新復張，進而發揮增加血氧飽和度和維護全身臟器功能正常的作用。

3 結論

經絡導引肺功能順應性自我訓練裝置是一種便攜式簡易設備，操作靈活、使用簡單、一學就會，且價格低廉，適合使用者進行自我深吸氣訓練，逐漸形成深而慢的復制呼吸模式。本裝置適應證廣，無副作用，可廣泛應用于普通人群眾和中老年群體自我進行肺功能順應性訓練。