虛擬現實呼吸訓練對頸髓損傷患者膈肌功能影響研究

杜宇鵬，魏麗，李曉東，劉雪云

頸髓損傷是康復科常見病和多發病，其發病率占脊髓損傷患者的55%～75%[1-3]，且呈不斷上升趨勢[4]。隨著現代醫學急救技術的進步，頸髓損傷病死率逐漸下降，而致殘率逐漸升高。頸髓損傷后可出現膈肌肌力下降，引起胸悶、呼吸困難、反復肺部感染等并發癥[5]，嚴重影響患者預后和生活質量，是造成患者死亡的主要原因。有研究顯示脊髓損傷節段越高、損傷程度越重，其膈肌功能障礙越重，患者的病死率就越高[6]。呼吸訓練具有預防和減少呼吸系統并發癥，改善呼吸功能作用[7-9]。呼吸功能訓練是頸髓損傷后膈肌功能障礙的主要治療方法。但目前學者對其療效認識不一[10-11]。且傳統呼吸訓練內容枯燥，患者易于疲勞，且依從性差，嚴重影響治療效果。本研究探索應用虛擬現實呼吸訓練方法觀察其對膈肌的療效，以期為臨床頸髓損傷后呼吸功能障礙的康復治療提供新的有效方法。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2018年1月～2020年12月在浙江中醫藥大學附屬第三醫院康復科住院患者中頸髓損傷患者共57例為研究對象。所有患者均符合美國脊椎損傷協會(American spinal injury association，ASIA)殘損分級標準(2011修訂版)[12]。納入標準：年齡在18～70歲；能自主呼吸配合呼吸訓練。排除標準：認知障礙,不能完成訓練動作者；病情嚴重,生命體征不穩定者；肺部挫裂傷、肋骨骨折等，病情偏重，不能進行肺功能測試；氣管切開切口尚未封堵者；對本研究了解不充分、不愿參加者。脫落標準：不能按要求完成訓練動作者；治療中斷超過3d的患者。采用隨機數字表法，將57例患者按就診先后順序分為觀察組28例和對照組29例，2組患者一般資料比較差異無統計學意義，見表1。本研究經浙江中醫藥大學附屬第三醫院倫理委員會批準同意(NO.ZSLL-KY2018-01)，所有患者均簽署知情同意書。

表1 2組患者一般資料比較

1.2 方法 2組患者根據頸髓損傷情況均給于維生素B1(杭州民生藥業股份有限公司，批號：2018001)、B12(天津金耀藥業有限公司，批號：2007251)等藥物營養神經。對照組行傳統呼吸訓練，內容包括：①咳嗽訓練：指導患者深吸氣，然后屏住呼吸，增加腹內壓，形成短暫沖擊氣流爆發短而深咳嗽，促使支氣管深部分泌物排出。②縮唇呼吸訓練：患者用鼻深吸氣后屏住呼吸，將口唇縮緊，如吹口哨樣，在4～6s內緩緩將氣呼出。③腹式呼吸訓練：用鼻深吸氣，吸氣至不能再吸時稍屏氣，吸氣時腹部膨其，然后將氣緩慢呼出。④沙袋加壓抗阻訓練：在患者上腹部放置1～2kg沙袋，吸氣時增加腹部壓力，根據患者適應情況逐漸增加沙袋重量。以上訓練每天2次，每次30min，連續治療6周。觀察組：在對照組傳統呼吸訓練基礎上行虛擬現實呼吸訓練法。采用荷蘭產GBY-I型虛擬現實呼吸訓練系統及呼吸儀進行呼吸訓練。患者取坐位或背靠坐位，打開虛擬現實呼吸訓練系統，將訓練儀與電腦連接。選擇患者感興趣虛擬現實訓練模塊，調整吸氣及呼氣壓力參數。囑患者嘴唇緊裹訓練儀咬嘴，根據電腦模擬虛擬場景進行有控制的吸/呼聯系及氣流控制訓練，并完成相關虛擬任務。每天訓練2次，每次30min，連續6周。

1.3 評定標準 ①采用美國GE公司生產LOGIQ e型超聲診斷儀，以肝臟為聲窗，以M型超聲模式將在腋前線與肋弓下緣交界處探測膈肌厚度。膈肌移動度：在同一平靜呼吸周期內，探測最大和最小膈肌位移，兩者之差即為膈肌活動度。膈肌增厚率：在同一平靜呼吸周期內探測吸氣末和呼氣末膈肌厚度。根據公式：增厚率=(吸氣末厚度-呼氣末厚度)/呼氣末厚度x100% 計算出膈肌增厚率[13-14]。②采用美國尼高利公司生產Nicolet EDX型肌電/誘發電位儀對患者進行膈神經運動傳導檢測。記錄電極至于腋前線第8肋間，刺激電極至于頸部胸鎖乳突肌外側環狀軟骨水平位置。采用方波單次刺激法，刺激時間0.2ms，以10mA電流強度為起始強度，逐漸增大刺激量至波形穩定出現位置，標記出潛伏期及波幅。

2 結果

2.1 2組患者治療前后膈肌厚度及膈肌移動度變化比較 治療前2組患者膈肌厚度、增厚率及膈肌移動度差異均無統計意義。治療6周后，2組的膈肌厚度較治療前組內比較差異均無統計意義，對照組的增厚率和膈肌移動度較治療前組內比較差異均無統計意義，但觀察組增厚率和膈肌移動度較治療前組內比較均明顯提高(均P<0.05) ；治療6周后，2組的膈肌厚度組間比較差異無統計意義，觀察組增厚率和膈肌移動度較對照組均明顯提高(均P<0.05)。見表2，3。

表2 2組患者治療前后膈肌厚度變化比較

表3 2組患者治療前后膈肌移動度變化比較

2.2 2組患者治療前后膈神經傳導速度和膈肌波幅比較比較 治療前2組患者雙側膈神經傳到速度和膈肌波幅組間比較差異均無統計意義。治療6周后，2組患者雙側膈神經運動傳到速度組內和組間比較差異均無統計意義，2組雙側波幅較治療前均明顯提高(均P<0.01)，且觀察組雙側波幅均明顯高于對照組(均P<0.01)。見表4，5。

表4 2組患者治療前后膈神經傳導速度比較

3 討論

虛擬現實訓練法是近年來興起的新的康復訓練方法，虛擬現實技術可提供豐富的訓練環境，提高患者訓練的趣味性，提高脊髓損傷患者訓練療效。Mirelman等[15]研究認為與傳統訓練法方法相比，虛擬現實訓練法療效顯著。國內也有學者長期臨床研究后得出相似結論[16]。

脊髓損傷尤其是高位脊髓損傷，由于呼吸中樞或其髓內下行傳導纖維受損，可引起不同程度的呼吸肌失神經支配，呼吸肌萎縮，動力下降，從而造成呼吸功能障礙。頸髓損傷后呼吸功能障礙主要表現為肺通氣障礙，而呼吸肌肌力對肺通氣具有重要作用。吸肌主要由膈肌、肋間內外肌、腹肌等組成。其中膈肌是人類平靜呼吸時主要呼吸肌，是呼吸動力的主要來源。人體平靜狀態下，80%的呼吸功能由膈肌完成[17]。膈肌的活動度與肺功能密切相關。頸髓損傷后膈肌運動功能減弱，患者用力肺活量、最大通氣量、第一秒用力呼氣量等呼吸參數下降[18-19]。膈肌運動功能的恢復對頸髓損傷患者呼吸功能恢復尤為重要。Yasar等[20]研究發現，提高頸髓損傷患者膈肌力量，減輕呼吸困難，有助于改善患者呼吸功能。

本研究結果顯示虛擬現實訓練技術能有效提高患者膈肌厚度及膈肌移動度值。6周虛擬現實呼吸訓練后，頸髓損傷患者膈肌增厚率及移動度明顯提高，其中觀察組膈肌增厚率及移動度升高大于對照組。膈肌的厚度變化可反映膈肌的收縮能力[21]，而膈肌增厚率是反映膈肌厚度變化的敏感指標。膈肌厚度與肌力明顯相關[22]，膈肌增厚率是呼吸功能的重要指標[23]。膈肌活動度及厚度下降，可明顯影響患者呼吸功能[24]。治療后患者膈肌增厚率與活動度提高，提示與傳統呼吸訓練相比，虛擬現實呼吸訓練能有效改善頸髓損傷患者膈肌結構。

膈肌受膈神經的支配，膈神經起自C3～C5脊髓前角神經元胞體，向上接受來自延髓呼吸中樞經頸髓下行神經軸突投射支配；向下直接支配膈肌運動，調節呼吸功能[25]。膈神經運動傳導測定是客觀評價頸髓損傷后膈肌運動功能的重要方法，可有效補充膈肌超聲只能觀察其結構的不足 。本研究治療后膈肌電圖示膈神經傳動速度未見明顯變化,膈肌電圖波幅明顯升高，觀察組升高高于對照組。我們認為，膈神經傳導速度是反應膈神經髓殼完整性的指標，膈神經作為外周神經，頸髓損傷后其并未收到損傷，因此早期傳導速度并未收到影響。而膈肌動作電位波幅是反應膈肌纖維參與膈肌收縮數量的客觀指標，既往研究表明，高位脊髓損傷后膈肌動作電位波幅下降[26]，膈肌收縮力下降。本研究發現觀察組膈肌動作電位波幅明顯升高均優于對照組。提示虛擬現實呼吸訓練可明顯改善頸髓損傷患者膈肌運動功能。究其原因可能是虛擬現實呼吸訓練可明顯改善脊髓損傷患者的呼吸耐力和肌力[27]，有效促進損傷后膈肌重構，使損傷后膈肌結構和功能的到明顯改善，延緩或避免了膈肌疲勞的發生。

表5 2組患者治療前后膈肌波幅比較

而膈肌疲勞是頸髓損傷患者呼吸障礙的重要因素[28]。同時虛擬現實呼吸訓練可最大程度調動患者主動參與呼吸訓練的積極性，提高了患者的依從性[29]，避免了傳統呼吸訓練單調乏味，依從性差等缺點，使訓練效果得到了極大提高。

虛擬現實呼吸訓練能明顯改善患者膈肌功能，具有操作簡便，療效顯著，患者依從性高等特點。但該方法對頸髓損傷后膈肌功能遠期療效尚未可知。同時本研究樣本量較小，在接下來的研究中應進一步擴大樣本量，進一步觀察虛擬現實呼吸情景訓練對頸髓損傷患者膈肌療效。