吸氣肌訓練在呼吸系統疾病康復中的研究進展

余雪瑩 曾丹 李三 黃進 張韶澤 朱黎明

肺康復(pulmonary rehabilitation,PR)是基于患者全面評估的為患者量身定制的個體化綜合干預措施,包括但不局限于運動訓練、患者教育和行為改變,旨在改善慢性呼吸道疾病患者的身心狀況,促進其長期堅持健康行為[1]。包括運動訓練、呼吸肌訓練、健康宣傳教育、營養支持干預、社會心理支持干預、氧療及無創通氣等。

吸氣肌訓練(inspiratory muscle training,IMT)是呼吸肌訓練中最重要的部分,經過訓練不僅可以直接提高患者呼吸肌肌力,還可以通過增加呼吸肌的力量和活動度來提高患者運動能力,改善呼吸困難癥狀,提高生活質量[2]。呼吸系統疾病患者呼吸功能、呼吸肌力量及膈肌活動度均可出現下降,出現呼吸困難、活動受限,同時, 呼吸肌無力與肺炎發生風險增加相關聯[3]。因此,通過吸氣肌訓練改善呼吸肌力量對于呼吸系統疾病患者的康復具有重要作用。本文總結近年來吸氣肌訓練在呼吸系統疾病中的應用研究,以促進吸氣肌訓練的實施和發展,使其更廣泛和規范地應用于臨床。

一、吸氣肌訓練概述

吸氣肌包括膈肌和肋間外肌等與呼吸運動有關的肌肉,許多疾病會導致吸氣肌肌力的減退,其機制可能為全身炎癥、氧化應激、過度通氣、慢性缺氧和營養不良等[4],IMT是指通過在吸氣過程中施加阻力來進行針對性地加強吸氣肌的訓練方式。有研究表明IMT使吸氣肌產生適應性的結構改變,表現為Ⅰ型肌肉纖維比例增加38%,Ⅱ型肌肉纖維大小增加21%,Ⅱ型纖維轉化為Ⅰ型纖維,導致Ⅰ型纖維比例增加,Ⅰ型纖維的外周血管網比Ⅱ型纖維豐富,可以提高供氧效率,從而使吸氣肌肌力和耐力增加[5]。另外,IMT后吸氣肌能力的改善會減少運動過程中呼吸肌的血流量和氧氣需求,從而減少呼吸肌與周圍肌肉在有限氧氣供應上的競爭,這可能是其治療的另一種機制[6]。

膈肌為最主要的吸氣肌,康復訓練和評估也主要針對膈肌,膈肌肌力可間接通過最大吸氣壓(maximal inspiratory pressure, MIP/PImax)、最大吸鼻鼻腔壓、最大跨膈壓及電刺激和磁刺激誘發神經電位變化監測[7],臨床上主要使用MIP進行康復效果評估。目前有三種類型的設備可用于IMT:閾值設備、阻力負載設備和自主等碳酸高通氣呼吸設備[8],臨床上常用的閾值負荷吸氣肌訓練儀器使用方便,可以居家使用,大大提高患者肺康復的依從性[9]。

二、吸氣肌訓練在呼吸系統疾病康復中的應用進展

1. 吸氣肌訓練在慢性阻塞性肺疾病康復中的應用

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD) 以持續性氣流受限和呼吸道癥狀為主要特征,患者常因肺氣腫下壓膈肌,導致膈肌低平,長期處于機械不利位置,進而導致膈肌萎縮和損傷,出現膈肌功能障礙,而膈肌活動度下降導致慢性缺氧加劇,膈肌運動能力進一步減退,從而引起呼吸困難,甚至出現呼吸衰竭[10]。COPD患者添加IMT計劃會改變患者運動期間的淺快呼吸模式,使其變得更深更慢,患者在不增加呼吸困難量感的情況下實現更高的運動通氣,改善患者呼吸困難癥狀及運動耐力[11]。IMT不論是單獨應用于慢阻肺還是聯合其他肺康復手段均能顯示益處,但不同研究中因納入慢阻肺患者的嚴重程度及康復處方不同,聯合訓練對患者的影響及益處可能存在差異。

一些研究認為,IMT聯合其他肺康復訓練患者受益有限,對運動耐力、生活質量改善影響不顯著。Beaumont等對150名重度或極重度COPD患者進行研究,實驗組在標準化呼吸康復計劃(有氧運動、阻力訓練、心理及營養干預等)基礎上加入IMT,對比無IMT組,經過4周訓練后,雖然IMT組最大吸氣壓提高更明顯[IMT組的PImax變化(+14.8cmH2O)大于對照組(+9.9cmH2O),P=0.04],但兩組之間呼吸困難、生活質量和 6MWD 的改善差異不明顯[12]。一篇Meta分析納入59項隨機對照試驗,其中22項調查肺康復有無聯合IMT,另外37項對比單獨IMT與無IMT,結果表明不論是單獨IMT還是PR聯合IMT,患者吸氣肌肌力都會提高,并改善了呼吸肌耐力時間,而單獨進行IMT的慢阻肺患者生活質量和六分鐘步行距離(six minutes walk distance,6MWD)的改善比進行聯合訓練的患者觀察到的差異更明顯[13]。

Abedi 等在對中及重度COPD患者進行8周IMT聯合有氧運動后,得到了不同的結論,對于改善患者的生活質量方面,IMT聯合運動訓練比常規方案、單獨IMT、單獨有氧運動更有效[14],一項雙盲、多中心隨機對照試驗中,將219例伴有吸氣肌無力(吸氣壓小于PImax的60%)的COPD患者分為2組,雖然這里2組都進行了12周的IMT和中高強度的耐力訓練,但因為盲法,對照組相當于安慰劑效應,訓練強度一直維持在基線PImax的10%,干預組的訓練強度最初設定為患者PImax的50%作為初始負荷,然后不斷地增加閾值負荷強度,12周PImax在(84±4)%,訓練結束后實驗組吸氣肌肌力和運動耐力均顯著改善,PImax提高了42%,騎行耐力時間增加了75秒[15]。Tounsi等對32名中重度COPD患者的研究,實驗組IMT強度是以PImax的50%為基礎,每兩周增加10%。耐力訓練計劃以每周3天進行30分鐘跑步機鍛煉,速度為6分鐘步行試驗(six minutes walk test,6MWT)期間達到的平均速度的60%至80%。8周后發現實驗組不止吸氣肌力量顯著提高(增加37%),還可額外增強COPD患者平衡功能,其機制可能是訓練后吸氣肌肌力增加直接增強對姿勢穩定性的控制能力,也可能是間接通過提高腹內壓來促進對軀干的姿勢控制[16]。根據上述研究分析,結果的差異可能與納入的慢阻肺患者病情的嚴重程度及訓練周期有一定的關系,對于中及重度COPD患者IMT聯合運動訓練的效果大于單獨進行IMT。

目前研究表明在其他肺康復訓練基礎上添加IMT會對COPD患者呼吸困難感知能力及運動能力產生更明顯的作用,可以更有效地減輕呼吸困難癥狀,提高患者吸氣肌肌力和耐力,建議COPD患者在疾病早期就開始接受IMT[17],未來仍需要擴大樣本數量來研究添加IMT作為治療方式更多的潛在益處,最適訓練周期、強度及方式。

2. 吸氣肌訓練在支氣管哮喘康復中的應用

支氣管哮喘是一種以慢性氣道炎癥和氣道高反應性為特征的異質性疾病,以反復咳嗽、喘息、氣促、胸悶為主要癥狀。肺過度通氣是哮喘的常見特征,這是由于呼氣流量受限,小氣道過早關閉,肺順應性降低以及在末期吸氣肌肉活動增加所致[18]。IMT有助于降低哮喘患者靜息和活動性呼吸困難、減少用藥、降低哮喘的嚴重程度,成為了哮喘的有效治療方法之一,不論是以哪一種儀器或方法進行IMT,只要吸氣肌承受的壓力足夠大,IMT的益處就能顯現[19],而且不論是對于兒童還是成人,IMT都是可行的。

研究發現,IMT可以改善哮喘患者運動過程中呼吸困難癥狀及耐力,接受6周壓力閾值IMT(以70%最大攝氧量[(maximal oxygen consumption,VO2max)至力竭]的輕度至中度哮喘患者運動期間發生過度通氣的程度減低,減少了呼吸做功和通氣耗氧量,改善患者運動耐力,減少呼吸困難癥狀[20]。在另一項單盲試驗中,Lage等將38名穩定期哮喘患者隨機分為2組,實驗組進行IMT8周,每周訓練5天,每天6組30次呼吸,阻力設置最小負荷為PImax的50%,對照組只進行健康宣教,研究發現8周后,實驗組哮喘患者吸氣肌力量和耐力顯著提高,耐力測試的持續時間、總功和平均功率方面均較對照組明顯提高,表明吸氣肌長時間抵抗阻力維持呼吸的能力更好,每次吸氣時,能獲得更高的吸氣量,提高呼吸效率[21]。

哮喘患者進行IMT還可以控制炎癥進展,減少急性發作。一項隨機對照臨床試驗募集了64名4至16歲的兒童和青少年,分為3組,其中兩組進行正壓通氣治療,另一組用阻力負載設備進行呼吸肌訓練,測定呼出氣一氧化氮分數(FeNO)來表明肺部炎癥程度,雖然此研究的目的在于研究持續氣道正壓通氣(CPAP)對于控制哮喘炎癥的作用,但呼吸肌訓練組在控制哮喘發作上同樣有效,訓練后呼吸肌訓練組在一定程度上減少了炎癥[22]。一項Meta分析選取了10篇成人哮喘研究,也發現IMT可減少哮喘的急性癥狀發作次數,減少擴張支氣管急救藥物的使用,亞組分析顯示,IMT以負荷>50%PImax和持續訓練時間>6 周對運動能力改善有益,可以增加呼吸肌耐力,減少勞力性呼吸困難,整個過程對患者沒有產生不良影響[23]。因此,可以進行更長時間的隨訪來觀察IMT對于控制哮喘炎癥進展的持續有效性。

目前,吸氣肌訓練對哮喘的研究仍然有限,IMT在哮喘康復治療的研究大多局限于輕中度患者,對于重度哮喘患者,IMT的有效性仍然未知,未來仍需要更詳細的訓練方案和結局指標來闡明吸氣肌訓練在改善重癥哮喘臨床結局中的作用。

3. 吸氣肌訓練在睡眠呼吸暫停低通氣綜合征康復中的應用

睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome, OSAHS) 是一種臨床常見病,患者通常存在睡眠低通氣、睡眠結構紊亂、打鼾、易疲勞、白天嗜睡、注意力不集中等癥狀,影響患者日常生活,與未患OSAHS的同年齡、性別的人相比,OSAHS患者普遍存在吸氣肌肌力下降[24]。而且OSAHS被認為是導致心血管疾病發生的危險因素,增加心血管疾病發病率和死亡率[25]。

IMT不僅改善患者吸氣肌肌力及睡眠質量,對降低心血管并發癥風險也有一定的益處。研究表明,經過12周吸氣肌訓練,OSAHS患者無論使用CPAP治療與否,吸氣肌肌力都顯著增加,同時發現IMT組在排除CPAP治療的影響下,明顯降低了呼吸暫停低通氣指數(AHI),改善夜間睡眠質量,從而改善白天嗜睡癥狀[26]。Ferreira等比較OSAHS患者在吸氣肌訓練前10分鐘、訓練后10分鐘、訓練后1小時的心率變異性,實驗組以70%PImax阻力負荷進行訓練,與無阻力負荷的對照組相比,實驗組心率更穩定,表明IMT對患者耐受性良好,臨床上安全可行[27]。2016年的一項隨機單盲試驗對成年OSAHS患者進行了每日訓練強度為75%PImax的吸氣肌訓練6周,對照組使用15%PI max的阻力,研究發現實驗組不僅睡眠質量改善及喚醒次數減少,而且出現高血壓水平下降[28],此研究對于不愿或無法耐受CPAP的OSAHS合并高血壓患者的輔助治療提供了指導。2020年Ramos-Barrera等使用同樣的方式進一步驗證了IMT可提高患者吸氣肌肌力和降低高血壓,每天僅以高強度吸氣肌訓練5分鐘,6周即可有效,提高了患者對康復訓練的依從性和耐受性[29]。在一項比較口咽訓練和IMT的臨床試驗發現:進行12周訓練之后,IMT組患者頸圍和腰圍減少,疲勞程度、打鼾嚴重程度下降,生活質量提高[30]。IMT對OSAHS患者影響的Meta分析也證實IMT對OSAHS是有效的[31]。

IMT作為一種非侵入性治療,時間成本低,便于臨床和家庭推廣使用,改善患者吸氣肌力量、睡眠質量和AHI的短期效果存在,但長期受益數據有限,未來研究可通過對OSAHS的長期影響來評估IMT治療的臨床和成本效益。

4. 吸氣肌訓練在新型冠狀病毒肺炎康復中的應用

新型冠狀病毒肺炎(Coronavirus Disease 2019,COVID-19)大流行以來,大部分重癥危重癥患者存在明顯肺間質纖維化,可以出現持續的肺功能損害[32]。在COVID-19感染后 3 個月出現并持續至少 2 個月不能用其他疾病解釋的稱為“長新冠”,運動受限和疲勞是COVID-19患者最常報告的兩種長期后遺癥[33, 34],嚴重影響患者生活質量及社會參與能力。IMT可提高患者吸氣肌肌力,改善呼吸困難、生活質量及運動能力,促進COVID-19患者感染后的恢復。

Del等設計了一項隨機雙盲試驗,對88 名平均年齡在 46歲的“長新冠”患者進行遠程康復監督,實驗組使用閾值壓力裝置一組進行8周吸氣肌訓練,另一組進行8周呼氣肌訓練,同時研究了呼氣肌訓練的療效,對照組使用無阻力裝置,結果顯示:進行有阻力呼吸肌訓練的兩組在吸氣肌力量和耐力方面都有很大的提高,而且壓力負荷更高訓練獲益更大,研究還發現IMT組患者1分鐘坐立試驗增加了8次(Cohen’s d=1.1),下肢肌力顯著增加[35]。Mcnarry等招募了281名急性感染后1年左右、年齡均在60歲以下的新冠康復患者,IMT組以大于PImax80%的負荷每周進行3次訓練,連續8周,對照組進行常規宣教,實驗結束發現IMT組患者呼吸困難癥狀減輕、睡眠和心理問題改善、運動能力提高[36]。

重癥及危重癥需要使用機械通氣的新型冠狀病毒肺炎患者,超過7天很容易出現吸氣肌無力,IMT不僅可以增加患者的膈肌力量,加速機械通氣的患者脫機[37],而且可以促進脫機后患者的功能恢復,一項研究選取2020年3月至11月在ICU進行機械通氣后脫機的COVID-19患者,平均年齡(48.05± 8.85)歲,在進行2周IMT后,患者的肺活量 (FVC)、第一秒用力呼氣量(FEV1)、呼吸困難情況、生活質量均得到改善[38]。

上述IMT在新型冠狀病毒肺炎的研究中,受試者年齡均在60歲以下,對于年齡更大的老年患者,IMT的療效需要更多的數據支持,是否給患者帶來長期臨床效益也有待進一步的研究證實。

5. 吸氣肌訓練在支氣管擴張康復中的應用

支氣管擴張(bronchiectasis,BC)是由于氣道炎癥、感染和粘膜纖毛清除功能障礙引起支氣管擴張的慢性呼吸系統疾病,IMT可以改善BC患者的痰液清除能力和呼吸肌無力情況[39],在不增加患者呼吸困難及疲勞基礎上改善患者呼吸功能、運動耐力,Zalp等研究高強度IMT(H-IMT)和低強度IMT(L-IMT)對BC患者的影響,H-IMT其閾值負荷的MIP的目標工作量至少為70%,8周訓練后H-IMT的呼吸肌耐力提高了207s(139%),而對照組的呼吸肌耐力提高了38s(22%),H-IMT作為高強度間歇運動,增加運動耐力,不會增加呼吸困難和疲勞[40]。另一項研究中支氣管擴張患者以PImax 80%阻力進行8周IMT,觀察患者訓練后的生理及心理變化,參與者對于參加IMT的過程表達了積極反饋,他們認為在訓練過程中,除了主觀感受到身體狀況改善之外,還可以直接實時看到客觀數據,可以提高自己的訓練依從性,研究結果也表明IMT后吸氣肌肌力及耐力、自我調節及感知能力、自主性均得到顯著提高[41]。

6. 吸氣肌訓練在間質性肺疾病康復中的應用

間質性肺病(interstitial lung disease,ILD)是一組彌漫性肺實質疾病,隨著疾病的進展,呼吸困難和呼吸肌功能障礙加劇會導致日常生活活動能力、健康相關生活質量受損、運動能力下降。兩項Meta分析的結果均支持IMT用于ILD患者,將其加入肺康復計劃中對改善患者呼吸困難、運動能力、生活質量更有益[42, 43]。Zaki等將51名ILD患者隨機分為兩組,對照組進行有氧訓練聯合上下肢阻力訓練,實驗組在對照組基礎上添加IMT,發現實驗組提高吸氣肌肌力的程度更明顯(P<0.001),6MWD增加了24.14%,圣喬治呼吸問卷(SGRQ)的活動部分和總分評分有更大的變化,改善呼吸困難并提高了生活質量[44]。

特發性肺纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis,IPF)是間質性疾病中一種不明病因的特發性間質性肺炎,研究發現IMT應用在晚期肺纖維化患者后呼吸困難癥狀減輕,能比康復前更好地進行日?；顒覽45]。目前間質性肺疾病吸氣肌訓練研究仍較少,研究使用的樣本量也較小,能否控制患者纖維化進程,有待證明。

三、小結與展望

吸氣肌訓練作為一種非藥物治療手段,提高患者呼吸肌力量和運動能力、改善呼吸困難癥狀、提高生活質量的同時,減輕患者經濟負擔,目前吸氣肌訓練在臨床上的應用不僅僅限于呼吸系統疾病,也包括心力衰竭[46]、高血壓[47]、腦卒中[48]、脊髓損傷[49]等其他系統疾病,只要存在氣道廓清障礙、呼吸肌力量下降、運動耐量減低等繼發呼吸功能障礙時,均可從吸氣肌訓練中獲益,在臨床上安全可行,不論在哪種疾病中,吸氣肌訓練方案在負荷、頻率和持續時間上可能有很大差異,尚缺乏臨床共識,未來的臨床研究需要更大樣本量的多中心研究,以及更長時間的隨訪,評估吸氣肌訓練單獨應用或者聯合應用的獲益,以期造福更多吸氣肌功能受損的患者。