呼吸训练对慢性阻塞性肺疾病患者运动能力影响的探讨

发布时间：2018-02-07 16:17

本文关键词： 慢性阻塞性肺疾病电刺激呼吸训练呼吸肌膈肌四肢肌肉　出处：《南方医科大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：背景慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease,COPD)是一种可以预防和治疗的常见疾病,其特征是持续存在的气流受限,气流受限呈进行性进展,伴有气道和肺对有害颗粒或气体所致的慢性炎症反应增加,急性加重和合并症影响患者整体疾病的严重程度。大量研究表明,COPD除是一种以持续存在的气流受限为特征的慢性气道疾病外,还是具有广泛肺外损伤(及全身效应)的全身性疾病。全身效应主要表现为骨骼肌消耗(SMW)及功能失调(SMD)、体重丢失、心血管并发症、营养不良及躯体构成发生改变等,其中骨骼肌功能障碍是COPD的全身效应(即肺外作用)的突出表现之一,也是COPD患者生活质量下降的重要因素。如何改善患者呼吸困难、提高生活质量是目前COPD治疗的重点和难点。现有大量研究证实,运动训练能改善骨骼肌功能障碍、运动能力及生活质量。因此更好地了解COPD患者骨骼肌功能障碍的分布和潜在原因,有利于为病人制定合适的康复计划,改善患者的活动能力及生活质量。呼吸训练作为肺康复的重要内容,其主要目的在于纠正患者异常的呼吸模式,增强呼吸肌功能,从而改善呼吸困难和运动水平。但是,研究结果尚存在矛盾之处,通过分析认为其主要原因如下:1、呼吸训练易懂难学,患者常常难以掌握准确的呼吸技巧。2、训练技术不规范,导致结果出现偏差。3、呼吸训练占用肺康复从业人员的大量时间,治疗师难以进行有效的呼吸训练指导。4、呼吸训练强度达不到效果。5、不能形成有效的呼吸模式。6、缺乏既能纠正异常呼吸模式和增强呼吸肌功能的呼吸训练方法。因此,积极让患者掌握正确的呼吸技巧和提高呼吸肌功能是取得临床效果的前提。本研究针对COPD患者异常的呼吸模式和呼吸肌功能功能障碍,结合呼吸反馈及神经肌肉电刺激原理,设计出了呼吸训练新方法—呼吸电刺激训练(Respiratory Electrical Stimulation Training,REST),即设定符合患者呼吸生理的呼吸周期时间,通过声光反馈进行呼吸控制,在吸气时电刺激膈神经、呼气时电刺激腹直肌,以达到改善患者呼吸模式、增强呼吸肌功能、减少人力资源消耗和量化呼吸训练的目的。该呼吸训练技术已经在COPD和胸部术后患者中应用,并取得了肯定的疗效。另外,经皮神经肌肉电刺激(transcutaneous neuromuscular electrical stimulation,NMES),成为肺康复的焦点。一方面,NMES可以改善稳定期或急性发作期后COPD患者的骨骼肌肌力、运动耐力及生活质量。另外,NMES有助于减轻高强度恒定功率运动测试中运动引起的肺过度充气,这可能部分解释NMES改善运动耐力的原因。但有研究表明,NMES对中至重度COPD患者的影响并不确切。中国COPD患病率高,但鲜有关于NMES对COPD改善的文献。中国COPD患者是否能受益于NMES,以及NMES对中国COPD患者6分钟步行试验中出现的动态肺过度充气能否改善尚不明确。因此,基于以上背景,本研究内容如下:第一:通过人群调查评估COPD患者股四头肌和肱二头肌功能损害的差异,分析影响股四头肌和肱二头肌肌力的相关因素,并评估行肺康复训练前患者的运动能力及生活质量评分;第二:评估COPD患者使用NMES技术的安全性和有效性;探讨短期、高频NMES对COPD患者6分钟步行试验中出现的动态肺过度充气的影响;第三:在前期基础上,通过分析呼吸电刺激训练,探讨呼吸肌电刺激在改善COPD患者呼吸困难和运动耐力中的作用。第一部分:慢性阻塞性肺疾病患者上下肢骨骼肌肌力及运动能力的评估研究目的通过人群调查评估COPD患者股四头肌和肱二头肌功能损害的差异,分析影响股四头肌和肱二头肌肌力的相关因素,并评估行肺康复训练前患者的运动能力及生活质量评分。研究方法1.正常对照组:来自广东省人民医院(中国,广州)健康体检中心,共52名健康志愿者作为对照组入组研究。对照组的入选标准包括:1)年龄、性别与COPD患者匹配;2)肺功能正常;3)没有心肺疾病及影响骨骼肌功能的其他系统性疾病的患者。2.COPD组:所有患者均来自广州中山大学孙逸仙纪念医院门诊,共110例轻度至重度COPD患者入组研究。所有符合入排标准的患者常规测量肺功能,并分别在REST开始前平静呼吸状态、呼吸训练第15min和REST结束后第5min检测包括潮气量(VT)、分钟通气量(VE)、吸气时间(Ti)、呼气时间(Te)、呼吸周期(Ttot)、呼吸频率(RR)等)、换气指标(包括摄氧量(VO2)、二氧化碳通气量(VCO2)等)、膈肌活动度、呼吸肌表面肌电(包括胸锁乳突肌、第二肋间肌、膈肌、腹直肌),整个呼吸训练过程中每隔5min评估一次呼吸困难程度(Borg量表)。研究结果1.研究对象基本资料共有110例稳定的慢性阻塞性肺疾病患者和52例对照者入组研究。研究对象的基线特征见表1。在性别、年龄、身高、体重和体重指数上,两组之间均无统计学差异。其中COPD患者中诊断为GOLD A、B、C和D组的病例分别为16 例(14.5%)、50 例(45.5%)、36 例(32.7%)和 8 例(7.3%)。2.COPD患者与健康对照者骨骼肌功能比较COPD组相对于健康对照组股四头肌和肽二头肌的肌力均降低,尤其股四头肌肌力降低具有统计学差异(1.44±0.43vs0.93±0.24,P=0.013)。3.不同性别之间股四头肌和肱二头肌肌力的比较按性别进行分层后发现,女性COPD患者相对于女性健康对照组股四头肌和肢二头肌的肌力均未见统计学差异;而男性COPD患者相对于男性健康对照组股四头肌肌力均明显降低(1.57±0.49vs0.95±0.35,P0.001),差异具有统计学意义。4.不同GOLD分组之间股四头肌和肱二头肌肌力的比较按GOLD指南稳定期COPD患者分为A、B、C、D组,四组之间股四头肌和肱二头肌肌力之间有统计学差异,D组患者下降最为显著(股四头肌:A:1.51±0.45,B:1.07± 0.37,C:1.18 ±0.55,D:0.85±0.37;P=0.007。肱二头肌:A:0.57±0.11,B:0.322±0.12,C:0.38±0.12,D:0.26±0.10;P=0.047)。5.股四头肌肌力相关因子评估结果显示股四头肌肌力与年龄、吸烟指数及SGRQ评分中的活动评分呈明显负相关;与FEV1、6分钟步行距离呈明显正相关;男性COPD患者股四头肌肌力下降更为明显,具有统计学意义。6.肱二头肌肌力下降相关因子评估肱二头肌肌力与年龄、吸烟指数及SGRQ评分中的活动评分呈明显负相关;与FEV1及6分钟步行距离呈明显正相关,具有统计学意义。但肱二头肌肌力与性别无明显相关。7.股四头肌、肱二头肌肌力多因素相关分析多元线性逐步回归分析显示,年龄、BMI和吸烟指数是四头肌肌力显著的预测因子,共同包含了 23.9%的四头肌肌力;年龄、FEV1和吸烟指数是二头肌PT的预测因子,包含了 20.6%的二头肌肌力。研究结论1.COPD患者股四头肌肌力与肱二头肌肌力均下降,尤其男性COPD患者下降更为显著。2.COPD患者气流受限程度与其上肢和下肢肌力受损程度呈正相关。3.年龄和吸烟指数是COPD患者股四头肌肌力与肽二头肌肌力受损的显著预测因子。第二部分:神经肌肉电刺激对COPD患者动态肺过度充气的影响研究的目的评估中国COPD患者使用NMES技术的安全性和有效性;探讨短期、高频NMES对COPD患者6分钟步行试验中出现的动态肺过度充气的影响。研究方法本研究是一项前瞻性、双盲、随机对照研究,由中山大学孙逸仙医院伦理委员会审批。所有受试者均签署了知情同意书。本研究在中国临床试验网站注册(注册号:ChiCTR-TNRC-15006234,网址:http://www.chictr.org/en/)。受试者按2:1比例随机分配至NMES组或对照组。研究者在试验开始时和第12周试验结束时分别对所有受试者进行测试,内容包括体格测量、肺功能检测、IC检测、6分钟步行测试、生活质量及呼吸困难评分。研究结果30受试者按2:1比例随机分配到NMES组或对照组。在12周的研究期间,仅有一名NMES组的受试者由于椎骨骨折而退出临床试验。试验期间没有受试者出现COPD急性加重。用于COPD治疗的药物在整个试验期间保持不变。所有受试者遵医嘱使用吸入类糖皮质激素和/或长效支气管扩张剂。两组在基线特征上异无统计学差异。2.1呼吸代谢反应的对比比较NMES组和对照组末次训练时的呼吸代谢反应,在V02(t=1.045,P=0.331)、心率(t=-1.387,P=0.208)、VE(t=-0.614,P=0.559)、呼吸频率(t=-1.905,P=0.098)、血氧饱和度(t=-0.935,P=0.381)和 Borg 呼吸困难评分(t=-1.520,P=0.170)方面均无统计学差异。2.2.NMES训练前后的对比2.2.1股四头肌肌力NMES组和对照组的股四头肌收缩最大力矩和总功在训练前后均无明显统计学差异。2.2.2 6分钟步行距离(6MWD)训练结束后进行6分钟步行试验,NMES组(t=-0.498,P=0.625)和对照组(t=1.012,P=0.338)较训练前差异均无统计学意义。2.2.3肺功能和动态肺过度充气NMES组受试者在6分钟步行试验中的IC较训练前有明显改善(t=-4.472,P0.001),但静息状态IC及其他肺功能指标无明显变化(t=0.655,P=0.521)。对照组运动后及静息状态IC和其他肺功能指标较训练前均无统计学差异。2.2.4圣乔治评分与训练前相比,NMES组受试者SGRQ总分(t=3.710,P=0.002)、活动评分(t=2.432,P=0.026)、影响评分(t=3.463,P=0.003)均有显著改善,但症状评分(t=2.041,P=0.056)改善无统计学意义。对照组训练前后的SGRQ总分及各部分评分均无统计学差异。2.2.5 MMRC呼吸困难评分NMES组的MMRC呼吸困难评分较训练前下降了 1.37±0.50至0.89±0.94(P=0.025),而对照组并未观察到显著差异(1.40±0.52至1.20±0.63,P=0.443)。2.2.6 NMES训练的耐受情况和不良反应高频神经肌肉电刺激(HF-NMES)电流强度随时间显著增加。在最末次训练时,受试者电刺激强度较初始时平均增加13.68±21.45mA。NMES训练过程中无明显不良反应发生,包括其他研究曾报道过的急性呼吸困难、肌肉疼痛、皮肤损伤等。受试者反映,对该训练方法可良好耐受,且所有受试者均能按研究方案顺利完成合作。试验过程中没有因训练不耐受而中断的受试者。研究结论本研究表明,短期、高频NMES可以改善与COPD有关的相关症状,包括呼吸困难症状、生活质量及动态肺过度充气等。目前初步研究结果提示,NMES能够为稳定期有呼吸困难的COPD患者提供一种安全有效的肺康复方法。第三部分:呼吸肌电刺激对慢性阻塞性肺疾病患者呼吸困难、运动耐力的影响研究目的观察呼吸电刺激训练对COPD患者呼吸困难、运动耐力和生活质量的影响,并和呼吸肌、股四头肌肌力做相关分析,探讨呼吸电刺激训练改变患者呼吸困难、运动耐力的潜在机制。研究方法募集2013年7月至2014年12月期间至医院呼吸内科门诊就诊的中-重度稳定期COPD患者,纳入和排除标准和第一部分相同。所有入选患者基础检查包括:肺通气功能、膈肌收缩能力(包括膈肌活动度、膈肌最大收缩速度和膈肌增厚率)、呼吸肌肌力(包括最大吸气压、最大呼气压)、日常呼吸困难(MRC)和运动耐力(六分钟步行试验距离)。受试者按随机数字表随机分为试验组和对照组。对照组接受原药物治疗方案和一般的肺康复知识宣教,干预组在此基础上再进行为期12周,每周2次,每次30分钟的12周反馈式呼吸电刺激训练(反馈式呼吸电刺激训练主要由膈神经和腹肌电刺激、呼吸反馈和腹式呼吸三个部分组成。(1)膈神经和腹肌电刺激:有两个交替输出的电流通道,A通道输出双向对称方波,输出频率为30Hz,脉宽为0.5ms,刺激电极置于两侧胸锁乳突肌外缘下1/3处,刺激膈神经;B通道输出低频调制中频正弦波,载波频率4kHz,调制波频率50Hz,刺激腹直肌。(2)呼吸反馈:患者舒适坐位,在脐水平绑上腹带,腹带通过简易的压力感受器连接电脑,可以直观地看到腹部舒缩周期,根据患者情况设置呼吸周期时间,结合仪器的声音指示,吸气起始时发出“吸”指令,呼气起始时发出“呼”指令,患者根据声光提示调节呼吸肌节律。(3)腹式呼吸:患者吸气时鼓起腹部,呼气时放松腹部,整个呼吸过程中要求尽量放松颈胸部)。第12周末再次对完成训练的患者进行以上指标进行检测。研究结果1.研究对象基本资料研究共纳入49例符合条件的COPD患者,其中对照组25例(男性22例,女性3例),平均年龄(68.59±5.395)岁,失访5例;训练组24例(男性20例,女性4例),平均年龄(70.45±5.98)岁,失访3例。两组间年龄、体重指数、肺功能、平静和用力呼吸膈肌活动度、膈肌最大收缩速度(sniff test)、膈肌厚度、膈肌增厚率、呼吸肌功能、呼吸困难和运动耐力均无显著性差异(P均0.05);然而训练组用力呼气膈肌厚度较对照组大(P0.05)。2.呼吸电刺激训练对患者肺功能的影响(1)干预前后比较:训练组干预后除了深吸气量(IC)较12周前增加之外(P0.05,其他指标(包括FEV1、FEV1%pre、VC、PEF等)均无明显变化。对照组12周前后肺功能各指标均无显著差异(P0.05)。(2)组间比较:干预后训练组IC明显大于对照组(P0.01,两组其他肺功能指标无明显差异(P0.05)。3.对股四头肌和肱二头肌肌力的影响实验组和对照组对股四头肌、肱二头肌峰力矩,以及其公斤峰力矩均无明显影响(P0.05)。4.对COPD患者最大呼吸压的影响(1)干预前后比较:训练组干预后MIP、MEP均较12周前明显增加(P0.01);对照组12周前后MIP、MEP均无显著差异(P0.05)。(2)组间比较:干预后训练组MIP、MEP均明显大于对照组(P0.01)。5.对膈肌活动度的影响(1)干预前后比较:训练组干预后QDM、FDM均较12周前增加(P0.05或P0.01);对照组12周前后QDM、FDM均无显著差异(P0.05)。(2)组间比较:干预后训练组QDM、FDM均明显大于对照组(P0.05或P0.01)。6.呼吸电刺激训练对患者六分钟步行试验距离(6-MWD)的影响训练组呼吸训练后六分钟步行试验距离(6-MWD)较训练前增加(462.83±52.06mvs521.65±59.12m,P0.05),对照组6-MWD和12周前相比无显著性差异(P0.05)。7.对患者心肺运动能力的影响训练组干预后运动最大功率(Wmax)较12周前增加,Borg指数、运动受限呼吸频率(RRmax)、生理无效腔(VD/VT)、VE/VC02均较训练前减小(P0.05或P0.01,其他指标(包括Tlim、VO2max/kg、VE/VO2、Ttot等)均无明显变化。对照组12周前后运动心肺各指标均无显著差异(P0.05)。(2)组间比较:干预后训练组Borg指数、VD/VT均小于对照组(P0.05)。8.对患者日常呼吸困难(MRC)和生活质量(SGRQ)的影响训练组干预后SGRQ总分、症状评分、活动评分、影响评分和MRC评分均较12周前明显减小(P0.01);对照组12周前后MRC和SGRQ各项评分均无显著差异(P0.05)。(2)组间比较:干预后训练组SGRQ总分、症状评分、活动评分、影响评分和MRC评分均小于对照组(P0.01)。9.训练组反馈式呼吸电刺激训练前后FDM差值与6-MWD差值相关分析所得的Pearson's相关系数(R=0.304,P0.05)。结果提示患者6分钟步行试验距离改善(△6-MWD)和用力呼吸膈肌活动提高(△FDM)线性相关,但是相关程度一般。10.6分钟步行试验距离改善程度(△6-MWD)和最大吸气压改善程度(△MIP)的相关分析得到Pearson's相关系数(R=0.711,P=0.00),结果提示6-MWD改善程度和MIP改善程度呈线性相关,并且具有较强的相关程度。11.生活质量症状评分改善程度(△Symp)和平静呼吸膈肌活动度提高程度(△QBDM)进行Pearson's相关分析得到相关系数(R=-0.576,P=0.00),该结果提示患者健康相关生活质量提高和平静呼吸膈肌活动度提高线性负相关,其相关程度为中度。研究结论反馈式呼吸电刺激训练增强COPD患者呼吸肌的肌力,但是对外周骨骼肌功能无明显的影响。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R563.9

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