脉冲震荡法在慢性阻塞性肺疾病诊断及评估中的研究进展

李平平 许建英

·综述·

脉冲震荡法在慢性阻塞性肺疾病诊断及评估中的研究进展

李平平 许建英

肺疾病，慢性阻塞性； 脉冲震荡法； 评估，诊断

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是呼吸系统中最常见、易多发但却可防可治的慢性炎症反应性疾病[1-2]。由于反复的气道炎性反应，导致黏膜充血、水肿，支气管平滑肌痉挛收缩造成管腔发生不同程度的狭窄、阻塞及气流受限，致使气道阻力增高[3]。COPD作为全球最常见的十大慢性疾病之一，显著地限制了患者日常活动并增加了医疗资源的负担[4-5]。流行病学统计，目前COPD将成为全球除癌症、心血管系统疾病外的第3大死亡病因，甚至于给全世界带来的经济负担也处于遥遥领先的地位[6-7]。不同于常规肺功能通过受检者自身主动发出的气流信号作用于检测仪器，脉冲振荡法(impulse oscillometry system, IOS)是将外源性脉冲作为信号源，受检者被动接受震荡波作用，平静呼吸状态下即可得到检测指标，其数据客观真实，因此可重复性佳，更适用于老年及病重患者的检测。该技术在协助诊断肺功能以及阻塞性通气功能障碍为主要表现的呼吸道疾病方面具有较高的敏感性并能够有效地区分阻塞的气道部分，所以在COPD严重程度评估方面具有一定临床实用优势，成为测定肺功能进展的一项重要技术领域，本文对脉冲震荡法在COPD诊断及评估中的研究进展进行综述。

一、IOS概述

1. IOS检测原理： IOS将外源性脉冲作为信号源，通过转换为不同频率的震荡波作用于口腔后施加在受检查者静息呼吸上，其呼吸时的气体流速及产生的气道压力被持续性记录并进行频率及数据之间的整合，进而检测其不同气道的各种形式阻力。

2. IOS检测方法： 为确保震荡传感器工作时的精确性，尽可能地降低测定误差，在设定电阻为0.2 kPa/(L/s)的前提下，每日以3 L气筒进行流速/容量标准化定标[8-9]。并且为了保证检测结果准确有效，使用欧洲呼吸学会(ERS)推荐的统一正规操作流程进行检测。受检者取端坐位，牙齿紧紧咬住塑料口管，口唇包紧口管以防漏气，头略微上仰或呈水平状态，两手轻轻按压两侧面颊，以避免腮部随外源性震荡波的震动从而增加口腔的顺应性，并夹上鼻夹，嘱咐受检者利用口腔呼吸。 IOS测定需记录其稳定规则的呼吸波，并确保该状态维持90 s[10]。

二、IOS检测指标

IOS检测5Hz状态下的呼吸总阻抗(Z5)、呼吸粘性阻力(R5)与电抗(X5)，20Hz状态下的呼吸粘性阻力(R20)，5Hz状态下呼吸粘性阻力与20Hz状态下呼吸粘性阻力的差值(R5- R20)以及共振频率(Fres)。其中，呼吸时粘性阻力、弹性阻力以及惯性阻力三者共同组成呼吸总阻抗(Z)。粘性阻力(viscous resistance)是来自呼吸运动产生的气体流动在其运动状态下与呼吸道管腔之间相互作用所发生的摩擦力；弹性阻力(elastic resistance)是肺或胸廓的弹性成分组织在一定可承受的限度内能够被扩张时所产生的回缩力及存在于肺泡内气体与其表面的液体层之间的气—液界面的表面张力，即为一种外力，随着呼吸末外力的撤除肺或胸廓能够恢复至原始的形态；惯性阻力(inertial resistance)是在呼吸道管腔中因气流在产生、变换流动方向、更改气流形式、增减流动速度时为阻止肺随呼吸运动继发通气所产生保持原有静止或运动状态不变的的力，主要分布于大气道和胸廓。

另外，粘性阻力(R)用来反映总的呼吸粘性阻力，其组成来源包括肺实质、气道以及胸廓，其中主要是气道粘性阻力，包含中心性与外周性。震荡波作为能量的一种，存在其运动状态，也存在衰减属性，即震荡波作用于某一介质时，由于涡流的热能消耗，随传播距离的增加，将使震荡波的强度衰减，这种现象又称为介质对震荡波的吸收作用。在同一震荡波速度下，波长与频率呈反比，所以随着震荡波频率的增加，传播距离越短，其衰减作用越明显，也就是说高频率状态下的粘性阻力R20未能下传到外周细小支气管，仅能反映中心气道阻力；相反，低频率状态下的粘性阻力R5能到达肺的各个分支部分，可以反映总气道阻力；相应地反映R5与R20粘性阻力之差则可反映外周的气道阻力。目前按照欧洲呼吸学会(ERS)制定并推荐的国际诊断标准，R20的实测值占其预计值的百分比>150%则表明中心气道的粘性阻力增加；R5的实测值占其预计值的百分比>150%则表明总气道的粘性阻力增加。

电抗(X)则反映肺的惯性阻力及弹性阻力的总和。静息呼吸状态下，呼吸的频率偏低、气流速度相对缓慢，气流形态改变可能性小，导致为克服其形态改变的惯性阻力变小，所以低频震荡波作用时X以弹性阻力发挥主要优势作用，即X5可用以代表外周弹性阻力。X5小于-0.2 kPa/(L/s)为异常。共振频率(Fres)是指在弹性阻力及惯性阻力大小相等、方向相反时，震荡波以最大振幅做振动的情形。正常成人Fres小于10 Hz。

三、IOS在COPD诊断中的应用进展

目前对于协助COPD临床诊断的手段仍旧为常规肺功能通气功能指标检测中FEV1及FVC。吸入支气管扩张剂后，第1 s用力呼吸容积(forced expired volume in one second, FEV1)/用力肺活量(forced vital capacity, FVC)( FEV1/FVC)<70%表明存在持续气流受限。第1 s用力呼气容积占其预计值的百分比(FEV1%pre)是评估COPD气流受限严重程度分级的较好指标[2]。临床研究为了探索临床应用IOS对于诊断COPD的意义，对63例COPD患者进行常规肺功能及IOS检测，表明与相比较健康对照组相比，COPD组中粘性阻力R及共振频率Fres在5～30赫兹区间均显著增高，电抗X则在该区间明显降低，且COPD组中Fres与常规肺功能相关指标呈显著负相关，X5则与之呈显著正相关[10]。樊满齐等[11]曾作出的一项研究同样也表明，IOS检测可用以COPD的诊断，其中判断COPD严重程度的最佳指标为X5，诊断COPD气流受限最敏感的指标为Fres。另有研究结果证实，脉冲震荡法各相关参数与常规肺功能中FEV1、FVC等表示肺通气功能的指标存在较高的相关性，且随疾病严重程度的增加，肺功能日趋恶化，它们之间相关性的比较呈下降趋势，说明在疾病发生的早期IOS中相关参数则能够反映气流受限的情况[12-16]。有研究对80例COPD患者及60例健康者利用IOS测定呼吸阻抗，结果显示COPD组较健康对照组呼吸阻抗明显增加，随肺功能严重程度的恶化，低频率阻抗明显增加，且其改变呈上升趋势，能够准确的区分大小气道气流阻塞的情况及严重程度，从而对定位气道阻塞部位进而对于COPD临床诊断提供较高的临床价值[17]。

四、IOS在COPD严重程度评估中的应用进展

COPD主要病理生理特征为肺组织及气道受各种主动或被动接受香烟烟雾，大气污染、职业性粉尘、化工用料、有机燃料等所致有害细小颗粒物体的作用，激发气道各种炎症细胞产生炎症介质，调动炎症反应，刺激黏膜腺体分泌增强，加之炎症反应促使肺弹性组织变性，管腔塌陷，排泄黏液能力减弱，分泌物长期淤积外周细小支气管加重炎症反应，所以在疾病早期炎症反应多局限于外周小气道，随疾病发生发展逐渐累积上一分支气道，甚至最终累及中心大气道。尽管COPD气流受限不可逆转，但早期干预可有效地阻止气流受限持续性进展，防止肺功能进一步恶化。 有研究发现， IOS用以区分大小气道阻塞病变部位的能力可协助及时发现早期以慢性支气管炎为主要表现的COPD患者[18]。同时，Xrs可以发现 FEV1正常的小气道病变。 Brochard等[19]发现IOS测定外周气道的粘性阻力与体描法的 FEV1、 FEF25%、FEF50%及FEF75%有显著相关性(P均<0.01)。

五、优势及潜在不足

目前IOS之所以能够被更多临床医师认可接受并广泛的运用于临床实际诊治中是因为其对于评估COPD患者的肺功能检测方面存在其特有的优势： ①容易配合[20-24]。IOS检测，不需要患者特殊配合，静息呼吸状态下即可得到准确客观的检测结果，对于老年人、听力或语言障碍、术前或外伤后需卧床休息不宜用力呼吸等难以配合的患者，能客观反映出肺功能基本情况，从而有利于达到准确诊断患者病情的目的；②区别病变部位。IOS根据其震荡波不同频率的变化，作用于气道不同部位，从而进行频率数据整合，表现为各种气道阻力的差异。所以对于病变部位的区分提供临床价值，并扩充了常规肺功能所不能涉及的层面[25-27]。

IOS在我国临床中得到大面积推广及广泛运用，但仍存在其弊端。(1)目前我国使用欧洲呼吸学会(ERS)制定的比较国际化诊断标准，但由于我国国民体质明显不同于国外，且临床实际中我国国民所获取的肺功能数值明显偏低，易致假阴性结果。我国学者亦同样做出了相关研究，但由于样本含量较少、人群差异不明显、涉及面狭窄等原因，致使未能确定精确的符合国人身体状况的诊断标准，所以在研究设计上仍需加大可靠性力度，及早解决该方面问题；(2)IOS实质是利用震荡波在肺组织及气道中传播，并通过计算机频谱分析得到呼吸道相关力学参数，但震荡波作为电磁波的一种，同样存在波粒二象性，即发生折射、反射、绕射、散射及被吸收等现象。震荡波在同一均匀介质中可呈直线传导，但对于肺功能极重度患者而言，其长期未能有效控制并加速进展的慢性炎症引起的肺通气过度、肺泡损毁融合、气道黏膜增生、管壁增厚等改变，可能导致部分振荡波不能完全传导而被吸收，从而无法获取更多有效的信息[28-30]。正是因为常规肺功能需要患者长时间、最大力度、最快速度的完成肺通气功能检查，对于肺功能极重度患者，其配合度欠佳，不能客观有效地反映真实肺功能情况，所以需要利用IOS简便易配合的特性弥补目前常规肺功能的缺陷，因此，仍需要更大样本研究明确该项弊端的产生原因及解决方法。

尽管IOS存在一定程度的问题，但有更多的研究设计已涉足于该项领域，相信这项技术仍会被不断改善和发展，其广泛应用于临床，可以为科学、有效地评估COPD气道阻力提供一定的指导意义，也必将与常规肺功能检查相辅相成在呼吸生理及病理检测等方面得到广泛应用。

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黄红稷)

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