慢性阻塞性肺疾病患者膈肌功能与步态、平衡研究进展

姜婷 曹洪丽

1首都医科大学北京康复医学院，北京100144；2首都医科大学附属北京康复医院呼吸康复中心100144

膈肌是最主要的呼吸肌，同时也是人体核心肌群的重要组成部分。COPD 患者常会出现膈肌疲劳，引起呼吸模式异常，同时影响到人体核心肌群的稳定性，导致躯干失衡与步态的异常。近年来这一问题逐渐被重视，本文将从COPD 患者膈肌功能与躯干平衡控制、步态特征研究上进行综述。

1 COPD和膈肌

1.1 COPD COPD 主要以气流受限不完全可逆为特征，通常与暴露于有害气体中而引起的肺泡或气道异常相关。近年来COPD 患病率升高且呈现年轻化趋势，这一现象值得引起重视。根据我国流行病学的最新数据显示，2012至2015年，20岁以上人群COPD 患病率为8.6%，而40岁以上人群患病率高达13.7%[1]。慢性阻塞性肺疾病全球倡议提出，除了呼吸系统的治疗，呼吸系统之外的症状也应得到重视，例如心功能衰竭、骨质疏松和抑郁等[2]。有研究者提出，COPD 患者跌倒风险增加，所以在康复领域，患者的步态和平衡能力也应引起重视。

1.2 膈肌 膈肌是人体最重要的呼吸动力组织，膈肌收缩产生的动力可占肺通气动力的75%以上[3]。膈肌的3组肌腱在中心腱汇聚，组成了人类最主要的呼吸肌[4]。在COPD 进展的过程中，慢收缩肌纤维的比例增多，快缩肌纤维比例下降，这会降低膈肌收缩产生的力量，不利于患者呼吸运动[5]。为了弥补呼吸时膈肌力量不足，颈部肌肉会代偿性地过度运动，同时损害肩颈健康和核心肌群健康。

2 平衡和步态

2.1 平衡 平衡是指人体在进行动作转换、位置变化或因外力改变时可以自动调整姿势的能力，它是一种稳定状态[6]。维持平衡需要人体神经系统、肌肉骨骼系统和呼吸调节的协同作用，以及核心肌群对骨盆和髋关节稳定的控制[7]。一些研究证明了呼吸和心跳会周期性地干扰平衡[8]。正常人体可以通过各系统之间的相互作用调节这些周期性干扰对整体平衡的影响，但COPD 患者则不能有效调节这些干扰产生的影响，导致平衡受到干扰。这可能是导致跌倒风险增大的一个重要原因[9]。

2.2 步态 步态是走路时所有的动作和表现的姿态。正常步态需要肌肉骨骼系统、心血管系统、神经系统的共同参与[10]。在肌肉骨骼系统中，核心肌群发挥着重要作用。当四肢运动时，核心肌肉群收缩，腹腔体积减小，腹压增加，并且由中间区域从内向外扩展；核心肌群从外侧向内侧合抱时也会激发四肢的协同运动。通过核心肌群的收缩，正常人可以在步行过程中维持躯干及肢体的协调。最近发表的文献显示，COPD 会引起周围肌肉功能障碍，对下肢功能影响较大，使患者的行走方式发生改变[11-13]。具体表现为步幅、跨步长和6分钟步行距离较相同条件下未患病群体有所下降，跨步周期变长[14]。这些模式的改变在患有严重气流受限和跌倒史的COPD 患者身上更为明显，这也许可以解释为什么患者跌倒的发生率更高[15]。

3 COPD膈肌功能与平衡、步态的关系

COPD 患者膈肌肌力减退导致呼吸功能下降，运动量相应地减少，长时间后会产生废用性体力减退的现象，包括平衡能力在内的所有运动能力都会随之减退。膈肌肌力下降会打破核心肌群之间肌力的平衡，周围肌肉相应地发生改变，逐渐形成长期的全身性炎症反应，伴有不同程度骨骼肌肌力下降和萎缩，致使COPD 患者平衡功能下降[16]。而且周围肌肉萎缩和无力也可能导致COPD 患者的压力位移在内侧方向上的路径最大幅度减小，影响平衡和步态[17-18]。国内有研究表明，COPD 患者股四头肌收缩力下降尤为明显，且其最大主动收缩力下降程度与肺功能气流阻塞程度呈正相关[19]。股四头肌在人体保持直立和行走过程中发挥重要作用，股四头肌肌力下降会严重影响患者的步行能力。

身体的多个部分的运动维持人体安静的姿势，这些运动部分的组合称为动力链。静止姿势中的姿势 “稳定性”取决于动力链中多个区段的 “移动性”，用来抵消由呼吸因素引起的有节奏的扰动。膈肌功能的下降意味着COPD 患者动力链中多个区段的运动相应的改变。目前有数据表明，躯干和臀部肌肉存在周期性活动以及躯干、骨盆和下肢的相关角运动与呼吸同相，可以主动抑制由呼吸引起的姿势干扰[9]。而通过腿部无法促进姿势控制情况下对姿势控制的研究，则进一步证明躯干和下肢的运动补偿了呼吸对姿势的周期性扰动。这些足以说明当呼吸模式发生改变时，步态特征也相应发生改变。但在步态分析的相关参数中，跌倒与步态速度相关性并不明显。所以在进行COPD 患者的步态分析时，步幅可能比步速更好地标志着肌肉无力[20]。

此外，躯干由胸腔和腹腔的肌肉活动产生压力，支持胸腔和腹腔来保持姿势。当进行吸气作用时，横膈中心腱下降，形成胸腔负压，空气被吸入肺内，同时肋间肌激活支撑胸壁。根据牛顿定律可知，胸腔负压与腹腔正压的大小相等。胸腔压力和腹腔压力的大小通过声襞和盆底进行调节，一方损伤会使另一方受到影响，如气管切开患者常常便秘[21]。平衡或者上肢负重活动需要声襞产生的生门闭合反射来维持稳定的胸腔内高压。而盆底肌力量不足或运动控制能力下降会导致腹腔正压降低，这可能会使呼吸训练可达到的预期效果降低。COPD 患者由于膈肌力量缺失常常出现反常呼吸的现象，即正常呼吸时胸壁的运动是相反的。这会导致肋间肌、胸锁乳突肌和斜角肌等上部肌肉过度代偿，而进行手臂伸展或躯体前倾也是一种代偿方式；同时激活腹压，修复与胸腔压力的关系。膈肌作为分隔胸腔和腹腔的肌肉对胸压和腹压的产生具有重大作用，膈肌肌力下降导致胸腔压力、腹腔压力及躯干肌肉间的协同作用被打破，无法产生、调节和维持同时满足呼吸和躯体运动控制需求的胸腔和腹腔压力。当进行一些对姿势要求较高的活动时，往往能更明显地体现出患者平衡能力的下降，步态异常，跌倒风险增高。

4 总结

COPD 患者膈肌功能减退导致呼吸功能下降，躯干平衡控制失衡以及步态异常。国内外研究提示，在COPD 的综合管理中，康复已经成为不可或缺的一部分。加强呼吸肌训练，促进膈肌功能、躯干平衡，异常步态的改善已在COPD 患者康复中日益受到重视[22]。其次还要对饮食、戒烟、心理和医疗保健利用等多方面进行管理，帮助患者尽早康复[23]。建议研究COPD 患者膈肌功能减退的机制，进行更多的临床试验，找到改善COPD 患者平衡和步态功能的治疗方法。

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