振动正压呼气排痰装置在慢性阻塞性肺疾病中的应用

文戈弋，汤帅，罗博文，叶杭，耿煜，张冰，杨汀

1. 首都医科大学，北京 100069；2. 中日友好医院 呼吸与危重症医学科，北京 100029；3. 北京化工大学 机电工程学院，北京 100029

引言

慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD）是一种慢性呼吸系统疾病，其特征为持续存在的呼吸道症状和气流受限[1]。其发病率高，40岁以上人群发病率达13.7%[1-2]。随着病情进展，患者出现心功能下降、肌肉力量下降等，进而使运动耐力下降、生活质量下降[3-4]。慢阻肺的治疗是在药物治疗基础上，辅以呼吸康复、氧疗等非药物治疗[1]。其中呼吸康复是慢阻肺一线非药物治疗，它能增强运动耐力，改善症状，减少急性加重次数，提高生活质量，极大改善预后[1,4]。呼吸训练及气道清洁技术（Airway Clearance Techniques，ACT）是呼吸康复必不可少的手段。目前诸多呼吸训练装置及排痰装置用于慢阻呼吸康复治疗，其中振动正压呼气排痰装置有其独特优势。该类装置以产生振动频率及呼气末正压为基本原理，进而达到呼吸训练及气道清洁功能。此外，该类装置简单易携、使用方便。国内外诸多研究表明振动正压呼气排痰装置能促进排痰、缓解呼吸困难、改善肺功能、提高生活质量等，使患者获益[5-7]。尽管该类装置有诸多优势，但其应用相对较少。有学者为探究慢阻肺患者排痰手段实际情况，分析了医生处方数据，发现振动正压呼气排痰装置使用率很低，化痰药物使用率很高，两者差距明显[8]。其原因考虑与对该类装置认知不足及相关研究缺乏有关。因此本文从装置基本原理入手阐述了其作用机制及经典装置，并进一步阐述了该类装置的应用，期望能指出其优势及临床使用价值，为慢阻肺患者带来获益。该类装置的研究也较为缺乏，亦期望今后能有广泛深入的研究使该类装置更加优化、更好应用于临床。

1 呼吸康复

呼吸康复是一种基于对患者全面评估并量身定制的综合干预措施，其包括但不限于运动训练、教育和行为改变，目的在于提高慢性呼吸系统疾病患者的生理及心理状况并促使患者长期坚持以促进健康[9]。呼吸康复治疗的方法多种多样，运动训练是其核心。常用的运动训练有耐力训练，间歇训练，阻抗训练等[4]。此外，呼吸训练及ACT也是康复治疗中常用的手段[10]。

1.1 呼吸训练

呼吸训练始于20世纪80年代，Sonne等[11]率先在重度慢阻肺患者中使用吸气阻抗装置，发现能改善患者呼吸肌耐力及活动能力。之后，越来越多的研究表明呼吸训练有以下优势[4,10,12-17]：① 减少肺泡残气量，改善肺内气体交换，提高动脉血氧饱和度；② 提高呼吸肌力量及耐力，改善骨骼肌功能障碍，提高活动耐量；③ 改善患者对体力活动的恐惧和焦虑，改善心理状态；④ 减少急性加重次数，提高生活质量。从而改善患者呼吸困难的症状和提高生活质量。缩唇呼吸、腹式呼吸及呼吸操是常用的传统训练方式[14]。

1.2 气道清洁技术

ACT是指采用非药物性手段促进气道分泌物从肺部排出[18]。气道黏液高分泌慢阻肺的特点之一，与患者肺功能下降、急性加重次数、住院率、死亡率等均有关系[19]。ACT能增强气道清洁能力，促进痰液排出，使患者获益[20]。ACT有4种传统方式，即体位引流、叩拍法、胸廓震颤法以及咳嗽训练。此外，还有重力辅助引流、开放声门侧位呼气（Expiration with the Glottis Open in the Lateral Posture，ELTGOL）、主动循环呼吸技术（Active Cycle of Breathing Techniques，ACBT）等多样的呼吸策略，呼气末正压技术、气道振荡技术、高频胸壁振荡排痰系统（High-Frequency Chest Wall Oscillation，HFCWO）等的新型方法[18,20-25]。

2 振动正压呼气排痰装置

除传统的呼吸训练及ACT，呼吸训练装置及排痰装置应运而生，广泛应用于慢阻肺患者。呼吸训练装置包括阻力负荷呼吸训练器、阈值负荷呼吸训练器、腹式呼吸训练器、多功能呼吸训练器等多种类型[5]。阻力呼吸训练器及阈值呼吸训练器均以增加呼吸阻力为基本原理，前者阻力大小依赖于气流变化，后者阻力依靠设定。腹式呼吸训练器通过充气泵和压力传感器，周而复始地向压力腹带中充放气，达到模拟腹式呼吸，其舒适性及便利性较差。多功能呼吸训练器在原有呼吸训练基础上增加了排痰功能。排痰装置主要采用呼气末正压或气道振荡等技术。振动正压呼气（Oscillatory Positive Expiratory Pressure，OPEP）技术则将呼吸训练及气道清洁有机结合。

20世纪90年代，振动正压呼气被提出作为传统气道清洁技术的辅助手段[26]。其基本原理为患者使用装置用力呼气时，气流产生的声波能够沿气道下传并振动气道分泌物，降低粘滞性，同时这种振动频率与气道黏膜上皮细胞纤毛运动频率接近，可引起共振，从而使痰液更易排出[27-28]。之后的研究表明，OPEP能改善肺功能，具有呼吸训练的作用[29-31]。患者用力呼气时，通过装置产生一定程度的呼气末正压增加呼气阻力，达到呼吸训练的目的。经典的装置有Flutter、Quake、Lung flute 及 Acapella[6,32-34]（表 1）。

表1 振动正压呼气排痰装置比较

2.1 Flutter

Flutter是一种小型、手持装置。其原理为钢球在呼气产生的外驱力与自身重力的作用下振动，进而产生振动气流。此外，间歇性增加支气管内压，保持呼气时气道开放[35]。相对体位引流，Flutter能有效促进气道分泌物排出，尤其对支气管的引流更有利[36]。此外，Flutter可降低慢阻肺患者气道阻力[37]。Flutter不足之处在于钢球产生的重力作用因摆放角度不同而改变，使其在应用时易受体位影响。

2.2 Quake

Quake是一种小型、手摇式排痰器。其原理为装置阻碍呼气形成振动气流，手摇柄速度控制气流振动频率。当手摇柄摇动慢时，产生的阻力大、振动频率小，反之则产生的阻力小、振动频率大。Quake亦可有效促进慢阻肺患者痰液排出[38]。

2.3 Lung flute

Lung Flute是一种手持式呼吸装置，其成本低、安全性及有效性良好，于2006年被美国FDA批准出售，于2007年在欧盟作为I类医疗设备上市[39]。其原理为低频声波技术，即当患者用力呼气时，肺笛产生16～25 Hz声波，这种声波沿气道下传并振动气道分泌物，同时这种振动频率与气道黏膜上皮细胞纤毛运动频率接近，可引起共振，从而使痰液更易排出[32]。它能极大促进慢阻肺患者痰液排出，改善通气功能，提高生活质量[33]。

2.4 Acapella

Acapella是一种新型装置，可促进排痰、开放气道，且可同时输送雾化治疗药物[30-31,40]。Acapella振动频率与气道上皮细胞纤毛运动频率及慢阻肺患者气道共振频率基本一致，可有效促进纤毛运动和气道振动从而加强排痰。Acapella产生的呼气正压可达13.5 cm H2O，有助于克服内源性呼气末正压，打开塌陷肺泡或气道。此外，Acapella自带环路雾化装置，可将药物颗粒可裂解至5 μm以下，优化药物输送，提高药物在肺内的沉积，提高药物生物利用度，有利于慢阻肺治疗期间雾化治疗的实施。更多研究表明，较Flutter等其他装置而言，Acapella疗效及安全性均较好[40]。Acapella适用范围广，尤其对于有咳痰困难、呼吸功能低下及整体状况不佳的患者。其使用不限体位，站、坐及卧位均可。操作简便且易握持，无需耗电，使用方便。

3 振动正压呼气排痰装置对慢阻肺的应用价值

气道黏液高分泌及小气道陷闭是慢阻肺的基本病理特点之一。振动正压呼气排痰装置通过振动以促进排痰，同时通过呼气末正压打开陷闭气道，此外提供呼气阻力以进行呼吸训练，使患者有较大获益。

症状方面，呼吸困难、咳嗽、咳痰是慢阻肺的主要症状。有研究通过随机对照试验发现使用OPEP装置26周后患者mMRC评分改善[41]，提示呼吸困难症状改善。更有研究发现，使用4周后患者呼吸困难症状即可改善[7]。对于咳痰来说，使用OPEP装置20 min后患者痰量明显增加[37]，使用4周后患者痰量明显减少[7,42]，提示OPEP装置可促进排痰。肺功能方面，研究发现使用OPEP装置可提高FEV1及FVC[42-43]，改善气流受限情况。更有进一步研究分析脉冲振荡参数变化，发现患者使用Flutter装置20 min后即出现R5、R20及X5较基线明显下降，提示OPEP装置存在降低呼吸系统阻力的作用[37]。影像学方面，有研究通过受试者吸入被标记气体后进行MRI扫描成像以评估使用OPEP装置前后肺通气情况，研究发现使用装置后肺通气明显改善[42]。影像提示肺通气功能改善，可能与痰液排出、气道阻力降低等有关，但有关影像改变研究很少，仍需更深入研究。活动耐力方面，研究发现使用装置患者6 min步行试验结果提高，提示活动耐力增加。综上可知，OPEP装置对慢阻肺患者症状、肺功能、影像、活动耐力均有改善。然而，对于气道炎症水平来说，暂未发现改变[37]。

BODE指数是临床上常用的评价慢阻肺患者病情、预后、呼吸康复效果及生活质量的指数，其包括BMI、FEV1占预计值百分比、mMRC评分、6 min步行试验距离[44-45]。一项26周的长期研究发现不使用Lung flute组的慢阻肺患者平均BODE指数由3.31明显升高至4.14，而使用Lung flute组的平均BODE指数维持在3.16不变，两者具有明显的统计学差异[32]。此外，还发现使用组的CAT评分及SGRQ评分显著改善，提示生活质量明显改善。其他研究也指出使用OPEP装置可改善CAT评分及SGRQ评分[41-42]。

在慢阻肺急性加重方面，一项真实世界研究通过对使用或不使用OPEP装置组各405例慢阻肺患者的对比分析，发现使用组患者急性加重比例明显减少且急性加重治疗相关花费亦减少[46]。另一项真实世界研究发现使用OPEP装置可缩短急性加重期平均住院时间并减少花费[47]，亦有其他研究得出相同结论[48-49]。此外，有报道急性加重期使用OPEP装置可促进FEV1改善[50]。总之，使用OPEP装置能减少慢阻肺患者急性加重次数、缩短平均住院时间并减少花费，但有待广泛而深入的研究来探讨OPEP装置在慢阻肺急性加重期中的作用。

4 总结和展望

呼吸训练及气道清洁技术是慢阻肺患者康复治疗的重要手段。OPEP装置兼具呼吸训练及气道清洁功能，其基本原理为使用时产生振动气流进而产生振动频率，引起气道黏膜上皮细胞纤毛及气道共振，促进排痰，此外，产生一定呼气末正压，增加呼气阻力，达到呼吸训练的目的。该类装置使慢阻肺患者很好获益，其能促进排痰、缓解呼吸困难症状、改善肺功能、增加活动耐力、提高生活质量、减少急性加重次数。本文通过对该类装置综述以期能为临床使用提供参考。但现有的OPEP装置结构简单，尚不能达到使用时呼气流速、压力等数据的实时监测及传输，尚不能实现呼气末正压及振动频率自动连续可调，有待进一步优化改进，以实现更加个体化及智能化的目标。尽管诸多的研究表明OPEP装置能使慢阻肺患者获益，但获益患者的表型、获益的方面及获益的程度仍需深入研究。急性加重期的研究也尚不足，望今后有多中心、大样本、随访时间长、包含急性加重期的研究。此外，有关OPEP装置在支气管扩张症等其他慢性呼吸疾病中的作用的报道尚缺乏。期待今后更加便携智能的OPEP装置出现，并给慢性呼吸疾病患者带来获益。