趙后彤 朱述陽

脈沖振蕩肺功能在呼吸系統(tǒng)中的臨床應(yīng)用

趙后彤 朱述陽

1956年Dubois提出采用強(qiáng)迫振蕩技術(shù)(FOT)測(cè)定呼吸阻抗，此后強(qiáng)迫振蕩技術(shù)逐漸受到人民的重視并應(yīng)用于臨床，相繼發(fā)展了單頻振蕩、多頻振蕩、偽隨機(jī)噪音振蕩、隨機(jī)噪音振蕩及脈沖振蕩等技術(shù)[1]。脈沖振蕩(IOS)肺功能是基于強(qiáng)迫振蕩技術(shù)，結(jié)合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)頻譜分析技術(shù)發(fā)展起來的測(cè)定呼吸阻抗的新技術(shù)，與常規(guī)肺功能相比，具有操作簡單、耗時(shí)短、無需患者用力配合等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于老年人、兒童及危重病人，能很好的反應(yīng)患者的呼吸系統(tǒng)病理生理學(xué)特征。所以，脈沖振蕩肺功能是近幾年研究的熱門。

脈沖振蕩肺功能的基本原理是置于口腔外部的脈沖發(fā)生器產(chǎn)生矩形電磁脈沖，通過揚(yáng)聲器轉(zhuǎn)換成各種頻率的正弦機(jī)械波，施加于被檢測(cè)者的靜息呼吸上，連續(xù)記錄自主呼吸時(shí)氣道內(nèi)的壓力和氣流流速，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算即可得到各種振蕩頻率下的測(cè)定值，即呼吸阻抗值，其中以5-35Hz的參數(shù)最有意義。IOS法測(cè)得的呼吸總阻抗(Zrs)包括電阻R和電抗X兩項(xiàng)。Zrs反應(yīng)呼吸時(shí)粘性阻力、彈性阻力和慣性阻力的總和。R值反應(yīng)氣道的粘性阻力，也就是氣流阻力，其中R5代表總氣道阻力，R20代表中央氣道阻力，R5-R20(即R5減去R20的差值)代表外周氣道阻力[2-3]。X值反應(yīng)彈性阻力和慣性阻力的變化，其中X5代表外周彈性阻力[4]。其他指標(biāo)包括共振頻率(Fres)、阻抗面積(AX)均是反應(yīng)外周氣道的指標(biāo)[4]。

近幾年，關(guān)于小氣道的研究越來越受到重視。小氣道是指直徑<2mm的終末氣道，可被氣道炎癥和氣道重塑所影響，從而導(dǎo)致氣道平滑肌和周圍組織的改變[5]。這些改變導(dǎo)致了小氣道功能的損害，最終導(dǎo)致哮喘癥狀的發(fā)生[6]。評(píng)估小氣道功能的方法有很多，比如：經(jīng)支氣管鏡活組織檢查是一項(xiàng)評(píng)估小氣道炎癥的直接有效的方法，但此方法是一種侵襲性的方法，有導(dǎo)致氣胸的風(fēng)險(xiǎn)，比例大概在1%-3%，并且可獲得的肺泡和小氣道組織的量很少，有一定的局限性[5]。由于小氣道閉塞所引起的空氣潴留，在高分辨計(jì)算機(jī)斷層掃描(HRCT)上表現(xiàn)為低密度肺區(qū)域，故HRCT也可作為測(cè)定小氣道的一項(xiàng)檢查方法[6-7]。呼出氣一氧化氮(FeNO)、誘導(dǎo)痰、血液學(xué)標(biāo)志物的檢測(cè)是一項(xiàng)間接反映小氣道炎癥的方法，但這些生物學(xué)標(biāo)志物與小氣道功能損害之間以及與小氣道損害的病理學(xué)機(jī)制之間是否有特定的關(guān)系目前還不清楚[5]。常規(guī)肺功能采用最大呼氣流量-容積曲線(MMEF)法測(cè)量小氣道功能，以MMEF25﹪、MMEF50﹪、MMEF25%-75%小于80﹪預(yù)計(jì)值作為小氣道功能障礙的標(biāo)準(zhǔn)，但這種方法需要患者主動(dòng)用力呼吸配合，不少患者因配合較差，并且在患者用力呼氣過程中，小氣道提前關(guān)閉，導(dǎo)致對(duì)患者病情嚴(yán)重程度的過度評(píng)價(jià)，不能真實(shí)反映小氣道功能。雖然常規(guī)肺功能是判斷氣流受限的金標(biāo)準(zhǔn)，但其在區(qū)分遠(yuǎn)端氣道和中央氣道方面有一定的局限性，且重復(fù)性差[8]。同時(shí)因小氣道功能的改變并不一定能真實(shí)反映出小氣道本身的病變，這是因?yàn)樾獾拦δ苁芊谓M織彈性功能和小氣道本身功能的雙重影響，只有排除肺組織彈性減退才能認(rèn)為小氣道功能改變是小氣道本身的病變引起。通過IOS測(cè)得的小氣道指標(biāo)有R5-R20、X5、Fres、AX。脈沖振蕩肺功能僅需患者平靜呼吸，減少誤差存在，同時(shí)可以測(cè)量周邊小氣道阻力和周邊肺組織彈性阻力，相比常規(guī)肺功能，IOS肺功能能真實(shí)反應(yīng)小氣道功能病變的原因和嚴(yán)重程度。因此，脈沖振蕩肺功能是一種非侵襲性的方法，操作簡單，方便，通過測(cè)定呼吸阻抗，能真實(shí)反應(yīng)呼吸系統(tǒng)病理生理學(xué)特征，在評(píng)估小氣道病變方面比常規(guī)肺功能更敏感[9]，且有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用于臨床，尤其是在慢性阻塞性肺病和支氣管哮喘的應(yīng)用中更是廣泛。

研究表明，在支氣管哮喘和慢阻肺中，盡管第一秒用力呼氣容積(FEV1)和最大呼氣中期流量(MMEF)正常，IOS參數(shù)卻已經(jīng)發(fā)生了改變，這表明脈沖振蕩肺功能在早期診斷支氣管哮喘及慢阻肺方面起到了至關(guān)重要的作用[10-11]。呼吸道癥狀的嚴(yán)重程度和生活質(zhì)量的高低主要與反應(yīng)小氣道功能的IOS參數(shù)有關(guān)，而不是FEV1[11]。很多呼吸系統(tǒng)癥狀的發(fā)生歸咎于小氣道的功能損害，強(qiáng)調(diào)了常規(guī)肺功能在診斷方面的局限性[9]。亦有研究表明，小氣道功能損害與血清C反應(yīng)蛋白(CRP)所反映的系統(tǒng)性炎癥的存在有關(guān)[9]。同時(shí)，小氣道和遠(yuǎn)端肺損傷在組織學(xué)評(píng)價(jià)上已得到確認(rèn)[12]。因此，IOS肺功能在診斷氣道疾病方面敏感性比常規(guī)肺功能高。

慢阻肺是以持續(xù)氣流受限、肺功能進(jìn)行性下降為特征的慢性疾病，故早期診斷、早期干預(yù)、延緩疾病進(jìn)展至關(guān)重要。大多數(shù)慢阻肺患者有呼吸困難、咳嗽、咳痰等呼吸道癥狀，但這些癥狀在早期慢阻肺中并不明顯，所以根據(jù)呼吸道癥狀來早期發(fā)現(xiàn)慢阻肺患者并不可靠。慢阻肺早期病理改變是呼吸性細(xì)支氣管炎，即病變開始于遠(yuǎn)端小氣道[13-14]。脈沖振蕩肺功能比常規(guī)肺功能更能反映遠(yuǎn)端氣道功能，而遠(yuǎn)端氣道是慢阻肺氣流受限的主要部位[14-15]。Crim等人研究發(fā)現(xiàn)，“相對(duì)健康”的吸煙患者，雖未達(dá)到慢阻肺診斷標(biāo)準(zhǔn)，但其通過脈沖振蕩肺功能檢查，發(fā)現(xiàn)這些患者AX指標(biāo)顯著增高，氣道阻力亦明顯增高，說明已有小氣道功能損害，即已有早期輕度的氣流受限[16]。Frantz等人亦研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)肺功能相比，IOS通過測(cè)量呼吸阻力和電抗，能更好的反應(yīng)呼吸力學(xué)的變化，進(jìn)一步評(píng)估遠(yuǎn)端氣道病理改變，此為慢阻肺發(fā)生發(fā)展的重要組分[17]。因脈沖振蕩法是一種非侵襲性檢查方法，不需患者用力配合，故可常規(guī)使用來達(dá)到促進(jìn)慢阻肺早期發(fā)現(xiàn)的目的。Timmins等人通過對(duì)14名慢阻肺穩(wěn)定期患者進(jìn)行3個(gè)月的隨訪，觀察ICS/LABA維持治療期間，對(duì)小氣道的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ICS聯(lián)合LABA維持治療3個(gè)月后，通過脈沖振蕩和常規(guī)肺功能檢查發(fā)現(xiàn)，主要是小氣道力學(xué)發(fā)生了變化，而FEV1卻未見明顯改變，故IOS對(duì)監(jiān)測(cè)小氣道力學(xué)的變化是敏感的[18]。Saadeh等人研究發(fā)現(xiàn)，脈沖振蕩肺功能在監(jiān)測(cè)氣道可逆性及ICS/LABA(或ICS/LAMA)維持治療慢阻肺 3-18個(gè)月后藥物療效方面比常規(guī)肺功能更敏感，且可幫助慢阻肺患者早期制定最佳治療方案及治療劑量，并促進(jìn)個(gè)體化用藥[19]。綜上所述，在FEV1未發(fā)生改變時(shí)，通過脈沖振蕩肺功能檢查可發(fā)現(xiàn)未達(dá)到慢阻肺診斷標(biāo)準(zhǔn)但卻存在小氣道功能紊亂的患者，表明這些患者已經(jīng)有早期慢阻肺表現(xiàn)的征象。故IOS在早期監(jiān)測(cè)慢阻肺方面有一定的臨床應(yīng)用價(jià)值。

支氣管哮喘是一種以氣道阻塞為特征，影響整個(gè)氣管-支氣管樹的慢性氣道炎癥性疾病，目前全球范圍內(nèi)約3億人口有哮喘病史，是危害人類健康的主要問題之一，所以，哮喘的早期診斷、早期干預(yù)、改善預(yù)后極其重要。研究表明，小氣道在哮喘病理生理學(xué)、哮喘發(fā)病機(jī)制等方面起重要作用[20-21]。文獻(xiàn)報(bào)道，小氣道阻塞與夜間哮喘、運(yùn)動(dòng)性哮喘、難治性哮喘、致死性哮喘、病情惡化等有關(guān)[22-23]。臨床試驗(yàn)調(diào)查顯示，對(duì)哮喘患者進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化治療后，常規(guī)肺功能中FEV1未發(fā)生變化，而患者的臨床癥狀已得到改善，同時(shí)脈沖振蕩中小氣道指標(biāo)也已發(fā)生改變[24-25]，這表明，藥物療效對(duì)小氣道的影響更為顯著。使用長效β2受體激動(dòng)劑聯(lián)合吸入糖皮質(zhì)激素或白三烯調(diào)節(jié)劑可顯著改善外周氣道功能[20]。Takeda等人認(rèn)為由脈沖振蕩所評(píng)估的外周氣道與哮喘患者的健康狀態(tài)、臨床癥狀、疾病控制密切相關(guān)，外周氣道可作為一個(gè)潛在的治療哮喘的重要靶點(diǎn)[20]。Alfieri等人發(fā)現(xiàn)，在輕-中度哮喘患者中，支氣管激發(fā)試驗(yàn)可引起支氣管過度收縮，由此表達(dá)的氣道高反應(yīng)與小氣道功能紊亂密切相關(guān)，表明小氣道在氣道高反應(yīng)性病理生理學(xué)方面也起著重要作用。在此試驗(yàn)中，脈沖振蕩肺功能在監(jiān)測(cè)支氣管收縮方面比常規(guī)肺功能更敏感[26]。Schulze等人研究發(fā)現(xiàn)，在間歇發(fā)作性哮喘患者無癥狀期間，外周氣道損害也是存在的，這些患者更易發(fā)生哮喘急性發(fā)作，所以，脈沖振蕩中反映小氣道的指標(biāo)可作為哮喘急性發(fā)作的預(yù)測(cè)因子[27]。Shi等人研究表明，脈沖振蕩中反應(yīng)小氣道的指標(biāo)AX、R5-R20可有效區(qū)分哮喘控制和未控制，而反應(yīng)大氣道的R20卻不能區(qū)分哮喘控制和未控制，充分表明了未控制哮喘與小氣道功能損害密切相關(guān)[28]。哮喘治療失敗在很大程度上是由于未獲得滿意的哮喘控制，也就是小氣道功能未得到顯著改善[29]。近幾年，小氣道的臨床相關(guān)性受到越來越多的認(rèn)可[30]。Anderson等人發(fā)現(xiàn)哮喘患者普遍存在小氣道功能損害[35]。有研究表明，持續(xù)的小氣道功能損害導(dǎo)致了哮喘患者臨床癥狀的未控制，表明這些患者可能有小氣道表型的存在[29-30,32]。小氣道功能能否通過超細(xì)微顆粒吸入治療后得到改善，包括超細(xì)微顆粒吸入型糖皮質(zhì)激素(ICS)和吸入型糖皮質(zhì)激素聯(lián)合長效β2受體激動(dòng)劑(ICS/LABA)，以及這與長期哮喘控制之間的關(guān)系，目前均尚不清楚[29]。在未來的時(shí)間里，需設(shè)計(jì)一個(gè)前瞻性的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)來進(jìn)一步豐富小氣道表型，為改善小氣道功能、長期哮喘控制、提高哮喘患者生活質(zhì)量做準(zhǔn)備。

脈沖振蕩肺功能除在慢阻肺和支氣管哮喘的應(yīng)用普遍外，在限制性肺部疾病、睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(OSAS)、肺癌、呼吸衰竭危重患者氣管插管的床邊肺功能監(jiān)測(cè)等應(yīng)用方面也有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，但這方面的文章很少。Rigau等研究開發(fā)了一種便攜式的FOT設(shè)備，可以用于急救車上和家庭護(hù)理[33-34]；Dellaca和Timmins等人認(rèn)為IOS亦可作為家庭治療的一個(gè)監(jiān)測(cè)工具[35-36]。相信隨著技術(shù)的發(fā)展及臨床應(yīng)用的普及，這些將會(huì)是IOS未來研究的方向。由于這種設(shè)備價(jià)格相對(duì)便宜，以后可以普及到社區(qū)基層醫(yī)院，甚至可以用于慢性呼吸系統(tǒng)疾病患者的自我監(jiān)測(cè)。

雖然脈沖振蕩肺功能有常規(guī)肺功能不能取代的特性，具有一定臨床意義，但不能替代常規(guī)肺功能檢查，常規(guī)肺功能是診斷氣流受限的金標(biāo)準(zhǔn)，兩者各有特點(diǎn)，可以相互補(bǔ)充[37]。而且，至今IOS尚無國人的正常值范圍以及氣道反應(yīng)性試驗(yàn)的統(tǒng)一判斷標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于其檢查結(jié)果的解釋及其與疾病的相關(guān)性仍有較多值得探討或有待明確的地方，最后不管在技術(shù)方面還是在臨床應(yīng)用方面，脈沖振蕩肺功能仍需進(jìn)一步更新、發(fā)展和完善。

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221000 江蘇 徐州，徐州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院

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2016-10-31]