机械吸入-呼出排痰技术在气道廓清物理治疗临床应用中的新进展
胡越空1 周亚馨2 罗泽汝心2 黄 维2 喻鹏铭2,3
DOI:10.3969/j.issn.1001-1242.2024.05.019
*基金项目:国家重点研发计划项目(2018YFC2002304)
1 四川大学华西天府医院康复医学科,四川省成都市,610044;2 四川大学华西医院康复医学中心;3 通讯作者
第一作者简介:胡越空,男,硕士研究生;收稿日期:2022-02-03
无效的气道廓清是患有慢性呼吸系统疾病、呼气肌无力和中枢神经系统疾病等患者长期面临的困扰,这将显著增加肺炎、肺不张、呼吸机能不全或呼吸衰竭的风险[1]。物理治疗师会通过对患者进行详细的评估并结合临床检查结果,选择针对导致气道分泌物潴留原因的最佳物理治疗技术进行有效的干预。机械吸入-呼出(mechanical insufflation-exsufflation,MI-E)排痰技术是物理治疗师进行气道廓清治疗的一种经典干预措施,诞生于19世纪50年代[2],通过吸气和呼气时的压力改变模拟正常咳嗽来促进气道分泌物的排出。经过近70年的研究和技术迭代升级,MI-E已经被证明是一种安全有效的气道廓清物理治疗手段[3]。但我国物理治疗发展起步较晚,此技术在国内的应用还较局限且使用并不统一和规范,因此,本文对近年来MI-E技术发展和创新应用的研究进行回顾和总结,以期为物理治疗师在临床使用此技术提供参考。
1 MI-E基本原理及技术发展
有效咳嗽是将过多气道分泌物和异物从气道清除的重要机制,特别是对于患有气道疾病和神经肌肉性疾病(neuromuscular disorders,NMDs)造成呼吸肌无力的患者。其中,无意识咳嗽是一种相对简单的神经反射,仅需脑干参与完成;而有意识地控制咳嗽则更复杂,需脑皮质神经元参与处理[4]。为了达到有效咳嗽,其中重要的一环就是需要产生足够的呼气峰流速(peak expiratory flow,PEF)以推动气道内的分泌物和异物向大气道移动。而在慢性呼吸系统疾病和NMDs患者中,受长期呼吸肌抑制、呼吸机能不全或神经控制丧失的影响会造成膈肌、肋间肌、腹肌等呼吸肌群无力导致在咳嗽时难以形成足够的胸腹压,因此通常需要借助徒手或机械性增强咳嗽的辅助手段来完成有效的气道廓清。
咳嗽时的PEF是决定有效排痰的关键指标,通常无效咳嗽的患者往往存在PEF不足的情况。美国呼吸治疗学会(American Association for Respiratory Care,AARC)建议,当PEF<270L/min时,NMDs患者应借助机械吸入-呼出排痰技术促进气道廓清[5]。当PEF<160L/min时,意味着患者无法进行有效咳嗽而导致气道分泌物潴留[6],发生严重呼吸道感染的风险也随之增高[7]。对于未脱机患者,PEF低于该数值可能造成脱机失败,以及需要再行有创吸痰。
MI-E技术主要是通过借助MI-E设备实现辅助排痰的目的,但它并非是一项全新的气道廓清物理治疗技术,早在19世纪50年代已在临床使用[2]。起初,MI-E技术并未在临床研究中受到过多重视。直到20世纪初,欧美才逐渐有更多研究开始关注MI-E技术和设备的可用性,对脊髓损伤或其他NMDs人群的排痰效果是其最初广泛研究及应用的领域之一。MI-E技术的应用对象也逐渐扩展到成人、儿童,甚至婴幼儿等不同年龄层人群,其设备与气道的连接方式表现出多样化,包含有创连接(气管插管)和无创连接(面罩或口件)。
随着MI-E技术的迭代更新,其功能和便携性也得到了进一步提升。MI-E设备工作时,首先给予气道预设的气道正压,这有助于增加咳嗽前的吸气量和肺泡回弹压[8—9],随即再主动施加预设的气道负压。由于气道内气压的转变,此时在气道内产生并维持足够的气流峰值,对呼吸道内的分泌物造成足够的剪切力和气流速率,使其由呼吸道末端向近端移动,最终以痰液的形式通过口腔排出体外[10]。现有的相关研究报道MI-E设备工作时产生的PEF可达6—11 L/s[10],足够的呼气流量进而对气道内分泌物形成有利的松动效应,诱发有效的咳嗽。如果仅通过设备给予气道正压,而不随即施加气道负压,无法有效地提升PEF[8,11],不利于排痰。传统的MI-E技术需配合面罩、口件等配件,或直接连接气管插管使用,并提供可调节的吸入、呼出压,其压力介于﹣60—60cmH2O之间。新一代的MI-E设备还在吸入、呼出时增加了气流的高频振荡(high frequency oscillation,HFO)[12]。MI-E的具体使用方法的创新将在下文作进一步阐述。
最后,在使用MI-E技术和设备前,要充分了解其基本治疗原理,根据治疗目的正确选择排痰手段,以达到更理想的排痰效果。
2 MI-E适应证的扩大
MI-E技术在不同气道廓清障碍的患者中均有报道,而过去的研究主要集中在NMDs的成人和儿童患者中[7,12—15],这是因为MI-E技术的基本原理和NMDs患者排痰困难的基本机制一致,从而使MI-E技术在NMDs患者中得到了更多关注。过去对于NMDs大部分研究都倾向将吸入压、呼出压设置控制在﹣40—40cmH2O范围内,旨在即能达到理想的排痰效果,同时也提升患者治疗时的舒适度。即使只经过MI-E技术单次治疗,假肥大型进行性肌营养不良(Duchenne muscular dystrophy,DMD)患者的呼吸困难程度也能得到短期缓解[16]。在安全性方面,虽然鲜有使用MI-E排痰技术造成儿童气胸的报道,但在成年患者中确有相关不良事件的发生[17]。因此,物理治疗师仍需留意MI-E技术在NMDs患者中应用造成气胸的可能。近年MI-E技术的适应证进一步扩大,尤其集中在以下几类人群。
2.1 囊性纤维化人群
囊性纤维化(cystic fibrosis,CF)患者其中一个主要的特点是患者肺内气道会聚集大量黏稠的分泌物,这些不能有效排出的分泌物堆积会导致呼吸道内的感染和炎症,从而使患者肺功能恶化,对患者生存质量和寿命产生影响。同时,气道分泌物潴留会导致肺通气能力下降,造成动脉血氧降低[18]。MI-E技术对CF患者肺功能、排痰、动脉血氧的改善均有显著的效果。Nir Helper等[19]则将MI-E与自主引流(autogenic drainage, AD)技术进行了对比,在经过17—20次循环治疗后,﹣40—40cmH2O范围内的吸入压、呼出压设置虽然在大多数患者中未发现治疗后肺功能有明显改变。但是,他们发现MI-E较AD能提升36%排痰量(22.55±10.93g vs 14.09±7.86g,P<0.001),同时,在2min步行测试中其动脉血氧下降幅度也更小。另一份个案报告将MI-E作为传统气道廓清技术的补充,将吸入、呼出压设置在﹣20—30cmH2O,并延长吸入时间、调低吸入压增速旨在改善侧支通气,认为能够改善患者部分肺功能指标[20]。不仅是在CF成年患者中,MI-E技术的排痰效果也在CF患儿中得到了验证。相比Nir Helper的成人研究,Fakharian等[21]在CF患儿中将吸入、呼出压控制在较低的范围内(﹣30—30cmH2O),虽然相关指标(6min步行距离、血气等)也未得出显著性改善,但MI-E排痰技术依旧能达到与传统物理治疗(胸部叩击、振动、松动等)相近的肺功能和气道廓清功能改善。此外,以上的研究过程中均未出现不良安全事件报告[19—21]。因此,MI-E技术辅助CF患者排痰是安全可行的,并可将MI-E技术结合传统气道廓清技术,作为CF患者的气道廓清的辅助治疗。
2.2 重症机械性通气人群
近年来越来越多的研究探讨了MI-E技术在重症机械性通气患者中的治疗效果[3,22—30]。MI-E技术现在逐渐成为重症机械性通气患者撤机拔管、降低再插管管理标准的一部分,在改善机械通气患者拔管后发生呼吸衰竭和增强有效排痰从而预防呼吸衰竭等方面有显著的临床获益[23—24]。另外, 在不同原发疾病导致的呼吸衰竭重症患者中, MI-E技术(﹣40—40cmH2O)也表现出了增加排痰量(2.42±2.32g vs 1.35±1.56g,P<0.001),提高肺的顺应性(1.76±4.90ml/cmH2O vs 0.57±4.85ml/cmH2O,P=0.001)等作用[25]。在降低气道阻力方面,MI-E技术(﹣50—50cmH2O)也表现出了令人满意的结果,甚至在使用后的10min内仍显著低于治疗之前的水平(P=0.03)[26]。去年国内发表的一项使用MI-E技术治疗心脏手术术后重症患者的预实验发现,MI-E技术虽然能更好地保留患者肺功能,但与间隙性正压呼吸(intermittent positive pressure breathing,IPPB)的治疗方法相比,经MI-E技术治疗后患者出现胸痛的比值比例却更高(95%CI, 0.03—0.45,P=0.002)[27]。虽然两种治疗技术设置的峰值压力均在10—25cmH2O,这个结果可能与MI-E技术的主动负压呼出过程有关。另外,MI-E治疗被认为能更好地改善监护室期间肺炎人群的血氧水平,并降低对氧疗的依赖[31],可能是因气道廓清后减少了分泌物潴留,从而改善了肺通气能力[18]。最后,仅有1例个案在MI-E治疗中发生血液动力学不稳的情况[24],其他研究未报告不良安全事件[25—27,31]。因此,MI-E技术仍可在重症机械性通气患者中应用,但需密切监测治疗过程中和结束后患者的血液动力学变化情况,并应警惕在心脏手术术后重症患者治疗后可能出现胸痛的问题,及时加以疼痛预防和管理。
2.3 慢性阻塞性肺疾病人群
虽然过去很长一段时间因为担心会造成气胸的风险,困扰了物理治疗师使用MI-E技术为慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)患者提供治疗。但现在越来越多的研究证实了MI-E技术在COPD人群中使用的安全性和有效性[10]。据Winck等[32]的研究报道,MI-E技术(﹣40—40cmH2O)不仅能缓解COPD患者的呼吸困难指数,同时还能改善他们的血氧饱和度,且不会使肺指标恶化和改变呼吸模式,但未发现能提高他们的PEF。且不同的是,在MI-E呼出阶段,COPD患者被要求缓慢呼气而非用力咳嗽[32]。这可能是考虑到COPD疾病本身的特点,为避免用力咳嗽使气道痉挛、过度狭窄而阻碍气流和痰液排出。在运动能力方面,经MI-E技术(﹣33—30cmH2O)治疗后的COPD患者的6min步行距离显著优于传统排痰手段(呼吸训练、胸部按摩、叩击)[33]。而有的研究则认为,MI-E技术(﹣20—20cmH2O)可能会加剧COPD患者过度通气的情况,而可能导致PEF下降[11]。因此,MI-E技术在COPD人群中使用时,应根据治疗目标进行选择,可利用MI-E技术来改善COPD患者的呼吸困难状况、血氧饱和度和运动能力,但应警惕可能加重过度通气的风险,把控治疗安全,同时不以MI-E技术来实现促进排痰为主要手段。
2.4 临终关怀人群
许多终末期疾病会导致患者虚弱无力从而无法形成有效的气道廓清能力,导致肺部感染和通气能力下降,降低生存质量和威胁生命。在一份系统性回顾研究中,MI-E技术被认为是临终关怀中促进排痰的一种非常有前景的手段[34]。首先,相比吸痰,气管插管患者认为MI-E技术的排痰舒适性更佳[35]。其次,MI-E技术在有经验的物理治疗师教予家属操作的情况下,可满足患者居家时的日常治疗使用[36],故适合临终关怀人群长期的排痰管理需求。尽管由MI-E引发气胸的发生率较低,但在治疗前应留意勿对气胸高危人群使用[37—38]。然而,由于该人群疾病的多样性和复杂性,MI-E具体参数设置也因患者情况各异,较难做统一概括,但其安全性在相关研究中得到了验证[34—35]。目前临终关怀人群的物理治疗在我国的研究基本是一项空白,鲜有针对该人群的研究数据。因此,对临终关怀人群出现排痰需要时,物理治疗师可考虑运用MI-E技术进行日常排痰管理,但勿在气胸等高危人群中使用。
3 MI-E使用方法的创新
在使用MI-E技术时,需要设置的参数包括:吸入压、呼出压、吸入时间、呼出时间、间歇时间、治疗时长和治疗频率等指标。本文将关于MI-E技术的研究文献进行了整理与对比,发现了MI-E技术在治疗参数设置上呈现了一定的变化趋势与创新。
3.1 吸入压与呼出压
较早的研究倾向对小儿患者实施更低的平均吸入压和平均呼出压(﹣30—30cmH2O)[39—40],而近年的研究将这一范围扩大至﹣40—40cmH2O。但总体来说,考虑到小儿的肺容积小、肺的顺应性高及耐受度低等因素, MI-E技术吸入压和呼出压参数应设置低于成人的治疗压力剂量, 同时在使用时要警惕过大压力引发气胸的可能[41]。而对于成人患者在这两项指标上没有特别的变化,大部分使用的吸入与呼出压力控制﹣40—40cmH2O内。此外, MI-E的参数设置还需考虑患者的基础疾病和咳痰方式, 例如, 与肥胖相关的呼吸受限或气道阻力升高的问题,以及肺的顺应性下降, 都可能需要将MI-E技术的吸入压和呼出压分别扩至60cmH2O和﹣60cmH2O的高值[10,42]。另外在重症插管的患者中,为了产生足够的PEF达到有效咳嗽,气管插管咳痰的吸入压和呼出压应考虑比面罩咳痰设置的更高(﹣50—50cmH2O)[30]。
3.2 其他参数
吸入时间、呼出时间的设置差异较大,以往通常建议的MI-E技术吸入时间,成人为3—4s,小儿为1—2s,呼出时间一般为吸入时间的一半,并且延长吸入时间被认为比延长呼出时间更有利于清除气道分泌物[43]。也有其他研究将以上两者分别设置为2—4s,以及4—5s[44]。近10余年的应用参数,更倾向相应缩短两者的时间,例如,Chatwin等[14]将小儿的平均吸入时间和平均呼出时间分别设定为1.3s和1.5s,成人的平均给气时间相对延长,分别设定为1.5s和2.0s。另一份研究,Kim等[45]将成人患者的吸入时间和呼出时间分别设定为3s和2s。
其他参数指标因以往研究MI-E技术的研究报道对参数设置的不完整,无法做出明确的变化趋势判读。但大多数研究采用的吸入与呼出之间的间歇时间平均在1.5—3s[14,45]。5次治疗循环后,建议休息1—3min[46—47],每次治疗时长一般在10—30min[44—45],治疗频率为2次/天[44]。
因此,可适当放宽小儿患者MI-E技术吸入压和呼出压的高值至﹣40—40cmH2O,同时缩短吸入和呼出的给气时间在1.5—2.0s。考虑到小儿患者生理结构的特殊性,给气时间应比成人患者有所缩短。
4 MI-E居家使用的变化
完全依赖于医疗机构中由物理治疗师治疗进行排痰,是无法满足慢性疾病人群的长期气道廓清管理需求。所以,MI-E技术便于这些患者在居家环境中进行自我痰液的管理的价值得到了凸显,尤其在新冠疫情防控常态化,患者为避免交叉感染不能经常往返医院寻求物理治疗就成为一种重要的替代治疗手段。因此,MI-E技术在使用目的没有本质变化的情况下,在提高居家患者MI-E治疗依从性[48],以及其安全性[49]和长期作用(降低对公共医疗资源的需求和死亡风险)[48,50]等方面得到了肯定。在对MI-E技术的使用操作上,随着设备的更新,操作难度不断简化,功能不断完善和增加以使患者只需经过简单培训就能完成居家治疗变成可能[14,49—50]。如果居家期间患者的呼吸道情况发生变化,咳痰机参数需调整时,患者和家属可通过电话或视频联系物理治疗师进行咨询,这样就能进一步使患者的居家使用MI-E技术中的安全性和有效性得到保证[14]。因此,临床物理治疗工作中应重视将MI-E技术推广给那些需要在居家环境中长期有气道廓清治疗的患者,并着手培训基层(乡镇、社区)医护人员,使他们具备在物理治疗师指导后能独立操作或教予患者使用MI-E技术的能力,实现降低这些长期有气道廓清治疗需求的患者对公共医疗资源的依赖,并降低因痰液潴留引起的肺部感染和呼吸衰竭而需要反复住院的医疗经济花费。
5 小结与展望
MI-E技术在国外应用已超过半个世纪,其安全性和有效性得到了验证。近10年,MI-E技术也逐渐拓展并涵盖了CF、重症机械性通气、COPD和临终关怀等人群。虽然,不同人群、不同疾病问题的MI-E使用方法(如参数设置)存在差异,缺少标准化的应用指南,但随着研究的深入,其治疗方法也相应做出了改进和完善。此外,本文也进一步明确了MI-E技术在居家应用的重要性,应积极鼓励基层医护工作者掌握MI-E技术和设备的使用方法,以覆盖更广的受众群体。
期待有更多研究继续拓展MI-E的受众群体,覆盖并解决更多不同疾病人群咳痰困难的问题。同时,针对缺乏MI-E技术临床标准化应用指南的问题,临床物理治疗工作者可考虑通过多中心物理治疗合作研究等方式,完善不同患者人群或问题MI-E技术的较一致的使用方法(如参数设置)和操作规范,发布MI-E气道廓清物理治疗技术的业内专家共识,并完善相关物理治疗教材编写和出版,从而建立MI-E技术的临床标准化应用指南,以更明确地指导更多物理治疗师在临床工作中达到更理想的气道廓清效果,同时保障治疗安全。
参考文献(略)
◆ISPRM 2023世界大会精彩荟萃
◆手运动想象对脑卒中患者脑电信号的影响
◆《中国康复医学杂志》再次入选“百种中国杰出学术期刊” “第6届中国精品科技期刊” “中国科技核心期刊”
◆心肺功能障碍的康复治疗进展
◆多模态评估技术在慢性意识障碍患者预后预测中的应用
◆《中国康复医学杂志》已为EBSCO学术数据库全文收录
◆2024康复医学大趋势
◆近红外光学技术在脑功能成像和神经调控中的应用
◆基于循证医学证据的脊髓损伤患者躯干控制障碍康复评定和康复治疗专家共识
◆推进中西医结合脑-肢协同康复技术模式的构建
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