馮燕 周鳳 牛陵川

近年來(lái)，脊髓損傷的發(fā)病率居高不下，全球每年約有25萬(wàn)～50萬(wàn)人發(fā)生脊髓損傷，發(fā)展中國(guó)家發(fā)病率高于發(fā)達(dá)國(guó)家，男性多于女性，且青壯年多發(fā)。高墜傷(41.3%)和交通意外傷(22.3%)是頸部脊髓損傷的主要致因[1-2]。其中，頸部脊髓損傷患者占比高達(dá)41.2%，而肺部感染是脊髓損傷患者最常見(jiàn)的并發(fā)癥，發(fā)生率高達(dá)32.59%[2]。一項(xiàng)美國(guó)大型研究表明，脊髓損傷患者感染COVID-19的概率、感染嚴(yán)重程度和死亡率都高于普通人群[3]。呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥是脊髓損傷患者死亡的主要原因，對(duì)患者而言，這是比原發(fā)疾病更為兇險(xiǎn)的問(wèn)題[2]，因此預(yù)防和治療脊髓損傷患者呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥至關(guān)重要。大量研究表明，吸氣肌力量訓(xùn)練不僅能顯著提高頸部脊髓損傷患者肺活量(vital capacity，VC)、最大吸氣壓 (maximum inspiratory pressure，MIP)、最大自主通氣量(maximum voluntary ventilation，MVV)等指標(biāo)，還能降低肺部感染發(fā)生率，減輕呼吸困難癥狀，改善患者心理健康水平，提高患者的生活質(zhì)量[4]。本文就目前頸部脊髓損傷患者的吸氣肌功能障礙，吸氣肌力量訓(xùn)練理論依據(jù)和訓(xùn)練方法進(jìn)行以下綜述。

1 頸部脊髓損傷患者吸氣肌功能障礙

吸氣肌分為主要吸氣肌和輔助吸氣肌。膈肌是主要吸氣肌，為穹窿狀結(jié)構(gòu)，由2條膈神經(jīng)支配，平靜呼吸時(shí)，膈肌能滿足60%～70%的通氣需求。輔助吸氣肌包括肋間外肌、胸鎖乳突肌和斜方肌等，在呼吸功或通氣需求增加時(shí)參與呼吸過(guò)程[5]。由于吸氣肌解剖位置的特殊性，臨床上評(píng)估或訓(xùn)練過(guò)程中，難以將膈肌和輔助吸氣肌區(qū)分開(kāi)來(lái)，故不單獨(dú)贅述。頸部脊髓損傷患者吸氣肌功能障礙主要表現(xiàn)為以下方面。

1.1 神經(jīng)源性損傷 頸部脊髓損傷患者吸氣肌受累程度取決于損傷平面和損傷程度[1]，節(jié)段越高，吸氣肌功能障礙越重，肺功能下降越多。膈肌是最主要的吸氣肌，能吸入2/3的潮氣量，由C3～C5發(fā)出的膈神經(jīng)支配，而輔助吸氣肌由C1～C8支配，所以頸部脊髓損傷不僅影響膈肌功能，也會(huì)影響輔助吸氣肌功能。吸氣肌失神經(jīng)支配會(huì)導(dǎo)致吸氣肌力量下降，進(jìn)而引起VC、一秒呼出量(forced expiratory volume in 1s，F(xiàn)EV1)、MVV等指標(biāo)下降[6]。

1.2 廢用性功能下降 頸部脊髓損傷患者，由于長(zhǎng)期制動(dòng)和機(jī)械通氣相關(guān)膈肌功能障礙(ventilator-induced diaphragmatic dysfunction，VIDD)，膈肌纖維會(huì)明顯減少，尤其是使用控制機(jī)械通氣模式(controlled mechanical ventilation，CMV)的患者，膈肌厚度每天會(huì)下降1.5%～7.5%[7]。有研究發(fā)現(xiàn)，頸部脊髓損傷患者膈肌厚度與ICU住院時(shí)長(zhǎng)呈負(fù)相關(guān)，與功能獨(dú)立性評(píng)分呈正相關(guān)(P＜0.05)[8]。一項(xiàng)土耳其的小樣本量的橫斷面研究發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷患者所有的肺功能測(cè)試指標(biāo)(除FEV1/FVC外)均顯著下降[9]。

1.3 自主神經(jīng)功能紊亂 頸部脊髓損傷后由于吸氣肌功能障礙，導(dǎo)致肺活量下降，為了滿足呼吸需求，雙側(cè)迷走神經(jīng)會(huì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，增加呼吸頻率，保證分鐘通氣量[10]。此外頸部脊髓損傷后，吸氣肌力量下降，呼吸頻率增加，吸氣肌耗能會(huì)增加，需要的血供也會(huì)增加，由于這種吸氣肌竊流現(xiàn)象和代謝反射，中樞神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)抑制高強(qiáng)度活動(dòng)，降低患者的活動(dòng)水平，患者在進(jìn)行低強(qiáng)度活動(dòng)時(shí)，疲勞感增加，輔助呼吸肌過(guò)多參與，氧氣利用率下降，誘發(fā)活動(dòng)后呼吸困難[11]。

2 吸氣肌力量訓(xùn)練理論依據(jù)

吸氣肌屬于骨骼肌，由于其血供來(lái)源豐富、需氧酶含量高，是所有骨骼肌中最耐疲勞的肌肉，分Ⅰ型纖維和Ⅱ型纖維。其肌力訓(xùn)練原則與骨骼肌類似[5，11]，遵循“ 抗阻、適度疲勞、超量恢復(fù)，個(gè)體化”幾大原則。

2.1 膈神經(jīng)交叉現(xiàn)象(crossed phrenic phenomenon，CPP) 1895年發(fā)現(xiàn)狗在C2脊髓半切后，同側(cè)膈肌失神經(jīng)支配，隨后切斷對(duì)側(cè)膈神經(jīng)，導(dǎo)致對(duì)側(cè)膈神經(jīng)癱瘓，之后先癱瘓側(cè)的膈肌恢復(fù)了運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象被稱為CPP。此后發(fā)現(xiàn)大鼠在C2半切后2周后發(fā)現(xiàn)膈神經(jīng)出現(xiàn)電位活動(dòng)，而不需要雙側(cè)半切，這種現(xiàn)象被稱為自發(fā)性膈神經(jīng)交叉現(xiàn)象。觸發(fā)CPP的中樞位于雙側(cè)延髓腹側(cè)呼吸組，主要機(jī)制是軸突交叉，也存在樹(shù)突交叉。這為頸部脊髓損傷后膈肌失神經(jīng)支配提供了治療新思路，即便是完全性脊髓損傷，也可能出現(xiàn)這種神經(jīng)調(diào)節(jié)或神經(jīng)重塑現(xiàn)象，但是恢復(fù)的膈肌其活動(dòng)度明顯下降[12]。IMT能加速頸部脊髓損傷患者CPP，提高M(jìn)IP，減少呼吸依賴和呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥。

2.2 中樞代償 對(duì)于各種原因?qū)е碌纳響?yīng)激，比如神經(jīng)源性疾病、急/慢性損傷，神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性會(huì)發(fā)揮重大的代償作用，促進(jìn)神經(jīng)肌肉的重塑[13]。Nguyen等[14]研究發(fā)現(xiàn)，頸部脊髓損傷患者為代償膈肌的失神經(jīng)支配和肌肉萎縮，在平靜呼吸時(shí)，呼吸中樞驅(qū)動(dòng)會(huì)增加，膈肌運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元放電頻率和動(dòng)作電位幅度都要高于正常人群，以滿足通氣需求。外周肌力訓(xùn)練可以增加皮質(zhì)或脊髓水平的中樞驅(qū)動(dòng)，增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)單元的放電頻率[15]。

3 吸氣肌力量訓(xùn)練處方

3.1 種類 吸氣肌力量訓(xùn)練方法多種多樣，主要包括吸氣肌抗阻訓(xùn)練(inspiratory resistance training，IRT)和等碳酸過(guò)度通氣訓(xùn)練(isocapnic hyperpnoea training，IHT)，根據(jù)抗阻的方式不同，IRT又分為氣流抗阻訓(xùn)練(inspiratory flow resistance load，IFRL)和閾值負(fù)荷訓(xùn)練 (inspiratory threshold resistance load，ITRL)[6]；IHT分為常氧狀態(tài)下的IHT和低氧狀態(tài)下的IHT[16]。

3.2 吸氣肌氣流抗阻訓(xùn)練(IFRL) IFRL的原理是通過(guò)一個(gè)限制氣流的小孔進(jìn)行吸氣，調(diào)節(jié)小孔直徑可以改變氣流阻力，代表設(shè)備是Diemolding Healthcare Division(DHD)抗阻訓(xùn)練器，共有6檔阻力，小孔直徑從2～7 mm，直徑越大，阻力越小。一項(xiàng)納入30名C4～C7，ASIA分級(jí)為A的脊髓損傷患者研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)DHD進(jìn)行吸氣肌抗阻訓(xùn)練(處方為漸進(jìn)式抗阻，15～20 min/次，2次/d，7 d/周，持續(xù)6周)，患者的VC、MVV、Borg評(píng)分都有明顯改善[17]。其優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、成本較低，適合患者進(jìn)行自我訓(xùn)練和家庭康復(fù)。缺點(diǎn)是阻力調(diào)節(jié)范圍小，阻力精確度欠佳，阻力大小容易受氣流速度影響。由于其阻力調(diào)節(jié)的不確定性，循證相關(guān)研究較少。

3.3 吸氣肌閾值負(fù)荷訓(xùn)練(ITRL) ITRL的原理是通過(guò)一個(gè)加壓閥門進(jìn)行吸氣，可以直接通過(guò)調(diào)節(jié)壓力改變閾值負(fù)荷，當(dāng)患者吸氣壓達(dá)到閾值時(shí)，才能完成吸氣動(dòng)作。代表設(shè)備有Threshold IMT、Powerlung、Power Breathe K5等，Threshold IMT阻力最大只有41 cmH2O(1 cmH2O＝0.098 kPa)[18]，當(dāng)需要更大的訓(xùn)練強(qiáng)度時(shí)，可以選擇阻力更大的Powerlung或Power Breathe K5。

Raab等[18]研究發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷患者吸氣肌閾值負(fù)荷訓(xùn)練效果與強(qiáng)度呈正相關(guān)，訓(xùn)練強(qiáng)度每增加10 cmH2O，MIP增加7%。Boswell等[19]隨機(jī)對(duì)62名四肢癱患者進(jìn)行IRT，訓(xùn)練強(qiáng)度從30%MIP開(kāi)始，每周增加10%，上限80%MIP，發(fā)現(xiàn)漸進(jìn)式IRT相較于對(duì)照組，MIP增加了11.5 cmH2O(P＜0.001)，且IMT對(duì)血流動(dòng)力學(xué)和心功能參數(shù)無(wú)不良影響[20]。驗(yàn)證了頸部SCI患者進(jìn)行漸進(jìn)式高強(qiáng)度IRT效果會(huì)更好。

訓(xùn)練總量對(duì)MIP并沒(méi)有積極影響，研究發(fā)現(xiàn)每增加1 000次IRT重復(fù)次數(shù)，MIP只增加大約1%[18]。肌力訓(xùn)練前4周的內(nèi)在機(jī)制主要是神經(jīng)適應(yīng)，由于功能需求增加，中樞神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)做出應(yīng)答反應(yīng)，表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)單元募集增加，肌間和肌內(nèi)協(xié)調(diào)性提高[15]；4周后的訓(xùn)練效應(yīng)，外周結(jié)構(gòu)的變化，可能才是力量的增加。一項(xiàng)進(jìn)行持續(xù)6周IRT訓(xùn)練的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)隨訪一年發(fā)現(xiàn)，患者訓(xùn)練后一年的呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥顯著減少，但MIP變化不大，可能與自我訓(xùn)練缺失有關(guān)，所以有必要增加訓(xùn)練時(shí)間，維持訓(xùn)練效應(yīng)，將標(biāo)準(zhǔn)化IMT作為家庭康復(fù)的重要內(nèi)容[4，19]。

Briskey等[21]研究發(fā)現(xiàn)，健康成人進(jìn)行IRT時(shí)，強(qiáng)度設(shè)置為70%MIP時(shí)會(huì)引起血漿F2異前列腺素的增加，引起系統(tǒng)性氧化應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致膈肌過(guò)度疲勞，但是尚無(wú)關(guān)于脊髓損傷患者的報(bào)道。

因此，頸部SCI患者進(jìn)行漸進(jìn)式高強(qiáng)度抗阻訓(xùn)練時(shí)，應(yīng)遵循適度疲勞、個(gè)體化的原則，選擇最佳訓(xùn)練強(qiáng)度，且訓(xùn)練時(shí)間應(yīng)大于4周。閾值負(fù)荷設(shè)備的阻力調(diào)節(jié)范圍更大，阻力精確度更高，不易受氣流速度的影響，操作更安全，適用于早期脊髓損傷患者，可密切監(jiān)測(cè)吸氣肌力量變化，嚴(yán)格控制吸氣壓力，實(shí)現(xiàn)肺保護(hù)通氣。所以在臨床上應(yīng)用更廣泛。

3.4 等碳酸過(guò)度通氣訓(xùn)練(IHT) IHT屬于呼吸肌耐力訓(xùn)練，其原理也是呼吸肌疲勞，通過(guò)調(diào)節(jié)通氣量來(lái)改變訓(xùn)練強(qiáng)度，比如要求患者達(dá)到40%或50%的MVV。由于呼吸肌正常狀態(tài)下是低阻力做功，部分學(xué)者認(rèn)為，對(duì)呼吸肌而言，IHT相較于IRT是一種更為自然的訓(xùn)練方法。Mueller等[22]隨機(jī)對(duì)24名頸部脊髓損傷患者進(jìn)行IRT、IHT和激勵(lì)式肺量計(jì)訓(xùn)練(incentive spirometry training，IST)，發(fā)現(xiàn)在完全性頸段脊髓損傷患者中，高強(qiáng)度的IRT(80%MIP)訓(xùn)練效應(yīng)優(yōu)于IHT和IST。Katayama等[16，23]發(fā)現(xiàn)低氧狀態(tài)和常氧狀態(tài)下的IHT都能增加運(yùn)動(dòng)員耐力，低氧狀態(tài)更能激活輔助吸氣肌，但是低氧狀態(tài)下呼吸肌更易疲勞，并沒(méi)有帶來(lái)額外訓(xùn)練效益。

Mueller等[24]研究發(fā)現(xiàn)，四肢癱患者使用SpiroTiger進(jìn)行常氧狀態(tài)下的IH訓(xùn)練，強(qiáng)度應(yīng)設(shè)置為40%MVV，才能保證訓(xùn)練時(shí)間10～20 min，強(qiáng)度過(guò)低，達(dá)不到訓(xùn)練效果；強(qiáng)度過(guò)高，患者會(huì)不耐受。

IHT代表設(shè)備是Spirotiger，其優(yōu)點(diǎn)是能顯著提高SCI患者的MIP和MVV，減少SCI患者肺部并發(fā)癥，延緩呼吸肌疲勞[16]；其缺點(diǎn)是耗時(shí)、患者依從性較差、對(duì)患者體能要求較高，可能加重患者心血管負(fù)擔(dān)。適用于血流動(dòng)力學(xué)、神經(jīng)系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定的SCI恢復(fù)期患者，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)訓(xùn)練反應(yīng)，避免過(guò)度通氣和低氧血癥。

4 小結(jié)

綜上所述，對(duì)頸部脊髓損傷急性期或恢復(fù)期的患者，進(jìn)行IMT是必要且安全的。IMT能有效預(yù)防和控制呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥，對(duì)減少呼吸困難癥狀、住院花費(fèi)等有重要意義。IMT目前更多采用阻力調(diào)節(jié)更精確的閾值負(fù)荷訓(xùn)練設(shè)備，建議進(jìn)行漸進(jìn)式高強(qiáng)度抗阻訓(xùn)練，遵循適度疲勞、個(gè)體化和循序漸進(jìn)的原則。訓(xùn)練頻率和時(shí)間與訓(xùn)練效果可能沒(méi)有密切相關(guān)性，但訓(xùn)練時(shí)間至少應(yīng)持續(xù)4周，頻率和時(shí)間的增加對(duì)訓(xùn)練效果是否具有疊加效應(yīng)還需要進(jìn)一步研究。