李平平 許建英

·綜述·

脈沖震蕩法在慢性阻塞性肺疾病診斷及評估中的研究進展

李平平 許建英

肺疾病，慢性阻塞性； 脈沖震蕩法； 評估，診斷

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是呼吸系統(tǒng)中最常見、易多發(fā)但卻可防可治的慢性炎癥反應性疾病[1-2]。由于反復的氣道炎性反應，導致黏膜充血、水腫，支氣管平滑肌痙攣收縮造成管腔發(fā)生不同程度的狹窄、阻塞及氣流受限，致使氣道阻力增高[3]。COPD作為全球最常見的十大慢性疾病之一，顯著地限制了患者日?；顒硬⒃黾恿酸t(yī)療資源的負擔[4-5]。流行病學統(tǒng)計，目前COPD將成為全球除癌癥、心血管系統(tǒng)疾病外的第3大死亡病因，甚至于給全世界帶來的經(jīng)濟負擔也處于遙遙領先的地位[6-7]。不同于常規(guī)肺功能通過受檢者自身主動發(fā)出的氣流信號作用于檢測儀器，脈沖振蕩法(impulse oscillometry system, IOS)是將外源性脈沖作為信號源，受檢者被動接受震蕩波作用，平靜呼吸狀態(tài)下即可得到檢測指標，其數(shù)據(jù)客觀真實，因此可重復性佳，更適用于老年及病重患者的檢測。該技術在協(xié)助診斷肺功能以及阻塞性通氣功能障礙為主要表現(xiàn)的呼吸道疾病方面具有較高的敏感性并能夠有效地區(qū)分阻塞的氣道部分，所以在COPD嚴重程度評估方面具有一定臨床實用優(yōu)勢，成為測定肺功能進展的一項重要技術領域，本文對脈沖震蕩法在COPD診斷及評估中的研究進展進行綜述。

一、IOS概述

1. IOS檢測原理： IOS將外源性脈沖作為信號源，通過轉換為不同頻率的震蕩波作用于口腔后施加在受檢查者靜息呼吸上，其呼吸時的氣體流速及產(chǎn)生的氣道壓力被持續(xù)性記錄并進行頻率及數(shù)據(jù)之間的整合，進而檢測其不同氣道的各種形式阻力。

2. IOS檢測方法： 為確保震蕩傳感器工作時的精確性，盡可能地降低測定誤差，在設定電阻為0.2 kPa/(L/s)的前提下，每日以3 L氣筒進行流速/容量標準化定標[8-9]。并且為了保證檢測結果準確有效，使用歐洲呼吸學會(ERS)推薦的統(tǒng)一正規(guī)操作流程進行檢測。受檢者取端坐位，牙齒緊緊咬住塑料口管，口唇包緊口管以防漏氣，頭略微上仰或呈水平狀態(tài)，兩手輕輕按壓兩側面頰，以避免腮部隨外源性震蕩波的震動從而增加口腔的順應性，并夾上鼻夾，囑咐受檢者利用口腔呼吸。 IOS測定需記錄其穩(wěn)定規(guī)則的呼吸波，并確保該狀態(tài)維持90 s[10]。

二、IOS檢測指標

IOS檢測5Hz狀態(tài)下的呼吸總阻抗(Z5)、呼吸粘性阻力(R5)與電抗(X5)，20Hz狀態(tài)下的呼吸粘性阻力(R20)，5Hz狀態(tài)下呼吸粘性阻力與20Hz狀態(tài)下呼吸粘性阻力的差值(R5- R20)以及共振頻率(Fres)。其中，呼吸時粘性阻力、彈性阻力以及慣性阻力三者共同組成呼吸總阻抗(Z)。粘性阻力(viscous resistance)是來自呼吸運動產(chǎn)生的氣體流動在其運動狀態(tài)下與呼吸道管腔之間相互作用所發(fā)生的摩擦力；彈性阻力(elastic resistance)是肺或胸廓的彈性成分組織在一定可承受的限度內(nèi)能夠被擴張時所產(chǎn)生的回縮力及存在于肺泡內(nèi)氣體與其表面的液體層之間的氣—液界面的表面張力，即為一種外力，隨著呼吸末外力的撤除肺或胸廓能夠恢復至原始的形態(tài)；慣性阻力(inertial resistance)是在呼吸道管腔中因氣流在產(chǎn)生、變換流動方向、更改氣流形式、增減流動速度時為阻止肺隨呼吸運動繼發(fā)通氣所產(chǎn)生保持原有靜止或運動狀態(tài)不變的的力，主要分布于大氣道和胸廓。

另外，粘性阻力(R)用來反映總的呼吸粘性阻力，其組成來源包括肺實質(zhì)、氣道以及胸廓，其中主要是氣道粘性阻力，包含中心性與外周性。震蕩波作為能量的一種，存在其運動狀態(tài)，也存在衰減屬性，即震蕩波作用于某一介質(zhì)時，由于渦流的熱能消耗，隨傳播距離的增加，將使震蕩波的強度衰減，這種現(xiàn)象又稱為介質(zhì)對震蕩波的吸收作用。在同一震蕩波速度下，波長與頻率呈反比，所以隨著震蕩波頻率的增加，傳播距離越短，其衰減作用越明顯，也就是說高頻率狀態(tài)下的粘性阻力R20未能下傳到外周細小支氣管，僅能反映中心氣道阻力；相反，低頻率狀態(tài)下的粘性阻力R5能到達肺的各個分支部分，可以反映總氣道阻力；相應地反映R5與R20粘性阻力之差則可反映外周的氣道阻力。目前按照歐洲呼吸學會(ERS)制定并推薦的國際診斷標準，R20的實測值占其預計值的百分比>150%則表明中心氣道的粘性阻力增加；R5的實測值占其預計值的百分比>150%則表明總氣道的粘性阻力增加。

電抗(X)則反映肺的慣性阻力及彈性阻力的總和。靜息呼吸狀態(tài)下，呼吸的頻率偏低、氣流速度相對緩慢，氣流形態(tài)改變可能性小，導致為克服其形態(tài)改變的慣性阻力變小，所以低頻震蕩波作用時X以彈性阻力發(fā)揮主要優(yōu)勢作用，即X5可用以代表外周彈性阻力。X5小于-0.2 kPa/(L/s)為異常。共振頻率(Fres)是指在彈性阻力及慣性阻力大小相等、方向相反時，震蕩波以最大振幅做振動的情形。正常成人Fres小于10 Hz。

三、IOS在COPD診斷中的應用進展

目前對于協(xié)助COPD臨床診斷的手段仍舊為常規(guī)肺功能通氣功能指標檢測中FEV1及FVC。吸入支氣管擴張劑后，第1 s用力呼吸容積(forced expired volume in one second, FEV1)/用力肺活量(forced vital capacity, FVC)( FEV1/FVC)<70%表明存在持續(xù)氣流受限。第1 s用力呼氣容積占其預計值的百分比(FEV1%pre)是評估COPD氣流受限嚴重程度分級的較好指標[2]。臨床研究為了探索臨床應用IOS對于診斷COPD的意義，對63例COPD患者進行常規(guī)肺功能及IOS檢測，表明與相比較健康對照組相比，COPD組中粘性阻力R及共振頻率Fres在5～30赫茲區(qū)間均顯著增高，電抗X則在該區(qū)間明顯降低，且COPD組中Fres與常規(guī)肺功能相關指標呈顯著負相關，X5則與之呈顯著正相關[10]。樊滿齊等[11]曾作出的一項研究同樣也表明，IOS檢測可用以COPD的診斷，其中判斷COPD嚴重程度的最佳指標為X5，診斷COPD氣流受限最敏感的指標為Fres。另有研究結果證實，脈沖震蕩法各相關參數(shù)與常規(guī)肺功能中FEV1、FVC等表示肺通氣功能的指標存在較高的相關性，且隨疾病嚴重程度的增加，肺功能日趨惡化，它們之間相關性的比較呈下降趨勢，說明在疾病發(fā)生的早期IOS中相關參數(shù)則能夠反映氣流受限的情況[12-16]。有研究對80例COPD患者及60例健康者利用IOS測定呼吸阻抗，結果顯示COPD組較健康對照組呼吸阻抗明顯增加，隨肺功能嚴重程度的惡化，低頻率阻抗明顯增加，且其改變呈上升趨勢，能夠準確的區(qū)分大小氣道氣流阻塞的情況及嚴重程度，從而對定位氣道阻塞部位進而對于COPD臨床診斷提供較高的臨床價值[17]。

四、IOS在COPD嚴重程度評估中的應用進展

COPD主要病理生理特征為肺組織及氣道受各種主動或被動接受香煙煙霧，大氣污染、職業(yè)性粉塵、化工用料、有機燃料等所致有害細小顆粒物體的作用，激發(fā)氣道各種炎癥細胞產(chǎn)生炎癥介質(zhì)，調(diào)動炎癥反應，刺激黏膜腺體分泌增強，加之炎癥反應促使肺彈性組織變性，管腔塌陷，排泄黏液能力減弱，分泌物長期淤積外周細小支氣管加重炎癥反應，所以在疾病早期炎癥反應多局限于外周小氣道，隨疾病發(fā)生發(fā)展逐漸累積上一分支氣道，甚至最終累及中心大氣道。盡管COPD氣流受限不可逆轉，但早期干預可有效地阻止氣流受限持續(xù)性進展，防止肺功能進一步惡化。 有研究發(fā)現(xiàn)， IOS用以區(qū)分大小氣道阻塞病變部位的能力可協(xié)助及時發(fā)現(xiàn)早期以慢性支氣管炎為主要表現(xiàn)的COPD患者[18]。同時，Xrs可以發(fā)現(xiàn) FEV1正常的小氣道病變。 Brochard等[19]發(fā)現(xiàn)IOS測定外周氣道的粘性阻力與體描法的 FEV1、 FEF25%、FEF50%及FEF75%有顯著相關性(P均<0.01)。

五、優(yōu)勢及潛在不足

目前IOS之所以能夠被更多臨床醫(yī)師認可接受并廣泛的運用于臨床實際診治中是因為其對于評估COPD患者的肺功能檢測方面存在其特有的優(yōu)勢： ①容易配合[20-24]。IOS檢測，不需要患者特殊配合，靜息呼吸狀態(tài)下即可得到準確客觀的檢測結果，對于老年人、聽力或語言障礙、術前或外傷后需臥床休息不宜用力呼吸等難以配合的患者，能客觀反映出肺功能基本情況，從而有利于達到準確診斷患者病情的目的；②區(qū)別病變部位。IOS根據(jù)其震蕩波不同頻率的變化，作用于氣道不同部位，從而進行頻率數(shù)據(jù)整合，表現(xiàn)為各種氣道阻力的差異。所以對于病變部位的區(qū)分提供臨床價值，并擴充了常規(guī)肺功能所不能涉及的層面[25-27]。

IOS在我國臨床中得到大面積推廣及廣泛運用，但仍存在其弊端。(1)目前我國使用歐洲呼吸學會(ERS)制定的比較國際化診斷標準，但由于我國國民體質(zhì)明顯不同于國外，且臨床實際中我國國民所獲取的肺功能數(shù)值明顯偏低，易致假陰性結果。我國學者亦同樣做出了相關研究，但由于樣本含量較少、人群差異不明顯、涉及面狹窄等原因，致使未能確定精確的符合國人身體狀況的診斷標準，所以在研究設計上仍需加大可靠性力度，及早解決該方面問題；(2)IOS實質(zhì)是利用震蕩波在肺組織及氣道中傳播，并通過計算機頻譜分析得到呼吸道相關力學參數(shù)，但震蕩波作為電磁波的一種，同樣存在波粒二象性，即發(fā)生折射、反射、繞射、散射及被吸收等現(xiàn)象。震蕩波在同一均勻介質(zhì)中可呈直線傳導，但對于肺功能極重度患者而言，其長期未能有效控制并加速進展的慢性炎癥引起的肺通氣過度、肺泡損毀融合、氣道黏膜增生、管壁增厚等改變，可能導致部分振蕩波不能完全傳導而被吸收，從而無法獲取更多有效的信息[28-30]。正是因為常規(guī)肺功能需要患者長時間、最大力度、最快速度的完成肺通氣功能檢查，對于肺功能極重度患者，其配合度欠佳，不能客觀有效地反映真實肺功能情況，所以需要利用IOS簡便易配合的特性彌補目前常規(guī)肺功能的缺陷，因此，仍需要更大樣本研究明確該項弊端的產(chǎn)生原因及解決方法。

盡管IOS存在一定程度的問題，但有更多的研究設計已涉足于該項領域，相信這項技術仍會被不斷改善和發(fā)展，其廣泛應用于臨床，可以為科學、有效地評估COPD氣道阻力提供一定的指導意義，也必將與常規(guī)肺功能檢查相輔相成在呼吸生理及病理檢測等方面得到廣泛應用。

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10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2017.06.028

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危重癥醫(yī)學科

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R563

A

2017-10-12)

黃紅稷)

李平平，許建英. 脈沖震蕩法在慢性阻塞性肺疾病診斷及評估中的研究進展[J/CD]. 中華肺部疾病雜志(電子版)， 2017， 10(6)： 743-745.