摘要
振动和其他物理治疗干预可能清除囊性纤维化受试者分泌物的生理机制尚不清楚。本研究的主要目的是将呼气流量率和振动气流振荡频率与Acapella®、Flutter®、呼气正压和敲击进行比较。
在干预期间测量呼吸流量,其顺序是随机的。通过频谱分析确定了干预气流的振荡。
在18名患有囊性纤维化的年轻成人受试者中,振动的平均呼气流速峰值大于Flutter®、敲击、Acapella®和呼气正压。均值±sd振动的气流振荡(8.4±0.4 Hz)低于Acapella®(13.5±1.7 Hz)和Flutter®(11.3±1.5 Hz),但与敲击(7.3±0.3 Hz)相近。
理论上,与其他物理治疗干预相比,振动的更高的呼气流速峰值可能促进分泌物清除。此外,振动的振荡频率在增加粘液输送的范围内。这项研究为使用振动来帮助清除分泌物的生理原理提供了一些证据。
振动是一种传统的物理治疗方法,用于治疗呼吸系统疾病。它是结合压迫患者胸壁的精细振荡运动的手动应用,通常被物理治疗师用于协助分泌物清除1.在振动过程中施加的压缩和振荡被建议通过一些生理机制来帮助分泌物清除。这些措施包括:1)增加绝对呼气峰值流量率(PEFR),将分泌物移向口咽2;2)当PEFR比峰值吸气流量率(PIFR)大10%时,改善气流的呼气偏置,增加粘液向口咽的环形流动,即。PEFR/PIFR比值>1.13.;3)由于频率在3 - 17 Hz范围内气流振荡的影响,通过降低粘液黏度和改善呼气流量来增加粘液输送4;4)诱发自发咳嗽通过对呼吸道的机械刺激5.
其他有助于清除分泌物的物理疗法包括在口腔或胸壁施加正压或振荡。这些包括手动敲击技术和机械设备,如呼气正压(PEP)设备,Flutter®和Acapella®。这些物理疗法的干预措施是为了帮助分泌物运动到中央气道,从那里可以通过用力呼气的动作把它们咳出来。虽然物理治疗已被证明比不干预更有效的分泌物清除,但物理治疗干预之间似乎没有区别6,7.此外,许多物理疗法干预有助于分泌物清除的生理机制尚不清楚。了解这些干预对过度分泌物患者的生理机制可能有助于治疗方案的选择。
一旦分泌物到达中央气道,依靠高呼气流速的咳嗽和喘息的用力呼气动作已被证明对清除分泌物和咳痰有效8- - - - - -10.囊性纤维化(CF)患者的这些用力呼气动作的呼气流量率此前未见报道。
因此,本研究的主要目的是比较振动与用于气道清除的其他物理治疗干预的生理效应,并将这些影响与拟议的分泌物清除机制联系起来。第二个目的是测量CF患者用力呼气动作的流速。
材料与方法
主题
研究招募了被诊断为CF的受试者。排除标准是在过去两周内出现急性感染的五种症状或体征中的两种或两种以上,即。发烧>37.5°C,分泌量急剧增加,呼吸短促增加,感觉不适,并增加使用抗生素。
过程
所有测试都在同一时段进行。受试者被要求在研究前避免进行任何呼吸物理治疗和服用高渗盐水或肺酶≥4小时11.此外,受试者被要求不要服用任何其他药物(支气管扩张剂,等。)进行呼吸物理治疗前的常规药物。在动态肺活量测定(Vitalograph Compact;Vitalograph Ltd, Buckingham, UK)和测试环节。
所有的干预都是由同一位物理治疗师进行的,他指导受试者进行各种干预以确保其应用的一致性。每项干预措施的实施都是为了复制当前的临床实践,每个受试者应用或执行三次。所有干预的顺序都是用计算机生成的列表随机排列的。
物理治疗干预措施为振动、冲击、PEP装置(以下简称PEP;Astra Tech, Molndal,瑞典),Flutter VRP1阀门®(以下简称Flutter®;Desitin/Scandipharm VarioRaw SA, Birmingham, AL, USA)和Acapella PEP®治疗DH(以下简称Acapella®;DHD Healthcare, Wampsville, NY, USA)。用力呼气动作是由高肺容量引起的自觉咳嗽和喘息(喘息高).受试者还进行了总肺活量(TLC)的吸气,然后是被动呼气(TLC)放松)作为一种控制手段,以解释肺反冲对呼气流量的影响。
呼气时,在缓慢的最大吸气后,手动对胸壁施加振动,被描述为“大”吸气。研究人员要求受试者不要主动过期。潮汐呼吸时手动敲击,每次敲击≥30秒。在振动和敲击过程中,受试者的位置都是侧卧的,报告中最多产的一侧在上面。如果左肺和右肺之间的痰产量没有差异,那么侧卧姿势是随机的。在敲击和振动过程中,施加在受试者胸壁上的力都处于最大的舒适容忍水平。
使用PEP、Flutter®和Acapella®设备时的呼吸动作比正常的潮汐呼吸略深,吸气末停顿2-3秒。呼气轻微活跃但不强烈,持续时间约5 s。在使用PEP时,所选择的电阻器允许呼气正压在15-20 cmH之间2O11每个科目要达到5秒。在使用Flutter®期间,设备几乎处于中立位置(即。水平),使振荡幅度最大化,并以10 - 15hz的中频振荡范围为目标12.这个中频范围被认为对粘液输送有最大的影响4,13.根据制造商的建议(DHD Healthcare)使用Acapella®,通过将数值刻度盘调整到每个受试者在感受到振动效应的同时可以呼气3-4秒的最小水平来设置阻力。
在发怒高受试者被指示最大限度地激发,然后强迫呼气,并打开声门高或者咳嗽。对薄层色谱放松受试者被指示激发TLC和被动终止。
受试者被指示在所有干预中尽可能慢地吸气(敲击除外),以最大限度地提高呼气对气流的倾斜度。在所有的干预过程中,除了振动和敲击之外,他们都是坐直的。在一次干预的重复之间和每次干预之间,鼓励受试者休息并进行放松的潮汐呼吸,直到他们恢复到呼吸的基线努力。
该研究获得了悉尼中部地区卫生服务伦理委员会和悉尼大学人类研究伦理委员会(均位于澳大利亚新南威尔士州坎珀当)的伦理批准,并获得了每位受试者的知情同意。
测量
测量所有干预期间的吸气和呼气流速通过带有加热式呼吸记录仪的吹口(Hans Rudolph 3813型;汉斯鲁道夫公司,堪萨斯城,密苏里州,美国)。流量信号被集成以提供体积测量14.PEP、Flutter®和Acapella®设备连接到双向非再呼吸阀的呼气口(2700系列;汉斯·鲁道夫公司),该公司与空气记录仪相连。这样就可以通过呼吸记录仪吸气,通过呼吸记录仪和设备呼气。根据推荐的指南校准和使用气功记录仪15.数据采集的采样频率为100hz。受试者被要求使用改良的博格呼吸障碍量表对每次干预的感知呼吸努力进行评分16.在每次干预期间,用录音带记录自发咳嗽的次数,以供日后分析。
数据分析
具有建议振荡成分的干预的振荡频率(即。振动,冲击,颤振®和Acapella®)通过频谱分析(自相关函数的傅里叶变换)17流量数据。咳嗽、喘息振荡频率分析高未执行。每次治疗结束后,从录音中记录在每次干预过程中刺激的自发咳嗽的次数。
为了计算样本量,对前14名受试者的数据进行功率分析,以检测振动与Flutter®、Acapella®、打击或PEP等其他干预措施之一之间的PEFRs差异25%。这项重复测量研究需要12名受试者的样本量,以达到80%的α为0.05。
为了尽量减少因统计测试过多而导致第一类错误的风险,只有吸气量(V我)、PEFR、咳嗽频率和振动振荡频率与其他物理治疗干预(打击乐、PEP、Flutter®和Acapella®)进行比较。一个额外的分析,比较V我振动伴咳嗽、喘息的PEFR高,执行。重复测量方差分析事后采用Dunnett's检验。由于数据非正态分布,使用重复测量的Friedman ANOVA比较受试者在振动期间报告的呼吸努力与Acapella®、Flutter®、PEP和敲击的物理治疗干预。采用单因素方差分析比较疾病严重程度对振动PEFR的影响。疾病严重程度基于一秒钟用力呼气量(FEV)1) %,其中严重肺部疾病为FEV1≤40% pred,中度肺疾病为FEV1>40% -≤70% pred,轻度肺部疾病为FEV1>70% - <90% pred,肺功能正常为FEV1pred≥90%18.结果报告均数±sd的数据和平均值±sd各受试者每次干预的三次措施的手段。p<0.05为显著性。
结果
主题
共有18名被诊断为CF的受试者(7名女性)自愿参加这项研究。均值±sd年龄28.5±6.2岁,体重指数20.8±2.8 kg·m−2.平均FEV1有55%的pred,有FEV1/强迫肺活量比58%。6名受试者患有严重肺部疾病,8名患有中度肺部疾病,1名患有轻度肺部疾病,3名受试者肺功能正常。
物理治疗干预对呼吸流量和呼吸量的影响
振动的平均PEFR是Flutter®的1.4倍(p = 0.002),是敲击的1.9倍(p<0.001),是Acapella®的2.7倍(p<0.001),是PEP的3.6倍(p<0.001);表1⇓,图1⇓).图2⇓显示了一名受试者干预时呼气流量的时间过程。疾病严重程度对振动的PEFR无显著影响(p = 0.17)。
振动与PEP、Flutter®和Acapella®之间的激发体积无显著差异(表1)⇑).激发振动的体积大于敲击(p<0.001)。振动、敲击、Flutter®、Acapella®和PEP刺激的咳嗽次数无差异(p = 0.7)。
讨论
这是首次报道了呼气流量率、吸气量、振荡频率和振动对咳嗽刺激的生理测量,并将其与用于CF患者分泌物清除的其他物理治疗干预进行了比较。与其他物理治疗干预相比,振动具有更高的呼气流量率和更高的PEFR/PIFR比值。而Flutter®和Acapella®的振荡频率高于振动频率。这些数据可以根据理论基础推断物理治疗干预对分泌物清除的可能影响。
振动的PEFR大于所有其他物理治疗干预,也大于TLC的PEFR放松.这可能是由于施加在胸壁上的振动的压缩力和振荡力可能会增加胸膜内压力,因此可能会使呼气流量速率高于TLC测量的弹性肺反冲速率放松.此外,在PEP、Acapella®和Flutter®中,振动没有在口腔中产生额外的阻力来阻碍呼气流。这表明振动时施加于胸壁的外力会增加呼气流量峰值,因此振动可能是一种有益的分泌物清除干预。
振动的绝对PEFR大于其他物理治疗干预。振动的绝对PEFR是否足以清除分泌物尚不清楚,因为清除分泌物所需的临界绝对PEFR取决于分泌物的体积和分泌物的粘弹性3.,19- - - - - -21.然而,振动具有PEFR/PIFR比值>1.1,这是分泌物向口咽环形流动所需的临界水平3..因此,如果增加呼气流量有助于分泌物清除机制,振动可能比其他物理治疗干预更有效的分泌物清除。振动对分泌物清除的功效需要通过无线电气溶胶清除研究进行调查7.
可以说,在同一测试阶段执行所有干预措施可能会导致一种顺序效应,其中一项干预措施的执行可能会改变后续干预措施的呼气流量。为了减少这种可能性,以随机顺序进行干预,并在测试之前对那些被诊断为反应性气道的受试者施用支气管扩张剂。此外,受试者没有报告任何感知到的呼吸努力的增加,这表明疲劳并没有由于多种干预而发生。
振动过程中自发咳嗽的平均次数小于1次,与其他物理治疗干预没有显著差异。这些结果表明,刺激咳嗽不是这些物理治疗干预可能有助于分泌物清除的机制。
与振动相比,PEP和Acapella®干预具有较慢的PEFRs。PEP和Acapella®的PEFRs分别比振动慢3.6和2.7倍。这可能是由于这两个装置提供的阻力阻碍了呼气流速。如果分泌清除率增强的主要生理机制是高PEFR和呼气气流偏倚,那么PEP和Acapella®都不是干预的选择。然而,本研究的结果不能确定PEP或Acapella®在将分泌物转移到中央气道方面是否无效。这些设备的呼气正压的理论原理是在呼气期间提供气道内的背压。这种增加的压力被认为是为了稳定可折叠的气道,从而增加这些气道中的呼气流量22,并招募侧枝通气23允许气体在分泌物后面,从而帮助这些分泌物向口咽运动。目前的研究结果不能排除PEP或Acapella®期间发生这种机制的可能性。
气流的振荡有助于分泌物的清除4.除PEP外,所有物理治疗干预的振荡频率均在3-17 Hz范围内,以促进粘液纤毛清除4.这些振荡频率可以通过改变粘液的流变性来帮助清除分泌物4通过刺激纤毛上皮细胞来增加纤毛搏动24,25.Flutter®(11.3 Hz)和Acapella®(13.5 Hz)的振荡频率接近所引用的分泌物清除的最佳频率(13 Hz)。4,13.纤毛搏动的自然频率为11 - 15hz,如果气流以相似的频率振荡,这种共振可能会增加头-纤毛搏动的振幅,从而增加粘液的输送4.Flutter®和Acapella®可能通过这种共振机制增加粘液输送。目前尚未有研究报道这些干预措施在CF患者中的振荡频率。所有这些物理治疗干预措施的振荡频率都在可以改善分泌物清除的范围内,因此为在物理治疗中使用它们提供了一些证据。
这是目前已知的唯一一项报告CF患者咳嗽和喘息的呼气流量率的研究−1)和愤怒高(5.04 L·s−1)低于正常受试者报告的这些动作的PEFR,但与其他气道阻塞受试者相似26,27.咳嗽和喘息的用力呼气动作高是否已证明对慢性阻塞性肺病和支气管扩张患者的分泌物清除有效8- - - - - -10.咳嗽和发怒是不足为奇的高PEFR和PEFR/PIFR均高于振动。目前的研究结果提供了一些证据,支持咳嗽和喘息将是有效的干预措施,以协助分泌物清除CF患者由于高呼气流量率。然而,这些用力呼气动作没有气流振荡的好处,气流振荡可能会增加纤毛跳动或改变分泌物的流变性以帮助分泌物清除。然而,在用力呼气动作中测量振动的联合生理效应将是有趣的。
本研究的数据为基于理论基础推断振动对分泌物清除的可能影响提供了一些证据。物理治疗师现在有了一些证据,他们可以在此基础上做出治疗选择的决策,因为之前的研究指出,振动广泛应用于分泌物过多的患者1.基于这些推论,临床实践的建议是咳嗽和喘息高可用于增加PEFR和优化PEFR/PIFR比值,从而通过环空流动帮助分泌物清除。如果CF患者不能有效地咳嗽或喘息(例如,当疲劳时),则可以使用振动,因为这导致物理治疗干预中最快的PEFR和最高的PEFR/PIFR比值。如果CF患者在气道清除治疗期间没有护理人员应用振动,则可能选择Flutter®干预,因为PEFR/PIFR比值也是>1.1。本研究鼓励受试者尽可能慢地吸气,以优化增加呼气气流偏置的机会,增加通过环空气流清除分泌物的可能性。从理论上讲,如果要有效地清除分泌物,应该鼓励患者尽可能慢地吸气。
限制
本研究的主要目的是测量呼气流量率和振动和其他物理治疗干预的振荡频率,而不是测量这些干预对分泌物清除的影响。因此,不能确定受试者是否有过多的分泌物,也不能测量分泌物清除率。然而,所有受试者至少每天进行气道清理的物理治疗,这意味着他们认为自己有过多的分泌物。其次,PEFR不能反映外周气道的流量,而物理治疗的干预措施是为了清除分泌物。一个感兴趣的测量是在呼气后半段的最大呼气流量率,作为外周气流的指示。然而,为了在干预措施之间比较这一措施,需要在相似肺容量下的流速。物理治疗干预是在不同的肺容量下进行的,反映了当前的临床实践,因此排除了这种比较。
结论
本研究提供的生理学证据表明,在囊性纤维化且肺功能稳定的受试者中,根据提高绝对呼气流量率、呼气峰值流量/吸气峰值流量比>1.1和振荡频率的理论依据,振动可能通过辅助分泌物运动来有效清除分泌物。振动对分泌物清除的影响仍然未知。然而,本研究的数据提供了一些证据,可以根据理论基础推断这些物理治疗干预对分泌物清除的可能影响。
致谢
作者希望感谢R. Dentice和C. Moriarty在受试者招募方面的帮助。
- 收到了2005年7月18日。
- 接受2006年1月17日
- ©ERS期刊有限公司