呼吸功能障礙在腦卒中康復中的臨床研究進展

余一夫，袁春華

(1.鄭州大學附屬鄭州中心醫院 康復治療部，河南 鄭州 450007；2.江西科技師范大學 生命科學學院，江西 南昌 330013)

腦卒中是全球第二大死亡原因，是一種具有高致殘率、高死亡率和高復發率的嚴重威脅人類生命健康的疾病，其多種并發癥對肢體運動、言語、認知、記憶和心理等功能造成了廣泛的影響[1]。呼吸功能障礙是腦卒中臨床康復中的常見并發癥之一，主要表現為肺通氣、換氣能力下降、呼吸肌肌力減退、呼吸肌萎縮、呼吸節律性與呼吸模式異常等，極大地影響了腦卒中患者功能的恢復[2-3]。呼吸訓練可提高呼吸肌在運動中的參與程度并對呼吸肌力量進行強化[4]，能有效改善腦卒中患者的呼吸功能提高運動能力[5-7]，是促進腦卒中患者功能恢復的重要方法。本文主要對腦卒中患者呼吸功能障礙臨床表現、發生機制、呼吸功能評估以及呼吸訓練方法進行綜述，旨在為腦卒中呼吸功能障礙領域的研究提供理論參考。

1 腦卒中患者呼吸功能障礙發生機制

腦卒中患者呼吸功能障礙發生機制復雜多樣，一般由原發性中樞神經系統損害引起，致使整體的呼吸運動水平受到抑制。同時腦卒中患者在疾病發展進程中繼發產生的肌肉質量、厚度、肌力等適應性改變以及多種繼發性功能障礙均可對腦卒中患者呼吸功能造成影響。

1.1原發性中樞神經系統損傷 呼吸的產生依賴于中樞神經系統中腦干神經網絡的支配，主要包括延髓呼吸中樞背側呼吸組和腹側呼吸組，以及呼吸調整中樞中腦橋前端的2對神經核團，它們共同維持著呼吸節律和通氣功能的運動神經元活動[8]。卒中發生的位置可能是與機械通氣需求高度相關的因素[9]，特別是調節意識水平(腦干、丘腦及邊緣系統的網狀結構)、呼吸(皮質、腦橋和髓質的呼吸中樞)和吞咽(髓質和腦干連接)的大腦區域受損增加了呼吸衰竭的風險[10]。其中，腦干損傷可直接影響呼吸控制中樞，腦出血水腫并伴有顱內壓增高的卒中則對中樞神經系統的活動產生整體抑制，部分中樞神經的損傷還可抑制膈肌的運動神經支配，進而對呼吸功能造成影響[11]。另外，雙側延髓尾端病變也可能導致了自主呼吸能力的喪失[12]。在Khedr等[13]研究中發現，囊性梗死和完全性大腦中動脈區域梗死患者膈肌向癱瘓側中樞傳導時間完全缺失或顯著延長，膈肌收縮和啟動異常使機械通氣量下降將導致更嚴重的低氧、低碳酸血癥的產生。

1.2繼發性組織功能適應性變化 骨骼肌在其生化結構組成中表現出顯著的可塑性，以響應功能需求的增加或減少[14]。膈肌的形態和功能與骨骼肌相同，其厚度、質量以及力量的下降是呼吸功能障礙中最常見的適應性變化[15-17]。在Pinheiro等[18]研究中發現，中風患者的吸氣肌肌力僅達到健康個體水平的一半。Jung等[17]研究使用M型超聲檢查了腦卒中患者膈肌運動功能，結果顯示中風患者偏癱側膈肌運動明顯減少。同時，有研究人員通過超聲檢測發現腦卒中患者患側膈膜厚度明顯較健側和健康個體更薄[16]。在正常呼吸過程中膈肌通過與腹部肌群的協調收縮控制腹內壓來調節呼吸，當腦卒中患者膈肌與腹部肌群等組織的生物力學結構特征出現異常時將直接影響呼吸調節的過程[19]。此外，腦卒中患者的肌肉張力增加和偏癱側胸壁肌肉痙攣限制了胸壁正常彈性擴張的生理活動，易導致呼吸運動控制不良以及異常呼吸模式的發生。腦卒中患者偏癱側肌肉廢用、失用均可引起肌肉質量、厚度、肌力以及彈性等一系列功能結構適應性改變，均不同程度上增加了呼吸功能障礙發生的風險。

1.3醫源性機械通氣的影響 嚴重的腦損傷患者需要在重癥監護室建立機械通氣通路來維持呼吸，且通常需要留置一個或多個有創導管[20]。Powers等[21]研究認為機械通氣是一種挽救生命的緊急措施，但機械通氣時間過長會導致由肌肉萎縮和收縮功能障礙而引起的迅速發展的膈肌無力。當給腦卒中患者提供呼吸機支持時，呼吸機為患者提供全部通氣，此時患者的呼吸肌肌群活動大幅減少，長時間呼吸肌的失用必然引起肌肉生理功能的失調。越來越多的動物實驗和人體試驗證明，機械通氣時間延長導致了膈肌萎縮并引起膈肌質量和肌力的下降[22-24]。這也是腦卒中患者后期康復過程中難以脫機和拔除氣管的主要原因之一，并進一步影響了腦卒中患者的呼吸及肢體運動功能的恢復。

2 腦卒中患者呼吸功能障礙臨床表現

腦卒中患者呼吸功能障礙常見臨床表現主要包括肺功能減退、呼吸肌萎縮、呼吸肌肌力減退、呼吸模式紊亂以及呼吸性堿中毒等，是患者機體功能恢復進程中常見的影響因素。

2.1肺功能減退 肺功能是間接反映心血管、代謝和功能健康的生理指標。腦卒中患者肺功能減退通常表現為最大自主通氣、最大呼吸壓力、最大肺活量、1秒用力呼吸量和呼氣流速峰值等顯著降低[25]。卒中后呼吸中樞關鍵位置損害所引起的呼吸肌麻痹可導致單側通氣不足，同時胸肺順應性發生改變，肺的彈性和非彈性阻力增加進而降低肺通氣和灌注能力[26]。有研究顯示腦卒中患者肺功能與同齡久坐人群相比大約降低50%[27]。在Santos等[26]研究中81.6%的腦卒中患者表現出限制性通氣障礙以及肺總容量和肺活量受損。

2.2呼吸肌萎縮 呼吸肌萎縮在腦卒中患者中廣泛存在，主要表現為肌肉組織厚度變薄以及質量的減少。已有研究證實腦卒中患者膈肌與健康個體相比明顯較薄，且在呼氣末時患側膈肌厚度顯著低于健側[28]。膈肌在呼吸中占據了靜息肺通氣量的70%，與呼吸肌肌肉疲勞相關的運動能力的下降通常由膈肌萎縮引起。腦卒中患者偏癱側膈肌厚度變薄與呼吸生理運動中雙側膈肌不對稱運動相關，并誘發了呼吸功能的異常[29]。

2.3呼吸肌肌力減退 腦卒中患者呼吸肌肌力減退與肌肉力學特性改變以及神經抑制等因素密切相關，常引起呼吸淺快、肺不張以及肋膈和胸壁運動的動態改變，并進一步造成胸廓活動受限和限制性通氣功能障礙[25]。此外，呼吸肌無力還可導致無效咳嗽、分泌物潴留以及無法保持氣道通暢等問題的產生。最大吸氣壓(maximal inspiratory pressure，MIP)和最大呼氣壓(maximal expiratory pressure，MEP)是表示呼吸肌肌力大小的測試指標，腦卒中患者呼吸肌肌力減退直接體現為MIP和MEP值的下降[30]。Sutbeyaz等[31]研究指出呼吸肌閾值壓力負荷訓練具備改善中風患者呼吸肌肌力的作用，在改善腦卒中患者呼吸肌肌力和疲勞水平方面有顯著效果。

2.4呼吸節律性與模式紊亂 呼吸節律性與模式紊亂是卒中后最常見的并發癥，包括周期性潮式呼吸、共濟失調呼吸、長吸式呼吸、喘息、中樞神經源性通氣過度、肺換氣不足以及呼吸暫停，在呼吸過程中良好的呼吸模式表現為膈肌和腹肌共同收縮，通過腹內壓調節來控制呼吸[32]。呼吸模式改變是引起通氣效率降低并導致運動耐力下降的因素之一。異常的呼吸模式可導致機體發生廣泛的生化改變[33]。當上胸部擴張超過腹部和下肋部的擴張幅度時，該呼吸模式下所產生的較小的胸腔擴張減少了肺活量和氣體的交換，也因此造成輔助呼吸肌的過度使用來補償氣體交換不足。有研究表明，輔助呼吸肌的過度使用可導致肋間肌活動和肋骨運動減少，從而使膈肌運動受到抑制[34]。Kocjan等[35]研究認為不對稱的膈肌收縮可能會改變腹內壓的調節過程，從而影響正常的呼吸模式。

2.5呼吸性堿中毒 呼吸性堿中毒是由于過度通氣或持續性呼吸急促引起[36]。中樞神經系統損害后可導致過度通氣的產生，當過量的二氧化碳被呼出時二氧化碳分壓降低并引起動脈血碳酸的下降，導致相對的堿中毒。在呼吸性堿中毒發生過程中，肌肉細胞和血流中酸性物質不斷積累，機體自我調節機制中碳酸氫根作為平衡酸堿性物質的關鍵元素，反而加快了呼吸頻率，并導致二氧化碳水平再次降低，引起呼吸肌無力以及缺氧的癥狀。

3 腦卒中患者的呼吸功能評估

3.1呼吸功能定性評估

3.1.1膈肌功能評估 膈肌功能評估主要通過徒手觸診肋骨橫向移動、外側腹部激活程度、胸廓過度上移和豎脊肌過度激活來判斷呼吸功能狀態。具體方法如下：患者取坐位，評估者位于患者身后并將第2和第3根手指輕放在患者的下位肋骨上，以檢測呼吸過程中胸腔的運動，同時將拇指放在胸腰椎兩側的肌肉上感受它們的收縮強度，將第四和第五根手指輕放在外側腹壁上來檢測腹壁的離心收縮和呼吸過程中腹內壓的變化。一些常見的可觀測到的異常呼吸包括：①由于輔助呼吸肌的代償以彌補膈肌活動不足而引起的胸廓或肩部上抬；②豎脊肌過度收縮；③外側胸腔擴張不足或腹壁對腹內壓變化產生的阻力；④無法保持脊柱直立對齊[37]。這些異常情況一般直接暗示了呼吸功能障礙的出現。

3.1.2呼吸模式評估 呼吸模式評估主要包括胸式呼吸和腹式呼吸的區分以及目測呼吸波變化，以此判斷肌肉代償和功能障礙問題。①胸式和腹式呼吸評估：患者取坐位，將一只手放在上胸部，另一只手放在腹部，評估者在患者連續的呼吸過程中觀察其手的移動方向。若位于胸部的手比位于腹部的手移動更明顯，則表示呼吸模式以胸式呼吸為主導，反之則以腹式呼吸為主導。若位于胸部的手移動方向是向上而不是向前，且同時相比腹部的手移動更為明顯，則表示上胸部呼吸模式異常。②呼吸波評估：患者取俯臥位，評估者蹲在患者一側并觀察其深呼吸時脊柱的起伏波動，良好的呼吸波形表現為從腰骶部開始向頸椎處延伸。當任何一個脊柱節段活動受限或肌肉僵硬短縮時，則波形運動模式發生改變。

3.2呼吸功能量化評估

3.2.1通氣功能評估 通氣功能通常使用帶壓力閥的評估設備對相關指標進行測試，可直觀地反映出患者通氣能力[31]。相關指標包括：每分鐘最大自主通氣量(maximal voluntary ventilation，MVV)、用力肺活量(forced vital capacity，FVC)、呼氣流量峰值(peak expiratory flow，PEF)、第一秒用力呼氣容積(forced expiratory volume in one second，FEV1)、一秒率(FEV1/FVC)、MIP和MEP。其中MVV和FVC主要反映肺的通氣能力，PEF反映咳嗽功能，FEV1和FEV1/FVC反映的是通氣過程中氣道有無阻塞以及氣道阻塞的程度，MIP和MEP則分別反映吸氣肌和呼氣肌的肌力水平。

3.2.2動脈血氣分析 動脈血氣值是監測患者機體酸堿平衡、氣體交換有效性和呼吸控制狀態的重要參考指標[38]，可根據二氧化碳分壓、氧分壓和碳酸氫根濃度等來判斷呼吸功能異常情況。例如二氧化碳分壓的降低將導致動脈碳酸的下降從而引起呼吸性堿中毒，當低碳酸血癥加重或持續發生時則會抑制神經元活動，并使神經元反應遲鈍。

3.2.3膈肌超聲成像 膈肌是主要吸氣肌，在機體呼吸過程中對膈肌收縮活動、厚度和結構特征等進行精準評估和監測在臨床治療中已作為越來越重要的優先考慮事項[39]。膈肌超聲成像在機械通氣過程中提供了一種非侵入性的、可行的測量膈肌生物力學和功能的方法，相比徒手膈肌功能評估、X線片等具備精準、高效和低電離輻射等優勢，其中膈肌厚度、偏移距離、振幅和收縮速度是膈肌超聲評估中的常用指標[16-17, 39]。

3.2.4膈肌肌電圖 膈肌肌電圖分析常用電極包括體表電極、經皮穿刺電極及食道電極，主要通過膈神經電刺激來誘發復合膈肌動作電位記錄其收縮運動時的肌電信號，是評估人體膈肌功能的常用方法[40]。

4 呼吸康復訓練方法

4.1胸式呼吸和腹式呼吸 胸式呼吸是以肋間肌、肩胛提肌、斜方肌等肌肉的運動為主，膈肌收縮幅度較小，呼吸時胸廓擴張較為明顯的一種呼吸模式。腹式呼吸則以膈肌運動為主，在吸氣時表現為胸廓上下徑增大，腹內壓增加。腹式呼吸訓練時通常讓患者處于平臥位，雙腿屈髖屈膝，雙足置于床面，一手置于胸前，另一只手置于腹部，采用鼻吸口呼的方式，每次呼吸均保證腹部隆起并用放在腹部的手施加一定的壓力。在呼吸運動訓練中常使用腹式呼吸來指導患者進行呼吸運動訓練。有研究發現與胸式呼吸相比，腹式呼吸運動訓練可更有效改善腦卒中患者呼吸功能并提升其運動能力[41]。Lee等[42]研究認為基于超負荷原理下的腹式呼吸可以作為一種有效的呼吸訓練方法。

4.2縮唇呼吸 縮唇呼吸訓練可用來減輕呼吸困難的癥狀，使用該方法訓練時可在氣管和支氣管內產生一定的壓力差來防止氣道過早塌陷，主要強調嘴呈縮唇狀來進行緩慢呼氣訓練。Cabral等[43]研究表明，在慢性阻塞性肺疾病患者中進行縮唇呼吸訓練可減少動態過度充氣，并能改善亞極量運動訓練強度時的運動耐受性、呼吸模式和動脈氧合。Seo等[44]研究指出通過膈肌呼吸運動訓練結合撅唇呼吸可對腦卒中患者呼吸肌產生積極的作用。此外，縮唇呼吸還可調節呼吸模式，釋放肺部滯留的空氣，促進全身放松，保持呼吸道長時間開放，延長呼氣時間[45]。然而，目前缺乏關于腦卒中患者進行縮唇呼吸訓練的研究，尚需更多高質量的研究數據來支持縮唇呼吸訓練對腦卒中患者積極的影響。

4.3呼吸肌抗阻訓練 呼吸肌抗阻訓練是一種新型呼吸運動訓練方法，通過使用帶阻抗的呼吸訓練器所產生的氣道吸氣流動阻抗來進行呼吸訓練，以達到呼吸抗阻的目的，可有效改善吸氣肌力量和肺功能，緩解呼吸困難癥狀。Kido等[46]研究采用呼吸阻力訓練與持續性體力消耗相結合的方法，對健康成年人訓練后的生理效果及耐力的變化進行了研究，結果表明與常規訓練方法相比，呼吸阻力與持續性體力消耗相結合的訓練方法更有利于提高耐力和呼吸肌功能。Molassiotis等[47]研究將壓力閾值裝置應用到肺癌患者呼吸困難管理中，并證實了呼吸抗阻訓練在肺癌患者中的可行性和有效性。此外，有學者應用腹部加壓法進行呼吸抗阻訓練，通過將壓力疊加在前腹壁上對膈肌提供直接阻力，該方法同樣被用于訓練四肢癱患者來改善其呼吸肌功能[48-49]。

4.4胸廓擴張法 胸廓的彈性是滿足正常呼吸的主要因素之一。腦卒中患者偏癱側軀干的運動功能減退極易導致軀干肌群萎縮、僵硬，引起胸廓的彈性降低，進而導致限制性通氣障礙。利用中醫正骨或整脊手法可調節肋骨的附屬運動，并能維持胸椎的伸展和旋轉靈活性，是恢復胸廓彈性擴張能力的重要手段。此外，Kim等[50]研究通過胸廓擴張阻力訓練對30例吸氣肌無力的老年患者進行了干預，結果證明胸廓擴張阻力訓練對改善老年人胸廓擴張和最大吸氣壓具有良好的效果。

4.5膈肌放松法 膈肌作為主要的吸氣肌，改善膈肌的運動功能可以更加有針對性地提高人體的呼吸運動能力。膈肌放松技術通常由治療師在患者肋緣處直接徒手施加壓力，通過調節胸廓的活動以及膈肌肌纖維的張力來提高膈肌收縮功能改善呼吸[51]。Rocha等[51]研究表明徒手膈肌放松技術可提高慢性阻塞性肺疾病患者的膈肌活動能力、運動能力和吸氣能力。李琳琳等[52]研究發現，與單獨的吸氣肌訓練相比，膈肌松解技術與吸氣肌訓練結合可更好地改善腦卒中患者呼吸肌功能。徒手膈肌放松技術操作簡便實用，但目前國內外的研究較少，還需進一步研究論證膈肌放松技術對腦卒中患者呼吸功能的影響。

4.6中醫呼吸吐納法 六字訣是傳統中醫中呼吸吐納法的代表，通過鼻吸口呼的深慢呼吸方式，借助“噓、呵、呼、呬、吹、嘻”6個字的不同發音口型來調節氣息出入流動。已有研究表明六字訣應用于呼吸功能減退的患者具有改善其肺功能及呼吸肌肌力的功效。Zheng等[53]研究發現六字訣呼吸吐納法在改善腦卒中早期患者軀干控制能力、呼吸肌肉功能及日常生活能力方面比常規呼吸訓練有更大的變化。Wu等[54]研究通過改變六字訣訓練環境，將受試者分為水中六字訣訓練組、陸地六字訣訓練組和對照組，其研究結果顯示水中六字訣運動對慢性阻塞性肺疾病患者的呼吸肌肌力以及外周骨骼肌均有良好的效益，與陸地六字訣運動相比，水中六字訣運動在改善上下肢力量和耐力方面可能有更好的效果。Tang等[55]研究認為六字訣是一種切實可行的呼吸運動訓練方案，可以提高新型冠狀病毒肺炎出院患者的功能和生活質量。

4.7體外膈肌起搏訓練 體外膈肌起搏(external diaphragm pacing，EDP)是通過外置電極刺激膈神經來誘發膈肌收縮，達到預防膈肌萎縮和促進其功能恢復的目的。陳妙玲等[56]研究表明EDP聯合體位改變治療可改善腦卒中氣管切開患者的膈肌活動能力，促進肺部感染的恢復。閆斌等[57]研究探討了體外膈肌起搏器聯合高流量鼻插管氧療(high-flow nasal cannula，HFNC)治療重度腦出血患者的效果，結果表明EDP聯合HFNC可增加膈肌偏移，縮短脫機時間和神經系統重癥監護室住院時間。體外膈肌起搏具有操作簡單方便、無創傷等優點，但治療中膈神經電極的放置常因個體差異以及多種外部因素導致難以準確定位，且電流刺激強度過大以及刺激頻率過快等問題容易引起膈肌疲勞，在膈肌功能重建恢復過程中易造成一定影響。因此，對于體外膈肌起搏治療的可行性和有效性還需進一步深入研究。

5 小結

目前針對腦卒中患者呼吸功能進行康復訓練的研究日益深入，但各類呼吸訓練方法對其呼吸功能的影響證據有限，有關腦卒中患者呼吸功能障礙的機制還需進一步研究。同時呼吸功能障礙在腦卒中患者中表現多樣化，需通過精準評估后制定個性化呼吸治療方案來確定最佳的呼吸訓練干預方式和訓練強度，以妥善解決患者不同的功能障礙需求。