经络导引肺功能顺应性自我训练装置的研制

【作 者】齐明，庞海英，贾路洋，房颖，王爱民，苏洪泉，谢秀娟，王海英，赵文汝

1 北京市大兴中西医结合医院，北京市，100076

2 北京星辰万有科技有限公司，北京市，102200

0 引言

正确的肺功能康复训练能有效改善肺功能及预防肺部并发症，进而提高全身脏器功能。目前，我国大多数医院常用的方法为呼气锻炼，如吹瓶、吹纸袋或吹气球练习，而呼气锻炼已被证实不但不能增强肺功能，反而会加重肺不张[1]。

赵文汝等研制的FG-01型肺功能锻炼器[2]，通过“目标—动力”机制进行深吸气练习，使呼吸向深而慢的腹式呼吸形式转变，起到了增加肺泡通气量、提高血氧饱和度，预防肺泡萎陷并使萎陷的肺泡重新膨胀的作用[3]。但使用该锻炼器进行深吸气锻炼，仍属自我锻炼方式，其效果与使用者自身的理解能力、锻炼方式的正确程度，以及锻炼时精力是否集中等有关，进而影响深而慢腹式呼吸的“运动程序”在脑内的建立和固化。锻炼是指已经学会的方法，经过增加使用次数和强度而增加效能的过程，但该效能随着方法使用程度的增减而发生变化。如一名举重运动员，经过长时间的锻炼能举起100 kg，隔一年不锻炼，举不起来，但再锻炼就又能举起来。其中举重方法的正确与否是影响举重效果的重要因素，而举重方法学的建立则需要通过训练才能较好实现。

我们研制的经络导引肺功能顺应性自我训练装置，是在原有基础上进行改进，增加经络导引自动语音指导系统，使用者在音像合成系统的指导下进行训练，使之在建立“深而慢”呼吸运动程序的基础上，形成正确的腹式呼吸运动，起到提高肺小泡的扩张能力（顺应性），防止肺小泡萎陷或使萎陷的肺小泡复张，进而增加血氧饱和度的作用。

1 材料和方法

采用聚丙烯医用塑料（PP），根据人体呼吸生理“深而慢”腹式呼吸形式有利于增加肺小泡顺应性，并通过减少呼吸次数，降低从口鼻腔到呼吸性细支气管不能进行气体交换的无效腔容积，增加肺小泡的通气量，进而提高肺气体交换能力和血氧饱和度的原理，设计一种在经络导引“调神、调息”音像合成系统的指导下，进行自我“深而慢”腹式呼吸形式的训练装置，由主体和经络导引音像训练模块两部分组成。

1.1 肺功能顺应性训练器主体的结构

主体由吸气管、流量筒（小量筒）、计量筒（大量筒）、游标和手机支架组成。流量筒的作用是测量单位时间内吸入气体的流量，其大小采用小浮漂的位置“高、中、低”三档显示。当气体流量大时其产生的动力大，浮漂被托起的位置高，在写有“高”的位置上浮动。当吸气的流量小时产生的动力也小，浮漂则随之下移。当浮漂停留在“低”的位置上浮动时，此时的吸气流量最小，是形成深慢腹式呼吸最好的吸气流量。大量筒的作用是计量一次呼吸吸入气体的总量，以毫升（mL）计算。大量筒外面立柱上手动浮标的作用，是标识本次吸入气体的最大量，作为使用者下一次吸气时的赶超目标。当使用者的吸气总量超过原有目标后，再将手动浮漂指向新的高度作为下一次吸气量的赶超目标，以此循环往复。手机架为安放手机之用，手机内下载经络导引肺功能顺应性训练模块，自动指导使用者进行经络导引调神、调息基础上的自我深吸气训练，如图1所示。

图1 经络导引肺功能顺应性自我训练装置实物Fig.1 Physical picture of meridian-guided lung function compliance self-training device

1.2 训练模块的组成

训练模块包括：机制讲解模块和实际训练模块两部分。

机制讲解模块采用虚拟模拟和动画技术，讲解人体肺的基本解剖、无效腔、肺小泡顺应性和气体交换过程。模块训练按调神的经络包括手太阴肺经和手阳明大肠经两种，通过动画音像合成技术，语音指导使用者沿经络调神、调息后，进行深而慢腹式呼吸的训练过程，见训练模块框架，如图2所示。

图2 经络导引肺功能顺应性训练模块框架Fig.2 Block diagram of meridian-guided lung functional compliance training module

1.3 训练模块功能、使用方法及临床适应证

1.3.1 训练模块的功能及调神经络

（1）机制讲解模块

主要讲解肺功能顺应性对气体交换的影响及机制，“深而慢”腹式呼吸的重要性，训练器各部件的作用，以及具体训练方法和注意事项等。使用者能够清楚地了解如何使用训练器进行训练，为什么要进行“深而慢”的腹式呼吸训练，以及如何按照音像合成系统，仿照自身部位进行调神、调息基础上的深吸气训练。

（2）训练模块

训练涉及模块1～模块6。按照调神、调息的经络不同分为：

Ⅰ：手阳明大肠经走行及经络穴位：食指末端（商阳）-食指桡侧（二间）-第一、二掌骨间（合谷）-前臂桡侧（偏历）-肘外侧（曲池）-上臂外侧（臂臑）-三角肌-第七颈椎（大椎）-锁骨上窝（缺盆）-络肺（启动深而慢腹式呼吸训练）-属大肠。

Ⅱ：手太阴肺经走行及所经穴位：中焦-胃-肺（启动深而慢腹式呼吸训练）-喉咙-腋下（云门）-上臂（肱二头肌）-肘窝（尺泽）-鱼际-拇指末端（少商）。

按照语音指导从模块1到模块6进行训练。

1.3.2 使用方法

将训练模块制作成经络导引音像合成训练软件，手机下载软件视频后按以下操作步骤进行训练：一般取坐位或卧位，坐位者抬头挺胸，卧床者尽量取半卧位；先做数次深吸气练习；然后使用经络导引肺功能顺应性自我训练装置进行训练；训练时要精神集中，注意观察两个测量筒内的浮标变化；根据个人的实际情况，调节好吸气量刻度游标，并努力使下一次的吸气量超过标记刻度，以此类推。在努力使吸气量增加的同时，观察气体流量筒内小浮标的变化，尽量使该浮标在“最好”档位浮动，即控制气体流量于最小处。吸气时注意将腹部鼓起，以保证膈肌得到训练。制定游戏式训练方式：如吸气量逐次超越法和吸气次数记录法。

1.3.3 适应证、禁忌证及注意事项

（1）适应证

①预防或治疗肺不张、阻塞性肺气肿、慢性支气管炎等肺部疾患；②年老体弱、心肺疾患，呼吸肌麻痹、各种手术术后，尤其新冠及其他肺部炎症、呼吸受到不同程度影响者；③卧床、卒中、脊髓损伤、肌营养不良、产后腹肌松弛等各种类型的病人；④健康人群：学生、运动员，尤其是老年人；⑤内地赴高海拔地区的工作人员。

（2）禁忌症

无明显禁忌症，但心肺功能严重障碍、腹水及妊娠后期者应在医生指导下使用。

（3）注意事项

①注意吸气和呼气所用时间的比例，吸气和呼气比例保持在1:2；②锻炼要循序渐进，切忌操之过急，要持之以恒，才能收到较好的预防和治疗效果。

1.3.4 综合作用的结果

通过训练器小量筒的流量控制和大量筒超越性目标的设立，借助“超越性目标-动力”机制，在经络导引肺功能顺应性训练模块的自动语音指导下，指导使用者不断超越新的目标，延长吸气时间，表现为深度吸气。并按照吸气时间：呼气时间=1:2的比例延长呼气时间，不仅增加肺小泡吸入气体的量，同时延长气体在肺小泡的交换时间，增加肺小泡的顺应性和血氧饱合度，形成外在的“深而慢”的腹式呼吸模式，使自我锻炼转化成自我训练，进而提高训练效果。

为了测试该自我训练装置的有效性及稳定性，课题组成员在北京市大兴区中西医结合医院对6名受试者进行了实际验证试验，在经络导引音像合成训练模块自动语音指导下进行深慢腹式呼吸训练。发现当小量筒的浮标在写有“低”的位置上浮动时，大量筒吸入气体的总量平均在2 583 mL，此时的吸气流量最小，呼吸次数平均为12次/min，减少了呼吸无效腔的作用，使较多的气体能够进入到肺小泡进行气体交换。当受试者进行浅快呼吸训练时，呼吸次数平均为32次/min，小量筒的浮标在写有“高”的位置上浮动，大量筒吸入气体的总量平均为1 533 mL。此时吸气流量较大，进入肺小泡的气体总量较小，不利于增加肺小泡的顺应性和血氧饱和度。表明该训练装置工作性能稳定、设计合理、操作简单，使用者通过训练可以形成深而慢的腹式呼吸，进而增加肺泡的顺应性和血氧饱和度，并维持全身脏器功能的稳定。

2 讨论

目前，临床上肺功能康复的概念较广[4-5]，应对呼吸系统慢性疾病（baichronic obstructive pulmonary disease，COPD）的康复技术，是一种无创改善心肺功能和生活质量的有效手段[6]，其中呼吸肌训练是重要的组成部分，但主要进行呼气肌和呼气过程的训练，如缩唇呼吸、腹肌训练和吹气球等[7-8]，而较少进行吸气肌训练。虽然这些方法通过增加潮气量和肺泡通气量来提高血气交换率，进而间接改善呼吸功能，但正如前述，有报道认为以呼气锻炼为主的方法，不但不能增强肺功能，反而会加重肺不张。

有研究表明，吸气肌训练是从根本上改善呼吸功能、促进呼吸运动功能恢复的有效方法。一项有关COPD患者吸气肌锻炼效果的META分析表明：吸气肌的力量、运动能力和生存质量等均有显著改善，并且呼吸困难程度显著减轻[9]。目前，公认的吸气肌训练方法包括：非线性阻力呼吸器[10]、阈值压力负荷训练器[11]、限速阈压力负荷吸气肌训练仪[12]、靶流量阻力装置[13]和可调节式呼吸训练仪[14]，临床证实均有显著改善呼吸功能的作用，但这些设备较为复杂、昂贵，需专业人员进行操作，不适合广泛推广应用。

因此，研制使用方便，价格便宜并便于推广，使用后容易形成深而慢腹式呼吸模式，并能实现沿经络调神、调息和语音指导下的自我训练的肺功能训练器非常必要。

本产品设计依据为：只有能够进入肺小泡的气体量大且停留时间长，进行气体交换的量才能大、血氧饱和度才能高的事实，必须从尽量减少人体呼吸无效腔着手解决。呼吸无效腔是指从存留于口鼻腔到呼吸性细支气管之间、不能进行肺泡与血液之间气体交换的量，约为150 mL，每呼吸一次，就有150 mL的气体不能进行气体交换，呼吸频率越快，不能交换的气体就越多，反之则越少，在潮气量为8 000 mL/min的条件下。不同呼吸频率对肺通气量和肺泡通气量的影响，如表1所示。

表1 不同呼吸频率对肺通气量和肺泡通气量的影响Tab.1 Effects of different respiratory rates and tidal volume on pulmonary ventilation and alveolar ventilation

肺功能顺应性自我训练装置通过设置的小量筒的气体流量限制，以及大量筒的吸入气体的总量显示，在经络导引音像合成训练模块的自动语音指导下，使自我锻炼转变为自我训练，进行深慢腹式呼吸训练，并通过吸入气体总量超越目标的设定，指导使用者借助“超越性目标-动力”机制，逐渐形成以膈肌收缩运动为主的深而慢的腹式呼吸模式，增加肺小泡顺应性、防止肺小泡萎陷并使萎陷的肺小泡重新复张，进而发挥增加血氧饱和度和维护全身脏器功能正常的作用。

3 结论

经络导引肺功能顺应性自我训练装置是一种便携式简易设备，操作灵活、使用简单、一学就会，且价格低廉，适合使用者进行自我深吸气训练，逐渐形成深而慢的复制呼吸模式。本装置适应证广，无副作用，可广泛应用于普通人群众和中老年群体自我进行肺功能顺应性训练。