吸气肌训练治疗阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征的研究进展

吴志敏 喻国冻 张田 金莹 鲜志芃 周方伟 王月 朱骊 袁兴忠

(1.贵州医科大学附属医院耳鼻咽喉头颈外科 贵阳 550004；2.贵州医科大学临床医学院 贵阳 550004)

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(obstructive sleep apnea hypopnea syndrome, OSAHS)是一种临床常见病，患病率为9%～38%[1]。患者通常伴有打鼾、睡眠结构紊乱、血氧饱和度下降、白天嗜睡、注意力不集中等症状，并可引发高血压、糖尿病、冠心病等一系列系统性疾病[2]。OSAHS不但影响患者的生活质量，而且也是一个重要的公共卫生问题，给医疗保健系统增加了巨大的经济负担[3]。目前临床上治疗OSAHS的主要方法有持续气道正压通气(continuous positive airway pressure，CPAP)、口腔矫治器、外科手术和药物改善觉醒状态等[4]。这些治疗方式由于存在患者依从性差、治疗后副作用、相关手术风险、术后并发症、短期治疗效果不显著等问题导致患者接受度差，整体疗效欠佳。因此寻找一种新的治疗方法十分必要。多个横断面研究[5-6]发现，歌手及管乐器音乐家发生OSAHS的风险较低。这类人群的共同特征是历时数年训练呼吸肌。这提示呼吸训练对于降低OSAHS风险起着重要作用[7]。吸气肌训练(inspiratory muscle training，IMT)是一种常用的呼吸训练方式，国外有研究发现IMT可用于治疗OSAHS，IMT有望成为OSAHS新的治疗方式。

1 IMT概述

1.1 IMT的概念 吸气是吸气肌主动运动的过程。呼吸肌主要包括肋间外肌和膈肌等，其中膈肌是最重要的吸气肌。IMT主要通过对膈肌的训练，增加其肌力和耐力，从而保证机体良好的吸气功能。IMT最早见于1976年由Leith等[8]撰写的一篇文献，他们研究发现，通过适当的IMT可以增加受试者吸气肌的力量和耐力。Thomas等[9]于1985年发明了一种阈值负荷装置，通过这种装置患者能在短时间内最大限度地提高吸气肌的训练强度，从而增强吸气肌功能。

1.2 IMT的方法 日常生活中的行走、慢跑、登梯、游泳等活动在一定程度上也能起到训练呼吸肌的作用，我们称之为非特异性IMT。而特异性IMT是通过増加呼吸负荷来实现的，如吹气球、吹蜡烛、缩唇呼吸、呼吸操等无需辅助设备的方式，也有抗阻负荷训练及持续深快呼吸训练等定量训练方法，近年来报道的经皮膈神经电刺激等需要仪器设备辅助训练的方法也被使用[10]。其中，抗阻负荷训练和持续深快呼吸训练是目前IMT最主要的方法[11]。抗阻负荷训练又分为流速阻力负荷训练和机械阈值负荷训练。流速阻力负荷训练通过仪器孔径的大小控制吸气阻力，但流速降低后阻力负荷也降低，不能获得持续恒定的阻力；机械阈值负荷训练通过克服仪器的弹性负荷阀后对恒定负荷吸气，无论吸气快慢阻力恒定，并且吸气负荷大小可以调节。持续深快呼吸是一种通过最大容量的深快呼吸来提高吸气肌耐力的方法，这种训练通常需要在医疗机构进行，需要密切监测，避免低碳酸血症的发生。高强度机械阈值负荷训练对膈肌动员的影响优于流速阻力负荷训练，所以机械阈值负荷训练是应用最为广泛的IMT方法[12]，为了能有效训练吸气肌，阻力负荷至少达到最大口腔吸气压(maximal inspiratory mouth pressure,Pimax)的30%。机械阈值负荷训练通过吸气肌训练器来实现。吸气肌训练器种类很多，常用的是小巧便携的手持式仪器。IMT的具体操作如图1所示。

图1 IMT锻炼方法示意图 A.顺时针旋转阻力调节器增加阻力，逆时针旋转减小阻力；B.从最低负荷量开始训练，学习正确的呼吸技巧，随着训练次数的不断增加，可持续地增加负荷，直到至少能完成30次的呼吸；C.身体放松，保持正常的坐姿或站姿，将咬嘴放在嘴里，上下齿咬紧牙垫，嘴唇贴紧使其封闭；D.用全力快速吸气，尽量扩张胸腔，增大肺容量；E.用嘴自然地慢慢呼气直到肺部变空,让胸部和肩膀肌肉放松，稍做停顿直至感觉需要再次吸气；F.鼻夹可以帮助使用者用嘴吸气。

训练方案的强度、频率、周期现在尚无统一标准，且不同疾病训练方案也不同。在一项慢性心力衰竭患者吸气训练研究中，推荐以30%~40% MIP开始进行训练；也有主张以中高强度(50% MIP)开始，一般吸气肌训练采用3组/次，2次/d，持续6~12周[13]。随着吸气肌能力的增强可不断增加阻力负荷。IMT效果的评价手段有CT扫描、磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)、膈肌肌电图、跨膈压、膈肌张力时间指数、Pimax及膈肌超声等，因Pimax及膈肌超声具有简便可靠的特点，临床应用最广泛[14]。此外，还可以通过负荷呼吸时间长短来反映吸气肌的耐力，以吸气流速峰值反映吸气肌快速收缩和克服阻力的能力，同时可结合患者心肺功能、运动能力和生存质量对患者IMT效果进行综合评估[15]。

1.3 IMT的临床运用 IMT是一种安全的锻炼方式，适用人群十分广泛，普通人可以通过IMT缓解因缺乏运动通气不足引起的头晕、乏力等不适。运动员可以通过IMT增加运动耐力，提高训练效果。目前临床上主要运用于慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)、支气管炎、心力衰竭和脊髓损伤等疾病及一些围手术期患者。许多研究[16-18]发现IMT能改善COPD患者的吸气肌功能、肺功能和运动耐力，可以作为COPD的一项辅助治疗方式。对于慢性心力衰竭患者，IMT具有同样的效果，可显著提高患者的吸气肌力量，缓解膈肌疲劳的发生，同时抑制交感神经的激活，改善骨骼肌的灌注，并增加其运动功能，从而减少呼吸困难，提高生活质量[19-20]。此外，高血压患者也能从IMT中获益。有文献[21]报道IMT能降低高血压患者的收缩压和舒张压水平。对于手术患者，术前进行IMT能减少术后肺部并发症并缩短住院时间[22-24]，术后进行IMT对肺功能、吸气肌功能的改善也非常有帮助[25-26]。此外，IMT对哮喘、脑卒中、囊性纤维化等的治疗也有报道。有研究[27]表明，人工气道并非IMT的禁忌证，重症监护室(ICU)患者在神志清醒且能配合的状态下，只要呼气末正压通气(positive end expiratory pressure，PEEP)≤10 cmH2O(1 cmH2O=0.098 kPa)且吸入氧分数＜0.60，IMT也是安全可行的。总之，IMT没有绝对禁忌证，对于临床情况稳定，且无肺部感染、气胸、肋骨骨折等情况的患者，均能进行IMT。

2 IMT治疗OSAHS的效果

不同于其他骨骼肌，吸气肌处于持续工作状态，OSAHS患者夜间出现低氧血症和呼吸暂停增加了吸气肌的负担。Affiliations等[28]研究发现，OSAHS患者吸气肌的力量和耐力显著低于健康人群，并且更容易表现出疲劳性。而气道反复阻塞引起的长期低氧状态和有效睡眠时间缺乏，是造成OSAHS患者吸气肌疲劳的主要原因[29]。OSHAS不但影响吸气肌的功能，而且影响患者的全身运动能力。临床工作中发现，OSHAS患者的运动耐力较差，常表现出疲乏无力。这是因为，为了维持正常的呼吸功能，吸气肌在疲劳状态下会增加对血流量和氧气的需求，在机体运动时呼吸肌所需血流量占心输出量的比例会从非疲劳状态下的2%增加到16%，导致供应骨骼肌的血流量相对减少，形成所谓的“吸气肌血液窃流现象”[15]。 与其他骨骼肌一样，吸气肌也具有可塑性[30]。IMT作为心肺康复的一种重要方法，能有效增加吸气肌的强度和耐力[31]。

IMT除了能改善OSHAS患者睡眠打鼾、白天嗜睡等临床症状外，还能提高患者的睡眠质量，降低呼吸暂停低通气指数(apnea hypopnea index, AHI)和Epworth嗜睡评分量表(Epworth sleepiness scale，ESS)评分。Souza等[32]在一项纳入了16例OSAHS患者的随机对照试验中探讨了IMT对OSAHS患者睡眠的影响，发现12周的中度负载IMT能改善OSAHS患者的睡眠质量。Lin等[33]将22例中重度成年OSAHS患者随机分为IMT组和对照组，IMT组使用IMT设备训练，30～45 min/d，5 d/周，持续12周，并在治疗前后评估AHI、ESS和用力肺活量(forced vital capacity，FVC)评分。结果显示，与对照组相比，IMT组治疗后的AHI和ESS评分分别较治疗前降低6%和20.2%，FVC显著升高7.2%，疾病严重程度和日间嗜睡也明显减轻。Erturk等[34]将41例未接受CPAP治疗的OSAHS患者随机分为IMT组、口咽训练组和对照组，结果表明IMT组的颈围、腰围缩小，呼吸肌力明显改善，打鼾严重程度、频率、疲劳严重程度和匹兹堡睡眠质量指数(Pittsburgh sleep quality index，PSQI)均显著降低。在最近的一项临床试验中，Nóbrega-Júnior等[35]将16例30～65岁的中重度OSAHS患者随机分为对照组和IMT组，IMT组进行8周的IMT，结果显示，与对照组相比，IMT组的AHI和柏林问卷评分均降低，吸气肌力量增加，在试验结束时，睡眠质量和白天过度嗜睡也得到了明显改善。

OSAHS常引起患者全身多器官、多系统病变。流行病学研究发现40%～60%的OSAHS患者合并有高血压[36]。这类患者发生睡眠时心血管意外的风险大大增加。为了探究IMT对OSHAS患者血压的影响，Vranish等[37]将24例轻度、中度和重度OSAHS成年患者随机分为对照组和IMT组，IMT组每天进行5 min的IMT，持续6周，结果发现，相比于对照组，IMT组OSAHS患者的收缩压和舒张压明显降低，血清去甲肾上腺素水平也降低，PSQI评分和夜间觉醒次数均减少，证明IMT可以降低OSAHS患者的血压和儿茶酚胺水平，并能有效改善患者的睡眠质量，提示IMT这种低成本、非药物手段可作为不耐受CPAP的OSAHS患者新的治疗方式。无独有偶，Ramos-Barrera等[38]也在OSHAS患者中探究了IMT与血压的关系，研究发现，每天5 min的高强度IMT能降低中重度老年肥胖OSAHS患者夜间收缩压，减弱交感神经兴奋性，表明短期高强度IMT能为老年肥胖OSAHS患者带来显著的心血管益处。

3 IMT治疗OSAHS的机制

OSAHS的发病机制主要是睡眠时上气道完全或不完全塌陷。引起气道塌陷的因素包括气道横截面积(较小的气道容易塌陷)、咽壁的硬度(松软的咽壁更容易塌陷)、气道的驱动压力(较高的腔内负压容易塌陷)和腔外组织压力(气道外的高压会导致塌陷)[39]。虽然较早提出IMT的概念和方法，且已有多个临床试验证明IMT治疗OSAHS有效，但其作为OSAHS的新兴治疗方法尚处于研究与探讨阶段，其作用机制目前并不明确。研究提示可能的机制包括：①IMT能增加上呼吸道横截面积；②IMT能增强咽侧壁肌肉的强度，稳定气道；③IMT能减少气道外组织压力。

由于上气道和肺的机械连接[40]，上气道的大小和阻力受肺容积变化的影响，上气道横截面积随肺容量的改变而变化，当肺容量缩小时，气道变窄，更容易发生萎陷[41]。有研究[42]指出，在OSAHS患者非快速动眼睡眠期间增加肺容量能够显著改善睡眠呼吸紊乱，可见提高肺容量对改善OSAHS症状有着重要的作用。IMT能通过增强膈肌等吸气肌的肌力提高肺容量，进而间接增加吸气时OSAHS患者上呼吸道横截面积，从而降低上呼吸道塌陷的风险，达到治疗OSAHS的目的。此外，肺容积对上呼吸道的气流动力学也有影响，肺容量增加时气管向尾部移位，降低上气道腔外组织压力，增加气道吸气流量，减少气道塌陷的可能[43]。van de Graaff[44]在动物实验中观察到，吸气时上呼吸道通畅性的增加不能完全归因于上呼吸道本身肌肉的活动，胸部呼吸肌能牵引头颈部肌肉协助维持上呼吸道的开放。Tong等[45]进行了更深入的研究，对34例OSAHS患者在仰卧位静息状态时的呼吸运动进行了动态MRI，发现OSAHS患者吸气时气管发生尾部移位，且移位峰值与OSAHS的严重程度呈正相关，气管移位能拉伸和强化咽肌组织以稳定上呼吸道，维持OSAHS患者清醒期间的上呼吸道通畅。膈肌等吸气肌还能在吸气过程中通过牵引气管降低上呼吸道腔外组织压力和咽壁径向顺应性，从而稳定上气道。Hsu等[46]发现，膈肌运动不但增加肺容量，而且对纵隔产生牵引力引起咽壁变硬，使上呼吸道保持通畅。因此，虽然OSAHS被定义为上气道阻塞，但其发病机制与膈肌等呼吸肌仍有密切的关系。总之，根据目前文献报道，虽然IMT治疗OSAHS的具体机制还有待进一步深入探讨，但是IMT很可能通过提高肺容量来扩大上呼吸道横截面积，增加气管移位来强化上呼吸道咽壁硬度，并降低咽腔外组织对气道的压力来减轻上呼吸道塌陷，从而缓解OSAHS。

4 IMT治疗OSAHS的安全性

IMT治疗OSAHS已经有一些临床试验。作为一种便捷、无创、有效、低成本、多种干预方法的治疗方式，IMT在心肺康复领域已有较多的临床应用报道，有效性和安全性均得到广泛认可；但是在OSAHS领域还未广泛运用于临床。Ferreira等[47]将40例中重度中老年OSAHS患者随机分为IMT组和安慰剂组，IMT组进行负荷为70%Pimax的IMT，安慰剂组进行无负荷的吸气肌锻练，分别测量IMT前、结束即刻和结束后1 h的收缩压、舒张压、心率、心率变异性和炎症标志物等指标，结果表明收缩压、舒张压、心率变异率和炎症标志物在组内和组间比较差异均无统计学意义，提示高强度IMT不会对患者血流动力学、心脏自主活动及炎性标志物造成影响，同时验证了IMT的临床安全性。相比CPAP、 口腔矫治器 、外科手术等治疗方式，IMT是一种非侵入性治疗，时间成本低，患者每天只需要训练5～30 min即可达到治疗作用，并且训练方式简单易学，年龄较大或文化程度不高的患者也可以接受，便于临床或家庭推广使用。

5 IMT与呼吸肌训练

呼吸运动是一个连续过程，Kuo等[48]研究证实呼气肌训练也能使OSAHS患者受益。那么IMT联合呼气肌训练是否会产生增益效果呢？黄玉霞等[49]比较了单一吸气肌和吸呼肌联合阈值负荷锻炼在COPD康复中的效果，结果显示，与单一吸气肌阈值负荷锻炼相比，吸呼肌联合阈值负荷锻炼可明显提高呼气肌肌力，而在改善患者呼吸困难和生活质量上二者没有明显差异。Herkenrath等[50]通过一种叫SpiroTiger®SMART的综合性呼吸肌群训练设备，对9例OSAHS男性患者进行了相关研究，结果表明这种通过呼气肌和吸气肌综合训练的方法能够改善患者生活质量，但是AHI、肺功能、白天嗜睡情况改善不显著，这可能与该试验训练时间短和研究人数过少有关。因此，IMT联合其他治疗方式如有氧运动、呼气肌训练、CPAP、口咽肌训练等是否会取得更优的治疗效果，还有待进一步研究。

综上所述，IMT对OSAHS患者的治疗作用已经在一些临床试验中得到证实，可以通过多导睡眠监测、肺功能测试、ESS和 SF-36生活质量量表、Pimax及膈肌超声等对治疗效果进行综合评价，但是这些研究因纳入的样本量偏少，而且没有针对年龄、性别、体重指数及OSAHS严重程度等进行分组分析，治疗后也没有长期随访，因此还需要进一步验证。上述研究对象主要是成年人，儿童与成人OSAHS的发病机制有所不同，IMT对于儿童OSAHS的治疗作用还需进一步研究。总之，本文通过对IMT治疗OSAHS的研究进展进行综述，以期能给国内同行一点启发，为OSAHS的治疗提供新的思路。