阈值压力吸气肌锻炼装置设计及性能测定
作者：王兴旗 李淑英 于明忠 蔡映云 钮善福
单位：063000唐山，华北煤碳医学院(王兴旗、李淑英、于明忠)；上海医科大学(蔡映云、钮善福)
关键词：呼吸功能试验/仪器和设备；间歇正压呼吸
980311.htm 摘 要 目的 比较阈值压力负荷吸气肌锻炼装置(新装置)与传统阻力吸气肌锻炼装置(传统装置)的性能。方法 应用Bird 6400通气机测定不同参数时的压力变化。结果 吸气流量不变时，新装置压力变化随弹簧压缩而呈线性变化，而传统装置压力变化呈非线性变化；当只改变吸气流量时,新装置压力变化较小，而传统装置变化显著。结论 阈值压力装置是一种线性调节，具有流量非依赖特点的装置。
中图号 R332.1
Measurement of the Pressure Threshold Loading Device for Inspiratory Muscle Training Wang Xingqi,Li Shuying,Yu Mingzhong,et al.Affiliated Hospital of North China Coal Medical College Hebei Province,Tangshan 063000
, 百拇医药
Abstract Objective To compare parameters between the new pressure threshold loading device and the traditional resistant breathing device.Methods To measure pressure variations at various parameters using ventilator Bird 6400.Results The pressure changes in a linear way with the length of spring compressed in the new device,but in a nonlinear way in the traditional device.With the changes of air flow,the traditional device had greater pressure changes than the new device.Conclusion The new device is independent of air flow and the pressure changes in a linear way.
, 百拇医药
Key words respiratory function tests/instrument;intermittent positive pressure breathing
呼吸肌锻炼是慢阻肺康复的措施之一〔1〕。以往曾通过调节吸气孔径来改变吸气阻力达到锻炼吸气肌的目的〔2〕，但该装置本身存在一些不足。我们参考国外有关文献〔3～5〕自行设计研制了阈值压力负荷吸气肌锻炼装置(专利号 ZL 952 17338.7)。本文报告本装置设计及物理性能测定结果并与传统阻力呼吸装置作一比较。
材 料 与 方 法
一、阈值压力吸气肌锻炼装置的设计原理和结构
吸气肌收缩使胸腔与大气之间产生压力梯度，以克服胸肺系统的弹性阻力和非弹性阻力。适度增加吸气肌负荷可以使吸气肌力量和耐力增加。但传统的非线性阻力呼吸装置不能使吸气肌负荷稳定且不易调节。采用弹簧与吸气单向阀门连接，通过改变弹簧压缩程度改变阈值压力负荷，患者每次吸气必须克服这一负荷才能通气。使整个吸气过程保持一稳定的压力负荷使吸气肌得到锻炼。
, 百拇医药
如附图1,它由两个柱形塑料筒连接组成包括咬口、呼气单向活瓣、吸气阀门、弹簧、调节螺旋、弹簧固定杆组成。吸气时，呼气单向活瓣关闭，锻炼者必须克服予置的负荷使气体由吸气阀门吸入；呼气时，气体由呼气单向活瓣呼出。
图1 阈值压力吸气肌锻炼装置示意图
二、方法
将Bird 6400通气机分别与两种锻炼装置的进气口端连接,模拟吸气锻炼,测定压力变化。
1.阈值压力吸气肌锻炼装置与传统阻力呼吸装置压力负荷调节的比较:将阈值压力吸气肌锻炼装置与Bird 6400通气机进气口相连采用控制通气模式调整流量为30 L/min观察在流量不变时，阈值压力吸气肌锻炼装置的弹簧的压缩长度与进气口端压力的关系,使弹簧压缩1.5 mm～15 mm测定对应的压力负荷。同样方法观察流量不变时，传统阻力呼吸装置在不同孔径时进气口压力变化的关系,分别测定六个孔径(1.5 mm～5 mm)对应的压力负荷。
, 百拇医药
2.流量对阈值压力吸气肌锻炼装置和传统阻力呼吸装置进气口端压力影响:连接方法同上，将阈值压力吸气肌锻炼装置弹簧长度固定，改变通气机通气流量0.3 L/s～1.0 L/s，分别记录进气口端压力。同样测定传统阻力呼吸装置孔径不变时，上述流量变化范围，进气口端压力变化。
结 果
一、阈值压力吸气肌锻炼装置进气口压力与弹簧压缩的关系
表1 弹簧压缩长度与阈值压力的关系 弹簧压缩长度mm
1.5
3.0
4.5
6.0
7.5
, http://www.100md.com
9.0
10.5
12.0
13.5
15.0
阈值压力cmH2O
6
12
17
23
30
36
40
, http://www.100md.com
47
51
57
如图2所示,压力负荷随弹簧压缩长度呈线性变化r=0.99。
图2 阈值负荷装置弹簧压缩长度与进气口压的关系
二、传统阻力呼吸装置进气口压力与孔径变化的关系。
表2 传统阻力呼吸装置孔径与进气口压力关系 阻力呼吸装置孔径(mm)
5
4
3
, 百拇医药
2.5
2
1.5
进气口压力(cmH2O)
5
6
15
50
78
140
如图3所示,压力负荷随孔径减小增大且变化甚著而呈非线性改变。
, http://www.100md.com
图3 孔径变化与进气口压的关系
三、流量对阈值压力吸气肌锻炼装置及传统阻力呼吸装置的影响。
表3 流量对阈值压力装置及传统阻力装置压力影响 通气流量(L/s)
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
1.0
阻力装置进气
口压力(cmH2O)
, 百拇医药
16
23
38
48
64
100
阈值压力装置
进气口压力(cmH2O)
34
36
38
39
40
, http://www.100md.com
42
从图4可以看出孔径不变时；传统阻力呼吸装置进气口端压力随流量改变变化显著。当流量0.3 L/s时，传统阻力呼吸装置进气口端压力从16 cm水柱增加到100 cm水柱，而阈值压力吸气肌锻炼装置在流量发生上述变化时仅改变8 cm水柱。
图4 流量改变对进气口压的影响
讨 论
吸气肌象其它骨骼肌一样可以发生疲劳。吸气肌疲劳可导致呼吸衰竭。慢阻肺病人气道病变多属不可逆性〔6～7〕，通过提高呼吸肌力量以改善呼吸功能成为一条可能的途径。呼吸肌锻炼最早由Leith和BradLey于1976年报告，他们应用等CO2过度通气法，使健康志愿者吸气肌耐力提高。此后其他一些研究者〔7～8〕也证实了该装置的有效性。但该法需要持续的C02浓度监测，不能在实验室之处进行。
, http://www.100md.com
有人〔2〕发现阻力法呼吸锻炼也可以提高呼吸肌功能。已有许多学者进行了这方面研究但结果不尽一致〔2～4〕。尽管影响因素可能很多，但装置本身不足可能是一个重要原因。因为以往的研究大多采用改变吸气孔径控制吸气阻力的装置。从本文资料即可看出，传统阻力呼吸装置负荷大小随孔径大小变化呈指数曲线变化。因此负荷调节困难，且孔径确定时负荷亦随流量而相应变化。难以调节到准确负荷，从而影响锻炼效果。本文结果也显示阈值压力锻炼装置的压力负荷随弹簧压缩呈线性变化。因此负荷易于调整，阈值压力吸气肌锻炼装置的另一个特点是压力变化相对非依赖流量变化,保证了压力负荷的稳定性,使锻炼更有效。国外有少数作者〔3,4〕作了这方面研究。他们的结果与我们测定结果一致。
我们已采用该装置进行了慢阻肺病人的临床观察,证明应用40%最大吸气压作为阈值负荷的吸气肌锻炼,五周即可提高吸气肌力量和吸气肌耐力时间〔9〕。
, 百拇医药 总之，阈值压力负荷吸气肌锻炼装置是一种线性负荷调节装置，且具有流量非依赖性的特点。
煤碳部青年基金资助课题(NoX19)
参 考 文 献
1 Sharp.Therapeutic considerations in respiratory muscle function.Chest,1985,88:118s-123s.
2 Pardy RL,Rivington RN,Despas PJ,et al.Inspiratory muscle training compared with physiotherapy in patients with chronic airflow limitation.Am Rev Respir Dis,1981,123:425.
, http://www.100md.com 3 Clantin TL,Drake J.Inspiratory muscle conditioning using a threshold loading device.Chest,1985,87:62-66.
4 Larson JL,Kim MT,Shary JT.Inspiratory muscle training with a pressure threshold breathing device in patients with chronic obstructive pulmonary disease.Am Rev Respir Diss,1988,138:689-696.
5 Goldstein R,DeRosie J,Long S,et al.Applicability of threshold loading device for inspiratory muscle testing and training in patients with COPD.Chest,1989,96:564-571.
, 百拇医药
6 Leith DE,Bradley M.Ventilatory muscle strength and endurance training.J Appl Physiol,1976,41:508-516.
7 Keens TG,Krastins TRB,Wannamaker EM,et al.Ventilatory muscle endurance training in normal subjects and patients with cystic fibrosis.Am Rev respir Dis,1977,116:853-860.
8 Belman MJ,Mittman C.Ventilatory muscle training improves exercise capacity in chronic obstructive pulmonary disease patients.Am Rev Respir Dis,1980,121:273-280.
9 王兴旗,蔡映云,钮善福.慢性阻塞性肺疾病患者阈值压力负荷吸气肌锻炼的疗效观察.中华结核和呼吸杂志,1995,18(2):119.
(收稿 1997-11-18 修回 1998-04-15), 百拇医药
单位：063000唐山，华北煤碳医学院(王兴旗、李淑英、于明忠)；上海医科大学(蔡映云、钮善福)
关键词：呼吸功能试验/仪器和设备；间歇正压呼吸
980311.htm 摘 要 目的 比较阈值压力负荷吸气肌锻炼装置(新装置)与传统阻力吸气肌锻炼装置(传统装置)的性能。方法 应用Bird 6400通气机测定不同参数时的压力变化。结果 吸气流量不变时，新装置压力变化随弹簧压缩而呈线性变化，而传统装置压力变化呈非线性变化；当只改变吸气流量时,新装置压力变化较小，而传统装置变化显著。结论 阈值压力装置是一种线性调节，具有流量非依赖特点的装置。
中图号 R332.1
Measurement of the Pressure Threshold Loading Device for Inspiratory Muscle Training Wang Xingqi,Li Shuying,Yu Mingzhong,et al.Affiliated Hospital of North China Coal Medical College Hebei Province,Tangshan 063000
, 百拇医药
Abstract Objective To compare parameters between the new pressure threshold loading device and the traditional resistant breathing device.Methods To measure pressure variations at various parameters using ventilator Bird 6400.Results The pressure changes in a linear way with the length of spring compressed in the new device,but in a nonlinear way in the traditional device.With the changes of air flow,the traditional device had greater pressure changes than the new device.Conclusion The new device is independent of air flow and the pressure changes in a linear way.
, 百拇医药
Key words respiratory function tests/instrument;intermittent positive pressure breathing
呼吸肌锻炼是慢阻肺康复的措施之一〔1〕。以往曾通过调节吸气孔径来改变吸气阻力达到锻炼吸气肌的目的〔2〕，但该装置本身存在一些不足。我们参考国外有关文献〔3～5〕自行设计研制了阈值压力负荷吸气肌锻炼装置(专利号 ZL 952 17338.7)。本文报告本装置设计及物理性能测定结果并与传统阻力呼吸装置作一比较。
材 料 与 方 法
一、阈值压力吸气肌锻炼装置的设计原理和结构
吸气肌收缩使胸腔与大气之间产生压力梯度，以克服胸肺系统的弹性阻力和非弹性阻力。适度增加吸气肌负荷可以使吸气肌力量和耐力增加。但传统的非线性阻力呼吸装置不能使吸气肌负荷稳定且不易调节。采用弹簧与吸气单向阀门连接，通过改变弹簧压缩程度改变阈值压力负荷，患者每次吸气必须克服这一负荷才能通气。使整个吸气过程保持一稳定的压力负荷使吸气肌得到锻炼。
, 百拇医药
如附图1,它由两个柱形塑料筒连接组成包括咬口、呼气单向活瓣、吸气阀门、弹簧、调节螺旋、弹簧固定杆组成。吸气时，呼气单向活瓣关闭，锻炼者必须克服予置的负荷使气体由吸气阀门吸入；呼气时，气体由呼气单向活瓣呼出。
图1 阈值压力吸气肌锻炼装置示意图
二、方法
将Bird 6400通气机分别与两种锻炼装置的进气口端连接,模拟吸气锻炼,测定压力变化。
1.阈值压力吸气肌锻炼装置与传统阻力呼吸装置压力负荷调节的比较:将阈值压力吸气肌锻炼装置与Bird 6400通气机进气口相连采用控制通气模式调整流量为30 L/min观察在流量不变时，阈值压力吸气肌锻炼装置的弹簧的压缩长度与进气口端压力的关系,使弹簧压缩1.5 mm～15 mm测定对应的压力负荷。同样方法观察流量不变时，传统阻力呼吸装置在不同孔径时进气口压力变化的关系,分别测定六个孔径(1.5 mm～5 mm)对应的压力负荷。
, 百拇医药
2.流量对阈值压力吸气肌锻炼装置和传统阻力呼吸装置进气口端压力影响:连接方法同上，将阈值压力吸气肌锻炼装置弹簧长度固定，改变通气机通气流量0.3 L/s～1.0 L/s，分别记录进气口端压力。同样测定传统阻力呼吸装置孔径不变时，上述流量变化范围，进气口端压力变化。
结 果
一、阈值压力吸气肌锻炼装置进气口压力与弹簧压缩的关系
表1 弹簧压缩长度与阈值压力的关系 弹簧压缩长度mm
1.5
3.0
4.5
6.0
7.5
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9.0
10.5
12.0
13.5
15.0
阈值压力cmH2O
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47
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如图2所示,压力负荷随弹簧压缩长度呈线性变化r=0.99。
图2 阈值负荷装置弹簧压缩长度与进气口压的关系
二、传统阻力呼吸装置进气口压力与孔径变化的关系。
表2 传统阻力呼吸装置孔径与进气口压力关系 阻力呼吸装置孔径(mm)
5
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2.5
2
1.5
进气口压力(cmH2O)
5
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50
78
140
如图3所示,压力负荷随孔径减小增大且变化甚著而呈非线性改变。
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图3 孔径变化与进气口压的关系
三、流量对阈值压力吸气肌锻炼装置及传统阻力呼吸装置的影响。
表3 流量对阈值压力装置及传统阻力装置压力影响 通气流量(L/s)
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
1.0
阻力装置进气
口压力(cmH2O)
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16
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阈值压力装置
进气口压力(cmH2O)
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42
从图4可以看出孔径不变时；传统阻力呼吸装置进气口端压力随流量改变变化显著。当流量0.3 L/s时，传统阻力呼吸装置进气口端压力从16 cm水柱增加到100 cm水柱，而阈值压力吸气肌锻炼装置在流量发生上述变化时仅改变8 cm水柱。
图4 流量改变对进气口压的影响
讨 论
吸气肌象其它骨骼肌一样可以发生疲劳。吸气肌疲劳可导致呼吸衰竭。慢阻肺病人气道病变多属不可逆性〔6～7〕，通过提高呼吸肌力量以改善呼吸功能成为一条可能的途径。呼吸肌锻炼最早由Leith和BradLey于1976年报告，他们应用等CO2过度通气法，使健康志愿者吸气肌耐力提高。此后其他一些研究者〔7～8〕也证实了该装置的有效性。但该法需要持续的C02浓度监测，不能在实验室之处进行。
, http://www.100md.com
有人〔2〕发现阻力法呼吸锻炼也可以提高呼吸肌功能。已有许多学者进行了这方面研究但结果不尽一致〔2～4〕。尽管影响因素可能很多，但装置本身不足可能是一个重要原因。因为以往的研究大多采用改变吸气孔径控制吸气阻力的装置。从本文资料即可看出，传统阻力呼吸装置负荷大小随孔径大小变化呈指数曲线变化。因此负荷调节困难，且孔径确定时负荷亦随流量而相应变化。难以调节到准确负荷，从而影响锻炼效果。本文结果也显示阈值压力锻炼装置的压力负荷随弹簧压缩呈线性变化。因此负荷易于调整，阈值压力吸气肌锻炼装置的另一个特点是压力变化相对非依赖流量变化,保证了压力负荷的稳定性,使锻炼更有效。国外有少数作者〔3,4〕作了这方面研究。他们的结果与我们测定结果一致。
我们已采用该装置进行了慢阻肺病人的临床观察,证明应用40%最大吸气压作为阈值负荷的吸气肌锻炼,五周即可提高吸气肌力量和吸气肌耐力时间〔9〕。
, 百拇医药 总之，阈值压力负荷吸气肌锻炼装置是一种线性负荷调节装置，且具有流量非依赖性的特点。
煤碳部青年基金资助课题(NoX19)
参 考 文 献
1 Sharp.Therapeutic considerations in respiratory muscle function.Chest,1985,88:118s-123s.
2 Pardy RL,Rivington RN,Despas PJ,et al.Inspiratory muscle training compared with physiotherapy in patients with chronic airflow limitation.Am Rev Respir Dis,1981,123:425.
, http://www.100md.com 3 Clantin TL,Drake J.Inspiratory muscle conditioning using a threshold loading device.Chest,1985,87:62-66.
4 Larson JL,Kim MT,Shary JT.Inspiratory muscle training with a pressure threshold breathing device in patients with chronic obstructive pulmonary disease.Am Rev Respir Diss,1988,138:689-696.
5 Goldstein R,DeRosie J,Long S,et al.Applicability of threshold loading device for inspiratory muscle testing and training in patients with COPD.Chest,1989,96:564-571.
, 百拇医药
6 Leith DE,Bradley M.Ventilatory muscle strength and endurance training.J Appl Physiol,1976,41:508-516.
7 Keens TG,Krastins TRB,Wannamaker EM,et al.Ventilatory muscle endurance training in normal subjects and patients with cystic fibrosis.Am Rev respir Dis,1977,116:853-860.
8 Belman MJ,Mittman C.Ventilatory muscle training improves exercise capacity in chronic obstructive pulmonary disease patients.Am Rev Respir Dis,1980,121:273-280.
9 王兴旗,蔡映云,钮善福.慢性阻塞性肺疾病患者阈值压力负荷吸气肌锻炼的疗效观察.中华结核和呼吸杂志,1995,18(2):119.
(收稿 1997-11-18 修回 1998-04-15), 百拇医药