摘要
呼吸肌訓練研究始於1976年 Leith 和 Brodley 二位學者,而近十多年來,在其他國家的預防保健醫療或急性後期照護醫療領域,已將呼吸肌訓練從應用在心、肺疾病個案延伸到神經肌肉疾病個案的吞嚥訓練與改善睡眠呼吸中止症候群的改善。台灣醫療界開始呼吸肌訓練始於為降低呼吸照護中心 (respiratroy care center, RCC) 呼吸器脫離後續發生的呼吸器重置率,因為此類個案無法成功呼吸器脫離的原因大多是由於長期使用呼吸器而造成的呼吸肌無力。隨著長照法通過後,國內醫療成員也開始檢視居家長照法內所涉及的相關照護而延續醫院端的心肺復健單位的照護,包括延續性或居家個案能否建立自主性的呼吸效能與惡化的預防。這些相關肺復原計畫也與呼吸肌訓練有關,因此呼吸肌訓練的臨床應用與發展,也會受到關心肺復原技術臨床成員的更多關注。
關鍵字:急性後期照護醫療、心肺復健、呼吸肌訓練、居家照護、預防保健醫療、長照法
壹、呼吸肌在人體的功能
呼吸肌分為吸氣肌 (主為橫膈肌、外肋間肌) 與呼氣肌 (內肋間肌、腹外斜肌、腹內斜肌、腹橫肌、腹直肌)。因肺臟本身沒有肌肉,需靠呼吸肌群協助氣體在呼吸道的進與出,為了維持生命與肢體活動的存續,必須自空氣中攝取人體器官新陳代謝及各部肌肉收縮所需要的氧氣,排出組織代謝所產生的二氧化碳,以維持人體動脈血液中氣體和酸鹼值的平衡。
一、呼吸肌在人體具備兩大功能
(一)呼吸功能
影響呼吸中的容積量、氣體交換、壓力、瞬間吸吐流速大小。
(二)非呼吸功能
包括運動中熱氣的排放、 說話清晰度與音量、呼吸道清潔與通暢、咳嗽強度、吞嚥功能、運動強度與耐受力、軀幹活動的穩定度與四肢的投射力、身體動態的負重能力。
當然,人體也會隨著呼吸肌力、年齡老化、呼吸系統疾病、心臟疾病、神經肌肉系統疾病等因素而弱化上述呼吸肌相關功能,進而間接或直接提升急性或慢性呼吸衰竭的機率風險。
貳、呼吸肌力與測量
1976年 Leith 與 Bradley 將骨骼肌訓練原則運用在呼吸肌上1。主張呼吸肌群的肌力可藉由運動訓練而更提升其肌力與耐力, 而呼吸肌肌力是指吸氣與呼氣時之最大用力收縮的力量,可以通過壓力儀器的測量 (圖一)。測量方法大多以口部最大呼吸壓力 (圖二)(maximal respiratory pressure) 表示,且分為最大吸氣壓力 (maximal inspiratory pressure,PImax) 與最大吐氣壓力 (maximal expiratory pressure, PEmax)2。
圖一 壓力測量儀器
圖二 口部最大呼吸壓力測量
近年國外各相關醫學會依各疾病管理方式,建議接受做呼吸肌訓練的標準稍有不同,但所定義吸氣肌力不足,約為 MIP < 60 cm H2O or < 50% pred. 或吐氣肌力不足為 MEP < 60 cm H2O 或 < 70 cm H2O,且以之做為建議呼吸肌的訓練條件。
另外,在國外醫療機構的研究文獻,也證實吐氣肌肉訓練有助於吞嚥與咳嗽能力的改善3。
參、呼吸肌訓練的應用族群
近十幾年在英國醫療界將呼吸肌訓練分為4:呼吸肌基本訓練 Fundamental Training (圖三) 與呼吸肌功能訓練 Functional Training (圖四)。
圖三 呼吸肌基礎訓練
圖四 呼吸肌功能訓練
台灣近年開始引進呼吸肌訓練應用於健康族群與醫療族群,包括:
一、運動族群
人體活動所需的能量,來自於腺嘌呤核苷三磷酸的供應 (adenosine triphosphate, ATP)。體內製造與儲存 ATP 的量,直接決定人體活動量的大小與運動者的執行表現。通常運動選手透過肌力訓練,鍛鍊運動時所需肌群的肌力,增加動作肌群的表現,並延長運動時間使其較不易產生疲勞。而呼吸肌也可像骨骼肌一樣,可透過訓練而提升肌力。據文獻指出,呼吸肌力的訓練有助於改善呼吸肌群張力收縮的協調與效率5;提升呼吸肌肉的肌力與耐力5,因此,呼吸肌訓練證實是可延後呼吸肌疲勞的發生,而且運動強度所需的氧氣與 ATP 能量也就被正常、充足地供給,進而突破運動員個人的運動極限表現, 因此也可應用到一般保健族群、例如年長者欲提升運動能力者等。
二、音樂族群
歌唱與管樂器的動力啟動系統建立於人體的胸腔,透過人體吸氣肌與吐氣肌的調控,利用呼出的氣體向外流動而形成聲帶微控或管樂器振動的發聲力量來源與巧妙的換氣技巧 (瞬間大流量的吸氣)。對於這些音樂家來說,呼吸肌的強壯是提升歌唱或吹奏技巧最重要的因素,沒有足夠的呼吸肌力,則呼吸肌收縮力將會降低,肺容量就不能提升,或瞬間換氣的不能提升,而這就是為什麼當歌唱家與管樂家欲突破技能限制時,需要訓練吸氣與呼氣肌力的原因。
三、醫療族群
(一)慢性阻塞性肺病
慢性阻塞性肺病 (chronic obstructive pulmonary disease,COPD) 其特徵為持續的呼氣氣流受阻,常具漸進性且伴有肺臟及呼吸道對有害微粒或氣體的慢性發炎反應6。COPD 患者常因氣道的痰液阻塞與肺內過度充氣而使橫膈肌常處於不利收縮的長度因而減少吸氣量而導致呼吸費力、呼吸負荷過重、呼吸肌疲勞,最終使得呼吸困難及運動能力受限的情形更加惡化。尤其在運動時更為顯著 (動態過度充氣),因而多種因素的相互作用下造成身體處於低氧狀況,身體活動所需能量供應不足,導致運動受限與肌肉萎縮的惡性循環。
近十年來臨床醫學文獻證實在 COPD 病人肺部復健過程中的吸氣肌訓練可影響橫膈肌纖維結構的重塑與性能上的改善7,進而提升其肌力與耐力,故能改善六分鐘步行距離、生活的健康質量、日常體力活動。
(二)慢性心臟衰竭
運動耐受性差是慢性心臟衰竭 (CHF,chronic heart failure) 的定義特徵,其原因與已發生病理變化的氧氣輸送結構和功能性是密不可分的。CHF 患者的低氧與運動受限可能出現的吸氣肌失能,包括力量及耐力降低、橫膈肌萎縮、使得活動時的缺氧 (deoxygenation) 情況更加加劇。因而疲倦 (fatigue) 和呼吸困難 (dyspnea) 是影響 CHF 病人生活品質與運動耐受力差的主要原因8。
吸氣肌訓練可延緩代謝性反射作用 (metaboreflex)9與提升心迷走神經張力 (cardiac vagal tone)、降低交感神經興奮性 (27%)10,訓練後24小時內降低收縮壓8 mmHg、舒張壓5 mmHg (高血壓病人)11,因此吸氣肌訓練近年也應用到穩定期慢性心臟衰竭病人的心肺復健計畫。
(三)呼吸器脫離
當吸氣肌經研究證實可以被訓練強化後,其肌力與耐力增強,應可縮短患者因呼吸肌疲乏或無力而造成依賴呼吸器的時間。根據文獻,在1985年 Alderich 和 Karpel 的研究報告中證明,運用阻力式吸氣肌訓練有助於呼吸器依賴患者的呼吸器脫離 (weaning),約近十年在台灣開始將吸氣肌訓練應用在 RCW (respratory care ward) 或 RCC (respratory care center) 的呼吸器脫離。
肆、呼吸肌訓練工具介紹
一、訓練工具
Dofin Breathing Strength Builder 呼吸肌力訓練器 (圖五),為一屬於吸、吐閥負荷法 (threshold loading) 的手持呼吸肌訓練器系列產品,一機三用設計,同時具備吸吐氣肌訓練及噘嘴呼吸訓練的功能,10級精準的阻抗值,30段調節設定。黃色互動球體設計,提升培訓效果,並依各訓練處方所需的訓練級數規格也不同。
圖五 手持呼吸肌訓練器結構
二、呼吸肌訓練器的原理
(一)利用透過吸氣與吐氣的施力,克服預先設定好的彈簧阻抗值,有如手舉啞鈴克服重量一樣。(二)當呼吸肌克服不同的阻抗訓練,經數週的訓練處方即可以強化呼吸肌力或肌耐力。(三)當操作者能吸進氣流或吐出氣流,完成標準的一口氣,表示已達訓練阻抗。可再進行下一口氣,每天早晚持續訓練固定次數。
伍、結論
在台灣,呼吸肌訓練器在運動界與音樂界的應用是大於醫療界的,主要是因為運動選手與音樂家為要突破個人專業技能限制與精進,在競賽成績需求或相對報酬來說,其訓練動機較醫療界強,因此在運動或音樂界的中文期刊也能發現不少相關研究論文與正向結論。
呼吸肌訓練在醫療界屬於心肺復健相關工具,在臨床上,有時物理治療師或肺復原呼吸治療師會利用腹部沙袋加壓的訓練方式來做呼吸肌的訓練,但到底是訓練橫膈 (吸氣肌) 還是訓練腹肌群 (吐氣肌),或在訓練強度或效果較無法明確量化。最重要的還是礙於台灣健保給付在急性後期照護的相關復健很低。在長照法通過後,國內醫療成員開始檢視長照法內所涉及的相關照護到底能否有效延續醫院端的心肺復健工作或居家個案能否建立自主性的呼吸效能與惡化的預防。這些都有賴關心此議題的醫療成員重新審視、探討、評估與臨床研究的成果報告。
Functional Benefits and Application of Respiratory Muscle Training
Annie Huang
Respiratory Therapist, Galemed Corporation
Abstract
The first research on respiratory muscle training was published in the United States in 1976. Over the last decades, research on the efficacy of respiratory muscle training in the field of preventive medicine and long-term care of acutely ill patients in other countries expanded from focusing on cardiopulmonary and respiratory disorders, to swallowing training of patients with neuromuscular disorders and sleep apnea syndromes.
In Taiwan, respiratory muscle training was first used in respiratory care center to reduce the depending on mechanical ventilator following failure in weaning, which is often a result of respiratory muscle weakness after prolonged use of mechanical ventilators. With the introduction of a new regulation in regards to long-term care in Taiwan, hospitals and medical practitioners started to examine ways to assist post-hospital pulmonary rehabilitation to prevent relapse or exacerbation. Respiratory muscle strength building is related to re-establishing patients’breathing autonomy and efficiency. Thus, development in the clinical applications of respiratory muscle training is again starting to receive more attention from cardiopulmonary rehabilitation specialists.
參考資料:
1.吳英黛:呼吸循環系統物理治療基礎實務,第三版。台灣,金名圖書有限公司頁2012;271
2. American Thoracic Society/European Respiratory Society. Statement on Respiratory Muscle Testing, Am J Respir Crit Care Med Vol 166. pp 518-624, 2002
3. Teresa Pitts MA, Donald Bolser PhD, John Rosenbek , et al: Impact of Expiratory Muscle Strength Training on Voluntary Cough and Swallow Function in Parkinson Disease. CHEST 2009; 135:1301-1308.
4. McConnell, Alison : Respiratory Muscle Training - Theory and Practice, ELSEVIER Ltd. all rights reserved 2013; Part II : p134.
5. Thomas H Shaffer, Marla R Wolfson ,Vinod K Bhutani : Respiratory Muscle Function, Assessment, and Training .PHYS THER. 1981; 61:1711-1723.
6. 台灣胸腔暨重症加護醫學會:慢性阻塞性肺病2012診治指引.台灣. 2012
7. McConnell, Alison : Respiratory Muscle Training - Theory and Practice, ELSEVIER Ltd. all rights reserved 2013; Chapter4:98-99.
8. McConnell, Alison : Respiratory Muscle Training - Theory and Practice, ELSEVIER Ltd. all rights reserved 2013; Chapter3:63-64.
9. Gaspar R, Chiappa PT: Inspiratory Muscle Training Improves Blood Flow to Resting and Exercising Limbs in Patients With Chronic Heart Failure. Journal of the American College of Cardiology 2008; Vol. 51, No. 17.
10. Mello PR, Guerra GM, Suellen B: Inspiratory Muscle Training Reduces Sympathetic Nervous Activity and Improves Inspiratory Muscle Weakness and Quality of Life In: Patients With Chronic Heart Failure. Journal of Cardiopulmonary Rehabilitation and Prevention. 2012;32:255-261.
11. Janaína Barcellos Ferreira a, Rodrigo Della Méa Plentz a, Cinara Stein a: Inspiratory muscle training reduces blood pressure and sympathetic activity in hypertensive patients. International Journal of Cardiology 2013; 166 61-67.