机械吸呼气技术在气道廓清中的应用

作者：王振

单位：四川大学华西医院呼吸治疗科

1. 咳嗽异常的机制

正常咳嗽过程可分为刺激、吸气、压缩、排出四个步骤：首先，气道受到分泌物、异物等刺激，触发咳嗽反射；随后患者深吸气，使肺内吸入足量气体；接着声门关闭，膈肌、腹肌等收缩，压缩肺组织，使气道内形成高压，与口腔形成显著压差；最后声门突然开放，高压气体快速排出，高呼气流速产生的剪切力是实现有效咳嗽的关键因素，而这一压差依赖于足够的肺容积和肌肉力量（膈肌、腹肌等）。

临床中，麻醉药物抑制、神经肌肉疾病、外科手术创伤等多种因素可导致咳嗽反射通路受损，涉及咳嗽的各个环节，进而引发咳嗽异常。①刺激环节：麻醉、中枢神经抑制、镇痛药物、截瘫等可影响咳嗽反射的触发；②吸气环节：疼痛、肺部受限（如肺间质性疾病）、腹部受限（如腹胀、开腹术后）、膈肌力量下降等可导致肺内吸气量不足；③压缩环节：腹肌无力、腹部手术、人工气道、喉神经损伤导致声门关闭障碍等可影响肺内高压的形成；④排出环节：气道阻塞、气道陷闭、腹肌无力、肺部回缩障碍等可阻碍气体的有效排出。咳嗽异常可见于内科、外科、呼吸系统、神经系统、代谢性疾病及急危重症等多种类型的患者。

此外，一些疾病（例如：慢阻肺、支气管扩张、外周自主神经功能紊乱等）会导致黏液分泌旺盛，分泌物量增多，还有一些疾病（例如：纤毛不动综合征、囊性纤维化等）会导致纤毛运动受损，分泌物在远端气道不能排向大气道。这些都会导致纤毛-黏液系统功能异常，进一步加剧气道分泌物潴留，增加肺部感染、呼吸衰竭的发生风险。

2. 气道廓清

气道廓清的实现需依赖痰液排出、分泌物性状改善、痰液松解三大核心环节。其中，超过半数患者存在咳嗽排痰功能障碍，单纯依靠药物治疗或传统护理手段往往难以达到理想效果。机械吸呼气技术（MIE）作为目前除支气管镜外效果最显著的气道廓清设备，已经在神经肌肉疾病、重症术后等患者群体中展现出明确的临床价值，成为气道管理的重要干预手段。

临床中实现有效气道廓清需围绕改善分泌物性状、痰液松解、痰液排出三大基本环节开展：①改善分泌物性状：通过吸入气体湿化、使用祛痰药、黏液溶解剂、黏液促动剂及黏液调节剂等手段，可有效控制患者气道分泌物的量与性状；②痰液松解：借助体位引流、叩拍、震动、振荡呼气正压（OPEP）、肺内叩击通气（IPV）等技术，帮助分泌物从外周气道向中央气道移动，为痰液排出创造条件；③痰液排出：可通过自主咳嗽、辅助咳嗽、用力呼气技术（Huff）及吸引等方式实现。

由于临床中大量患者伴有咳嗽功能障碍，需要采取一定的干预措施。目前临床已经在使用一些优秀的气道廓清设备，例如：Acapella，适用于慢阻肺患者的社区及居家康复管理；MIE设备通过吸气相正压增加肺容积、呼气相机械“抽吸”增加呼气/咳嗽流速，对住院患者气道廓清有显著的作用，且多项研究证实其可改善患者预后；MetaNeb集雾化、连续高频震荡、持续呼气正压于一体。这些设备能在短期内帮助患者排痰，进而改善临床预后。

1. MIE的发展历程

MIE技术的起源可追溯至20世纪40年代，与铁肺等呼吸辅助设备几乎同期出现，最初主要用于解决神经肌肉疾病患者的咳嗽无力问题。20世纪90年代后，随着临床研究的深入，MIE设备在全球范围内逐步推广，其应用场景从传统的神经肌肉疾病患者扩展至ICU术后患者、呼吸衰竭拔管后患者等多个群体，成为气道廓清治疗的重要工具。

2. MIE的工作原理和机制

MIE通过机械装置模拟正常咳嗽的生理过程，核心机制为“吸气相正压支持+呼气相负压抽吸”，即：吸气时给予30～70 cmH₂O的机械正压，帮助患者增加吸气容积，使肺部充分膨胀，为后续呼气阶段储备足够的肺内压力；呼气时迅速切换为-70～-30 cmH₂O的负压抽吸，模拟咳嗽时的高速气流，增强呼气流速与咳嗽峰流速（cough peak flow, CPF），从而提高气道分泌物的清除效率。

吸气阶段：吸气时给予机械正压(30～70 cmH₂O)。从图1波形可见，流速(MIE Flow)先出现基线波动，随后在正压驱动下流速上升(对应压力波形中压力从基线逐渐升高至预设高压)。部分MIE设备具备触发功能, 可与患者吸气动作同步。吸气后半段若压力维持在预设区间且未过早跌落, 说明高压持续时间设置恰当; 若压力未达预定区间, 则提示高压时间不足。呼气阶段: 呼气时给予负压"抽吸"(-70~-30 cmH₂O)。压力波形会骤然跌落至预设负压水平, 同时流速波形出现两个高尖峰, 这代表患者主动咳嗽时产生的高呼气流量。呼气后半段若流速回归基线, 说明在预设的呼气时间内患者已充分完成咳嗽动作, 即呼气时间设置恰当。

图1  MIE工作原理—流速和压力的同步波形变化

图源：Chest, 2023, 164(6):1505-1511.

基于咳嗽的发生机制，MIE可在吸气、压缩、排出三个阶段助力患者清除气道分泌物，具体作用机制如下：①吸气阶段：部分患者因自身呼吸能力不足，无法产生足够的肺容积。MIE通过施加机械正压（类似无创呼吸机的工作模式），可增加患者潮气量，提升吸气末肺容积，为后续咳嗽动作储备充足的“气体动力”。②压缩阶段：若患者有声门关闭障碍，无法有效完成气道压缩，会导致气道与外界难以形成足够的压差，进而影响呼气流量。对此，MIE可通过设置足够高的吸气压，间接辅助气道完成压缩过程，为产生高流速呼气创造条件。③排出阶段：MIE在患者呼气时提供负压抽吸效应，能显著增加CPF，助力分泌物高效排出。

综上，对于在吸气、压缩、排出任一环节存在障碍的患者，MIE均具有改善作用，其中对排出阶段的辅助效果尤为突出。

1. MIE的生理学效应

临床研究证实，MIE的高压方案（60/-60 cmH₂O）与低压方案（30/-30 cmH₂O）均能显著提升患者的吸气容积，其中高压方案对CPF的改善效果更为显著。此外，MIE还可以改善神经肌肉疾病患者功能，尤其对于杜氏肌营养不良、脊髓损伤等神经肌肉疾病患者，MIE能有效克服呼吸肌力量不足的问题，其清除分泌物的效果显著优于传统气道廓清技术。

需要警惕的是，高压方案在提升治疗效果的同时，可能导致部分患者上气道塌陷，表现为呼气时流速提前归零但肺内仍残留气体，影响分泌物的排出效率，因此临床需根据患者个体情况调整压力参数。

2. 临床应用价值

MIE在改善肺功能（如肺容积、CPF）、提升无创通气成功率等方面均有获益。从远期预后来看，MIE在神经肌肉疾病患者中的表现尤为突出，可降低对人工气道的依赖度。此类患者常因肌力不足无法有效排痰，虽神志清醒且可配合治疗，但在临床中(如ICU场景)，医生往往倾向于选择气管切开并保留人工气道以保障气道廓清。而通过拔除人工气道后联合无创通气+MIE进行规律气道廓清的方案, 可有效减少患者对人工气道的需求, 为后续康复创造更有利的条件。

1. 适应证

①运动神经元疾病（如肌萎缩侧索硬化症）；②肌萎缩、脊髓损伤导致的呼吸肌功能障碍；③CPF＜160 L/min，且经其他辅助咳嗽技术效果不佳者；④因肌力差无法使用其他咳嗽辅助设备的患者。

2. 禁忌证

①未处理的气胸、肺大泡; ②咯血; ③慢性阻塞性肺疾病急性加重, 哮喘持续状态; ④颅内高压; ⑤不能配合且无人工气道的患者; ⑥循环不稳定、餐后状态及严重呼吸急促者。

3. 使用流程

（1）前期准备：评估患者病情与配合能力，选择合适的连接方式（人工气道患者可直接连接，无人工气道者选用面罩或咬嘴）。

（2）参数设置：初始参数从20/-20 cmH₂O开始，呼气压绝对值建议高于吸气压5～10 cmH₂O，吸气时间为2秒，呼气时间为2～3秒；无创通气期间使用时，充气压力需高于IPAP 5 cmH₂O，吸呼气时间各延长1秒；根据患者耐受度与治疗效果，可逐步递增压力至60～70 cmH₂O。

（3）体位选择：优先采用坐位、前倾位等利于咳嗽的体位，避免平躺或高卧位，确保患者腹肌放松以增强咳嗽效率。

（4）操作流程：患者自然呼吸20～30秒以适应设备→使用MIE完成5个呼吸周期→清除分泌物→重复上述步骤继续下一周期的治疗。如果第一个周期的效果欠佳，可以考虑增加压力。

（5）记录与随访: 详细记录治疗参数、排痰效果及不良反应，为后续治疗方案优化提供依据。

2023年J Clin Med杂志发表的综述文章给出了MIE的操作流程：①初始参数设置：建议从吸气压力+20 cmH₂O、呼气压力-20 cmH₂O开始，充气时间与呼气时间均设为2秒，先完成一组治疗。②参数调整策略：若初始效果不佳，以5 cmH₂O为幅度递增压力，通常最高可至60 cmH₂O，但多数患者在40 cmH₂O时即可显现效果。调整需结合患者咳嗽效果、耐受度及流速/压力波形综合判断；当压力升高时，患者对时间的需求会相应降低。③无创通气联合场景：若患者同时行无创通气，充气压力需设置为高于IPAP 5 cmH₂O，充气时间与呼气时间分别比无创通气的吸气时间（Ti）、呼气时间（Te）延长1秒，之后再根据治疗效果进一步优化参数。

2012年Crit Care杂志发表了一篇随机对照研究纳入了75例纳入因低氧血症或高碳酸血症插管的患者，在患者拔管当天和拔管后两天行MIE，每天3节，每节8个循环，吸/呼比为3:2，呼气时可按压上腹部；压力设置为40/-40 cmH₂O。研究结果显示：MIE组患者的再插管率显著低于对照组（17% vs. 48%，P＜0.05）。另外，MIE组无创通气失败率显著低于对照组（6% vs. 33%，P＜0.05），并且MIE组拔管后的平均ICU住院时间也显著短于对照组（3.1±2.5天 vs 9.8±6.7天；P＜0.05）。该研究认为，无创通气联合MIE可以降低再插管率，进而缩短拔管后ICU住院时间，并且MIE能有效提升无创通气在此类患者群体中的疗效。

在临床中，有相当一部分老年患者尤其是内科ICU患者的再插管风险与气道分泌物廓清障碍相关。对于ICU内无创通气患者，临床管理的难点并非呼吸机参数调节，而是气道分泌物的有效清除。若能优化此类患者的气道管理与分泌物廓清，将显著提升无创通气的成功率。MIE可作为这类患者的治疗选择之一。

尽管多项小样本前瞻性研究已证实MIE具有一定的临床效果，但当前指南与共识对其推荐仍较保守，仅针对特定人群给出建议：2023年美国胸科医师学会（ACCP）指南提出，对于慢性神经肌肉疾病所致咳嗽功能障碍且其他技术无效的患者，可常规使用MIE（条件推荐，证据级别较低）；2013年美国呼吸治疗协会（AARC）非药物气道廓清疗法临床实践指南强烈推荐MIE用于杜氏肌营养不良患者，且推荐用于肌萎缩侧索硬化症患者；2021年Cochrane Database Syst Rev杂志发表的一项研究对MIE在慢性神经肌肉疾病成人及儿童中的安全性和有效性尚未形成明确结论。

综上，临床需结合患者具体情况个体化决策是否采用MIE。但不可否认，MIE是目前除气管镜外，效果最佳的机械性排痰装置。

MIE作为一种高效的气道廓清手段，通过模拟正常咳嗽生理机制，能有效改善咳嗽功能障碍患者的分泌物清除能力，降低感染风险与人工气道依赖，在神经肌肉疾病、重症术后等群体中具有重要的临床价值。临床应用中需严格把握适应证与禁忌证，遵循规范化操作流程，结合患者个体情况优化参数设置，以最大化治疗效果并保障安全，但其临床应用仍需更多循证证据的积累和支持。

作者介绍

王振

四川大学华西医院呼吸治疗科，主管呼吸治疗师；中国康复医学会呼吸康复专业委员会呼吸治疗学组秘书，中国医学装备协会呼吸病学装备技术专委会呼吸机与呼吸支持学组秘书，四川省国际医学交流促进会呼吸治疗专业委员会秘书，中国老年学和老年医学会老年呼吸与危重症分会委员，四川省国际医学交流促进会终末期肺病多学科全程诊疗专业委员会委员，中国老年保健协会基层健康教育与科普分会委员；参与四川省科技厅课题一项，主持院内课题4项，参编专著7部，专家共识四部，发表核心期刊文章5篇，专利6项。