創(chuàng)傷性頸脊髓損傷患者咳嗽音一般特征及其與呼吸肌力量的相關(guān)性

戴建強(qiáng)，陳 坤，蔡學(xué)究，張亮達(dá)，黃顯華

(南部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院骨科監(jiān)護(hù)病區(qū)，廣東 廣州 510010)

創(chuàng)傷性脊髓損傷發(fā)生率為10.4/1000 000～83/1000 000[1]，其中50%以上為創(chuàng)傷性頸脊髓損傷(traumatic cervical spinal cord injury,TCSCI)[2-3]。每年約11 000例TCSCI患者需要住院治療，約20.6%的患者因?yàn)楹粑δ苁芾坌栊袣夤芮虚_(kāi)[4-6]。TCSCI患者發(fā)生肺部感染、呼吸衰竭、急性呼吸窘迫綜合征的概率顯著高于胸、腰段脊髓損傷患者[7]。呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥是TCSCI患者死亡的首位原因，國(guó)內(nèi)報(bào)道急性期死于呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥的TCSCI患者占死亡總數(shù)的91.66%[8]，國(guó)外報(bào)道約為60.88%[2]。早期的全面診斷和評(píng)估是預(yù)防呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥、提高患者生存率的主要措施。但目前常用的肺功能監(jiān)測(cè)對(duì)TCSCI患者存在一定的缺陷或誤差[9-11]，臨床迫切需要行之有效、重復(fù)性好、可長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的呼吸功能指標(biāo)。

咳嗽作為呼吸系統(tǒng)最常見(jiàn)的癥狀之一，是由膈肌等肌肉收縮產(chǎn)生聲門(mén)下壓力，并通過(guò)聲門(mén)突然開(kāi)啟實(shí)現(xiàn)聲道中強(qiáng)烈的氣流沖擊并伴有典型聲音的過(guò)程[12-13]，一定程度上可反映患者的呼吸能力，是人體的一種保護(hù)措施。本研究擬探討TCSCI患者早期咳嗽音的一般特征，并與呼吸肌力量指標(biāo)最大吸氣壓力(maximal inspiratory pressure,MIP)、最大呼氣壓力(maximal expiratory pressure,MEP)作比較，探討其用于評(píng)估TCSCI患者呼吸功能的可能性。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取2018年4月至2020年1月南部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院骨科監(jiān)護(hù)病區(qū)收治的29例成年TCSCI患者作為T(mén)CSCI組，并隨機(jī)選取同時(shí)期收治的26例非TCSCI患者作為對(duì)照組。記錄2組患者年齡、體質(zhì)量、身高以及所患基礎(chǔ)疾病等基線數(shù)據(jù)，并分析TCSCI組患者治療過(guò)程，記錄TCSCI組患者ASIA分級(jí)、損傷節(jié)段以及呼吸衰竭發(fā)生情況。

TCSCI組患者納入標(biāo)準(zhǔn)：①急性創(chuàng)傷，經(jīng)影像學(xué)及臨床癥狀和體征證實(shí)存在頸脊髓損傷；②不存在其他影響呼吸功能的疾病和外傷；③年齡≥18歲。TCSCI組排除標(biāo)準(zhǔn)：①慢性頸髓損傷；②非創(chuàng)傷；③ICU停留時(shí)間少于1 d。對(duì)照組患者納入標(biāo)準(zhǔn)：①無(wú)急性、慢性頸脊髓損傷的腰椎間盤(pán)突出、四肢骨折；②不存在其他影響呼吸功能的疾病和外傷；③年齡≥18歲。對(duì)照組排除標(biāo)準(zhǔn)：①可疑神經(jīng)功能受損；②存在慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)、重度貧血等影響呼吸功能的疾病。本研究符合醫(yī)學(xué)倫理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)我院倫理委員會(huì)討論批準(zhǔn)，所有治療取得患者或家屬同意。

1.2 咳嗽音采集

咳嗽音采集前，先對(duì)患者進(jìn)行咳嗽示范及訓(xùn)練，囑患者臥位深吸氣，再迅速咳嗽，如此反復(fù)3次，使之適應(yīng)采集過(guò)程；而后休息1 min，將咳嗽音采集器置于患者口腔前方20 cm處，確保周?chē)h(huán)境安靜、無(wú)噪音干擾，囑患者咳嗽，采集約15 s音頻。

1.3 床邊肺功能儀記錄MIP及MEP

使用COSMED便攜式肺功能儀Pony FX(COSMED Corp,Rome,Italy)進(jìn)行記錄，記錄前先進(jìn)行5 min適應(yīng)性訓(xùn)練，囑患者深吸氣，暫停，再用力呼出；含住Y型接口一端，再次深吸氣，暫停，呼出，待患者適應(yīng)后，堵住Y型接口另一端，肺功能儀即可記錄呼氣壓力。吸氣壓力同此法，囑患者深呼氣，暫停，再用力吸氣；含住Y型接口一端，再次深呼氣，暫停，吸氣，待患者適應(yīng)后，堵住Y型接口另一端，得到吸氣壓力。上述步驟重復(fù)3次，記錄測(cè)量所得最佳值為MIP和MEP。

1.4 音頻資料分析

將錄制好的音頻資料導(dǎo)入分析系統(tǒng)得到波形后，篩選出波形最佳的咳嗽音，分析最大強(qiáng)度、平均強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、有效聲壓、聲壓級(jí)等聲音屬性。再依據(jù)Umayahara等[14]報(bào)道的算法，使用咳嗽峰聲壓級(jí)估算出咳嗽峰值流量(cough peak flow,CPF)。采用本課題組自主研發(fā)的咳嗽音評(píng)分算法，即將咳嗽信號(hào)劃分為[100 HZ，250 HZ)、[250 HZ,600 HZ)、[600 HZ,1 200 HZ)、[1 200 HZ,2 000 HZ)、[2 000 HZ,2 500 HZ)、[2 500 HZ,3 300 HZ)6個(gè)不同的頻段，計(jì)算各頻段能量的均值和方差，再通過(guò)不同權(quán)重的線性組合得到1個(gè)表示咳嗽信號(hào)頻率分布情況的值，進(jìn)而衡量咳嗽強(qiáng)度，得到咳嗽音評(píng)分。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 患者基線資料情況

對(duì)照組最終納入26例患者。TCSCI組最終納入29例患者，患者損傷節(jié)段C2有3例，C3有7例，C4有7例，C5有11例，C6有1例；神經(jīng)功能損傷ASIA分級(jí)A級(jí)10例，B級(jí)4例，C級(jí)5例，D級(jí)10例；咳嗽音采集距離患者受傷的中位時(shí)間為2 d；16例(55.17%)患者因發(fā)生呼吸衰竭而使用呼吸機(jī)治療。2組患者基線資料比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見(jiàn)表1。

表1 患者基線情況比較

2.2 MIP、MEP、咳嗽音指標(biāo)比較及相關(guān)性分析

TCSCI組患者M(jìn)IP、MEP、CPF、最大強(qiáng)度、平均強(qiáng)度、有效聲壓、聲壓級(jí)均低于對(duì)照組(P<0.01)，咳嗽音評(píng)分高于對(duì)照組(P<0.01),見(jiàn)表2?？人砸糁笜?biāo)與MIP、MEP相關(guān)性分析結(jié)果顯示：咳嗽音評(píng)分與MIP、MEP呈負(fù)相關(guān)(P<0.01)；CPF、最大強(qiáng)度、平均強(qiáng)度、有效聲壓、聲壓級(jí)與MIP、MEP呈正相關(guān)(P<0.01)，見(jiàn)表3。

表2 咳嗽音指標(biāo)比較

表3 咳嗽音指標(biāo)與MIP、MEP的相關(guān)性

2.3 咳嗽音指標(biāo)對(duì)TCSCI患者呼吸衰竭的預(yù)測(cè)價(jià)值

以TCSCI組是否發(fā)生呼吸衰竭作為結(jié)局，通過(guò)ROC曲線分析得出咳嗽音評(píng)分具有很好的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，AUC為0.745，截?cái)嘀禐?.880，95%CI：0.564～0.926，P=0.025，敏感度為87.5%，特異度為53.8%，見(jiàn)表4、圖1。

表4 咳嗽音各指標(biāo)的截?cái)嘀导癆UC比較

圖1 咳嗽音各指標(biāo)預(yù)測(cè)TCSCI組是否使用呼吸機(jī)的ROC曲線分析

3 討論

TCSCI會(huì)引起呼吸肌無(wú)力，進(jìn)而影響呼吸功能，嚴(yán)重者甚至危及生命。有研究表明，呼吸功能的好壞往往決定患者的預(yù)后[15-16]。早期是否應(yīng)預(yù)防性使用氣管插管、氣管切開(kāi)等治療手段一直存在爭(zhēng)議[17]，其原因主要在于缺乏對(duì)呼吸功能的早期、客觀、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)指標(biāo)[11]。目前臨床常用的呼吸功能檢測(cè)手段為肺功能儀，但TCSCI患者不便于長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。因此，臨床急需新的普適性更強(qiáng)的檢測(cè)手段。

聲音的形成需要?dú)饬髋c聲帶的振動(dòng)以及其他器官的參與，因此，聲學(xué)參數(shù)一定程度上能反映患者的呼吸狀況，特別是動(dòng)力方面的因素。國(guó)外有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)傷性脊髓損傷患者發(fā)聲參數(shù)改變的原因主要是肺活量的減少[10]?？人允侨梭w的一種保護(hù)措施，對(duì)于TCSCI患者而言，咳嗽能力的好壞往往決定著墜積性肺炎的發(fā)生情況，且能反映氣道廓清能力。呼吸肌力量是指呼吸肌的最大收縮能力，MIP、MEP是其主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)；從成因上分析，咳嗽音的強(qiáng)弱與呼吸肌力量具有相關(guān)性。

本研究納入29例TCSCI患者，傷情與目前國(guó)內(nèi)的研究基本相符[18-19]。采集咳嗽音距離患者受傷的中位時(shí)間為2 d，能夠準(zhǔn)確反映TCSCI患者早期的咳嗽及呼吸狀況。對(duì)照組基本排除了影響呼吸功能的相關(guān)因素，可以反映正?？人砸艏昂粑鼱顩r。通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，2組患者基線資料情況均衡可比；且進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，TCSCI組中位MIP、MEP明顯低于對(duì)照組，且低于既往文獻(xiàn)報(bào)道的數(shù)值[20-21]，原因可能為：本研究是在急性期臥位狀態(tài)下采集的數(shù)據(jù)，而以往的研究報(bào)道的多為康復(fù)期坐位數(shù)據(jù)，采集時(shí)機(jī)及體位因素也可能導(dǎo)致MIP、MEP偏低。基于體位因素，類(lèi)似肺活量、用力肺活量、最大通氣量和第1秒用力呼氣容積與用力肺活量的比值等常用肺功能指標(biāo)，因在TCSCI患者中采集困難或易造成二次損傷，故未進(jìn)行比較，而MIP、MEP相對(duì)比較容易獲得，也能很好反映呼吸肌力量的強(qiáng)弱而被納入本研究。

本研究選取了強(qiáng)度、聲壓及聲壓級(jí)等咳嗽音聲學(xué)指標(biāo)，其中強(qiáng)度包括最大強(qiáng)度和平均強(qiáng)度，是通過(guò)軟件獲取采集咳嗽音信號(hào)幅值的最大值和平均值；聲壓是定量描述聲波的物理量，日常所說(shuō)的聲壓和一般電子儀表所測(cè)得的聲壓都是有效聲壓；聲壓級(jí)是把有效聲壓與基準(zhǔn)聲壓之比取對(duì)數(shù)。本研究中，TCSCI組患者強(qiáng)度、聲壓、聲壓級(jí)都顯著低于對(duì)照組，主要是因?yàn)橄嗤瑫r(shí)間內(nèi)TCSCI組患者通過(guò)聲門(mén)的氣體量少，即患者呼氣量缺失，從而導(dǎo)致聲音強(qiáng)度不夠，即呼吸肌力量薄弱。各項(xiàng)咳嗽音指標(biāo)中，2組患者持續(xù)時(shí)間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說(shuō)明TCSCI組患者完成咳嗽的動(dòng)作存在，但是相同時(shí)間通過(guò)聲門(mén)的氣體量顯著不足，導(dǎo)致2組聲壓等指標(biāo)的顯著差異，從側(cè)面說(shuō)明TCSCI組患者呼吸肌力量薄弱。

CPF也是常用的評(píng)價(jià)咳嗽強(qiáng)度的指標(biāo)，是將咳嗽峰聲壓級(jí)通過(guò)Umayahara等[14]提出的算法進(jìn)行估算獲得；咳嗽音評(píng)分是本研究基于患者咳嗽音頻段缺失嚴(yán)重程度或者分布集中程度而提出的新算法。在本研究中，TCSCI組CPF低于對(duì)照組，咳嗽音評(píng)分高于對(duì)照組，CPF越低說(shuō)明咳嗽強(qiáng)度越弱，咳嗽音評(píng)分越高提示強(qiáng)度越弱。進(jìn)一步相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)度、聲壓及聲壓級(jí)與MIP、MEP呈正相關(guān)，咳嗽音評(píng)分與MIP、MEP呈負(fù)相關(guān)。無(wú)論是咳嗽音本身的聲學(xué)指標(biāo)，還是通過(guò)算法獲得的CPF和咳嗽音評(píng)分，都顯示出與MIP、MEP的相關(guān)性。從測(cè)量難易度而言，咳嗽音指標(biāo)優(yōu)勢(shì)明顯，具備替代MIP、MEP的潛力，并且可擴(kuò)展應(yīng)用于其他疾病。

TCSCI患者常因呼吸肌乏力出現(xiàn)呼吸衰竭，而需要進(jìn)行機(jī)械通氣治療，準(zhǔn)確評(píng)估和預(yù)判呼吸功能以及良好的氣道管理能有效改善患者預(yù)后[22-23]，但是關(guān)于機(jī)械通氣的時(shí)機(jī)、是否需行氣管切開(kāi)還一直存在爭(zhēng)議,缺乏有效的預(yù)警指標(biāo)也是存在爭(zhēng)議的原因之一[4]。鑒于咳嗽音指標(biāo)在TCSCI組與對(duì)照組之間存在顯著差異，我們嘗試用ROC曲線分析咳嗽音指標(biāo)預(yù)測(cè)TCSCI患者是否會(huì)發(fā)生呼吸衰竭的價(jià)值，結(jié)果顯示咳嗽音評(píng)分具有較好的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，AUC達(dá)0.745，截?cái)嘀禐?.880，敏感度達(dá)87.5%，特異度達(dá)53.8%?？人砸粼u(píng)分在幾個(gè)指標(biāo)中顯示出了較高的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，可提前預(yù)警呼吸衰竭的發(fā)生，便于盡早干預(yù)。

本研究部分TCSCI患者因損傷節(jié)段較高，神經(jīng)功能受損嚴(yán)重，需要搶救插管，因而無(wú)法采集咳嗽音而被排除,導(dǎo)致納入患者的樣本較??；此外，本研究為單中心研究，但可作為大樣本多中心研究的參考。

本研究發(fā)現(xiàn)，TCSCI患者咳嗽音指標(biāo)發(fā)生了顯著改變，且與反應(yīng)呼吸肌力量的MIP、MEP存在相關(guān)性，具有進(jìn)一步研究的價(jià)值和意義。本研究自主提出的咳嗽音評(píng)分對(duì)預(yù)測(cè)TCSCI患者是否發(fā)生呼吸衰竭具有較高的準(zhǔn)確性，可為臨床決策提供依據(jù)。