Summary
在这里，我们提出一个协议，以评估两种深呼吸模式的自然和隔膜呼吸的有效性和易于执行。选取了15名参与者，使用心电图和过期气体分析仪测量通气参数，并通过视频捕捉胸腔运动进行视觉评估。
Abstract
在该协议中，向15名参与者展示了两种深呼吸模式，以确定一种简单而有效的呼吸锻炼方法，以便将来在临床环境中应用。二十多岁的妇女舒适地坐在一张有背部支撑的椅子上。他们安装了一个与气体分析仪相连的密闭面罩。胸部放置了三个电极，连接到无线发射器，用于中继到心电图。他们执行5分钟的休息阶段，然后是5分钟的深呼吸与自然呼吸模式，终止与5分钟的休息阶段。随后进行了10分钟的中场休息，然后开始用隔膜呼吸模式替代自然呼吸模式的第二个教学阶段。同时，发生了下列情况：（a） 对过期气体进行连续收集、测量和分析，以逐呼吸评估通风参数;b） 用心电图测量心率;和 c） 从横向方面对参与者的胸腔运动进行录像。通过视频拍摄，调查人员对快进运动图像进行了目视观察，然后对呼吸模式进行分类，确认参与者按照指示进行了深呼吸方法。吸氧量表明，在深呼吸期间，呼吸工作减少。与隔膜呼吸模式相比，过期的分钟通气、呼吸速率和潮汐量的结果证实了具有自然呼吸模式的深呼吸的通气效率。该协议提出了一种合适的指导方法，根据耗氧量、通气参数和胸壁游览来评估深呼吸练习。
Introduction
心肺物理治疗师通常根据个人的需要和要求治疗患者。然而，一般来说，病人是左进行术前深呼吸运动由他/她自己。因此，为患者进行深呼吸练习找到一种简单而有效的指导方法势在必行。
隔膜呼吸就是这样一种呼吸练习和一种呼吸控制方法2，3。这种方法的治疗效果包括减少呼吸工作，提高呼吸效率2，3，这带来了潮汐量的增加，导致呼吸速率降低。然而，一些研究人员指出，隔膜呼吸运动可能导致异步和矛盾的运动肋骨笼由于腹部偏移在一些患者4，5。在这种情况下，使用患者的自然呼吸模式可能是有效的。关于深呼吸作为减少呼吸机械工作和提高通风效率的手段的有效问题，使用气体分析仪量化通气参数可能是有益的。
众所周知，心肺运动测试是使用气体分析仪6，7进行。一些研究者8日、9日报告说，在慢性阻塞性肺病患者中，使用气体分析仪测量了隔膜呼吸。Jones等人8人比较了隔膜呼吸、唇裂呼吸和两者的组合，以及自发呼吸。在这三种呼吸方法中，测量了耗氧量（VO2）和呼吸速率（f），这表明呼吸8的机械工作增加可以解释较高的静息VO2。Ito等人9研究了隔膜呼吸或呼吸肌肉拉伸对VO2、f和潮量（VT）的直接影响。我们可以期望从上述研究的结果，类似的证据可以得到类似的证据，通过应用类似的呼吸练习，以确认有效的深呼吸方法的教学方法。
该协议描述了测量呼吸参数和胸壁在深呼吸中具有两种呼吸模式的方法，以及其结果和分析。与替代技术相比，呼吸参数的连续和定量采样可以精确测量呼吸。在本协议中获得的VO2可视为呼吸8的工作指标。此外，f、VT和分钟通风与通风效率有关。呼吸模式的信息也可以从这些呼吸机参数加上呼吸和呼气时间获得。该协议还涉及通过视频捕捉评估胸壁游览，这相当于物理治疗师在呼吸锻炼期间观察患者的胸壁游览。本研究的总体目标是在分析耗氧量、通气参数和胸壁游览的基础上，找到一种可行、有效的深呼吸运动方法。
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Protocol
该议定书符合《赫尔辛基宣言》的道德原则。在开始学习之前，向所有参与者解释了这一程序。
1. 参与者筛选
- 通过方便抽样招募15名20多岁的健康女性。口头检查病史。不包括患有心肺疾病的参与者。
- 向学员解释该过程。
- 要求参与者在开始测量前2小时不要进食和饮水，并带上紧身的黑色衬衫。
2. 程序
- 程序准备
- 校准气体分析仪，该分析仪在测量前 15 - 30 分钟校准具有肺气管仪和氧气/二氧化碳浓度计的集成部件。遵循制造商的协议。
- 将摄像机连接到三脚架上，距离参与者坐的椅子1.5米。准备记录坐在参与者的横向视图，范围从颅顶到椅子的座位。
- 指示等待参与者在隔间里穿上紧身的黑色衬衫，准备好后，站在实验室的椅子边。
- 站立在胸部皮肤上放置三个电极（正极、负极和接地），每个电极都用电线连接到中继到心电图的发射器上。
- 将参与者舒适地坐在椅上 5 分钟，背部支撑角度为 70°，如有必要，在颈部和/或腰部区域插入一个小垫子。
- 向参与者解释深呼吸，具有缓慢和深呼吸的自然呼吸 （NB） 模式，通过鼻子呼吸，通过口腔吹出，而不考虑或了解胸部的具体运动。
- 要求学员在没有任何指导的情况下自然深呼吸。如果调查员对呼吸性能满意，请准备开始测量。在灵感和过期期间观察参与者的胸腔运动。
- 使用 NB 模式测量深呼吸
- 在嘴和鼻子上给参与者戴上取样面罩，以测量过期气体。执行密封测试：用手指关闭面罩取样管的孔，让学员轻轻呼气，确认空气是否从面罩泄漏。将取样管连接到面罩，以测量通风参数。
- 要求学员在手术过程中不要说话。
- 指示参与者休息 5 分钟，同时开始记录过期的气体和心率，以及视频捕获。在5分钟休息阶段后，指示参与者用NB模式开始5分钟的深呼吸。终止时，指示学员休息 5 分钟。
- 在三个阶段继续记录和测量。
- 仅对每位参与者执行一个三阶段试用。
- 休息阶段
- 通知参与者，实验者将摘下面罩，让她进入10分钟的中场休息阶段。
- 指示学员，她可以坐在实验室里说话，但不能喝酒。在取下面罩时，用秒表开始计时中场休息阶段。
- 使用隔膜呼吸 （DB） 模式测量深呼吸
- 如步骤 2.1.5 中一样让学员坐下。
- 用隔膜呼吸 （DB） 模式向学员解释深呼吸。要求参与者用花边将手指系在腹部，通过鼻子深呼吸，将腹部伸出手底，然后通过嘴吹出，轻轻地缩回腹部。
- 指示学员使用 DB 模式练习这种深呼吸，直到调查员满意为止。观察胸腔扩张发生在灵感期间，在到期时收缩。
- 在嘴和鼻子上给参与者戴上取样面罩，以测量过期气体。执行密封测试：用手指关闭面罩取样管的孔，让学员轻轻呼气，确认空气是否从面罩泄漏。将取样管连接到面罩，以测量通风参数。
- 要求学员在测量过程中不要说话。
- 指示参与者休息 5 分钟，同时开始记录过期的气体和心率，以及视频捕获。在 5 分钟休息阶段后，指示学员使用 DB 模式开始 5 分钟的深呼吸。终止时，指示学员休息5分钟。在三个阶段继续记录和测量。
- 在 5 分钟休息阶段后，将面罩从参与者上取下。
- 立即询问学员，两种深呼吸技术中哪一种更舒适。在电子表格上记录参与者的响应。
- 从参与者中取出电极、引线和发射器，让她离开。
- 仅对每位参与者执行一个三阶段试用。
3. 通风参数的测量
- 使用气体分析仪对逐呼吸过期气体进行采样（参见材料表和图 2）。
- 测量以下通风参数：吸氧（VO2）、二氧化碳输出（VCO2）、过期分钟通气（VE）、呼吸速率（f）、潮汐体积（VT）、呼气时间（Te）和吸气时间（T）i）
- 使用心电图的医疗遥测传感器测量心率（参见材料表和图2），该传感器连接到气体分析仪。
注：气体分析仪使用制造商提供的计算机软件（材料表）操作。
- 为 NB 和 DB 模式收集每 5 分钟休息和深呼吸阶段的数据。使用计算机软件以 CSV 格式保存通风参数的数据（参见材料表和图3，4）。
- 收集此协议每个 5 分钟阶段的平均数据。可选设置阶段的平均数据是逐呼吸获得的。
- 将每个参与者的数据输入电子表格程序（参见材料表和图 5），并确定 NB 和 DB 的初始休息和深呼吸阶段的均值和标准偏差 （SD）。
4. 呼吸模式的评估
- 使用摄像机（材料表）从参与者的横向视图记录胸腔运动。
- 确保背景颜色与参与者的轮廓形成鲜明对比。
- 以每帧 1/30 s 的速度录制视频图像，这是所用摄像机的标准速度。
- 使用视频编辑软件1（材料表）将运动图像上传到个人电脑中。
- 在视觉评估下，以双速观察5分钟深呼吸阶段的视频图像，并将呼吸模式分为上部、隔膜或胸腔。使用视频编辑软件2 （材料表）.
注：视频图像由心肺物理治疗师 （MY） 进行分析。
5. 参与者首选的深呼吸模式
- 为参与者的响应准备电子表格。
- 询问学员在测量 DB 模式后，两种深呼吸技术中哪一种更舒适。
- 填写电子表格，填写参与者的回答。
- 如果参与者想谈论程序，请准备好听取她的意见。不要在分析中包括参与者的评论。
6. 统计分析
注：使用商用计算机软件（材料表）进行统计分析，然后提供所有按钮点击。
- 通风参数
- 不要分析本协议中两个深呼吸阶段之后的5分钟休息阶段。
- 确定每个参数的初始休息阶段和深呼吸阶段的均值和 SD。
- 使用方差的双向重复测量分析（双向方差分析）来评估初始休息阶段和两个深呼吸阶段的通气参数和心率。
注：因子"指令"包括两个级别NB和DB，因子"阶段"有两个级别的休息阶段和深呼吸阶段。 - 使用 Bonferroni 方法，评估每个因子之间的参数测量，在双向方差分析后产生显著的交互。
- 参与者表现出的呼吸模式的分类，包括他们首选的深呼吸模式。
- 根据参与者在上腹、隔膜或胸腔呼吸中的呼吸模式对参与者人数进行分类。
- 根据他们首选的深呼吸模式，从电子表格中编译参与者的数量。
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Representative Results
通风参数和心率
根据数据（图5），对NB和DB模式进行了统计分析（图6和表1）。f、VT和 Te 被发现具有显著的相互作用（p<0.05，分别）。与初始休息阶段（分别为 p<0.05）相比，深呼吸期间的 NB 和 DB 模式的 f 显著减少，在 NB 模式的深呼吸期间，f 与 DB 相比，下降幅度更大模式（图6和表1）。与 NB 和 DB 模式的初始休息阶段相比，VT和 Te 在深呼吸期间明显增加，并且，与 DB 模式相比，深呼吸的两个阶段都更大（图 6）。除 VE 和 HR 外，所有参数都揭示了"相位"因子的主要影响（表 1）。
呼吸工作的减少反映在VO2的减少上，在NB和DB模式的深呼吸过程中，VO2随着呼吸工作的减少而减少（表1）。通风效率的改善反映在VT的增加和f或VE的减少上。与 DB 模式相比，NB 模式的深呼吸在通气效率方面优于呼吸效率。通常，VE 和肺泡通气 （VA） 之间的关系由公式计算：VE = VT = f 和 VA = （VT- 解剖死区） = f. 假设 VE 是常数，呼吸速率降低，VT指示增加VA 的改进。由于VE在双向方差（表1）之后没有产生显著的相互作用和主要作用，因此，具有两种呼吸模式的深呼吸的VE似乎相等。与 DB 模式相比，NB 模式深呼吸期间的呼吸速率要小得多，但对于深呼吸期间的 VT，其呼吸速率明显高于 DB 模式（图 6和表1）).换句话说，在深呼吸期间，与 NB 模式的呼吸通气或气体交换似乎比在深呼吸期间使用 DB 模式时更有效。
呼吸模式和参与者偏好
图中所示为深呼吸期间胸腔运动的视觉评估结果，采用两种方法说明（表2）。对于NB模式，大多数参与者呈现了上成本或胸腔运动。在深呼吸与DB模式，所有除了一个参与者表现出胸腔腹膜或隔膜运动。结果表明，参与者能够按照指示进行深呼吸。15名参与者中有13人表示，他们发现NB模式比数据库模式更容易执行。
图 1.协议的流程图。请点击此处查看此图的较大版本。
图 2.屏幕上显示的通风参数。
左，自然呼吸模式;右，隔膜呼吸模式。显示屏显示每个呼吸样本的单独数据样本，用于通气参数和心率。请点击此处查看此图的较大版本。
图 3.CSV 格式，用于在深呼吸期间具有自然呼吸模式的通气参数。
电子表格显示测量后的通气参数和心率样本。请点击此处查看此图的较大版本。
图 4.CSV 格式，用于深呼吸期间的通气参数，具有隔膜呼吸模式。
电子表格显示测量后的通气参数和心率样本。请点击此处查看此图的较大版本。
图 5.所有参与者的原始数据，这些数据是从 CSV 数据转换的。请点击此处查看此图的较大版本。
图 6.通风参数之间的显著相互作用。
坚实的蓝色圆圈，深呼吸与自然呼吸模式;白色圆圈，深呼吸，有隔膜呼吸模式。（A） 显示 f， 呼吸速率， （B） 显示 VT，潮汐体积， 和 （C） 显示 T， 呼气时间.请点击此处查看此图的较大版本。
| 自然呼吸模式 | 隔膜呼吸模式 | 双向方差 | |||||
| 休息 | 深呼吸 | 休息 | 深呼吸 | 教学 | 相 | 互动 | |
| VO2（升/分钟） | 0.20±0.02 | 0.19±0.01 | 0.20±0.02 | 0.19±0.01 | <0.01 | ||
| VCO2（升/分钟） | 0.17±0.03 | 0.23±0.07 | 0.16±0.02 | 0.21±0.07 | <0.01 | ||
| VE （升/分钟） | 6.8±1.1 | 7.7±3.6 | 6.3±1.1 | 7.7±3.9 | |||
| f（/分钟） | 14.4±3.0 | 5.4[2.3] | 13.6±2.3 | 7.8±3.6*，* | <0.01 | <0.05 | |
| VT（/毫升） | 483×76 | 1507[579] | 464×61 | 1057[509]，* | <0.05 | <0.01 | <0.05 |
| Te （s） | 2.79±0.92 | 8.37[4.00] | 2.82±0.53 | 5.25[2.31]，* | <0.05 | <0.01 | <0.05 |
| Ti （s） | 1.63±0.43 | 4.51±1.70 | 1.69±0.33 | 3.67±1.08 | <0.01 | ||
| 人力资源 （bpm） | 69.1±7.6 | 71.7±8.9 | 68.5±7.6 | 70.1±8.5 | |||
表 1.两种呼吸模式的比较。VO2，吸氧;VCO2，二氧化碳输出;VE，分钟通风;f，呼吸速率;VT， 潮汐体积;Te，呼气时间;Ti， 吸气时间;人力资源，心率;*， p<0.05 （在 NB 期间与深呼吸）*，p<0.05（在 DB 期间与深呼吸）;*，p<0.05（深呼吸期间 NB vs. DB）。此表已由 2018 年《物理治疗科学杂志》上发表的表格修改。
| 教学 | 上成本 | 索拉科阿不都拉比 | 膈 |
| 自然呼吸模式 | 7 | 6 | 2 |
| 隔膜呼吸模式 | 1 | 8 | 6 |
表2.深呼吸期间胸腔腹肌运动的视觉评估结果，有两种呼吸模式。此表已由 2018 年《物理治疗科学杂志》上发表的表格修改。
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Discussion
通过使用此协议，可通过耗氧、通气参数和胸壁游览来检查深呼吸的有效指导。参与者的平均年龄为21.6岁，平均体重为51.9公斤，平均身高为159.3厘米，体重指数为20.5公斤/平方米。没有为参加这项议定书提供奖励。协议中有三个关键步骤。首先，关于控制食物摄入量，二氧化碳输出与吸氧量之比提供了能量10催化的营养混合物的信息。与在过期气体11中测量的VO2上较高的体力活动相比，低体力活动的食物摄入量有更大的影响。VO2 （ 表 1） 的结果表明，深呼吸期间体力活动较低.因此，在测量之前必须设置食物摄入量的条件。其次，要求参与者在测量过程中不要交谈，以免影响过期的气体数据。第三，为了避免DB模式对NB模式可能产生的学习影响，执行测量的呼吸模式序列很重要（图1）。
一般来说，呼吸练习需要3-5分钟才能执行。因此，调查人员在两个休息阶段之间分配了5分钟的深呼吸阶段。参与者只进行了一次NB和DB深呼吸阶段的试验，因为该协议旨在模拟5分钟呼吸练习的临床环境中的初始指令。然而，参与者在首次执行本协议时没有理想的隔膜呼吸模式（表2）。修改本协议可能需要进一步的指导时间和实践，以学习隔膜呼吸比较两种呼吸方法。
对于逐呼吸测量过期气体，呼吸参数每分钟的样本数等于每分钟的呼吸速率。已知在剧烈的体力活动期间，每分钟的样本数量会增加，但通气参数在深呼吸期间减少，如本议定书所示。考虑到上述事实，应确定数据收集的平均时间。
通过使用摄像机，一个调查员可以执行此协议。此外，通过快进运动图像，可以很容易地判断呼吸模式。在初步测试该协议期间，在胸骨和腹部放置了标记，然后进行录像。然而，这些标记对视觉判断没有帮助。因此，决定让参与者穿紧身的黑色衬衫。此外，如果衬衫的颜色与背景的颜色相反，则可能更容易观察胸腔的偏移。在此协议中，墙的背景颜色为白色米色，与黑色衬衫形成鲜明对比。研究者建议使用不同的协议（s）12，13，如果一个人打算研究呼吸模式，特别是要注意胸腔的运动学。
至于使用该协议的样本大小，通过事后功率分析14计算得出0.75。为了满足Cohen14定义的0.8的统计能力，该协议至少需要17个参与者的样本量，这意味着它缺少两个参与者。此外，肺通气的分布无法评估，如电阻抗断层扫描15。
在呼吸控制系统审查中，本议定书中获得的通气参数包括干预机制和能源成本。此过程的另一种方法是分析深呼吸后休息阶段的通气参数，从而确定深呼吸后立即对通气参数的影响。此外，我们可以比较深呼吸运动前和后呼吸的通气参数。如果参与者精通两种深呼吸模式，这可能导致通气参数发生变化。从今以后，研究者希望探讨老年人和处于上侧和/或侧躺中的人的通气参数与本研究中的参数有何不同。
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Disclosures
提交人宣称，他们没有相互竞争的经济利益。
Acknowledgments
作者感谢金泽大学前教授小村正彦博士和CSP（英国）的桑德拉·奥吉瓦拉夫人对手稿进行英文编辑。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Expired gas analyzer | Minato Medical Science, Osaka, Japan | AE-300S | |
| Expired gas analyzing software | Minato Medical Science, Osaka, Japan | AT for Windows | |
| Medical telemetry sensor for electrocardiograph | Nihon Kohden, Tokyo, Japan | BSM-2401 | |
| Spreadsheet program | Microsoft, https://www.microsoft.com/ja-jp | Excel | |
| SPSS Statistical Software | IBM, https://www.ibm.com/jp-ja/analytics/spss-statistics-software | Version 23.0 | |
| Video camera | Sony, Tokyo, Japan | DCR-SR 100 | |
| Video editing software 1 | Sony, Tokyo, Japan | PlayMemories Home | |
| Video editing software 2 | Adobe, https://www.adobe.com/jp/ | Premiere Elements 11 |
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