Summary

通过呼吸参数测量和呼吸模式观察对深呼吸的调查

Published: September 16, 2019
doi:

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。

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。

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)?…

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?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

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

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

References

  1. Yokogawa, M., et al. Comparison of two instructions for deep breathing exercise: non-specific and diaphragmatic breathing. Journal of Physical Therapy Science. 30, 614-618 (2018).
  2. Lewis, L. K., Williams, M. T., Olds, T. Short-term effect on outcomes related to the mechanism of intervention and physiological outcomes but insufficient evidence of clinical benefits for breathing control: a systematic review. Australian Journal of Physiotherapy. 53, 219-227 (2007).
  3. Cahalin, L. P., Braga, M., Matsuo, Y., Hernandez, E. D. Efficacy of diaphragmatic breathing in persons with chronic obstructive pulmonary disease: A review of the literature. Journal of Cardiopulmonary Rehabilitation. 22, 7-21 (2002).
  4. Sackner, M. A., Gonzalez, H. F., Jenouri, G., Rodriguez, M. Effects of abdominal and thoracic breathing on breathing pattern components in normal subjects and in patients with chronic obstructive pulmonary disease. The American Review of Respiratory Disease. 130, 584-587 (1984).
  5. Gosselink, R. A., Wagenaar, R. C., Rijswijk, H., Sargeant, A. J., Decramer, M. L. Diaphragmatic breathing reduces efficiency of breathing in patients with chronic obstructive pulmonary disease. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 151, 1138-1142 (1995).
  6. Adachi, H. Cardiopulmonary Exercise Test. International Heart Journal. 58, 654-665 (2017).
  7. Guazzi, M., Bandera, F., Ozemek, C., Systrom, D., Arena, R. Cardiopulmonary Exercise Testing: What Is Its Value. Journal of the American College of Cardiology. 70, 1618-1636 (2017).
  8. Jones, A. Y., Dean, E., Chow, C. C. Comparison of the oxygen cost of breathing exercises and spontaneous breathing in patients with stable chronic obstructive pulmonary disease. Physical Therapy. 83, 424-431 (2003).
  9. Ito, M., Kakizaki, F., Tsuzura, Y., Yamada, M. Immediate effect of respiratory muscle stretch gymnastics and diaphragmatic breathing on respiratory pattern. Internal Medicine. 38, 126-132 (1999).
  10. Jansson, E. On the significance of the respiratory exchange ratio after different diets during exercise in man. Acta Physiologica Scandinavica. 114, 103-110 (1982).
  11. Yokogawa, M., et al. Effects of food intake on physiological responses to cardiopulmonary exercise testing. Journal of Physical Therapy Science. 19, 145-150 (2007).
  12. Romei, M., et al. Effects of gender and posture on thoraco-abdominal kinematics during quiet breathing in healthy adults. Respiratory Physiology & Neurobiology. 172, 184-191 (2010).
  13. Binazzi, B., et al. Breathing pattern and kinematics in normal subjects during speech, singing and loud whispering. Acta Physiologica. 186, 233-246 (2006).
  14. Faul, F., Erdfelder, E., Lang, A. -. G., Buchner, A. G*Power 3: A flexible statistical power analysis program for the social, behavioral, and biomedical sciences. Behavior Research Method. 39, 175-191 (2007).
  15. Reychler, G., et al. Incentive spirometry and positive expiratory pressure improve ventilation and recruitment in postoperative recovery: A randomized crossover study. Physiotherapy Theory and Practice. 35, 199-205 (2019).

Play Video

Cite This Article
Yokogawa, M., Kurebayashi, T., Soma, K., Miaki, H., Nakagawa, T. Investigation into Deep Breathing through Measurement of Ventilatory Parameters and Observation of Breathing Patterns. J. Vis. Exp. (151), e60062, doi:10.3791/60062 (2019).

View Video