創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性

戴建強，陳 坤，蔡學究，張亮達，黃顯華

(南部戰區總醫院骨科監護病區，廣東 廣州 510010)

創傷性脊髓損傷發生率為10.4/1000 000～83/1000 000[1]，其中50%以上為創傷性頸脊髓損傷(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%的患者因為呼吸功能受累需行氣管切開[4-6]。TCSCI患者發生肺部感染、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]。呼吸系統并發癥是TCSCI患者死亡的首位原因，國內報道急性期死于呼吸系統并發癥的TCSCI患者占死亡總數的91.66%[8]，國外報道約為60.88%[2]。早期的全面診斷和評估是預防呼吸系統并發癥、提高患者生存率的主要措施。但目前常用的肺功能監測對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、重復性好、可長期動態監測的呼吸功能指標。

咳嗽作為呼吸系統最常見的癥狀之一，是由膈肌等肌肉收縮產生聲門下壓力，并通過聲門突然開啟實現聲道中強烈的氣流沖擊并伴有典型聲音的過程[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月南部戰區總醫院骨科監護病區收治的29例成年TCSCI患者作為TCSCI組，并隨機選取同時期收治的26例非TCSCI患者作為對照組。記錄2組患者年齡、體質量、身高以及所患基礎疾病等基線數據，并分析TCSCI組患者治療過程，記錄TCSCI組患者ASIA分級、損傷節段以及呼吸衰竭發生情況。

TCSCI組患者納入標準：①急性創傷，經影像學及臨床癥狀和體征證實存在頸脊髓損傷；②不存在其他影響呼吸功能的疾病和外傷；③年齡≥18歲。TCSCI組排除標準：①慢性頸髓損傷；②非創傷；③ICU停留時間少于1 d。對照組患者納入標準：①無急性、慢性頸脊髓損傷的腰椎間盤突出、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。對照組排除標準：①可疑神經功能受損；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。本研究符合醫學倫理學標準，經我院倫理委員會討論批準，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，先對患者進行咳嗽示范及訓練，囑患者臥位深吸氣，再迅速咳嗽，如此反復3次，使之適應采集過程；而后休息1 min，將咳嗽音采集器置于患者口腔前方20 cm處，確保周圍環境安靜、無噪音干擾，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)進行記錄，記錄前先進行5 min適應性訓練，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，待患者適應后，堵住Y型接口另一端，得到吸氣壓力。上述步驟重復3次，記錄測量所得最佳值為MIP和MEP。

1.4 音頻資料分析

將錄制好的音頻資料導入分析系統得到波形后，篩選出波形最佳的咳嗽音，分析最大強度、平均強度、持續時間、有效聲壓、聲壓級等聲音屬性。再依據Umayahara等[14]報道的算法，使用咳嗽峰聲壓級估算出咳嗽峰值流量(cough peak flow,CPF)。采用本課題組自主研發的咳嗽音評分算法，即將咳嗽信號劃分為[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個不同的頻段，計算各頻段能量的均值和方差，再通過不同權重的線性組合得到1個表示咳嗽信號頻率分布情況的值，進而衡量咳嗽強度，得到咳嗽音評分。

1.5 統計學分析

2 結果

2.1 患者基線資料情況

對照組最終納入26例患者。TCSCI組最終納入29例患者，患者損傷節段C2有3例，C3有7例，C4有7例，C5有11例，C6有1例；神經功能損傷ASIA分級A級10例，B級4例，C級5例，D級10例；咳嗽音采集距離患者受傷的中位時間為2 d；16例(55.17%)患者因發生呼吸衰竭而使用呼吸機治療。2組患者基線資料比較，差異均無統計學意義(P>0.05)，見表1。

表1 患者基線情況比較

2.2 MIP、MEP、咳嗽音指標比較及相關性分析

TCSCI組患者MIP、MEP、CPF、最大強度、平均強度、有效聲壓、聲壓級均低于對照組(P<0.01)，咳嗽音評分高于對照組(P<0.01),見表2?？人砸糁笜伺cMIP、MEP相關性分析結果顯示：咳嗽音評分與MIP、MEP呈負相關(P<0.01)；CPF、最大強度、平均強度、有效聲壓、聲壓級與MIP、MEP呈正相關(P<0.01)，見表3。

表2 咳嗽音指標比較

表3 咳嗽音指標與MIP、MEP的相關性

2.3 咳嗽音指標對TCSCI患者呼吸衰竭的預測價值

以TCSCI組是否發生呼吸衰竭作為結局，通過ROC曲線分析得出咳嗽音評分具有很好的預測準確性，AUC為0.745，截斷值為6.880，95%CI：0.564～0.926，P=0.025，敏感度為87.5%，特異度為53.8%，見表4、圖1。

表4 咳嗽音各指標的截斷值及AUC比較

圖1 咳嗽音各指標預測TCSCI組是否使用呼吸機的ROC曲線分析

3 討論

TCSCI會引起呼吸肌無力，進而影響呼吸功能，嚴重者甚至危及生命。有研究表明，呼吸功能的好壞往往決定患者的預后[15-16]。早期是否應預防性使用氣管插管、氣管切開等治療手段一直存在爭議[17]，其原因主要在于缺乏對呼吸功能的早期、客觀、準確的評價指標[11]。目前臨床常用的呼吸功能檢測手段為肺功能儀，但TCSCI患者不便于長期動態監測。因此，臨床急需新的普適性更強的檢測手段。

聲音的形成需要氣流與聲帶的振動以及其他器官的參與，因此，聲學參數一定程度上能反映患者的呼吸狀況，特別是動力方面的因素。國外有學者發現，創傷性脊髓損傷患者發聲參數改變的原因主要是肺活量的減少[10]?？人允侨梭w的一種保護措施，對于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是其主要監測指標；從成因上分析，咳嗽音的強弱與呼吸肌力量具有相關性。

本研究納入29例TCSCI患者，傷情與目前國內的研究基本相符[18-19]。采集咳嗽音距離患者受傷的中位時間為2 d，能夠準確反映TCSCI患者早期的咳嗽及呼吸狀況。對照組基本排除了影響呼吸功能的相關因素，可以反映正?？人砸艏昂粑鼱顩r。通過對比分析發現，2組患者基線資料情況均衡可比；且進一步分析發現，TCSCI組中位MIP、MEP明顯低于對照組，且低于既往文獻報道的數值[20-21]，原因可能為：本研究是在急性期臥位狀態下采集的數據，而以往的研究報道的多為康復期坐位數據，采集時機及體位因素也可能導致MIP、MEP偏低?；隗w位因素，類似肺活量、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，因在TCSCI患者中采集困難或易造成二次損傷，故未進行比較，而MIP、MEP相對比較容易獲得，也能很好反映呼吸肌力量的強弱而被納入本研究。

本研究選取了強度、聲壓及聲壓級等咳嗽音聲學指標，其中強度包括最大強度和平均強度，是通過軟件獲取采集咳嗽音信號幅值的最大值和平均值；聲壓是定量描述聲波的物理量，日常所說的聲壓和一般電子儀表所測得的聲壓都是有效聲壓；聲壓級是把有效聲壓與基準聲壓之比取對數。本研究中，TCSCI組患者強度、聲壓、聲壓級都顯著低于對照組，主要是因為相同時間內TCSCI組患者通過聲門的氣體量少，即患者呼氣量缺失，從而導致聲音強度不夠，即呼吸肌力量薄弱。各項咳嗽音指標中，2組患者持續時間差異無統計學意義，說明TCSCI組患者完成咳嗽的動作存在，但是相同時間通過聲門的氣體量顯著不足，導致2組聲壓等指標的顯著差異，從側面說明TCSCI組患者呼吸肌力量薄弱。

CPF也是常用的評價咳嗽強度的指標，是將咳嗽峰聲壓級通過Umayahara等[14]提出的算法進行估算獲得；咳嗽音評分是本研究基于患者咳嗽音頻段缺失嚴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低于對照組，咳嗽音評分高于對照組，CPF越低說明咳嗽強度越弱，咳嗽音評分越高提示強度越弱。進一步相關性分析發現，強度、聲壓及聲壓級與MIP、MEP呈正相關，咳嗽音評分與MIP、MEP呈負相關。無論是咳嗽音本身的聲學指標，還是通過算法獲得的CPF和咳嗽音評分，都顯示出與MIP、MEP的相關性。從測量難易度而言，咳嗽音指標優勢明顯，具備替代MIP、MEP的潛力，并且可擴展應用于其他疾病。

TCSCI患者常因呼吸肌乏力出現呼吸衰竭，而需要進行機械通氣治療，準確評估和預判呼吸功能以及良好的氣道管理能有效改善患者預后[22-23]，但是關于機械通氣的時機、是否需行氣管切開還一直存在爭議,缺乏有效的預警指標也是存在爭議的原因之一[4]。鑒于咳嗽音指標在TCSCI組與對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預測TCSCI患者是否會發生呼吸衰竭的價值，結果顯示咳嗽音評分具有較好的預測準確性，AUC達0.745，截斷值為6.880，敏感度達87.5%，特異度達53.8%?？人砸粼u分在幾個指標中顯示出了較高的預測準確性，可提前預警呼吸衰竭的發生，便于盡早干預。

本研究部分TCSCI患者因損傷節段較高，神經功能受損嚴重，需要搶救插管，因而無法采集咳嗽音而被排除,導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。

本研究發現，TCSCI患者咳嗽音指標發生了顯著改變，且與反應呼吸肌力量的MIP、MEP存在相關性，具有進一步研究的價值和意義。本研究自主提出的咳嗽音評分對預測TCSCI患者是否發生呼吸衰竭具有較高的準確性，可為臨床決策提供依據。