換気パラメータの測定と呼吸パターンの観察による深呼吸の調査

ここでは、自然呼吸と横隔膜呼吸の2つの深呼吸パターンを評価し、その有効性と実行の容易さを評価するプロトコルを提示する。心電図と期限切れのガス分析装置を用いて15名の参加者を選出し、胸部運動のビデオキャプチャによる視覚評価を行いました。

このプロトコルでは、2つの深呼吸パターンを15人の参加者に示し、臨床環境における将来の適用のための呼吸運動の簡単かつ効果的な方法を決定した。20代の女性たちは、背中の支え付きの椅子に快適に座っていた。それらはガス検光装置に接続される気密マスクと合わせた。心電図に中継するための無線送信機に接続された胸部に3つの電極を配置した。彼らは5分の休息段階を実行し、続いて5分の深呼吸を自然な呼吸パターンで行い、5分の休息期で終了した。これに続いて、横隔膜呼吸パターンに代用する第2の指示段階を開始する前に10分の休憩が行われた。同時に、次のことが起こった:a)息ごとに換気パラメータを評価するために、期限切れのガスの連続的な収集、測定および分析;b) 心電図による心拍数の測定;とc)横方向の側面から参加者の胸部腹部運動のビデオ撮影。ビデオキャプチャから、研究者は、早送りモーション画像の視覚的な観察を行い、その後呼吸パターンの分類を行い、参加者が指示どおりに深呼吸の方法を行ったことを確認しました。酸素摂取量は、深呼吸中に呼吸の働きが減少することを明らかにした。期限切れの微小換気、呼吸数、潮の量の結果は、横隔膜呼吸パターンと比較して、自然な呼吸パターンで深呼吸のための換気効率の増加を確認しました。このプロトコルは、酸素消費量、換気パラメータ、および胸壁遠足に基づいて深呼吸運動を評価するための適切な方法を示唆する。

心肺理学療法士は、通常、個々のニーズと要件に応じて患者を治療します。しかし、一般的に、患者は、彼/彼女自身によって術前深呼吸運動を行うために残されています。したがって、患者が深呼吸^演習1を行うための簡単で効果的な指示方法を見つけることが不可欠である。

横隔膜呼吸は、このような呼吸運動と呼吸^制御2、3の1つの方法である。この方法の治療結果は、呼吸の仕事の減少および^呼吸2、3の効率の改善を含み、これは潮の容積の増加をもたらし、呼吸数の減少をもたらす。しかし、一部の研究者は、横隔膜呼吸運動は、一部^{の患者4、5}の腹部遠足による肋骨ケージの非同期および逆説的な動きを引き起こす可能性があることを指摘している。このような場合、患者の自然な呼吸パターンの使用は有効でありうっていう。深呼吸が呼吸の機械的な作業の減少と換気効率の改善の手段として有効であるという問題に関しては、ガス分析装置を用いて換気パラメータを定量することが有用である場合がある。

心肺運動検査がガス分析^装置6、7を用いて行われることはよく知られている。一部の^研究者8,9は、慢性閉塞性肺疾患患者におけるガス分析装置による横隔膜呼吸の測定を報告している。Jones et al.^{8. 横}隔膜呼吸、唇の吸引呼吸、およびその両方の組み合わせを、自発呼吸と比較した。これらの3つの呼吸方法の間に、酸素_{消費量(VO2)}および呼吸数(f)を測定し、これは、より高い_休息VO2が^呼吸8の増加した機械的作業によって説明されうるであることを示した。伊藤^らは9日、VO2、f、潮位(VT)に対する横隔膜呼吸または呼吸筋ストレッチの即時効果を調べた。我々は、同様の呼吸法の適用によって同様の証拠が得られ、効果的な深呼吸法を確認することによって、前述の研究の結果から期待できる。

このプロトコルは、その結果と分析と共に、2つの呼吸パターンを用いた深呼吸における換気パラメータおよび胸壁遠足の測定方法について説明する。換気パラメータの連続的で定量的なサンプリングは、代替技術と比較して呼吸を正確に測定できます。このプロトコルで得_られたVO2は、^呼吸8の動作の指標とみなすことができる。また、f、VT、および分換気は、換気効率に関連している。呼吸パターンに関する情報は、これらの人工呼吸器パラメータに加えて、吸気および有効期限から得ることができます。このプロトコルはまた、呼吸運動中の患者の胸壁遠足の理学療法士による観察に対応するビデオキャプチャを通じて胸壁遠足の評価を含む。本研究の全体的な目標は、酸素消費量、換気パラメータ、胸壁遠足の分析に基づいて、生存可能で効率的な深呼吸運動の方法を見つける。

このプロトコルは、ヘルシンキ宣言の倫理原則に従っていました。手順は、研究の開始前にすべての参加者に説明されました。

1. 参加者選考

1. 利便性サンプリングを通じて、20代の健康な女性15人を募集。口頭で病歴を確認してください。心肺疾患の参加者を除外する。
2. 手順を参加者に説明します。
3. 測定開始の2時間前に飲食を控え、きつい黒いシャツを持参してもらいます。

2. 手続き

1. 手順の準備
   1. 測定の前に、気流コグラフと酸素/二酸化炭素濃度計15~30分の成分を統合したガス分析装置を校正します。製造元のプロトコルに従ってください。
   2. 参加者が座る椅子から1.5mの距離で三脚にビデオカメラを取り付けます。頭蓋骨の上部から椅子の座席までの範囲で座っている参加者の横の眺めを記録する準備をします。
   3. 待っている参加者に、きつい黒いシャツをキュービクルに着せ、準備ができたら、研究室の椅子の横に立つように指示します。
   4. 胸の皮膚に3つの電極(正、負、地面)を立たせ、それぞれに心電図に中継する送信機に接続するワイヤーを付けます。
   5. 70°の角度で背部サポートが付いている椅子で5分間楽に受け入れ、必要に応じて首および/または腰部の領域に小さいクッションを挿入する。
   6. ゆっくりと深呼吸の自然な呼吸(NB)パターンで深呼吸を参加者に説明し、鼻から息を吸い込み、胸の特定の動きに関する考慮や知識を持たない口から吹き出す。
   7. 参加者に何の指導もなく自然な深呼吸をしてもらいます。調査者が呼吸性能に満足している場合は、測定を開始する準備をします。インスピレーションと有効期限の間に参加者の胸腹部の動きを観察します。
2. NBパターンによる深呼吸の測定
   1. 期限切れのガスの測定のために、口と鼻の上にサンプリングマスクで参加者を合わせます。シールテストを行う:指でマスクのサンプリングチューブの穴を閉じ、参加者に穏やかに息を吐き出し、マスクから空気が漏れているかどうかを確認してもらいます。換気パラメータを測定するために、サンプリングチューブをマスクに接続します。
   2. 手順中に話すのを控えるように参加者に依頼します。
   3. 参加者に5分間休息するように指示し、同時にビデオキャプチャと一緒に、期限切れのガスと心拍数の記録を開始します。5分間の休息期の後、参加者にNBパターンで5分間深呼吸を開始するように指示する。終了時に、参加者に5分間の休息を指示します。
   4. 3つのフェーズを通じて記録と測定を続けます。
   5. 参加者ごとに 1 つの 3 段階の試行を実行します。
3. 休息フェーズ
   1. 実験者がマスクを脱いで10分の休憩段階を許可することを参加者に伝えます。
   2. 彼女は研究室で座って話をすることができますが、飲み物は飲まないことを参加者に指示します。マスクを外した瞬間にストップウォッチで休憩段階のタイミングを開始します。
4. 横隔膜呼吸(DB)パターンによる深呼吸の測定
   1. ステップ 2.1.5 のように参加者を座ります。
   2. 横隔膜呼吸(DB)パターンで深呼吸を参加者に説明する。参加者に指をひもでつなげ、腹部に置き、鼻から深呼吸をし、手の下に腹部を広げ、口から吹き出し、腹部をそっと引き込んでもらいます。
   3. 調査者が満足するまで、DB パターンでこの深呼吸を練習するように参加者に指示します。胸腹部の拡張は、有効期限の収縮に続いてインスピレーションの間に起こることを観察してください。
   4. 期限切れのガスの測定のために、口と鼻の上にサンプリングマスクで参加者を合わせます。シールテストを行う:指でマスクのサンプリングチューブの穴を閉じ、参加者に穏やかに息を吐き出し、マスクから空気が漏れているかどうかを確認してもらいます。換気パラメータを測定するために、サンプリングチューブをマスクに接続します。
   5. 測定中は話すのを控えるように参加者に依頼します。
   6. 参加者に5分間休息するように指示し、同時にビデオキャプチャと一緒に、期限切れのガスと心拍数の記録を開始します。5分間の休息段階の後、DBパターンで5分間深呼吸を開始するように参加者に指示する。終了後、参加者に5分間休息するよう指示します。
   7. 5分の休息段階の後、参加者のマスクを外します。
   8. 2つの深呼吸技術のうち、どちらがより快適だったのか、すぐに参加者に尋ねます。参加者の応答をスプレッドシートに記録します。
   9. 参加者から電極、リード、送信機を取り外し、彼女を離れさせてください。
   10. 参加者ごとに 1 つの 3 段階の試行を実行します。

3. 換気パラメータの測定

1. ガス分析装置を使用して、息切れの期限切れのガスをサンプリングします (材料の表と図 2を参照)。
   1. 酸素取り込_み(VO2)、二酸化炭素出力(VCO2)、細分換気(VE)、呼吸数(f)、潮位(VT)、吐出時間(Te)、吸気時間(T)_i)。
   2. ガス分析装置に接続されている心電図(材料表および図2参照)の医療テレメトリセンサーを使用して心拍数を測定します。
      注:ガス分析装置は、製造元(材料の表)が提供するコンピュータソフトウェアを使用して動作します。
2. NBおよびDBパターンの休息と深呼吸の各5分のフェーズのデータを収集します。コンピュータソフトウェアを使用して、換気パラメータのデータをCSV形式で保存します(材料の表と図3,4を参照)。
   1. このプロトコルの 5 分の各フェーズの平均データを収集します。オプションで設定された位相の平均データは、呼吸単位で取得されます。
3. 各参加者のデータをスプレッドシートプログラム(材料表と図5を参照)に入力し、NBおよびDBの初期休息相と深呼吸相の平均偏差(SD)を決定します。

4. 呼吸パターンの評価

1. ビデオカメラ(材料の表)を使用して参加者の横視点から胸部腹部の動きを記録します。
2. 背景色が参加者のシルエットとシャープに対照的であることを確認します。
3. 使用するビデオ カメラの標準速度であるフレームあたり 1/30 s でビデオ イメージを録画します。
4. ビデオ編集ソフトウェア1(材料の表)を使用して、パソコンにモーション画像をアップロードします。
5. 視覚評価の下で2倍の速度で深呼吸相の5分のビデオ画像を観察し、呼吸パターンを上皮、横隔膜または胸腹部として分類する。ビデオ編集ソフトウェア2(材料の表)を使用してください。
   注:ビデオ画像は、心肺理学療法士(MY)によって分析されます。

5. 深呼吸に対する参加者の好ましいパターン

1. 参加者の応答に対するスプレッドシートを準備します。
2. DBパターンの測定に続いて、2つの深呼吸技術のうちどちらがより快適であるかを参加者に尋ねます。
3. 参加者の応答をスプレッドシートに入力します。
4. 手順について話したい場合は、参加者の話を聞く準備をしてください。参加者のコメントを分析に含める必要はありません。

6. 統計分析

注:商用コンピュータソフトウェア(材料の表)を使用して統計分析を実行し、すべてのボタンのクリックを提供します。

1. 換気パラメータ
   1. このプロトコルの2つの深呼吸相に続く5分の休息相を分析しないでください。
   2. 各パラメータの初期休息相と深呼吸相の平均とSDを決定します。
   3. 分散の双方向反復測定分析(2ウェイ分散)を採用し、初期休息相と2つの深呼吸相の換気パラメータと心拍数を評価します。
      注:因子「命令」は2つのレベルNBとDBを含み、因子「位相」は2つのレベル休息相と深呼吸相を有する。
   4. Bonferroni法を用いて、パラメータ測定の各因子間で評価し、2ウェイ分散分析に続く有意な相互作用を生み出す。
2. 深呼吸に対する好ましいパターンを含む参加者が示す呼吸パターンの分類。
   1. 上肋間、横隔膜または胸部腹部呼吸における呼吸パターンに従って参加者の数を分類する。
   2. スプレッドシートから、深呼吸の好ましいパターンに従って参加者の数をコンパイルします。

換気パラメータと心拍数
データ(図5)に基づき、NBおよびDBパターンを統計的に分析した(図6および表1)。f,V_T,Teはそれぞれ有意な相互作用を持つことが分かった(p<0.05)。fは、最初の休息相(p<0.05)と比較して深呼吸中のNBおよびDBパターンの両方に有意な減少が見られ、NBパターンとの深呼吸中に、fはDBに比べて大きく減少した。パターン (図 6および表1)VTおよびTeは、NBおよびDBパターンの初期休息相と比較して深呼吸中に有意な増加を明らかにし、NBパターンとの深呼吸の両方の場合はDBパターンに比べて大きかった(図6)。VE と HR を除くすべてのパラメータは、「位相」係数の主な効果を明らかにしました (表 1)。

呼吸の働きの減少_はVO2の減少に反映され、NBおよびDBパターンとの深呼吸の間に、VO2は呼吸の減少の仕事と共に減少した(表1)。換気効率の向上は、VTの増加およびfまたはVEの減少に反映される。NBパターンによる深呼吸は、DBパターンに比べて換気効率に優れていた。一般に、VEと肺胞換気(VA)の関係は式によって計算されます:VE= V_T ×fおよびVA=(V_T- 解剖学的デッドスペース)×f.VEが一定であると仮定すると、呼吸数の減少_とVTの増加を示します。VAの改善。VEは2ウェイ分散分析(表1)に続いて有意な相互作用および主効果を生じなかったため、両方の呼吸パターンを有する深呼吸のためのVEは等しいように見えた。NBパターンによる深呼吸時の呼吸数はDBパターンに比べて有意に小さかったが、深呼吸時_のVTの場合はDBパターンに比べて有意に大きかった(図6および表1)).言い換えれば、NBパターンとの深呼吸中の肺胞換気またはガス交換は、DBパターンとの深呼吸時よりも効率的に見える。

呼吸パターンと参加者の好み
図示は、2つの方法の指示による深呼吸中の胸部腹部運動の視覚評価の結果である(表2)。NBパターンでは、参加者の大半が上等または胸部腹部運動を示した。DBパターンで深呼吸を行った際、1人を除くすべての参加者が胸部または横隔膜運動を示した。この結果は、参加者が指示どおりに深呼吸を行うことができたことを示している。15人の参加者のうち13人が、DbパターンよりもNBパターンの実行が容易であると回答しました。

図 1.プロトコルのフロー チャート。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図 2.画面に表示された通気パラメータ。
左, 自然な呼吸パターン;右 横隔膜呼吸パターンディスプレイは、換気パラメータと心拍数の呼吸ごとのサンプルのそれぞれについて、個々のデータのサンプルを示しています。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図 3.自然な呼吸パターンの深呼吸の間に換気変数のためのCSVフォーマット。
スプレッドシートには、測定後の換気パラメータと心拍数のサンプルが表示されます。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図 4.横隔膜呼吸パターンを用いた深呼吸中の換気パラメータのためのCSVフォーマット。
スプレッドシートには、測定後の換気パラメータと心拍数のサンプルが表示されます。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図 5.CSV データから変換されたすべての参加者の生データ。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図 6.換気パラメータ間の有意な相互作用。
固体青い円、自然な呼吸パターンと深呼吸;白い円、横隔膜呼吸パターンを持つ深呼吸。(A)は、f、呼吸数、(B)を示し、(B)_はVT、潮位積、および(C)がテ、有効期限を示す。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

表 1.2つの呼吸パターンの比較。VO_2、酸素取り込み;VCO₂、二酸化炭素出力;VE、分換気;f, 呼吸数;V_T,潮のボリューム;テ、有効期限;Ti, 吸気時間;HR, 心拍数;*, p<0.05 (NB中の休息対深呼吸);†,p<0.05(DB中の休息と深呼吸);§,p<0.05(深呼吸中のNB対DB)。この表は、理学療法学会誌2018年に掲載されたものから変更されました。

表 2.2つの呼吸パターンを用いる深呼吸中の胸部腹部運動の視覚評価の結果。この表は、理学療法学会誌2018年に掲載されたものから変更されました。

このプロトコルを使用することにより、深呼吸のための効果的な指示は、酸素消費量、換気パラメータ、および胸壁の遠足を通じて調べることができる。参加者の平均年齢は21.6歳、平均体重は51.9kg、平均身長は159.3cm、体重指数は20.5kg/m2であった。このプロトコルに参加するインセンティブは提供されませんでした。プロトコルには 3 つの重要な手順があります。第1に、食物摂取の制御に関して、酸素取り込みに対する二酸化炭素出力の比率は、^{エネルギー10}に対して異化された栄養混合物に関する情報を提供する。低い身体活動における食物摂取量は、期限切れの^ガス11で測定_されたVO2に対する高い身体活動と比較して大きな効果を有する。_VO2(表1)の結果は、深呼吸中の身体活動が低い。したがって、測定前に食物摂取条件を設定することが不可欠です。第二に、参加者は、期限切れのガスデータに影響を与えないように、測定中に話を控える必要があります。第3に、NBパターンに対するDBパターンの学習効果を回避するために、測定のための呼吸パターン配列の実行が重要である(図1)。

一般的に、呼吸運動は3-5分かかります。したがって、研究者は、2つの休息相の間に挟まれた5分の深呼吸相を割り当てた。参加者は、NBおよびDB深呼吸相に対して1回の試験のみを行い、このプロトコルは5分間の呼吸運動の臨床設定における初期命令をシミュレートするように設計された。しかし、このプロトコルで初めて実施する際に、参加者は理想的な横隔膜呼吸パターンを持っていませんでした(表2)。このプロトコルの変更は、2つの呼吸方法を比較するために横隔膜呼吸を学習するためのさらなる指示時間と練習を必要とするかもしれません。

息ごとの呼吸単位での期限切れのガスの測定では、換気パラメータの分当たりのサンプル数は、分単位の呼吸数に等しくなります。分当たりのサンプル数は、激しい身体活動の間に増加することが知られているが、換気パラメータについては、このプロトコルに示されているように深呼吸中に減少する。上記の事実を考慮すると、データ収集の平均時間を決定する必要があります。

ビデオカメラを使用することにより、1人の調査員がこのプロトコルを実行することが可能です。さらに、呼吸パターンは、モーション画像を早送りすることによって容易に判断することができます。このプロトコルの予備試験の間、マーカーを胸骨と腹部に置き、続いてビデオ撮影を行った。しかし、これらのマーカーは、視覚的な判断を助けにはなっていなかった。その結果、参加者にきつい黒いシャツを着ることにしました。さらに、シャツの色が背景と対照的である場合は、胸部腹部の遠足を観察する方が簡単かもしれません。このプロトコルでは、壁の背景色は黒いシャツとは対照的に白ベージュです。研究者は、特に胸郭の運動学に注意を払って呼吸パターンを研究しようとする場合、異なるプロトコル(12、13)の使用を推奨する。

このプロトコルを用いたサンプルサイズについては、ポストホック電力^解析14による計算では0.75を得た。Cohen¹⁴によって定義された 0.8 の統計力を満たすためには、このプロトコルには 17 人の参加者の最小サンプル サイズが必要であり、2 人の参加者が不足していることを意味します。また、肺換気の分布は、電気インピーダンス断層^撮影15で可能であったように評価できなかった。

このプロトコルで得られる換気パラメータは、呼吸^制御2の系統的レビューにおける介入およびエネルギーコストのメカニズムを含む。この手順の別の方法は、深呼吸の直後に換気パラメータに対する影響を決定し、その結果、深呼吸後の残りの段階における換気パラメータを分析することです。さらに、深呼吸運動の前と後の換気パラメータを比較することができました。これは、参加者が深呼吸の2つのパターンに熟達した場合、換気パラメータの変化をもたらす可能性があります。今後、研究者は、高齢者や上腹部および/または横たわっている個人の換気パラメータが、この研究のそれらとどのように異なるかを調べたいと考えています。

著者らは、彼らが競合する金銭的利益を持っていないと宣言します。

著者らは、元金沢大学教授の萩原新三郎氏と、原稿の英語編集に関して、CSP(英国)の小木原サンドラ氏に感謝の意を表した。