膈肌功能評(píng)估及其在機(jī)械通氣中的重要意義研究進(jìn)展

張疏

（浙江省腫瘤醫(yī)院ICU 浙江 杭州 310022）

呼吸肌是人體呼吸運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力泵，驅(qū)動(dòng)肺的氣體交換，是人體賴以生存的骨骼肌[1]。膈肌由膈神經(jīng)支配，其呼吸運(yùn)動(dòng)占呼吸動(dòng)力學(xué)的60%～80%以上，是最重要的呼吸肌[2]。膈肌功能狀態(tài)對(duì)機(jī)械通氣患者的呼吸運(yùn)動(dòng)、膈肌形態(tài)和功能的改變有重要影響。Goligher等[3]針對(duì)107例機(jī)械通氣患者的研究顯示，機(jī)械通氣一周后，約44%的患者膈肌厚度減少超過(guò)10%，而對(duì)照組的非機(jī)械通氣患者則未發(fā)生明顯變化。機(jī)械通氣的患者一旦出現(xiàn)膈肌功能障礙，可能導(dǎo)致延遲撤機(jī)、困難撤機(jī)甚至未能撤離呼吸機(jī)，因而延長(zhǎng)了ICU停留時(shí)間并影響長(zhǎng)期預(yù)后[4]。

鑒于膈肌在呼吸運(yùn)動(dòng)中的主導(dǎo)作用，在機(jī)械通氣患者中，出現(xiàn)膈肌功能障礙則意味著脫機(jī)困難和總機(jī)械通氣時(shí)間延長(zhǎng)[5]，因此，膈肌功能評(píng)估成為評(píng)價(jià)患者自主呼吸能力及能否脫機(jī)的重要環(huán)節(jié)。我們將傳統(tǒng)的膈肌功能評(píng)估方法及臨床應(yīng)用新進(jìn)展作一綜述，以求進(jìn)一步明確膈肌功能在機(jī)械通氣中的重要意義。

目前膈肌功能的評(píng)估方法包括X線、CT、MRI、膈神經(jīng)功能監(jiān)測(cè)、跨膈壓監(jiān)測(cè)等。

1.常規(guī)X線

X線平片成像原理是通過(guò)X射線穿透成像和不同結(jié)構(gòu)的X射線吸收測(cè)量的差異[6]。我們通常用胸部正側(cè)位片來(lái)觀察正?；虍惓ｋ跫〉钠鹗键c(diǎn)，間接地通過(guò)肺下邊界確定膈肌的位置和輪廓；但是如果在胸腔觀察膈肌，則需要進(jìn)一步的成像技術(shù)（CT或MRI）來(lái)確定膈肌的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。在X線透視下，我們可以動(dòng)態(tài)觀察膈肌在一個(gè)呼吸循環(huán)中的運(yùn)動(dòng)[7]。Sharp等[8]對(duì)8例慢性阻塞性肺疾病患者和23例正常人進(jìn)行了研究，站立狀態(tài)慢性阻塞性肺疾病患者膈肌長(zhǎng)度比正常人短32%。Rochester等[9]研究了32例COPD患者和22例正常人在站立位置RV（殘氣量）的膈肌長(zhǎng)度指數(shù)DLI（膈肌長(zhǎng)度指數(shù)），發(fā)現(xiàn)慢性阻塞性肺疾病患者膈肌短于正常人（28%）。BeleMayf等利用人體解剖標(biāo)記測(cè)量胸片上正常和肺氣腫患者的膈肌長(zhǎng)度指數(shù)（DLI），并驗(yàn)證該方法估計(jì)膈肌長(zhǎng)度的有效性，進(jìn)一步指出該方法在評(píng)估肺功能方面的意義。結(jié)果表明，肺氣腫患者膈肌長(zhǎng)度指數(shù)小于正常人，通過(guò)肺減容術(shù)可增加膈肌長(zhǎng)度指數(shù)[10]。

2.CT的原理

是將通過(guò)人體的X射線經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后獲得橫斷面圖像，可準(zhǔn)確反映病變的存在并測(cè)量病灶的大小、形狀、密度和體積。它還可以充分顯示病變周?chē)男螒B(tài)學(xué)特征，如病灶的平滑邊緣和毛刺，并了解病灶與其他器官的毗鄰結(jié)構(gòu)，這有助于病灶的定位和表征[11]。CT診斷的敏感性和特異性均高于常規(guī)胸片。CT掃描時(shí)間短，不受呼吸偽影的影響，圖像的空間分辨率高，肺實(shí)質(zhì)解剖清晰，價(jià)格低于MRI。因此，CT已成為研究膈肌功能的主要影像學(xué)方法。近二十年來(lái)，各種后處理軟件的應(yīng)用，可獲得冠狀面和其他多平面重建圖像，使得CT的研究越來(lái)越廣泛。研究的主要內(nèi)容包括膈肌及其周?chē)鷧^(qū)域的結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)度、曲率和表面積，以及肺容積的確定。

2.1 早期膈肌重建

Naidich DP在1987年用5mm厚的CT間隔首次研究正常人在膈肌松弛和收縮時(shí)，比較兩種呼吸相的不同形態(tài)。從連續(xù)掃描平面的冠狀面和矢狀面重建兩個(gè)狀態(tài)下的膈穹窿模型，并通過(guò)測(cè)量膈肌的長(zhǎng)度和位移，繪制膈肌與肋骨之間的面積分布圖。結(jié)果顯示：膈肌移位680ml，膈穹窿右半部縮短約6.7～7.2cm，膈穹窿左半部縮短約4～4.3cm[12]。

2.2 三維重建技術(shù)的應(yīng)用

Jurrand A和Tobin MJ等[13]在1997年應(yīng)用螺旋CT重建4例正常人膈肌。在每個(gè)圖像中，通過(guò)OSIRIS軟件對(duì)膈穹窿、膈肌和胸壁的圖像進(jìn)行數(shù)字化處理，然后將數(shù)字化膜片發(fā)送到MATLAB工作站進(jìn)行重建。結(jié)論：（1）膈肌長(zhǎng)度、表面積、膈穹窿、膈肌、胸壁面積與MRI檢查結(jié)果相似，證實(shí)螺旋CT技術(shù)重建膈肌形態(tài)的可靠性；（2）無(wú)論是正常人或肺功能障礙者，MRI檢查都適合受試者，既避免輻射，又提高了檢查的依從性。

3.MRI

磁共振是對(duì)氫質(zhì)子在磁場(chǎng)中共振產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行成像的技術(shù)。磁共振成像的優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)創(chuàng)傷、無(wú)輻射、高分辨率的軟組織對(duì)比、直接冠狀位、矢狀位、橫向和斜位成像。特別是對(duì)呼吸運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)研究可以根據(jù)研究需求選擇目標(biāo)層面進(jìn)行掃描，同時(shí)也可以對(duì)胸部和膈膜進(jìn)行研究，擴(kuò)大研究范圍。MRI的缺陷主要是時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本高，但近年來(lái)，利用不同的MRI掃描序列進(jìn)行快速成像已成為國(guó)際上的一個(gè)熱門(mén)話題，研究包括膈肌在不同呼吸狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)、膈肌的三維重建、胸廓、肺容積和整個(gè)肺的運(yùn)動(dòng)。

3.1 快速梯度回波脈沖序列（MRI）來(lái)研究膈肌的運(yùn)動(dòng)

Gierada等人通過(guò)快速梯度回波脈沖序列證實(shí)了膈肌呼吸研究的可靠性，通過(guò)測(cè)量上矢狀橫膈膜不同點(diǎn)來(lái)觀察膈肌的運(yùn)動(dòng)。結(jié)果表明，膈肌絕對(duì)位移在右側(cè)為4.4cm，左側(cè)為4.2cm。膈肌運(yùn)動(dòng)幅度中部為其最大值。Unal等采用梯度回波序列和透視檢查對(duì)COPD患者膈肌運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行研究，結(jié)論指出，慢性阻塞性肺疾病患者膈肌的位移減少，膈肌的位移與Fev1密切相關(guān)。Wilson TA等人采用1.5T磁共振成像評(píng)價(jià)膈肌異常運(yùn)動(dòng)，明確了肺氣腫患者深呼吸時(shí)膈肌運(yùn)動(dòng)的平均振幅為（10±0.04）cm，明顯高于正常人（0.5±0.002）cm[14]。

3.2 MRI三維重建研究膈肌面積

Paiva M等運(yùn)用MRI測(cè)量膈肌的三維結(jié)構(gòu)，并計(jì)算隔膜的總面積、隔膜和胸壁的表面積以及隔膜的曲率半徑，膈肌面積和胸壁面積占膈肌總面積的45±1.5%。

3.3 膈肌、胸廓和肺容積的三維重建

Heidi C等對(duì)慢性阻塞性肺功能障礙和其他正常受試者的矢狀位掃描，描述RV、TLC和FRC時(shí)膈肌和胸肌的形態(tài)和體積的變化，三維重建體積模型與實(shí)際值吻合良好，膈肌長(zhǎng)度隨肺容積增加而減少37%，冠狀位28%，膈肌的總表面積、膈肌面積和胸壁面積在RV最大，TLC的最小值減少了48%和100%，但膈穹窿面積增加了37%[15]。

3.4 動(dòng)態(tài)回波平面MRI序列（EPI）對(duì)膈肌的三維動(dòng)態(tài)研究

Levin S使用動(dòng)態(tài)回波平面MRI序列（EPI）將受試者的MRI圖像與連續(xù)記錄的呼吸信號(hào)同步，獲得受試者兩個(gè)呼吸周期的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)膈肌三維重建，測(cè)量膈肌在動(dòng)態(tài)變化中的位移距離和表面積、體積，證實(shí)了在自由呼吸狀態(tài)下EPI具有足夠的空間和時(shí)間分辨率來(lái)動(dòng)態(tài)研究膈肌功能[16]。

綜上所述，影像學(xué)由于其無(wú)創(chuàng)性、直觀性、客觀性和良好的隨訪性，對(duì)膈肌形態(tài)和功能的研究具有極大的臨床前景。不僅可以對(duì)機(jī)械通氣患者的膈肌功能進(jìn)行評(píng)估，還可為指導(dǎo)撤機(jī)、預(yù)測(cè)撤機(jī)的結(jié)果提供新的參考依據(jù)，因此對(duì)膈肌的形態(tài)結(jié)構(gòu)和膈肌的生理和病理生理學(xué)的研究有著非常廣闊的前景和意義。