膈肌超聲在慢性阻塞性肺疾病中的研究進(jìn)展

李佳佳 蔣幼凡

重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科400010

COPD 是一種常見的以持續(xù)性氣流受限為特征的疾病,反復(fù)的急性加重和各種并發(fā)癥將影響患者的預(yù)后。來自29個(gè)國家的調(diào)查統(tǒng)計(jì)顯示中度以上COPD 患者在成年人中占比高達(dá)10%,隨著老齡化加重,到2030 年預(yù)計(jì)每年有超過450萬人死于COPD 及其并發(fā)癥[1]。大規(guī)模人群研究也揭示了我國COPD 防治的嚴(yán)峻現(xiàn)狀,截至2015 年我國COPD 患者例數(shù)約為1 億[2],構(gòu)成了重大的家庭和社會(huì)負(fù)擔(dān)。

1 膈肌超聲概述

膈肌超聲是指通過M 型超聲和B型超聲獲得膈肌結(jié)構(gòu)相關(guān)指標(biāo)的方法。右側(cè)膈肌因有肝臟作為聲學(xué)窗從而在臨床中應(yīng)用更為廣泛。Goligher等[5]的研究也證實(shí)了右側(cè)膈肌較左側(cè)膈肌測量更為直觀、重復(fù)性好。

1·1 膈肌厚度和膈肌增厚分?jǐn)?shù) 膈肌厚度是可直接測量的超聲指標(biāo),包括吸氣末厚度和呼氣末厚度。測量的常用方式為半臥位式,高頻探頭在B 型超聲模式下置于腋前線或腋中線垂直于胸壁8～9肋間處所獲得的高回聲的胸膜層和腹膜層之間的距離。而膈肌增厚分?jǐn)?shù) [膈肌增厚分?jǐn)?shù)=(吸氣末膈肌厚度一呼氣末膈肌厚度)/呼氣末膈肌厚度×100%]體現(xiàn)的是一個(gè)呼吸周期中膈肌厚度的變化情況。在同一個(gè)體中膈肌的體積和寬度是相對固定的,因此膈肌厚度與長度呈負(fù)相關(guān)。呼吸過程中膈肌長度的改變可反應(yīng)膈肌的收縮功能,因此膈肌厚度和膈肌增厚分?jǐn)?shù)可作為間接評價(jià)膈肌收縮能力的指標(biāo)。膈肌厚度受個(gè)體差異的影響較大,因此膈肌增厚分?jǐn)?shù)可更準(zhǔn)確地反應(yīng)膈肌收縮功能[7]。

1·2 膈肌移動(dòng)度 膈肌移動(dòng)度是一個(gè)呼吸周期中膈肌上下運(yùn)動(dòng)的距離,其包括平靜呼吸和深呼吸移動(dòng)度。常采用的測量方式為半臥位時(shí),使低頻探頭置于右側(cè)鎖骨中線平行于7～8肋間的位置,在B型超聲下獲取呼吸周期中膈肌動(dòng)度最大處,使取樣線垂直于此處后調(diào)整為M 型超聲所獲得吸氣和呼氣末基線至最高點(diǎn)間垂直距離的差值。膈肌的上下運(yùn)動(dòng)引起膈肌長度的變化,呼吸活動(dòng)中若膈肌位置低平將導(dǎo)致膈肌長度縮短從而影響膈肌的收縮性能[8],因此膈肌移動(dòng)度較膈肌厚度和膈肌增厚分?jǐn)?shù)可更直接反應(yīng)膈肌收縮功能,其獲取也更為容易。

1·3 其他膈肌超聲指標(biāo) 如膈肌收縮速度和膈肌對合角度等。膈肌收縮速度指膈肌移動(dòng)度與吸氣時(shí)間的比值。膈肌對合角度常采用仰臥位高頻線陣探頭獲取的右側(cè)腋前線肋膈角處平靜和用力呼氣末胸壁和膈肌對合角度的差值△A作為研究指標(biāo)。但目前關(guān)于上述超聲指標(biāo)的研究較少。

2 膈肌超聲指標(biāo)與壓力學(xué)指標(biāo)

2·1 壓力學(xué)指標(biāo)概述 膈肌壓力學(xué)指標(biāo)是目前評估膈肌功能最為準(zhǔn)確的方法,包括跨膈壓、顫搐性氣道內(nèi)壓、膈肌張力-時(shí)間指數(shù)等[4]?？珉鯄菏请跫∈湛s時(shí)膈肌胸腹側(cè)的壓力差,是評估膈肌功能的金標(biāo)準(zhǔn)。其中通過電磁刺激后獲得的顫搐性跨膈壓是反應(yīng)跨膈壓誤差最小的指標(biāo)。顫搐性氣道內(nèi)壓是用于反映氣管插管患者膈肌功能的指標(biāo)[9]。但因?yàn)樯鲜鲋笜?biāo)測量均為侵入性操作,患者耐受性差,臨床使用受限。

2·2 超聲指標(biāo)與壓力學(xué)指標(biāo)相關(guān)性 Umbrello等[6]在25例機(jī)械通氣患者中發(fā)現(xiàn)跨膈壓與膈肌增厚分?jǐn)?shù)密切相關(guān)(r=0.701)。另一項(xiàng)研究在112例進(jìn)行脫機(jī)試驗(yàn)患者中測量膈肌增厚分?jǐn)?shù)和膈肌移動(dòng)度,證實(shí)膈肌增厚分?jǐn)?shù)和膈肌移動(dòng)度與顫搐性氣道內(nèi)壓分別呈高度及中度相關(guān) (r =0.87、0.45)[10]。綜上可知,膈肌增厚分?jǐn)?shù)和膈肌移動(dòng)度兩項(xiàng)超聲指標(biāo)與傳統(tǒng)的膈肌壓力學(xué)指標(biāo)具有良好相關(guān)性,可作為無創(chuàng)性指標(biāo)替代壓力學(xué)指標(biāo)在臨床中推廣應(yīng)用。

3 膈肌超聲在COPD中的應(yīng)用

3·1 膈肌超聲協(xié)助診斷COPD COPD 患者在氣道慢性炎癥的長期作用下出現(xiàn)持續(xù)性氣流受限。肺功能測量中第1秒用力呼氣容積 (forced expiratory volume in the first second,FEV1)與FVC 的比值,即FEV1/FVC<70%是臨床診斷COPD 的金標(biāo)準(zhǔn),但臨床中仍有少部分患者因呼吸困難等因素?zé)o法配合肺功能檢查,使得臨床確診COPD存在困難。有一項(xiàng)納入124例COPD 患者的研究中定義了M 型阻塞指數(shù)這一全新的概念,其為膈肌在第1秒用力呼氣末和最大呼氣末的移動(dòng)度之比,與FEV1/FVC 具有高度相關(guān)性 (r=0.67),其診斷COPD 的閾值為77.00%,敏感度為83.30%,特異度為96.60%[11]。同時(shí)國內(nèi)也有研究發(fā)現(xiàn)平靜和深呼吸時(shí)的膈肌移動(dòng)度用于協(xié)助診斷COPD 具有較高效能 (曲線下面積分別為0.823、0.858)。平靜和深呼吸時(shí)膈肌移動(dòng)度閾值分別為1.96 cm 和5.99 cm,敏感度約為53.00%,特異度為98.53%～100.00%[12]。上述研究均表明膈肌移動(dòng)度用于協(xié)助診斷COPD 的特異度較敏感度高,在無法獲得肺功能的情況下,膈肌移動(dòng)度或許可作為補(bǔ)充指標(biāo),有助于臨床排除COPD 的診斷。后續(xù)可進(jìn)一步開展大樣本量的研究,尋找更準(zhǔn)確的膈肌超聲指標(biāo)閾值作為肺功能的補(bǔ)充,協(xié)助診斷COPD。

3·2 膈肌超聲評估COPD 病情嚴(yán)重程度

3·2·1 膈肌厚度 中重度COPD 患者往往存在肺過度充氣,曹梅玲[13]的研究發(fā)現(xiàn)深吸氣量 (inspiratory capacity,IC)與肺總量 (total lung capacity,TLC)的比值 (IC/TLC)可反應(yīng)COPD 患者肺過度充氣的程度。Smargiassi等[14]在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究肺過度充氣程度和膈肌超聲指標(biāo)之間的關(guān)系,觀察到吸氣末所對應(yīng)的膈肌厚度與IC/TLC呈正相關(guān)。但Baria等[15]在COPD 患者和健康人之間發(fā)現(xiàn)吸氣和呼氣末膈肌厚度差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。一項(xiàng)在此基礎(chǔ)上開展的研究納入了34例COPD 患者,分別從每年急性加重次數(shù)、慢性阻塞性肺疾病全球倡議分組、改良版英國醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)呼吸困難量表 (modified Medical Research Council,m MRC)評分、FEV1%pred 進(jìn)行亞組分析,同樣發(fā)現(xiàn)COPD 患者不同亞組之間吸氣末膈肌厚度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[16]。

不文明現(xiàn)象總讓媒體揪著批，恐怕沒完沒了，時(shí)間長了，會(huì)給大眾帶來“審丑疲勞”。其實(shí)，一次法律行動(dòng)勝過一萬次輿論譴責(zé)，相關(guān)執(zhí)法者、管理者，應(yīng)走在媒體前面，該出手時(shí)就出手，積極捍衛(wèi)法律規(guī)則，彌平社會(huì)爭議。以高鐵霸座問題為例，每次輿論曝光之后，相關(guān)部門都會(huì)在輿論壓力下追加執(zhí)法，給予霸座者治安處罰，以及列入黑名單等。而如果每一次高鐵霸座都逃不過第一時(shí)間的處罰，恐怕霸座者也不至于這么囂張，權(quán)益受侵害的乘客也不至于如此無助，人們更不至于要一次次呼吁執(zhí)法部門的介入。

3·2·2 膈肌增厚分?jǐn)?shù) 有研究發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定期COPD 患者的膈肌增厚分?jǐn)?shù)與FEV1%pred、6 分鐘步行距離呈正相關(guān)(r =0.89、0.53),與 m MRC 評分呈負(fù)相關(guān) (r =-0.59)[17-18],同時(shí)急性加重期COPD 患者膈肌增厚分?jǐn)?shù)顯著低于穩(wěn)定期患者[17]。黃秋霞等[19]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)急性加重期中m MRC 評分>2 分、慢性阻塞性肺病評估測試評分>10 分的患者膈肌增厚分?jǐn)?shù)明顯下降,其閾值為30.22%,敏感度為70.60%,特異度為83.30%。

3·2·3 膈肌移動(dòng)度 有研究發(fā)現(xiàn)在平靜呼吸時(shí),COPD 患者膈肌移動(dòng)度隨著FEV1%pred的下降而上升;而在深呼吸時(shí)隨著FEV1%pred的下降而下降[20]。同膈肌增厚分?jǐn)?shù)相同,Evrin等[21]和張黎娟[18]同樣發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定期COPD 患者深呼吸時(shí)膈肌移動(dòng)度與FEV1%pred和6 分鐘步行距離呈正相關(guān) (r =0.95、0.51),而與每年急性加重次數(shù)和m MRC評分呈負(fù)相關(guān) (r=-0.587、-0.50)。

綜上,膈肌增厚分?jǐn)?shù)和膈肌移動(dòng)度與臨床中常用的評價(jià)COPD 病情的指標(biāo)均具有一定相關(guān)性。其中FEV1%pred是評估COPD 患者病情嚴(yán)重程度最常用的指標(biāo),而膈肌增厚分?jǐn)?shù)和深呼吸膈肌移動(dòng)度與FEV1%pred均存在顯著相關(guān)性,這意味著將其作為評估氣流阻塞程度和病情嚴(yán)重程度的指標(biāo)具備可行性。但目前尚缺乏關(guān)于膈肌超聲指標(biāo)評估病情的具體分級標(biāo)準(zhǔn),后續(xù)可繼續(xù)開展相關(guān)研究作為對肺功能指標(biāo)的補(bǔ)充,有助于識別出COPD 患者中膈肌功能欠佳者,有利于針對性開展呼吸肌訓(xùn)練。而膈肌厚度評估病情嚴(yán)重程度的適用性仍存在爭議,有待進(jìn)一步探索。

3·3 膈肌超聲評估動(dòng)脈血?dú)馇闆r 在COPD 患者中常觀察到持續(xù)的高碳酸血癥和低氧血癥。缺氧和二氧化碳潴留將導(dǎo)致嚴(yán)重的酸堿代謝失衡、破壞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)、影響多器官系統(tǒng)功能從而增加COPD 患者病死率。

3·3·1 膈肌功能與血?dú)馇闆r 一項(xiàng)關(guān)于COPD 急性加重期的研究觀察到跨膈壓和顫搐性跨膈壓較高組脫機(jī)后SaO2、氧合指數(shù)更高,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P 值均<0.05)[22]。該研究揭示膈肌功能是COPD 患者動(dòng)脈血氧情況的影響因素之一,膈肌乏力和膈肌功能障礙將增加發(fā)生呼吸衰竭的風(fēng)險(xiǎn)。

3·3·2 膈肌超聲指標(biāo)預(yù)測血?dú)馇闆r 前文已闡明膈肌超聲指標(biāo)與膈肌壓力學(xué)指標(biāo)的相關(guān)性[6,10]。Kang等[23]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定期COPD 患者深呼吸時(shí)膈肌移動(dòng)度與未吸氧狀態(tài)下的PaCO2呈負(fù)相關(guān)。而Okura等[24]采用測定膈肌增厚分?jǐn)?shù)來預(yù)測氧飽和度,觀察到日間不存在低氧血癥的穩(wěn)定期COPD 患者中,在日間的PaO2(r=0.69)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步聯(lián)合膈肌增厚分?jǐn)?shù) (r=0.70)能更有效預(yù)測患者的夜間SaO2。因此,在穩(wěn)定期COPD 患者中膈肌增厚分?jǐn)?shù)和膈肌移動(dòng)度同樣能作一種補(bǔ)充方式預(yù)測動(dòng)脈血?dú)馇闆r。而急性加重期患者常需氧療或機(jī)械通氣,不同的參數(shù)設(shè)置會(huì)影響膈肌超聲指標(biāo)[25]和血?dú)馇闆r,目前在急性加重期中利用膈肌超聲指標(biāo)預(yù)測血?dú)馇闆r的研究較少,有待進(jìn)一步開展。

3·4 膈肌超聲預(yù)測COPD 機(jī)械通氣轉(zhuǎn)歸 機(jī)械通氣是COPD 急性加重期合并呼吸衰竭時(shí)強(qiáng)有力的治療手段,但部分患者仍存在無創(chuàng)通氣失敗和拔管失敗可能。一篇納入了11項(xiàng)研究的meta分析證實(shí)膈肌功能障礙是脫機(jī)失敗的重要預(yù)測因子[26]。因此,發(fā)現(xiàn)更多能反應(yīng)膈肌功能的指標(biāo)有助于早期識別膈肌功能障礙,指導(dǎo)COPD 患者治療。

3·4·1 膈肌增厚分?jǐn)?shù)的應(yīng)用 膈肌增厚分?jǐn)?shù)是預(yù)測COPD患者行無創(chuàng)通氣治療后轉(zhuǎn)歸的重要參數(shù)[27]。既往有研究報(bào)道膈肌增厚分?jǐn)?shù)<20%定義為膈肌功能障礙[28]。Marchioni等[29]發(fā)現(xiàn)膈肌增厚分?jǐn)?shù)<20%也能預(yù)測COPD 患者無創(chuàng)通氣失敗 (AUC=0.84),其敏感度為95.00%,特異度為100.00%。膈肌增厚分?jǐn)?shù)<20%的患者行無創(chuàng)輔助通氣后需進(jìn)一步行氣管插管通氣、氣管切開術(shù)的概率較無膈肌功能障礙者增大6 倍,同時(shí)其ICU 入住時(shí)間、總體住院時(shí)間、短期及90 d病死率均增高,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P值均<0.05)[29-30]。Blumhof等[31]研究發(fā)現(xiàn)在拔管后48 h內(nèi)膈肌增厚分?jǐn)?shù)>20%時(shí)再次行氣管插管有創(chuàng)通氣的可能性較低。

3·4·2 膈肌移動(dòng)度的應(yīng)用 早期有研究定義膈肌移動(dòng)度<10 mm 為膈肌功能障礙[32]。Cammarota等[33]研究了膈肌移動(dòng)度在評估COPD 無創(chuàng)通氣轉(zhuǎn)歸中的價(jià)值,發(fā)現(xiàn)在行無創(chuàng)通氣后1 h進(jìn)行膈肌移動(dòng)度測量用于評估轉(zhuǎn)歸結(jié)果最可靠 (AUC=0.98),無創(chuàng)通氣失敗的膈肌移動(dòng)度置信區(qū)間為9.4～10.0 mm,因此可認(rèn)為膈肌移動(dòng)度<10.0 mm 同樣能預(yù)測COPD 患者無創(chuàng)通氣失敗可能性高,應(yīng)早期聯(lián)合其他治療方式。與預(yù)測無創(chuàng)通氣轉(zhuǎn)歸相同,有研究表明膈肌移動(dòng)度是預(yù)測脫機(jī)拔管成功與否的重要參數(shù)[34]。Zhang等[35]在重癥COPD 患者研究中發(fā)現(xiàn),最終成功拔管脫機(jī)患者膈肌移動(dòng)度顯著高于脫機(jī)失敗者,在脫機(jī)試驗(yàn)30 min時(shí)的閾值為1.70 cm,并且發(fā)現(xiàn)30 min時(shí)和5 min時(shí)的膈肌移動(dòng)度變化值>0.16 cm,脫機(jī)拔管成功可能性更大。

3·4·3 膈肌超聲指標(biāo)聯(lián)合呼吸淺快指數(shù) (rapid-shallowbreathing index,RSBI) RSBI在指導(dǎo)脫機(jī)拔管中具有重要價(jià)值和意義,RSBI增高是典型的呼吸肌疲勞的表現(xiàn)。肋間內(nèi)外肌可在膈肌疲勞時(shí)代償性做功來維持潮氣量[36],但肋間內(nèi)外肌耐受疲勞性差,使得RSBI用于預(yù)測脫機(jī)成功的敏感度及特異度較低[37]。因機(jī)械通氣患者往往無法配合肺功能的測量,有研究創(chuàng)新性的將膈肌超聲指標(biāo)替代潮氣量,發(fā)現(xiàn)使用膈肌移動(dòng)度-淺快呼吸指數(shù) (diaphragmaticrapid shallow breathing index,D-RSBI)、膈肌增厚分?jǐn)?shù)-淺快呼吸指數(shù) (diaphragm thickening-rapid shallow breathing index,DT-RSBI)用于預(yù)測拔管結(jié)果的敏感度和特異度均較RSBI顯著增高,高D-RSBI和高膈肌厚度-RSBI是撤機(jī)失敗的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[38]。Ahmad等[39]發(fā)現(xiàn)在COPD 急性加重患者中D-RSBI預(yù)測的閾值為1.9 次·min-1·mm-1(AUC=0.97),敏感度為84.6%,特異度為100.0%。并且D-RSBI是預(yù)測脫機(jī)成功最敏感的獨(dú)立因素[32,39],后期可進(jìn)一步開展DT-RSBI在預(yù)測COPD 患者脫機(jī)拔管中閾值的相關(guān)研究。

綜上,膈肌超聲在指導(dǎo)重癥COPD 機(jī)械通氣患者的治療中研究成熟,通過相關(guān)指標(biāo)的測量能夠在早期有效識別膈肌功能障礙,判斷病情轉(zhuǎn)歸和評估拔管風(fēng)險(xiǎn),有助于選擇更優(yōu)化的治療方式和提高撤機(jī)成功率,從而改善預(yù)后,臨床應(yīng)用價(jià)值高。

4 小結(jié)與展望

膈肌超聲因其無創(chuàng)性、無輻射性以及可以實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地監(jiān)測膈肌功能的優(yōu)點(diǎn),在呼吸與重癥醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。膈肌超聲指標(biāo)與壓力學(xué)指標(biāo)具有良好的相關(guān)性,在評估COPD 患者疾病嚴(yán)重程度和指導(dǎo)危重癥患者治療中可聯(lián)合多種其他評估方法來應(yīng)用,具有較大的研究價(jià)值。

然而關(guān)于COPD 膈肌功能的相關(guān)研究多針對重度和極重度COPD 患者,目前缺乏對于輕中度患者的研究。對于超聲膈肌指標(biāo)預(yù)測血氧情況和呼吸衰竭發(fā)生的研究[23-24]也多為相關(guān)性研究,臨床使用有限,或許可進(jìn)一步開展COPD 合并呼吸衰竭時(shí)膈肌超聲指標(biāo)閾值的研究,有助于臨床監(jiān)測和早期識別危重癥患者。同時(shí)由于膈肌超聲需經(jīng)專業(yè)培訓(xùn),測量方法尚未統(tǒng)一,目前在臨床中大范圍推廣使用還存在限制。

未來可將膈肌超聲的應(yīng)用擴(kuò)展到更多類型的COPD 患者、開展更多類型的臨床研究、開發(fā)更為敏感和特異的超聲指標(biāo)。相信隨著膈肌超聲研究的不斷深入和床旁超聲的日趨成熟,該技術(shù)在COPD 具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突