超聲評估膈肌功能的應(yīng)用進展

陳 夢 王白冰 王丹丹 童明輝

膈肌是最主要的呼吸肌，在平靜呼吸狀態(tài)下可提供70%的肺通氣量［1］。膈肌肌纖維主要由慢收縮纖維和快收縮纖維組成，膈神經(jīng)支配其收縮和舒張，以支持機體的低強度運動、呼吸循環(huán)及快速急劇運動。相較于軀干肌肉，膈肌更易出現(xiàn)廢用性肌纖維萎縮，其機制為當膈肌活動明顯減弱時，細胞氧化應(yīng)激加劇，膈肌蛋白經(jīng)泛素-蛋白酶體途徑降解增加，同時基因表達的改變使蛋白合成下調(diào)，這些機制共同作用致使膈肌萎縮，進一步導致膈肌功能障礙［2］。慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）、神經(jīng)肌肉疾病、機械通氣等均可因炎癥、神經(jīng)肌肉損傷、過度輔助通氣等原因使膈肌運動幅度減小，膈肌結(jié)構(gòu)、代謝及收縮能力隨之改變，進一步導致肺部感染可能性增加、原發(fā)疾病轉(zhuǎn)歸差、死亡率升高等較差臨床結(jié)局，因此，及時評估膈肌功能對患者意義重大，有助于改善預(yù)后及提高生存質(zhì)量。以往臨床對膈肌功能評估主要采用跨膈壓、膈肌電活動、透視、CT、MRI等，其中跨膈壓經(jīng)食管胃囊管測量，是評估膈肌力量的金標準，膈肌電活動通過鼻胃管上置于食管下段腳膈肌上的電極進行監(jiān)測，這兩種方法雖均能更精確評估膈肌功能，但因操作復雜且為侵入性檢查，當前多用于科研工作中。透視、CT、MRI 等可獲得膈肌位置、厚度、表面積等信息，但因存在輻射、不可實時評估、檢查時間長等原因臨床應(yīng)用受限。超聲具有非侵入性、安全、便捷、可重復性高等優(yōu)點，近年來已成為評估膈肌功能的常規(guī)檢查方法。本文就超聲評估膈肌功能的相關(guān)參數(shù)，以及其在COPD、神經(jīng)肌肉疾病及機械通氣患者膈肌功能評估中的應(yīng)用進展綜述如下。

一、超聲評估膈肌相關(guān)參數(shù)

超聲評估膈肌常用的相關(guān)參數(shù)有膈肌厚度（diaphragm thickness，DT）、膈肌增厚分數(shù)（diaphragm thickening fraction，DTF）、膈肌位移（diaphragm excursion，DE）、膈肌相關(guān)淺快呼吸指數(shù)［DTF-淺快呼吸指數(shù)（rapid shallow breathing index，RSBI）、DE-RSBI］等。DT 是呼吸過程中某一時刻膈肌自身厚度的定量數(shù)值，可直觀反映膈肌是否出現(xiàn)變薄萎縮，其正常值約（2.4±0.8）mm［3］。DTF 則是對一個呼吸周期內(nèi)膈肌厚度變化的動態(tài)評估，更能反映膈肌的收縮能力，正常值范圍為25%～40%［3］。DE 也可反映膈肌自身收縮能力，男、女性移動度低限分別為1.7 cm、1.3 cm［4］。RSBI是呼吸頻率與潮氣量的比值，可反映整體呼吸肌做功能力，在膈肌萎縮早期，輔助呼吸肌代償做功可使RSBI 處于正常范圍從而掩蓋膈肌功能異常。膈肌相關(guān)淺快呼吸指數(shù)將RSBI 與超聲結(jié)合，以DE、DTF 取代潮氣量，排除輔助呼吸肌干擾，精準評估單一膈肌做功能力；其中DE、DTF 被認為與膈肌功能評估的金標準跨膈壓高度相關(guān)［5］，膈肌相關(guān)淺快呼吸指數(shù)也被證明其診斷效能優(yōu)于傳統(tǒng)RSBI［6-7］。

二、超聲在膈肌功能評估中的應(yīng)用

（一）COPD

COPD 是一種以持續(xù)性氣流受限為特征的慢性全身炎癥性疾病，肺殘氣量增加使膈肌位置低平且長期處于不完全收縮狀態(tài)，導致膈肌變薄及運動障礙，從而影響患者生存期及生存質(zhì)量。研究［8-10］證實，超聲可通過定量評估膈肌功能從而對COPD 患者嚴重程度進行分級并指導COPD 患者急性發(fā)作期無創(chuàng)通氣及肺康復訓練。

1.超聲在COPD 患者嚴重程度分級中的價值：目前臨床多依據(jù)肺功能檢查結(jié)果分級，但其特異性較低且對患者配合程度要求高，超聲檢查可便捷、無創(chuàng)評估膈肌功能，對臨床治療方法選擇及患者預(yù)后有重要意義。馬瑛等［8］研究結(jié)果表明，平靜呼吸及深呼吸時M 型超聲均可以通過量化DE 篩查COPD 患者，曲線下面積（AUC）分別為0.823、0.858，且深呼吸時DE 與第1 秒用力呼氣容積、第1秒用力呼氣容積占用力肺活量（FVC）的百分比等肺功能指標均呈正相關(guān)（r=0.639、0.505，均P=0.001）。王艦堯等［9］應(yīng)用不同超聲檢測方法評估38 例經(jīng)肺功能檢查分級的COPD 患者膈肌功能，研究表明輕至中度COPD 患者深呼吸時DE高于重度COPD患者（P＜0.05）；且應(yīng)用面積法與M型超聲法聯(lián)合診斷重度COPD 的AUC 為0.933。由此可見，超聲對COPD 患者的初步篩查及嚴重程度分級均有重要作用，可作為無法配合肺功能檢查患者的輔助檢查方法。

2.超聲在指導COPD 患者急性發(fā)作期無創(chuàng)通氣治療中的價值：無創(chuàng)通氣是COPD 急性加重期高碳酸血癥性呼吸衰竭的一線治療措施，且長期家庭無創(chuàng)通氣可改善COPD 患者預(yù)后［11］。研究［12］表明，無創(chuàng)通氣期間DE＞18 mm 與無創(chuàng)通氣成功及1 h后動脈血二氧化碳分壓（PaCO2）降低均相關(guān)（均P＜0.05），DTF＜20%與無創(chuàng)通氣失敗相關(guān)（P＜0.05）?？梢姡晫OPD 急性呼吸衰竭的無創(chuàng)通氣成功與否具有預(yù)測價值，也可參考DE、DTF調(diào)整臨床無創(chuàng)通氣治療的持續(xù)時間，以提高救治成功率。

3.超聲在指導COPD 患者急性發(fā)作期肺康復訓練中的價值：COPD 患者因氣道阻力增大、動態(tài)肺順應(yīng)性降低、殘氣量增加等使膈肌產(chǎn)生機械性勞損，是死亡率升高的重要危險因素。肺康復是一種全面的慢性呼吸系統(tǒng)疾病的干預(yù)措施，對患者評估后量身制定運動訓練并進行健康教育，可減少COPD 患者通氣需求，降低肺動態(tài)順應(yīng)性，從而改善COPD 患者運動能力、提高生活質(zhì)量。超聲可評估COPD患者肺康復治療前后膈肌收縮能力，Crimi等［10］選取25例進行12周肺康復訓練的COPD 患者，研究發(fā)現(xiàn)肺康復訓練后COPD 患者DE 升高（27 mm vs.23 mm，P＜0.001），且膈肌對合區(qū)長度變化截斷值≥10%時預(yù)測COPD 患者肺康訓練復后運動能力提高的敏感性為83%，特異性為74%。Corbellini 等［13］研究也發(fā)現(xiàn)，與治療前比較，肺康復治療后COPD 患者DE 升高，運動能力改善（均P＜0.05）?？梢?，膈肌超聲不僅可評估肺康復的療效，也可作為肺康復過程中監(jiān)測呼吸肌訓練的實時支持技術(shù)。

（二）神經(jīng)肌肉系統(tǒng)疾病

超聲可用于評估神經(jīng)肌肉系統(tǒng)疾病患者膈肌功能受損程度，進而評估肺功能，用于指導呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥治療，如肌萎縮側(cè)索硬化癥（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）、杜氏肌營養(yǎng)不良癥（Duchenne muscular dystrophy，DMD）、腦卒中等。

1.ALS：是一種累及皮質(zhì)、腦干和脊髓運動神經(jīng)元的進行性神經(jīng)退行性疾病，臨床表現(xiàn)為進行性雙側(cè)肢體萎縮無力、吞咽困難、呼吸衰竭等，診斷主要依據(jù)臨床查體及肌電圖檢查。ALS早期診斷困難且診斷后生存期僅3～5 年，主要死亡原因是進行性呼吸肌受累引起呼吸衰竭，因此，及時診斷ALS 患者呼吸功能障礙極為重要。FVC＜50%或用力吸氣鼻內(nèi)壓＜40 cm H2O 是肺功能受損截斷值，但部分延髓受累的ALS 患者因面部肌肉痙攣使得肺功能測試結(jié)果不準確，而膈肌超聲在評估ALS 患者肺功能障礙方面有重要價值。Fantini 等［14］對ALS 患者同時行膈肌超聲及肺功能檢查，結(jié)果表明深呼吸時DTF、膈肌增厚比率（ΔTmax，ΔTmax=平靜吸氣末DT/深吸氣末DT）均與FVC 相關(guān)（r=0.52、-0.45，均P＜0.05）；當 ΔTmax＞0.75 時，預(yù)測 FVC＜50%的敏感性和特異性分別為75%和85%，此類患者死亡風險增加（HR=3.7，P=0.001）。另一研究［15］結(jié)果顯示，深呼吸時 DE 與FVC 呈正相關(guān)（r=0.68，P＜0.001），且DE＜5.5 cm 時可預(yù)測FVC≤50%，即可通過膈肌運動能力下降預(yù)測肺功能受損，其敏感性為100%，特異性為69%。因而，對于肺功能檢查受限的ALS 患者，超聲可通過量化膈肌功能為其提供另一種間接評估肺功能的方法，以早期診斷及治療呼吸衰竭，改善患者預(yù)后。

2.DMD：是一種因抗肌萎縮蛋白基因突變引起的X-連鎖隱性遺傳性疾病，常于兒童期起病，患兒出現(xiàn)漸進性運動能力喪失，多于30 歲前死于心肺功能衰竭。目前尚無有效治療方法，臨床多采用激素及心肺并發(fā)癥對癥治療，超聲可通過評估膈肌間接評估肺功能，為臨床治療提供參考。Fayssoil等［16］將110例DMD 患者根據(jù)年齡分為＜21 歲、21～30 歲、＞30 歲3組，比較各年齡組與健康對照組膈肌參數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)各年齡組DMD患者DE、DTF 均明顯低于健康對照組（均P＜0.05）；且均與年齡呈負相關(guān)（均P＜0.05）。Laviola等［17］研究結(jié)果與之相似，另外該研究還發(fā)現(xiàn)＜14歲DMD 患者膈肌可因為脂肪細胞浸潤出現(xiàn)“假性肥大”，膈肌厚度與同齡健康人相近但膈肌收縮力仍低。由此可見，超聲可定量評估DMD 患者膈肌萎縮及收縮功能下降，同時無創(chuàng)性辨別膈肌是否存在病理性脂肪浸潤。

3.腦卒中：是我國居民的第一致死原因，且致殘率可高達70%［18］。其不僅可導致運動及語言功能障礙，當原發(fā)病灶損傷呼吸傳導系統(tǒng)時，患者還可出現(xiàn)呼吸功能障礙，增加心肺并發(fā)癥發(fā)生，導致死亡率升高，因此需及時評估肺功能。Jung 和Kim［19］研究顯示，DE、DTF與FVC均呈正相關(guān)（r=0.558、0.430，均P＜0.01），證實可通過超聲評估膈肌功能來評價腦卒中患者肺功能。付娟娟等［20］研究也顯示，腦卒中患者DE、DTF均明顯低于健康人群（均P＜0.05），且經(jīng)膈肌訓練后DE、DTF 均較訓練前明顯改善（均P＜0.05）。因此，超聲評估腦卒中患者膈肌功能有利于指導膈肌理療及藥物治療，從而防治肺部并發(fā)癥，提高患者生存率。

（三）超聲在機械通氣患者成功脫機預(yù)測中的價值

我國重癥監(jiān)護室約40%的患者需行機械通氣［21］，機械通氣可迅速改善肺通氣、提高機體氧飽和度，為原發(fā)疾病的救治提供時間。然而，長時間機械通氣會誘發(fā)呼吸機相關(guān)性膈肌功能障礙，進一步導致脫機失敗、住院時間延長，因此盡早成功脫機是重癥患者改善預(yù)后的關(guān)鍵。呼吸肌力量和呼吸負荷失衡的病理狀態(tài)可導致脫機失敗，所以脫機前膈肌力量評估對脫機結(jié)果預(yù)測尤為重要。臨床上常用最大吸氣壓、氣道閉合壓、每分鐘通氣量等呼吸機參數(shù)預(yù)測脫機結(jié)果，但預(yù)測效能均較差［22］。超聲作為一種可實時量化膈肌功能的工具，可預(yù)測機械通氣患者脫機結(jié)果。Elshazly 等［23］研究表明，DE＞12.5 mm 預(yù)測脫機成功的敏感性為97%，特異性為82%。Farghaly和Hasan［24］研究結(jié)果顯示，DE≥10.5 mm、DTF≥34.2%預(yù)測脫機成功的敏感性分別為87.5%、90%，特異性分別為71.5%、64.3%。一項薈萃分析［25］表明，當DE截斷值為10～14 mm，DTF截斷值為30%～36%時可有效預(yù)測脫機成功。預(yù)測脫機成功的截斷值略有差異，可能因研究對象個體差異、膈肌參數(shù)測量時機的選擇及測量方法的不同所致。關(guān)于膈肌相關(guān)淺快呼吸指數(shù)研究尚少，但其在預(yù)測成功脫機方面效能良好。龍玲等［6］研究顯示，DTF-RSBI＞72.6次·min-1·mm-1時預(yù)測脫機失敗的敏感性和特異性分別為100%、72.2%，AUC 為0.903。趙永華等［7］研究顯示，DE-RSBI＞1.5 次·min-1·mm-1可預(yù)測脫機失敗，敏感性為87%，特異性為80%，AUC 為0.91。表明DE、DTF、DE-RSBI、DTF-RSBI 等膈肌參數(shù)可精準評估脫機前膈肌收縮能力，有效預(yù)測脫機結(jié)果，且明確的截斷值可為臨床醫(yī)師提供更直觀的參考。

三、總結(jié)與展望

總之，超聲是評估膈肌功能的有效方法，可定量測量不同臨床情況下膈肌萎縮程度及收縮能力，為臨床疾病的輔助診斷、并發(fā)癥治療及臨床決策提供重要價值。但其仍存在局限性，具體為：①膈肌正常厚約2～3 mm，超聲探頭深度分辨率有限，且操作者經(jīng)培訓后仍存在測量差異，會在一定程度上影響研究結(jié)果；②部分研究需在不同呼吸模式下測量膈肌參數(shù)，年幼患兒及昏迷患者難以配合。目前膈肌超聲評估多基于二維模式，其他超聲技術(shù)目前研究尚少，可作為未來研究主要方向。