超聲評(píng)估膈肌功能預(yù)測(cè)成人機(jī)械通氣撤機(jī)結(jié)局

王怡潔，田霽松，王淑敏,3*，李匯文

(1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)鄂爾多斯臨床醫(yī)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000；2.鄂爾多斯市中心醫(yī)院超聲科，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000； 3.北京大學(xué)第三醫(yī)院超聲科，北京 100191)

呼吸肌舒縮是呼吸運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)力。膈肌是最為重要的呼吸肌，負(fù)責(zé)處理機(jī)體60%～80%通氣[1]。機(jī)械通氣是ICU支持生命的有效措施，但可帶來膈肌功能障礙，即呼吸機(jī)所致膈肌功能障礙(ventilator-induced diaphragmatic dysfunction, VIDD)，VIDD為撤機(jī)困難的原因之一[2]。顫搐性跨膈壓是評(píng)估膈肌功能的金標(biāo)準(zhǔn)，但測(cè)量過程復(fù)雜，易受組織水腫等干擾，且對(duì)患者配合度要求較高，無法廣泛用于臨床[3]。超聲具有安全、無創(chuàng)、便攜、可重復(fù)操作等優(yōu)勢(shì)，有助于早期篩查引起VIDD的相關(guān)因素，在評(píng)估膈肌功能方面可與金標(biāo)準(zhǔn)相媲美[3]。本文就超聲評(píng)估膈肌功能預(yù)測(cè)成人機(jī)械通氣撤機(jī)結(jié)局研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 膈肌生理解剖及功能

膈肌是向上膨隆的扁薄闊肌，由中心肌腱及發(fā)射至前背部的肌纖維和膈肌胸腔附著區(qū)域[即胸廓-膈肌對(duì)合區(qū)(zone of apposition, ZOA)]共同構(gòu)成；其肌纖維主要分為慢型、抗疲勞型(Ⅰ型)和快型(Ⅱ型)，分別在低強(qiáng)度活動(dòng)、長(zhǎng)期呼吸循環(huán)和高強(qiáng)度活動(dòng)中發(fā)揮重要作用[4]，根據(jù)肌纖維起始位置可將膈肌分為胸骨部(起自于劍突后方)、肋骨部(起自于第7～12肋)及腰部(起自于L2～L3前方)[5]。吸氣時(shí)膈肌收縮，肌纖維變短、ZOA變厚，中心肌腱向前下推移腹腔臟器，同時(shí)胸廓擴(kuò)大；呼氣時(shí)膈肌舒張、抬高，胸廓縮小，有利于氣體排出[5]。

2 VIDD病理生理學(xué)

機(jī)械通氣可破壞膈肌整體結(jié)構(gòu)，引起膈肌功能、尤其收縮功能紊亂，其主要機(jī)制為肌蛋白分解增加、合成減少及氧化應(yīng)激使肌肉直接損傷而致VIDD[4]，主要表現(xiàn)為膈肌抬高、無力甚至萎縮，單側(cè)病變時(shí)多無明顯癥狀，累及雙側(cè)時(shí)患者呼吸變淺、變快及腹壁出現(xiàn)反常呼吸運(yùn)動(dòng)[4]。機(jī)械通氣18～69 h可致膈肌慢型及快型肌纖維橫截面積減少50%以上，且下降幅度具有時(shí)間依賴性，同時(shí)膈肌肌力呈對(duì)數(shù)下降；機(jī)械通氣1、2及3天，膈肌厚度分別下降9%、24%及26%；通氣5～6天后，膈肌功能可降至原有的32%，主要表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)速度減慢、幅度減小，但此時(shí)多難以發(fā)現(xiàn)[5]。逐步撤機(jī)為患者恢復(fù)自主呼吸的過程，此時(shí)，呼吸阻力較大，刺激呼吸中樞，使膈肌、胸鎖乳突肌等呼吸肌由被動(dòng)轉(zhuǎn)為主動(dòng)運(yùn)動(dòng)；但存在VIDD時(shí)，膈肌無法參與自主呼吸，而輔助呼吸肌耐力不足，易致撤機(jī)失敗[5]。

3 機(jī)械通氣撤機(jī)時(shí)機(jī)

若機(jī)械通氣撤機(jī)過早，部分患者氧供及氣道保護(hù)功能尚未恢復(fù)，自主呼吸不足，心肺負(fù)荷較重，可導(dǎo)致撤機(jī)失?。坏つ客七t撤機(jī)時(shí)間則可引起呼吸肌功能障礙、心臟舒張功能障礙等并發(fā)癥，亦增加了患者經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。臨床工作中，建議于患者原發(fā)病得到控制后，先在短時(shí)間內(nèi)行低水平呼吸模式的自主呼吸試驗(yàn)(spontaneous breathing trial, SBT)，并以患者通過SBT為撤機(jī)指征；撤機(jī)后，若患者可耐受48 h以上自主呼吸且無需接受再次插管為撤機(jī)成功，反之則為撤機(jī)失敗[6]。然而，有學(xué)者[6]根據(jù)上述SBT撤機(jī)指導(dǎo)進(jìn)行機(jī)械通氣撤機(jī)，發(fā)現(xiàn)撤機(jī)失敗率仍較高，約15%。

4 超聲預(yù)測(cè)撤機(jī)結(jié)局

B型超聲可觀察膈肌厚度和回聲，評(píng)估其形態(tài)學(xué)改變；M型超聲能監(jiān)測(cè)膈肌運(yùn)動(dòng)方向及幅度，并獲得膈肌增厚率(diaphragmatic thickening frequency, DTF)、膈肌活動(dòng)度(diaphragmatic excursion, DE)、膈肌淺快呼吸指數(shù)(diaphragmatic rapid shallow breathing index, DRSBI)、膈肌吸氣幅度達(dá)峰時(shí)間(time to peak inspiratory amplitude of diaphragm, TPIAdia)、膈肌收縮速度(diaphragm contraction velocity, DCV)及偏移-時(shí)間(excursion-time, E-T)指數(shù)等指標(biāo)，用于運(yùn)動(dòng)學(xué)評(píng)估。既往研究[7]發(fā)現(xiàn)，除神經(jīng)及肌肉疾病外，膈肌超聲預(yù)測(cè)接受機(jī)械通氣的不同原發(fā)疾病患者撤機(jī)結(jié)局的效能并無顯著差異。為分別評(píng)估膈肌主動(dòng)及被動(dòng)收縮功能，建議于患者未接受輔助呼吸時(shí)或于低水平自主呼吸模式下進(jìn)行速度為10 mm/s的超聲掃查，且應(yīng)顯示至少3個(gè)呼吸周期的圖像[3]。

4.1 膈肌厚度及增厚率 超聲掃查時(shí)，將高頻線性探頭置于胸壁第8～10肋與鎖骨中線至腋前線交點(diǎn)處之間，可于深度1.5～3.0 cm處見2條相互平行的強(qiáng)回聲線(分別為胸膜及腹膜)，其間的低回聲區(qū)即膈肌[8]。膈肌厚度指ZOA處胸膜線與腹膜線之間的直線距離，平靜呼吸時(shí)為1.8～3.0 mm，深吸氣后為3.4～5.4 mm[8]，且兩側(cè)膈肌厚度及增厚率差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[8]。有學(xué)者[9]發(fā)現(xiàn)采用超聲所測(cè)膈肌厚度與尸檢直接測(cè)量結(jié)果的一致性較高，故認(rèn)為可采用超聲測(cè)量評(píng)估膈肌收縮功能。既往研究[10]納入63例接受機(jī)械通氣的呼吸衰竭患者，發(fā)現(xiàn)以呼氣末膈肌厚度≤1.7 mm預(yù)測(cè)撤機(jī)失敗的敏感度達(dá)90%；但GROSU等[11]發(fā)現(xiàn)，接受機(jī)械通氣患者膈肌厚度每減少0.1 mm，則撤機(jī)成功率提升12.5%，膈肌厚度還與個(gè)體差異及膈肌水腫等因素有關(guān)。

DTF代表膈肌厚度的變化程度，可直接反映肺容積、間接反映膈肌收縮力，有助于減少膈肌水腫等因素對(duì)呼氣末及吸氣末膈肌厚度測(cè)值的影響，且與呼吸機(jī)參數(shù)無明顯相關(guān)[3]；其計(jì)算公式為DTF=(吸氣末膈肌厚度-呼氣末膈肌厚度)/呼氣末膈肌厚度×100%，以M型超聲檢測(cè)的正常值為42%～78%[3]。meta分析[12]結(jié)果顯示，DTF是預(yù)測(cè)機(jī)械通氣撤機(jī)成功最準(zhǔn)確的指標(biāo)，其截?cái)嘀禐?0%～36%。一項(xiàng)針對(duì)56例接受機(jī)械通氣患者的研究[2]發(fā)現(xiàn)，以DTF 30%預(yù)測(cè)撤機(jī)成功的敏感度為88%，特異度為71%；亦有研究[10]以34.2%為DTF預(yù)測(cè)撤機(jī)成功的截?cái)嘀?，并發(fā)現(xiàn)DTF可預(yù)測(cè)撤機(jī)后并發(fā)癥。

4.2 DE 行超聲掃查時(shí)，將凸陣探頭置于右側(cè)肋弓與鎖骨中線至腋前線交點(diǎn)處之間，以肝、脾為聲窗，可見貼于肝、脾的一條強(qiáng)回聲曲線，即膈?。恢筠D(zhuǎn)為M型模式，觀察膈肌運(yùn)動(dòng)軌跡：吸氣時(shí)膈肌下移，向探頭方向移動(dòng)，呼氣時(shí)則相反，呼氣末至吸氣末膈肌移動(dòng)的垂直距離即DE[13]。平靜呼吸時(shí)，膈肌左、右側(cè)DE正常值分別為1.78～2.86 cm及1.81～2.89 cm，深呼吸時(shí)分別為4.28～6.80 cm及4.09～6.51 cm，且男性略高于女性[13]；平靜呼吸時(shí)，如DE<10 mm或膈肌出現(xiàn)矛盾運(yùn)動(dòng)，則提示膈肌無力[14]。

FARGHALY等[15]報(bào)道，以DE≥10.5 mm預(yù)測(cè)機(jī)械通氣撤機(jī)成功的敏感度(87.5%)及特異度(71.2%)均較高。JIANG等[16]以肝、脾隨呼吸移動(dòng)的垂直距離代替DE，并以該值≥11 mm成功預(yù)測(cè)機(jī)械通氣撤機(jī)。之后有學(xué)者[17]采用M型超聲監(jiān)測(cè)腎臟與膈肌間距離或肺下界活動(dòng)度以代替DE，可避免因肺下界移動(dòng)遮擋膈肌而產(chǎn)生的測(cè)量誤差；但亦有學(xué)者[18]持相反觀點(diǎn)，認(rèn)為鄰近器官活動(dòng)度與DE的一致性較差，以DE預(yù)測(cè)撤機(jī)結(jié)局更為準(zhǔn)確?？傮w而言，臨床以DE預(yù)測(cè)機(jī)械通氣撤機(jī)結(jié)局可出現(xiàn)誤差，主要原因在于DE僅反映膈肌移動(dòng)距離，而無法分辨其為膈肌收縮舒張抑或呼吸機(jī)支持所致。

最近，有研究[19]基于DE提出預(yù)測(cè)指數(shù)ULDIMex，即(吸氣時(shí)間+呼氣時(shí)間)×深吸氣時(shí)DE/2；以其>4.06 cm/s預(yù)測(cè)機(jī)械通氣撤機(jī)成功的敏感度高達(dá)92.8%。一項(xiàng)針對(duì)37例接受機(jī)械通氣的慢性阻塞性肺疾病患者的研究[20]結(jié)果顯示，撤機(jī)成功率P =1/[1+e^-(-5.625+17.689×ΔDE30-5+1.802×DE30)]，其中，ΔDE30-5=DE30-DE5，而DE5、DE30分別指于5及30 min行SBT時(shí)的右側(cè)膈肌DE；以P>0.626預(yù)測(cè)機(jī)械通氣撤機(jī)成功的敏感度及特異度分別為92%及83.3%。

4.3 DRSBI 淺快呼吸指數(shù)=呼吸頻率/潮氣量，可用于預(yù)測(cè)機(jī)械通氣撤機(jī)結(jié)局；但潮氣量可通過刺激呼吸中樞而動(dòng)員輔助呼吸肌進(jìn)行維持，此時(shí)以淺快呼吸指數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性較低[21]。MOWAFY等[22]基于DE提出了新的淺快呼吸指數(shù)評(píng)估指標(biāo)，即DRSBI(呼吸頻率/DE)，并發(fā)現(xiàn)以DRSBI≥1.6次/(min·mm)預(yù)測(cè)撤機(jī)失敗的敏感度為97.3%；相比單獨(dú)以淺快呼吸指數(shù)或DE預(yù)測(cè)撤機(jī)結(jié)局，DRSBI可更準(zhǔn)確地反映呼吸負(fù)荷、呼吸肌及呼吸中樞三者的關(guān)系，更適于臨床推廣、應(yīng)用。

4.4 TPIAdia TPIAdia指M型超聲模式下發(fā)現(xiàn)膈肌開始收縮至其達(dá)到最大收縮程度的時(shí)間[23]；以TPIAdia>0.8 s預(yù)測(cè)機(jī)械通氣撤機(jī)成功的敏感度為92.2%，但特異度僅45.5%[23]，有待進(jìn)一步觀察。

4.5 DCV DCV指DE與吸氣時(shí)間的比值，可反映膈肌肌力，其正常值為0.9～1.7 cm/s；DCV≥1.74 cm/s時(shí)易出現(xiàn)撤機(jī)失敗[24]。行SBT時(shí)，撤機(jī)失敗患者DCV升高速度較快[24]。

4.6 E-T指數(shù) E-T指數(shù)反映膈肌移動(dòng)時(shí)對(duì)抗的吸氣阻力，為DE與吸氣時(shí)間的乘積[25]；PALKAR等[25]認(rèn)為E-T指數(shù)預(yù)測(cè)機(jī)械通氣撤機(jī)結(jié)局的效能優(yōu)于DCV，以E-T指數(shù)>0.92(cm·s)預(yù)測(cè)撤機(jī)成功的敏感度及特異度分別為79.2%及75.0%。

4.7 膈肌對(duì)合角 膈肌舒縮過程中，右側(cè)肋膈角處膈肌與胸壁對(duì)合形成的角度可發(fā)生變化，該角度在平靜呼氣末與用力呼氣末的差值即膈肌對(duì)合角，可用于評(píng)估慢性阻塞性肺疾病嚴(yán)重程度。膈肌功能障礙時(shí)，膈肌收縮及舒張程度均降低，膈肌對(duì)合角隨之減小[26]。膈肌對(duì)合角有望作為預(yù)測(cè)機(jī)械通氣撤機(jī)結(jié)局的新指標(biāo)，有待更多研究加以證實(shí)。

5 小結(jié)與展望

機(jī)械通氣為ICU支持生命的重要手段，但復(fù)雜的病理生理情況可影響撤機(jī)結(jié)局。膈肌功能為撤機(jī)結(jié)局的主要影響因素，故于撤機(jī)前對(duì)其進(jìn)行評(píng)估十分重要。目前尚無針對(duì)撤機(jī)前常規(guī)檢測(cè)膈肌功能的推薦及共識(shí)，但越來越多研究表明，超聲可作為撤機(jī)前評(píng)估膈肌功能的重要手段，能夠監(jiān)測(cè)膈肌形態(tài)及運(yùn)動(dòng)、預(yù)測(cè)撤機(jī)結(jié)局，以指導(dǎo)臨床決策。隨著斑點(diǎn)追蹤及剪切波彈性成像等技術(shù)的發(fā)展，未來或?qū)⒊霈F(xiàn)超聲評(píng)估膈肌功能及預(yù)測(cè)撤機(jī)結(jié)局的新指標(biāo)、新方法。除VIDD之外，接受機(jī)械通氣患者多存在心肺功能及自主神經(jīng)功能異常，此時(shí)單一超聲評(píng)估膈肌功能預(yù)測(cè)撤機(jī)結(jié)局的價(jià)值有限，聯(lián)合應(yīng)用多參數(shù)多模態(tài)成像或可提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，有待后續(xù)進(jìn)一步觀察。