膈肌超聲在慢性阻塞性肺疾病中的研究進展

李佳佳 蔣幼凡

重慶醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學科400010

COPD 是一種常見的以持續(xù)性氣流受限為特征的疾病,反復的急性加重和各種并發(fā)癥將影響患者的預后。來自29個國家的調查統(tǒng)計顯示中度以上COPD 患者在成年人中占比高達10%,隨著老齡化加重,到2030 年預計每年有超過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 防治的嚴峻現(xiàn)狀,截至2015 年我國COPD 患者例數(shù)約為1 億[2],構成了重大的家庭和社會負擔。

1 膈肌超聲概述

膈肌超聲是指通過M 型超聲和B型超聲獲得膈肌結構相關指標的方法。右側膈肌因有肝臟作為聲學窗從而在臨床中應用更為廣泛。Goligher等[5]的研究也證實了右側膈肌較左側膈肌測量更為直觀、重復性好。

1·1 膈肌厚度和膈肌增厚分數(shù) 膈肌厚度是可直接測量的超聲指標,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。而膈肌增厚分數(shù) [膈肌增厚分數(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)的是一個呼吸周期中膈肌厚度的變化情況。在同一個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相關。呼吸過程中膈肌長度的改變可反應膈肌的收縮功能,因此膈肌厚度和膈肌增厚分數(shù)可作為間接評價膈肌收縮能力的指標。膈肌厚度受個體差異的影響較大,因此膈肌增厚分數(shù)可更準確地反應膈肌收縮功能[7]。

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

1·3 其他膈肌超聲指標 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度與吸氣時間的比值。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。但目前關于上述超聲指標的研究較少。

2 膈肌超聲指標與壓力學指標

2·1 壓力學指標概述 膈肌壓力學指標是目前評估膈肌功能最為準確的方法,包括跨膈壓、顫搐性氣道內壓、膈肌張力-時間指數(shù)等[4]。跨膈壓是膈肌收縮時膈肌胸腹側的壓力差,是評估膈肌功能的金標準。其中通過電磁刺激后獲得的顫搐性跨膈壓是反應跨膈壓誤差最小的指標。顫搐性氣道內壓是用于反映氣管插管患者膈肌功能的指標[9]。但因為上述指標測量均為侵入性操作,患者耐受性差,臨床使用受限。

2·2 超聲指標與壓力學指標相關性 Umbrello等[6]在25例機械通氣患者中發(fā)現(xiàn)跨膈壓與膈肌增厚分數(shù)密切相關(r=0.701)。另一項研究在112例進行脫機試驗患者中測量膈肌增厚分數(shù)和膈肌移動度,證實膈肌增厚分數(shù)和膈肌移動度與顫搐性氣道內壓分別呈高度及中度相關 (r =0.87、0.45)[10]。綜上可知,膈肌增厚分數(shù)和膈肌移動度兩項超聲指標與傳統(tǒng)的膈肌壓力學指標具有良好相關性,可作為無創(chuàng)性指標替代壓力學指標在臨床中推廣應用。

3 膈肌超聲在COPD中的應用

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 的金標準,但臨床中仍有少部分患者因呼吸困難等因素無法配合肺功能檢查,使得臨床確診COPD存在困難。有一項納入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度之比,與FEV1/FVC 具有高度相關性 (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]。同時國內也有研究發(fā)現(xiàn)平靜和深呼吸時的膈肌移動度用于協(xié)助診斷COPD 具有較高效能 (曲線下面積分別為0.823、0.858)。平靜和深呼吸時膈肌移動度閾值分別為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,膈肌移動度或許可作為補充指標,有助于臨床排除COPD 的診斷。后續(xù)可進一步開展大樣本量的研究,尋找更準確的膈肌超聲指標閾值作為肺功能的補充,協(xié)助診斷COPD。

3·2 膈肌超聲評估COPD 病情嚴重程度

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COPD 患者肺過度充氣的程度。Smargiassi等[14]在此基礎上進一步研究肺過度充氣程度和膈肌超聲指標之間的關系,觀察到吸氣末所對應的膈肌厚度與IC/TLC呈正相關。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)計學意義。一項在此基礎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)學研究委員會呼吸困難量表 (modified Medical Research Council,m MRC)評分、FEV1%pred 進行亞組分析,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)計學意義[16]。

不文明現(xiàn)象總讓媒體揪著批，恐怕沒完沒了，時間長了，會給大眾帶來“審丑疲勞”。其實，一次法律行動勝過一萬次輿論譴責，相關執(zhí)法者、管理者，應走在媒體前面，該出手時就出手，積極捍衛(wèi)法律規(guī)則，彌平社會爭議。以高鐵霸座問題為例，每次輿論曝光之后，相關部門都會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間的處罰，恐怕霸座者也不至于這么囂張，權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 膈肌增厚分數(shù) 有研究發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定期COPD 患者的膈肌增厚分數(shù)與FEV1%pred、6 分鐘步行距離呈正相關(r =0.89、0.53),與 m MRC 評分呈負相關 (r =-0.59)[17-18],同時急性加重期COPD 患者膈肌增厚分數(shù)顯著低于穩(wěn)定期患者[17]。黃秋霞等[19]進一步發(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數(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 膈肌移動度 有研究發(fā)現(xiàn)在平靜呼吸時,COPD 患者膈肌移動度隨著FEV1%pred的下降而上升;而在深呼吸時隨著FEV1%pred的下降而下降[20]。同膈肌增厚分數(shù)相同,Evrin等[21]和張黎娟[18]同樣發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定期COPD 患者深呼吸時膈肌移動度與FEV1%pred和6 分鐘步行距離呈正相關 (r =0.95、0.51),而與每年急性加重次數(shù)和m MRC評分呈負相關 (r=-0.587、-0.50)。

綜上,膈肌增厚分數(shù)和膈肌移動度與臨床中常用的評價COPD 病情的指標均具有一定相關性。其中FEV1%pred是評估COPD 患者病情嚴重程度最常用的指標,而膈肌增厚分數(shù)和深呼吸膈肌移動度與FEV1%pred均存在顯著相關性,這意味著將其作為評估氣流阻塞程度和病情嚴重程度的指標具備可行性。但目前尚缺乏關于膈肌超聲指標評估病情的具體分級標準,后續(xù)可繼續(xù)開展相關研究作為對肺功能指標的補充,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練。而膈肌厚度評估病情嚴重程度的適用性仍存在爭議,有待進一步探索。

3·3 膈肌超聲評估動脈血氣情況 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致嚴重的酸堿代謝失衡、破壞內環(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 膈肌功能與血氣情況 一項關于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后SaO2、氧合指數(shù)更高,差異均有統(tǒng)計學意義 (P 值均<0.05)[22]。該研究揭示膈肌功能是COPD 患者動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)生呼吸衰竭的風險。

3·3·2 膈肌超聲指標預測血氣情況 前文已闡明膈肌超聲指標與膈肌壓力學指標的相關性[6,10]。Kang等[23]進一步發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定期COPD 患者深呼吸時膈肌移動度與未吸氧狀態(tài)下的PaCO2呈負相關。而Okura等[24]采用測定膈肌增厚分數(shù)來預測氧飽和度,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)的基礎上進一步聯(lián)合膈肌增厚分數(shù) (r=0.70)能更有效預測患者的夜間SaO2。因此,在穩(wěn)定期COPD 患者中膈肌增厚分數(shù)和膈肌移動度同樣能作一種補充方式預測動脈血氣情況。而急性加重期患者常需氧療或機械通氣,不同的參數(shù)設置會影響膈肌超聲指標[25]和血氣情況,目前在急性加重期中利用膈肌超聲指標預測血氣情況的研究較少,有待進一步開展。

3·4 膈肌超聲預測COPD 機械通氣轉歸 機械通氣是COPD 急性加重期合并呼吸衰竭時強有力的治療手段,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項研究的meta分析證實膈肌功能障礙是脫機失敗的重要預測因子[26]。因此,發(fā)現(xiàn)更多能反應膈肌功能的指標有助于早期識別膈肌功能障礙,指導COPD 患者治療。

3·4·1 膈肌增厚分數(shù)的應用 膈肌增厚分數(shù)是預測COPD患者行無創(chuàng)通氣治療后轉歸的重要參數(shù)[27]。既往有研究報道膈肌增厚分數(shù)<20%定義為膈肌功能障礙[28]。Marchioni等[29]發(fā)現(xiàn)膈肌增厚分數(shù)<20%也能預測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%。膈肌增厚分數(shù)<20%的患者行無創(chuàng)輔助通氣后需進一步行氣管插管通氣、氣管切開術的概率較無膈肌功能障礙者增大6 倍,同時其ICU 入住時間、總體住院時間、短期及90 d病死率均增高,差異均有統(tǒng)計學意義 (P值均<0.05)[29-30]。Blumhof等[31]研究發(fā)現(xiàn)在拔管后48 h內膈肌增厚分數(shù)>20%時再次行氣管插管有創(chuàng)通氣的可能性較低。

3·4·2 膈肌移動度的應用 早期有研究定義膈肌移動度<10 mm 為膈肌功能障礙[32]。Cammarota等[33]研究了膈肌移動度在評估COPD 無創(chuàng)通氣轉歸中的價值,發(fā)現(xiàn)在行無創(chuàng)通氣后1 h進行膈肌移動度測量用于評估轉歸結果最可靠 (AUC=0.98),無創(chuàng)通氣失敗的膈肌移動度置信區(qū)間為9.4～10.0 mm,因此可認為膈肌移動度<10.0 mm 同樣能預測COPD 患者無創(chuàng)通氣失敗可能性高,應早期聯(lián)合其他治療方式。與預測無創(chuàng)通氣轉歸相同,有研究表明膈肌移動度是預測脫機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),最終成功拔管脫機患者膈肌移動度顯著高于脫機失敗者,在脫機試驗30 min時的閾值為1.70 cm,并且發(fā)現(xiàn)30 min時和5 min時的膈肌移動度變化值>0.16 cm,脫機拔管成功可能性更大。

3·4·3 膈肌超聲指標聯(lián)合呼吸淺快指數(shù) (rapid-shallowbreathing index,RSBI) RSBI在指導脫機拔管中具有重要價值和意義,RSBI增高是典型的呼吸肌疲勞的表現(xiàn)。肋間內外肌可在膈肌疲勞時代償性做功來維持潮氣量[36],但肋間內外肌耐受疲勞性差,使得RSBI用于預測脫機成功的敏感度及特異度較低[37]。因機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替代潮氣量,發(fā)現(xiàn)使用膈肌移動度-淺快呼吸指數(shù) (diaphragmaticrapid shallow breathing index,D-RSBI)、膈肌增厚分數(shù)-淺快呼吸指數(shù) (diaphragm thickening-rapid shallow breathing index,DT-RSBI)用于預測拔管結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是撤機失敗的獨立危險因素[38]。Ahmad等[39]發(fā)現(xiàn)在COPD 急性加重患者中D-RSBI預測的閾值為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是預測脫機成功最敏感的獨立因素[32,39],后期可進一步開展DT-RSBI在預測COPD 患者脫機拔管中閾值的相關研究。

綜上,膈肌超聲在指導重癥COPD 機械通氣患者的治療中研究成熟,通過相關指標的測量能夠在早期有效識別膈肌功能障礙,判斷病情轉歸和評估拔管風險,有助于選擇更優(yōu)化的治療方式和提高撤機成功率,從而改善預后,臨床應用價值高。

4 小結與展望

膈肌超聲因其無創(chuàng)性、無輻射性以及可以實時、動態(tài)地監(jiān)測膈肌功能的優(yōu)點,在呼吸與重癥醫(yī)學領域中應用廣泛。膈肌超聲指標與壓力學指標具有良好的相關性,在評估COPD 患者疾病嚴重程度和指導危重癥患者治療中可聯(lián)合多種其他評估方法來應用,具有較大的研究價值。

然而關于COPD 膈肌功能的相關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。對于超聲膈肌指標預測血氧情況和呼吸衰竭發(fā)生的研究[23-24]也多為相關性研究,臨床使用有限,或許可進一步開展COPD 合并呼吸衰竭時膈肌超聲指標閾值的研究,有助于臨床監(jiān)測和早期識別危重癥患者。同時由于膈肌超聲需經(jīng)專業(yè)培訓,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用擴展到更多類型的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。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,該技術在COPD 具有廣闊的臨床應用前景。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突