體外膈肌起搏聯合肺康復對慢阻肺急性加重期患者膈肌和外周骨骼肌功能的影響

祖麗皮努爾·阿卜杜薩迪克,王寶蘭

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD) 是以氣流受限不完全可逆、伴有全身多系統損害、進行性加重的慢性炎癥反應性疾病,具有高發病率、高致殘率和高死亡率等特點[1]。呼吸肌和外周骨骼肌功能障礙獨立于氣流受限程度,是導致COPD功能障礙的主要因素。COPD急性加重期 (acute exacerbations of COPD,AECOPD)的患者接受機械通氣后易伴發重癥醫學科獲得性衰弱 (intensive care unit-acquired weakness,ICU-AW)和呼吸機相關膈肌功能障礙(ventilator-induced diaphragmatic dysfunction,VIDD),導致骨骼肌功能障礙進一步加重[2]。研究報道COPD患者的肺康復可能不是直接改善肺功能[3],而是通過改善呼吸肌和外周骨骼肌,以改善呼吸及運動功能。Hill等[4]發現,COPD患者呼吸肌功能障礙加重外周骨骼肌功能降低,提示:改善COPD患者呼吸肌功能,可能間接增強其外周骨骼肌功能。膈肌是最重要的吸氣肌,占呼吸肌功能的70%～80%。體外膈肌起搏器(external diaphragm pacer,EDP)通過低頻脈沖電刺激膈神經,改善膈肌功能[5]。目前,EDP多用于穩定期COPD,且針對膈肌功能康復而應用于AECOPD 機械通氣患者的外周骨骼肌功能改善的研究鮮見。本研究應用超聲精準評估骨骼肌功能,采用EDP聯合肺康復治療,對AECOPD機械通氣患者進行干預,分析其與常規肺康復療效的差異,以及膈肌功能變化與外周骨骼肌功能、活動能力變化的相關性,為AECOPD 機械通氣患者康復提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2021年6月～2022年6月我院收治的AECOPD有創機械通氣患者70例為研究對象。納入標準:符合《2017ERS/ATS慢性阻塞性肺疾病急性加重管理指南》中AECOPD診斷標準[6];符合臨床有創機械通氣指證;年齡18～80歲;預期住院時間>2周;血流動力學穩定;呼吸中樞驅動正常;認知知覺水平為清醒;EDP電極貼置區域皮膚正常。排除標準:惡性腫瘤患者;嚴重的心、肝、腎功能不全者;血液系統惡性疾病患者;有EDP禁忌證(氣胸的患者;胸膜粘連增厚、活動性肺結核、體內裝有心臟起搏器)體表電極過敏者;膈肌結構受損、麻痹或解剖學功能異常者;缺少能夠看到膈肌厚度變化的視窗者;腦卒中、神經肌肉疾病等非呼吸系統疾病引起的運動受限者;孕婦及哺乳期婦女。本研究符合醫學倫理學要求,經我院倫理委員會批準(倫理編號:K202108-05),患者簽署知情同意書。采用隨機數字表將患者分為觀察組和對照組各35例。2組患者基線資料比較差異無統計學意義。見表1。

表1 2組患者一般資料比較

1.2 方法

1.2.1 對照組 對照組給予健康教育、氣道管理、抗感染、營養支持和鎮靜等常規臨床干預和常規肺康復評估與治療。評估包括標準化5問題問卷(standardized five questions,S5Q)、心血管及呼吸功能評估、活動和運動功能評估。治療包括體位管理、氣道廓清技術、呼吸訓練、運動訓練、物理因子治療。

1.2.2 觀察組 觀察組在對照組的基礎上進行EDP治療:患者取床頭60°傾斜的仰臥位,將HLO-GJl3A型EDP的主電極片貼于胸鎖乳突肌外下1/3位置,輔助電極片貼于雙側鎖骨中線與第二肋間交叉點。治療參數:脈沖頻率為40Hz,刺激強度為患者可承受的最大強度,刺激次數為9次/min(系統默認)或(患者呼吸頻率/2)次/min,脈沖寬度200us,脈沖幅度≤30V。20min/次,2次/d,6d/周,療程為2周。

1.3 評定標準 在治療前、治療2周后,采用雙盲法,由從事心肺物理治療5年以上的治療師對2組患者進行下列評定。

1.3.1 膈肌功能測定[8]采用MindaryM5便攜式彩色多普勒超聲系統進行測定:① 膈肌活動度(diaphragm excursion,DE)測定:DE為膈肌吸氣末和呼氣末間的位移。患者取床頭30°傾斜的仰臥位,將頻率為2～5Hz凸陣探頭置于右側鎖骨中線及腋前線與肋弓下緣交界處,探頭指向膈肌后半部分,膈肌呈一條厚線樣高回聲帶。用M超記錄3個呼吸周期膈肌的縱向運動波形。M超取樣線指向膈肌頂部并與長軸夾角小于30°,囑患者呼氣至殘氣容積位,用力吸氣至肺總容量,測膈肌運動范圍,待其運動平穩,取與膈肌垂直的最大樣線為DE。②膈肌增厚分數(diaphragm thickening fraction,DTF)測定:將頻率為7～13 Hz的線陣探頭置于右側腋前線第7或8肋間,M超掃描膈肌的運動,分別量取呼氣末膈肌厚度(diaphragm thickness at end-expiration,DTee)、吸氣末膈肌厚度(diaphragm thickness at end-inspiration,DTei),測3個呼吸周期,求平均值。通過公式算取DTF,DTF=(DTei-DTee)/DTee×100%。

1.3.2 外周骨骼肌功能評定 ①股四頭肌厚度(quadriceps muscle thickness,QMT)測量[9]:患者取平臥位,雙下肢伸直。采用7～13Hz線陣探頭,取髕骨上緣到骼前上棘連線中下1/3處為探測點,測量股骨到股直肌上緣之間的距離,測3次,取平均值為QMT。②肱二頭肌厚度(biceps brachii thickness,BRT)測量[10]:患者取平臥位,肘伸直并前臂外旋。采用 12L-A 高頻探頭,自肘正中線至肩峰中下1/3處為探測點,測量肱骨到肱二頭肌上緣之間的距離,測3次,取平均值為BRT。③醫學研究委員會評分(medical research council score,MRC-score)[10]:分別對雙側三角肌、肱二頭肌、腕長伸肌、髂腰肌、股四頭肌、脛前肌進行6級徒手肌力評定,每級評分0～5分,將所有肌群的分數相加得MRCsum值,最高分為60分,最低分為0分,分值越高,說明肌力越高,MRCsum<48分,則診斷為ICU-AW。

1.3.3 活動能力評定 采用莫頓活動指數(the DE Morton mobility index,DEMMI)評估患者活動功能,DEMMI包括5大項內容:①床上活動:臀橋、翻身、臥位到坐起。②坐椅:獨立坐在椅上、上肢支撐下和非上肢支撐下坐到站起。③靜態平衡(無輔具下):無支持站立、雙腳并攏站立、踮腳站立、閉眼雙腳并攏站立。④行走:行走距離(可借助輔具)、行走獨立性。⑤動態平衡:從地上撿起鉛筆、向后走 4步,跳躍。共100分,分值越高,說明活動功能越好[11]。

1.3.4 機械通氣(mechanical ventilation,MV)和ICU 入住時間[12]入組2周時記錄MV和ICU入住時間。

2 結果

2.1 2組患者治療前后DE、DTF、QMT、BRT、MRC、DEMMI、MV和ICU入住時間比較 治療2周后2組DE、DTF、QMT、BRT、MRC、DEMMI均較治療前提高(P<0.05)。與對照組比較,觀察組治療后DE、DTF、QMT、BRT、MRC、DEMMI顯著提高(P<0.05)。與對照組比較,觀察組MV和ICU入住時間縮短(P<0.05)。見表2。

2.2 DE和DTF提高程度分別與BRT提高程度的回歸分析 回歸模型擬合度調整 R2=0.698,即BRT增加69.8%是由DE和DTF的增加引起的(F=80.71,P<0.01),說明兩者變化程度均顯著影響BRT的變化程度。建立回歸方程1:Y=0.04X-0.003,即DE每增加1cm,BRT增加0.04cm;建立回歸方程2:Y=0.005X-0.003,即DTF每增加1%,BRT增加0.005cm,見表3。

2.3 DE和DTF提高程度分別與QMT提高程度的回歸分析 回歸模型擬合度調整 R2=0.796,即QMT增加79.6% 是由DE和DTF的增加引起的(F=135.59,P<0.01)。說明兩者變化程度均顯著影響QMT的變化程度。建立回歸方程1:Y=0.262X-0.091,即DE每增加1cm,QMT增加0.262cm; 建立回歸方程2:Y=0.013X-0.091,即DTF每增加1%,QMT增加0.013cm,見表4。

2.4 DE和DTF提高程度分別與DEMMI提高程度的回歸分析 回歸模型擬合度調整 R2=0.327,即DEMMI增加32.7% 是由DE和DTF的增加引起的(F=17.73,P<0.01)。DE的變化程度顯著影響DEMMI的變化程度(P=0.031),影響系數為2.453>0,即DE提高程度正向影響DEMMI提高程度。建立回歸方程:Y=2.453X+1.794,即DE每增加1cm,DEMMI分數增加2.453,見表5。

表2 2組患者治療前后各指標比較

表3 DE和DTF提高程度與BRT提高程度回歸分析

表4 DE和DTF提高程度與QMT提高程度回歸分析

表5 DE和DTF提高程度與DEMMI提高程度回歸分析

3 討論

AECOPD患者的膈肌形態、運動等發生顯著變化,影響肺通氣功能[13],MV導致的VIDD進一步加重膈肌功能障礙。超聲評估膈肌功能的準確性與顫搐性跨膈壓相關性良好,約為86%,且較顫搐性跨膈壓操作簡便[14]。床邊超聲與標準超聲膈肌功能評估效能相似[15]。DE和DTF為超聲評估膈肌運動和收縮功能的有效指標,且DTF能識別早期VIDD。EDP可有效改善膈肌厚度、收縮力和耐力,適用于AECOPD機械通氣患者[5,16]。本研究中觀察組治療后DE和DTF顯著高于本組治療前和對照組治療后,與相關研究結果一致[17]。Reynolds等[18]研究揭示了EDP提高膈肌運動和收縮力可能的生理機制:電刺激膈神經可增加膈肌血供、促進膈肌蛋白質合成,通過同時增加膈肌Ⅰ、Ⅱ型纖維含量,逆轉膈肌Ⅰ、Ⅱ型纖維之間的轉換。本研究中觀察組在治療后DTF的顯著提高進一步證實EDP能有效改善VIDD。Jung等[19]探討EDP對MV患者膈肌功能改善的機制:EDP使膈肌節律性收縮,增加DE,以模擬生理性呼吸運動,從而改善呼吸功能。EDP使患者保持清醒,增加其自主呼吸意識,提高主動訓練依從性,以提升肺康復效果,這可能是DE和DTF改善的另一原因。

本研究中觀察組的MV和ICU入住時間明顯短于對照組,與相關研究結果相似[20]。研究表明:DE在平靜呼吸時1.0～1.4cm、DTF在30%～36%時對預測脫機成功率有較好的指導作用[21]。本研究觀察組脫機時DTF在(33.12±2.16)%,DE在(3.11±0.71)cm,提示膈肌功能的改善有利于減少MV時間。EDP治療時,在流速和潮氣量穩定不變的情況下,壓力-時間曲線明顯下移,氣道壓力和峰壓明顯下降,提示EDP可能通過改善患者的肺順應性,改善肺通氣。這種變化是否與EDP治療參數相關,需進一步研究。

本研究中觀察組治療后QMT、BRT和MRC顯著高于本組治療前和對照組治療后,且DE和DTF可正向影響QMT和BRT,提示EDP通過改善膈肌運動和收縮力以促進QMT、BRT的提高。陳煉等[22]報道,呼吸肌電刺激對中-重度穩定期COPD患者股四頭肌和肱二頭肌肌力無顯著影響,與本研究結果存在明顯差異,主要原因:①等速肌力測試未能敏感反映肌力改善;②干預方式為門診呼吸肌電刺激+呼吸訓練,未涉及運動訓練;③治療周期雖然12周,但2d/周、1次/d、20min/次、電刺激頻率30Hz,總治療劑量偏小。研究顯示穩定期中-重度COPD患者因下肢運動受限較明顯,QMT顯著下降,但BRT變化不顯著,提示QMT和BRT可用于評估AECOPD機械通氣患者外周骨骼肌功能[23]。肺過度充氣間接影響COPD患者外周骨骼肌功能,故增強呼吸肌功能、減輕患者肺過度充氣,可改善外周骨骼肌功能[24]。本研究結果支持此假設,EDP可能通過改善肺過度充氣間接改善QMT、BRT和MRC。在EDP特定的刺激模式(9次/min)下進行呼吸訓練,呼吸頻率保持在8～10次/分、控制吸呼比1∶2～1∶3,延長呼氣時間至4～6s,可能是肺過度充氣減輕的重要因素。EDP通過提高DTF,提高膈肌肌力,改善肺通氣功能;通過提高DE,減少肺氣體潴留,以改善肺過度充氣,增加全身骨骼肌氧和血流供應。但COPD骨骼肌氧和血流供應與肌肉厚度、力量的相關性研究鮮見,需更多研究探討。

本研究中觀察組治療后DEMMI明顯高于本組治療前和對照組治療后,且DE和DTF可正向影響DEMMI,與相關研究結果一致[25]。有研究報道,DEMMI比巴氏指數(BarthelIndex,BI)更能準確評估急性或亞急性老年患者(年齡>65歲)活動能力,提示DEMMI適用于老年AECOPD機械通氣患者[26]。首先,EDP能降低呼吸頻率,加強節律性深慢呼吸,以調整活動中的呼吸模式,減少輔助呼吸肌使用,從而減少氧耗。其次EDP通過降低交感神經興奮性,改善呼吸肌血流“竊流”現象,增加外周骨骼肌血供,改善ICU-AW,以減輕活動引發的呼吸困難和疲勞感[27]。膈肌功能改善有利于提高機體有氧代謝能力,進而改善患者活動能力。

本研究的局限性:①DE及DTF易受機器分辨率、MV模式等影響,需尋找更有效的指標;②EDP強度取決于患者主觀感覺,需尋求更客觀的方法;③療程較短,EDP對骨骼肌的長期療效需進一步研究;④樣本量需進一步擴增。

綜上,定量超聲能客觀評價骨骼肌功能,EDP不失為AECOPD機械通氣患者主被動訓練相結合的有效方式,改善患者骨骼肌功能和活動能力,縮短MV和ICU入住時間,具有臨床推廣價值。