摘要:膈肌是重要的呼吸肌之一,膈肌功能異??擅黠@影響呼吸功能。目前臨床可使用超聲動態觀察膈肌厚度、膈肌移動度等指標,并通過公式計算膈肌厚度分數、膈肌收縮速度等指標綜合評估患者膈肌功能。臨床中評估臂叢神經阻滯伴隨的膈肌功能障礙、慢性阻塞性肺病的肺功能及運動耐量、重癥患者及麻醉后患者的撤機拔管時機及早期發現慢性心衰患者的吸氣肌無力和運動耐量下降等可對患者的病情及治療療效提供動態監測并能夠實現早期干預甚至改善預后。本文主要就超聲評估膈肌功能的相關指標及其測量方法、膈肌超聲在臨床中的應用等進行綜述。
關鍵詞:超聲;膈肌功能;呼吸功能;慢性阻塞性肺?。宦孕乃?/p>
中圖分類號:R445" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼:A" " " " " " " " " " " " " " " " " DOI:10.3969/j.issn.1006-1959.2023.16.036
文章編號:1006-1959(2023)16-0174-05
The Method of Ultrasonic Evaluation of Diaphragmatic Function and its Clinical Application
WU Jia-li1,HU Yang1,LI Ying-hua2,DENG Jie1,YUAN Yuan2,WANG Yu1
(Department of General Medicine1,Department of Ultrasound Medicine2,Yan'an Hospital Affiliated to Kunming Medical University,Kunming 650000,Yunnan,China)
Abstract:Diaphragm is one of the important respiratory muscles. Abnormal diaphragm function can obviously affect respiratory function. At present, ultrasound can be used to dynamically observe the diaphragm thickness, diaphragm excursion and other indicators, and calculate the diaphragm thickness fraction, diaphragmatic velocity and other indicators by formula to comprehensively evaluate the diaphragm function. Clinical evaluation of diaphragmatic dysfunction associated with brachial plexus block, lung function and exercise tolerance of chronic obstructive pulmonary disease, timing of weaning and extubation of critically ill patients and patients after anesthesia, and early detection of inspiratory muscle weakness and decreased exercise tolerance in patients with chronic heart failure can provide dynamic monitoring of the patient's condition and treatment efficacy, and can achieve early intervention and even improve prognosis. This article mainly reviews the related indicators and measurement methods of ultrasound evaluation of diaphragmatic function, and the clinical application of diaphragmatic ultrasound.
Key words:Ultrasound;Diaphragm function;Respiratory function;Chronic obstructive pulmonary disease;Chronic heart failure
膈肌是位于胸腹腔之間的肌肉-纖維結構,是重要呼吸肌之一,在呼吸肌功能中發揮60%~80%的作用。膈肌功能受中樞神經系統、膈神經、神經肌肉接點以及膈肌肌肉本身、胸腔及上腹部臟器等解剖學上的相關因素的影響[1],同時也受肥胖、個體營養狀況等因素影響,如上述因素出現問題即可能導致膈肌功能異常。膈肌功能異常可能是導致各種疾病的病理生理,不僅僅是神經肌肉疾病,還包括骨骼異常和肺部疾病,甚至影響心功能等。膈肌功能異常的表現多種多樣,且不具有特異性,常易被忽略,其臨床表現包括呼吸困難、夜間通氣不足、胃食管反流、反復肺衰竭、上腹部反常運動、睡眠障礙(疲勞、日間嗜睡、打鼾和呼吸暫停)等。因此,監測膈肌功能在臨床實踐中對于指導臨床治療、評估治療效果及預防并早期發現膈肌功能異常及其相關并發癥具有重要臨床意義。目前臨床評估膈肌功能的方法有:跨膈壓、胸部X片、計算機斷層掃描(CT)、磁共振成像(MRI)[2,3]等。其中結合膈神經刺激法的跨膈壓是診斷雙側膈肌麻痹的金標準,但此項檢查為侵入性檢查;而胸部X片、CT、MRI是通過影像學獲得膈肌結構、形態及位置改變得出膈肌移動度、膈肌長度及膈肌表面積來評估膈肌功能,但這些檢查只能靜態評估,且程序冗長對操作人員技術要求高。與上述評估方法相比,膈肌超聲具有操作方便、便攜、非侵入性、可動態監測等優勢[4],同時又具有上述方法同樣的特異性,目前認為超聲評估懷疑有功能障礙的膈肌運動具有顯著優勢。本文主要就超聲評估膈肌功能的相關指標及其測量方法和膈肌超聲的臨床應用進行綜述,以期對膈肌功能及應用有更全面的了解。
1超聲評估膈肌功能的指標及測量方法
超聲測量左半膈肌或右半膈肌均可用于評估膈肌功能,但是左半膈肌的活動受脾臟及胃腸等空腔臟器影響較大。同時,有研究證明[5],機械通氣狀態下的患者使用膈肌超聲測量右側膈肌厚度具有更高的可重復性,且兩側膈肌的厚度及膈肌厚度分數無明顯差異。因此,目前臨床實踐中應用超聲評估膈肌功能常觀察右半膈肌運動,同時以肝臟作為聲學窗。值得注意的是,膈肌厚度和移動度的超聲參數也可以根據初始測量點的不同而變化。
1.1直接測得膈肌厚度" 膈肌厚度主要反映膈肌的質量。目前臨床上常選用線陣探頭(10~12 MHz)獲得膈肌厚度。囑患者仰臥位,將超聲探頭位置選擇為腋前線、腋中線之間的第8、9肋間,使超聲束垂直于膈肌層。二維超聲圖像上可見明顯三層平行回聲層,分別為:胸膜層(高回聲)、肌肉層(無回聲)、腹膜層(高回聲),中間的無回聲層即為膈肌。在二維超聲下確定膈肌位置并選取測量線,明確測量線后轉換為M 超,在M超圖像上測量胸腹膜層之間的距離,即為膈肌厚度。膈肌厚度常隨呼吸運動呈周期樣改變。健康人群中膈肌厚度在吸氣時大于呼氣時,分別在平靜呼氣末與最大深吸氣末測量膈肌厚度,即平靜呼氣末膈肌厚度(DT-exp)及最大深吸氣末膈肌厚度(DT-insp),其中DT-exp主要反映膈肌質量,而DT-insp在反映膈肌質量的同時也反映膈肌的收縮力。同時,延長測量時長至2個或以上的呼吸周期有助于提高測量的可重復性。另外,關于膈肌厚度的參考值,Sarwal A等[4]研究發現,健康成年人平靜呼吸時膈肌厚度參考值為0.22~0.28 cm;膈肌厚度從DT-exp至DT-insp平均可增加54%(范圍為42%~78%)。一項納入150例中國健康成人志愿者的研究認為[6],健康成人平靜呼氣末膈肌厚度的參考值為(0.19±0.04)cm,與Sarwal A等[4]研究得出的健康成人平靜呼吸時膈肌厚度的參考值無顯著差異。此外,癱瘓的膈肌厚度平均為0.13~0.19 cm。當在M超上表現為膈肌厚度降低同時伴有膈肌移動度減小時認為存在膈肌萎縮,當DT-explt;0.2 cm時可診斷為膈肌萎縮[4]。
1.2膈肌厚度分數" 膈肌厚度分數可間接反映膈肌的質量及收縮力,比膈肌厚度更具敏感性。將M超模式下獲得的DT-exp及DT-insp代入公式可計算膈肌厚度分數:DTF=(DT-insp - DT-exp)/DT-exp×100%。Gottesman E等[7]研究認為,健康成人膈肌厚度分數正常范圍參考值為28%~76%,而膈肌功能障礙患者的變化范圍大致為 -35%~5%。黃佳茹[6]的研究認為,中國健康成人膈肌厚度分數的參考值為(1.71±0.58)%。此外,若DTFlt;20%則可診斷為膈肌功能障礙,又稱膈肌癱瘓或者膈肌麻痹。
1.3膈肌移動度" 膈肌移動度可直接反映膈肌的肌力及活動度。前中后部膈肌移動度存在明顯差異,因膈肌移動度在膈肌中后部大于膈肌前部。臨床上常以測量膈肌后部為主。測量膈肌移動度常選用凸陣探頭(3.5~5 MHz),囑患者仰臥位,超聲探頭位置選擇為鎖骨中線及腋前線間與肋緣的交界處(探頭標志朝向外下方)。首先在二維模式下確定膈肌位置并選定測量線;轉換為M超,測量線需與膈肌大致垂直。二維圖像上可見近似線狀的圓弧狀的高回聲層(膈肌)及低回聲的臟器(肝臟),M超下可見膈肌的活動軌跡隨呼吸呈周期樣變化,吸氣時膈肌靠近超聲探頭,超聲下表現為向上波形,呼氣時相反,類似于正弦波。分別標記呼氣末及吸氣末膈肌位置,膈肌移動度就是呼氣末及吸氣末間膈肌位置的垂直距離。關于健康成人膈肌移動度參考值,Boussuges A等[8]研究發現,健康人群中平靜呼吸狀態下男性的參考值為(1.8±0.3)cm,平靜呼吸狀態下女性的參考值為(1.6±0.3)cm;最大深呼吸狀態下男性的參考值為(7.0±0.6)cm,最大深呼吸狀態下女性的參考值為(5.7±1.0)cm。另有研究顯示[6],中國健康成年人平靜呼吸時參考值為(1.4±0.4)cm;最大深呼吸時參考值為(5.1±1.2)cm。另外,膈肌無力在超聲上主要表現為深呼吸時的膈肌移動度低于正常值,有或沒有吸氣時的矛盾運動。研究認為[2],M超測量單側膈肌運動時,若單側膈肌的膈肌移動度lt;4 mm且左右差異gt;50%時提示膈肌運動減退;若超聲圖像上示單側膈肌移動度為直線甚至膈肌移動度為零時提示膈肌運動不能;若吸氣時單側膈肌運動與正常運動方向相反,則提示存在膈肌矛盾運動。而當平靜呼吸下膈肌移動度lt;1 cm示膈肌功能障礙。
1.4膈肌收縮速度" 膈肌收縮速度可間接反映膈肌的肌力及活動度,尤其是當進行快速用力鼻吸氣動作時的膈肌收縮速度用于評估膈肌功能具有更高特異性,同時對患者配合要求高。但與膈肌移動度相比,其不受性別影響,成年男女性間差異無統計學意義[4]。臨床上在M超模式下測量膈肌移動度的基礎上同時測得吸氣時間,也就是從呼氣末到吸氣末的時間,在超聲上表現為類似于正弦波從波谷到波峰的水平距離,并通過公式計算膈肌收縮速度:膈肌收縮速度=DE/t,或可直接從超聲上獲得從波谷到波峰的斜率。目前認為健康成人膈肌收縮速度的參考值為(1.3±0.4)cm/s。
2超聲評估膈肌功能在臨床中的應用
2.1評估慢性阻塞性肺病的肺功能及運動耐量異常" 慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease,COPD)是一種以不完全可逆氣流受限為特征的慢性氣道炎癥性疾病,其診斷標準包括長期咳嗽咳痰或胸悶氣喘等癥狀外,還要結合相關肺功能的檢查結果來診斷,FEV1、FEV1/FVC%是診斷COPD及協助分級的重要指標。早在20世紀就有研究證明了膈肌功能與肺功能的相關性。研究顯示[9],在 COPD 患者中,超聲測量得的膈肌活動度與FEV1、膈肌增厚分數及 Pimax等測量值呈正相關,膈肌活動度與殘余容積和膈肌厚度呈負相關,膈肌增厚分數與FEV1呈顯性相關。馬瑛等[10]的報道認為膈肌最大移動度(DEmax)即深呼吸狀態下膈肌移動度在對照組或COPD組與FEV1、FEV1/FVC%均呈正相關,與肺功能具有良好相關性,且當平靜呼吸狀態下膈肌移動度lt;1.96 cm時助診COPD的靈敏度為52.82%、特異度為 98.53%;用力呼吸狀態下膈肌移動度lt;5.99 cm時助診COPD的靈敏度為52.94%、特異度為 100%。因此,可應用超聲獲得膈肌厚度、膈肌移動度來進一步評估COPD患者的肺功能。另外,也有文獻報道[11],膈肌功能對COPD患者運動耐量的評價也有重要意義,可能與氧化應激、酸中毒及高碳酸血癥等因素相關。Paulin E等[12]研究發現,COPD患者的膈肌移動度與6分鐘步行試驗(6MWT)距離呈正相關(r=0.38),與呼吸困難呈負相關(r=-0.36),提示COPD患者的膈肌移動度與運動耐量具有相關性。Shiraishi M等[13]報道DEmax和反映運動能力的攝氧量/體重呈正相關,因此推測通過膈肌超聲可評估COPD患者的運動耐量。Shiraishi M等[14]認為最大深呼吸狀態下膈肌移動度能較好地預測COPD患者肺康復后運動耐量的改善。故對于COPD及肺康復須重視膈肌功能,目前臨床上可通過阻力方法、過度呼吸法、閾值負荷法等膈肌鍛煉方式來改善運動耐量。綜上,超聲評估膈肌功能可用于協助COPD的診斷及評估運動耐量。這為早期監測COPD患者的膈肌功能、盡早對膈肌功能異常實施干預、阻止膈肌功能進一步減弱提供了理論依據。
2.2評估慢性心力衰竭的心功能及運動耐量" 心力衰竭(heart failure,HF)是各種心臟結構或功能性疾病導致心室充盈和(或)射血功能受損,心排血量不能滿足機體組織代謝需要,以肺循環和(或)體循環淤血,器官、組織血液灌注不足為臨床表現的一組綜合征。慢性心力衰竭(chronic heart failure,CHF)是各種心臟疾患的終末期表現,其診斷須綜合患者病史、臨場表現、體格檢查及輔助檢查。心功能的評估方法有很多,如左室射血分數(LVEF)、腦利鈉肽水平等。慢性心力衰竭患者常伴有膈肌功能障礙,對于心力衰竭影響膈肌功能狀態的研究發現[15],心力衰竭時膈肌功能異??赡芡ㄟ^以下2種機制發展:①膈肌灌注不足可降低膈肌收縮力(這意味著膈肌功能障礙是心力衰竭的副產物);②循環促炎細胞因子(尤其是腫瘤壞死因子-α和白細胞介素-6)可直接改變膈肌功能。大鼠試驗發現[16],CHF的膈肌功能異??赡苁且驗槠潆跫〉牡乳L和等張收縮能力受損,并伴有結構異常,包括肌節成分的局部降解和肌原纖維間隙的擴張以及線粒體的腫脹和變性,以及Ⅰ型(慢?。├w維萎縮。免疫熒光顯微鏡檢查顯示CHF膈肌纖維中肌球蛋白的染色強度降低。此外,作為主要吸氣肌,臨床上膈肌功能障礙常表現為吸氣肌無力等。Nakagawa NK等[17]關于射血分數下降的心力衰竭(HFrEF)與吸氣肌無力的研究發現,吸氣肌無力組的LVEF低于非吸氣肌無力組,吸氣肌無力組的平均左心室收縮末期容量和舒張期平均容量高于無吸氣性肌無力組,提示吸氣肌無力與左室射血分數(LVEF)呈正相關,與平均左心室收縮末期容量及舒張期平均容量呈負相關;而吸氣性肌無力組的腦利鈉肽水平顯著高于非吸氣性肌無力組亦提示膈肌功能與心功能具有相關性。Kinugasa Y等[18]研究發現,在心力衰竭中膈肌功能受損(DT-insplt;4 mm)與6MWT具有相關性。周盼盼等[19]的研究也發現,慢性心力衰竭患者中膈肌功能異常組(DT-insplt;4 mm)較膈肌功能保留組(DT-inspgt;4 mm)的左室舒張末期內徑減少、左室射血分數升高。這種相關性可能是因為心力衰竭患者在休息和運動時會過度換氣,使膈肌類似于進行持續的中等強度運動,機制可能與膈肌肌球蛋白重鏈異構體向慢肌球蛋白重鏈異構體的轉變,其氧化能力增加而糖酵解能力降低相關[18]。同時,早在1995年就有學者研究發現[20],慢性心力衰竭患者伴有吸氣肌無力,且最大呼吸壓力與最大耗氧量(VO2max)顯著相關,即吸氣肌功能與運動耐量具有相關性。研究認為[21],射血分數保留的心力衰竭(HFpEF)患者的吸氣末膈肌厚度減少與6MWT縮短相關,認為膈肌功能受損能夠獨立預測心力衰竭患者的運動耐量。另有研究顯示[22],膈肌厚度分數與HFrEF患者的運動耐量下降相關;同時,HFpEF患者膈肌厚度分數降低,也與運動耐量下降(基于6MWD)密切相關。其機制可能在于膈肌及外周肌肉的Ⅰ型纖維萎縮,抗氧化能力降低,線粒體密度降低,肌肉疲勞性增加。患有左心室收縮功能障礙的慢性心力衰竭患者中吸氣肌無力的發生率極高,并且預后較差。早期進行吸氣肌訓練可有效改善預后。另外,一項關于心衰患者使用同步膈肌刺激的研究認為[23],膈肌刺激應用于心力衰竭人群中對改善心功能和功能結局具有利影響。膈肌超聲能夠快速有效監測心衰患者的膈肌功能,早期識別心衰中存在膈肌功能異常的患者,使其盡早開始吸氣肌訓練尤其是膈肌訓練,這對于改善患者膈肌功能、提高運動耐量并調整呼吸反射具有良好作用,對慢性心衰患者的遠期預后具有正性影響。
2.3評估臂叢神經阻滯相關的膈肌功能障礙" 臨床上使用臂叢神經阻滯進行各種上肢、肩部甚至胸部手術及疼痛科使用臂叢神經阻滯緩解重度肩周炎、幻肢痛預防等的部分患者常出現通氣功能下降,表現為呼吸困難。目前認為與臂叢神經阻滯并發的膈肌功能障礙相關。臂叢神經是由C5~8及T1前支組成,膈神經是從C3~5發出,二者間僅間隔一層頸深筋膜淺層(封套筋膜)。膈神經及臂叢神經的走形相近,所以在進行臂叢神經阻滯時麻藥擴散可能會同時阻滯膈神經造成膈肌功能障礙。而當膈神經走行于肌間溝時與臂叢神經尤為相近,故在行肌間溝入路的臂叢神經阻滯時更容易發生膈肌癱瘓。雖然關于臂叢神經阻滯并發的膈神經阻滯導致膈肌功能障礙尚需繼續探索,但使用超聲通過膈肌厚度及膈肌移動度對膈肌功能進行動態評價并在超聲指導下行臂叢神經阻滯預防膈肌功能障礙具有明確臨床價值。此外,胡煥盛等[24]的研究認為,臂叢神經阻滯相關膈神經阻滯的發生率的升降與麻醉藥物濃度顯著相關。同等劑量下不同濃度的麻醉藥物,如0.375%羅哌卡因與0.5%羅哌卡因均可達到預期的阻滯效果,但0.375%羅哌卡因較0.5%羅哌卡因導致膈肌功能障礙的發生率更低。殷琴琴等[25]研究認為,當行肌間溝入路臂叢神經阻滯時使用麻醉藥物濃度一致的情況下,藥物劑量增大,膈神經阻滯的發生率也隨之增高。綜上,膈肌超聲動態評估膈肌功能及引導臂叢神經阻滯、及時調整麻醉藥物濃度和劑量等可有效預防膈肌功能障礙,減少膈肌功能對治療效果的影響。
2.4評估重癥患者機械通氣撤機拔管的時機" 在危重癥病房中,大多患者病情危重并常使用機械通氣且在危重患者常存在脫機困難。目前臨床通過自主呼吸試驗(SBT)或壓力支持試驗(PST)下的呼吸淺快指數(RSBI)來評估撤機拔管時機,但仍存在脫機困難。其原因可能在于過早停用機械通氣可能會導致呼吸壓力升高、低氧血癥和二氧化碳潴留、呼吸衰竭,甚至危及心血管等,近1/4過早停用機械通氣的患者需重新建立呼吸機支持。但是不必要的機械通氣延長并延遲撤機也會產生不良影響,同時呼吸機支持即機械通氣也可能導致膈肌萎縮和功能障礙。既往無膈肌疾病病史的危重患者存在膈肌功能障礙,而這類患者更易出現脫機失敗。因此,選擇恰當撤機拔管時機十分重要。Mahmoodpoor A等[26]認為相較于膈肌移動度(DE)及RSBI,膈肌厚度分數(DTF) 預測停止機械通氣時機的準確性更具有優勢。McCool FD等[27]的研究發現膈肌超聲評估DTF有助于縮短拔管時間,當干預組(加強膈肌超聲評估)和對照組相結合時, DTF≥30%預測24 h拔管成功的敏感性為90.9%、特異性為86.7%。同時,膈肌移動度也可用于預測拔管時機。Sarwal A等[4]的研究認為,預測脫機失敗的膈肌移動度的臨界值為右半膈肌1.4 cm和左半膈肌1.2 cm,且移動度減少會增加撤機失敗的可能性。另外,關于COPD患者呼吸機支持的拔管撤機中。因此,DTF、DE結合SBT或PST可以更好的預測重癥患者撤機拔管時機。
2.5評估麻醉術后拔管時機" 大多數麻醉藥物常會抑制呼吸。已知膈肌是最重要的呼吸肌之一,膈肌功能可直接影響機體的呼吸功能。因此,監測麻醉術后膈肌功能的恢復情況對指導評估麻醉術后拔管時機具有重要參考價值。有研究[28]發現全麻手術圍手術期使用膈肌超聲測量DTF、DT、DE有助于術后殘留神經肌肉阻滯劑(PRNB)的診斷。四個成串刺激(TOF)肌松監測是目前有效進行肌松殘余監測的權威指標。因此,在臨床實際中應用膈肌超聲評估麻醉術后拔管時機有重要意義。
3總結與展望
膈肌是重要呼吸肌之一,在呼吸運動中起著重要作用。膈肌超聲對評估重癥及麻醉術后機械通氣患者的撤機拔管時機、評估臂叢神經阻滯并發的膈肌功能障礙、評估慢性阻塞性肺病的肺功能及運動耐量下降、早期發現慢性心衰患者的心功能和運動耐量下降等臨床實踐有重要的臨床意義。目前越來越多的研究認為,膈肌超聲評估膈肌功能與患者呼吸功能、運動耐量等存相關性。而超聲的便攜性、無創性、可操作性等顯著優點,使臨床醫師能夠對膈肌結構及功能進行快速、動態、準確的評估,以便臨床上及時進行相應的干預、治療及訓練。
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收稿日期:2022-08-24;修回日期:2022-10-08
編輯/成森