膈肌超声指标对慢性阻塞性肺疾病急性加重患者无创通气治疗效果的预测价值

孙勇波 俞南臣 杜旭东

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一种限制性呼吸道疾病，主要表现为小气道疾病和肺实质破坏导致的慢性气流受限[1]。当发生COPD急性加重（AECOPD）时，常合并呼吸衰竭，增加患者病死率[2]。无创通气是治疗AECOPD的重要手段之一，但在临床上仍有较高的失败率[3]。既往研究对COPD患者膈肌功能进行了评估，发现吸气肌无力与呼吸困难有关[4]。膈肌是主要的吸气呼吸肌之一，在肺部通气过程中起着重要作用[5]。但是膈肌超声指标对无创通气治疗效果的预测价值如何，目前鲜有相关文献报道，故笔者进行了研究，现将结果报道如下。

1 对象和方法

1.1 对象 选取2018年7月至2019年9月在宁波市奉化区人民医院行无创通气治疗的69例AECOPD患者为研究对象，其中无创通气治疗成功39例，失败30例。纳入标准：（1）明确诊断为 AECOPD[6]；（2）均符合无创通气的适应证：存在呼吸性酸中毒，动脉血酸碱度（pH）≤7.35或PaCO2＞45 mmHg，存在严重的呼吸困难，无机械通气禁忌证[7]；（3）有完整的临床随访资料。排除标准：（1）伴有其他严重危及生命的疾病，如脑血管疾病、肺部恶性肿瘤、气道阻塞等；（2）伴有严重气胸、肺不张、肺炎、间质性肺病，或近期拟行手术治疗者；（3）精神状态改变、易发生误吸、不能配合治疗者；（4）入院前接受过COPD系统治疗者；（5）对呼吸肌面罩不耐受或需要紧急气管插管者。本研究经医院伦理委员会审查通过，所有患者或家属签署知情同意书。

1.2 方法

1.2.1 收集资料 收集患者性别、年龄、BMI、合并症、住院时间以及入院时收缩压、平均动脉压、心率、血氧饱和度、呼吸频率、血气分析结果、膈肌超声指标等临床资料。

1.2.2 治疗方法 所有患者予基础治疗，包括静脉滴注甲基强的松龙，住院期间根据临床症状和体征、痰培养试验以及炎症标志物结果调整抗生素的使用及剂量，同时予以化痰平喘、维持内环境等治疗。使用无创呼吸机给予无创通气治疗，均为口鼻面罩通气，通气模式为自主触法/时间切换模式，吸入气中的氧浓度分数（FiO2）30%～60%，吸气压 8～14 cmH2O，呼气压 4～8 cmH2O，吸呼比（1.5～2.0）∶1，呼吸频率 10～14 次/min。压力上升时间0.5～1.0 s，随时调整参数，使患者血氧饱和度＞90%。实时关注患者排痰能力，定时进行痰液引流。

1.2.3 相关定义 （1）无创通气治疗效果评价：患者临床症状明显减轻，心率、呼吸频率、血压等恢复正常，平卧位时肺部基本无啰音为治疗有效；若出现以下任一情况则认为无创治疗失败，并给予机械通气治疗：（1）难以纠正的低氧血症（血氧饱和度低于90%）；（2）意识丧失，或呼吸暂停、心脏停搏；（3）心率＞140次/min或心率变异度＞20%；（4）收缩压＞200 mmHg和（或）＜80 mmHg，或出现血流动力学指标不稳定；（5）有明显呼吸急促、呼吸疲劳的症状，呼吸频率增快（高于原呼吸频率的20%）。（2）COPD的诊断：参照2017年《COPD全球倡议》标准，以存在持续的不可逆气流受限为诊断的金标准，即吸入支气管舒张剂15 min内 1 s用力呼气容积（FEV1）/用力肺活量（FVC）＜70%。AECOPD是指呼吸系统症状急性恶化，出现两种主要症状（呼吸困难、脓痰、痰量）的增加，或一种主要症状和一种次要症状（喘息、喉咙痛、咳嗽、鼻塞、流涕）的增加[6]。

1.2.4 膈肌超声指标评估 超声操作熟练的医生在上级医生指导下对患者进行超声检查，评估膈肌活动度（DE）、膈肌移动时间（E-T）指数、膈肌增厚分数（DTF）。患者取仰卧位，床头抬高20°～40°，将宽频线阵探头置于腋前线与肋弓下缘交界处，以肝脏或脾脏作为膈肌透声窗，探头指向头侧及背侧，以M型超声显示DE并进行测量，反复3次取平均值。DE=吸气末膈肌距基线的距离-呼气末膈肌距基线的距离[8]。E-T指数=DE×吸气时间（TI）[9]。对于DTF的测量评估：将超声探头放置在患者右腋中线第8～10肋间隙进行连续观察，嘱患者深呼吸10～15次，采集并储存呼吸过程中右侧膈肌厚度变化，在图像上测量吸气末及呼气末膈肌厚度，见图1。测量5个呼吸周期后，计算平均DTF。DTF=（吸气末膈肌厚度-呼气末膈肌厚度）/呼气末膈肌厚度×100%[10]。

图1 膈肌活动度（DE）与膈肌厚度的测量（a：箭头所示为DE；b：A-A为吸气末膈肌厚度，B-B为呼气末膈肌厚度）

1.3 统计学处理 采用SPSS 23.0统计软件。计量资料用表示，组间比较采用两独立样本t检验；计数资料用率表示，组间比较采用χ2检验。将单变量分析中差异有统计学意义的参数纳入多因素logistic回归模型进行分析。绘制ROC曲线分析各指标对AECOPD患者无创通气治疗效果的预测效能，AUC为0.75～1.00表示预测效能良好。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 无创通气成功与失败患者的临床资料比较 无创通气成功与失败患者在性别、年龄、BMI、合并症、收缩压、平均动脉压、心率、血氧饱和度、呼吸频率、PaO2、氧合指数（PaO2/FiO2）、TI比较，差异均无统计学意义（均P＞0.05）；无创通气成功患者住院时间、PaCO2均低于治疗失败患者，pH、DTF、DE、E-T指数均明显高于治疗失败患者，差异均有统计学意义（均P＜0.05），见表1。

2.2 AECOPD患者无创通气治疗效果预测指标的多因素logistic回归分析 pH（OR=2.218，95%CI：1.016～3.419，P＜0.05）、PaCO2（OR=2.162，95%CI：1.062～3.261，P＜0.05）、DTF（OR=3.132，95%CI：1.991～4.272，P＜0.05）是无创通气治疗效果的独立预测指标，见表2。

2.3 pH、PaCO2、DTF对AECOPD患者无创通气治疗效果的预测效能 pH、PaCO2、DTF预测AECOPD患者无创通气治疗效果的AUC分别为0.792、0.772、0.856，均有良好的预测效能，其中DTF的预测效能最高；pH、PaCO2、DTF 指标的最佳截断值分别为 7.27、65.50 mmHg、21.50%，见表3和图2。

3 讨论

无创通气是通过给予恒定的容量或压力，从而增加肺的分钟通气量，防止肺泡塌陷，减少肺内分流，改善通气/血流比值，进而促进气体交换，保留AECOPD患者的自主呼吸，有效降低气管插管率[3，11]。由于膈肌超声具有安全性、可行性、可重复性等优势，被广泛用于膈肌功能的评估[12-14]。本研究结果显示，无创通气成功患者PaCO2均低于治疗失败患者，pH、DTF、DE、E-T指数均明显高于治疗失败患者。

表1 无创通气成功与失败患者的临床资料比较

表2 AECOPD患者无创通气治疗效果预测指标的多因素logistic回归分析

表3 pH、PaCO2、DTF对AECOPD患者无创通气治疗效果的预测效能

图2 酸碱度（pH）、PaCO2、膈肌增厚分数（DTF）预测慢性阻塞性肺疾病急性加重（AECOPD）患者无创通气治疗效果的ROC曲线

在AECOPD患者中，随着呼气时间的减少、呼气流量的限制和呼吸频率的增加，导致肺过度膨胀和呼气受限。如果膈肌上的机械负荷是阻力性的，DE和（或）TI会随之增加，导致E-T指数增加。当机械负荷是弹性的，横膈膜能抵消压力，尽管TI下降，但DE可能增加，导致E-T指数不变。但是，如果膈肌收缩力量减弱不足以克服过度增加的机械负荷，当膈肌很快耗功能储备后最终会发生机械损伤，导致E-T指数降低[9]。既往研究证实，在AECOPD患者中DE、DTF均明显降低[15-17]。Rocha等[15]研究认为COPD患者膈肌活动与气道阻塞、肺过度膨胀、通气能力、呼吸困难等密切有关。Saeed等[16]对30例予机械通气的COPD患者进行研究，发现在接受自主呼吸试验期间，当DE为11 mm时，对预测脱机结果的灵敏度为0.864，特异度为0.875，准确性为0.895。此外，Bobbia等[17]研究表明，当入院时DE＞23 mm时则不需要给予无创通气治疗。由于DE与吸气容积有关，是通过增加患者的呼吸作用而产生压力，所以只有在无通气支持的情况下DE指标才有临床意义[10]。此外，膈肌运动不仅是膈肌收缩舒张的结果，DE可能受到体位的影响，当患者仰卧或坐立时更为明显，并且当腹部或胸部压力改变时（腹水、肺不张等），患者膈肌移动明显下降，但与膈肌本身的收缩功能无关，因此准确性较低[10，18]。

本研究多因素分析结果显示，pH、PaCO2、DTF是无创通气治疗效果的独立预测指标。既往研究一致表明，高碳酸血症、酸中毒的严重程度与AECOPD患者早期无创通气治疗效果有关[19-20]。本研究ROC曲线分析结果显示，pH预测无创通气治疗效果的AUC为0.792，当最佳截断值为7.27时，灵敏度和特异度分别为0.72和0.70。PaCO2预测无创通气治疗效果的AUC为0.772，当最佳截断值为65.50 mmHg时，灵敏度和特异度分别为0.74和0.65。英国胸科协会、英国重症监护协会也指出，对于多数AECOPD患者，当pH＜7.35且PaCO2＞48.75 mmHg（6.5 kPa）时，应早期给予无创通气治疗[21]。Marchioni等[22]研究表明，若AECOPD患者入院时发生膈肌功能障碍（DTF＜20%），可以早期预测无创通气治疗失败，其准确性高于基线pH和PaCO2指标。相对于DE，DTF是反映膈肌主动收缩功能的一个良好指标[23]。本研究失败组DTF明显低于成功组，与失败组膈肌收缩功能下降有关。本研究确定DTF最佳截断值为21.5%，与Antenora等[24]研究结果（DTF＜20%与AECOPD患者无创通气治疗失败密切相关）相似。此外，有研究表明DTF在预测机械通气脱机结果方面的准确性较DE高，但特异度较低[10]。而Dres等[25]研究表明，DTF是评估膈肌功能障碍的金标准。

综上所述，DTF能较好预测AECOPD患者无创通气治疗效果。但本研究也存在一定的局限性，如单中心研究、样本量较小、未进行肺容量评估、未动态评估膈肌功能等。