膈肌浅快呼吸指数在腹部脓毒症患者机械通气撤机中的预测价值研究

赵永华 靳立振 于巧青 孟伟 刘东海 晁怀宇

1廊坊市人民医院重症医学科065000;2廊坊市人民医院放射诊断科065000

延长呼吸机的使用时间,会造成患者呼吸机相关并发症的增加以及患者死亡率的上升［1-2］。所以,最大限度地减少呼吸机使用时间是ICU 医师至关重要的一项工作。有研究显示,大约15%的撤去机械通气的患者需要在48 h内重新插管或者使用呼吸机,因此选择何时撤机尤为重要。目前常用的脱机指标比较多,比如分钟通气量［3］、最大吸气 压 力［4］、 浅 快 呼 吸 指 数 (rapid shallow breathing index,RSBI)［3］、气 道 闭 合 压［5］等,但其准确性仍缺乏临床验证。

脓毒症是ICU 中常见的一种疾病,常常会伴有呼吸肌无力,特别是膈肌功能障碍,从而发生撤机失败。目前有很多通过超声评估膈肌功能来预测撤机结局的研究,一篇纳入19 项研究的荟萃分析［6］显示不同的研究有不同的敏感度及特异度,主要与不同的研究对象有关,但是目前少有关于腹腔脓毒症患者撤机预测的相关研究。2016年Spadaro等［7］的研究显示膈肌浅快呼吸指数(diaphragmatic rapid shallow breathing index,D-RSBI)可能是一项预测撤机的指标。本研究主要是对D-RSBI是否能预测腹腔脓毒症患者撤机进行临床研究。

1 对象和方法

1.1 研究对象 选取廊坊市人民医院重症医学科2017年4月至2019年1月符合纳入标准的连续机械通气患者58例。本研究获得廊坊市人民医院伦理委员会批准(201704103),患者及其家属知情同意并签署知情同意书。

1.1.1 纳入标准 (1)符合腹腔感染引起的脓毒症的诊断［8-9］; (2)机械通气时间＞48 h,经口气管插管,气管插管内径7.5～8.5 mm;(3)呼吸衰竭的病因改善; (4)氧合指标:吸氧浓度≤50%,呼吸末正压≤8 cm H2O (1 cm H2O=0.098 kPa)时,氧合指数≥150 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)或血氧饱和度＞92%;(4)血流动力学稳定,没有心肌缺血动态变化,临床上没有显著的低血压,不需要血管活性药物治疗或只需要小剂量的血管活性药物如多巴胺或多巴酸丁胺＜5μg·kg-1·min-1;(5)有自主呼吸、咳嗽咳痰的能力; (6)神志清楚。

1.1.2 排除标准 (1)年龄＜18岁;(2)孕妇;(3)气胸、纵隔气肿及胸壁外伤;(4)神经肌肉疾病; (5)存在严重的多脏器衰竭或血流动力学不稳定。

1.2 方法

1.2.1 研究方法 本研究为前瞻性观察研究。对于符合纳入标准的患者进行自主呼吸试验［10］。首先进行3 min自主呼吸试验,采用低水平的压力支持模式,该模式压力为5 cm H2O,吸氧浓度与脱机前的吸氧浓度一致。如果3 min自主呼吸试验通过,再进行30 min的自主呼吸试验。自主呼吸试验结束时在呼吸机监测面板上记录患者的呼吸频率(respiratory rate,RR)和潮气量 (tidal volume,VT),连续记录5次并取平均值;同时用超声测量患者右侧膈肌移动度 (diaphragm displacement,DD),连续记录5次并取平均值。计算RSBI(RSBI=RR/VT)与D-RSBI(D-RSBI=RR/DD)。

1.2.2 超声检测膈肌移动度的方法 患者取半卧位,床头抬高45°,用5 MHz凸阵探头,置于右侧腋中线或腋后线,以肝脏作为声学窗,探头标记点指向背侧,用二维超声观察右侧膈肌活动最大位置,冻结图形后用M 超声测量并记录数据,分别测量5次后取平均值［11］。

1.2.3 撤机成功及失败的标准 患者拔除气管插管后自主呼吸48 h,未使用有创及无创呼吸机辅助呼吸,患者一般生命体征稳定可视为撤机成功。患者未通过自主呼吸试验、拔除经口气管导管后出现呼吸困难再次使用有创或无创呼吸机辅助通气或拔除气管插管48 h内患者死亡为撤机失败［12-13］。

1.3 统计学分析 使用SPSS 21软件进行数据统计。对于连续变量属于正态分布时,数据以x-±s表示,不属于正态分布时,采用M(Q1,Q3)表示。对于正态分布且方差齐的连续变量,使用独立样本t检验,不服从正态分布的采用非参数检验。应 用 受 试 者 工 作 特 征 (receiver operator characteristic,ROC)曲线来研究D-RSBI、RSBI对于撤机的预测价值。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料的的比较 纳入58例患者,其中成功撤机的患者40 例 (69.0%),撤机失败的患者18例(31.0%)。撤机失败的患者中8例患者未完成自主呼吸试验,10例患者48 h内重新插管呼吸机或者使用无创呼吸机。撤机成功组与撤机失败组性别、年龄、急性生理与慢性健康评分、腹腔脓毒症病因、基础疾病等比较差异均无统计学意义。见表1。

2.2 观察指标的比较 撤机成功组与撤机失败组比较,VT、自主呼吸试验前呼吸机参数、ICU 死亡率差异均无统计学意义,但撤机成功组DD 较撤机失败组增加 (Z=-2.10,P＜0.05),撤机成功组RR、D-RSBI、RSBI、机械通气时间、ICU住院时间均低于撤机失败组 (P值均＜0.05)。见表2。

2.3 D-RSBI与RSBI相关性分析 在撤机成功组与撤机失败组中,D-RSBI与RSBI有紧密的相关性(R2=0.67,P＜0.01)。见图1。

2.4 D-RSBI和RSBI对撤机失败的ROC 曲线 RSBI的ROC曲线下面积为0.84 (95%CI:0.73～0.94),约登指数最大值为0.51,RSBI临界值为69次·min-1·L-1,敏感度为87%,特异度为65%,阳性预测值为51.7%,阴性预测值为89.7%。D-RSBI 的 ROC 曲 线 下 面 积 为0.95(95%CI:0.90～1.00),约登指数最大值为0.78,D-RSBI临界值为1.8 次·min-1·L-1,敏感度为89%,特异度为90%,阳性预测值为88.2%,阴性预测值为92.7%。2组ROC曲线下面积比较差异有统计学意义(P＜0.05)。见图2。

图1 膈肌浅快呼吸指数与浅快呼吸指数相关性分析

3 讨论

腹腔脓毒症是医院内常见的一种疾病,在普通外科和ICU 中尤其常见。30 多年前,Hussain等［14］首次在有自主呼吸的犬身上证实内毒素休克会导致膈肌功能障碍,从而延长呼吸机使用时间,造成撤离呼吸机困难,之后相关研究也逐渐成为关注的焦点。Shostak和Gotloib［15］的实验发现在腹腔脓毒症大鼠中,伊文思蓝在膈肌中含量较正常大鼠显著增加,说明腹腔脓毒症时膈肌功能可能受损。同样Miyakawa等［16］的实验采用的是盲肠结扎穿孔的腹腔脓毒症动物模型,腹腔脓毒症大鼠的膈肌强直收缩力明显低于假手术组,同样,在腹腔脓毒症大鼠的膈肌疲劳指数T50的时间是 (123±11)s,而假手术组T50 时间为 (231±23)s,腹腔脓毒症大鼠明显存在膈肌疲劳。所以,无论是动物实验还是临床观察［17］都发现脓毒症会对膈肌产生不利的影响。

表1 2组患者一般临床资料比较

表2 2组观察指标的比较

图2 膈肌浅快呼吸指数、浅快呼吸指数预测撤机失败的受试者工作特征曲线

膈肌是人体重要的呼吸肌之一,其产生大约60%的VT,膈肌功能障碍会出现撤机困难［18］,同时长时间使用呼吸机也会造成患者膈肌功能障碍［19］。而在ICU 中常见的膈肌功能障碍的主要原因是脓毒症［20］。脓毒症相关的膈肌功能障碍机制复杂,主要有以下几个方面:(1)虽有研究显示脓毒症能增加膈肌的总血流量［14］,但是膈肌的微循环会出现障碍,造成膈肌血流灌注减少,特别是在脓毒症休克时更明显。动物实验也证实在接种大肠杆菌内毒素大鼠模型中发现膈肌毛细血管数量较正常大鼠明显减少［21］,由此造成供应膈肌营养底物减少,同时膈肌肌肉细胞利用代谢底物的能力也受到损害。(2)脓毒症对膈肌线粒体功能产生不利影响,造成膈肌线粒体功能障碍,在脓毒症大鼠模型中发现膈肌线粒体中的呼吸链受到损害,脓毒血症发生12 h后线粒体中的呼吸链复合物Ⅱ和Ⅲ的活性明显下降,在48 h后所有复合物的活性都有所下降,并伴有膈肌收缩力的下降［22-25］。(3)一氧化氮(nitric oxide,NO)是一种二级信使分子,参与许多生物学过程,包括血管扩张、神经传递和支气管扩张,NO 是在一组称为一氧化氮合成酶(nitric oxide synthase,NOS)的作用下产生的,这些酶负责在有氧的情况下将精氨酸转化为瓜氨酸和NO。到目前为止,已经鉴定出3种NOS亚型(Ⅰ～Ⅲ),它们都在呼吸肌中表达,特别是在膈肌中,许多试验证明在脓毒症时,膈肌中NO 过度表达会造成膈肌收缩能力下降［26-27］,同时也观察到无论应用NOS活性抑制剂还是NOSⅡ诱导抑制剂均能显著改善脓毒症大鼠的膈肌收缩功能［28］。 (4)与膈肌中促炎因子增加有关,比如IL-1 可以降低肌肉蛋白质的合成［29］;IL-6上调组织蛋白酶增加肌肉蛋白水解［30］;肿瘤坏死因子α降低肌肉表现,激活蛋白质降解途径,并破坏成肌调节因子MyoD和myogenin m RNA［31-34］;有研究显示提高血清IL-10水平可以显著抑制膈肌中促炎细胞因子的产生,并显著改善感染动物的膈肌收缩力［35］。

ICU 中80%的脓毒症需要呼吸通气支持,脓毒症诱导的膈肌功能障碍的风险就会增加,脓毒症诱导的膈肌功能障碍会延长呼吸机使用时间、增加死亡率及增加医疗费用［36-38］。如何更早地撤机是现在研究的热点,现在脱机指标比较多,RSBI是临床应用方便的指标,但是也会出现假阳性［39］。目前超声评估膈肌运动情况应用越来越广泛,并用DD 来代替VT,可以弥补RSBI的缺陷。本试验的研究结果显示撤机成功组D-RSBI低于撤机失败组。预测临界值为1.8次·min-1·L-1,当D-RSBI＞1.8次·min-1·L-1,预测患者撤机失败的敏感度为89%,特异度为90%,阳性预测值为88.2%,阴性预测值为92.7%。预测撤机失败时,D-RSBI的ROC曲线下面积为0.95,RSBI的ROC 曲线下面积为0.84,D-RSBI与RSBI的ROC 曲线下面积有显著差异,提示D-RSBI有良好的预测撤机失败的能力。

本研究的RSBI临界值为69次·min-1·L-1,与先 前 的 研 究 结 果［40］类 似,但 是 与Yang 和Tobin［3］的研究结果(RSBI为105次·min-1·L-1)有很大的不同,这可能是由于所研究人群的差异以及自主呼吸试验时是使用T 管还是使用呼吸机的低水平压力支持通气模式所造成的。先前的研究［41］证实在自主呼吸试验时使用呼吸机的低水平压力支持通气模式或持续正压通气模式期间,RSBI临界值比使用T 管时下降大约49%

综上所述,D-RSBI比RSBI在预测撤机结果方面更准确。但是本试验仍存在一定的局限性,首先需要大样本研究,以验证D-RSBI对脱机结果的临床预测的诊断准确性。其次,虽然超声在ICU中被广泛使用,但是仍会受操作者及患者影响,比如重度肥胖和极度消瘦的患者可能会影响超声的结果。最后,本研究为单中心研究,下一步应进行多中心的临床研究。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突