老年慢性阻塞性肺疾病急性加重期病人膈肌形态改变及相关因素分析

李艳 王肖潇 孙莉 南淑良 霍树芬 任小平 王水利 温红侠

COPD是一种以进行性、不可逆性的气道阻塞为特征的慢性气道炎症性疾病[1]。呼吸肌疲劳是COPD病人呼吸困难进行性加重的重要原因之一，也是导致呼吸衰竭的主要病理机制之一[2]。膈肌作为最重要的呼吸肌，占所有呼吸肌功能的60%～80%，因此膈肌功能将严重影响疾病预后及病人的生活质量。膈肌功能评估需要通过压力学指标和膈肌肌电图等来评价，但考虑到操作的侵入性、舒适度、复杂耗时及经济等因素，临床应用较少。近年来膈肌影像学检查被广泛应用在COPD病人膈肌功能检查，可直接观察病人膈肌形态学变化，尤其是超声检查，是目前临床最常用来评价膈肌形态和功能的手段[3]。COPD急性加重期(AECOPD)为病人在COPD病史基础上伴有呼吸系统症状的急性恶化。文献回顾发现，目前研究中针对老年AECOPD病人的膈肌形态改变及相关危险因素的研究较少，因此本研究应用超声观察老年AECOPD病人膈肌结构改变，为疾病状态的评估和后续康复治疗提供客观诊疗依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象 选取2020年6月至2021年2月就诊于陕西省人民医院的老年AECOPD病人58例作为AECOPD组，年龄61～92岁，平均(73.12±10.20)岁，其中男50例，女8例，平均BMI为23.49±3.71。根据慢性阻塞性肺疾病全球倡议(GOLD)2020年指南，按照FEV1%pred=50%为界分为轻-中度亚组及重度-极重度亚组。同时选取本院同时期49例健康体检老年人作为对照组，年龄63～81岁，平均(73.53±8.10)岁，其中男39例，女10例，平均BMI为23.25±3.41。2组间年龄、性别、体质量差异均无统计学意义，具有可比性(P>0.05)。本研究已通过陕西省人民医院伦理委员会同意(审批文号20200213)并所有受试者均签署知情同意书。

COPD组纳入标准：年龄≥60岁，且临床诊断符合GOLD2020急性加重期诊断标准。排除标准：(1)合并其他呼吸系统疾病，如肿瘤、气液胸、活动性结核等；(2)气管插管或气管切开；(3)合并其他疾病：慢性充血性心力衰竭、血流动力学不稳定、恶性肿瘤、糖尿病、肝肾功能衰竭、神经或肌肉疾病(重症肌无力、格林巴利综合征等)以及严重精神类疾病无法配合等；(4)有既往手术史：3个月内手术史，既往胸部、上腹部手术史；(5)BMI>30.0；(6)长期服用镇静、兴奋剂等药物影响膈肌运动。对照组纳入标准：(1)既往无慢性呼吸系统疾病、恶性肿瘤、糖尿病、严重的精神系统疾病、神经或肌肉疾病、肝肾功能衰竭、充血性心力衰竭等病史；(2)无长期吸烟史、粉尘和化学物质接触史；(3)肺功能检查FEV1/FVC>70%且FEV1%pred>80%；(4)未长期服用影响膈肌活动类药品。

1.2 研究内容

1.2.1 基线资料：测量所有受试者的身高、体质量，计算BMI，记录COPD病程时间、近1年内急性加重次数。

1.2.2 肺功能测定：AECOPD组均在入院前3 d完成，健康对照组在体检当天完成。肺功能仪统一选用美国CareFusion公司生产。记录受试者的FVC、FEV1/FVC、FEV1% pred。

1.2.3 动脉血气分析：AECOPD组受试者在安静状态下，平静呼吸自然空气，积极消除其紧张情绪。采用ABL90 Series血气分析仪测定动脉血pH、PaO2、PaCO2。呼吸衰竭的诊断标准为PaO2<60 mmHg伴或不伴PaCO2>50 mmHg。

1.2.4 血清白蛋白(ALB)测定：采集AECOPD组受试者空腹静脉血约2 mL，通过化学发光法分析测定血清ALB的含量。

1.2.5 COPD病人健康状态损害评估：采用慢性阻塞性肺疾病评估量表(COPD assessment test, CAT)对AECOPD病人健康状态损害程度进行评估。

1.2.6 超声测量膈肌形态学：半卧位式，使用高频探头置于受试者右锁骨中线与腋前线之间的第8～9肋间胸壁上，获得高回声的胸膜层和腹膜层之间的距离即为膈肌厚度(thickness of diaphragm, TD)。分别测量平静呼气末膈肌厚度(diaphragm thickness at function residual capacity, TdiFRC)，尽力吸气末膈肌厚度(diaphragm thickness at forced vital capacity, TdiFVC)和尽力呼气末膈肌厚度(diaphragm thickness at residual volume, TdiRV)，上述数据分别测量3次后取平均值。计算膈肌增厚分数(thickening fraction, TF)=(TdiFVC-TdiFRC)/TdiFRC[4]。使用低频探头置于受试者右锁骨中线平行于第7～8肋间的位置，在B型超声下获取呼吸周期中膈肌动度最大处，使取样线垂直于此处后调整为M型超声获得吸气和呼气末基线至最高点间垂直距离的差值。按照上述方法嘱受试者平静呼吸测量3次后取平均值即为平静呼吸时膈肌移动度(degree of diaphragm, DD)，然后嘱其用力呼吸，相同操作测量3次后取最大值即为用力呼吸时膈肌移动度(DDmax)。

2 结果

2.1 基线资料及肺功能指标比较 3组间性别、年龄、BMI差异均无统计学意义(P>0.05)，重-极重度组FVC、FEV1/FVC、FEV1%pred显著低于轻-中度组和对照组(P<0.05)，轻-中度组FEV1%pred低于对照组(P<0.05)。见表1。

表1 3组基线资料及肺功能比较

2.2 膈肌形态学改变 老年重-极重度组TdiFRC、TdiRV、DD、DDmax、TF与轻-中度组、对照组比较，差异均有统计学意义(P<0.05)。轻-中度组与对照组比较，TdiFVC、DDmax及TF差异均有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 3组间膈肌形态学指标比较

2.3 轻-中度组和重-极重度组病情比较 2组病程、合并呼吸衰竭比例、ALB水平、近1年内急性加重次数、CAT评分差异均有统计学意义(P<0.05)，见表3。

表3 轻-中度组及重-极重度组间临床指标比较

2.4 AECOPD病人TF及DD相关因素分析 以TF、DD为因变量，FEV1%pred、病程时间、是否合并呼吸衰竭、ALB水平、近1年内急性加重次数、CAT评分为自变量，建立多元线性回归模型。结果显示TF与FEV1%pred呈正相关(β=0.547，P<0.05)，与病程时间、近1年内急性加重次数呈负相关(β=-0.959、-5.978，P<0.05)，见表4。DD与病程时间、近1年内急性加重次数呈负相关(β=-0.027、-0.150，P<0.05)，见表5。

表4 多重线性回归分析TF的相关因素

表5 多重线性回归分析DD的相关因素

3 讨论

在呼吸周期中，膈肌的形态学改变可反映膈肌收缩功能。COPD病人由于肺内长期处于过度充气状态，导致膈肌收缩区面积减小、肌纤维缩短，膈结构改变、收缩能力降低，出现肌肉疲劳和功能障碍，进一步加重病人气流受限的程度，二者进入恶性循坏。膈肌影像学检查有动态胸部数字化X线摄影、CT、MRI及超声检查等手段。胸部CT检查可以清晰地观察膈肌形态、位置异常等，并且能够掌握肺气肿情况，但辐射剂量相对高，不作为常规评价膈肌功能的手段[5]。虽然MRI能够测量直立位时膈肌的运动[6]，但相对复杂，成本较高，对操作的要求也较高。因此，超声检查是目前临床评价膈肌形态和功能最常用的手段，其操作简单且无电离辐射，可用于重症病人床旁检测[3,7-9]，具有良好的准确性和可重复性等优势[10]。

本研究发现，在平静呼气末及用力呼气末膈肌厚度方面，老年轻-中度AECOPD病人较对照组没有显著差异，重-极重度组病人较对照组显著增厚；在TdiFVC方面，不论轻-中度还是重-极重度AECOPD病人均较对照组出现下降趋势。Okura等[11]纳入38例COPD稳定期男性病人，也发现其TdiFVC较年轻健康对照组和老年健康对照组均有显著降低(P<0.001)，但TdiFRC及TdiFVC较对照组无明显差异。但Yalçn等[12]的研究支持COPD稳定期病人TdiRV较健康人下降。可能原因在于：本研究COPD病人均处于急性加重期时测量膈肌形态，之前有研究也证实了膈肌功能障碍与AECOPD有关[8]，由于急性期炎症反应，气流受限程度加重等因素，导致膈肌舒张困难。

很多研究已经证实TF也可作为间接评价膈肌收缩能力的指标。而且因膈肌厚度受个体差异的影响较大，因此TF可更准确、敏感地反映膈肌收缩功能[11,13]。本研究中，COPD病人TF显著降低，并随着肺功能气流阻塞程度的增加呈现进行性下降。在呼吸运动中，膈肌的上下移动可以引起膈肌长度的变化，位置处于低平时将导致膈肌长度缩短从而影响收缩性能[14]，使COPD病人DD较健康人群呈下降趋势[11]。本研究结果显示，轻-中度COPD病人与健康对照组间DD差异无统计学意义，但是重-极重度病人的膈肌活动度明显下降。另有研究也证实，尽力呼吸时COPD病人膈肌移动度显著降低[15]，而且重-极重度COPD病人的DDmax明显低于轻-中度病人(P<0.05)[16]，结果与本研究结果相似。

本研究发现，TF与FEV1%pred、病程时间、近1年内急性加重次数呈负相关，DD与病程时间、近1年内急性加重次数呈负相关，说明COPD疾病程度对膈肌的结构和功能均有显著影响。一项关于COPD病人膈肌尸检结果发现、病程越长、膈肌受损越严重，这可能与病人体内持续存在的炎症因子、氧化应激等引起肌肉蛋白分解代谢增加、合成减少有关[17]。

COPD病人的吸气末膈肌厚度与横膈移动度均下降，TF和横膈移动度可以间接反映病人肺功能气流受限程度和生活状态。目前临床中存在部分人群因呼吸困难、听力理解力下降等因素导致无法配合完成肺功能检查以明确诊断，因此基于目前研究结果，后期如果在无法获取肺功能的情况下，DD和TF或许可以作为替代指标更好地应用于临床。当然，后续可继续开展大样本研究，寻求最佳的膈肌超声指标作为对肺功能的补充。此外，今后可开展吸气肌训练等干预措施，进一步研究膈肌形态及功能的变化，进而指导临床疾病康复治疗，为延长病人的生存时间和提高生活质量带来福音。