超声评估膈肌功能预测成人机械通气撤机结局

王怡洁，田霁松，王淑敏,3*，李汇文

(1.内蒙古医科大学鄂尔多斯临床医学院，内蒙古 呼和浩特 010000；2.鄂尔多斯市中心医院超声科，内蒙古 鄂尔多斯 017000； 3.北京大学第三医院超声科，北京 100191)

呼吸肌舒缩是呼吸运动的原动力。膈肌是最为重要的呼吸肌，负责处理机体60%～80%通气[1]。机械通气是ICU支持生命的有效措施，但可带来膈肌功能障碍，即呼吸机所致膈肌功能障碍(ventilator-induced diaphragmatic dysfunction, VIDD)，VIDD为撤机困难的原因之一[2]。颤搐性跨膈压是评估膈肌功能的金标准，但测量过程复杂，易受组织水肿等干扰，且对患者配合度要求较高，无法广泛用于临床[3]。超声具有安全、无创、便携、可重复操作等优势，有助于早期筛查引起VIDD的相关因素，在评估膈肌功能方面可与金标准相媲美[3]。本文就超声评估膈肌功能预测成人机械通气撤机结局研究进展进行综述。

1 膈肌生理解剖及功能

膈肌是向上膨隆的扁薄阔肌，由中心肌腱及发射至前背部的肌纤维和膈肌胸腔附着区域[即胸廓-膈肌对合区(zone of apposition, ZOA)]共同构成；其肌纤维主要分为慢型、抗疲劳型(Ⅰ型)和快型(Ⅱ型)，分别在低强度活动、长期呼吸循环和高强度活动中发挥重要作用[4]，根据肌纤维起始位置可将膈肌分为胸骨部(起自于剑突后方)、肋骨部(起自于第7～12肋)及腰部(起自于L2～L3前方)[5]。吸气时膈肌收缩，肌纤维变短、ZOA变厚，中心肌腱向前下推移腹腔脏器，同时胸廓扩大；呼气时膈肌舒张、抬高，胸廓缩小，有利于气体排出[5]。

2 VIDD病理生理学

机械通气可破坏膈肌整体结构，引起膈肌功能、尤其收缩功能紊乱，其主要机制为肌蛋白分解增加、合成减少及氧化应激使肌肉直接损伤而致VIDD[4]，主要表现为膈肌抬高、无力甚至萎缩，单侧病变时多无明显症状，累及双侧时患者呼吸变浅、变快及腹壁出现反常呼吸运动[4]。机械通气18～69 h可致膈肌慢型及快型肌纤维横截面积减少50%以上，且下降幅度具有时间依赖性，同时膈肌肌力呈对数下降；机械通气1、2及3天，膈肌厚度分别下降9%、24%及26%；通气5～6天后，膈肌功能可降至原有的32%，主要表现为运动速度减慢、幅度减小，但此时多难以发现[5]。逐步撤机为患者恢复自主呼吸的过程，此时，呼吸阻力较大，刺激呼吸中枢，使膈肌、胸锁乳突肌等呼吸肌由被动转为主动运动；但存在VIDD时，膈肌无法参与自主呼吸，而辅助呼吸肌耐力不足，易致撤机失败[5]。

3 机械通气撤机时机

若机械通气撤机过早，部分患者氧供及气道保护功能尚未恢复，自主呼吸不足，心肺负荷较重，可导致撤机失败；但盲目推迟撤机时间则可引起呼吸肌功能障碍、心脏舒张功能障碍等并发症，亦增加了患者经济负担。临床工作中，建议于患者原发病得到控制后，先在短时间内行低水平呼吸模式的自主呼吸试验(spontaneous breathing trial, SBT)，并以患者通过SBT为撤机指征；撤机后，若患者可耐受48 h以上自主呼吸且无需接受再次插管为撤机成功，反之则为撤机失败[6]。然而，有学者[6]根据上述SBT撤机指导进行机械通气撤机，发现撤机失败率仍较高，约15%。

4 超声预测撤机结局

B型超声可观察膈肌厚度和回声，评估其形态学改变；M型超声能监测膈肌运动方向及幅度，并获得膈肌增厚率(diaphragmatic thickening frequency, DTF)、膈肌活动度(diaphragmatic excursion, DE)、膈肌浅快呼吸指数(diaphragmatic rapid shallow breathing index, DRSBI)、膈肌吸气幅度达峰时间(time to peak inspiratory amplitude of diaphragm, TPIAdia)、膈肌收缩速度(diaphragm contraction velocity, DCV)及偏移-时间(excursion-time, E-T)指数等指标，用于运动学评估。既往研究[7]发现，除神经及肌肉疾病外，膈肌超声预测接受机械通气的不同原发疾病患者撤机结局的效能并无显著差异。为分别评估膈肌主动及被动收缩功能，建议于患者未接受辅助呼吸时或于低水平自主呼吸模式下进行速度为10 mm/s的超声扫查，且应显示至少3个呼吸周期的图像[3]。

4.1 膈肌厚度及增厚率 超声扫查时，将高频线性探头置于胸壁第8～10肋与锁骨中线至腋前线交点处之间，可于深度1.5～3.0 cm处见2条相互平行的强回声线(分别为胸膜及腹膜)，其间的低回声区即膈肌[8]。膈肌厚度指ZOA处胸膜线与腹膜线之间的直线距离，平静呼吸时为1.8～3.0 mm，深吸气后为3.4～5.4 mm[8]，且两侧膈肌厚度及增厚率差异均无统计学意义[8]。有学者[9]发现采用超声所测膈肌厚度与尸检直接测量结果的一致性较高，故认为可采用超声测量评估膈肌收缩功能。既往研究[10]纳入63例接受机械通气的呼吸衰竭患者，发现以呼气末膈肌厚度≤1.7 mm预测撤机失败的敏感度达90%；但GROSU等[11]发现，接受机械通气患者膈肌厚度每减少0.1 mm，则撤机成功率提升12.5%，膈肌厚度还与个体差异及膈肌水肿等因素有关。

DTF代表膈肌厚度的变化程度，可直接反映肺容积、间接反映膈肌收缩力，有助于减少膈肌水肿等因素对呼气末及吸气末膈肌厚度测值的影响，且与呼吸机参数无明显相关[3]；其计算公式为DTF=(吸气末膈肌厚度-呼气末膈肌厚度)/呼气末膈肌厚度×100%，以M型超声检测的正常值为42%～78%[3]。meta分析[12]结果显示，DTF是预测机械通气撤机成功最准确的指标，其截断值为30%～36%。一项针对56例接受机械通气患者的研究[2]发现，以DTF 30%预测撤机成功的敏感度为88%，特异度为71%；亦有研究[10]以34.2%为DTF预测撤机成功的截断值，并发现DTF可预测撤机后并发症。

4.2 DE 行超声扫查时，将凸阵探头置于右侧肋弓与锁骨中线至腋前线交点处之间，以肝、脾为声窗，可见贴于肝、脾的一条强回声曲线，即膈肌；之后转为M型模式，观察膈肌运动轨迹：吸气时膈肌下移，向探头方向移动，呼气时则相反，呼气末至吸气末膈肌移动的垂直距离即DE[13]。平静呼吸时，膈肌左、右侧DE正常值分别为1.78～2.86 cm及1.81～2.89 cm，深呼吸时分别为4.28～6.80 cm及4.09～6.51 cm，且男性略高于女性[13]；平静呼吸时，如DE<10 mm或膈肌出现矛盾运动，则提示膈肌无力[14]。

FARGHALY等[15]报道，以DE≥10.5 mm预测机械通气撤机成功的敏感度(87.5%)及特异度(71.2%)均较高。JIANG等[16]以肝、脾随呼吸移动的垂直距离代替DE，并以该值≥11 mm成功预测机械通气撤机。之后有学者[17]采用M型超声监测肾脏与膈肌间距离或肺下界活动度以代替DE，可避免因肺下界移动遮挡膈肌而产生的测量误差；但亦有学者[18]持相反观点，认为邻近器官活动度与DE的一致性较差，以DE预测撤机结局更为准确。总体而言，临床以DE预测机械通气撤机结局可出现误差，主要原因在于DE仅反映膈肌移动距离，而无法分辨其为膈肌收缩舒张抑或呼吸机支持所致。

最近，有研究[19]基于DE提出预测指数ULDIMex，即(吸气时间+呼气时间)×深吸气时DE/2；以其>4.06 cm/s预测机械通气撤机成功的敏感度高达92.8%。一项针对37例接受机械通气的慢性阻塞性肺疾病患者的研究[20]结果显示，撤机成功率P =1/[1+e^-(-5.625+17.689×ΔDE30-5+1.802×DE30)]，其中，ΔDE30-5=DE30-DE5，而DE5、DE30分别指于5及30 min行SBT时的右侧膈肌DE；以P>0.626预测机械通气撤机成功的敏感度及特异度分别为92%及83.3%。

4.3 DRSBI 浅快呼吸指数=呼吸频率/潮气量，可用于预测机械通气撤机结局；但潮气量可通过刺激呼吸中枢而动员辅助呼吸肌进行维持，此时以浅快呼吸指数进行预测的准确性较低[21]。MOWAFY等[22]基于DE提出了新的浅快呼吸指数评估指标，即DRSBI(呼吸频率/DE)，并发现以DRSBI≥1.6次/(min·mm)预测撤机失败的敏感度为97.3%；相比单独以浅快呼吸指数或DE预测撤机结局，DRSBI可更准确地反映呼吸负荷、呼吸肌及呼吸中枢三者的关系，更适于临床推广、应用。

4.4 TPIAdia TPIAdia指M型超声模式下发现膈肌开始收缩至其达到最大收缩程度的时间[23]；以TPIAdia>0.8 s预测机械通气撤机成功的敏感度为92.2%，但特异度仅45.5%[23]，有待进一步观察。

4.5 DCV DCV指DE与吸气时间的比值，可反映膈肌肌力，其正常值为0.9～1.7 cm/s；DCV≥1.74 cm/s时易出现撤机失败[24]。行SBT时，撤机失败患者DCV升高速度较快[24]。

4.6 E-T指数 E-T指数反映膈肌移动时对抗的吸气阻力，为DE与吸气时间的乘积[25]；PALKAR等[25]认为E-T指数预测机械通气撤机结局的效能优于DCV，以E-T指数>0.92(cm·s)预测撤机成功的敏感度及特异度分别为79.2%及75.0%。

4.7 膈肌对合角 膈肌舒缩过程中，右侧肋膈角处膈肌与胸壁对合形成的角度可发生变化，该角度在平静呼气末与用力呼气末的差值即膈肌对合角，可用于评估慢性阻塞性肺疾病严重程度。膈肌功能障碍时，膈肌收缩及舒张程度均降低，膈肌对合角随之减小[26]。膈肌对合角有望作为预测机械通气撤机结局的新指标，有待更多研究加以证实。

5 小结与展望

机械通气为ICU支持生命的重要手段，但复杂的病理生理情况可影响撤机结局。膈肌功能为撤机结局的主要影响因素，故于撤机前对其进行评估十分重要。目前尚无针对撤机前常规检测膈肌功能的推荐及共识，但越来越多研究表明，超声可作为撤机前评估膈肌功能的重要手段，能够监测膈肌形态及运动、预测撤机结局，以指导临床决策。随着斑点追踪及剪切波弹性成像等技术的发展，未来或将出现超声评估膈肌功能及预测撤机结局的新指标、新方法。除VIDD之外，接受机械通气患者多存在心肺功能及自主神经功能异常，此时单一超声评估膈肌功能预测撤机结局的价值有限，联合应用多参数多模态成像或可提高预测准确性，有待后续进一步观察。