膈肌超声的临床应用进展

熊正彪，吕铭涛，段舒惠，闫俊红（通信作者）

（滨州医学院附属医院超声医学科 山东 滨州 256603）

近年来肺和膈肌一体化保护的概念日益受到临床医师的关注。膈肌是人体中重要的解剖结构，承担了人体60%～80%的呼吸肌功能。膈肌功能障碍可导致患者呼吸功能减退，从而延长机械通气时间、住院时间及增加患者病死率。超声不仅能实时观察膈肌解剖结构及运动形态，同时能量化评估膈肌功能。本文就超声成像技术评估膈肌功能的方法和评估参数及临床应用予以综述，期望为临床医生提供有价值信息。

1 膈肌生理解剖及功能

膈肌位于胸腔和腹腔之间，是一个“穹顶样”纤维肌性器官，由中央的肌腱和周围的骨骼肌组成。膈肌收缩时协助吸气作用；反之，膈肌舒张时协助呼气。膈肌肌纤维分为慢型、抗疲劳型和快型三种，慢型肌纤维主要在膈肌低强度活动中发挥作用；抗疲劳型肌纤维主要在膈肌永久性呼吸循环活动中发挥作用；快型肌纤维主要在膈肌快速剧烈活动中发挥作用。膈肌和腹肌同时收缩时可增加腹腔压力，以协助排便、咳嗽、呕吐及分娩等活动。

2 膈肌超声检测方法

2.1 B 型超声

B 型超声可以动态观察膈肌的形态和运动状态，根据灰阶图像直接测量膈肌厚度，观察膈肌不同部位的运动幅度、回声。主要评估指标包括膈肌厚度、增厚分数及膈肌对合角。随呼吸运动可测得吸气末膈肌厚度、呼气末膈肌厚度、膈肌增厚分数。膈肌厚度是指胸膜线与腹膜线之间的垂直距离。膈肌增厚分数=（最大吸气末厚度-最大呼气末厚度）/最大呼气末厚度×100%。呼气末膈肌厚度小于2 mm 时提示膈肌萎缩，但临床应用中单纯膈肌厚度并不是评估膈肌功能的良好指标。膈肌增厚分数不仅能反映膈肌厚度变化情况，同时可作为膈肌收缩效能指标，相对于膈肌厚度更具临床价值和研究意义。Zambon 等[1]研究发现膈肌功能障碍患者的膈肌增厚分数截断值为30%～36%；也有研究表明当膈肌增厚分数小于20%时，可提示膈肌功能障碍[2]。膈肌对合角是指在膈肌舒缩过程中，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。COPD 患者因长时间肺部充气过度，从而造成胸廓、膈肌发生形态上改变，膈肌对合角会发生变化。

2.2 M 型超声

M 型超声主要用于膈肌移动度及收缩速度的测量。膈肌移动度可反映患者的膈肌收缩功能，膈肌移动度变小可以直观地提示患者出现膈肌疲劳或膈肌功能障碍，从而早期判断膈肌病变。膈肌移动度＜10 mm 与脱机失败有关。有研究表明正常人双侧平静呼吸时膈肌移动度差异无统计学意义：左侧膈肌平均移动度（1.8±0.4）cm，右侧膈肌平均移动度（1.8±0.3）cm[3]。在用力呼吸时，左侧膈肌移动度大于右侧膈肌移动度，用力呼吸时，左侧膈肌平均移动度（8.06±1.78）cm，右侧膈肌平均移动度（7.13±1.39）cm[4]。左、右侧膈肌平均移动度差异可能源于两侧膈肌周围组织器官的固定性以及可变形性不同。因左侧膈肌受脾、胃的影响显示较差，右侧膈肌超声评估相对具有更高的重复性及可靠性[3]。另外，膈肌收缩速度常用于预测机械通气患者撤机结局。机械通气患者撤机后行自主呼吸实验30 min 时，何振芬等[5]得出膈肌收缩速度临界值1.45 cm/s，其灵敏度和特异度分别为89.30%、60.20%。Dinino 等[6]研究表明COPD 患者的膈肌收缩速度与FEV1、FVC 呈正相关。

2.3 超声剪切波弹性成像

超声剪切波弹性成像是一种用于检测组织硬度的超声成像技术，可通过剪切模量值定量评估膈肌的弹性硬度。Flatres 等[7]研究发现膈肌剪切模量的测量，具有极高的可重复性。剪切波超声弹性成像可直接和实时量化组织的机械特性并且提供静止时肌肉的额外信息。该方法通过量化组织的机械和弹性特性，SWE 补充了超声的诊断，可能对疾病早期诊断、组织愈合以及治疗后的随访具有重要价值。

3 膈肌超声的临床应用

3.1 保护性机械通气及预测机械通气患者脱机结局

研究表明危重患者中30%～60%会出现膈肌功能障碍[8]。超声评估膈肌功能对临床上机械通气支持以及脱机具有重要的预测意义。Goligher 等[9-10]研究发现在膈肌功能障碍的病理生理中，呼吸机过度辅助或辅助不足可分别导致膈肌萎缩和膈肌损伤，且进一步证实重症患者膈肌厚度的减少或增加都与不良预后相关。Farghaly等[[11]监测机械通气患者通过SBT 试验后的膈肌活动度发现，膈肌移动度大于10.5 mm 对脱机成功的预测的ROC 曲线下面积为0.88。一项Meta 分析汇总出膈肌移动度预测撤机失败的AUC 为0.82，灵敏度为71%，特异度为80%；同时得出膈肌增厚率预测撤机失败的AUC 为0.82，灵敏度为70%，特异度为84%[12]。

近年来，由膈肌移动度衍生膈肌收缩速度、膈肌偏移-时间指数、膈肌-快速浅呼吸指数等指标对预测撤机结局有较好可靠性。赵永华等[13]得出预测撤机结局的膈肌-快速浅呼吸指数临界值1.5 次/（min·mm），其灵敏度和特异度分别为87.0%、80.0%。因此，膈肌超声监测指标对预测撤机失败是可靠且具有较高临床意义。

3.2 辅助诊断和评估COPD 患者病情严重程度

Scheibe 等[14]研究表明膈肌移动度与FEV1、FVC 以及FEV1/FVC 等肺功能指标呈正相关。Okura 等[15]发现相对于健康成人，COPD 患者的膈肌增厚率明显降低。有研究表明，在FRC 时COPD 患者的膈肌剪切波横波速度显著高于正常对照组[16]。因此，膈肌多个超声监测指标可用于COPD 辅助诊断以及病情严重程度的评估。在临床中，当危重症患者还无法进行肺功能检测时，膈肌超声监测指标对于COPD 的诊断和病情评估尤为重要。

3.3 预测术后恢复及指导康复治疗

膈肌功能障碍导致肺部并发症发生率增高，超声监测膈肌功能可预测术后肺部并发症的发生，进而改善预后。因此，手术前、机械通气前、激素药物治疗前可以利用膈肌超声来评估术前或治疗前膈肌的基础厚度和功能，进而及时发现或诊断膈肌功能障碍，并可为预测术后撤机提供数据的支持。研究表明通过超声动态评估膈肌功能，指导膈肌靶向康复治疗（如膈神经电刺激等）已被证明是有效的[17]。

4 膈肌超声在新冠疫情中的应用

新型冠状病毒感染（COVID-19）导致死亡最主要的原因之一是急性呼吸衰竭。COVID-19 膈肌功能障碍的理论机制包括危重病性肌病、呼吸机诱导的膈肌功能障碍、医源性膈神经损伤、感染后的膈神经炎性病变以及或者可能是由于血管紧张素转换酶2（angiotensinconverting enzyme 2，ACE2）受体在周围神经系统和骨骼肌中的表达导致病毒直接损伤神经肌肉[18-19]。COVID-19 重症患者膈肌中纤维化途径（成纤维细胞生长因子信号）被激活，致其膈肌腱膜和腱周纤维化是其他重症患者的2 倍以上[20]。在诊治COVID-19 患者的临床经验表明膈肌超声对于难以摆脱机械通气的患者以及成功摆脱长时间机械通气但仍有呼吸困难或吸氧需求的患者尤为重要。Severin 等[21]提出监测COVID-19 患者的呼吸肌功能，以帮助在危急时刻对患者进行分诊，并指导呼吸肌训练的实施，同时建议对严重肺部感染者进行常规的膈肌超声筛查，作为优化治疗和干预的手段。

5 结语

膈肌功能超声监测因其无辐射、无创性、方便性、实时性以及准确性得到临床认可。M 型超声和B 型超声联合不仅可同时监测膈肌形态学和功能，而且能更客观、更准确地评估膈肌运动；SWE 在判断疾病的严重程度和肌肉骨骼组织的后续治疗、随访等方面具有广阔的应用前景。当然，膈肌超声仍然有不足之处和缺陷，但其作为一个新的研究领域以及当前体现出来的临床优势，值得进一步的研究和探索。