膈肌超聲指標對慢性阻塞性肺疾病急性加重患者無創通氣治療效果的預測價值

孫勇波 俞南臣 杜旭東

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種限制性呼吸道疾病，主要表現為小氣道疾病和肺實質破壞導致的慢性氣流受限[1]。當發生COPD急性加重（AECOPD）時，常合并呼吸衰竭，增加患者病死率[2]。無創通氣是治療AECOPD的重要手段之一，但在臨床上仍有較高的失敗率[3]。既往研究對COPD患者膈肌功能進行了評估，發現吸氣肌無力與呼吸困難有關[4]。膈肌是主要的吸氣呼吸肌之一，在肺部通氣過程中起著重要作用[5]。但是膈肌超聲指標對無創通氣治療效果的預測價值如何，目前鮮有相關文獻報道，故筆者進行了研究，現將結果報道如下。

1 對象和方法

1.1 對象 選取2018年7月至2019年9月在寧波市奉化區人民醫院行無創通氣治療的69例AECOPD患者為研究對象，其中無創通氣治療成功39例，失敗30例。納入標準：（1）明確診斷為 AECOPD[6]；（2）均符合無創通氣的適應證：存在呼吸性酸中毒，動脈血酸堿度（pH）≤7.35或PaCO2＞45 mmHg，存在嚴重的呼吸困難，無機械通氣禁忌證[7]；（3）有完整的臨床隨訪資料。排除標準：（1）伴有其他嚴重危及生命的疾病，如腦血管疾病、肺部惡性腫瘤、氣道阻塞等；（2）伴有嚴重氣胸、肺不張、肺炎、間質性肺病，或近期擬行手術治療者；（3）精神狀態改變、易發生誤吸、不能配合治療者；（4）入院前接受過COPD系統治療者；（5）對呼吸肌面罩不耐受或需要緊急氣管插管者。本研究經醫院倫理委員會審查通過，所有患者或家屬簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 收集資料 收集患者性別、年齡、BMI、合并癥、住院時間以及入院時收縮壓、平均動脈壓、心率、血氧飽和度、呼吸頻率、血氣分析結果、膈肌超聲指標等臨床資料。

1.2.2 治療方法 所有患者予基礎治療，包括靜脈滴注甲基強的松龍，住院期間根據臨床癥狀和體征、痰培養試驗以及炎癥標志物結果調整抗生素的使用及劑量，同時予以化痰平喘、維持內環境等治療。使用無創呼吸機給予無創通氣治療，均為口鼻面罩通氣，通氣模式為自主觸法/時間切換模式，吸入氣中的氧濃度分數（FiO2）30%～60%，吸氣壓 8～14 cmH2O，呼氣壓 4～8 cmH2O，吸呼比（1.5～2.0）∶1，呼吸頻率 10～14 次/min。壓力上升時間0.5～1.0 s，隨時調整參數，使患者血氧飽和度＞90%。實時關注患者排痰能力，定時進行痰液引流。

1.2.3 相關定義 （1）無創通氣治療效果評價：患者臨床癥狀明顯減輕，心率、呼吸頻率、血壓等恢復正常，平臥位時肺部基本無啰音為治療有效；若出現以下任一情況則認為無創治療失敗，并給予機械通氣治療：（1）難以糾正的低氧血癥（血氧飽和度低于90%）；（2）意識喪失，或呼吸暫停、心臟停搏；（3）心率＞140次/min或心率變異度＞20%；（4）收縮壓＞200 mmHg和（或）＜80 mmHg，或出現血流動力學指標不穩定；（5）有明顯呼吸急促、呼吸疲勞的癥狀，呼吸頻率增快（高于原呼吸頻率的20%）。（2）COPD的診斷：參照2017年《COPD全球倡議》標準，以存在持續的不可逆氣流受限為診斷的金標準，即吸入支氣管舒張劑15 min內 1 s用力呼氣容積（FEV1）/用力肺活量（FVC）＜70%。AECOPD是指呼吸系統癥狀急性惡化，出現兩種主要癥狀（呼吸困難、膿痰、痰量）的增加，或一種主要癥狀和一種次要癥狀（喘息、喉嚨痛、咳嗽、鼻塞、流涕）的增加[6]。

1.2.4 膈肌超聲指標評估 超聲操作熟練的醫生在上級醫生指導下對患者進行超聲檢查，評估膈肌活動度（DE）、膈肌移動時間（E-T）指數、膈肌增厚分數（DTF）?；颊呷⊙雠P位，床頭抬高20°～40°，將寬頻線陣探頭置于腋前線與肋弓下緣交界處，以肝臟或脾臟作為膈肌透聲窗，探頭指向頭側及背側，以M型超聲顯示DE并進行測量，反復3次取平均值。DE=吸氣末膈肌距基線的距離-呼氣末膈肌距基線的距離[8]。E-T指數=DE×吸氣時間（TI）[9]。對于DTF的測量評估：將超聲探頭放置在患者右腋中線第8～10肋間隙進行連續觀察，囑患者深呼吸10～15次，采集并儲存呼吸過程中右側膈肌厚度變化，在圖像上測量吸氣末及呼氣末膈肌厚度，見圖1。測量5個呼吸周期后，計算平均DTF。DTF=（吸氣末膈肌厚度-呼氣末膈肌厚度）/呼氣末膈肌厚度×100%[10]。

圖1 膈肌活動度（DE）與膈肌厚度的測量（a：箭頭所示為DE；b：A-A為吸氣末膈肌厚度，B-B為呼氣末膈肌厚度）

1.3 統計學處理 采用SPSS 23.0統計軟件。計量資料用表示，組間比較采用兩獨立樣本t檢驗；計數資料用率表示，組間比較采用χ2檢驗。將單變量分析中差異有統計學意義的參數納入多因素logistic回歸模型進行分析。繪制ROC曲線分析各指標對AECOPD患者無創通氣治療效果的預測效能，AUC為0.75～1.00表示預測效能良好。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 無創通氣成功與失敗患者的臨床資料比較 無創通氣成功與失敗患者在性別、年齡、BMI、合并癥、收縮壓、平均動脈壓、心率、血氧飽和度、呼吸頻率、PaO2、氧合指數（PaO2/FiO2）、TI比較，差異均無統計學意義（均P＞0.05）；無創通氣成功患者住院時間、PaCO2均低于治療失敗患者，pH、DTF、DE、E-T指數均明顯高于治療失敗患者，差異均有統計學意義（均P＜0.05），見表1。

2.2 AECOPD患者無創通氣治療效果預測指標的多因素logistic回歸分析 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）是無創通氣治療效果的獨立預測指標，見表2。

2.3 pH、PaCO2、DTF對AECOPD患者無創通氣治療效果的預測效能 pH、PaCO2、DTF預測AECOPD患者無創通氣治療效果的AUC分別為0.792、0.772、0.856，均有良好的預測效能，其中DTF的預測效能最高；pH、PaCO2、DTF 指標的最佳截斷值分別為 7.27、65.50 mmHg、21.50%，見表3和圖2。

3 討論

無創通氣是通過給予恒定的容量或壓力，從而增加肺的分鐘通氣量，防止肺泡塌陷，減少肺內分流，改善通氣/血流比值，進而促進氣體交換，保留AECOPD患者的自主呼吸，有效降低氣管插管率[3，11]。由于膈肌超聲具有安全性、可行性、可重復性等優勢，被廣泛用于膈肌功能的評估[12-14]。本研究結果顯示，無創通氣成功患者PaCO2均低于治療失敗患者，pH、DTF、DE、E-T指數均明顯高于治療失敗患者。

表1 無創通氣成功與失敗患者的臨床資料比較

表2 AECOPD患者無創通氣治療效果預測指標的多因素logistic回歸分析

表3 pH、PaCO2、DTF對AECOPD患者無創通氣治療效果的預測效能

圖2 酸堿度（pH）、PaCO2、膈肌增厚分數（DTF）預測慢性阻塞性肺疾病急性加重（AECOPD）患者無創通氣治療效果的ROC曲線

在AECOPD患者中，隨著呼氣時間的減少、呼氣流量的限制和呼吸頻率的增加，導致肺過度膨脹和呼氣受限。如果膈肌上的機械負荷是阻力性的，DE和（或）TI會隨之增加，導致E-T指數增加。當機械負荷是彈性的，橫膈膜能抵消壓力，盡管TI下降，但DE可能增加，導致E-T指數不變。但是，如果膈肌收縮力量減弱不足以克服過度增加的機械負荷，當膈肌很快耗功能儲備后最終會發生機械損傷，導致E-T指數降低[9]。既往研究證實，在AECOPD患者中DE、DTF均明顯降低[15-17]。Rocha等[15]研究認為COPD患者膈肌活動與氣道阻塞、肺過度膨脹、通氣能力、呼吸困難等密切有關。Saeed等[16]對30例予機械通氣的COPD患者進行研究，發現在接受自主呼吸試驗期間，當DE為11 mm時，對預測脫機結果的靈敏度為0.864，特異度為0.875，準確性為0.895。此外，Bobbia等[17]研究表明，當入院時DE＞23 mm時則不需要給予無創通氣治療。由于DE與吸氣容積有關，是通過增加患者的呼吸作用而產生壓力，所以只有在無通氣支持的情況下DE指標才有臨床意義[10]。此外，膈肌運動不僅是膈肌收縮舒張的結果，DE可能受到體位的影響，當患者仰臥或坐立時更為明顯，并且當腹部或胸部壓力改變時（腹水、肺不張等），患者膈肌移動明顯下降，但與膈肌本身的收縮功能無關，因此準確性較低[10，18]。

本研究多因素分析結果顯示，pH、PaCO2、DTF是無創通氣治療效果的獨立預測指標。既往研究一致表明，高碳酸血癥、酸中毒的嚴重程度與AECOPD患者早期無創通氣治療效果有關[19-20]。本研究ROC曲線分析結果顯示，pH預測無創通氣治療效果的AUC為0.792，當最佳截斷值為7.27時，靈敏度和特異度分別為0.72和0.70。PaCO2預測無創通氣治療效果的AUC為0.772，當最佳截斷值為65.50 mmHg時，靈敏度和特異度分別為0.74和0.65。英國胸科協會、英國重癥監護協會也指出，對于多數AECOPD患者，當pH＜7.35且PaCO2＞48.75 mmHg（6.5 kPa）時，應早期給予無創通氣治療[21]。Marchioni等[22]研究表明，若AECOPD患者入院時發生膈肌功能障礙（DTF＜20%），可以早期預測無創通氣治療失敗，其準確性高于基線pH和PaCO2指標。相對于DE，DTF是反映膈肌主動收縮功能的一個良好指標[23]。本研究失敗組DTF明顯低于成功組，與失敗組膈肌收縮功能下降有關。本研究確定DTF最佳截斷值為21.5%，與Antenora等[24]研究結果（DTF＜20%與AECOPD患者無創通氣治療失敗密切相關）相似。此外，有研究表明DTF在預測機械通氣脫機結果方面的準確性較DE高，但特異度較低[10]。而Dres等[25]研究表明，DTF是評估膈肌功能障礙的金標準。

綜上所述，DTF能較好預測AECOPD患者無創通氣治療效果。但本研究也存在一定的局限性，如單中心研究、樣本量較小、未進行肺容量評估、未動態評估膈肌功能等。