不同時間膈肌增厚分數對急性加重慢阻肺患者NIV結局的預測價值

胡原勛

無創通氣(noninvasive ventilation，NIV)治療已經作為急性加重的慢性阻塞性肺疾病(慢阻肺)患者重要的治療手段之一，對NIV有反應的患者在NIV開始后的1～4小時內，可以有效改善患者的氣體交換，糾正患者的酸堿度或呼吸頻率，降低氣管插管率，并提高存活率。但是臨床上仍有較高的失敗率，因此，臨床上建議在NIV啟動后2小時內評估NIV的預后[1]。既往研究已經對慢阻肺患者的膈肌功能進行了大量評估，結果證明膈肌超聲在預測慢阻肺患者中的膈肌偏移和增厚率方面的作用[2-3]，但仍不清楚在多個時間點評估膈肌偏移和增厚率是否在評估NIV治療效果上有一定的研究價值。因此，本研究擬通過評估入院時，治療1小時和2小時，3個時間點膈肌超聲對慢阻肺急性加重患者NIV失敗的預測價值。

資料與方法

一、 一般資料

前瞻性研究2019年3月至2020年3月期間我院收治的給予NIV治療的57例慢阻肺急性加重患者，根據NIV是否有效分為成功組和失敗組。成功組的平均年齡為(62.13±3.25)歲,男性23例。失敗組平均年齡為(63.30±3.52)歲，男性15例。兩組在性別，年齡上無統計學差異，兩組之間具有可比性。所有患者家屬均簽署知情同意書并通過醫院倫理委員會審查。

患者臨床癥狀明顯減輕，心率(HR)、呼吸頻率(RR)、血壓及呼吸恢復正常，平臥位肺部基本無啰音為NIV治療有效，當患者出現以下情況認為NIV治療失敗，給予機械通氣治療：①難以糾正的低氧血癥，即血氧飽和度(SpO2)<90%；②患者意識喪失，或呼吸心跳驟停；③HR>140或變化率>20%，④收縮壓(SBP)>200 mmHg/<80 mmHg，或者出現血流動力學不穩定；⑤患者有明顯呼吸急促、呼吸疲勞癥狀，呼吸頻率增快>原有的20%。

慢阻肺的診斷符合2017年《慢性阻塞性肺疾病全球倡議》標準，以存在持續的不可逆氣流受限作為診斷的金標準，即吸入支氣管舒張劑后15分鐘，FEV1/FVC<70%。慢阻肺急性加重是指呼吸系統的急性惡化，出現兩種主要癥狀(呼吸困難、膿痰和痰量)的增加或者一種主要癥狀和一種次要癥狀(喘息、喉嚨痛、咳嗽和鼻塞/流涕)的增加[4]。NIV患者的納入和排除標準均符合2018版的無創正壓通氣急診臨床實踐專家共識[5]。

1 納入標準 ① 結合臨床表現及病史明確診斷為慢阻肺急性加重[4]。②均符合NIV適應證：存在呼吸性酸中毒，動脈血酸堿度(PH)≤7.35，或二氧化碳分壓(PaCO2)>45 mmHg)，存在嚴重的呼吸困難；無機械通氣禁忌癥[5]；③ 有完整的臨床隨訪資料；④ 同意簽署知情同意書。

2 排除標準 ① 伴隨有其他嚴重危及生命的疾病，如腦血管疾病、肺惡性腫瘤、氣道堵塞等；② 伴隨有嚴重氣胸、肺不張、肺炎、間質性肺病或近期擬行手術治療的患者；③ 精神狀態改變或易發生誤吸，不能配合治療的患者；④入院前已接受過慢阻肺系統治療；⑤ 對呼吸肌面罩不耐受或需緊急氣管插管患者。

3 剔除標準 患者死亡、自動出院、中途退出則停止研究。

二、 方法

收集入組患者的一般資料包括性別、年齡、病史，體質指數(body mass index，BMI)，合并癥，血氧飽和度(Oxygen saturation，SpO2)，心率(Heart rate，HR)，呼吸頻率(breath rate，RR)，收縮壓(Systolic blood pressure，SBP)，血氣分析結果。

所有患者均給予基礎治療，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，同時給予化痰平喘，維持內環境等治療。患者入院時(T0)，治療1小時(T1)，治療2小時(T2)抽取股動脈的動脈血，立即進行血氣分析檢測，記錄二氧化碳分壓(PaCO2)，氧分壓(PO2)，酸堿度(PH)。

均采用無創呼吸機(瑞思邁stellar150)進行NIV治療，均為口鼻面罩通氣，通氣模式為自主觸法/時間切換(S/T)模式，氧濃度(FiO2):30%～50%,吸氣壓為10～25 cmH2O，呼氣壓為4～8 cmH2O，吸呼比為1 ∶(1.5～2.0)，呼吸頻率為16～30次/ min。壓力上升時間0.05～0.1 s，隨時調整參數使目標達到SPO2>90 %，治療過程中實時關注患者的排痰能力，定時進行痰液引流。

超聲評估方法：由熟練掌握超聲操作的醫生在上級醫師監督下操作，分別在T0，T1，T2三個時間段進行膈肌活動度(Diaphragmatic excursion，DE)以及膈肌增厚分數( diaphragmatic thickening fraction，DTF)的評估。

DE：患者取仰臥位，床頭抬高20～40℃，將寬頻線陣探頭，置于右側腋前線與肋弓下緣交界處，以肝臟作為膈肌透聲窗，探頭指向頭側及背側，以M型超聲顯示膈肌活動度并進行測量，反復3次取平均值。DE (mm) =吸氣末膈肌距基線的距離-呼氣末膈肌距基線的距離[6]。

DTF：床頭抬高20～40°，將超聲探頭放置在在右腋中線第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的右側膈肌厚度的變化，在凍結的圖像中測量吸氣末及呼氣末時的膈肌厚度。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%[7](見圖1)。

圖1 超聲下膈肌活動度測量(橫膈膜偏移和吸氣及呼氣厚度分別用紅色和白色的箭頭表示)

三、統計學方法

所有數據用SPSS23.0統計學軟件包完成，用均數±標準差表示計量資料，用例數(%)描述計數資料，運用獨立樣本t檢驗計量資料的組間比較進行，運用卡方檢驗對計數資料的組間差別進行比較，使用重復測量數據方差分析不同時間PH值，PaCO2，DTF變化情況。通過單變量分析中具有顯著統計學差異的參數，被納入到多變量logistical回歸分析中。并描繪各項指標的受試者工作 特 征 曲 線 ( receiver operating characteristic curve，ROC)，比較獨立預測參數的敏感度及特異度。使用對數秩檢驗，評估各獨立參數曲線下面積(Area under the curve，AUC)之間的差異。AUC在0.75～1.0之間表明具有良好的預測價值，P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

一、 一般臨床資料

成功組34例，失敗組23例，兩組在收縮壓，平均動脈壓，心率，血氧飽和度，氧分壓，呼吸頻率等參數上無統計學差異，但是血氣分析中失敗組的PaCO2顯著高于成功組(t=3.275，P<0.05)，動脈血PH值顯著低于成功組(t=5.596，P<0.001)。在超聲參數指標中，治療失敗組的DTF，DE均顯著低于治療成功組(t=3.128，4.267均P<0.05)(見表1)。

表1 入院時患者一般臨床資料

二、 NIV治療失敗的危險因素logistic 回歸分析

多因素分析結果顯示入院時的PH值(OR:2.185，95%Cl:1.173～3.196，P=0.021)，PaCO2(OR:2.113，95%Cl:1.074～3.152，P=0.003)和DTF(OR:3.225， 95%Cl: 2.202～4.248，P<0.001)均是預測NIV治療失敗的危險因素(見表2)。

表2 慢阻肺急性加重患者NIV治療失敗的Logistical回歸分析

三、 不同時間各臨床指標變化情況

組間比較顯示，在T1時， 成功組的PH值，DTF均顯著高于失敗組(t=4.988，10.191，均P<0.001)， 在T2時， 成功組的PH值，DTF均顯著高于失敗組(t=5.036，8.476均P<0.001)，并且在T1和T2時成功組的PaCO2均顯著低于失敗組(t=4.881，5.778，均P<0.001)。

組內比較顯示， 在成功組從T0到T1，從T1到T2，PaCO2均有明顯下降(F=10.945，P<0.001)，而PH值， DTF，均有所升高(F=34.579，12.645，P<0.001)。失敗組在T2時的PaCO2低于T0時(t=2.765，P=0.008)，但從T0到T1, T1到T2的PaCO2均無顯著變化(P>0.05)。從T0到T2的PH值，DTF均有所升高(F=82.529，19.935，P<0.001)(見表3)。

表3 不同時間各指標變化情況

四、 不同超聲指標對NIV治療失敗的預測價值

T0時DTF(AUC: 0.891，95% CI:0.809～0.974，P<0.001)比T0時的PH(AUC: 0.873，95%CI: 0.781～0.965，P<0.001)和PaCO2(AUC:0.735，95%CI: 0.606～0.865，P<0.001)在預測NIV結局上表現出更高的準確性。T1時DTF(AUC: 0.985，95% CI:0.781～0.965，P<0.001)比T1時的PH(AUC:0.809，95%CI:0.699～0.919，P<0.001)和PaCO2(AUC:0.824，95%CI:0.717～0.930，P<0.001)以及T0時的DTF(AUC: 0.891，95%CI:0.809～0.974，P<0.001)，更準確地預測NIV結局。在T2時，與PH和PaCO2相比，DTF(AUC:0.949，95%CI:0.893～0.995，P<0.001)顯示出較高的敏感性和特異性(88%和87%)。其中T1時DTF的AUC最高，敏感度和特異度分別為97%和83%(見表4，圖2)。

圖2 預測慢阻肺急性加重患者NIV結局的ROC曲線結果A：入院時PH，PaCO2，DTF; B：治療1小時的PH，PaCO2，DTF;C：治療2小時的PH，PaCO2，DTF

表4 預測慢阻肺急性加重患者NIV結局的ROC曲線結果

討 論

膈肌超聲因具有安全性、可行性、可重復性等優勢，被廣泛用于膈肌功能評估[8-10]，其中DE和DTF已經被證實可用于評估NIV的預后[2-3，8-10]。但是有關不同時間DE和DTF對NIV治療效果的研究較少。因此，本研究擬評估不同時間的膈肌超聲指標在慢阻肺急性加重患者NIV失敗的預測價值。

本研究結果單因素分析結果顯示失敗組的高碳酸血癥，酸中毒的比例均顯著高于治療成功組。并且DE，E-T指數，DTF均明顯低于治療成功組。并且本研究還顯示隨著治療時間的的不同，PH，PaCO2，DE，E-T指數，DTF均有不同程度的改善。由于NIV通過給予恒定的容量或壓力，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，因此隨著治療時間變化， PH，PaCO2以及膈肌指標DE，DTF均處于動態變化的過程[1，11]。既往多項研究也已經證實在伴隨慢阻肺急性加重患者中DE和DTF均有顯著降低[12-13]。其中Rocha等人的研究認為慢阻肺患者的膈肌活動與氣道阻塞、肺過度膨脹、通氣能力和呼吸困難密切有關[12]。并且Bobbia X等的研究顯示當入院時DE高于23 cmm時，不需要給予NIV治療[13]。

本研究多因素分析結果顯示高碳酸血癥，酸中毒和DTF是慢阻肺急性加重患者NIV治療失敗的預測因素。這與既往研究相似， 高碳酸血癥和酸中毒的嚴重程度已經被證實與慢阻肺急性加重早期NIV治療失敗有關[14-15]。英國胸科協會/重癥監護協會也指出，對于大多數慢阻肺急性加重患者，當PH<7. 35，且PaCO2>48.75 mmHg(6.5kpa)時應早期予 NIV 治療[16]。DTF已經被證實是評估膈肌功能障礙的金標準膈神經刺激的可靠替代方法[17]。本研究中失敗組的DTF顯著低于成功組，表明失敗組的膈肌收縮功能下降。此外，本研究也表明相對于DE，DTF是反映膈肌主動收縮功能的一個良好指標[18]，研究證實由于DE與吸氣容積有關，通過增加患者的呼吸作用而產生壓力，所以DE只有在沒有通氣支持的情況下才有意義[7]。此外，膈肌運動不僅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，而與膈肌本身的收縮功能無關因此準確性較低[7，19]。

本研究還顯示隨著治療時間的延長， 反復膈肌超聲測量可以有效評估NIV治療的預后，在T1和T2時，相比PH和PaCO2變化，使用膈肌超聲通過DTF來預測NIV治療結局更為準確。并且在NIV治療1小時，DTF對NIV治療結局的預測的準確性最高。這與既往研究相似Marchioni等的研究也證明當慢阻肺急性加重患者入院時發生膈肌功能障礙(DTF<20%)，可以早期預測NIV治療失敗，其準確性高于基線PH值和PaCO2的變化[20]。本研究中T1時DTF最優截止值為23.5%，與既往研究非常接近，Antenora等的研究表明，當DTF< 20%時與慢阻肺急性加重患者的NIV治療失敗密切相關[17]。由于慢阻肺急性加重患者的氣流阻力增加，呼氣不充分導致動態過度充氣以及膈肌和呼吸輔助肌收縮能力減弱，進一步加重了呼吸肌負荷和呼吸功能儲備的失衡，而給予NIV可以通過壓力支持通氣的方式克服通氣阻力和氣道阻力，減少患者吸氣做功，緩解呼吸肌的疲勞，改善膈肌功能[21-22]。綜上所述，給予NIV治療可有效改善膈肌功能，而膈肌功能可以早期預測NIV治療的結局。

本研究局限性在于，第一，本研究為一項單中心研究，樣本量較小，仍需多中心大樣本量研究證實本研究結論。第二，本研究中膈肌評估是在自主呼吸期間進行的，未能進行肺容量的評估。而肺容量的測量可能有助于我們更好地理解慢阻肺患者發生膈肌功能障礙的整體機制，因此還需進一步的高質量前瞻性研究。總之，我們認為高碳酸血癥，酸中毒和DTF降低，可以較好地預測慢阻肺急性加重患者NIV治療失敗。膈肌超聲指標尤其是DTF，不同于PH和PaCO2，是早期和準確的NIV預后預測指標。