超聲在機械通氣患者脫機中的研究進展

錢志偉

（邯鄲市第一醫院呼吸與危重癥醫學科，河北邯鄲 056000）

0 引言

機械通氣是ICU挽救危重癥患者生命的一種有效手段，隨著機械通氣時間的延長，會導致患者引發ICU獲得性功能障礙（ICU-acquired weak，ICUAW）、呼吸機相關性肺炎、呼吸機相關性氣壓傷、血流動力學不穩定、睡眠障礙等并發癥，其死亡率也隨著機械通氣時間的延長而增加[1]。然而，過早的脫機拔管會增加患者再次插管的風險，死亡率也會明顯升高[2]。為了及時成功脫機，臨床上多以患者通過自主呼吸試驗（spontane ous breathing test，SBT）作為脫機的指征[3]。即使采用SBT指導脫機，仍有15%左右的患者脫機失敗，需再次機械通氣[4]。脫機失敗的原因是多方面的，常見的原因有膈肌功能障礙、心肺功能障礙等，及時發現這些原因，并進行有針對性地干預是提高脫機成功率的關鍵[5]。近年來超聲因具有無創、無輻射、便攜、可重復等優勢，又可以實時監測脫機過程中患者心臟、肺、膈肌等臟器的功能狀態，成為臨床醫師在脫機過程中重要的評估工具[6]。本文主要就超聲在機械通氣患者脫機過程中的研究進展展開綜述。

1 膈肌超聲在機械通氣患者脫機中的研究進展

1.1 膈肌與機械通氣、脫機的關系

膈肌是重要的呼吸肌，占所有呼吸肌功能的60%～80%。呼吸衰竭被認為是由呼吸負荷與呼吸肌功能之間不平衡造成的，膈肌功能障礙會造成呼吸衰竭[7]。機械通氣為呼吸衰竭患者治療原發病爭取了時間，但也會通過膈肌蛋白分解增加和蛋白合成減少等機制導致患者膈肌萎縮和收縮功能障礙[8]。由于機械通氣時間的延長會引起ICUAW，導致膈肌功能障礙發生率是肢體肌肉功能障礙發生率的2倍[9]。膈肌萎縮的發生與機械通氣時間延長、ICU住院時間延長以及并發癥發生率的升高有關[10-11]，同時膈肌功能障礙也會引起患者脫機失敗[12]。

1.2 膈肌功能的評價指標

膈肌功能的評價指標有電生理、壓力、形態學等，其中代表性的電生理指標如膈肌電活動，因對測量技術要求高、有創傷，臨床應用受到限制。壓力指標如跨膈壓，因需患者配合、人群變異性大、可重復性差，也使其應用推廣受到限制。此外評估膈肌形態學的方法有MRI、膈肌透視、胸片、肺部CT和超聲，其中因超聲無創、簡單、無輻射、易重復、易操作，在臨床上應用越來越廣泛，其他檢查手段因有輻射，又需搬動患者，限制了其在臨床中的應用[13]。

1.3 膈肌超聲在機械通氣患者脫機中的應用

超聲評估膈肌功能的指標目前常用的包括膈肌位移（diaphragmatic displacement，DD）、膈肌淺快呼吸指數（diaphragmatic rapid shallow breathing index，DRSBI）、膈肌增厚分數（diaphragm thickening fraction，DTF）[14]。DD是膈肌力量、胸內壓、腹內壓相互作用的結果。膈肌超聲通過使用相控陣探頭測量DD，探頭位于鎖骨中線肋下緣，使用M模式產生的圖像可以顯示膈肌隨時間的運動，可精確測量膈肌在呼吸周期內的位移[15]。研究發現，DD是ICU機械通氣患者脫機能否成功的預測因子[16-17]。Muhammad等[17]在SBT 20 min時進行數據采集，發現以DD<1.2 cm作為界值來預測脫機失敗，敏感度為78.95%，特異度為70.83%。

Sherif等[18]將DD與淺快呼吸指數（rapid shallow breathing index，RSBI）相結合，利用DD代替RSBI中的潮氣量，得出一個新的指標DRSBI。該研究對106例機械通氣超過48 h的患者，準備在其首次通過SBT時脫機。在SBT開始1 min后，計算RSBI和DRSBI。將患者根據是否需繼續進行SBT分成2組，Ⅰ組取決于RSBI的結果，Ⅱ組取決于DRSBI的結果。行SBT 30 min后，重新評估患者對SBT的耐受性，并計算RSBI和DRSBI。結果表明，在SBT持續30 min時，將DRSBI<1.6次/（min·mm-1）作為界值來預測脫機成功率的敏感度為97.3%，特異度為93.9%。與傳統的RSBI相比，以DRSBI來預測脫機結果更準確，敏感度、特異度與DD相比明顯提高。脫機時如果膈肌存在功能障礙，機體為維持正常的潮氣量，會增加呼吸中樞驅動，同時動員輔助呼吸肌工作，上述代償的結果會掩蓋膈肌功能障礙。由于輔助呼吸肌更容易疲勞，那些在脫機前從輔助呼吸肌獲得同樣的潮氣量的患者，因DD較差，與膈肌功能正常的患者相比，更有可能由于隨后的輔助呼吸肌疲勞導致脫機失敗。DRSBI能反映呼吸中樞、呼吸肌與呼吸負荷之間的動態平衡關系，與傳統的RSBI相比，其兼顧呼吸肌和呼吸負荷的因素，所以預測脫機結果更精準[19]。

DTF是用吸氣末膈肌厚度減去呼氣末膈肌厚度，所得的差除以呼氣末膈肌厚度得出的結果，與肺容積直接相關，也可代表膈肌功能[20]。Soliman等[21]研究了50例大腸癌術后機械通氣患者的脫機過程，SBT時間是60 min，數據采集第一次是在機械通氣開始后24 h內，此后每天采集一次[間隔（24±6）h]，直到脫機前獲得最后一次數據。結果提示，在機械通氣48 h時的DTF＞24.2%，脫機成功率明顯升高，敏感度為84.6%，特異度為100%；在機械通氣72 h時的DTF＞29.5%，脫機成功率明顯升高，敏感度為95.8%，特異度為100%。而王志力等[22]對48例機械通氣脫機患者在SBT 30 min時進行數據采集，得出的結果是DTF<32.1%，脫機失敗率明顯升高，AUC為0.894，特異度和敏感度分別為80.2%和89.7%。上述2個實驗結果都提示DTF可以預測脫機結果，但2個界值相差較大，是否與這些實驗的樣本量小、入組患者的病種不同、數據采集的時間點不同有關，需進行大樣本量的實驗來驗證。

2 心臟超聲在機械通氣患者脫機中的研究進展

2.1 心功能不全與脫機的關系

心功能不全也是脫機失敗的常見原因[23]。Konomi等[24]發現機械通氣患者脫機失敗的關鍵因素是左心室舒張功能障礙。左心室舒張功能障礙的患者，尤其是嚴重舒張功能障礙的患者，SBT的失敗率比舒張功能正常的患者更高[25]。舒張功能障礙與延長脫機時間有關，患者左心室舒張功能障礙后充盈壓力增加可能是脫機試驗失敗的關鍵機制[26-27]。急性呼吸衰竭的患者中，脫機性肺水腫（weaning-induced pulmonary oedema，WIPO）與左室舒張功能障礙的嚴重程度相關，與收縮功能無關。脫機過程對于機械通氣患者而言，是一次心臟的運動負荷試驗，正壓通氣狀態向負壓通氣狀態轉換，患者呼吸和心血管系統會發生一系列病理、生理的變化，包括胸腔內壓顯著下降、呼吸功增加、低氧血癥、高碳酸血癥、腎上腺素能激活等，導致左心室舒張功能障礙，從而引發WIPO[28]。Bedet等[29]發現在患者首次SBT失敗中，WIPO比較常見，其發生率在21.2%～59.6%。

2.2 心功能的評價

及時發現并診斷WIPO依賴于肺動脈嵌壓（pulmonary artery occlusion pressure，PAOP），或依賴于反映心血管功能的生化指標腦鈉肽和氨基末端B型鈉尿肽前體的濃度、血漿蛋白或血紅蛋白水平，或依賴于測量升高的左心室充盈壓力[30]。測量PAOP需要置入右心導管，操作有創且風險高。如果患者出現左室流出道梗阻或嚴重二尖瓣返流時，會導致PAOP升高，單純依靠PAOP可能會做出左心衰的錯誤診斷[31]。腦鈉肽的半衰期為22 min，氨基末端B型鈉尿肽前體的半衰期為120 min，這表明腦鈉肽的測定在脫機過程中更有意義[32]。Konomi等[24]發現SBT完成時，腦鈉肽升高與脫機失敗風險增加有關。在SBT失敗的患者中，其血漿蛋白濃度、血紅蛋白濃度和腦鈉肽升高，可替代PAOP作為診斷WIPO的方法，但這些方法不能直接測量或反映左心室充盈壓力和WIPO的機制[30]。與檢測生化指標相比，心臟超聲具有便攜、無創、易于使用等優點，可識別高危人群、監測患者血液流動、監測突然增加的左心室充盈壓力、識別肺水腫的潛在機制，是檢測WIPO的理想方法。評估心臟舒張功能要求操作超聲的醫師能夠正確地使用脈沖多普勒超聲和組織多普勒超聲。用脈沖多普勒超聲記錄二尖瓣血流的情況，E波代表左心室早期舒張充盈，反映左心房和左心室之間的驅動壓力。在二尖瓣環外側用組織多普勒超聲測量e'速度，校正左室松弛對e波的影響。因此，E/e'比值被認為是測量左心室充盈壓力的可靠方法，左心室固有松弛或年齡對其影響很小。e'波的降低和E/e'比值的升高是心室舒張儲備功能受損的標志[33-34]。

2.3 心臟超聲在機械通氣患者脫機中的應用

王慧等[35]發現在SBT前進行數據測量，E/e'＞7.9對脫機失敗有預測價值，AUC為0.85，敏感度為91.3%，特異度為80.7%，同時發現左室舒張功能不全但收縮功能正常的患者脫機失敗風險明顯升高。Moschietto等[36]在SBT開始前、SBT開始后10 min對實驗數據進行多次采集，結果表明，SBT開始前，E/e'＞12.6對脫機失敗有預測價值，AUC為0.75，敏感度為60%，特異度為95.8%；在SBT開始后10 min，E/e'＞14.5，AUC為0.86，敏感度為75%，特異度為95.8%，在SBT開始后10 min，測量的E/e'預測脫機結果的敏感度更高。同時發現脫機失敗的患者在SBT期間e'無明顯變化，但在脫機成功的患者中e'有增加，提示舒張功能受損以及在SBT期間不能增強舒張功能與脫機失敗有關，該實驗也發現心臟收縮功能與脫機結果無關。Fathy等[37]發現胸腔積液對脫機造成影響時，高齡會增加脫機失敗的風險。Liang等[38]對能成功通過SBT 30 min，但SBT 120 min時失敗的機械通氣患者的特征進行分析后得出，對于預測脫機獨立風險因素評分＞2分的患者推薦SBT 120 min，風險因素評分≤2分的患者推薦SBT 30 min，其中獨立風險因素就包含了年齡。預測脫機獨立風險因素評分標準如下：（1）在SBT前評分。存在慢性心肺疾病或年齡≥75歲為1分，動脈血二氧化碳分壓pa（CO2）≥48 mmHg（1 mmHg=133.32 Pa）為2分，SBT 30 min成功前曾進行SBT 1次及以上為3分。（2）SBT 30 min期間。RSBI≥69或ΔpH≥0.02為1分，pa（CO2）≥50 mmHg為2分，Δpa（O2）/FiO2（吸入氣中的氧氣體積分數）≥13為3分。SBT選擇30、60、120 min，將直接影響實驗結果。王慧等[35]與Moschietto等[36]的研究得出的E/e'界值相差較大，是否與采集數據的時間點不同和入組人群年齡差異因素有關，有待進一步驗證。

3 肺部超聲在機械通氣患者脫機中的研究進展

3.1 肺部超聲評價指標

肺功能障礙也是脫機失敗的常見原因，表現為呼吸系統順應性下降造成肺泡塌陷，引起肺通氣減少，導致脫機失敗。在SBT開始初期肺泡塌陷尚未發生時，肺通氣減少就已經開始了[39]。此前臨床上多應用胸部X射線片、肺部CT、纖維支氣管鏡評估患者的氣道及肺功能來指導脫機，但因上述檢查有輻射、有創、重復性差限制了其應用。肺部超聲評分（lung ultrasound score，LUS）通過量化肺通氣減少程度，實現了由影像向具體數值的轉變，以此來評估肺水腫、肺實變、肺復張。LUS是將每側肺依據胸骨旁線、腋前線、腋后線、脊柱旁線分成3個區，每個區再分成上、下2個部分，兩側肺分成12個區域[40]（如圖1所示），然后分別對各區域進行肺部超聲掃描，按照以下標準進行評分：（1）正常肺通氣。存在肺滑動征及A線或不超過2條B線為0分。（2）中度肺通氣喪失。超過2條明確的B線為1分。（3）嚴重肺通氣喪失。多條合并B線為2分。（4）肺實變。肺呈組織樣回聲存在為3分（如圖2所示）。將12個區域評分相加所得的總分即LUS，總評分為0～36分[41]。

圖1 LUS十二分區法[40]

圖2 LUS示例圖[41]

3.2 LUS在機械通氣患者脫機中的應用

郭宏斌等[42]發現在診斷肺水腫的敏感度、特異度、準確率中，肺部超聲明顯高于胸部X射線檢查，證實在新生兒肺水腫診斷中，肺部超聲比胸部X射線的應用價值更高。相關研究已證實LUS對機械通氣患者脫機結果有預測價值[43-44]。Soliman等[45]的研究采用SBT 60 min發現，以LUS＞15.5分為界值來預測機械通氣患者脫機失敗，敏感度為70%，特異度為82.5%，AUC為0.836。Eva等[46]采用SBT 120 min，同時對上述的LUS方案進行改良、簡化程序，稱之為改良肺部超聲評分（modified lung ultrasound score，LUSm）。LUSm是將每側肺分成前上、前下、外側和后基底4個區域，兩側肺共分成8個區域，總評分在0～24分。這種方法避免移動患者，可防止相關并發癥的發生，簡化了操作人員的檢查過程。研究結果為以LUSm評分＜7分為界值預測脫機成功，敏感度為76%，特異度為73%，AUC為0.80。上述實驗都提示LUS可以預測脫機結果，但改良后的特異度較之前降低。王宏陽等[40]在LUS十二分區法的基礎上，進行多種簡化組合并比較，觀察各個簡化的LUSm與LUS十二分區的相關性，發現LUS八分區與LUS十二分區相關性最好，證實了上述實驗的差異與LUS方法無關，而上述2個實驗結果的差異是否與SBT時間不同有關，有待進一步驗證。

4 多臟器超聲聯合檢測在機械通氣患者脫機中的應用

脫機失敗受多種因素影響，有時是其中某單一因素影響，有時是多種因素同時作用。肺部超聲使臨床醫生能及時全面地評估肺通氣情況，可通過量化的方法評估肺通氣缺失的嚴重程度，從而在脫機過程中發揮作用。肺部超聲對于單純的肺部疾病評估作用大，但因其不能對膈肌功能、心功能進行評估，在患者的病情評估方面存在缺陷。Stefanone等[47]通過將LUS與超聲心動圖監測的心臟射血分數相結合，可提高對肺動脈楔壓的預測，在預測肺通氣情況的同時，也可明確血流動力學狀態。鄭清江等[48]將LUS與DD聯合起來對機械通氣患者脫機結果進行評估，以LUS與DD為自變量、脫機成功與否為因變量，得出聯合評價預測值，發現聯合評價預測值＞0.18時，敏感度為100%，特異度為95.6%，對預測脫機結果具有更高的價值。Luo等[49]對SBT成功后脫機的患者用超聲測量E/e'、DD，結果發現E/e'可預測患者脫機后48 h內的再次插管，而DD可更準確地預測拔管后一周內的再次插管。姜明明等[50]通過胸部超聲對膿毒癥患者機械通氣脫機結果的預測價值進行研究，發現膿毒癥患者脫機前肺及膈肌功能相對穩定，但仍有一些患者脫機失敗，提示脫機成功與否涉及多方面因素，除肺、膈肌外，還與患者的心臟功能有關。這也提示在預測脫機結果方面，單一臟器超聲檢測或2個臟器超聲聯合檢測對預測脫機結果有指導意義，但因ICU患者病情復雜，往往是多系統受累，如果將LUS、E/e'、DD三者聯合檢測多臟器系統，能對患者病情進行全面評估，對脫機結果的預測價值會更高，同時可減少患者的機械通氣時間、ICU住院時間和住院費用。

5 結語

超聲具有無創、無輻射、便攜、可重復等優勢，可在床旁實時檢測脫機過程中患者心臟、肺、膈肌等臟器的功能狀態，從而指導機械通氣患者的脫機。ICU內的機械通氣患者病情危重復雜，往往是多臟器受累，單臟器的檢測不夠全面。未來心、肺、膈肌多臟器聯合進行超聲檢測將成為趨勢，其對機械通氣患者病情的評估更全面，可識別脫機失敗的高危人群，分析導致脫機失敗的潛在原因，并采取有針對性的臨床治療措施，從而提高脫機成功率，節約醫療資源。隨著床旁超聲在ICU的廣泛應用，多臟器聯合超聲在機械通氣患者脫機的過程中必將占據越來越重要的地位。