超聲評估膈肌功能預測成人機械通氣撤機結局

王怡潔，田霽松，王淑敏,3*，李匯文

(1.內蒙古醫科大學鄂爾多斯臨床醫學院，內蒙古 呼和浩特 010000；2.鄂爾多斯市中心醫院超聲科，內蒙古 鄂爾多斯 017000； 3.北京大學第三醫院超聲科，北京 100191)

呼吸肌舒縮是呼吸運動的原動力。膈肌是最為重要的呼吸肌，負責處理機體60%～80%通氣[1]。機械通氣是ICU支持生命的有效措施，但可帶來膈肌功能障礙，即呼吸機所致膈肌功能障礙(ventilator-induced diaphragmatic dysfunction, VIDD)，VIDD為撤機困難的原因之一[2]。顫搐性跨膈壓是評估膈肌功能的金標準，但測量過程復雜，易受組織水腫等干擾，且對患者配合度要求較高，無法廣泛用于臨床[3]。超聲具有安全、無創、便攜、可重復操作等優勢，有助于早期篩查引起VIDD的相關因素，在評估膈肌功能方面可與金標準相媲美[3]。本文就超聲評估膈肌功能預測成人機械通氣撤機結局研究進展進行綜述。

1 膈肌生理解剖及功能

膈肌是向上膨隆的扁薄闊肌，由中心肌腱及發射至前背部的肌纖維和膈肌胸腔附著區域[即胸廓-膈肌對合區(zone of apposition, ZOA)]共同構成；其肌纖維主要分為慢型、抗疲勞型(Ⅰ型)和快型(Ⅱ型)，分別在低強度活動、長期呼吸循環和高強度活動中發揮重要作用[4]，根據肌纖維起始位置可將膈肌分為胸骨部(起自于劍突后方)、肋骨部(起自于第7～12肋)及腰部(起自于L2～L3前方)[5]。吸氣時膈肌收縮，肌纖維變短、ZOA變厚，中心肌腱向前下推移腹腔臟器，同時胸廓擴大；呼氣時膈肌舒張、抬高，胸廓縮小，有利于氣體排出[5]。

2 VIDD病理生理學

機械通氣可破壞膈肌整體結構，引起膈肌功能、尤其收縮功能紊亂，其主要機制為肌蛋白分解增加、合成減少及氧化應激使肌肉直接損傷而致VIDD[4]，主要表現為膈肌抬高、無力甚至萎縮，單側病變時多無明顯癥狀，累及雙側時患者呼吸變淺、變快及腹壁出現反常呼吸運動[4]。機械通氣18～69 h可致膈肌慢型及快型肌纖維橫截面積減少50%以上，且下降幅度具有時間依賴性，同時膈肌肌力呈對數下降；機械通氣1、2及3天，膈肌厚度分別下降9%、24%及26%；通氣5～6天后，膈肌功能可降至原有的32%，主要表現為運動速度減慢、幅度減小，但此時多難以發現[5]。逐步撤機為患者恢復自主呼吸的過程，此時，呼吸阻力較大，刺激呼吸中樞，使膈肌、胸鎖乳突肌等呼吸肌由被動轉為主動運動；但存在VIDD時，膈肌無法參與自主呼吸，而輔助呼吸肌耐力不足，易致撤機失敗[5]。

3 機械通氣撤機時機

若機械通氣撤機過早，部分患者氧供及氣道保護功能尚未恢復，自主呼吸不足，心肺負荷較重，可導致撤機失敗；但盲目推遲撤機時間則可引起呼吸肌功能障礙、心臟舒張功能障礙等并發癥，亦增加了患者經濟負擔。臨床工作中，建議于患者原發病得到控制后，先在短時間內行低水平呼吸模式的自主呼吸試驗(spontaneous breathing trial, SBT)，并以患者通過SBT為撤機指征；撤機后，若患者可耐受48 h以上自主呼吸且無需接受再次插管為撤機成功，反之則為撤機失敗[6]。然而，有學者[6]根據上述SBT撤機指導進行機械通氣撤機，發現撤機失敗率仍較高，約15%。

4 超聲預測撤機結局

B型超聲可觀察膈肌厚度和回聲，評估其形態學改變；M型超聲能監測膈肌運動方向及幅度，并獲得膈肌增厚率(diaphragmatic thickening frequency, DTF)、膈肌活動度(diaphragmatic excursion, DE)、膈肌淺快呼吸指數(diaphragmatic rapid shallow breathing index, DRSBI)、膈肌吸氣幅度達峰時間(time to peak inspiratory amplitude of diaphragm, TPIAdia)、膈肌收縮速度(diaphragm contraction velocity, DCV)及偏移-時間(excursion-time, E-T)指數等指標，用于運動學評估。既往研究[7]發現，除神經及肌肉疾病外，膈肌超聲預測接受機械通氣的不同原發疾病患者撤機結局的效能并無顯著差異。為分別評估膈肌主動及被動收縮功能，建議于患者未接受輔助呼吸時或于低水平自主呼吸模式下進行速度為10 mm/s的超聲掃查，且應顯示至少3個呼吸周期的圖像[3]。

4.1 膈肌厚度及增厚率 超聲掃查時，將高頻線性探頭置于胸壁第8～10肋與鎖骨中線至腋前線交點處之間，可于深度1.5～3.0 cm處見2條相互平行的強回聲線(分別為胸膜及腹膜)，其間的低回聲區即膈肌[8]。膈肌厚度指ZOA處胸膜線與腹膜線之間的直線距離，平靜呼吸時為1.8～3.0 mm，深吸氣后為3.4～5.4 mm[8]，且兩側膈肌厚度及增厚率差異均無統計學意義[8]。有學者[9]發現采用超聲所測膈肌厚度與尸檢直接測量結果的一致性較高，故認為可采用超聲測量評估膈肌收縮功能。既往研究[10]納入63例接受機械通氣的呼吸衰竭患者，發現以呼氣末膈肌厚度≤1.7 mm預測撤機失敗的敏感度達90%；但GROSU等[11]發現，接受機械通氣患者膈肌厚度每減少0.1 mm，則撤機成功率提升12.5%，膈肌厚度還與個體差異及膈肌水腫等因素有關。

DTF代表膈肌厚度的變化程度，可直接反映肺容積、間接反映膈肌收縮力，有助于減少膈肌水腫等因素對呼氣末及吸氣末膈肌厚度測值的影響，且與呼吸機參數無明顯相關[3]；其計算公式為DTF=(吸氣末膈肌厚度-呼氣末膈肌厚度)/呼氣末膈肌厚度×100%，以M型超聲檢測的正常值為42%～78%[3]。meta分析[12]結果顯示，DTF是預測機械通氣撤機成功最準確的指標，其截斷值為30%～36%。一項針對56例接受機械通氣患者的研究[2]發現，以DTF 30%預測撤機成功的敏感度為88%，特異度為71%；亦有研究[10]以34.2%為DTF預測撤機成功的截斷值，并發現DTF可預測撤機后并發癥。

4.2 DE 行超聲掃查時，將凸陣探頭置于右側肋弓與鎖骨中線至腋前線交點處之間，以肝、脾為聲窗，可見貼于肝、脾的一條強回聲曲線，即膈肌；之后轉為M型模式，觀察膈肌運動軌跡：吸氣時膈肌下移，向探頭方向移動，呼氣時則相反，呼氣末至吸氣末膈肌移動的垂直距離即DE[13]。平靜呼吸時，膈肌左、右側DE正常值分別為1.78～2.86 cm及1.81～2.89 cm，深呼吸時分別為4.28～6.80 cm及4.09～6.51 cm，且男性略高于女性[13]；平靜呼吸時，如DE<10 mm或膈肌出現矛盾運動，則提示膈肌無力[14]。

FARGHALY等[15]報道，以DE≥10.5 mm預測機械通氣撤機成功的敏感度(87.5%)及特異度(71.2%)均較高。JIANG等[16]以肝、脾隨呼吸移動的垂直距離代替DE，并以該值≥11 mm成功預測機械通氣撤機。之后有學者[17]采用M型超聲監測腎臟與膈肌間距離或肺下界活動度以代替DE，可避免因肺下界移動遮擋膈肌而產生的測量誤差；但亦有學者[18]持相反觀點，認為鄰近器官活動度與DE的一致性較差，以DE預測撤機結局更為準確。總體而言，臨床以DE預測機械通氣撤機結局可出現誤差，主要原因在于DE僅反映膈肌移動距離，而無法分辨其為膈肌收縮舒張抑或呼吸機支持所致。

最近，有研究[19]基于DE提出預測指數ULDIMex，即(吸氣時間+呼氣時間)×深吸氣時DE/2；以其>4.06 cm/s預測機械通氣撤機成功的敏感度高達92.8%。一項針對37例接受機械通氣的慢性阻塞性肺疾病患者的研究[20]結果顯示，撤機成功率P =1/[1+e^-(-5.625+17.689×ΔDE30-5+1.802×DE30)]，其中，ΔDE30-5=DE30-DE5，而DE5、DE30分別指于5及30 min行SBT時的右側膈肌DE；以P>0.626預測機械通氣撤機成功的敏感度及特異度分別為92%及83.3%。

4.3 DRSBI 淺快呼吸指數=呼吸頻率/潮氣量，可用于預測機械通氣撤機結局；但潮氣量可通過刺激呼吸中樞而動員輔助呼吸肌進行維持，此時以淺快呼吸指數進行預測的準確性較低[21]。MOWAFY等[22]基于DE提出了新的淺快呼吸指數評估指標，即DRSBI(呼吸頻率/DE)，并發現以DRSBI≥1.6次/(min·mm)預測撤機失敗的敏感度為97.3%；相比單獨以淺快呼吸指數或DE預測撤機結局，DRSBI可更準確地反映呼吸負荷、呼吸肌及呼吸中樞三者的關系，更適于臨床推廣、應用。

4.4 TPIAdia TPIAdia指M型超聲模式下發現膈肌開始收縮至其達到最大收縮程度的時間[23]；以TPIAdia>0.8 s預測機械通氣撤機成功的敏感度為92.2%，但特異度僅45.5%[23]，有待進一步觀察。

4.5 DCV DCV指DE與吸氣時間的比值，可反映膈肌肌力，其正常值為0.9～1.7 cm/s；DCV≥1.74 cm/s時易出現撤機失敗[24]。行SBT時，撤機失敗患者DCV升高速度較快[24]。

4.6 E-T指數 E-T指數反映膈肌移動時對抗的吸氣阻力，為DE與吸氣時間的乘積[25]；PALKAR等[25]認為E-T指數預測機械通氣撤機結局的效能優于DCV，以E-T指數>0.92(cm·s)預測撤機成功的敏感度及特異度分別為79.2%及75.0%。

4.7 膈肌對合角 膈肌舒縮過程中，右側肋膈角處膈肌與胸壁對合形成的角度可發生變化，該角度在平靜呼氣末與用力呼氣末的差值即膈肌對合角，可用于評估慢性阻塞性肺疾病嚴重程度。膈肌功能障礙時，膈肌收縮及舒張程度均降低，膈肌對合角隨之減小[26]。膈肌對合角有望作為預測機械通氣撤機結局的新指標，有待更多研究加以證實。

5 小結與展望

機械通氣為ICU支持生命的重要手段，但復雜的病理生理情況可影響撤機結局。膈肌功能為撤機結局的主要影響因素，故于撤機前對其進行評估十分重要。目前尚無針對撤機前常規檢測膈肌功能的推薦及共識，但越來越多研究表明，超聲可作為撤機前評估膈肌功能的重要手段，能夠監測膈肌形態及運動、預測撤機結局，以指導臨床決策。隨著斑點追蹤及剪切波彈性成像等技術的發展，未來或將出現超聲評估膈肌功能及預測撤機結局的新指標、新方法。除VIDD之外，接受機械通氣患者多存在心肺功能及自主神經功能異常，此時單一超聲評估膈肌功能預測撤機結局的價值有限，聯合應用多參數多模態成像或可提高預測準確性，有待后續進一步觀察。