危重癥患者呼吸機相關膈肌功能障礙現狀及預防的研究進展

劉濱濱 吳華煉 鄭秀丹 胡仕敏 付貞艷 權明桃

(1.廣西醫科大學第一附屬醫院,廣西 南寧 530021;2.遵義醫科大學附屬醫院,貴州 遵義 56300)

膈肌為人體最主要的呼吸肌,主導人體60%～70%的通氣需要[1],膈肌去負荷后,可導致膈肌迅速萎縮。呼吸機相關膈肌功能障礙(ventilator-induced diaphragmatic dysfunction,VIDD)是由于危重癥患者長時間機械通氣后引發膈肌張力下降、膈肌萎縮和結構損傷等,導致膈肌收縮功能下降[2]。VIDD普遍存在于機械通氣患者中,64%的機械通氣患者在入院時即可引起VIDD[3]。VIDD嚴重影響患者的預后,可導致撤機困難和呼吸機依賴,降低患者的撤機成功率,從而延長機械通氣時間、ICU住院時間,增加院內死亡率,影響患者院后生存率[4]。研究[5]顯示,危重癥患者膈肌功能障礙合并ICU獲得性衰弱者撤機失敗率和死亡率為分別為86%和39%。另有研究[6]證實,在院內發生膈肌功能障礙的患者2年生存率降低了4%。VIDD的病因和發病機制復雜,目前在藥物治療上尚處于探索階段,許多學者對VIDD藥物治療的建議也未達成共識。因此,從護理角度出發預防VIDD具有重要的意義。本文回顧國內外危重癥患者關于VIDD的相關研究,從VIDD的診斷、發病機制、影響因素和預防方法4個方面進行綜述,以期為臨床醫護人員預防VIDD提供參考。

1 VIDD的診斷

目前VIDD的診斷主要根據顫搐性跨膈壓(twitch transdiaphragmatic prsssure,TwPdi)、膈肌增厚分數(diaphragmatic thickening fraction,TFdi)、膈肌移動度(diaphragm excursion,DE)和膈肌厚度(thickening of the diaphragm,Tdi)進行診斷。美國胸科學會[7]曾建議將經皮雙側膈神經電刺激產生的TwPdi作為客觀評估膈肌力量的金標準,當TwPdi <11 cmH2O(1 cmH2O≈0.098 kPa)時,即診斷為膈肌功能障礙。但該測量方法操作人員需經過培訓才能掌握神經電刺激定位方法和刺激電極的用力角度,需要花大量的時間尋找個體化膈神經刺激點,其因操作時間過長,導致臨床實用性欠佳。研究[8]報道床旁危重癥超聲技術因其便宜、安全、無創、可重復性以及方便床旁操作等,對動態監測膈肌功能和診斷VIDD具有重要意義,更具臨床實用性。超聲測量膈肌時,當TFdi<20%、DE<1 cm、Tdi<0.2 cm即可診斷為膈肌功能障礙[9]。

2 VIDD的發病機制

VIDD發生機制較為復雜,目前尚未完全明確[10]。有研究[11]報道,VIDD是機械通氣的一種可預防的潛在并發癥。王夢麗等[12]將VIDD的發生機制概括為:(1)膈肌纖維結構變化。(2)氧化應激。(3)線粒體的損傷。(4)脂質代謝異常。何遠超等[13]綜述機械通氣下VIDD的發生機制為:(1)膈肌線粒體損傷及過氧化物產生增加。(2)膈肌氧化應激增加。(3)膈肌蛋白質水解。(4)膈肌自噬。(5)膈肌RyR1重塑。潘科等[14]將其概括為組織學和力學改變、病理和生理學的變化,其中膈肌氧化應激反應,蛋白質的分解代謝、合成及自噬等作用,在不破壞膈肌神經傳導的前提下改變膈肌肌纖維的數量及質量,從而導致VIDD。Zhang[15]研究中失血性休克可加重VIDD,原因為失血性休克可導致全身炎癥反應。Jung等[16]探討重癥監護室膿毒癥患者對膈肌的功能變化,研究顯示機械通氣并發膿毒癥的患者膈肌萎縮與肌力下降比無膿毒癥的患者更為顯著。雖然還未明確VIDD的發生機制,但許多學者認為氧化應激和全身相關炎癥為導致VIDD的主要相關因素[17]。

3 VIDD的影響因素

3.1呼吸機通氣模式 呼吸機通氣模式中控制通氣模式使患者膈肌完全處于制動狀態,容易引起膈肌的萎縮和收縮功能障礙,導致膈肌力量的喪失。因此,影響膈肌功能的決定性因素之一是控制機械通氣。在一項大鼠實驗中,控制機械通氣會導致蛋白水解和蛋白質合成減少,引起膈肌損傷,而壓力支持通氣模式,可保留膈肌蛋白質的含量,無明顯的膈肌氧化損傷。在這項動物實驗中,發現機械通氣12～18 h后,膈肌纖維就可出現明顯的萎縮[18]。Levine等[19]在人類試驗上也獲得類似的研究結果,接受控制機械通氣患者1型和2型膈肌纖維比健康人減少了53%和57%。輔助機械通氣下患者存在自主呼吸,對膈肌功能的影響較小。一項前瞻性觀察性的研究[20]中,患者控制機械通氣時間>48 h,再轉為輔助機械通氣,結果顯示控制機械通氣時,Tdi明顯減少,轉為輔助通氣后可恢復部分膈肌厚度。因此,輔助機械通氣可一定程度上避免膈肌萎縮,防止控制機械通氣模式引起的膈肌萎縮和膈肌收縮力下降。

3.2機械通氣時間 機械通氣時間為VIDD主要影響因素之一,膈肌萎縮的速度與機械通氣時間關系密切。機械通氣早期患者即可出現膈肌功能障礙,并呈時間依賴性,機械通氣時間越長膈肌萎縮越嚴重。Sklar等[21]研究表明,在機械通氣早期患者膈肌活動水平較低,50%的患者在1 d內不能恢復膈肌活動,增加了發生VIDD的風險。Goligher等[22]探討膈肌隨機械通氣時間的變化,發現機械通氣患者隨著時間的延長,Tdi呈下降趨勢,在機械通氣第7天,44%的患者Tdi減少10%以上,而拔管和未進行機械通氣的患者Tdi不隨機械通氣時間發生改變。

3.3鎮靜 機械通氣患者常需使用鎮靜藥物,以減輕患者因插管引起的疼痛和不舒適,但長時間的鎮靜使膈肌處于不運動的狀態,導致膈肌運動恢復延遲和萎縮[23]。Breuer等[24]觀察右美托咪定對機械通氣小鼠膈肌功能的影響,發現使用右美托咪定鎮靜24 h后,小鼠的膈肌功能受到損害。另外一項動物研究[25]發現咪達唑侖鎮靜期間,機械通氣12 h可導致比右美托咪啶和異丙酚更嚴重的膈肌功能障礙。將右美托咪定和丙泊酚分別作用于機械通氣患者時,右美托咪定對膈肌功能的影響更小[26]。鎮靜劑可使膈肌收縮功能下降,但不同的鎮靜劑對膈肌功能的影響存在差異。目前的研究顯示,使用右美托咪定影響更小,但是缺少強有力的證據,還需擴大樣本量進一步研究鎮靜劑對膈肌功能的影響。

3.4其他 膈肌自身相對于肢體骨骼肌更容易發生萎縮,發生萎縮的速度為其他骨骼肌的8倍[27]。機械通氣時間>48 h的患者,ICU獲得性衰弱的發生率為20%,但膈肌功能障礙的發生率高達80%[28]。研究[29]顯示,VIDD合并膿毒癥的患者可在機械通氣24 h后使膈肌收縮力下降80%,會加重VIDD。此外,年齡、營養不良、電解質紊亂、低氧血癥亦是加重VIDD的因素[30]。

4 預防VIDD的方法

隨著對VIDD研究的不斷深入,重癥醫務人員對預防VIDD也越來越重視。目前,預防VIDD的方法為綜合預防方法,包括呼吸機模式的選擇、合理鎮靜鎮痛、盡早脫機及物理預防等[30]。物理預防多采用吸氣肌訓練、體外膈肌起搏器、早期活動等方法,但預防效果均未得到明確肯定。在物理預防的實施人員方面,一般以康復團隊來實施,在國外ICU患者的吸氣肌訓練主要由經過專業培訓的物理治療師聯合醫生共同完成,醫生負責評估病情,物理治療師負責整個吸氣肌訓練的過程[31]。而國內物理治療師和呼吸治療師資源缺乏且分配不均,以護士為主導的康復團隊在重癥患者康復中發揮重要作用[32]。

4.1吸氣肌訓練 吸氣肌訓練是一種通過對以膈肌呼吸為主的吸氣肌施加負荷以提高膈肌肌肉力量和耐力的訓練方法[33]。現危重癥機械通氣的患者吸氣肌訓練主要包括2種方式,分別為采用閾值負荷壓力儀和調節呼吸機觸發靈敏度進行吸氣肌訓練。閾值壓力負荷吸氣肌訓練是患者借助壓力負荷儀器鍛煉相關吸氣肌群,使其肌力和耐力得以增強,達到提高肺康復效果的目的[34]。閾值壓力負荷儀應用較為廣泛的是Power Breath K5,常用的壓力范圍為9～41 cmH2O,初始負荷一般為最大吸氣壓的30%～50%[35]。調節呼吸機觸發靈敏度的吸氣肌訓練,一般將呼吸機設置為壓力控制模式,訓練前先測量患者的最大吸氣負壓,初次訓練時將呼吸機觸發靈敏度設置為最大吸氣負壓的20 % ,最大耐受訓練時間和訓練負荷根據患者的耐受情況逐漸增加或減弱[35]。

吸氣肌訓練在肺康復中已經應用30余年,但主要應用于慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)、心力衰竭、危重癥肌無力[35-36]等疾病的康復中。近年來,如何預防機械通氣患者VIDD的發生逐漸成為國內外的研究熱點,有研究[36]表明,以護士為主導的早期肺康復治療能有效改善機械通氣患者的膈肌功能,提高患者的膈肌增厚率、撤機成功率,降低 VIDD 的發生率和呼吸機相關肺炎發生率,使機械通氣時間及 ICU 住院時間縮短。國外學者大多采用吸氣肌訓練來觀察機械通氣患者的呼吸肌肌力,最大吸氣壓力常被用來評價呼吸肌肌力。很少有研究報道超聲監測吸氣肌訓練對膈肌功能的影響。Moreno等[37]對機械通氣患者實施閾值負荷吸氣肌訓練,訓練負荷為最大吸氣壓的50%,結果顯示該訓練方案未能縮短機械通氣時間、撤機時間及增加呼吸肌肌力。Cader等[38]對老年機械通氣患者進行閾值負荷吸氣肌訓練,將初始負荷調整為30%,每天增加10%,發現閾值負荷吸氣肌訓練可增加機械通氣患者的最大吸氣壓、縮短機械通氣時間。類似的研究[39]使用閾值壓力負荷儀對長期氣管切開患者行吸氣肌訓練,研究者根據最大吸氣壓每7d調整訓練負荷,訓練后增加了患者的最大吸氣壓,提高了患者60 d生存率。Caruso等[40]根據最大吸氣壓調整呼吸機靈敏度對外科重癥監護病房機械通氣患者進行吸氣肌訓練,首次調節呼吸機靈敏度為最大吸氣壓的20%,按階段逐漸增加訓練負荷,但不超過最大吸氣壓的40%,結果顯示該訓練方法對縮短機械通氣時間和降低重插管率作用不明顯。Vorona等[41]對危重成人進行吸氣肌康復治療的一項系統評價和薈萃分析,表明吸氣肌訓練可提高機械通氣患者的最大吸氣壓,縮短機械通氣時間,但納入分析的28項研究中訓練方法和統計學方法存在差異,因此研究結果需進一步驗證。

國內在機械通氣患者吸氣肌訓練方面也有一定研究,多集中在超聲監測下觀察患者膈肌功能的變化以及撤機效果。劉敏等[42]組建醫護團隊,按計劃每天調整患者的呼吸機觸發靈敏度,并配合使用沙袋對AECOPD機械通氣患者進行吸氣肌訓練,結果顯示吸氣肌訓練實施訓練后吸氣末膈肌厚度(diaphragm thickness at end of inspiratory,DTei)和TFdi顯著增加,訓練過程中未發生護理不良事件,表明AECOPD患者在超聲監測下實施吸氣肌鍛煉安全可行,且能改善患者的膈肌功能,對預防VIDD有一定的效果。景閱雯等[43]做了類似的研究,結果顯示在超聲監測下對AECOPD機械通氣患者實施吸氣肌訓練可增加患者DTei和TFdi,提高撤機成功率。楊卓等[44]采用主動和被動的呼吸肌訓練后觀察患者第3天、第5天Tdi和TFdi的改變,發現主動和被動呼吸肌訓練可使TFdi顯著增加,可改善患者膈肌萎縮的情況。吳雨晨等[45]對機械通氣患者行閾值負荷吸氣肌鍛煉做Meta分析,結果顯示閾值負荷吸氣肌鍛煉可改善患者的呼吸肌肌力,縮短了患者機械通氣的時間、提高了撤機成功率。

綜上,吸氣肌訓練或者閾值負荷吸氣肌訓練在預防VIDD中應用較為廣泛,但其預防效果仍然存在爭議。目前吸氣肌訓練和閾值負荷吸氣肌訓練采用的訓練負荷、訓練頻率和時間存在較大的差異。部分研究顯示吸氣肌訓練或閾值負荷吸氣肌訓練對改善患者呼吸肌肌力和預后無效,分析可能與訓練負荷、訓練頻率、訓練時間有關,訓練強度設計不合理可引起訓練無效或是膈肌疲勞。因此,未來的研究應擴大樣本量或進行系統回顧和薈萃分析,進一步驗證不同方式、不同訓練強度對VIDD的預防效果。此外吸氣肌訓練時易發生膈肌疲勞的現象,應引起醫護人員關注,但截至目前,吸氣肌發生膈肌疲勞的相關報道相對較少,因此未來的研究應探索在進行吸氣肌訓練預防VIDD的同時,如何規避膈肌疲勞的發生。

4.2體外膈肌起搏器 體外膈肌起搏是通過體表電極刺激膈神經,增肌膈肌收縮,從而改善呼吸功能并影響機體其他功能[46]。體外膈肌起搏是將起搏器的小電極片貼于左右兩側頸部胸鎖乳突肌外援下1/3處,大電極片貼于左右鎖骨中線下第2肋間隙胸大肌表面,通過體表刺激膈神經,提高膈神經的興奮性,保持膈肌有規律的收縮,使膈肌活動幅度增加,從而預防機械通氣患者發生VIDD[47]。以往體外膈肌起搏器更多的是由醫生來進行操作,現因其操作簡單方便、安全無創傷,護理人員經過培訓后可正確使用體外膈肌起搏器。

體外膈肌起搏器多應用在COPD患者中,范子英等[47]的研究提示體外膈肌起搏器在短期內可改善該類疾病患者的呼吸困難程度,提高患者的生活質量,縮短住院時間。且多數研究報道體外膈肌起搏器可改善COPD患者膈肌收縮力和肺通氣功能[48]。近幾年,體外膈肌起搏器因其操作簡單方便、安全無創傷、治療有效等[49]逐漸引起國內危重癥醫護人員的關注。有研究[1]報道,在機械通氣患者中應用體外膈肌起搏器,在機械通氣時間和28 d撤機成功率方面無顯著性差異,但可提高TFdi。Cong等[50]采用益氣地通福湯聯合使用體外膈肌起搏器的方法治療COPD機械通氣的患者,結果表明2種方法的聯合使用可增加COPD患者的撤機成功率。體外膈肌起搏器運用在機械通氣患者中,可一定程度上改善患者的膈肌功能,但目前研究較少,尚未有強有力的證據表明體外膈肌起搏器可較少患者機械通氣時間、提高撤機成功率,因此未來應擴大樣本量加以驗證。體外膈肌起搏器聯合其他訓練方法的效果尚不能確定,可進一步探討聯合使用哪種方法對預防VIDD更有效。

4.3早期活動 早期活動在改善獲得性衰弱,提高患者的肺功能,降低VAP的發生率,預防譫妄和緩解患者焦慮及抑郁等方面有較好作用[51]。但是國內外觀察早期活動在膈肌方面的研究較少。楊圣強等[52]報道了ICU成人機械通氣患者實施早期主動、被動關節鍛煉和離床活動后膈肌功能的變化,觀察機械通氣患者在治療前和治療后1～5 d膈肌的DTei、DTee和TFdi,結果顯示:對照組在治療后,DTee明顯減小,而試驗組無明顯變化;在治療后第3天和第5天,DTei和TFdi明顯增高,表明早期活動一定程度上可延緩膈肌萎縮和膈肌功能障礙。Dong等[53]為ICU機械通氣時間>72 h的患者實施早期康復(0～6級)訓練,實施康復訓練后使用超聲測量TFdi,結果顯示:試驗組TFdi顯著高于對照組,TFdi的下降幅度較對照組小,機械通氣時間明顯縮短。目前,早期活動對機械通氣患者VIDD的預防研究較少,尚未能明確早期活動對預防VIDD的效果,因此未來應進一步探索早期活動對膈肌功能的積極影響。

5 總結及啟示

VIDD在危重癥械通氣患者中發病率較高,嚴重影響機械通氣患者的膈肌功能,導致患者撤機困難,延長機械通氣時間和ICU住院時間。明確VIDD的發病機制對藥物治療和預防VIDD具有重要的意義,但VIDD的病因和發病機制較為復雜,目前還未能完全明確其病因和發病機制;在預防方面也仍在探索中,雖然吸氣肌訓練、體外膈肌起搏器和早期活動等對改善患者的膈肌功能和預后有一定效果,但仍需更深入的研究,進一步探索更有針對性的早期膈肌鍛煉方法,以及吸氣肌訓練和體外膈肌起搏器等輔助設備的訓練強度、頻率等對VIDD的影響。另外,目前國內較多醫院ICU,尤其是二級醫院ICU缺乏康復醫生及康復護理人員,使ICU預防膈肌功能障礙工作開展受到較大程度的阻礙。因此,進一步探索適合我國國情的重癥醫學護理人員在預防膈肌功能障礙方面的作用和意義,為ICU機械通氣患者康復訓練提供參考。