膈肌超声预测机械通气患者撤机结局的研究现状及进展

杨彬 李娜 中国人民解放军第九二一医院重症医学科 （湖南 长沙 410003）

内容提要： 机械通气患者中约有25%会出现撤机困难或延迟撤机，导致住院时间延长，病情加重甚至死亡。膈肌是最主要的呼吸肌，在自发呼吸中起重要作用，机械通气患者极易出现膈肌功能障碍，造成呼吸肌无力，是呼吸机撤机失败的重要原因。跨膈压作为膈肌功能评估金标准因有创、技术要求高的缺点难以广泛使用，而超声具有即时、无创的优点，可对膈肌结构和功能进行评估，临床中已开始采用膈肌位移、膈肌增厚率等方法预测撤机结局，取得一定成果。文章对近年来膈肌超声在预测撤机结局的应用和进展进行综述。

机械通气患者原发病改善时，正确的撤机时机至关重要，延迟撤机会增加出现呼吸机相关性并发症的概率，撤机失败可能导致呼吸衰竭甚至再次机械通气，增加经济负担和住院死亡率[1]。临床中大多应用浅快呼吸指数来预测机械通气患者的撤机结局，浅快呼吸指数＜105次/（min·L）可实施撤机。但研究显示，阈值的选择与预测结果密切相关，诊断效能不高[2]。撤机失败原因包括肺部感染、胸腔积液、膈肌功能障碍、神经系统疾病、心功能不全、气道廓清能力不足等。膈肌收缩是自主呼吸的主要动力源，在吸气时产生了大约70%的潮气量。约有79%患者机械通气后出现膈肌功能障碍，原因包括膈肌收缩力下降、钙离子代谢、细胞因子损害等多途径，加之创伤、手术、药物作用都会带来膈肌损害，导致呼吸功能减损撤机失败[3]。由此可见，膈肌功能是影响机械通气撤机结局的重要原因。超声正逐渐成为膈肌功能评估的重要手段，本文对膈肌超声在预测撤机结局方面的应用现状和进展进行综述，指导临床利用相关指标综合评价膈肌的结构和功能，进而指导撤机。

1.膈肌功能评估概况

跨膈肌压力测量是膈肌功能评估的“金指标”，放置胃-食道二囊管后，胃内压与食管内压差值即为跨膈压，在最大吸气时测得跨膈压为最大跨膈压，能反映膈肌的最大收缩力量。此外通过电或磁刺激膈神经诱发的跨膈压，规避了主观努力的影响，对膈肌功能评价最为客观和准确。但跨膈压测定存在侵入性和操作繁琐等局限性限制了其在临床广泛应用。膈肌肌电图尚未展示出较好的临床应用价值。胸部X射线、B型超声、计算机断层扫描和静态核磁共振这一类静态成像技术可以评估膈肌的位置、形状和厚薄；X射线透视、M型超声和动态磁共振成像等动态成像技术能够评估膈肌在一个甚至多个方向上的运动。其中，超声能对膈肌结构、运动、量化呼吸努力等方面提供可靠的依据，同时具有无创伤、避免辐射危害、价格低廉、可在床边使用以及可重复测量的实用优点，在预测撤机方面也展示出较强准确性。

2.膈肌常规超声评估

2.1 膈肌移动度及膈肌增厚分数

采用凸阵探头在锁骨中线或腋前线第8～10肋缘下以肝脏或脾脏作为膈肌透声窗，可以观察到穹窿样线状膈肌回声，M型超声模式下膈肌运动最高点和最低点之间的距离为膈肌移动度，研究显示膈肌运动与肺通气量相关，膈肌活动幅度每升高1cm平均可带来250～300mL肺通气量[4]。膈肌增厚分数是吸气末与呼气末膈肌厚度差值与呼气末膈肌厚度比值的百分比，其正常参考值为42%～78%，这一指标能间接评价膈肌的主动收缩效能[5]。Li等[6]的研究表明，预测撤机成功的最佳截断值为膈肌移动度≥1.3cm，膈肌增厚分数≥30%，膈肌移动度的曲线下面积为0.831，膈肌增厚分数的曲线下面积为0.881，证实了其预测撤机拔管结果方面具有令人满意的诊断准确性。近期一项汇总了12项研究的荟萃分析显示膈肌移动度预测撤机成功的灵敏度和特异度分别为79.2%、69.4%；膈肌增厚分数预测撤机成功的灵敏度和特异度分别为89.3%、81.3%，均优于浅快呼吸指数，并指出膈肌移动度＞1cm，膈肌增厚分数＞29%时撤机成功的概率较高[7]。该研究同时发现，所纳入各研究指标的截断值呈现出高度异质性，认为这可能与机械通气撤机成败与否会受到呼吸和心血管、营养状况、心理状况等众多非膈肌因素影响有关；与此同时，不同测量时间点和测量位置得出的指标数据存在差异也会对最佳截断值带来影响。进一步的亚组分析和规范测量标准有望得出更为准确和适用的截断值。膈肌移动度和膈肌增厚分数的测量相对简便，是近年来预测撤机结局研究的热点，也成为临床判断撤机时机最常用的膈肌超声指标。这两项指标也存在一定局限性，膈肌移动度会受到多种因素影响，如患者的呼吸状态、胸腔内和腹腔内压力，以及胸腹腔手术都会对膈肌移动度测量产生影响；而膈肌增厚分数则因膈肌厚度偏小极易产生测量误差，影响预测准确性。

2.2 膈肌浅快呼吸指数及膈肌增厚分数浅快呼吸指数

浅快呼吸指数是呼吸频率与潮气量的比值，是临床最常用撤机筛查指标，其灵敏度高，但特异度较低，用膈肌移动度或者膈肌增厚分数替代公式中的潮气量，就衍生出两项新的评估指标：膈肌浅快呼吸指数和膈肌增厚分数浅快呼吸指数。膈肌浅快呼吸指数＜1.3次/（min·mm）时预测撤机成功的灵敏度为94.1%，特异度为64.7%，曲线下面积 为0.890[8]；我国学者研究膈肌增厚分数浅快呼吸指数预测撤机失败截断值为119.46次/min，曲线下面积为0.810[9]。众多研究证实，这两项指标对撤机结局具有良好的诊断效能，均优于传统的浅快呼吸指数，但仍需进一步研究确定较为可靠的截断值[5,8]。Fossat等[10]采用浅快呼吸指数与膈肌移动度比值计算膈肌浅快呼吸指数来预测撤机72h内是否需要再次机械通气，发现曲线下面积值仅为0.550，未能取得较好的预测效果，这可能是该研究中排除了膈肌功能障碍导致自主呼吸试验失败的患者所致，低估了膈肌超声在预测撤机结局方面的价值。

2.3 快速呼气时膈肌位移速率

该指标适用于清醒患者，在光点运动超声扫描 (M超)模式下，嘱患者充分吸气后用力快速呼气，测量膈肌位移曲线下降支运动幅度与运动时间的比值，用以评估患者呼吸功能。研究表明，在患者自主呼吸试验30min时快速呼气时膈肌位移速率预测撤机结局的灵敏度93.6%，特异度68.8%，阳性预测值89.8%，阴性预测值78.6%，最佳界值为1.86cm/s，曲线下面积值0.809[11]。该指标除了评估肺通气功能，还通过快速呼气来模拟咳嗽动作，测量此时膈肌位移速率来对呼吸道廓清能力进行评估，减少因廓清无力痰液潴留而导致撤机失败的可能。同时选择在自主呼吸试验进行30min时测量也能筛出部分撤机以后早期即出现呼吸肌疲劳的患者，对配合度较好的患者具有相当的应用价值。

2.4 膈肌位移-吸气时间指数

膈肌位移与吸气时间的乘积，综合反映了膈肌运动幅度和呼吸频率，是一种利用超声预测撤机结局的新超声指标。Palkar等[12]在自主呼吸试验期间测量膈肌位移-吸气时间指数发现，撤机成功与否和膈肌位移-吸气时间指数显著相关，膈肌位移-吸气时间指数越大撤机成功可能性越高，最佳截断值为＞0.92cm·s时预测撤机拔管成功的灵敏度为90%，特异度为45%。当患者通气模式由控制通气转为自主呼吸试验时，膈肌位移-吸气时间指数降低，＜3.8%时可预示撤机成功，灵敏度和特异度分别为79.2%和75%，曲线下面积为0.770。这表明当患者进行自主呼吸试验时，可以通过增加膈肌活动度，或者延长吸气时间来取得较高的膈肌位移-吸气时间指数，表明呼吸肌可以克服自主呼吸试验期间带来的机械负荷，患者成功撤机的可能性提高；反之，当膈肌活动度降低或吸气时间变短，导致这一指数降低时，说明人体对增加的机械负荷的反应减弱，预示成功撤机的可能性降低。目前这一指标研究尚少，仍需更多研究来评判其预测价值。

3.新型膈肌超声评估

3.1 膈神经高分辨率超声检查

膈肌运动受膈神经支配，膈神经走行于前斜角肌的浅层，由于其较细小，位置较深，普通超声不易辨认。新型高分辨率超声可以较好显示颈内的膈神经，且相较于磁共振成像对周围神经损伤的检查，超声和核磁共振具有相同的特异度，但超声灵敏度更高[13]。尽管到目前为止，膈神经的异常超声表现和膈神经超声的潜在临床应用尚未有确切描述，但高分辨率超声作为一种耐受性良好的非侵入性成像手段，准确地评判膈神经状况，发现潜在膈神经原发或继发病损，在评估膈肌功能并及早撤机方面具有相当的潜力。

3.2 剪切波弹性成像技术

剪切波弹性成像是基于胡克定律来反映组织应变、应力和弹性之间的关系，多用于评估肝脏、前列腺、乳腺等脏器弹性和硬度。通过聚焦超声束声辐射力的振动在组织内产生剪切波，并以成像方式反映超声波在组织内传播过程及组织形变。跟踪与该超声波束垂直传播的剪切波的波速并将其量化换算成相关的剪切模量，来提供组织结构的生物力学信息。Fossé等[14]采用剪切波成像评估机械通气患者的膈肌剪切模量变化值与跨膈压变化值之间存在显著相关性；当改变呼吸机设置时，跨膈压变化值变化也能反映出呼吸负荷的变化，指出该技术是一种较好的跨膈肌压力监测替代方法。刘芳欣等[15]在一项52例重症机械通气拟撤机患者中运用剪切波成像技术测量患者剪切模量显示最佳截断值为10.0kPa，曲线下面积0.838，优于膈肌增厚分数和浅快呼吸指数，展示出较好的预测价值。这一技术的另一大优点在于不同操作者之间一致性高，客观性强。认为剪切波弹性成像技术可能是定性评估膈肌特性最有前途的方法，可为危重患者机械通气期间肌肉质量的变化和膈肌纤维化或损伤的发生提供重要的证据，从而更好地评价膈肌运动状态，为撤机提供新依据。

3.3 超声斑点跟踪成像技术

常规的超声测量方法只能测量肌肉组织横截面上的变形，而不能同时测量纵向变形，超声斑点跟踪成像技术可以提供组织变形时不同方向上的运动信息，全面反映组织运动，甚至区分肌肉被动运动和主动收缩。该技术广泛应用于心脏成像，通过实时跟踪心肌内声学斑点的各向空间运动，进行运算并重建心肌组织实施运动和形变，能够定性和定量显示心肌组织运动速率、应变、应变率和位移。这一超声技术不受心脏整体运动及周围组织运动的影响，没有角度依赖性，同时具有重复性好等优点[16]。有研究将该技术运用于膈肌功能分析，发现应变和跨膈压力之间有很强的相关性（r2=0.72，P＜0.001）[17]。超声斑点跟踪成像技术在膈肌功能评估中的运用刚刚起步，鉴于该技术对肌肉运动展示的全面性，以及直观和快捷的优点，相信很快会更多地研究验证这一技术在膈肌功能及撤机预测中应用价值，为临床提供更多帮助。

4.展望

膈肌超声以其安全、便捷、经济、可重复操作等优势，正成为评估机械通气患者撤机时机的一种重要手段。尽管目前大多数研究都是观察性研究，结论异质性很强，这可能与不同患者亚群以及非膈肌相关因素的影响有关，进一步亚组分析和多器官超声联合评价体系的建立有望提高准确度。随着超声技术不断发展进步，新型超声技术涌现和普及，未来可以从更多维度对膈肌结构和功能进行精准的定性及量化研究。膈肌超声必将成为评价患者呼吸功能和撤机时机的主流方式，为临床医疗安全和决策保驾护航。