超聲評(píng)估膈肌功能障礙研究進(jìn)展

陳玉秀,邱思遙,吳 柳,溫建立

(遵義醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科,貴州 遵義 563000)

膈肌功能障礙(Diaphragm Dysfunction，DD)是指多種病因?qū)е碌膯蝹?cè)或雙側(cè)膈肌暫時(shí)或永久性的膈肌無(wú)力及膈肌癱瘓。臨床上DD發(fā)病率很高。膿毒癥患者DD發(fā)生率高達(dá)64%，病死率達(dá)37%[1]。同時(shí)，研究表明機(jī)械通氣患者通氣18～69 h即可導(dǎo)致約50%患者出現(xiàn)膈肌萎縮，需長(zhǎng)期通氣的患者約80%會(huì)發(fā)生DD，約20%的機(jī)械通氣患者存在撤機(jī)困難或延遲，患者上機(jī)后40%的時(shí)間用于撤機(jī)[2]。DD會(huì)導(dǎo)致患者運(yùn)動(dòng)耐力下降、呼吸功能降低、呼吸衰竭，也會(huì)致呼吸機(jī)依賴(lài)、呼吸機(jī)相關(guān)性肺炎、撤機(jī)拔管失敗等呼吸機(jī)相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生率升高，增加治療費(fèi)用，甚至增加患者病死率。因此，早期識(shí)別、診斷DD并及早干預(yù)治療，對(duì)于降低相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)病率及患者死亡率，促進(jìn)患者康復(fù)具有重要意義。相較于評(píng)估膈肌功能的傳統(tǒng)方法，超聲具有無(wú)創(chuàng)、無(wú)輻射、低風(fēng)險(xiǎn)、操作簡(jiǎn)易、可重復(fù)操作等優(yōu)點(diǎn)，且進(jìn)行膈肌檢查的超聲設(shè)備在現(xiàn)有醫(yī)療設(shè)施中極易獲取。對(duì)于危重癥患者，在床邊即可進(jìn)行檢查評(píng)估，也不依賴(lài)于患者的配合，檢查者可快速完成檢查。本文就超聲在評(píng)估膈肌功能障礙中的應(yīng)用展開(kāi)綜述，以期為臨床醫(yī)生更好進(jìn)行疾病管理、治療及隨訪提供一定思路。

1 膈肌功能障礙的機(jī)制及臨床現(xiàn)狀

DD臨床常見(jiàn)病因包括心肺及腹腔臟器損傷、頸椎損傷、神經(jīng)肌肉病變、感染、機(jī)械通氣、藥物、手術(shù)及放射治療等，肥胖、腹內(nèi)壓增加、年齡、休克、電解質(zhì)代謝紊亂、代謝性堿中毒、低氧血癥等因素則可加重DD[3]。其發(fā)病機(jī)制涉及眾多，且各種機(jī)制之間相互促進(jìn)相互影響。對(duì)于呼吸機(jī)誘導(dǎo)的DD，其主要的發(fā)病機(jī)制為機(jī)械通氣會(huì)損傷膈肌線(xiàn)粒體損傷致過(guò)氧化物、乳酸等有害物質(zhì)蓄積影響膈肌正常的收縮功能，同時(shí)使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/肌漿網(wǎng)上的鈣通道受體結(jié)構(gòu)發(fā)生重塑及功能障礙致膈肌肌漿網(wǎng)Ca2+漏出至胞質(zhì)，并激活多個(gè)信號(hào)通路，一方面使膈肌蛋白水解增加，另一方面增加膈肌自噬，從而引起DD的發(fā)生[4]。感染如膿毒癥導(dǎo)致DD，其發(fā)病則與促炎基因上調(diào)緊密相關(guān)，致使多種促炎細(xì)胞因子表達(dá)增多，釋放大量炎癥因子將會(huì)損傷膈肌線(xiàn)粒體，使鈣離子利用障礙，最終導(dǎo)致促使膈肌收縮功能發(fā)生障礙[5]。X線(xiàn)檢查是臨床常用評(píng)估膈肌功能的檢查方法之一，其敏感性高，但特異性只有44%。胸部透視則存在6%假陽(yáng)性率，且無(wú)法檢查雙側(cè)DD。胸部CT及核磁共振檢查雖然可清晰反映膈肌占位性質(zhì)，但存在輻射大、費(fèi)用高、場(chǎng)地限制、儀器操作復(fù)雜及轉(zhuǎn)運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)等缺點(diǎn)。肌電圖具有并發(fā)氣胸風(fēng)險(xiǎn)。肺功能、呼吸力學(xué)指標(biāo)等檢查則十分依賴(lài)患者的配合。對(duì)于危重癥患者，特別是需行機(jī)械通氣、血流動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)及藥物鎮(zhèn)靜患者，上述檢查手段均不適用。

2 超聲評(píng)估膈肌方法及指標(biāo)

2.1 超聲檢查膈肌概述超聲能直接對(duì)膈肌進(jìn)行觀察及測(cè)量，可動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)反映膈肌運(yùn)動(dòng)情況及功能狀態(tài)。超聲評(píng)估膈肌是以脾臟作為聲學(xué)窗，對(duì)于雙側(cè)DD患者，左右兩側(cè)膈肌的厚度及厚度變化無(wú)明顯差異，且右側(cè)膈肌測(cè)量可重復(fù)性更高，所以超聲評(píng)估膈肌運(yùn)動(dòng)時(shí)以右側(cè)膈肌測(cè)量為主。針對(duì)單側(cè)DD的患者，則應(yīng)同時(shí)對(duì)雙側(cè)膈肌功能進(jìn)行評(píng)估。目前，B型及M型超聲應(yīng)用較為廣泛。B型超聲可較為清晰且真實(shí)顯示某一時(shí)刻膈肌情況，而M型超聲可連續(xù)且動(dòng)態(tài)反映一定時(shí)間內(nèi)膈肌隨時(shí)間運(yùn)動(dòng)情況。ABCDE法不需依賴(lài)肝脾聲學(xué)窗，具體操作方法是將超聲探頭放置于腋前線(xiàn)(Anterior axillary line)水平，觀察患者呼吸(Breathe)運(yùn)動(dòng)時(shí)肺滑動(dòng)情況，而后探頭沿尾部(Caudally)滑動(dòng)，識(shí)別胸廓下緣與橫膈膜貼合部位，即膈肌ZOA區(qū)，從肋間隙中快速尋找膈肌(Diaphragm)進(jìn)行測(cè)量檢查(Examination)，有助于提高檢查成功率[6]。

2.2 超聲監(jiān)測(cè)評(píng)估膈肌功能常用指標(biāo)超聲監(jiān)測(cè)評(píng)估膈肌功能常用指標(biāo)包括膈肌厚度、膈肌增厚率、膈肌移動(dòng)度、膈肌動(dòng)度淺快呼吸指數(shù)、膈肌收縮速度等。膈肌厚度可反應(yīng)膈肌萎縮情況及收縮能力，測(cè)量方法為B型超聲模式下，選擇右側(cè)腋前線(xiàn)或腋中線(xiàn)8～10肋間，當(dāng)超聲束與膈肌測(cè)量部位垂直，選取圖像清晰部位進(jìn)行測(cè)量即可，在此基礎(chǔ)上選定測(cè)量線(xiàn)改為M型超聲模式下，即可動(dòng)態(tài)觀測(cè)膈肌厚度隨呼吸變化情況。膈肌增厚率被認(rèn)為是一項(xiàng)比膈肌厚度更敏感的指標(biāo)，是在M型超聲模式下，對(duì)一個(gè)呼吸周期內(nèi)平靜呼氣末與最大吸氣末膈肌厚度進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)計(jì)算公式[(最大吸氣末厚度-平靜呼氣末厚度)/平靜呼氣末厚度×100%]得出。膈肌厚度及增厚率是診斷DD的兩項(xiàng)重要超聲測(cè)量指標(biāo)。臨床上通過(guò)對(duì)健康受試者進(jìn)行超聲測(cè)量膈肌厚度及增厚率，目前認(rèn)為，靜息狀態(tài)下，正常人群的膈肌厚度為0.22 cm～0.28 cm，女性下限值為0.12 cm，男性下限值為0.13 cm[7]，膈肌增厚率為28%～96%，當(dāng)膈肌呼氣末厚度小于0.2 cm或膈肌增厚率小于20%即可診斷DD[8]。膈肌移動(dòng)度可反應(yīng)吸氣時(shí)膈肌力量，測(cè)量方法為在B型超聲模式下，選擇腋前線(xiàn)和鎖骨中線(xiàn)間低位肋骨下緣部位，當(dāng)超聲束垂直于膈肌時(shí)，見(jiàn)一條高回聲膈肌亮線(xiàn)，改為M型超聲模式，選取測(cè)量線(xiàn)，記錄膈肌運(yùn)動(dòng)軌跡，測(cè)量基線(xiàn)至曲線(xiàn)最高點(diǎn)的垂直距離。平靜呼吸下，正常成年女性膈肌移動(dòng)值約1.6 cm，男性約1.8 cm，深呼吸情況下，女性膈肌移動(dòng)度約為5.7 cm，男性約為7.0 cm[9]。膈肌淺快呼吸指數(shù)是2016年由Savino Spadaro等人將膈肌移動(dòng)度聯(lián)合淺快呼吸指數(shù)建立的新指標(biāo)，其計(jì)算公式為自主呼吸試驗(yàn)期間患者的呼吸頻率/膈肌移動(dòng)度[10]。膈肌收縮速度也是反應(yīng)膈肌肌力的一項(xiàng)重要指標(biāo)，計(jì)算方式為膈肌移動(dòng)度/吸氣時(shí)間。Soilemezi E等人分別在安靜狀態(tài)下、佩戴鼻夾及口罩、給與呼吸阻力負(fù)荷三種情況下，應(yīng)用超聲測(cè)量正常人膈肌收縮速度，結(jié)果分別為(1.3±0.4)cm/s、(1.2±0.3)cm/s、(0.8±0.3)cm/s[11]。

3 超聲評(píng)估膈肌功能障礙的臨床應(yīng)用

3.1 在慢性阻塞性肺疾病致DD中的應(yīng)用慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD)是一種不可逆的氣流受限且呈進(jìn)行性發(fā)展的常見(jiàn)慢性肺部疾病。長(zhǎng)期氣流受限、全身炎癥引起的肌病以及過(guò)度充氣均可導(dǎo)致DD。同時(shí)氧化應(yīng)激、肌肉萎縮、蛋白質(zhì)合成減少和膈肌細(xì)胞凋亡增加也是重要原因之一[12]。Kazuki Okura等人應(yīng)用超聲分別對(duì)38例男性COPD患者、15例健康青年及15例健康老年男性志愿者肺總量、功能余氣量和余氣量時(shí)的膈肌厚度，并計(jì)算肺總量及余氣量時(shí)的膈肌增厚率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)測(cè)定COPD患者肺總量時(shí)的膈肌厚度及膈肌增厚率明顯低于健康成人，且測(cè)值與年齡的增長(zhǎng)無(wú)關(guān)[13]。在對(duì)COPD急性加重期患者研究中，應(yīng)用超聲分別測(cè)量病情加重和癥狀改善后72 h內(nèi)的膈肌移動(dòng)度及膈肌增厚率作為膈肌功能指標(biāo)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)膈肌增厚率由(80.1±104.9)mm增加到(159.5±224.6)mm。膈肌移動(dòng)度無(wú)明顯變化，這可能是由于膈肌移動(dòng)度很大程度上依賴(lài)于患者的自主呼吸，如呼吸頻率和氣道阻塞等因素都可能影響膈肌移動(dòng)度。但膈肌移動(dòng)度的變化與患者恢復(fù)時(shí)間呈負(fù)相關(guān)，與患者下一次再發(fā)加重間隔時(shí)間則呈顯著正相關(guān)，這表明膈肌移動(dòng)度改善較多的患者病情恢復(fù)所需時(shí)間較短，且下一次再發(fā)加重之前有較長(zhǎng)的穩(wěn)定期，因此，COPD患者恢復(fù)期膈肌移動(dòng)度改善情況差可能是患者病情頻繁惡化的重要標(biāo)志。也說(shuō)明了膈肌變化情況與COPD病情是否加重緊密相關(guān)[14]。對(duì)于COPD穩(wěn)定期患者，Evrin發(fā)現(xiàn)膈肌移動(dòng)度與FEV1呈高度正相關(guān)，認(rèn)為膈肌超聲可能有助于臨床評(píng)估COPD穩(wěn)定期患者病情嚴(yán)重程度[12]。

3.2 在神經(jīng)肌肉疾病致DD中的應(yīng)用神經(jīng)肌肉疾病(Neuromuscular Disorders，NMD)如糖原貯積?、蛐?、面肩肱型肌營(yíng)養(yǎng)不良癥、肌萎縮側(cè)索硬化癥(Amyotrophic Lateral Sclerosis，ALS)等常累及膈肌，對(duì)膈肌功能進(jìn)行評(píng)估與監(jiān)測(cè)是十分必要的。Boon等人應(yīng)用超聲對(duì)66名患者，共131個(gè)半側(cè)膈肌，進(jìn)行膈肌功能評(píng)估，發(fā)現(xiàn)在82個(gè)異常的半側(cè)膈肌中，76個(gè)出現(xiàn)異常的超聲表現(xiàn)，如膈肌萎縮或收縮能力降低，49個(gè)正常膈肌中則未發(fā)現(xiàn)假陽(yáng)性結(jié)果，膈肌超聲診斷膈神經(jīng)病變的敏感性為93%，特異性為100%[15]。Abdallah等人將89例NMD患者和27名健康受試者進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)用力吸氣時(shí)超聲時(shí)的膈肌活動(dòng)度與鼻內(nèi)壓顯著相關(guān)，并能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)FVC<60%，ROC曲線(xiàn)下面積為0.93[16]。此外，NMD患者的平靜吸氣和深呼吸時(shí)的膈肌活動(dòng)度也低于健康對(duì)照組。研究發(fā)現(xiàn)，NMD患者的膈肌厚度及膈肌增厚率也低于正常人[17]。在高度脊髓損傷和神經(jīng)病變的患者中，超聲可能也是診斷DD的有用工具。呼吸肌無(wú)力引起呼吸衰竭是ALS患者常見(jiàn)死亡原因之一。研究發(fā)現(xiàn)許多ALS患者已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的膈肌組織學(xué)改變，如肌肉萎縮和重塑，但相關(guān)呼吸損害指標(biāo)改變則較為輕微，表明ALS患者肺活量、最大吸氣壓、跨膈壓等數(shù)值大小與膈肌萎縮程度無(wú)關(guān)，常規(guī)呼吸指標(biāo)并不能很好地預(yù)測(cè)膈肌功能的變化[18]。目前，眾多對(duì)比ALS患者和正常受試者膈肌厚度、膈肌增厚率的實(shí)驗(yàn)中均發(fā)現(xiàn)，ALS患者的膈肌厚度及膈肌增厚率低于正常人，說(shuō)明ALS患者膈肌明顯萎縮，膈肌收縮力明顯減弱。且膈肌厚度與ALS患者肺活量呈正相關(guān)，當(dāng)患者深吸氣時(shí)，膈肌厚度與最大呼氣壓、用力肺活量相關(guān)。膈肌厚度、膈肌增厚率則與二氧化碳分壓呈負(fù)相關(guān)，特別是當(dāng)膈肌增厚率≤1.39可被預(yù)示著ALS患者存在嚴(yán)重高碳酸血癥情況。此外，膈肌移動(dòng)度可用來(lái)預(yù)測(cè)ALS患者肺功能受損嚴(yán)重情況，其敏感性為100%，特異性為69%[19]。同時(shí)超聲對(duì)膈肌的動(dòng)態(tài)觀察還可能有助于早期識(shí)別需要進(jìn)行無(wú)創(chuàng)機(jī)械通氣的ALS患者，從而提高患者生存率及生活質(zhì)量。

3.3 在危重癥中的應(yīng)用腦卒中作為當(dāng)下嚴(yán)重危害人類(lèi)健康的危重疾病之一，具有極高的發(fā)病率、致殘率和致死率。卒中患者偏癱側(cè)膈肌常伴有DD，膈肌移動(dòng)度及膈肌增厚率較對(duì)側(cè)顯著減少，右側(cè)偏癱患者甚至可能出現(xiàn)兩側(cè)的膈肌移動(dòng)度減少。相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，膈肌移動(dòng)度及膈肌增厚率與用力肺活量呈顯著正相關(guān)，在一定程度上可反映卒中患者呼吸功能[20]。因此，超聲評(píng)估卒中患者膈肌情況，對(duì)指導(dǎo)制定卒中患者呼吸功能康復(fù)方案具有重要意義。對(duì)于ICU機(jī)械通氣患者，目前超聲用于評(píng)估膈肌功能，幫助預(yù)測(cè)機(jī)械通氣患者撤機(jī)情況已得到越來(lái)越廣泛的重視。早期臨床上用于預(yù)測(cè)撤機(jī)的最常用的指標(biāo)是淺快呼吸指數(shù)(RSBI)，有研究表明，膈肌增厚率對(duì)于撤機(jī)時(shí)機(jī)和撤機(jī)結(jié)果的預(yù)測(cè)具有指導(dǎo)作用，而且較傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)指標(biāo)(RSBI)診斷價(jià)值更高。同時(shí)，膈肌移動(dòng)度對(duì)預(yù)判患者撤機(jī)成功與否，也具有較高的臨床指導(dǎo)價(jià)值。當(dāng)機(jī)械通氣患者膈肌移動(dòng)度>25 mm時(shí)或膈肌增厚率>30%～36%，自主呼吸試驗(yàn)(SBT)成功的可能性更大[21]。此外，超聲還可通過(guò)監(jiān)測(cè)膈肌厚度及膈肌增厚率變化情況判定機(jī)械通氣患者人機(jī)是否同步，從而指導(dǎo)呼吸機(jī)參數(shù)調(diào)整。

3.4 在創(chuàng)傷致DD中的應(yīng)用對(duì)于創(chuàng)傷患者，DD、膈神經(jīng)損傷、膈肌破裂很難早期識(shí)別，常延誤診治。閉合性腹部外傷和合并膈肌破裂患者，床旁行膈肌超聲檢查，可見(jiàn)膈肌異常運(yùn)動(dòng)及膈肌不隨呼吸運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。對(duì)于胸腹穿透?jìng)颊撸Ｓ脛?chuàng)傷重點(diǎn)超聲評(píng)估法檢測(cè)膈肌情況與腹腔鏡結(jié)果相比，并不十分有效，而超聲診斷的特異性可達(dá)100%，但敏感性較低，僅為50%[22]。

4 超聲追蹤斑點(diǎn)成像技術(shù)與超聲剪切波彈性成像

超聲追蹤斑點(diǎn)成像技術(shù)(Speckle Tracking Imaging, STI)通過(guò)利用高分辨率二維圖像連續(xù)追蹤斑點(diǎn)標(biāo)記，重建運(yùn)動(dòng)軌跡，定量定性反映組織運(yùn)動(dòng)速度、應(yīng)變、應(yīng)變速率等，多應(yīng)用于評(píng)估心臟功能情況，同時(shí)也可以用于評(píng)估膈肌功能。在不同強(qiáng)度的吸氣肌閾值負(fù)荷下，通過(guò)STI測(cè)量受試者膈肌的應(yīng)變和應(yīng)變速率，發(fā)現(xiàn)兩者與跨膈壓和膈肌電活動(dòng)高度相關(guān)，且對(duì)于膈肌收縮力評(píng)估更為優(yōu)越[23]。同時(shí)，相較于普通M型超聲，STI能可靠地顯示和測(cè)量左側(cè)膈肌，還能全面準(zhǔn)確的反映在膈肌的移動(dòng)軌跡，而不僅局限于單一方向，由此推測(cè)，STI或可成為一種更有用、可靠的超聲評(píng)估膈肌運(yùn)動(dòng)的方法。

超聲剪切波彈性成像(Shear Wave Elastography, SWE)是通過(guò)探頭使聲束連續(xù)聚焦于組織，同時(shí)產(chǎn)生橫向剪切波，剪切波的速度可反映組織的彈性和肌力情況。通過(guò)對(duì)比正常受試者與COPD患者SWE測(cè)定和肺功能檢查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)SWE可作為定量評(píng)價(jià)COPD患者膈肌功能的有效檢查手段，有助于隨訪監(jiān)測(cè)COPD患者膈肌功能變化情況，指導(dǎo)患者個(gè)性化管理[24]。Fosse等人則應(yīng)用SWE測(cè)定機(jī)械通氣患者膈肌剪切模量發(fā)現(xiàn)其與跨膈壓的變化顯著相關(guān)，SWE或許可替代跨膈壓測(cè)定用于評(píng)估機(jī)械通氣患者膈肌功能情況[25]。

5 不足與小結(jié)

相較于目前臨床常用評(píng)估DD的檢查方法，超聲具有便捷、快速、有效、費(fèi)用低廉等顯著優(yōu)勢(shì)，但仍具有一定局限性。對(duì)左側(cè)膈肌進(jìn)行評(píng)估時(shí)，由于吸氣時(shí)肺腸下移影響，檢查則較為困難。此外，超聲評(píng)估DD的準(zhǔn)確程度，一方面依賴(lài)于檢查者的操作水平高低，盡管重復(fù)訓(xùn)練可以提高準(zhǔn)確性，但國(guó)內(nèi)尚缺乏此方向培訓(xùn)課程及方法的研究；另一方面在臨床實(shí)際操作中，常受限于患者體位、探頭分辨率等因素影響，且臨床對(duì)膈肌重視不足，膈肌損傷相關(guān)研究較為欠缺，缺乏較為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。未來(lái)關(guān)于超聲技術(shù)有待進(jìn)一步研究，超聲追蹤斑點(diǎn)成像技術(shù)及超聲剪切波彈性成像或許能更好的協(xié)助評(píng)估膈肌功能，令超聲在診斷膈肌疾病、監(jiān)測(cè)膈肌功能以及促進(jìn)膈肌康復(fù)等方面的應(yīng)用更加深入。