机械通气慢性阻塞性肺疾病患者皮质-膈肌通路的电生理评价

王 渝 张哲成 朱 炬 李兆妍 刘 娜 张 静

膈神经运动传导和膈肌运动诱发电位是检测皮质-膈肌通路周围节段和中枢节段呼吸运动传导功能的电生理手段。慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease,COPD）患者由于呼吸功能不全，可致全身组织发生缺氧损害，发生急性呼吸衰竭时常需要机械通气，而机械通气常导致多种并发症发生。本研究旨在探讨不同机械通气时间的COPD患者膈神经运动传导（phrenic nerve motor conduction，PNC）及磁刺激膈肌运动诱发电位（diaphragm motor evoked potential，dMEP）的特点，以评价皮质-膈肌通路的功能。

1 对象与方法

1.1 研究对象COPD患者来自于2008年9月—2009年1月我院重症监护病房（ICU）中机械通气的COPD呼吸衰竭患者。纳入标准：诊断和机械通气指征符合慢性阻塞性肺疾病诊治指南（2007年修订版）[1]，1周内未使用过影响神经传导和肌肉收缩的药物如维库溴铵、苯二氮卓艹类、氨基糖苷类等。排除标准：高位颈髓损伤，神经-肌肉疾病，原发性中枢系统疾病如脑梗死、脑出血等，糖尿病，严重肝肾功能不全，气胸，胸腔积液，感染性休克，严重心律失常，有头颅神经外科手术史、癫 病史，佩带心脏起搏器等生物医疗设备，体内有金属植入物等磁刺激禁忌证者。根据文献[2]中的标准将COPD组中机械通气时间≤7 d者视为常规机械通气组（A组），＞7 d者为长期机械通气组（B组），A组男5例，女5例，年龄63～86岁，平均（73．7±7．4）岁，身高150～180 cm，平均（165．6±9．8）cm，病程13～22年，平均（16．7±3．1）年；B组男4例，女6例，年龄68～84岁，平均（74．8±4．6）岁，身高152～176 cm，平均（164．6±8．4）cm，病程14～24年，平均（17．8±3．2）年。A组机械通气时间中位数（四分位数范围）为5．0（4．8～6．0）d，B组为12．5（9．8～14．5）d，2组差异有统计学意义（Z＝3．817，P＜0．05）。对照组选取同期健康体检者，无磁刺激禁忌证，并排除患有原发性中枢或周围神经系统疾病如脑出血、脑梗死、格林－巴利综合征、酒精性周围神经病、糖尿病性周围神经病等，其中男5例，女5例，年龄60～83岁，平均（72．8±7．1）岁，身高154～178 cm，平均（165．4±8．7）cm。3组性别（χ2＝0．378）、年龄（F＝0．237）、身高（F＝0．035）差异无统计学意义，A组与B组病程差异无统计学意义（t＝0．792，P＝0．439），具有可比性。

1.2 研究方法 由于COPD为系统性疾病，加之机械通气患者右侧常有颈静脉置管，本研究仅检测患者左侧的PNC及dMEP。其中COPD患者分别于脱机前（机械通气24 h内）、脱机后（脱机后24 h内）进行检测。（1）PNC检测：借助于Keypoint 4肌电图诱发电位仪（Medtronic Co．，Denmark），按Markand等[3]所拟方法，受检者取平卧位，头部处于中立位，刺激电极为鞍状电极，阴极置于胸锁乳突肌后缘平甲状软骨水平，阳极位于阴极的外侧上方，地线置于上胸部，采用时限0.2 ms的方波脉冲电流，于呼气末/吸气初给予刺激，逐渐增加刺激量,直到肌肉复合动作电位波幅不再升高,然后在此基础上再增加20%的电流量，即超强刺激。记录电极采用表面电极，活动电极置于剑突下方，参考电极置于左侧腋前线第7肋间。扫描速度5 ms/D，灵敏度0.2 mV/D，滤波2～10 kHz。记录PNC的潜伏期和波幅。（2）经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation，TMS） 和经颈椎棘突磁刺激（cervical magnetic stimulation，CMS）：采用Magpro Compact型磁刺激器（Medtronic Co．，Denmark），其盘状线圈（C－100）直径11 cm，连接至Keypoint 4肌电图诱发电位仪同步记录，记录电极及地线放置同上。受检者平卧位，头部处于中立位，刺激器中央置于C7棘突处，以最大输出量（3．9 Tesla）的50%～60%于呼气末/吸气初实施CMS[4]。记录经C7棘突dMEP的潜伏期及波幅。刺激器中央置于国际脑电图10/20系统中的C4处，以最大输出量（3．9 Tesla）的70%～80%于呼气末/吸气初时实施TMS[5]。记录经皮质dMEP的潜伏期及波幅。用经皮质dMEP潜伏期减去同侧经C7棘突dMEP潜伏期即为中枢运动传导时间（central motor conduction time，CMCT）。

1.3 统计学处理 采用SPSS 16.0统计软件进行统计学分析。计数资料以例表示；计量资料以均数±标准差（±s）表示。PNC及dMEP的潜伏期测定值服从正态分布，其波幅测定值为偏态分布，转换为常用对数后符合正态分布。计数资料比较采用χ2检验，多组间的计量资料比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用LSD-t法检验。P＜0．05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 3组脱机前后PNC、dMEP潜伏期及波幅对数值变化 见表1、2。3组间脱机前PNC、经C7棘突dMEP、经皮质dMEP潜伏期及波幅对数值比较差异均有统计学意义（P＜0．05或P＜0．01）。A组、B组与对照组相比，PNC、dMEP潜伏期延长，波幅对数值降低（P＜0．01或P＜0．05）；脱机后组间指标上述比较情况同脱机前。脱机前B组较A组PNC潜伏期延长，经C7棘突dMEP波幅对数值降低（P＜0．05），余A、B组间差异无统计学意义（P＞0．05）。脱机后B组较A组PNC潜伏期延长（P＜0．05），波幅对数值降低（P＜0．05），经C7棘突dMEP波幅对数值降低（P＜0．05），经皮质dMEP潜伏期延长（P＜0．01），余A、B组间差异无统计学意义（P＞0．05）。

表1 3组脱机前PNC、dMEP潜伏期及波幅对数值比较 （n＝10±s）

表1 3组脱机前PNC、dMEP潜伏期及波幅对数值比较 （n＝10±s）

*P＜0．05，**P＜0．01，表2、3同

组别PNC对照组（1）A组（2）B组（3）F经C7棘突dMEP对照组（1）A组（2）B组（3）F经皮质dMEP对照组（1）A组（2）B组（3）F潜伏期(ms)7.5±0.7 9.2±0.9 10.0±0.5 30.856**6.1±0.4 7.4±1.1 7.6±1.3 6.567**13.6±0.5 17.1±1.6 17.7±1.1 36.902**组比1∶2 1∶3 2∶3 1∶2 1∶3 2∶3 1∶2 1∶3 2∶3 t 5.187**7.702**2.515*2.864**3.356**0.492 6.782**7.958**1.176波幅对数2.856±0.179 2.451±0.252 2.479±0.305 8.121**2.375±0.197 2.003±0.319 1.711±0.298 14.456**2.587±0.313 2.239±0.417 2.190±0.251 4.196*组比1∶2 1∶3 2∶3 1∶2 1∶3 2∶3 1∶2 1∶3 2∶3 t 3.609**3.357**0.252 3.008**5.364**2.355*2.329*2.657*0.328

表2 3组脱机后PNC、dMEP潜伏期及波幅对数值比较 （n＝10，±s）

表2 3组脱机后PNC、dMEP潜伏期及波幅对数值比较 （n＝10，±s）

组别PNC对照组（1）A组（2）B组（3）F经C7棘突dMEP对照组（1）A组（2）B组（3）F经皮质dMEP对照组（1）A组（2）B组（3）F潜伏期(ms)组比7.5±0.7 9.1±1.5 10.5±1.5 14.239**6.1±0.4 7.5±0.8 7.5±0.9 11.471**13.6±0.5 14.7±1.0 17.5±1.4 37.780**波幅对数值组比2.856±0.179 2.457±0.139 2.243±0.239 26.687**2.375±0.197 1.913±0.249 1.649±0.250 24.837**2.587±0.313 2.182±0.405 1.919±0.246 10.508**t 4.684**7.197**2.513*4.431**6.962**2.531*2.757*4.551**1.793 1∶2 1∶3 2∶3 1∶2 1∶3 2∶3 1∶2 1∶3 2∶3 1∶2 1∶3 2∶3 1∶2 1∶3 2∶3 1∶2 1∶3 2∶3 t 2.739*5.336**2.567*4.148**4.148**0.000 2.344*8.422**6.078**

2．2 3组脱机前后CMCT比较 见表3。脱机前A组、B组与对照组相比，CMCT延长（P＜0．01），A、B组差异无统计学意义（P＞0．05）；脱机后B组与对照组、A组相比，CMCT延长（P＜0．01），A组与对照组差异无统计学意义（P＞0．05）。

表3 3组脱机前后CMCT比较 （n＝10，±s）

表3 3组脱机前后CMCT比较 （n＝10，±s）

对照组（1）A组（2）B组（3）F脱机前CMCT(ms)7.5±0.6 9.7±1.6 10.1±1.9 9.078**组比1∶2 1∶3 2∶3 t 3.362**3.948**0.586脱机后CMCT(ms)7.5±0.6 7.2±0.7 10.0±2.0 14.323**组比1∶2 1∶3 2∶3 t 0.577 4.320**4.897**组别 统计学处理 统计学处理

3 讨论

COPD患者常伴呼吸功能的减退，由神经肌肉疾病所致呼吸功能障碍者，临床上常缺乏相应症状或体征，常规呼吸力学指标不能证实神经肌肉功能状态，PNC和dMEP检测对评价此类呼吸功能障碍具有较高价值[6]。

PNC的主要参数为潜伏期和波幅，潜伏期即神经冲动经神经轴索中的快传导纤维由刺激点传到记录点所经历的时间，反映神经髓鞘的功能状态；波幅反映所测神经纤维的数量和同步兴奋的程度，与兴奋的肌纤维数量成正比[3]。本研究中2组COPD患者脱机前后PNC与对照组相比，均表现为潜伏期延长，波幅减低，提示膈神经的完整性受到影响。除膈神经病变外，膈肌病变也可致PNC波幅减低。膈肌针极肌电图检测可致气胸，在COPD患者中更易发生，本研究为确保安全未进行此检测，故不能证实膈肌的功能状态。脱机前长期机械通气组PNC与常规机械通气组相比，仅表现为潜伏期延长，提示长期机械通气组膈神经髓鞘损害更严重，而脱机后PNC波幅亦减低，反映长期机械通气组膈神经-膈肌功能障碍更严重。笔者推测与以下因素有关：一方面，长期机械通气患者由于营养不良、呼吸肌废用等因素，易造成呼吸肌萎缩、肌肉初长度和形状改变，加之COPD患者常存在膈肌疲劳，易致膈肌功能障碍[7]；另一方面，长期机械通气患者易患危重性多发性神经病，可致膈神经损伤[8]。

经颅磁刺激是一种新兴的、无创的评价呼吸中枢传导通路的研究方法，CMCT反映了控制呼吸的皮质脊髓束的呼吸中枢运动传导功能，经C7棘突dMEP反映膈神经-膈肌功能状态[5]。本研究中2组COPD患者脱机前经C7棘突dMEP、经皮质dMEP较对照组潜伏期延长，波幅减低，CMCT延长，提示皮质-膈肌通路功能障碍。脱机前后长期机械通气组经C7棘突dMEP较常规机械通气组波幅减低，表明长期机械通气组膈神经-膈肌损害程度重。2组COPD患者脱机后经C7棘突dMEP、经皮质dMEP较对照组潜伏期延长，波幅减低，但常规机械通气组CMCT与对照组差异无统计学意义，而长期机械通气组CMCT与其他两组相比仍延长，提示长期机械通气组脱机后仍存在皮质脊髓束功能障碍，而常规机械通气组皮质脊髓束功能较前改善。

COPD患者脱机困难十分常见，神经肌肉病变是其重要原因，病情严重程度、低氧血症、营养不良、电解质紊乱等与神经肌肉病变有关[9-10]，因此尽快纠正低氧血症和电解质紊乱，给予必要的营养支持，避免使用影响神经肌肉功能的药物，掌握时机及早撤机有助于改善神经肌肉功能，定期检测PNC和dMEP有助于监测皮质-膈肌功能状态的变化。

[1]中华医学会呼吸病学分会慢性阻塞性肺疾病学组．慢性阻塞性肺疾病诊治指南(2007年修订版)[J]．中华内科杂志,2007,46(3):254-261.

[2]Liu H,Zhang T,Ye J.Determinants of prolonged mechanical ventilation in patients with chronic obstructive pulmonary diseases and acute hypercapnic respiratory failure[J].Eur J Intern Med,2007,18(7):542-547.

[3]Markand ON,Kincaid JC,Pourmand RA,et al.Electrophysiologic evaluation of diaphragm by transcutaneous phrenic nerve stimulation[J].Neurology,1984,34(5):604-614.

[4]Similowski T,Mehiri S,Duguet A,et al.Comparison of magnetic and electrical phrenic nerve stimulation in assessment of phrenic nerve conduction time[J].J Appl Hysiol,1997,82(4):1190-1199.

[5]Zifko U,Remtulla H,Power K,et al.Transcortical and cervical magnetic stimulation with recording of the diaphragm[J].Muscle Nerve,1996,19(5):614-620.

[6]Bolton CF.AAEM minimonograph#40:clinical neurophysiology of the respiratory system[J].Muscle Nerve,1993,16(8):809-818.

[7]Chang AT,Boots RJ,Brown MG,et al.Reduced inspiratory muscle endurance following successful weaning from prolonged mechanical ventilation[J].Chest,2005,128(2):553-559.

[8]李斌,邢国平,刘娜,等.危重病性多发性周围神经病膈神经损伤对机械通气的影响[J].天津医药,2009,37(5):411-412.

[9]Agrawal D,Vohra R,Gupta PP,et al.Subclinical peripheral neuropathy in stable middle-aged patients with chronic obstructive pulmonary disease[J].Singapore Med J,2007,48(10):887-894.

[10]Szubski C,Burtscher M,L觟scher WN.The effects of short-term hypoxia on motor cortex excitability and neuromuscular activation[J].J Appl Physiol,2006,101(6):1673-1677.