超声评估慢性阻塞性肺疾病患者膈肌功能应用进展

王彦邻，冉海涛，敖 梦

(重庆医科大学附属第二医院超声科 超声分子影像重庆市重点实验室，重庆 400010)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)为全身炎症性疾病，可对呼吸道肌肉和机体构成产生影响，导致气流受限和持续过度通气，使呼吸肌长期处于高负荷状态而易出现膈肌变薄和收缩力受损等[1]。类固醇激素广泛用于治疗COPD，但长期服用可致呼吸肌无力[2]。膈肌作为主要的呼吸肌，负责60%～80%的工作负荷，其功能决定通气功能。评价膈肌功能的方法有肺功能测试、测定跨膈压、电生理检测、X线透视、CT及MRI等。跨膈压是评价膈肌功能的金标准，但有创且操作较复杂，临床应用受限。超声可观察膈肌形态，从而评估膈肌功能和自主呼吸能力，无创、简便且重复性好[3]，目前已广泛应用于诊断COPD、肌肉疾病和指导机械通气(mechanical ventilation，MV)及撤除呼吸机(简称撤机)等[4]。本文围绕超声评估COPD患者膈肌功能进展展开综述。

1 评估指标及方法

COPD患者膈肌功能障碍(diaphragmatic dysfunction，DD)发生率较高，肌纤维类型转变、肌小节结构损害、肌肉间质胶原纤维增加等均可致膈肌形态及收缩功能发生改变[5]。有研究[6]通过超声证实膈肌功能与跨膈压之间具有明显相关性。超声已成为呼吸重症领域必不可少的工具，主要以肝或脾为透声窗，采用B型或M型模式观察膈肌形态及运动情况，并通过测量膈肌厚度(thickness of the diaphragm，TD)、膈肌增厚率(diaphragm thickening fraction，DTF)、膈肌活动度(diaphragmatic excursion，DE)、膈肌收缩速度(diaphragm contraction velocity，DCV)及膈肌对合角度(diaphragm involution angle，DIA)等来评估膈肌功能。

1.1 TD及DTF 膈肌包括3层结构，由高回声的胸膜层、腹膜层及中间相对无回声的肌肉层组成，TD为胸膜层与腹膜层之间的距离。测量时嘱患者平卧，将7～18 MHz高频超声探头垂直肋骨长轴放置于腋前线第7～9肋间隙(膈肌和胸壁对合处)进行测量。DTF是TD在呼吸过程中的变化程度，反映膈肌的收缩能力。DTF=(吸气末TD-呼气末TD)/呼气末TD×100%。DTF<20%提示存在DD[7]。

由于膈肌纤维缩短及肌纤维类型转变，COPD患者TD差异较大。既往尸检结果[8-9]显示，COPD患者TD与膈肌体积小于正常人。SMARGIASSI等[10]研究发现COPD患者TD与吸气容积显著相关，随肺容积增加，TD逐渐增加；且TD及DTF随疾病加重而不断降低，提示TD及DTF可能是评价COPD进展的有效工具。另一方面，OGAN等[11]采用B型超声测量TD，结果显示COPD组与健康对照组TD无显著差异，TD与COPD严重程度、呼吸功能及发作频率无明显相关。ERYÜKSEL等[12]亦认为不同病情严重程度、发作频率、第1秒用力呼气容积(forced expiratory volume in one second，FEV1)及体质量指数之间DTF无显著差异。上述研究结果存在差异，可能与膈肌功能复杂及测量不规范有关。为标准化超声检查，确定适当参数评估疾病严重程度、恶化风险并预测死亡率，有必要进行进一步研究。

1.2 DE DE是膈肌在呼吸周期中移动的距离。检查时嘱患者平卧，将3.5～5.0 MHz低频凸阵探头平行置于锁骨中线及腋前线之间的肋缘下，向内侧、头侧、背侧移动，使膈肌后1/3显像；先采用B型模式水平放置确定膈肌最大运动幅度，使取样线与后膈肌垂直，随后更换M型模式显示膈肌运动曲线，吸气时膈肌下移靠近探头显示向上轨迹，呼气时则相反，记录基线至运动曲线最高点的垂直距离。

既往研究中有关测量DE的结果较为一致。PAULIN等[13]以B型超声评估54例COPD患者用力呼吸时的DE，观察其与呼吸困难程度的关系，发现COPD组DE明显低于健康对照组，且与6 min步行距离测试结果呈线性相关，与呼吸困难程度呈负相关，证实了COPD患者膈肌活动能力下降，DE降低与患者体力、通气能力降低及用力时呼吸困难程度增加有关。SCHEIBE等[14]研究证实超声测量DE评估COPD患者膈肌功能有效且可靠，且DE与FEV1存在很强的相关性。超声测量DE可作为评估COPD患者膈肌功能的重要指标。

1.3 DCV DCV是DE与吸气时间的比值，测量方法与M型超声测量DE相同。黄秋霞等[15]对64例COPD急性加重期(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD)患者进行膈肌超声检查，并根据2017慢性阻塞性肺疾病全球创议(global initiative for chronic obstructive lung disease，GOLD)指南进行分组分析，结果显示DCV鉴别诊断COPD的效能较差。目前DCV较少用于临床，需更多大数据样本研究加以验证。

1.4 DIA DIA是肋膈角处膈肌与胸壁所形成的角度。测量时，嘱患者平卧，将高频线阵探头置于右侧腋前线肋膈角水平，测量平静呼气末及用力呼气末DIA，并对其差值进行观察。陈重泽等[16]发现中度及以上COPD组DIA差值随病情加重而逐渐变小。DIA变化可作为初步判断COPD严重程度的指标之一。

2 临床应用

2.1 判断COPD严重程度 目前检测肺功能是诊断COPD及评估疗效的最主要方法，但特异性较低，易受患者配合程度的影响。作为一种简便而有效的评估膈肌功能方法，超声广泛用于监测COPD病情及判断预后。沈惠英等[17]比较不同膈肌测量方法(B超直接法、M型超声及X线测量法)评估不同程度COPD的准确性，发现M型超声和X线法测量DE均有助于评估不同程度COPD，其中M型超声与GOLD分级的一致性最好，X线测量法次之，B超直接法最低。EVRIN等[18]观察稳定期COPD患者病情严重程度与超声评价膈肌功能的关系，发现FEV1、每年COPD急性加重次数与DE具有较强相关性。马瑛等[19]采用M型超声观察68例稳定期COPD患者平静呼吸与深呼吸时DE与运动时间及其与肺功能的相关性，发现COPD组平静呼吸时两侧DE均大于健康对照组，深呼吸时两侧DE均小于健康对照组，COPD组和健康对照组DE与FEV1、FEV1/用力肺活量均呈正相关。以上结果提示，超声检查膈肌可通过观察深呼吸时膈肌运动间接评估肺功能，辅助诊断COPD并判断其严重程度，从而指导治疗。

2.2 指导MV及撤除呼吸机 无创通气(noninvasive ventilation，NIV)是治疗AECOPD导致呼吸衰竭的一线方法[20],但失败率在5%～40%，接受有创机械通气的患者死亡风险更高。MARCHIONI等[6]研究发现AECOPD存在DD时NIV失败风险更高；DD与重症监护时间、住院时间、MV时间、气管切开率、短期及长期死亡率均呈正相关；以超声测量DTF<20%定义DD，结果显示DTF与跨膈压密切相关。早期超声评估AECOPD患者是否存在DD可帮助预测NIV失败和预后不良，有利于避免延迟插管风险。

DD是导致MV失败和时间延长的主要原因；长时间MV也可导致多种并发症，包括呼吸机引起的DD(ventilator-induced diaphragm dysfunction，VIDD)[21]，因此，适当选择撤机时机对于接受MV的COPD患者至关重要。伍春燕等[22]观察超声检查右侧膈肌DE、DCV对于指导撤除COPD患者MV的价值，发现DE>1.14 mm、DCV≤1.46 cm/s可准确预测撤机成功。ZHANG等[23]亦认为超声评估DE预测成功撤机较DTF更为准确。以上结果显示，超声评估COPD患者膈肌功能有助于选择撤除MV时机，预测撤机成败，具有较高的临床应用价值。

2.3 指导肺康复治疗 COPD易损伤患者呼吸肌功能，不仅可致肺容积减少、呼吸运动受限，还会引起呼吸衰竭，导致患者反复住院，增加死亡风险[24]，因此，锻炼呼吸肌对于治疗COPD至关重要。肺康复(pulmonary rehabilitation，PR)是在全面评估病情基础上，以运动训练、健康教育和行为矫正为重点的复杂干预[25]，可显著改善吸气肌力量和运动能力，减轻肺过度膨胀和呼吸困难[26]。CORBELLINI等[27]以M型超声评估DE与肺功能的相关性，观察中重度COPD患者PR治疗后膈肌功能是否改善，发现COPD患者DE降低与疾病严重程度呈正相关，PR治疗后DE得到改善。CRIMI等[28]对25例COPD患者于12周PR治疗前后行膈肌超声检查，得到了与CORBELLINI等[27]一致的结果。膈肌超声是判断COPD患者PR预后的有效工具，可准确预测PR治疗效果，帮助临床制定PR治疗方案。

3 不足与展望

目前膈肌超声已广泛用于鉴别膈肌瘫痪和膈肌无力，了解术后呼吸肌功能不全的原因，评估人机同步性和呼吸做功，预测MV撤机结果，判断COPD严重程度以及指导PR等方面[29]。虽然超声已可鉴别中重度COPD患者的DD，但对于轻中度病例的研究较少。若能早期发现并诊断DD，尽早采取健康教育或制定康复计划，可避免疾病进展，改善患者预后。有学者[30-31]提出采用三维或四维超声、组织多普勒成像及斑点追踪成像等新型超声技术，或有助于早期鉴别DD，可作为未来探索方向。

综上所述，超声观察膈肌形态和运动评估COPD患者膈肌功能具有无创、精确、安全、实时且便于对MV患者进行评估等优点，应用前景广阔。