膈肌和肋间肌增厚率及肋间肌代偿指数评估老年机械通气患者呼吸肌功能

赵浩天，燕亚茹，刘 奕，薛红元*

(1.河北省人民医院超声科，河北 石家庄 050051；2.石家庄市人民医院超声科，河北 石家庄 050051)

机械通气是常用呼吸支持手段，然而约20%患者存在撤机困难[1]，表现为撤机后气促、氧合指数下降、大汗甚至血压降低，主要原因在于患者膈肌功能障碍；且长期无法撤机可致患者产生呼吸机依赖而增加死亡率[2]。老年患者、特别是监护病房老年患者常因肌力减退和肌组织再生能力减弱而合并呼吸衰竭、血流动力学紊乱和/或多器官功能衰竭等，更易发生膈肌萎缩[3]。超声监测膈肌厚度及膈肌增厚分数(diaphragm thickening fraction,DTF)可用于评估膈肌功能[4]。作为主要辅助吸气肌，肋间肌可于膈肌萎缩时发挥代偿作用。有学者[5]指出，肋间肌厚度随呼吸运动幅度增大而增加，即肋间肌做功增加可能是评估膈肌萎缩的辅助指标。本研究观察超声监测DTF、肋间肌增厚分数(intercostal muscle thickening fraction,ICMTF)和肋间肌代偿指数(ICMTF/DTF)评估老年机械通气患者呼吸肌的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 纳入2020年6月—2020年10月34例于河北省人民医院监护病房接受机械通气≥3 d的老年患者(机械通气组)，年龄64～98岁，平均(84.9±12.5)岁；根据机械通气时长分为长期(时间≥30 d)通气亚组15例与短期(3 d≤时间<30 d)通气亚组19例。另选取28名既往无肺部及严重心脏疾病的可自主呼吸老年志愿者作为自主呼吸组，年龄63～98岁，平均(82.8±9.9)岁。排除标准：①年龄<60岁；②膈肌或膈神经损伤；③呼吸中枢抑制相关疾病；④无法接受超声检查；⑤大量胸腔积液。本研究经河北省人民医院伦理委员会批准(科研伦审2019第130号)，检查前患者或家属签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 于机械通气组患者无谵妄、无烦躁、呼吸及氧合状况稳定、血压稳定且无需使用血管活性药物和镇静药物时记录其氧分压、二氧化碳分压及氧合指数，并停用呼吸机，给予吸氧(4 L/min)[6]，记录吸氧15 min时患者呼吸频率、心率、血压及氧饱和度，并于吸氧15 min后行超声检查。记录自主呼吸组呼吸频率、心率、血压、氧饱和度并行超声检查。由1名具有5年以上膈肌超声经验的医师采用Philips CX50超声仪，线阵L12-3探头，频率10 MHz进行操作。

1.2.1 超声检查膈肌 嘱患者仰卧，将探头置于右侧腋中线第8～10肋位置，观察胸膜线与腹膜线之间的膈肌组织(图1)，以M模式观察膈肌运动至少3个周期，分别于不同时相测量吸气末膈肌厚度(diaphragm thickness at end inspiration,DTei)和呼气末膈肌厚度(diaphragm thickness at end expiration,DTee)，并计算DTF：DTF=(DTei-DTee)/DTee×100%。

图1 膈肌超声声像图 以M型模式测量膈肌厚度 图2 右侧第2～3肋间肋间肌超声声像图

1.2.2 超声检查肋间肌 嘱患者仰卧，将探头置于右侧胸壁第2～3肋间、距胸骨右侧约2～4 cm处，垂直于胸壁获取肋间肌切面(图2)，分别于不同时相测量吸气末肋间肌厚度(intercostal muscle thickness at end inspiration,ICMTei)和呼气末肋间肌厚度(intercostal muscle thickness at end expiration,ICMTee)，计算ICMTF=(ICMTei-ICMTee)/IMTee×100%和ICMTF/DTF。

1.3 统计学分析 采用SPSS 21.0统计分析软件。以±s表示符合正态分布的计量资料，组间比较采用单因素方差分析，两两比较采用LSD-t检验，采用Pearson法进行相关性分析；以中位数(上下四分位数)表示不符合正态分布的计量资料，组间比较采用Kruskal-Wallis秩和检验，以Spearman法行相关性分析；采用χ2检验比较计数资料。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

机械通气组中的长期通气亚组、短期通气亚组与自主呼吸组患者年龄、性别、心率、血压及氧饱和度差异均无统计学意义(P均>0.05)；长期和短期通气亚组呼吸频率均高于自主呼吸组(P均<0.001)；2亚组间呼吸频率差异无统计学意义(P>0.05)，接受机械通气时长差异有统计学意义(P<0.001)。见表1。

表1 受试者一般资料比较

长期通气亚组DTei、DTee和DTF均明显低于短期通气亚组(P均<0.05)，而两亚组均明显低于自主呼吸组(P均<0.05)；长期通气亚组ICMTei、ICMTee、ICMTF和ICMTF/DTF均明显高于自主呼吸组(P均<0.05)，且ICMTei高于短期通气亚组(P<0.05)，而两亚组间ICMTee、ICMTF和ICMTF/DTF差异均无统计学意义(P均>0.05)，见表2。所有受试者DTF与ICMTF呈负相关(r=-0.405，P<0.05)，见图3。

图3 DTF与ICMTF相关性分析图 膈肌功能越弱，肋间肌代偿功能越明显

表2 受试者膈肌和肋间肌超声指标比较

3 讨论

机械通气是呼吸衰竭相关疾病的重要治疗手段，但持续机械通气可导致膈肌萎缩和功能障碍，导致反复撤机困难[7]。接受完全机械控制通气患者的膈肌厚度随通气时间延长而不断减小[8]，通气时长持续18～69 h可致膈肌肌纤维厚度下降50%以上[7]。超声具有无创、便捷及可床旁反复操作的优势，采用高频浅表探头可精细分辨膈肌组织并评估其结构和功能，且超声监测DTF与传统评估膈肌指标——跨膈压力(胃内压与食管压差值)具有良好相关性(r=0.87)[9]。

膈肌萎缩及功能减退可能是导致撤机困难的主要原因，使得原发病虽治愈，患者却无法脱离机械辅助呼吸。DRES等[4]采用超声观察重症监护病房76例患者的膈肌功能，发现63%存在膈肌功能障碍，且为撤机失败的独立影响因素；撤机困难患者DTF均<29%。

ELTRABILI等[10]发现撤机困难患者DTF均≤30.7%。FARGHALY等[11]发现以DTF>34%预测成功撤机的敏感度为90%，特异度为64%，即膈肌功能良好是患者恢复自主呼吸的重要保障。本研究机械通气组中的长期通气亚组、短期通气亚组与自主呼吸组DTee和DTei差异均有统计学意义，提示机械通气时间越长则膈肌越薄，其失用性萎缩越明显；且其DTF差异均有统计学意义，表明不同机械通气时长患者膈肌功能差异明显，与既往研究结果相符。

肋间肌与膈肌协同维持呼吸，膈肌功能障碍时，肋间肌可代偿收缩[5]，且其程度明显高于其他吸气肌(如胸锁乳突肌等)。既往多采用肌电图测量吸气压力变化以评估肋间肌，但无法准确观察肋间肌厚度及其功能。欧洲呼吸学会建议采用超声监测肋间肌，以评价呼吸功能[12]。健康人平静呼吸时，肋间肌厚度几乎不发生变化[12]。DRES等[13]发现膈肌功能障碍组患者肋间肌厚度及ICMTF均大于无障碍组，即膈肌萎缩导致肋间肌代偿做功增加，且胸骨旁ICMTF与膈肌压力生成能力呈负相关(r=-0.79)。WALLBRIDGE等[14]发现慢性阻塞性肺疾病患者肋间肌厚度大于健康人，且超声测量胸骨旁肋间肌厚度具有良好的观察者间可重复性。本研究发现所有受试者DTF均与ICMTF呈负相关(r=-0.405)，且长期通气亚组的ICMTF显著高于自主呼吸组(P<0.05)，即肋间肌做功是膈肌做功的补充。此外，本研究长期通气亚组ICMTei高于短期通气亚组和自主呼吸组，其ICMTee高于自主呼吸组而与短期通气亚组间无明显差异，可能系短期通气亚组内个体通气时间差异较大(3～29 d)所致。

本研究基于既往研究结果设计了肋间肌代偿指数指标，即ICMTF/DTF，且发现短期通气亚组ICMTF/DTF与长期通气亚组和自主呼吸组差异均无统计学意义，但长期通气亚组ICMTF/DTF明显高于自主呼吸组，表明该指标对评估膈肌萎缩和肋间肌代偿做功有一定价值。

本研究的主要局限性：①膈肌和肋间肌均较薄，超声检查具有操作者依赖性；②短期通气亚组个体通气时长差异较大；③未监测患者腹内压，无法排除腹胀对膈肌运动的影响；④样本量少。

综上，采用超声监测膈肌厚度和DTF可直接评估膈肌功能，而肋间肌厚度、ICMTF及ICMTF/DTF可用于评估膈肌及膈肌萎缩时肋间肌的代偿作用。