超声评估膈肌功能的应用进展

陈 梦 王白冰 王丹丹 童明辉

膈肌是最主要的呼吸肌，在平静呼吸状态下可提供70%的肺通气量［1］。膈肌肌纤维主要由慢收缩纤维和快收缩纤维组成，膈神经支配其收缩和舒张，以支持机体的低强度运动、呼吸循环及快速急剧运动。相较于躯干肌肉，膈肌更易出现废用性肌纤维萎缩，其机制为当膈肌活动明显减弱时，细胞氧化应激加剧，膈肌蛋白经泛素-蛋白酶体途径降解增加，同时基因表达的改变使蛋白合成下调，这些机制共同作用致使膈肌萎缩，进一步导致膈肌功能障碍［2］。慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）、神经肌肉疾病、机械通气等均可因炎症、神经肌肉损伤、过度辅助通气等原因使膈肌运动幅度减小，膈肌结构、代谢及收缩能力随之改变，进一步导致肺部感染可能性增加、原发疾病转归差、死亡率升高等较差临床结局，因此，及时评估膈肌功能对患者意义重大，有助于改善预后及提高生存质量。以往临床对膈肌功能评估主要采用跨膈压、膈肌电活动、透视、CT、MRI等，其中跨膈压经食管胃囊管测量，是评估膈肌力量的金标准，膈肌电活动通过鼻胃管上置于食管下段脚膈肌上的电极进行监测，这两种方法虽均能更精确评估膈肌功能，但因操作复杂且为侵入性检查，当前多用于科研工作中。透视、CT、MRI 等可获得膈肌位置、厚度、表面积等信息，但因存在辐射、不可实时评估、检查时间长等原因临床应用受限。超声具有非侵入性、安全、便捷、可重复性高等优点，近年来已成为评估膈肌功能的常规检查方法。本文就超声评估膈肌功能的相关参数，以及其在COPD、神经肌肉疾病及机械通气患者膈肌功能评估中的应用进展综述如下。

一、超声评估膈肌相关参数

超声评估膈肌常用的相关参数有膈肌厚度（diaphragm thickness，DT）、膈肌增厚分数（diaphragm thickening fraction，DTF）、膈肌位移（diaphragm excursion，DE）、膈肌相关浅快呼吸指数［DTF-浅快呼吸指数（rapid shallow breathing index，RSBI）、DE-RSBI］等。DT 是呼吸过程中某一时刻膈肌自身厚度的定量数值，可直观反映膈肌是否出现变薄萎缩，其正常值约（2.4±0.8）mm［3］。DTF 则是对一个呼吸周期内膈肌厚度变化的动态评估，更能反映膈肌的收缩能力，正常值范围为25%～40%［3］。DE 也可反映膈肌自身收缩能力，男、女性移动度低限分别为1.7 cm、1.3 cm［4］。RSBI是呼吸频率与潮气量的比值，可反映整体呼吸肌做功能力，在膈肌萎缩早期，辅助呼吸肌代偿做功可使RSBI 处于正常范围从而掩盖膈肌功能异常。膈肌相关浅快呼吸指数将RSBI 与超声结合，以DE、DTF 取代潮气量，排除辅助呼吸肌干扰，精准评估单一膈肌做功能力；其中DE、DTF 被认为与膈肌功能评估的金标准跨膈压高度相关［5］，膈肌相关浅快呼吸指数也被证明其诊断效能优于传统RSBI［6-7］。

二、超声在膈肌功能评估中的应用

（一）COPD

COPD 是一种以持续性气流受限为特征的慢性全身炎症性疾病，肺残气量增加使膈肌位置低平且长期处于不完全收缩状态，导致膈肌变薄及运动障碍，从而影响患者生存期及生存质量。研究［8-10］证实，超声可通过定量评估膈肌功能从而对COPD 患者严重程度进行分级并指导COPD 患者急性发作期无创通气及肺康复训练。

1.超声在COPD 患者严重程度分级中的价值：目前临床多依据肺功能检查结果分级，但其特异性较低且对患者配合程度要求高，超声检查可便捷、无创评估膈肌功能，对临床治疗方法选择及患者预后有重要意义。马瑛等［8］研究结果表明，平静呼吸及深呼吸时M 型超声均可以通过量化DE 筛查COPD 患者，曲线下面积（AUC）分别为0.823、0.858，且深呼吸时DE 与第1 秒用力呼气容积、第1秒用力呼气容积占用力肺活量（FVC）的百分比等肺功能指标均呈正相关（r=0.639、0.505，均P=0.001）。王舰尧等［9］应用不同超声检测方法评估38 例经肺功能检查分级的COPD 患者膈肌功能，研究表明轻至中度COPD 患者深呼吸时DE高于重度COPD患者（P＜0.05）；且应用面积法与M型超声法联合诊断重度COPD 的AUC 为0.933。由此可见，超声对COPD 患者的初步筛查及严重程度分级均有重要作用，可作为无法配合肺功能检查患者的辅助检查方法。

2.超声在指导COPD 患者急性发作期无创通气治疗中的价值：无创通气是COPD 急性加重期高碳酸血症性呼吸衰竭的一线治疗措施，且长期家庭无创通气可改善COPD 患者预后［11］。研究［12］表明，无创通气期间DE＞18 mm 与无创通气成功及1 h后动脉血二氧化碳分压（PaCO2）降低均相关（均P＜0.05），DTF＜20%与无创通气失败相关（P＜0.05）。可见，超声对COPD 急性呼吸衰竭的无创通气成功与否具有预测价值，也可参考DE、DTF调整临床无创通气治疗的持续时间，以提高救治成功率。

3.超声在指导COPD 患者急性发作期肺康复训练中的价值：COPD 患者因气道阻力增大、动态肺顺应性降低、残气量增加等使膈肌产生机械性劳损，是死亡率升高的重要危险因素。肺康复是一种全面的慢性呼吸系统疾病的干预措施，对患者评估后量身制定运动训练并进行健康教育，可减少COPD 患者通气需求，降低肺动态顺应性，从而改善COPD 患者运动能力、提高生活质量。超声可评估COPD患者肺康复治疗前后膈肌收缩能力，Crimi等［10］选取25例进行12周肺康复训练的COPD 患者，研究发现肺康复训练后COPD 患者DE 升高（27 mm vs.23 mm，P＜0.001），且膈肌对合区长度变化截断值≥10%时预测COPD 患者肺康训练复后运动能力提高的敏感性为83%，特异性为74%。Corbellini 等［13］研究也发现，与治疗前比较，肺康复治疗后COPD 患者DE 升高，运动能力改善（均P＜0.05）。可见，膈肌超声不仅可评估肺康复的疗效，也可作为肺康复过程中监测呼吸肌训练的实时支持技术。

（二）神经肌肉系统疾病

超声可用于评估神经肌肉系统疾病患者膈肌功能受损程度，进而评估肺功能，用于指导呼吸系统并发症治疗，如肌萎缩侧索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）、杜氏肌营养不良症（Duchenne muscular dystrophy，DMD）、脑卒中等。

1.ALS：是一种累及皮质、脑干和脊髓运动神经元的进行性神经退行性疾病，临床表现为进行性双侧肢体萎缩无力、吞咽困难、呼吸衰竭等，诊断主要依据临床查体及肌电图检查。ALS早期诊断困难且诊断后生存期仅3～5 年，主要死亡原因是进行性呼吸肌受累引起呼吸衰竭，因此，及时诊断ALS 患者呼吸功能障碍极为重要。FVC＜50%或用力吸气鼻内压＜40 cm H2O 是肺功能受损截断值，但部分延髓受累的ALS 患者因面部肌肉痉挛使得肺功能测试结果不准确，而膈肌超声在评估ALS 患者肺功能障碍方面有重要价值。Fantini 等［14］对ALS 患者同时行膈肌超声及肺功能检查，结果表明深呼吸时DTF、膈肌增厚比率（ΔTmax，ΔTmax=平静吸气末DT/深吸气末DT）均与FVC 相关（r=0.52、-0.45，均P＜0.05）；当 ΔTmax＞0.75 时，预测 FVC＜50%的敏感性和特异性分别为75%和85%，此类患者死亡风险增加（HR=3.7，P=0.001）。另一研究［15］结果显示，深呼吸时 DE 与FVC 呈正相关（r=0.68，P＜0.001），且DE＜5.5 cm 时可预测FVC≤50%，即可通过膈肌运动能力下降预测肺功能受损，其敏感性为100%，特异性为69%。因而，对于肺功能检查受限的ALS 患者，超声可通过量化膈肌功能为其提供另一种间接评估肺功能的方法，以早期诊断及治疗呼吸衰竭，改善患者预后。

2.DMD：是一种因抗肌萎缩蛋白基因突变引起的X-连锁隐性遗传性疾病，常于儿童期起病，患儿出现渐进性运动能力丧失，多于30 岁前死于心肺功能衰竭。目前尚无有效治疗方法，临床多采用激素及心肺并发症对症治疗，超声可通过评估膈肌间接评估肺功能，为临床治疗提供参考。Fayssoil等［16］将110例DMD 患者根据年龄分为＜21 岁、21～30 岁、＞30 岁3组，比较各年龄组与健康对照组膈肌参数，结果发现各年龄组DMD患者DE、DTF 均明显低于健康对照组（均P＜0.05）；且均与年龄呈负相关（均P＜0.05）。Laviola等［17］研究结果与之相似，另外该研究还发现＜14岁DMD 患者膈肌可因为脂肪细胞浸润出现“假性肥大”，膈肌厚度与同龄健康人相近但膈肌收缩力仍低。由此可见，超声可定量评估DMD 患者膈肌萎缩及收缩功能下降，同时无创性辨别膈肌是否存在病理性脂肪浸润。

3.脑卒中：是我国居民的第一致死原因，且致残率可高达70%［18］。其不仅可导致运动及语言功能障碍，当原发病灶损伤呼吸传导系统时，患者还可出现呼吸功能障碍，增加心肺并发症发生，导致死亡率升高，因此需及时评估肺功能。Jung 和Kim［19］研究显示，DE、DTF与FVC均呈正相关（r=0.558、0.430，均P＜0.01），证实可通过超声评估膈肌功能来评价脑卒中患者肺功能。付娟娟等［20］研究也显示，脑卒中患者DE、DTF均明显低于健康人群（均P＜0.05），且经膈肌训练后DE、DTF 均较训练前明显改善（均P＜0.05）。因此，超声评估脑卒中患者膈肌功能有利于指导膈肌理疗及药物治疗，从而防治肺部并发症，提高患者生存率。

（三）超声在机械通气患者成功脱机预测中的价值

我国重症监护室约40%的患者需行机械通气［21］，机械通气可迅速改善肺通气、提高机体氧饱和度，为原发疾病的救治提供时间。然而，长时间机械通气会诱发呼吸机相关性膈肌功能障碍，进一步导致脱机失败、住院时间延长，因此尽早成功脱机是重症患者改善预后的关键。呼吸肌力量和呼吸负荷失衡的病理状态可导致脱机失败，所以脱机前膈肌力量评估对脱机结果预测尤为重要。临床上常用最大吸气压、气道闭合压、每分钟通气量等呼吸机参数预测脱机结果，但预测效能均较差［22］。超声作为一种可实时量化膈肌功能的工具，可预测机械通气患者脱机结果。Elshazly 等［23］研究表明，DE＞12.5 mm 预测脱机成功的敏感性为97%，特异性为82%。Farghaly和Hasan［24］研究结果显示，DE≥10.5 mm、DTF≥34.2%预测脱机成功的敏感性分别为87.5%、90%，特异性分别为71.5%、64.3%。一项荟萃分析［25］表明，当DE截断值为10～14 mm，DTF截断值为30%～36%时可有效预测脱机成功。预测脱机成功的截断值略有差异，可能因研究对象个体差异、膈肌参数测量时机的选择及测量方法的不同所致。关于膈肌相关浅快呼吸指数研究尚少，但其在预测成功脱机方面效能良好。龙玲等［6］研究显示，DTF-RSBI＞72.6次·min-1·mm-1时预测脱机失败的敏感性和特异性分别为100%、72.2%，AUC 为0.903。赵永华等［7］研究显示，DE-RSBI＞1.5 次·min-1·mm-1可预测脱机失败，敏感性为87%，特异性为80%，AUC 为0.91。表明DE、DTF、DE-RSBI、DTF-RSBI 等膈肌参数可精准评估脱机前膈肌收缩能力，有效预测脱机结果，且明确的截断值可为临床医师提供更直观的参考。

三、总结与展望

总之，超声是评估膈肌功能的有效方法，可定量测量不同临床情况下膈肌萎缩程度及收缩能力，为临床疾病的辅助诊断、并发症治疗及临床决策提供重要价值。但其仍存在局限性，具体为：①膈肌正常厚约2～3 mm，超声探头深度分辨率有限，且操作者经培训后仍存在测量差异，会在一定程度上影响研究结果；②部分研究需在不同呼吸模式下测量膈肌参数，年幼患儿及昏迷患者难以配合。目前膈肌超声评估多基于二维模式，其他超声技术目前研究尚少，可作为未来研究主要方向。