危重症患者呼吸机相关膈肌功能障碍现状及预防的研究进展

刘滨滨 吴华炼 郑秀丹 胡仕敏 付贞艳 权明桃

(1.广西医科大学第一附属医院,广西 南宁 530021;2.遵义医科大学附属医院,贵州 遵义 56300)

膈肌为人体最主要的呼吸肌,主导人体60%～70%的通气需要[1],膈肌去负荷后,可导致膈肌迅速萎缩。呼吸机相关膈肌功能障碍(ventilator-induced diaphragmatic dysfunction,VIDD)是由于危重症患者长时间机械通气后引发膈肌张力下降、膈肌萎缩和结构损伤等,导致膈肌收缩功能下降[2]。VIDD普遍存在于机械通气患者中,64%的机械通气患者在入院时即可引起VIDD[3]。VIDD严重影响患者的预后,可导致撤机困难和呼吸机依赖,降低患者的撤机成功率,从而延长机械通气时间、ICU住院时间,增加院内死亡率,影响患者院后生存率[4]。研究[5]显示,危重症患者膈肌功能障碍合并ICU获得性衰弱者撤机失败率和死亡率为分别为86%和39%。另有研究[6]证实,在院内发生膈肌功能障碍的患者2年生存率降低了4%。VIDD的病因和发病机制复杂,目前在药物治疗上尚处于探索阶段,许多学者对VIDD药物治疗的建议也未达成共识。因此,从护理角度出发预防VIDD具有重要的意义。本文回顾国内外危重症患者关于VIDD的相关研究,从VIDD的诊断、发病机制、影响因素和预防方法4个方面进行综述,以期为临床医护人员预防VIDD提供参考。

1 VIDD的诊断

目前VIDD的诊断主要根据颤搐性跨膈压(twitch transdiaphragmatic prsssure,TwPdi)、膈肌增厚分数(diaphragmatic thickening fraction,TFdi)、膈肌移动度(diaphragm excursion,DE)和膈肌厚度(thickening of the diaphragm,Tdi)进行诊断。美国胸科学会[7]曾建议将经皮双侧膈神经电刺激产生的TwPdi作为客观评估膈肌力量的金标准,当TwPdi <11 cmH2O(1 cmH2O≈0.098 kPa)时,即诊断为膈肌功能障碍。但该测量方法操作人员需经过培训才能掌握神经电刺激定位方法和刺激电极的用力角度,需要花大量的时间寻找个体化膈神经刺激点,其因操作时间过长,导致临床实用性欠佳。研究[8]报道床旁危重症超声技术因其便宜、安全、无创、可重复性以及方便床旁操作等,对动态监测膈肌功能和诊断VIDD具有重要意义,更具临床实用性。超声测量膈肌时,当TFdi<20%、DE<1 cm、Tdi<0.2 cm即可诊断为膈肌功能障碍[9]。

2 VIDD的发病机制

VIDD发生机制较为复杂,目前尚未完全明确[10]。有研究[11]报道,VIDD是机械通气的一种可预防的潜在并发症。王梦丽等[12]将VIDD的发生机制概括为:(1)膈肌纤维结构变化。(2)氧化应激。(3)线粒体的损伤。(4)脂质代谢异常。何远超等[13]综述机械通气下VIDD的发生机制为:(1)膈肌线粒体损伤及过氧化物产生增加。(2)膈肌氧化应激增加。(3)膈肌蛋白质水解。(4)膈肌自噬。(5)膈肌RyR1重塑。潘科等[14]将其概括为组织学和力学改变、病理和生理学的变化,其中膈肌氧化应激反应,蛋白质的分解代谢、合成及自噬等作用,在不破坏膈肌神经传导的前提下改变膈肌肌纤维的数量及质量,从而导致VIDD。Zhang[15]研究中失血性休克可加重VIDD,原因为失血性休克可导致全身炎症反应。Jung等[16]探讨重症监护室脓毒症患者对膈肌的功能变化,研究显示机械通气并发脓毒症的患者膈肌萎缩与肌力下降比无脓毒症的患者更为显著。虽然还未明确VIDD的发生机制,但许多学者认为氧化应激和全身相关炎症为导致VIDD的主要相关因素[17]。

3 VIDD的影响因素

3.1呼吸机通气模式 呼吸机通气模式中控制通气模式使患者膈肌完全处于制动状态,容易引起膈肌的萎缩和收缩功能障碍,导致膈肌力量的丧失。因此,影响膈肌功能的决定性因素之一是控制机械通气。在一项大鼠实验中,控制机械通气会导致蛋白水解和蛋白质合成减少,引起膈肌损伤,而压力支持通气模式,可保留膈肌蛋白质的含量,无明显的膈肌氧化损伤。在这项动物实验中,发现机械通气12～18 h后,膈肌纤维就可出现明显的萎缩[18]。Levine等[19]在人类试验上也获得类似的研究结果,接受控制机械通气患者1型和2型膈肌纤维比健康人减少了53%和57%。辅助机械通气下患者存在自主呼吸,对膈肌功能的影响较小。一项前瞻性观察性的研究[20]中,患者控制机械通气时间>48 h,再转为辅助机械通气,结果显示控制机械通气时,Tdi明显减少,转为辅助通气后可恢复部分膈肌厚度。因此,辅助机械通气可一定程度上避免膈肌萎缩,防止控制机械通气模式引起的膈肌萎缩和膈肌收缩力下降。

3.2机械通气时间 机械通气时间为VIDD主要影响因素之一,膈肌萎缩的速度与机械通气时间关系密切。机械通气早期患者即可出现膈肌功能障碍,并呈时间依赖性,机械通气时间越长膈肌萎缩越严重。Sklar等[21]研究表明,在机械通气早期患者膈肌活动水平较低,50%的患者在1 d内不能恢复膈肌活动,增加了发生VIDD的风险。Goligher等[22]探讨膈肌随机械通气时间的变化,发现机械通气患者随着时间的延长,Tdi呈下降趋势,在机械通气第7天,44%的患者Tdi减少10%以上,而拔管和未进行机械通气的患者Tdi不随机械通气时间发生改变。

3.3镇静 机械通气患者常需使用镇静药物,以减轻患者因插管引起的疼痛和不舒适,但长时间的镇静使膈肌处于不运动的状态,导致膈肌运动恢复延迟和萎缩[23]。Breuer等[24]观察右美托咪定对机械通气小鼠膈肌功能的影响,发现使用右美托咪定镇静24 h后,小鼠的膈肌功能受到损害。另外一项动物研究[25]发现咪达唑仑镇静期间,机械通气12 h可导致比右美托咪啶和异丙酚更严重的膈肌功能障碍。将右美托咪定和丙泊酚分别作用于机械通气患者时,右美托咪定对膈肌功能的影响更小[26]。镇静剂可使膈肌收缩功能下降,但不同的镇静剂对膈肌功能的影响存在差异。目前的研究显示,使用右美托咪定影响更小,但是缺少强有力的证据,还需扩大样本量进一步研究镇静剂对膈肌功能的影响。

3.4其他 膈肌自身相对于肢体骨骼肌更容易发生萎缩,发生萎缩的速度为其他骨骼肌的8倍[27]。机械通气时间>48 h的患者,ICU获得性衰弱的发生率为20%,但膈肌功能障碍的发生率高达80%[28]。研究[29]显示,VIDD合并脓毒症的患者可在机械通气24 h后使膈肌收缩力下降80%,会加重VIDD。此外,年龄、营养不良、电解质紊乱、低氧血症亦是加重VIDD的因素[30]。

4 预防VIDD的方法

随着对VIDD研究的不断深入,重症医务人员对预防VIDD也越来越重视。目前,预防VIDD的方法为综合预防方法,包括呼吸机模式的选择、合理镇静镇痛、尽早脱机及物理预防等[30]。物理预防多采用吸气肌训练、体外膈肌起搏器、早期活动等方法,但预防效果均未得到明确肯定。在物理预防的实施人员方面,一般以康复团队来实施,在国外ICU患者的吸气肌训练主要由经过专业培训的物理治疗师联合医生共同完成,医生负责评估病情,物理治疗师负责整个吸气肌训练的过程[31]。而国内物理治疗师和呼吸治疗师资源缺乏且分配不均,以护士为主导的康复团队在重症患者康复中发挥重要作用[32]。

4.1吸气肌训练 吸气肌训练是一种通过对以膈肌呼吸为主的吸气肌施加负荷以提高膈肌肌肉力量和耐力的训练方法[33]。现危重症机械通气的患者吸气肌训练主要包括2种方式,分别为采用阈值负荷压力仪和调节呼吸机触发灵敏度进行吸气肌训练。阈值压力负荷吸气肌训练是患者借助压力负荷仪器锻炼相关吸气肌群,使其肌力和耐力得以增强,达到提高肺康复效果的目的[34]。阈值压力负荷仪应用较为广泛的是Power Breath K5,常用的压力范围为9～41 cmH2O,初始负荷一般为最大吸气压的30%～50%[35]。调节呼吸机触发灵敏度的吸气肌训练,一般将呼吸机设置为压力控制模式,训练前先测量患者的最大吸气负压,初次训练时将呼吸机触发灵敏度设置为最大吸气负压的20 % ,最大耐受训练时间和训练负荷根据患者的耐受情况逐渐增加或减弱[35]。

吸气肌训练在肺康复中已经应用30余年,但主要应用于慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)、心力衰竭、危重症肌无力[35-36]等疾病的康复中。近年来,如何预防机械通气患者VIDD的发生逐渐成为国内外的研究热点,有研究[36]表明,以护士为主导的早期肺康复治疗能有效改善机械通气患者的膈肌功能,提高患者的膈肌增厚率、撤机成功率,降低 VIDD 的发生率和呼吸机相关肺炎发生率,使机械通气时间及 ICU 住院时间缩短。国外学者大多采用吸气肌训练来观察机械通气患者的呼吸肌肌力,最大吸气压力常被用来评价呼吸肌肌力。很少有研究报道超声监测吸气肌训练对膈肌功能的影响。Moreno等[37]对机械通气患者实施阈值负荷吸气肌训练,训练负荷为最大吸气压的50%,结果显示该训练方案未能缩短机械通气时间、撤机时间及增加呼吸肌肌力。Cader等[38]对老年机械通气患者进行阈值负荷吸气肌训练,将初始负荷调整为30%,每天增加10%,发现阈值负荷吸气肌训练可增加机械通气患者的最大吸气压、缩短机械通气时间。类似的研究[39]使用阈值压力负荷仪对长期气管切开患者行吸气肌训练,研究者根据最大吸气压每7d调整训练负荷,训练后增加了患者的最大吸气压,提高了患者60 d生存率。Caruso等[40]根据最大吸气压调整呼吸机灵敏度对外科重症监护病房机械通气患者进行吸气肌训练,首次调节呼吸机灵敏度为最大吸气压的20%,按阶段逐渐增加训练负荷,但不超过最大吸气压的40%,结果显示该训练方法对缩短机械通气时间和降低重插管率作用不明显。Vorona等[41]对危重成人进行吸气肌康复治疗的一项系统评价和荟萃分析,表明吸气肌训练可提高机械通气患者的最大吸气压,缩短机械通气时间,但纳入分析的28项研究中训练方法和统计学方法存在差异,因此研究结果需进一步验证。

国内在机械通气患者吸气肌训练方面也有一定研究,多集中在超声监测下观察患者膈肌功能的变化以及撤机效果。刘敏等[42]组建医护团队,按计划每天调整患者的呼吸机触发灵敏度,并配合使用沙袋对AECOPD机械通气患者进行吸气肌训练,结果显示吸气肌训练实施训练后吸气末膈肌厚度(diaphragm thickness at end of inspiratory,DTei)和TFdi显著增加,训练过程中未发生护理不良事件,表明AECOPD患者在超声监测下实施吸气肌锻炼安全可行,且能改善患者的膈肌功能,对预防VIDD有一定的效果。景阅雯等[43]做了类似的研究,结果显示在超声监测下对AECOPD机械通气患者实施吸气肌训练可增加患者DTei和TFdi,提高撤机成功率。杨卓等[44]采用主动和被动的呼吸肌训练后观察患者第3天、第5天Tdi和TFdi的改变,发现主动和被动呼吸肌训练可使TFdi显著增加,可改善患者膈肌萎缩的情况。吴雨晨等[45]对机械通气患者行阈值负荷吸气肌锻炼做Meta分析,结果显示阈值负荷吸气肌锻炼可改善患者的呼吸肌肌力,缩短了患者机械通气的时间、提高了撤机成功率。

综上,吸气肌训练或者阈值负荷吸气肌训练在预防VIDD中应用较为广泛,但其预防效果仍然存在争议。目前吸气肌训练和阈值负荷吸气肌训练采用的训练负荷、训练频率和时间存在较大的差异。部分研究显示吸气肌训练或阈值负荷吸气肌训练对改善患者呼吸肌肌力和预后无效,分析可能与训练负荷、训练频率、训练时间有关,训练强度设计不合理可引起训练无效或是膈肌疲劳。因此,未来的研究应扩大样本量或进行系统回顾和荟萃分析,进一步验证不同方式、不同训练强度对VIDD的预防效果。此外吸气肌训练时易发生膈肌疲劳的现象,应引起医护人员关注,但截至目前,吸气肌发生膈肌疲劳的相关报道相对较少,因此未来的研究应探索在进行吸气肌训练预防VIDD的同时,如何规避膈肌疲劳的发生。

4.2体外膈肌起搏器 体外膈肌起搏是通过体表电极刺激膈神经,增肌膈肌收缩,从而改善呼吸功能并影响机体其他功能[46]。体外膈肌起搏是将起搏器的小电极片贴于左右两侧颈部胸锁乳突肌外援下1/3处,大电极片贴于左右锁骨中线下第2肋间隙胸大肌表面,通过体表刺激膈神经,提高膈神经的兴奋性,保持膈肌有规律的收缩,使膈肌活动幅度增加,从而预防机械通气患者发生VIDD[47]。以往体外膈肌起搏器更多的是由医生来进行操作,现因其操作简单方便、安全无创伤,护理人员经过培训后可正确使用体外膈肌起搏器。

体外膈肌起搏器多应用在COPD患者中,范子英等[47]的研究提示体外膈肌起搏器在短期内可改善该类疾病患者的呼吸困难程度,提高患者的生活质量,缩短住院时间。且多数研究报道体外膈肌起搏器可改善COPD患者膈肌收缩力和肺通气功能[48]。近几年,体外膈肌起搏器因其操作简单方便、安全无创伤、治疗有效等[49]逐渐引起国内危重症医护人员的关注。有研究[1]报道,在机械通气患者中应用体外膈肌起搏器,在机械通气时间和28 d撤机成功率方面无显著性差异,但可提高TFdi。Cong等[50]采用益气地通福汤联合使用体外膈肌起搏器的方法治疗COPD机械通气的患者,结果表明2种方法的联合使用可增加COPD患者的撤机成功率。体外膈肌起搏器运用在机械通气患者中,可一定程度上改善患者的膈肌功能,但目前研究较少,尚未有强有力的证据表明体外膈肌起搏器可较少患者机械通气时间、提高撤机成功率,因此未来应扩大样本量加以验证。体外膈肌起搏器联合其他训练方法的效果尚不能确定,可进一步探讨联合使用哪种方法对预防VIDD更有效。

4.3早期活动 早期活动在改善获得性衰弱,提高患者的肺功能,降低VAP的发生率,预防谵妄和缓解患者焦虑及抑郁等方面有较好作用[51]。但是国内外观察早期活动在膈肌方面的研究较少。杨圣强等[52]报道了ICU成人机械通气患者实施早期主动、被动关节锻炼和离床活动后膈肌功能的变化,观察机械通气患者在治疗前和治疗后1～5 d膈肌的DTei、DTee和TFdi,结果显示:对照组在治疗后,DTee明显减小,而试验组无明显变化;在治疗后第3天和第5天,DTei和TFdi明显增高,表明早期活动一定程度上可延缓膈肌萎缩和膈肌功能障碍。Dong等[53]为ICU机械通气时间>72 h的患者实施早期康复(0～6级)训练,实施康复训练后使用超声测量TFdi,结果显示:试验组TFdi显著高于对照组,TFdi的下降幅度较对照组小,机械通气时间明显缩短。目前,早期活动对机械通气患者VIDD的预防研究较少,尚未能明确早期活动对预防VIDD的效果,因此未来应进一步探索早期活动对膈肌功能的积极影响。

5 总结及启示

VIDD在危重症械通气患者中发病率较高,严重影响机械通气患者的膈肌功能,导致患者撤机困难,延长机械通气时间和ICU住院时间。明确VIDD的发病机制对药物治疗和预防VIDD具有重要的意义,但VIDD的病因和发病机制较为复杂,目前还未能完全明确其病因和发病机制;在预防方面也仍在探索中,虽然吸气肌训练、体外膈肌起搏器和早期活动等对改善患者的膈肌功能和预后有一定效果,但仍需更深入的研究,进一步探索更有针对性的早期膈肌锻炼方法,以及吸气肌训练和体外膈肌起搏器等辅助设备的训练强度、频率等对VIDD的影响。另外,目前国内较多医院ICU,尤其是二级医院ICU缺乏康复医生及康复护理人员,使ICU预防膈肌功能障碍工作开展受到较大程度的阻碍。因此,进一步探索适合我国国情的重症医学护理人员在预防膈肌功能障碍方面的作用和意义,为ICU机械通气患者康复训练提供参考。