超声监测慢性阻塞性肺病患者膈肌对合角度及灰阶值的临床价值

李 敏 闫俊红 孙 建 石 岩 张金俏

滨州医学院附属医院超声医学科 山东 滨州 256603

慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是一种以不完全可逆的气流受限为特征的慢性呼吸系统疾病,呈进行性发展。截至2019年,已成为全球第三大死因[1],是临床常见病及高发病[2]。作为最重要的呼吸肌,膈肌承担了60%～80%的肺通气。研究发现,膈肌形态学指标(对合角度及灰阶值变化等)与肺功能指标之间有良好的相关性[3]。目前评估COPD患者膈肌功能的检查技术多样化(如膈肌肌电),而超声检查因无创性、简便性以及经济且无辐射等而备受关注。本研究拟通过超声监测膈肌对合角度与灰阶值变化的趋势评估COPD病情的严重程度。

1 资料与方法

1.1 研究对象

1.1.1 一般资料 随机选取2020年1月至2021年5月就诊于我院的COPD患者64例,其中男38例,女26例,年龄50～79岁,平均(66.03±7.16)岁。COPD患者轻度、中度、重度、极重度组分别为14例、18例、18例、14例。另选取16例年龄、身高、体重与之相似的健康中老年人(男9例,女7例,年龄45～79岁)作为对照组。

1.1.2 入选标准 COPD诊断参考《COPD全球诊断、管理和预防策略指南》(2016版)[4],根据COPD通气功能指标一秒率(FEV1/FVC)及第一秒用力肺活量(FEV1)与正常预计值的百分比分为轻度组、中度组、重度组、极重度组。本研究通过滨州医学院附属医院伦理委员会批准,所有患者均签署知情同意书。

1.1.3 排除标准[5]①肥胖(BMI>30 kg/m2及低体重BMI<18.5 kg/m2);②肿瘤史;③胸廓畸形、胸腹部手术史、气胸、胸腔积液;④心肺氧疗依赖史;⑤慢性代谢性疾病;⑥慢性呼吸衰竭;⑦神经或肌肉病史;⑧精神异常、协调性和依从性差、拒绝本次研究相关检查的患者。

1.2 仪器与方法

1.2.1 仪器 超声仪器为三星RS80A,高频线阵探头,探头频率为7～10 MHz。肺功能仪为德国耶格Master Screen PFT。

1.2.2 肺功能检查 肺功能室的专业技师使用德国耶格肺功能仪 Master Screen PFT完成肺通气功能的检查,包括用力肺活量(FVC)、第一秒用力肺活量(FEV1)、一秒率(FEV1/FVC)、残气量(RV)等。根据FEV1与正常预计值的百分比对COPD患者进行分级[4]。

1.2.3 超声检查[6]方法 ①采用仰卧位,病人平稳呼吸数个周期后冻结图像,在右腋前线附近区域对合角处沿胸壁画一条直线,再沿覆盖膈肌的胸筋膜画一条直线,两条线形成的角为胸壁和膈肌之间的对合角(图1),平静和用力呼气末的差值即为所研究的对合角度差值;②仍使用以上体位,选取右肋膈角处的膈肌作为取样位置,机器参数固定后,在取样位置手动选取所感兴趣的区域,获得平均灰阶值(图2),通过平静和用力呼气末膈肌的灰阶差值,得出膈肌直方图的灰阶值变化。

A.平静呼气末膈肌与胸壁对合角度;B.用力呼气末膈肌与胸壁对合角度。

A.平静呼气末膈肌的灰阶值;B.用力呼气末膈肌的灰阶值。

指标:△A为平静和用力呼气末膈肌与胸壁的对合角度差值(图1,△A=21.39-15.41°),△G指平静及用力呼气末膈肌直方图灰阶差值(图2,△G=154.20-129.10)。

2 结果

2.1 一般资料情况 本研究共80例受试者,其中COPD组64例,男38例(59%),女26例(41%),平均年龄(66.03±7.16)岁;健康对照组16例,其中男9例(56%),女7例(44%),平均年龄(60.00±7.65)岁;两组男女性别有差异。然而,COPD各组(轻度、中度、重度、极重度组)与对照组男女性别差异没有统计学意义。见表1。

表1 COPD患者和健康对照组的一般资料

2.2 受试者的膈肌形态学变化 COPD患者的膈肌对合角度差值及灰阶差值较对照组降低,与健康对照组比较,轻度、中度、重度、极重度组COPD患者的△A变化依次为-3.48%,-24.00%,-30.17%,-37.83%(图3A);轻度、中度、重度、极重度组 COPD 患者的△G变化依次为-3.15%,-20.63%,-25.52%,-29.20%(图3B)。与对照组比较,COPD 中度组患者的△A及△G显著降低(P<0.05),重度组、极重度组的△A及重度组、极重度组的△G变化更为明显(P<0.01),但COPD 轻度组患者的△A及△G的差异没有统计学意义(P>0.05)。相对于轻度组,重度组的△A、△G和极重度组的△A、△G的差异均具有统计学意义。

&与对照组比较,#与轻度组比较;*P<0.05,**P<0.01。

2.3 COPD患者膈肌形态学与肺功能的关系 COPD 患者膈肌对合角度差值(△A)与气道阻塞程度(FEV1,r=0.443,P=0.000)呈显著相关;COPD患者膈肌直方图灰阶差值(△G)与气道阻塞程度(FEV1,r=0.426,P=0.001)呈显著相关。

3 讨论

COPD因其高患病率、高致残率、经济负担重,已经成为严重的医疗保健与公共卫生问题。其发病机制与膈肌功能障碍相关,膈肌功能障碍可导致呼吸功能减退,生活质量下降,延长住院时间和提高病死率,因此,膈肌功能的评估非常重要。目前临床实践中监测膈肌功能的方法包括胃食道囊管法测跨膈压、最大呼吸压、肌电图和影像学方法,如透视、CT、MR、膈神经电刺激或肌电图,然而上述方法多为有创或放射性检查[7-8],可重复性低且敏感性差,限制了其广泛应用。应用超声来评估膈肌功能[9],可以动态实时监测,提供诸如膈肌图像、运动能力及收缩方式等信息,无合并症、并发症及不良反应,而且重复性佳,检查费用低,具有较高的社会效益和经济效益,已获得国内外学者的一致认可。

本研究通过超声监测平静及用力呼气末膈肌与胸壁的对合角度差值(△A)及灰阶差值(△G),将COPD组(轻度、中度、重度、极重度组)与健康对照组进行对比,发现△A及△G呈逐渐减少的趋势(均P<0.05),以COPD重度组及极重度组减少更明显(P<0.01),分析其原因可能为随着COPD患者病情严重度的加重,气道阻力增加,肺组织过度充气加剧,胸壁和膈肌的几何形状发生改变,膈肌长度缩短、对合区面积减少、胸膜腔内压力升高,导致膈肌无力[10]。随着通气功能障碍的加重,呼吸肌收缩力下降、肌张力降低,当呼吸频率增加而造成的机械负荷过度时,COPD患者会出现膈肌收缩力下降,引起缺氧和二氧化碳潴留,最终出现呼吸衰竭[11-13]。

本研究尚存在不足之处,因测量时未进行不同操作者间的对比及样本量相对较小,可能限制结果的科学性。在今后的研究中需要增加样本量和进行不同操作者测量的可信度分析,以稳固研究结论。

综上所述,超声监测膈肌的对合角度及灰阶值变化可以间接反映COPD患者的病情严重程度,有助于早期进行COPD的诊断和干预治疗,加之操作方便和无创,应用前景广阔。