超声检测评估重症患者膈肌功能的临床应用研究进展

董泽洋 赵梦瑶 孙希希 黄斌

膈肌是主要的呼吸肌，其收缩在肺通气中起着重要作用，因此任何干扰膈肌神经支配、肌肉收缩功能或与胸壁的机械耦合的疾病均可导致膈肌功能障碍[1]。膈肌功能障碍主要包括膈肌膨出、膈肌无力和膈肌麻痹3 种情况[2]。膈肌功能障碍是呼吸困难的常见原因之一，对于不明原因呼吸困难的重症患者应予以重视，尽早诊断与治疗[3]。临床上主要采用超声检测跨膈压、监测膈肌电活动、X线片检查、CT 检查、MRI 检查等方法评估膈肌功能，其中作为金标准的超声经食管胃囊管检测跨膈压和经鼻胃管监测膈肌电活动技术，因其为侵入性操作且操作复杂，临床上很少使用。近年来超声以其无创、简易便捷、实时可重复等优点，已成为一种有前途的评估膈肌功能的技术。本文就国内外应用超声检测评估重症患者膈肌功能的研究进展作一综述。

1 超声检测评估膈肌功能的测量指标

1.1 膈肌收缩功能指标 膈肌厚度是指在呼吸过程中膈肌自身的厚度，声像图上表现为高回声的壁层胸膜和壁层腹膜间的低回声区厚度，可反映膈肌形态有无萎缩或增厚。膈肌厚度相对于基线水平减少10%以上被视为临床相关萎缩的临界值[4]。

膈肌增厚分数（diaphragm thickening fraction，DTF）通过M 型超声分别测量吸气末及呼气末的膈肌垂直距离而计算获得，临床以测量右侧多见，其更能反映膈肌的动态收缩能力。膈肌收缩速度是指DTF 与吸气时间的比值。

1.2 膈肌通气功能指标 膈肌移动度（diaphragm excursion，DE）是指呼气末到吸气末膈肌水平面所移动的距离。平静呼吸时，DE＜2 cm 提示膈肌功能障碍[4]。Dub等[5]研究发现，重症患者膈肌因受水肿、增厚等影响，评估膈肌功能的金标准跨膈压与膈肌厚度无关，而与DE、DTF 高度相关。

浅快呼吸指数（rapid shallow breathing index，RSBI）是指呼吸频率与潮气量的比值，可反映整体呼吸肌做功。而用DE 替代潮气量计算的膈肌相关RSBI，可精确评估膈肌做功。

1.3 膈肌弹性应变指标 膈肌硬度是指膈肌受外力时，阻止膈肌发生形变的能力。慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）等可引起膈肌硬度增高，膈肌硬度与患者预后密切相关。近年较多研究利用超声剪切波弹性成像（ultrasound shear wave elastography，SWE）技术测量剪切模量值（shear modulus，SM）以评估膈肌弹性变化，进而预测机械通气患者撤机时机及评估COPD 患者病情[6-7]。

2 超声检测评估膈肌功能在重症医学中的临床应用

膈肌作为人体最主要的呼吸肌，任何干扰神经传导、肌肉收缩功能或与胸壁机械耦合的疾病过程均可导致膈肌功能障碍，引起膈肌功能障碍的病因十分复杂[8]，超声早期发现膈肌功能障碍对于诊断与治疗原发病具有重要意义。

2.1 预测机械通气患者撤机时机的价值 机械通气是临床常用的呼吸支持手段，可有效改善肺通气，提高血氧饱和度，同时缓解呼吸肌疲劳，然而长时间及高驱动压力的机械通气会诱发呼吸机相关膈肌功能障碍（ventilator-induced diaphragmatic dysfunction，VIDD）。据研究，ICU 中超过2/3 的机械通气患者首次尝试撤机时被诊断为膈肌功能障碍[9]，因此准确评估膈肌功能，确定患者的撤机时机是诊疗的关键。

临床常用分钟通气量、最大吸气压、RSBI、气道闭合压等呼吸机参数评估撤机时机，但预测效能欠佳。超声作为一种可实时监测膈肌功能的无创检查，在重症医学科中逐渐常用。Llamas-lvarez 等[10]基于双变量Meta 分析发现预测撤机时机时，DTF 特异度更高，而DE 灵敏度更高，并推荐DTF 作为适度预测指标。而Robba 等[11]专家共识建议对于计划撤机患者，将DE作为膈肌功能评估指标，而因DTF 操作难度大，对其仍未达成共识。Farghaly等[12]发现自主呼吸试验期间与成功撤机相关的膈肌超声临界值为DE≥10.5 mm，吸气末膈肌厚度≥21 mm，DTF%≥34.2%，并认为DE 和吸气末膈肌厚度可能是已通过自主呼吸试验患者撤机结局的良好预测指标。

RSBI 是临床判断患者脱机时机的重要指标，但易受其他呼吸肌干扰。近年来较多学者研究使用膈肌相关RSBI 评估膈肌做功，以预测撤机时机。Song 等[13]研究证明膈肌相关RSBI 预测患者撤机时机的准确性优于传统RSBI。Pirompanich 等[14]研究发现相比单独RSBI，DTF 联合RSBI 明显提高了撤机时机预测准确性。刘芳欣等[15]研究发现DTF、RSBI、SM 联合检测的AUC 显著高于3 个参数单独检测，其诊断灵敏度、特异度及准确度均有所提高。

2.2 调整患者机械通气策略 统计发现，需要机械通气的重症患者入院时膈肌功能障碍发生率约为60%，而在长期机械通气且脱机困难的患者中发生率高达80%[16]。VIDD 常与机械通气模式及呼吸机驱动压力相关，过高的驱动压力及通气模式可致膈肌萎缩，而过低驱动压力则可致膈肌厚度增加及功能障碍[17]。因此在保证通气的前提下，超声检测评估膈肌功能并及时调整呼吸机通气策略，对于降低膈肌功能障碍发生率有重要意义。

Haaksma 等[4]专家共识认为正压通气可降低吸气末膈肌厚度及DTF，而呼气末正压通气（positive endexpiratory pressure，PEEP）会增加呼气末膈肌厚度及DTF。Zambon 等[18]基于系统评价数据库相关研究发现，DTF 与呼吸努力具有显著的相关性，膈肌超声是机械通气时监测呼吸负荷的一种新的无创工具。Dionisio等[19]对机械通气超48 h 的患儿进行前瞻性探索性研究发现，超声早期识别膈肌功能障碍，并使用生理水平的滴定通气可减少VIDD 的发生率及并发症。

2.3 儿科危重症病情监护 由于患儿合作性差、检查实时性差、缺乏儿科参考值等原因，胸部X 线透视、肌电图、食管测量跨膈压和膈神经刺激等成人评估膈肌方式对重症患儿可能不适用。随着床旁超声（perioperative point of care ultrasound，POCUS）的迅速发展，膈肌POCUS 以其便捷、无辐射、实时观察等优点，开始在儿科ICU 中用于评估膈肌功能。检查时操作者可将胸壁运动与M 型超声图像相关联，测量DE，若呼吸运动与膈肌运动不协调可提示膈肌功能障碍[20]。

IJland 等[17]使用超声检测评估34 例机械通气儿童膈肌和呼吸肌功能，发现膈肌的萎缩进展与其肌肉收缩活动无相关性；撤机失败患儿的呼吸肌、膈肌厚度减少更明显。Bahgat 等[21]对计划拔管的早产儿进行膈肌超声评估，发现DE 在预测拔管成功率方面具有最高的灵敏度和特异度。Hamadah 等[22]对心脏术后入住ICU 的患儿进行回顾性队列研究，对32 例符合纳入标准的患儿进行超声检查，其中29 例超声膈肌功能评估结果与放射科医生和重症监护医生有相近的诊断，余3 例在严重程度及分类上存在细微差异，但对疾病的诊治无明显影响。

易欣等[23]对新生儿肺炎患儿分组进行超声检测，发现DE 与肺炎严重程度呈正相关，重症组患儿DE 均高于肺炎组和对照组，DE 对于临床监测新生儿肺炎病情具有重要辅助诊断意义。

2.4 辅助判断COPD 的严重程度 COPD 是指以持续性气流受限为特征的慢性肺部疾病，肺残气量增加使膈肌长期处于不完全收缩状态，同时氧化应激等会激活蛋白水解机制，促进膈肌萎缩变薄、膈肌功能障碍[24]，进而加重肺通气功能障碍。

肺功能检查是诊断COPD 的金标准，第一秒用力呼气容积占预计值百分比是评价病情严重程度分级的重要依据[25]。而重症患者常不具备肺功能检查条件，近年来随着膈肌超声的不断进步，其在COPD 患者中的应用得到进一步发展。

Alqahtani 等[26]对35 项M 型超声检测评估COPD 膈肌变化的研究进行系统评价，其中14 项研究发现COPD 患者DE 显著减少；9 项研究说明患者膈肌厚度显著降低，且与病情严重程度呈负相关，与预后呈正相关；3 项研究报告膈肌长度较短与预后较差相关。Ishak 等[27]研究发现，患有COPD 的儿童和青少年的DE低于健康对照组，而两组膈肌厚度比较差异无统计学意义。

横纹肌功能障碍是COPD 的常见并发症之一。近年较多研究用超声监测膈肌等肌肉功能，以评估患者病情、制定康复计划等。Xu 等[6]对77 例参与者进行膈肌超声SWE 及肺功能检查，发现功能残气量时COPD组的膈肌剪切波速度高于对照组，并且此时SWE 具有极高可靠性。Chen 等[7]用二维横波弹性成像技术测量COPD 患者的膈肌硬度和肋间肌硬度，并测量其肺功能，结果发现膈肌硬度和肋间肌硬度与肺功能结果存在较高相关性，两者与COPD 的严重程度成正比；并且测量结果具有很高的复现性。

2.5 评估术后肌松残余（postoperative residual curarization，PORC） 全身麻醉PORC 可能是术后呼吸功能不全、撤机失败、膈肌功能障碍等肺部并发症的潜在危险因素，可导致患者住院时间延长、预后不佳等后果。四个成串刺激T4与T1的比值（train-of-four ratio，TOFr）＜0.9 是诊断PORC 的金标准，但由于仪器昂贵操作复杂，在临床常规开展困难，对于PORC 的判断主要依靠麻醉医师主观评估。

郎珈馨等[28]研究发现肌松残余组拔管后深呼吸DTF 和DE 明显低于无肌松残余组，两者与TOFr 显著相关。Lang 等[29]测量75 例全麻下非胸腹手术患者术后静息呼吸与深呼吸时的DE 和DTF，采用ROC 曲线分析各参数预测PORC 的截断值，发现深呼吸时呼吸动度预测PORC的截断值为3.88 cm，灵敏度为85.4%，特异度为64.7%；膈肌偏移差的截断值为1.5 cm，灵敏度为63.4%，特异度为94.2%，提示膈肌偏移差对于识别PORC 具有较高的特异度。

3 小结

膈肌超声检测可实时无创地评估膈肌的形态学和功能，是一项具有巨大潜力的技术，其在预测机械通气患者成功撤机时机、辅助调整呼吸机通气策略、判断COPD 患者严重程度、监测评估儿科危重症患儿病情、监测术后膈肌功能、辅助麻醉术后残留治疗等方面具有巨大价值。

膈肌超声成像高度依赖于操作者临床经验，需要超声医生不断训练才能熟练掌握这项技术，并需不断加强与重症医学科医生的交流合作，从而为重症患者的临床诊治提供更有力的支持。相信在不久的未来，随着科研研究及超声技术的不断发展，膈肌超声检测在重症医学中必会有更多的应用和更广阔的发展前景。