超声评估慢性阻塞性肺疾病患者膈肌功能应用进展

        王彦邻，冉海涛，敖梦

        (重庆医科大学附属第二医院 超声科 超声分子影像重庆市重点实验室)

        摘 要

        慢性阻塞性肺疾病(COPD)是以持续性气流受限为特征的进行性加重疾病，全身性炎症及过度通气可引起膈肌功能障碍。评估膈肌功能的传统方法均为侵入性检查，且结果缺乏特异性。近年来，超声作为一种简单、无创测量膈肌收缩性的方法而备受关注。本文对超声评估COPD患者膈肌功能的方法和应用进展进行综述。

        慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)为全身炎症性疾病，可对呼吸肌肉和机体构成产生影响，导致气流受限和持续过度通气，使呼吸肌长期处于高负荷状态而易出现膈肌变薄和收缩力受损等。类固醇激素广泛用于治疗COPD，但长期服用可致呼吸肌无力。膈肌作为主要的呼吸肌，负责60%～80%的工作负荷，其功能决定通气功能。

        评价膈肌功能的方法有肺功能测试、 跨膈压、电生理检测、X线透视、CT及MRI等。跨膈压是评价膈肌功能的金标准，但有创且操作较复杂，临床应用受限。超声可观察膈肌形态，从而评估膈肌功能和自主呼吸能力，无创、简便且重复性好，目前已广泛应用于诊断COPD、肌肉疾病和指导机械通气及撤除呼吸机(简称撤机)等。本文围绕超声评估COPD患者膈肌功能的进展进行综述。

        1 评估指标及方法

        COPD患者中，膈肌功能障碍(diaphragmatic dysfunction，DD)发生率较高，肌纤维类型转变、肌小节结构损害、肌肉间质胶原纤维增加等均可致膈肌形态及收缩功能发生改变。有研究通过超声证实，膈肌功能与跨膈压之间具有明显的相关性。超声已成为呼吸重症领域必不可少的工具，主要以肝或脾为透声窗，采用B型或M型模式观察膈肌形态及运动情况，并通过测量膈肌厚度(thickness of the diaphragm，TD)、 膈肌增厚分数(diaphragm thickening fraction，DTF)、 膈肌活动度(diaphragmatic excursion，DE)、膈肌收缩速度(diaphragm contraction velocity，DCV)及膈肌对合角度(diaphragm involution angle，DIA)等来评估膈肌功能。

        1.1 膈肌厚度(TD)及膈肌增厚分数(DTF)

        膈肌包括3层结构，由高回声的胸膜层、腹膜层及中间相对无回声的肌肉层组成，TD为胸膜层与腹膜层之间的距离。测量时嘱患者平卧，将 7～18 MHz高频超声探头垂直肋骨长轴放置于腋前线第7～9肋间隙(膈肌和胸壁对合处)进行测量。DTF是TD在呼吸过程中的变化程度，反映膈肌的收缩能力。DTF=(吸气末TD一呼气末TD)/呼气末 TD×100%。DTF<20%提示存在DD。

        由于膈肌纤维缩短及肌纤维类型转变，COPD患者TD的差异较大。既往尸检结果显示，COPD患者的TD与膈肌体积小于正常人。SMARGIASSI等研究发现，COPD患者的TD与吸气容积显著相关，随着肺容积增加，TD逐渐增加;且TD及DTF随疾病加重而不断降低，提示TD及DTF可能是评价COPD进展的有效工具。

        相反，OGAN等采用B超测量TD，结果显示COPD组与健康对照组的TD无显著差异，TD与COPD严重程度、呼吸功能及发作频率无明显相关。ERYUKSEL等亦认为不同的病情严重程度、发作频率、第1秒用力呼气容积(FEV1)及体质量指数患者的DTF无显著差异。

        上述研究结果的差异和矛盾，可能与膈肌功能复杂及测量不规范有关。为了标准化超声检查，确定适当参数评估疾病严重程度、加重风险并预测死亡率，有必要进行进一步研究。

        1.2 膈肌移动度(DE)

        DE是膈肌在呼吸周期中移动的距离。检查时嘱患者平卧，将3.5～5.0 MHz低频凸阵探头平行置于锁骨中线及腋前线之间的肋缘下，向内侧、头侧、背侧移动，使膈肌后1/3显像;先采用B型模式，水平放置确定膈肌最大运动幅度，使取样线与后膈肌垂直，随后更换M型模式显示膈肌运动曲线。吸气时膈肌下移靠近探头显示向上轨迹，呼气时则相反，记录基线至运动曲线最高点的垂直距离。

        既往研究中有关测量DE的结果较为一致。PAULIN等以B型超声评估54例COPD患者用力呼吸时的DE，观察其与呼吸困难程度的关系，发现COPD组的DE明显低于健康对照组，且与6 分钟步行距离呈线性相关，与呼吸困难程度呈负相关，证实了COPD患者膈肌活动能力下降，DE降低与患者体力、通气能力降低及用力时呼吸困难程度增加有关。SCHEIBE等研究证实，DE可有效、可靠地评估COPD患者的膈肌功能，且DE与FEV1存在显著相关性。超声测量DE可作为评估COPD患者膈肌功能的重要指标。

        1.3 膈肌收缩速度(DCV)

        DCV是DE与吸气时间的比值，测量方法与M型超声测量DE相同。黄秋霞等对64例COPD急性加重期患者进行膈肌超声检查，并根据2017慢性阻塞性肺疾病全球倡议(GOLD)指南进行分组分析，结果显示DCV鉴别诊断COPD的效能较差。目前DCV较少用于临床，需更多的大样本研究加以验证。

        1.4 膈肌对合角度(DIA)

        DIA是肋膈角处膈肌与胸壁所形成的角度。测量时，嘱患者平卧，将高频线阵探头置于右侧腋前线肋膈角水平，测量平静呼气末及用力呼气末DIA，并对其差值进行观察。陈重泽等发现，中度及以上COPD组的DIA差值随病情加重而逐渐变小。DIA变化可作为初步判断COPD严重程度的指标之一。

        2 临床应用

        2.1 判断COPD严重程度

        目前肺功能检测是诊断COPD及评估疗效的最主要方法，但特异性较低，易受患者配合程度的影响。作为一种简便而有效的评估膈肌功能的方法，超声可用于监测COPD病情及判断预后。

        沈惠英等比较不同膈肌测量方法(B超、M超及X线)评估不同程度COPD的准确性，发现M型超声和X线法测量DE均有助于评估不同程度COPD，其中M型超声与GOLD分级的一致性最好，X线测量法次之，B超直接法最低。

        EVRIN等观察稳定期COPD患者病情严重程度与超声评价膈肌功能的关系，发现FEV1、每年COPD急性加重次数与DE具有较强相关性。

        马瑛等采用M型超声观察68例稳定期COPD患者平静呼吸与深呼吸时DE与运动时间及其与肺功能的相关性，发现 COPD组平静呼吸时两侧DE均大于健康对照组，深呼吸时两侧DE均小于健康对照组，COPD组和健康对照组的DE与FEV1、FEV1/FVC均呈正相关。

        以上结果提示，可通过观察深呼吸时的膈肌运动来间接评估肺功能，辅助诊断COPD并判断其严重程度，从而指导治疗。

        2.2 指导机械通气及撤机

        无创通气 (noninvasive ventilation，NIV)是治疗AECOPD导致呼吸衰竭的一线方法，但其失败率为5%～40%，接受有创机械通气患者的死亡风险更高。

        MARCHIONI等研究发现，AECOPD存在DD时，其NIV失败风险更高;DD与重症监护时间、住院时间、 机械通气时间、气管切开率、短期及长期死亡率均呈正相关;以超声测量DTF<20%定义DD，结果显示DTF与跨膈压密切相关。早期超声评估AECOPD患者是否存在DD可帮助预测NIV失败和预后不良，有利于避免延迟插管风险。

        DD是导致机械通气失败和时间延长的主要原因;长时间机械通气也会导致多种并发症，包括呼吸机诱发的膈肌功能障碍 (ventilator—induced diaphragm dysfunction， VIDD)，因此，适当选择撤机时机对于接受机械通气的COPD患者至关重要。

        伍春燕等观察右侧膈肌DE、DCV对于指导撤除COPD患者呼吸机的价值，发现DE>1.14 mm、DCV≤1.46 cm/s可准确预测撤机成功。ZHANG等认为超声评估DE预测成功撤机较DTF更为准确。

        以上结果显示，超声评估COPD患者膈肌功能有助于选择撤机时机，预测撤机成败，具有较高的临床应用价值。

        2.3 指导肺康复治疗

        COPD常见呼吸肌功能下降，不仅可致肺容积减少、呼吸运动受限，还会引起呼吸衰竭，导致患者反复住院，增加死亡风险，因此，锻炼呼吸肌对于治疗COPD至关重要。肺康复 (pulmonary rehabilitation，PR)是在全面评估病情基础上，以运动训练、bet188金宝搏官网登录窍门 和行为矫正为重点的一系列干预措施，可显著改善吸气肌力量和运动能力，减轻肺过度膨胀和呼吸困难。

        CORBELLINI等以M 型超声评估DE与肺功能的相关性，观察中重度COPD患者PR治疗后膈肌功能是否改善，发现COPD患者DE降低与疾病严重程度呈正相关，PR治疗后DE得到改善。CRIMI等针对25例COPD患者行12周PR治疗，对比治疗前后的膈肌超声结果，得到了与 CORBELLINI等一致的结果。

        膈肌超声是判断COPD患者PR预后的有效工具，可准确预测PR治疗效果，帮助临床制定PR治疗方案。

        3 不足与展望

        目前膈肌超声已广泛用于鉴别膈肌瘫痪和膈肌无力，了解术后呼吸肌功能不全的原因，评估人机同步性和呼吸做功，预测撤机结果，判断COPD严重程度以及指导PR等方面。虽然超声已可鉴别中重度COPD患者的DD，但对于轻中度病例的研究较少。若能早期发现并诊断DD，尽早采取bet188金宝搏官网登录窍门 或制定康复计划，可避免疾病进展，改善患者预后。有学者提出采用三维或四维超声、组织多普勒成像及斑点追踪成像等新型超声技术，或有助于早期鉴别 DD，可作为未来探索方向。

        综上所述，超声观察膈肌形态和运动评估COPD 患者膈肌功能，具有无创、精确、安全、实时且便于对 机械通气患者进行评估等优点，应用前景广阔。

        文献来源：

        王彦邻,冉海涛,敖梦.超声评估慢性阻塞性肺疾病患者膈肌功能应用进展[J].中国医学影像技术,2020,36(10):1542-1545.