周林瓊 王明航 段春磊 李慧茹 林曉紅 楊江
(1河南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院呼吸科,河南 鄭州 450000;2河南中醫(yī)藥大學(xué);3河南中醫(yī)藥大學(xué)呼吸疾病診療與新藥研發(fā)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心 河南省中醫(yī)藥防治呼吸病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)
流行病學(xué)顯示,慢性呼吸道疾病導(dǎo)致的死亡和健康損失呈上升趨勢(shì),2017年估計(jì)有391萬(wàn)人死于慢性呼吸道疾病,占全球所有死亡人數(shù)的7%〔1〕。因此,呼吸系統(tǒng)疾病的防控尤為關(guān)鍵。呼吸肌是呼吸運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力泵,膈肌是胸腔與腹腔間的肌肉-纖維結(jié)構(gòu),占呼吸肌功能的60%~80%,膈肌功能障礙是引起呼吸衰竭的重要機(jī)制之一。對(duì)膈肌結(jié)構(gòu)及功能的評(píng)價(jià)在疾病的診斷和評(píng)估慢性阻塞性肺疾病(COPD)、重癥患者的病情嚴(yán)重程度評(píng)估及預(yù)后等方面應(yīng)用廣泛。因此,在呼吸系統(tǒng)疾病的臨床實(shí)踐和研究中,膈肌療效評(píng)價(jià)方法是其重要的組成部分。
1.1影像學(xué)
1.1.1普通X線 雖然胸片和透視有較強(qiáng)的輻射但診斷的特異性相對(duì)有限,不過(guò)其價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)便,目前仍是評(píng)估膈肌功能常用的檢測(cè)手段之一。研究表明,胸部X線在單側(cè)膈肌麻痹中的診斷比雙側(cè)更可靠。在單側(cè)膈肌麻痹情況下,胸片顯示為典型不對(duì)稱(chēng)的膈肌抬高,其敏感性陽(yáng)性預(yù)測(cè)值高達(dá)90%,而特異性低(44%)〔2〕。雖然“嗅探試驗(yàn)”可進(jìn)一步確認(rèn)診斷,但6%的非膈肌麻痹患者可觀察到假陽(yáng)性的嗅探試驗(yàn)結(jié)果〔3〕。隨著技術(shù)的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)了一種稱(chēng)為“動(dòng)態(tài)胸片”的功能性X線成像方法。該方法能夠提供肺通氣和循環(huán)的微小像素值變化,其變化與膈肌移位密切相關(guān)〔4〕。在常規(guī)的吸氣水平成像外,加以呼氣水平進(jìn)行額外成像,可以測(cè)得膈肌的偏移量,也可以評(píng)估膈肌運(yùn)動(dòng)和呼吸引起的肺部X射線半透明變化〔5〕,為肺部疾病的診斷提供了有效的功能信息。因此,該方法有望成為一種快速、簡(jiǎn)便的評(píng)價(jià)膈肌運(yùn)動(dòng)和局部肺氣流的方法〔6〕。但在呼吸過(guò)程中動(dòng)態(tài)胸片上可能仍有大量未使用的信息,還需進(jìn)一步研究挖掘動(dòng)態(tài)胸部攝影的潛力。鑒別或確定其他可出現(xiàn)類(lèi)似表現(xiàn)的疾病,如膈疝、肺下積液、肺葉不張或膈下膿腫等,則需要選擇CT或超聲進(jìn)一步成像來(lái)確定。
1.1.2電子計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT) CT成像可非侵入性地區(qū)分胸片不能鑒別的膈肌抬高,特別是對(duì)膈疝的診斷〔7〕。其膈肌損傷及創(chuàng)傷性膈疝的靈敏度為82%、特異度為92%〔8〕。隨著 CT 成像技術(shù)的迅速發(fā)展,在膈肌功能檢測(cè)、膈肌功能異常的診斷、鑒別及療效評(píng)價(jià)等方面受到越來(lái)越多的關(guān)注,特別是多層螺旋CT的多平面重建技術(shù),可以精確測(cè)量肌肉的長(zhǎng)度、表面積和形狀,通過(guò)觀察殘氣容積和肺總量時(shí)膈肌形態(tài)學(xué)參數(shù),如(膈肌總長(zhǎng)度、對(duì)合長(zhǎng)度、對(duì)合面積等)的變化來(lái)對(duì)膈肌功能進(jìn)行評(píng)估〔9〕。
1.1.3磁共振成像(MRI) 隨著MRI技術(shù)的發(fā)展,除了快速、定量的顯示膈肌解剖結(jié)構(gòu)、引導(dǎo)干預(yù)和手術(shù)等治療外,其在膈肌功能信息的診斷是目前的研究重點(diǎn),尤其是MRI三維重建和動(dòng)態(tài)成像。研究發(fā)現(xiàn),膈肌三維重建技術(shù)可以達(dá)到可視化、定位、分類(lèi)和量化缺損〔10〕。還有學(xué)者提出一種基于二維膈肌輪廓的回顧性四維-MRI重建方法,以在出現(xiàn)明顯呼吸變化的情況下提高四維-MRI的質(zhì)量,雖然四維-MRI比四維-CT提供更好的軟組織對(duì)比度,但是經(jīng)常會(huì)觀察到運(yùn)動(dòng)偽影〔11〕。Freedman等〔12〕建立了一種四維T2加權(quán)MRI的運(yùn)動(dòng)建模和超分辨率的方法,顯示出較少的縫合偽影。動(dòng)態(tài)三維MRI可以評(píng)價(jià)呼吸過(guò)程中呼吸肌的功能相互作用,量化參與呼吸動(dòng)作的不同肌群的貢獻(xiàn),并描述膈肌形狀變化的特征,與反映綜合呼吸肌能力的肺功能測(cè)試相比,可能對(duì)中度膈肌無(wú)力更敏感〔13〕。Bhave等〔14〕評(píng)估了所提出的盲壓縮感知算法,可以提高動(dòng)態(tài)三維MRI的肺容積和膈肌運(yùn)動(dòng)的空間和時(shí)間分辨率,并可以用于肺容積和膈肌運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)三維自由呼吸的MRI檢查,為引導(dǎo)放射治療提供可靠的胸腹部四維信息。
1.1.4超聲成像 超聲在評(píng)估膈肌功能方面具有優(yōu)勢(shì),如用二維或M型超聲測(cè)量膈肌偏移及吸氣時(shí)膈肌厚度的變化。超聲測(cè)量的膈肌厚度、偏移和增厚率是常用的評(píng)價(jià)膈肌功能的方法。由于超聲的無(wú)創(chuàng)、易操作等優(yōu)點(diǎn),它是目前重癥監(jiān)護(hù)病房(ICU)患者呼吸肌檢查的首選方式。在ICU中,機(jī)械通氣可以迅速導(dǎo)致膈肌損傷和變薄〔15〕。研究發(fā)現(xiàn)〔16〕,預(yù)測(cè)撤機(jī)的膈肌偏移臨界值為1.25 cm,膈肌厚度的變化百分比臨界值為21.5%,敏感性均>90%。在危重的機(jī)械通氣患者中,膈肌厚度與收縮能力之間沒(méi)有顯著關(guān)系,而膈肌增厚比率能可靠地判斷膈肌功能障礙,其與脫機(jī)成功相關(guān)性高于膈肌厚度、膈肌偏移〔15〕。有學(xué)者發(fā)現(xiàn),膈肌增厚淺快呼吸指數(shù)取72.6次/(min·mm)為截?cái)嘀担A(yù)測(cè)拔管的敏感度和特異度分別為100.00%和72.20%,比膈肌增厚率及傳統(tǒng)淺快呼吸指數(shù)更準(zhǔn)確〔17〕。而對(duì)于術(shù)后懷疑膈肌麻痹或膈神經(jīng)損傷的患者,膈肌超聲檢查可與膈肌肌電圖和膈神經(jīng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)聯(lián)合檢查。因此,膈肌超聲對(duì)診斷膈肌功能障礙是有用和準(zhǔn)確的。
1.2電生理指標(biāo)
1.2.1膈肌肌電圖 膈肌肌電圖是客觀評(píng)價(jià)神經(jīng)損害后膈肌功能的重要方法。經(jīng)電刺激與磁刺激誘發(fā)的復(fù)合肌肉動(dòng)作電位(CMAP)可作為膈肌運(yùn)動(dòng)傳導(dǎo)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。在深吸氣時(shí)CMAP波幅較高,但潛伏期不隨呼吸相變化〔18〕;潛伏期延長(zhǎng)是膈神經(jīng)損傷的重要指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn),在超聲上,膈肌CMAP波幅與用力肺活量(FVC)和膈肌偏移幅度均呈中度相關(guān),表明膈肌CMAP波幅可能在更廣泛的意義上反映呼氣肌的表現(xiàn)〔19〕。Pinto等〔20〕發(fā)現(xiàn)在評(píng)估早期肌萎縮性側(cè)索硬化癥進(jìn)展時(shí),神經(jīng)刺激比超聲測(cè)量膈肌厚度更敏感。
1.2.2膈神經(jīng)傳導(dǎo)(PNC) PNC及膈肌肌電活動(dòng)的測(cè)定作為呼吸功能障礙評(píng)價(jià)的客觀指標(biāo),有助于在呼吸衰竭和呼吸道疑似神經(jīng)肌肉疾病的患者中檢測(cè)呼吸受累。PNC的參考值的左側(cè)和右側(cè)平均波幅的下限分別為0.28 mV和0.25 mV;潛伏期與年齡相關(guān)〔21〕。但膈神經(jīng)傳導(dǎo)檢查對(duì)膈神經(jīng)病變的評(píng)價(jià)常伴有假陰性。Johnson等〔22〕提出一種評(píng)估膈神經(jīng)病變的新的膈神經(jīng)傳導(dǎo)-膈肌超聲聯(lián)合方法,可以在一定程度上提高膈神經(jīng)病變的診斷準(zhǔn)確率。有學(xué)者發(fā)現(xiàn),峰值食管膈肌肌電圖與峰值體表呼吸肌電圖各自測(cè)定的神經(jīng)呼吸驅(qū)動(dòng)之間有很強(qiáng)的相關(guān)性,因此支持將體表呼吸肌電圖作為一種無(wú)創(chuàng)性的方法來(lái)定量神經(jīng)呼吸驅(qū)動(dòng)〔23〕。
1.3力學(xué)指標(biāo) 呼吸力學(xué)的評(píng)估是臨床實(shí)踐和研究的重要組成部分,有助于診斷、表型患者、評(píng)估治療效率和患者隨訪。
目前認(rèn)為跨膈壓測(cè)定能夠較好地反應(yīng)膈肌綜合力量和貯備力,但測(cè)量是有創(chuàng)的,因此不推薦臨床上首選來(lái)評(píng)估膈肌功能。在COPD患者中顫搐性跨膈壓(PdiTw)下降與第1秒用力呼氣容積(FEV1)的下降呈線性正相關(guān),與受試者主觀因素?zé)o關(guān),且PdiTw比最大吸氣壓(MIP)更能預(yù)測(cè)機(jī)械通氣晚期重癥患者的預(yù)后〔24〕。而吸鼻跨膈壓和食管壓力、PdiTw是肌萎縮性側(cè)索硬化癥患者無(wú)通氣生存的重要預(yù)測(cè)因子,其中最大呼氣壓(MEP)和PdiTw是絕對(duì)生存的預(yù)測(cè)因子,而PdiTw是死亡分層最有力的生物標(biāo)志物〔25〕。顫搐性氣管內(nèi)壓與PdiTw呈高度線性關(guān)系,并可客觀評(píng)價(jià)膈肌功能的動(dòng)態(tài)變化〔26〕。而最大鼻腔吸氣壓是非侵入性的,且產(chǎn)生比MIP更高的壓力〔27〕。在聯(lián)合檢測(cè)時(shí)〔28〕,在MIP中加入最大鼻腔吸氣壓檢測(cè),吸氣肌無(wú)力的假陽(yáng)性診斷減少了20%,將咳嗽胃壓檢測(cè)加入MEP可將呼氣肌無(wú)力的假陽(yáng)性診斷降低30%。頸磁刺激診斷膈神經(jīng)病變傳導(dǎo)異常的敏感性和特異性分別為0.91和0.84,其陽(yáng)性預(yù)測(cè)值為0.81,陰性的預(yù)測(cè)值為0.92〔29〕,可作為標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)膈肌功能的方法。Poulard等〔30〕提出與超快超聲結(jié)合,得到的膈肌最大軸向速度和PdiTw呈正相關(guān),開(kāi)拓了非侵入性和完全非意志性評(píng)估的前景。然而目前,有創(chuàng)性測(cè)量跨膈壓仍然是客觀評(píng)估呼吸肌功能的金標(biāo)準(zhǔn)。
1.4肺功能指標(biāo)
1.4.1最大靜態(tài)吸氣或呼氣壓力 其可以簡(jiǎn)單、無(wú)創(chuàng)地評(píng)估被檢者整體呼吸肌力量〔29〕,但缺乏特異性,在臨床中的使用有限。其測(cè)定值與最大跨膈壓的相關(guān)程度高,但最大靜態(tài)吸氣壓可能低估膈肌功能。因此常作為評(píng)價(jià)膈肌功能的一種合理的替代方法〔31〕,同時(shí)應(yīng)結(jié)合整體臨床情況解釋結(jié)果。
1.4.2肺活量(VC) VC反映了呼吸肌無(wú)力和靜態(tài)機(jī)械負(fù)荷的綜合作用。雖然VC診斷特異性較差,但它具有簡(jiǎn)單、高重復(fù)性和良好的參考價(jià)值,在急慢性肌無(wú)力患者病情監(jiān)測(cè)中作為常規(guī)檢測(cè)方法。由于重力對(duì)腹部?jī)?nèi)容物的作用,仰臥位和直立位相比,VC明顯下降。從坐位到仰臥位時(shí)VC的變化百分比〔ΔVC-仰臥位(%)〕的測(cè)定,已作為篩查膈肌功能障礙的試驗(yàn)〔32〕。然而,一些呼吸困難的人不能忍受臥位,ΔVC-仰臥位(%)在臨床的應(yīng)用是有限的。研究發(fā)現(xiàn)〔33〕,MEP/MIP為1.5時(shí),檢測(cè)單側(cè)膈肌麻痹的敏感性和特異性分別為87%、45%。比值為3.0時(shí),檢測(cè)雙側(cè)膈肌麻痹的敏感性為85%、特異性為84%,即MEP/MIP和ΔVC-仰臥位(%)的敏感性和特異性相當(dāng),并可以減少對(duì)仰臥位肺功能測(cè)定的需要,可以作為篩查疑似單純性膈神經(jīng)病變患者的替代方法。
2.1不明原因的呼吸困難的診斷 呼吸肌功能障礙可導(dǎo)致呼吸困難甚至呼吸衰竭。如膈肌麻痹的臨床表現(xiàn)往往不具特異性,包括仰臥位、氧氣或機(jī)械通氣的脫機(jī)困難、不明原因的呼吸窘迫、不對(duì)稱(chēng)的呼吸模式等。因此,在許多臨床情況下,需要評(píng)估膈肌功能〔34〕。此外,機(jī)械通氣患者出現(xiàn)明顯的膈肌無(wú)力和不明原因的呼吸衰竭,應(yīng)特別懷疑呼吸肌功能異常疾病(如重癥肌無(wú)力、成人型龐培病和慢性炎癥性脫髓鞘多神經(jīng)病等)。這些疾病是可以治療的,并可表現(xiàn)為原發(fā)性呼吸肌受累和急性呼吸衰竭〔35〕。因此,一些不明原因的呼吸困難,應(yīng)當(dāng)警惕呼吸肌功能異常,并積極進(jìn)行全面的呼吸肌功能檢查〔36〕。
2.2在COPD中的應(yīng)用 COPD的患者常伴呼吸肌功能異常,而由于呼吸肌無(wú)力造成的高碳酸血癥性呼吸衰竭是這些患者的最重要死亡原因。超聲可以客觀量化膈肌運(yùn)動(dòng)幅度,判斷膈肌疲勞,篩選COPD患者,其結(jié)果與FEV1、FVC、FEV1/FVC具有很好的相關(guān)性〔37〕。在COPD患者中發(fā)現(xiàn)膈肌運(yùn)動(dòng)度和最大自主通氣量之間也有很強(qiáng)的相關(guān)性〔38〕。有學(xué)者發(fā)現(xiàn),對(duì)經(jīng)食管膈肌肌電活動(dòng)、表面膈肌肌電活動(dòng)、表面胸骨旁肌電圖和表面胸鎖乳突肌肌電圖使用均方根進(jìn)行量化,可作為COPD患者神經(jīng)呼吸驅(qū)動(dòng)的有效生理標(biāo)志物〔39〕。
此外,通過(guò)對(duì)COPD患者的膈肌功能的檢測(cè),如膈肌肌電參數(shù)的變化、神經(jīng)呼吸驅(qū)動(dòng)、膈肌長(zhǎng)度變化等指標(biāo)的改變來(lái)對(duì)COPD嚴(yán)重程度加以評(píng)價(jià),有助于識(shí)別臨床癥狀的惡化、預(yù)測(cè)COPD急性加重住院治療的必要性及肺康復(fù)治療預(yù)后。通過(guò)膈肌肌電圖測(cè)得的神經(jīng)呼吸驅(qū)動(dòng),可以作為肺功能、FEV1、運(yùn)動(dòng)耐量等測(cè)試的補(bǔ)充,以達(dá)到更好的COPD管理并減少急性加重〔40〕。膈肌超聲發(fā)現(xiàn)功能性殘余容量時(shí)并列區(qū)域膈肌長(zhǎng)度變化的內(nèi)在變化百分比(Δlzapp%)≥10%能區(qū)分經(jīng)肺康復(fù)后的6 min步行距離(6MWD)改善的患者,敏感性為83%,特異性為74%〔41〕。經(jīng)吸氣肌訓(xùn)練后,COPD患者的膈肌肌電圖相對(duì)最大值降低,吸氣肌力和運(yùn)動(dòng)耐力較對(duì)照組提高更多,并且勞力性呼吸困難和運(yùn)動(dòng)耐力得以改善〔42〕。Rocha等〔43〕提出在COPD患者的管理中可以使用手動(dòng)膈肌釋放技術(shù),發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可以改善COPD患者的膈肌活動(dòng)度、運(yùn)動(dòng)能力和吸氣量。因此,通過(guò)COPD患者在某些治療前后,吸氣肌力和耐力、生活質(zhì)量的影響及相應(yīng)的一些指標(biāo)的改變,可以對(duì)COPD患者的肺康復(fù)治療、呼吸功能干預(yù)、有氧訓(xùn)練等治療方案加以評(píng)價(jià)。
2.3在ICU機(jī)械通氣脫機(jī)中的應(yīng)用 在ICU中患者多數(shù)需要機(jī)械通氣,而潛在的疾病或機(jī)械通氣本身會(huì)引起膈肌功能障礙。通過(guò)評(píng)估雙側(cè)前磁膈神經(jīng)刺激所產(chǎn)生的PdiTw來(lái)對(duì)患者膈肌功能進(jìn)行評(píng)估,發(fā)現(xiàn)ICU中機(jī)械通氣的患者平均產(chǎn)生的PdiTw僅為正常水平的20%,而高比例的機(jī)械通氣患者的PdiTw水平要低得多,提示更嚴(yán)重的膈肌無(wú)力〔35〕。一項(xiàng)meta分析發(fā)現(xiàn),膈肌功能障礙是危重患者脫機(jī)失敗的預(yù)測(cè)因子。膈肌偏移或膈肌增厚分?jǐn)?shù)預(yù)測(cè)脫機(jī)成功的合并敏感度為85%,合并特異度為74%,但存在一定的局限性,如納入的研究具有高度的異質(zhì)性、超聲診斷的標(biāo)準(zhǔn)尚不統(tǒng)一、研究數(shù)量少等〔44〕。但膈肌偏移和膈肌增厚率在預(yù)測(cè)脫機(jī)結(jié)局方面顯示出良好的診斷性。研究發(fā)現(xiàn)〔45〕,右半膈肌偏移和其變化聯(lián)合檢測(cè)預(yù)測(cè)拔管成功敏感度和特異度分別為92.0%、83.3%,可作為預(yù)測(cè)機(jī)械通氣患者拔管結(jié)局的指標(biāo)。
2.4在其他肺部疾病中的應(yīng)用
2.4.1哮喘 哮喘患者行膈肌功能檢查,發(fā)現(xiàn)患者出現(xiàn)膈肌變扁平,雙側(cè)CMAP的時(shí)限縮短、潛伏期延長(zhǎng)、波幅升高,此外,研究發(fā)現(xiàn)肺容積決定著膈肌的位置和呼吸肌的功能,而慢性氣流受限可以改變膈肌的位置,進(jìn)而影響了吸氣肌的功能和運(yùn)動(dòng)耐力,改善膈肌功能有助于氣流受限疾病的治療及康復(fù)〔46〕。通過(guò)對(duì)43例哮喘患者研究發(fā)現(xiàn),在吸氣肌訓(xùn)練的基礎(chǔ)上加以手法療法和治療性運(yùn)動(dòng)方案能夠更有效地改善 MIP,而 MIP在檢測(cè)早期呼吸肌功能障礙方面可能更敏感〔47〕。因此對(duì)膈肌功能的檢測(cè),有助于評(píng)估哮喘患者病情嚴(yán)重程度和治療效果。
2.4.2睡眠呼吸疾病 睡眠呼吸疾病與呼吸肌功能密切相關(guān)。因肌電圖可用于量化呼吸努力,研究表明,如果記錄多導(dǎo)睡眠圖信號(hào)同時(shí)檢測(cè)食道壓力和膈肌肌電,可以準(zhǔn)確鑒別呼吸暫停類(lèi)型〔48〕。此外,通過(guò)對(duì)呼吸功能檢查可以指導(dǎo)設(shè)置持續(xù)氣道正壓治療時(shí)的壓力,評(píng)價(jià)上氣道阻力和呼吸中樞驅(qū)動(dòng)的變化〔49〕。因此,在睡眠呼吸疾病診治及研究中應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)呼吸肌功能檢測(cè)的價(jià)值。
2.4.3肺氣腫 研究發(fā)現(xiàn)〔50〕,肺氣腫患者的膈肌長(zhǎng)度、最大跨膈壓、PdiTw均低于正常人。治療后最大跨膈壓和PdiTw均恢復(fù)到正常范圍,并且呼吸困難和生活質(zhì)量的改善與肺容積和膈肌長(zhǎng)度的變化相關(guān)。此外,肺氣腫組的患者在相同肺容積的功能殘存容量可以比正常受試者產(chǎn)生更高的跨膈壓峰值,因此,對(duì)膈肌功能的評(píng)估可以反映病情的輕重程度。
2.4.4塵肺病 塵肺病是一種職業(yè)性慢性呼吸道疾病,以彌漫性肺纖維化為主要表現(xiàn),隨病期的進(jìn)展呈進(jìn)行性加重。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)〔51〕,經(jīng)長(zhǎng)期的體外膈肌起搏治療,可以改善塵肺病合并COPD患者的呼吸困難癥狀、肺功能。因此,通過(guò)對(duì)膈肌功能的評(píng)估和治療訓(xùn)練有利于改善塵肺病患者的生存質(zhì)量。
綜上,對(duì)膈肌力學(xué)、結(jié)構(gòu)和功能的評(píng)估是呼吸系統(tǒng)疾病的重要組成部分,了解膈肌療效評(píng)價(jià)方法在慢性呼吸系統(tǒng)疾病、重癥患者中的診斷、治療及預(yù)后評(píng)估等方面具有重要意義。但目前由于數(shù)據(jù)有限及研究方法的廣泛差異,膈肌功能的檢測(cè)尚無(wú)統(tǒng)一診斷標(biāo)準(zhǔn),而以聯(lián)合評(píng)估為主要手段,并且尚未發(fā)現(xiàn)更有效的方法阻止或逆轉(zhuǎn)呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)展。因此對(duì)膈肌療效方法的規(guī)范及探索新的行之有效的治療、康復(fù)及預(yù)后的方法具有重要的臨床和社會(huì)價(jià)值。