呼吸

超声评估慢性阻塞性肺疾病患者膈肌功能应用进展

作者:戴福伦 来源:肺康复论坛 日期:2021-10-02
导读

         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。

关键字:  COPD | 膈肌功能 

        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、健康教育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,尽早采取健康教育或制定康复计划,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.

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