本文原载于《国际呼吸杂志》2018年第20期
本文作者：赵浩天 王光英 龙玲 张之阳 赵鹤龄
机械通气是ICU患者中普遍使用的生命支持治疗措施，大多数患者可及时拔管。然而，仍有近20%的机械通气患者在其首次尝试撤机中失败，且这些患者在撤机过程中花费的时间占总通气时间的40%以上。拔管时机不当会导致再次气管插管[1]，因此导致机械通气时间的延长从而增加一系列相关并发症(如感染、胃肠道出血、深静脉血栓形成等)的发生率和死亡率[2]。膈肌功能障碍(diaphragm atic dysfunction，DD)是撤机拔管失败的重要原因之一，评估膈肌功能有助于预测撤机的成败。膈肌超声以其无创、高效、可床旁反复操作等优势逐渐取代传统膈肌评估工具，本文就膈肌超声对预测撤机拔管时机的作用进行综述。
1 撤机时机的把握及相关影响因素
过早地停止机械通气可导致心肺负荷的增加、二氧化碳潴留和低氧血症等症状的发生，甚至有约25%的患者需要重新插管。而不必要的延迟撤机同样是有害的，可短期内导致呼吸机相关性肺炎(ventilator associated pneumonia，VAP)和呼吸机相关性膈肌功能障碍(ventilator-induced diaphragmatic dysfunction，VIDD)等并发症的发生，最终导致机械通气时间的延长[3]。因此对机械通气患者应严格掌握撤机的时机。
满足以下情况可尝试撤机：氧合指数大于150 mmHg(1 mmHg＝0.133 kPa)、呼气末正压通气(positive end expiratory pressure，PEEP)小于5 cmH2O(1 cmH2O＝0.098 kPa)、有力咳嗽、停用镇静类药物和血管升压药物[4]。撤机试验是指患者进行自主呼吸试验(使用无压力支持的T管)或呼吸机压力支持试验[压力支持模式每次减少5 cmH2O直到获取一个Δ5/5的压力支持(pressure support，PS)水平[3]]。自主呼吸试验(spontaneous breathing trial，SBT)的标准是停止机械通气后使用T管进行吸氧30～60 min，持续进行除非遇到以下情况：大汗；烦躁；嗜睡；外周氧饱和度下降≥5%；呼吸频率>35次/min或较基础值升高50%以上；收缩压升高20%；心率增加20%[4]。撤机后能够耐受自主呼吸且未出现上述情况持续48 h以上者可定义为撤机成功[3]。而撤机失败的定义为拔管48 h内不能维持自主呼吸，需要无创或有创通气[5]。
目前临床中常规用来评估患者能否撤机的指标如分钟通气量、最大吸气压力、呼吸频率、浅快呼吸指数(rapid shallow breathing index，RSBI)、0.1秒气道闭合压力和顺应性-率-氧合-压力指数(compliance rate oxygenation pressure indexes，CROPI)。其中RSBI对撤机失败预测较精确，RSBI<105时对预测撤机成功的敏感度为35%～100%，特异度为0～89%[6]，可见在不同患者中监测差距较大[7]。Stroetz等[8]研究发现，临床上预测拔管的方法比如呼吸频率、分钟通气量等指标[3]，对改善拔管时机并无益处。浅快呼吸指数是近年来自主呼吸试验时的新指标，但在压力支持模式下预测拔管的作用有限[3]。
2 DD的原因和病理生理学
DD是撤机失败的重要原因之一。ICU患者发生DD的原因主要包括神经肌肉疾病、机械通气导致的非肌肉相关疾病(如COPD、ICU获得性神经肌病和/或呼吸机相关性膈肌功能障碍)、心脏外科或上腹部术后的患者发生膈神经损伤等[9]。其他因素如营养不良(蛋白摄入不足)、慢性嗜酒等均会促进肌肉萎缩的发生[10]。
在机械通气过程中发生的膈肌废用性萎缩称作VIDD，认为是机械通气患者能否成功撤机的决定因素[11]。机械通气对膈肌的结构和功能的损害主要包括肌肉萎缩和损伤、减少肌蛋白合成和增加肌蛋白分解[12]，其速度之快甚至可发生于进入ICU的第1天。在脑死亡患者尸检中发现[13]，机械通气18～69 h内膈肌肌纤维的横截面积减少50%以上，在动物模型也发现，在机械通气期间由膈肌做功而产生的肺容量的比例降低[11]。
撤机患者进行自主呼吸主要依靠自身呼吸肌肉的力量和肌肉做功能力。当上述任何一个环节出现障碍时，当存在肌肉营养不良(呼吸肌肉衰弱)、急性支气管痉挛(包括呼吸负荷)、或镇静过度(减少中心驱动)等，使呼吸肌无力或呼吸负荷增加，从而导致呼吸衰竭的发生。因此，撤机失败的病理生理学即是平衡呼吸肌肉泵和呼吸肌肉负荷之间的关系[2]。
3 膈肌功能的监测方法
以往决定拔管时机的工具较局限，主观判断往往具有较大的偏差。传统评估膈肌功能的工具，如X线胸片、膈肌电磁刺激、以及素有"金标准"之称的跨膈压监测等[1]，但存在着电离辐射、低效、有创、患者转运、不易床旁反复操作等局限性和缺点，故在日常撤机判断中其特异度和敏感度欠佳[7]。如胸片中膈肌呈像，可因呼吸力度大小、周围组织结构阻力、腹肌顺应性、胸部或腹部肌肉运动和腹水等因素，对局部或整体膈肌的运动产生干扰[3]。
床旁超声作为近年来的一项重症监护设备，以其无创、高效、床旁、可重复操作以及观察者之间重现性等优点，逐渐取代上述工具成为ICU中一项必备的床旁检查[1]。超声图像能够直接显示膈肌位置并监测其运动，对预测撤机时机、量化呼吸机力量和评估机械通气患者膈肌萎缩程度皆有较高的准确性[1]。超声使用的关键在于如何把观察到的超声图像转化为精确的预测数据[14]，目前测量膈肌移动幅度和增厚率成为预测撤机成功率的最佳指标。
内科ICU中需要拔管符合临床撤机拔管标准的患者，床旁膈肌超声可用于以下3个时机：①辅助/控制型(assist/control，A/C)模式且人机协调；②SBT实验大于30 min (持续正压通气5 cmH2O/PS 5 cmH2O)(1 cmH2O＝0.098 kPa)；③拔管后4～24 h内[5]。
尽管跨膈压监测仍是目前评估膈肌功能的"金标准"，但其需将导管置入患者食管或胃中的有创性操作[10]等因素，与膈肌超声对困难撤机时的评估效果的对比仍需更多的实验来证实[7]。
4 膈肌增厚率对撤机成功率的评估
呼吸机控制通气下的患者其膈肌发生废用性萎缩的速度极快(每日约6%)。Grosu等[15]观察到接受机械通气容量控制的患者其膈肌随着时间而变薄，使用B型超声可以直观监测膈肌厚度随呼吸发生的变化。膈肌厚度及增厚率的测量反映了患者真实的膈肌力量，其原理与心脏的"射血分数"类似[3]。因此对撤机患者进行综合评估膈肌功能和肺通气可对预测拔管结果有较大帮助[5]。
膈肌厚度测量方法：使受试者处于床头抬高30°的仰卧位，将10 MHz高频线阵探头置于胸壁第8肋和第10肋间隙之间与腋中线或腋前线的交界区域，肋膈窦下0.5～2 cm，经肝脾作为声窗可获取较完整的膈肌厚度图像，于深度约1.5～3 cm处可获取两条平行的回声线(此为胸膜和腹膜)和二者之间的一个低回声组织结构(膈肌本身)[7]。在自主呼吸的健康受试者中，处于平静呼吸时膈肌的正常厚度是(1.7±0.2) mm，而深吸气后屏住呼吸保持肺总量时增长至(4.5±0.9) mm[1]。
膈肌增厚率的测量方法：嘱患者深呼吸，吸气末为肺总量(total lung capacity，TLC)，呼气末为残气量(residual volume，RV)，调整为M超测量随呼吸时膈肌厚度的变化程度并记录数据，用公式计算膈肌增厚率：吸气末厚度-呼气末厚度/呼气末厚度[3,6,9]。有研究报告指出膈肌增厚率预测自主呼吸试验中成功拔管的阈值为30%～36%[7]。
Dinino等[3]对63例撤机患者进行了研究，其中27例为自主呼吸，36例应用PS模式，其中22%的患者48 h内再次插管。增厚率≥30%对预测拔管成功的敏感度和特异度分别为88%和71%，阳性预测值和阴性预测值分别为91%和63%。Ferrari等[7]研究了46例多次撤机失败的患者发现，SBT期间成功拔管者膈肌厚率的阈值为>36 %，阳性预测值和阴性预测值分别为92%和75%。Llamasálvarezd等[16]研究发现，使用膈肌增厚率作为ICU机械通气患者撤机预后指标，其精确度和操作可行性要优于膈肌移动度。
通过膈肌增厚率评估膈肌收缩功能优于RSBI，因为RSBI对呼吸做功和吸气肌耐受性的综合评价反映所有吸气肌肉包括膈肌、斜角肌、肋间肌和辅助呼吸肌(胸锁突肌和肋间外肌)的功能。当膈肌出现功能障碍时，其他吸气肌肉会代偿性增加做功以维持肺通气，因此膈肌萎缩的事实可能被掩盖[3]。然而，肋间肌等比膈肌更容易疲劳且不能够维持足够的潮气量，因此在SBT期间即使患者表现出合格的VT和RSBI但仍处于拔管失败的风险中[3]。因此，使用膈肌超声能够较好识别那些虽符合传统撤机标准但增厚率<30%的患者，以避免重插管的发生[3]。
5 测量膈肌移动度对评估膈肌功能的意义
膈肌移动度可反映膈肌收缩功能，与膈肌做功或通气支持时所能达到的肺容量相关。目前认为DD在困难撤机中占主导作用。在超声中膈肌功能障碍被定义为自主呼吸时经超声测得膈肌移动度≤11 mm，M超时右侧≤10 mm和左侧≤11 mm，多人反复测得的超声结果可作为DD诊断的参考[17,18]。膈肌移动度测量时患者取平卧位，将低频的心脏探头或腹部探头置于锁骨中线和腋前线与肋缘交界区域，光束垂直于膈肌的后三分之一，可于肺肝交界区观测到一高密度回声影，此为膈肌超声呈像。将测量线垂直于膈肌移动幅度最大处可测得膈肌移动度，使用M超比B超具有重现性[1]。由于左侧肺部有肺、肠、和气体介入，当吸气时可对膈肌的观察造成干扰，故右侧经肝切面可获取更好的声窗[1]。
正常人SBT期间膈肌移动度的正常值在10～14 mm之间[1]。低于该阈值表明患者处于膈肌无力，与膈肌麻痹和使用辅助呼吸肌相关[1]。
Jiang等[18]对55例拔管患者在使用超声对其膈肌移动度进行测量发现，72 h内需要再次插管的患者其肝脾位置较成功拔管患者明显降低。Kim等[17]的一项纳入了ICU中82例行机械通气患者的研究发现，有29%的患者在吸气时一侧或双侧膈肌下降幅度低于10 mm，或表现出膈肌矛盾运动，将该类患者归为"膈肌功能障碍组"，该组患者撤机失败率、撤机时间和总通气时间都比对照组(吸气时双侧膈肌下降幅度大于10 mm的患者)显著延长。因此，推断超声监测膈肌移动度可识别出正在面临撤机失败风险的患者[7]。
心脏外科或上腹部术后损伤一侧膈神经致该侧膈肌麻痹时，通常不会导致整体膈肌功能受损。有研究表明，一侧膈神经麻痹而对侧膈肌功能正常的患者可以耐受撤机。当膈肌最大移动度(excursion max，Emax)<25 mm时提示存在双侧膈肌瘫痪或麻痹，而当Emax>25 mm预示不需延长机械通气时间。因此在心脏外科或上腹部术后患者需分别监测双侧膈肌，以防单侧膈肌功能障碍被掩盖[9]。
6 DD的防治
6.1 经膈神经起搏治疗VIDD
机械通气患者可因膈肌发生废用性萎缩而导致困难撤机，目前对于避免镇静患者发生VIDD并无有效的方法。研究发现对膈神经进行刺激可以保持膈肌的结构和耐力，从而促进膈肌萎缩高风险患者成功脱离呼吸机[11]。经膈神经起搏技术可延缓患者膈肌萎缩速度，对减轻机械通气诱导的膈肌功能障碍有所帮助。然而由于有创性和需要综合手术操作等原因并不适用于ICU[11]。
6.2 茶碱类药物对膈肌功能的保护
甲基黄嘌呤类药物尤其是氨茶碱，具有舒张支气管、抗炎和兴奋呼吸中枢等药理作用。同时作为全身肌肉激动剂，茶碱类还能够起到提高心肌收缩力、心肌做功，以及提高神经肌肉疾病患者的耐受力、增加呼吸肌(如肋间肌、腹横肌以及膈肌)的活动等作用。有研究表明使用低剂量的茶碱类药物可显著提高膈肌运动能力，且该效应对VIDD患者中更明显，因此茶碱类药物适合于在VIDD患者撤机时的应用[12]。
此外机械通气也与膈肌的氧化应激(包括氧自由基的增加)相关。茶碱类药物可通过抑制黄嘌呤氧化酶达到增强膈肌收缩的目的。在严重COPD患者中，茶碱类可以提高最大跨膈压且减少膈肌疲劳。除上述直接作用于细胞的效应外，茶碱类通过对膈肌和肋间肌的正性肌力作用，达到增加患者肺通气的目的[12]。有研究发现，应用茶碱组的患者其撤机失败率和死亡率得到明显改善，尽管差异无统计学意义[12]。
7 小结
撤机成败影响因素很多，而膈肌功能处于主导地位，因此使用多种手段监测评估膈肌功能对把握撤机时机尤为重要[19]。DU可以有助于识别撤机失败高风险患者，以便进行合理的引导和干预[9]。并显示了在诊断膈肌功能障碍以及预测拔管时机中的实用性和准确性[1]，且方便在床旁反复使用，避免了一些医疗资源的浪费。膈肌超声诊断的上述优势可以使ICU医生更加精确地制定临床决策，在未来将会成为ICU中必不可少的日常工具。
（参考文献略）