超声评估慢性阻塞性肺疾病患者的膈肌力量储备
2021-03-08 18:19:57   来源：   作者：  评论：0 点击：

关键字： 慢性阻塞性肺疾病 | 膈肌力量储备
摘要
背景: 膈肌功能是慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者呼吸困难的关键决定因素，然而，在临床实践中极少评估这一功能。肺过度充气也可损害膈肌功能。超声可以评估膈肌的活动、功能和力量储备。
目的: 比较COPD患者和健康对照者的膈肌活动、功能和力量储备。
方法:纳入稳定期COPD患者(80例)和健康受试者(20例)(其中97%为男性)。应用超声测量潮气呼吸和最大自主努力时的膈肌增厚分数。观察指标如下:1)COPD患者与对照组膈肌力量储备、活动和功能的差异;2)肺容量与膈肌力量储备、活动和功能的相关性;3)膈肌力量储备与中重度COPD急性加重率的关系。
结果: 与对照组相比，COPD患者静息呼吸时的膈肌增厚分数更高 (P= 0.002);在重度COPD患者中，静息膈肌增厚分数约为对照组的2倍。COPD患者Muller动作时的最大膈肌增厚分数低于对照组 (P<0.01)。应用1—(静息膈肌增厚分数/最大膈肌增厚分数)评估膈肌力量储备率，可见COPD患者的膈肌力量储备率低于对照组，并且随着GOLD分级的增加而下降(P<0.001)。膈肌力量储备率与深吸气量相关(r=0.46)，与BODE指数相关(r=—0.49)。2年内有急性加重患者的膈肌力量储备低于无急性加重者(P=0.024)。
结论: 与健康受试者相比，男性COPD患者的膈肌负荷增加，膈肌功能受损，膈肌力量储备下降。超声评估COPD患者的膈肌可提供重要的功能信息。
正文摘译如下：
结果
纳入80例COPD患者和20例健康对照受试者，其特征见表1。中位年龄(四分位数范围)为71岁(65-77岁)，97%的患者为男性。肺功能数据见表2。COPD患者使用支气管扩张剂后的FEV1/FVC和FEV1占预计值的百分比[中位数(四分位数范围)]分别为47.7%(37.3-57.0%)和61.9%(40.8-75.3%)。COPD患者的RV/TLC和IC占预计值的百分比[中位数(四分位数范围)]分别为53.0%(45.0-60.0%)和67.0% (57.3-60.0%)。
表1 研究人群的特征

表2 基线肺功能数据

COPD患者和对照组的膈肌活动、功能和力量储备
COPD患者的静息膈肌增厚分数((TFdi-tidal)显著高于对照组(30.8% [24.1-45.2%] vs 21.1% [15.4-27.2%];P= 0.002)(表3)。重度COPD患者的静息膈肌增厚分数为40.7%(27.9-53.7%)(表4)。
如表3所示，COPD患者在Muller动作时的最大膈肌增厚分数(TFdi-max)和最大膈肌移动度(DE-max)明显低于对照组(分别为65.3%[51.7-82.0%] vs 84.3% [71.3-97.3%],P= 0.006和3.9cm [2.8-4.6 cm] vs 5.0cm [3.7-5.7cm], P= 0.003]);如果仅考虑重度COPD患者，则分别为61.5%(47.6-70.7%)和3.3cm(2.6-4.1cm)(表4)。鼻吸动作时的TFdi-max和DE-max的差异不明显(表3、4)。
表3 COPD患者和健康受试者的膈肌活动、功能和力量储备率

表4 气流受限严重程度和膈肌活动、功能和力量储备率

如表3所示，COPD患者的膈肌力量储备明显低于对照组(Muller动作时:0.50 [0.35-0.64] vs 0.75[0.62-0.80] ，P<0.001; 鼻吸动作时:0.48[0.34-0.59] vs 0.67[0.55-0.76]，P<0.001)，这一比率随着GOLD分级的增加而下降(图2)。在重度COPD中，Muller动作时的膈肌力量储备为0.35(0.23 - 0.52)，鼻吸动作时为0.37(0.18-0.50)(图2和表4)。
图2 Muller动作时的膈肌力量储备率以及气流受限严重程度(按照GOLD分级)

肺功能数据与膈肌活动、功能和储备之间的相关性
静息膈肌增厚分数(TFdi-tidal)与RV/TLC呈显著正相关，与支气管扩张剂后FEV1和IC呈负相关(P<0.05)，见图3。
Muller动作时，最大膈肌增厚分数(TFdi-max)与支气管扩张剂后FEV1和MIP呈显著正相关，但与TLC、RV和RV/TLC负相关(图3)。最大膈肌移动度(DE-max)与使用支气管扩张剂后的FEV1和IC也明显正相关，但与RV和RV/TLC呈负相关(图3)。
图3 肺过度充气与膈肌活动、功能和膈肌力量储备之间的Spearman等级相关系数相关图

颜色越深，相关性越强。* P<0.05。BD =支气管扩张剂;DE-max =最大膈肌移动度;FEV1=使用支气管扩张剂后的1秒用力呼气量;IC=深吸气量;RV=残气量;TFdi-max=最大膈肌增厚分数; TFdi-tidal=静息膈肌增厚分数;TLC=肺总量。
Muller动作时膈肌力量储备率与支气管扩张剂后FEV1 (r= 0.52;P<0.001)和IC (r= 0.46;P<0.001) 呈中度正相关(图4)，与TLC、RV、RV/TLC、MIP和BODE指数亦显著相关(图3)。鼻吸动作时的膈肌力量储备率也存在类似的相关性，但通常更弱(图3)。
图4 Muller动作时的膈肌力量储备率和支气管扩张剂后的FEV1(A)和深吸气量(B)之间的相关性

膈肌力量储备对COPD加重的影响
在2年随访期间，44% (35/80)的COPD患者发生中度至重度COPD加重，平均加重率为0.53次/年。COPD加重患者在Muller和鼻吸动作时的膈肌力量储备明显低于未加重患者(分别为0.46 [0.31-0.57] vs 0.55 [0.37-0.68]，P= 0.024和0.43[0.21-0.56] vs 0.53[0.36-0.64]，P= 0.014)。二元logistic回归模型显示，膈肌力量储备率和GOLD分级在COPD加重中未见明显的相互作用(P = 0.438)。
讨 论
本研究应用超声前瞻性评估了80名COPD患者和20名年龄相近的健康受试者的膈肌活动、功能和力量储备。两组之间的很多基线特征具有可比性。大多数COPD患者为GOLD II级(41%)。与对照组相比，COPD患者存在气体潴留和肺过度充气(RV/TLC增加>40%和IC下降<80%预计值)。本研究发现，COPD患者的静息膈肌增厚分数明显高于对照组，这表明平静呼吸时的膈肌活动更高。COPD患者的膈肌功能更差，表现为Muller动作时的最大膈肌增厚分数和最大膈肌移动度低于对照组，该差异在重度COPD患者中尤为显著。COPD患者的膈肌力量储备明显低于对照组。此外，在随访期间出现中度至重度急性加重患者的膈肌力量储备明显低于无急性加重者。
平静呼吸时的膈肌厚度、增厚分数和移动度最常用于评估膈肌活动和功能，虽然也在Muller和鼻吸动作时测量膈肌功能。很少有研究使用超声来评估稳定期COPD患者的膈肌功能。
Baria等针对50名COPD患者，应用超声评估了TLC和FRC时的膈肌厚度和增厚分数，但没有评估静息时的膈肌增厚。他们得出的结论是，膈肌超声可用于评估COPD患者的神经肌肉障碍。在32例COPD患者中，Smargiassi等发现，随着肺过度充气严重程度的增加，膈肌厚度逐渐下降，其结论为，超声可以用于研究疾病的进展。Paulin等发现54名COPD患者的最大膈肌移动度明显低于健康受试者，膈肌移动度影响呼吸困难和运动耐量。
本研究中，与对照组相比，COPD患者的膈肌做功更高 (表现为静息膈肌增厚分数更高)，这与气流受限程度(GOLD分级)相关。膈肌必须产生比正常情况下更大的力量来将空气送入肺部。COPD吸入负荷的慢性增加可导致膈肌慢性肥大以及相对保留的膈肌力量和耐力;然而，膈肌功能障碍存在于这些患者。本研究中，Muller动作时最大膈肌增厚分数和最大膈肌移动度下降，强化了既往的研究发现。此外，膈肌功能障碍的程度与气流受限的严重程度呈正相关。重度COPD患者的最大膈肌增厚分数和最大膈肌移动度显著低于对照组。
应用1—(静息膈肌增厚分数/最大膈肌增厚分数)评估膈肌力量储备率，表示潮气呼吸和最大呼吸时膈肌力量储备的平衡(比值越低，膈肌力量储备越少)。静息膈肌增厚分数/最大膈肌增厚分数与跨膈压/最大跨膈压相似，后者被用于评估不同类型的患者发生膈肌疲劳的风险。本研究中，COPD患者的膈肌力量储备率明显低于对照组，且随着气流阻塞程度的加重而下降。此外，COPD患者中，膈肌力量储备更低者的急性加重风险更高，且独立于GOLD分级。这证实了Adler等的数据，他们发现在高碳酸血症型呼吸衰竭患者中，鼻吸动作时的膈肌功能与再入院率相关。
过度充气通过几种机制损害膈肌功能，包括将膈肌缩短至次优长度，降低膈肌曲率，减少肋膈对合区域，从而导致膈肌的机械不利和肌力产生能力受损。Polkey等发现，在20名严重COPD稳定期患者中，颤搐性跨膈压与肺容量增加呈负相关。
本研究中，与健康受试者相比，COPD患者存在明显的气体潴留和肺过度充气，表现为RV/TLC较高，IC较低，这导致膈肌做功增加，膈肌功能下降。此外，膈肌力量储备与RV/TLC呈显著负相关，与IC显著正相关，这些结果与肺过度充气降低膈肌力量储备的预期结果一致。这些相关性是显著的，但并不总是很高，这表明其他因素也可能导致COPD的膈肌功能下降，例如高气道阻力、营养不良和慢性高碳酸血症。本研究结果与Smargiassi等的研究结果一致，他们报道，膈肌厚度和增厚分数随着气流受限程度的增加而逐渐下降，而Dos Santos Yamaguti等的研究显示，膈肌运动与RV和RV/TLC相关。此外，膈肌力量储备率与BODE指数显著相关，再次提示膈肌超声评估可能为COPD患者提供重要的功能信息。
本研究的局限性
膈肌超声依赖于操作者;既往研究显示，膈肌超声在健康受试者和重症患者中均具有良好的评分者内和评分者间信度，前提是采用严格的技术。在最大自主努力时测量膈肌功能需要患者的配合，这对于肺过度充气严重的患者来说具有挑战性。此外，本研究没有强有力的纵向数据来评估膈肌功能和临床结局的相关性，例如生存率或生活质量。此外，本研究纳入的COPD患者的合并症明显高于对照组，且大多为男性，因此其结果可能并不适用于所有COPD患者。需要进一步的研究来确定膈肌力量储备下降对这些结局的影响。
结 论
与同龄对照组相比，男性COPD患者的膈肌负荷增加，膈肌功能受损，膈肌力量储备下降。膈肌力量储备下降与气体潴留、肺过度充气、BODE指数和急性加重风险增加有关。膈肌超声是一种有用的、无创的工具，可用于评估COPD稳定期患者的膈肌活动、功能和力量储备，并可能提供独特的功能信息。