机械通气的重症患者膈肌超声检查-不断发展的概念

摘要：机械通气（MV）是一种挽救生命的呼吸支持治疗，但MV可导致膈肌损伤（肌创伤），并诱发膈肌功能障碍（DD）。DD非常普遍，并与显著的不良结局相关，包括通气时间延长、脱机失败和死亡率。发生肌创伤的主要机制与MV支持不足无法适应患者呼吸努力（过度和辅助不足）以及患者-呼吸机不同步（PVA）相关。认识到这些机制与肌创伤有关，迫使肌创伤预防策略（MV与膈肌保护）的发展，主要是基于滴定适当水平的吸气努力（以避免过度和不足的辅助），并避免PVA。因此，在MV期间保护膈肌需要使用工具来监测膈肌的努力并检测PVA。膈肌超声是一种非侵入性技术，可用于监测膈肌功能，评估PVA，并可能有助于确定性保护性通气的膈肌功能。本综述旨在为临床医生提供一个DD的相关性和肌创伤主要机制的概述，以及最新的策略，旨在尽量减少肌创伤的发生，特别强调超声在监测膈肌功能的作用。

1.介绍

机械通气（MV）旨在确保充分的气体交换，并完全或部分地替代呼吸肌的作用，呼吸肌在急性呼吸衰竭期间可能过载替代。然而，MV已被广泛认识到对肺部有潜在的有害影响。从而提出了几种通气策略以限制施加到肺部的机械应力。最近，已经确定MV也可以由于各种假定的机制而损伤膈肌，称为“肌创伤”，其导致膈肌功能受损，称为呼吸机诱导的膈肌功能障碍-VIDD。

VIDD的概念是膈肌产生力量的能力降低，特别是与MV的使用有关，其在MV

后不久以渐进的时间依赖性方式发生，并受不同MV模式和相关风险因素的影响。膈肌功能障碍（DD）的识别与重症患者相关，因为这是一种常见事件，发生在重症疾病的不同阶段，自入院以来、MV早期、脱机期间，甚至在恢复阶段。此外，重症患者通常容易受到伴随MV的许多风险因素的影响，例如脓毒症、器官功能障碍和可能导致膈肌损伤的药物。此外，有令人信服的证据表明，膈肌功能障碍对危重患者的发病率有不利影响，包括脱机困难、ICU再入院和死亡率。

考虑到重症患者膈肌功能障碍的相关性，目前的文献致力于优先考虑MV患者的护理，以便在ICU中监测膈肌功能，并尽量减少或避免膈肌损伤，以防止VIDD的发展。

了解肌损伤发生的主要机制是MV期间保护膈肌策略的基础。

本综述的目的是探讨不断发展的概念，使用膈肌超声作为一种技术，不仅评估膈肌功能，也有助于监测保护性通气时膈肌的努力程度。我们提出了一个重症患者MV相关性膈肌功能障碍的概述，其主要包括发生机制、防止MV相关性膈肌功能障碍的战略，重点是超声作为一种监测膈肌功能的工具。

2.膈肌损伤-机制

机械通气的危重患者的肌肉损伤证据已得到广泛的重视和认可，并基于多项临床和实验研究。

为了了解危重患者的膈肌功能障碍，确保研究人员之间的沟通，已经努力使术语标准化。因此，肌创伤术语已被广泛用于指呼吸机相关的急性肌肉损伤。

根据最新的证据，肌创伤可能与MV管理不当相关的几种机制有关，主要与通气支持不足以适应患者的呼吸努力（过度和不足的辅助）和AVP有关。这些机制的证据总结如下：

1）过度辅助肌创伤（废用性萎缩）代表过度呼吸支持和呼吸驱动/努力减少的影响，导致废用性萎缩和虚弱。在报告的废用性萎缩的组织学、功能性和影像学证据的实验研究和临床研究中，这是记录肌创伤的最佳形式。重要的是要强调，废用性萎缩甚至可以发生在辅助通气模式。

2）辅助不足型肌创伤（负荷诱导的同心收缩）是一种公认的肌肉损伤形式，在呼吸驱动增加（负荷诱导的膈肌损伤）期间，当通气支持不足或无法减少膈肌负荷时发生。在辅助不足期间持续的高水平呼吸努力导致向心性收缩期间的高度肌肉紧张。在实验模型中，膈肌损伤的特征在于炎性浸润以及肌节和肌膜的破坏。

3）当膈肌在纤维拉长而非缩短过程中出现收缩活动时，就会发生偏心肌创伤（负荷诱发的偏心收缩）。当膈肌施加呼气制动以保持呼气末肺容量时，在某些形式的不同步（反向触发、提前中止循环、无效努力)。

4）呼气性肌损伤-在实验模型中，观察到使用高PEEP减少了膈肌的最终呼气长度，并可导致肌节丢失，导致纵向萎缩，并损害膈肌的长度-张力比。

3.膈肌功能障碍-识别

考虑到肌创伤涉及的主要机制，最近，文献一直致力于识别和早期监测膈肌功能障碍，从而能够评价和制定合理的策略，以最大限度地减少或预防VIDD（图1）。

图1.在接受机械通气的危重患者中使用超声监测膈肌功能的可能原理（监测努力、评估萎缩、评估PVA）。TF-增厚分数; Tdi-膈肌厚度; PEEP-呼气末正压; VIDD-呼吸机诱导的膈肌功能障碍。

任何旨在保护膈肌的策略都必须检查其功能方面，特别强调监测膈肌的努力。在最近的文献中，最基本的方法是保持足够的吸气努力水平，并抑制不同形式的AVP。

可以采用各种工具来监测膈肌的功能/活动。然而，这些技术的各种特殊性使其或多或少适用于危重患者。评估膈肌功能的金标准是基于磁刺激膈神经后的经膈肌压力，然而，这通常是不可用的，因此需要开发和实施更可行的测试，其中出现了经膈肌超声。

4.膈肌超声-DUS

膈肌超声检查已被证明是一种评估膈肌功能的相关工具，由于其众多优点，在危重患者中具有重要意义：(a)进行DUS所需的超声设备是简单的设备，在ICU中广泛使用;（B）超声机是便携式的，这允许在床边以安全、可重复和非侵入性的方式进行DUS，而不需要运送患者;（c）技术的改进使其能够快速、精确、可再现和可重复地执行。

用于执行DUS的设备已经取得了进展（探头分辨率更高）。此外，该技术的改进和标准化允许获得可靠的膈肌功能图像。

4.1膈肌超声---技术简介

 横膈膜是一个圆顶状的肌肉纤维膜。它是主要的吸气肌。超声对膈肌的评价是基于其解剖结构和功能。在吸气时，当膈肌收缩时，肌纤维缩短、弯曲和收缩，使膈肌的整个肌腱结构移位，降低其圆顶，使腹腔内容物向尾部移动，并使胸腔向下扩张。

使用超声波，可以通过两个声窗探索膈肌（图2）

--在肋下区域，膈肌被看作是一个深弯曲的结构，它将胸腔和腹部分开。

--在腋中部肋间区，在并置区（ZA），膈肌被确定为三层结构;由两层高回声外膜（腹膜和胸膜）包围的低回声内肌层。

因此，在膈肌吸气收缩期间，超声可以观察到：（a）吸气时肋下区域的膈肌向尾侧移位（偏移）；（B）在ZA中，呼气末肌肉的厚度（静止时）和在吸气期间膈肌的增厚和变硬。

在危重患者重，除非怀疑单侧功能障碍（需要双侧评估），否则右侧膈肌的单侧评估是可以接受的。

最近，一次专家会议试图概述主要集中在膈肌超声的各种技术/方法方面的共识。因此，这一共识是标准化和普及膈肌超声性能的重要参考，在应用该方法时应定期咨询。

偏离评估：将低频探头（3.5-5 MHz）定位在右肋缘下方、锁骨中线和腋前线之间，朝向内侧-颅顶和背侧，以二维（2D）模式追踪右半膈的后三分之一。接下来，将M模式探测线定位成尽可能垂直于膈肌圆顶，以便测量解剖结构随时间的移动，因此，通过将卡尺放置在膈肌吸气斜坡的底部和顶部来测量膈肌移动性。

吸气期间，膈肌沿头尾方向朝探头下降。因此，在吸气过程中，不存在或大大减少的偏移（低于较低阈值）或与探头相反的运动（矛盾）表明异常（功能障碍）。

在呼吸机支持患者中，需要短暂断开呼吸机（T型管）或维持最低水平的CPAP，以评估膈肌运动，从而消除呼吸机压力引起的被动充气偏倚。膈肌的向下位移可能是由于膈肌自身收缩的力以及呼吸机执行的被动肺充气造成的，这表明膈肌偏移仅应在无辅助呼吸期间进行评估。

图2.膈肌超声评估偏移和厚度-（图A）：肋下区域的探头定位。（图B）：二维视图，显示膈肌为分隔肺与肝的白色高回声曲线（黄色描记）。（图C）：M模式视图，显示短暂断开呼吸支持后潮气呼吸期间的正常偏移。（图D）：偏移测量的图示。（图E）：肋间区域（并置区，ZA）上的探头定位-将线性探头垂直于肋壁定位后，我们旋转探头（逆时针）以获得右侧相应的超声图像。（图F）：二维视图，显示膈肌为被2条高回声线（胸膜和腹膜）包围的低回声结构。（图G）：M模式视图，显示在机械通气的重症监护患者中在潮式呼吸期间膈肌的正常吸气增厚（I =吸气;点A和C表示吸气末膈肌厚度;点B和D表示呼气末膈肌厚度。（图H）：厚度和增厚测量的图示

可以在潮式呼吸期间和合作患者的最大吸气努力期间测量偏移（最佳偏移），以评估膈肌功能障碍。

膈肌厚度评估：将高频线性探头（>7-10 MHz）垂直于外侧胸壁定位，在腋中线和腋前线之间，在第9和第10肋间隙之间（并置区-ZA）。膈肌通常在距离皮肤2 - 4厘米处可见，是一个低回声的内部肌肉层，被腹膜和胸膜膜包围。使用2D或M模式，在呼气（Tdi，exp）和吸气（Tdi，insp）结束时测量膈肌厚度，作为胸膜和腹膜之间的距离。尽管健康个体中约1.5 mm被报道为正常隔膜厚度的下限，但在非常薄的健康女性中，可以观察到达1.2 mm的厚度值。膈肌增厚分数（TF）定义为吸气期间膈肌厚度变化的百分比[（Tdi，insp）-（Tdi，exp）/（Tdi，exp）] × 100。

膈肌厚度（Tdi）可以描述萎缩，而增厚分数（TF）代表膈肌吸气活动（努力）。

健康个体的膈肌偏移、厚度和增厚的参考值见补充表（表S1）。

4.2.膈肌超声在危重患者呼吸肌监测中的应用

以下是关于膈肌和肋间（IC）超声评估的最新证据概述，旨在重点关注促进膈肌保护性MV策略的临床应用（表1）。

表1.概述了最近关于膈肌和肋间超声评估的证据，重点是旨在促进膈肌保护性机械通气策略的临床应用。ICU-重症监护室;DE-膈肌偏移; Pdi-跨膈压力; MV-机械通气; DD-膈肌功能障碍;SBT-自主呼吸试验;PSV-压力支持通气; OR-比值比; ARF-急性呼吸衰竭; TF-增厚分数;ICUAW-重症监护病房获得性虚弱; Ptr-刺激-牵拉气道压力; ACV-辅助控制通气;US-超声;MRC-医学研究理事会; Tdi-膈肌厚度; OTI-经口气管插管; Pdrive-驱动压力; CMV控制性机械通气; Tdi/d--日萎缩率; SD-标准差; CPAP-持续气道正压通气; CSA-横截面积; PPV阳性预测值; DUS-膈肌超声; RR-呼吸频率; Pes-食管压力; Pga-胃压; NIV-无创通气; SB-自主呼吸; PTPdi-膈肌压力-时间乘积; EAdi-膈肌电活动; AM-辅助机械通气; PTPes-食管压力-时间乘积;EXdi-膈肌偏移；C-肋间; RV--残气量; FRC-功能残气量; TLC-肺总容量; IC-肋间; COPD-慢性阻塞性肺疾病; FEV 1-用力呼气量; CT-计算机断层扫描技术；WOB-呼吸做功。

4.2.1诊断膈肌功能障碍

膈肌功能障碍可以通过DUS识别。膈肌功能障碍在DUS上的特征是运动偏移异常，表现为活动度降低（小于参考值）、不存在或反常运动（主要见于深呼吸和吸气动作）。在接受MV治疗的危重患者中，最常用的表明膈肌功能障碍的标准是膈肌偏移< 10-11 mm（图3）。

图3.膈肌超声根据膈肌位移监测膈肌功能障碍。（图A）健康个体在潮式呼吸时的正常位移。（图B）健康个体在潮式呼吸和深呼吸时的正常位移。（图C）膈肌功能障碍患者在潮式呼吸时位移降低。（图D）膈肌功能障碍患者在潮式呼吸时无膈肌位移、在深呼吸时膈肌矛盾运动（红色箭头）。

超声诊断的DD与不良结局相关（MV和脱机时间延长以及死亡率升高）。异常膈肌增厚分数（定义为膈肌增厚分数<20%）也已用于诊断DD。根据既往研究，在符合SBT条件的MV患者中，DD的患病率为28-38%，在长期MV患者中为34%。超声检查发现DD的患者结局更差（MV延长、撤机失败和死亡率增加）

4.2.2.膈肌超声监测膈肌萎缩

膈肌萎缩是VIDD的一个组成部分，并且已经在实验和临床研究中显示，证明即使在MV几小时后也存在组织学萎缩（定义为膈肌活检中膈肌纤维横截面积减少）。

几项研究已使用呼气末（Tdi）膈肌厚度测量作为无创膈肌肌肉测量的代替方法，从而评估危重患者膈肌的萎缩（特别是MV的患者）。此外，在MV的期间重复评估Tdi可能会显示膈肌结构的变化，包括肌肉变薄，这可能是萎缩的迹象。

在不同研究中，确定健康个体和接受MV的危重患者的Tdi下限（1.6 - 2.3 mm）的值范围很广，因此难以在单次测量中确定定义萎缩的截止值。目前，有更多一致的证据表明连续厚度监测的相关性，以确定萎缩的发生，这是膈肌功能障碍的标志之一。使用DUS，萎缩被定义为连续测量中膈肌减少10%或更多。

Goligher等人研究了107名成人患者在MV期间膈肌厚度随时间的演变。他们发现，在第一周内，主要是在MV的前72小时，44%的患者膈肌厚度下降（超过10%），这种萎缩与膈肌收缩活动降低有关。后来，这些作者重新评估了MV期间发生的膈肌萎缩是否会影响临床结局。他们发现萎缩与长时间的通气和ICU入院有关，并发症的风险更高。

随后，其他研究观察到萎缩与MV之间的关系。Schepens等人描述了54名ICU成人患者在MV发作后迅速发生膈肌萎缩（平均厚度变化32%）。萎缩的程度与MV的长度相关。Zambon等人在40名成人患者中，从MV的第一天到出院，每天使用超声测量膈肌厚度，以量化膈肌萎缩并识别风险因素。他们观察到膈肌厚度逐渐减少（估计为每日萎缩率），这与呼吸机支持呈线性关系，范围从受控MV下的−7.5%到自主呼吸期间的+2.3%。

Vivier等人研究了一个危重病人的样本，以评估危重病前五天的连续膈肌厚度。他们发现，48%的患者发生膈肌萎缩（Tdi降低≥10%），并且萎缩与感染性休克、器官衰竭或侵入性MV相关。

关于评估萎缩的Tdi的单一测量，Dot等研究了通过超声测量的呼气厚度（Tdi）是否能够预测膈肌萎缩，膈肌萎缩的定义是通过35名机械通气器官供体的膈肌活检获得的膈肌纤维横截面积（CSA）减少。他们发现，所有供体组都出现萎缩（CSA减少），但在74%中观察到Tdi降低。膈肌Tdi测量显示出高阳性预测值（96%），但低阴性预测值（17%），用于确定膈肌萎缩的存在，表明膈肌Tdi能够检测到萎缩，但不能完全排除它。

然而，即使在危重病的早期阶段进行一次Tdi测量也可以提供相关信息。最近，Sklar等表明，在接受MV的危重患者中，插管后前36小时内通过超声测量的低水平膈肌肌肉质量（基线Tdi为2.3 mm或更低）与不良临床结局相关。

4.2.3. DUS 监测吸气努力-膈肌保护性通气

近年来，我们对呼吸机诱导的膈肌功能障碍（VIDD）的机制有了更多的了解。现在的研究集中在监测膈肌功能的方法上，同时努力预防VIDD。尽早建立辅助通气（“自主呼吸”）似乎符合预防VIDD的努力，但也提出了遵守MV与“肺保护”的挑战。

此外，正如先前的研究所证实的，即使在辅助通气中，也会发生因废用而导致的膈肌萎缩，这表明简单地触发呼吸机不足以防止膈肌萎缩。此外，临床变量和呼吸机设置无法检测膈肌收缩性和膈肌萎缩的风险。

此时，吸气努力的滴定和患者-呼吸机相互作用中的同步似乎提供了同时保护肺和膈肌的最佳证据，尽管此类策略的有效性主要由生理学和流行病学数据支持。

最近的研究正在评估滴定通气和镇静策略的可行性，以优化呼吸努力，实现肺和膈肌保护性通气。在最近的一项试验中，根据预定义的跨膈压力波动（3-12 cm H2O）的“膈肌保护”范围滴定吸气支持。这种基于患者呼吸努力的策略，在不影响潮气量和跨膈压的情况下，增加了患者进行这种预定义的"膈肌保护"努力的时间。

虽然在这些先前的研究中，呼吸努力滴定是基于呼吸压力的监测，但一些作者提出，DUS可用于评估膈肌的收缩活动，因此也可用于评估呼吸努力。

评估膈肌增厚分数（TF）作为膈肌收缩活动（呼吸努力水平）的替代是一种合理的方法。调整机械通气支持力度以避免辅助过度或不足，可减轻膈肌上的MV损伤。在生理限度内维持膈肌收缩活动（努力）的通气支持滴定可能会防止膈肌构型的变化。（图4）。

增厚分数—滴定机械通气支持力度

图4：膈肌超声检测呼吸努力。根据增厚分数（TF）的滴定呼吸努力，(图A)--降低TF提示过度辅助（PSV 15cmH2O）。（图B）--“理想”的TF提示合适的呼吸努力（PSV 8cmH2O）；（图C）---TF增加提示辅助不足（PSV 5cmH2O）.

虽然膈肌活动的最佳水平不确定，Goligher等表明膈肌厚度在一定时间内是稳定的，收缩活动的水平通常在健康受试者静息时的潮式呼吸中观察到。在这项研究中，随着时间变化膈肌收缩活动直接影响膈肌厚度的变化。在第一次，在低收缩活动（TF）期间，Tdi降低，而在高收缩活动（TF）期间，Tdi增加。在该组的后续研究中，在MV的最初几天，TF在15-30%之间，与稳定的肌肉厚度和较短的通气持续时间相关。

随着研究发现膈肌厚度与呼吸努力呈线性相关，可以假设，即保持15-30% 的TF 可能是在MV 期间滴定呼吸用力的安全阈值。

然而，应该强调的是，使用超声检查膈肌，特别是吸气增厚分数（TF）作为膈肌呼吸努力的替代，在文献中仍然是有争议的。

跨膈压（Pdi）代表膈肌的特定肌肉力量，其测量值被认为是膈肌功能的金标准，特别是在膈神经双侧磁刺激后。然而，Pdi测量由于其在临床环境中的使用问题而被忽视（食管和胃管的不可用性和侵入性，专家解释）。为了克服这一点，超声已被提议作为评估膈肌功能的非侵入性工具。在吸气期间，肌肉收缩促进肌纤维的缩短，这可以通过超声在并置区中观察到并量化。膈肌增厚分数（TF）是吸气期间膈肌厚度增加的幅度。有人提出，吸气时膈肌增厚反映了膈肌用力的大小，这一点可以通过评估膈肌麻痹患者膈肌厚度的研究得到证实，在这些研究中，没有从膈肌麻痹中恢复的受试者在超声上没有观察到膈肌增厚。

然而，关于TF评估膈肌呼吸努力的能力的结果是有争议的。Vivier等人研究了增厚分数（TF）是否可以预测拔管后需要计划无创通气（NIV）的12例患者的呼吸肌努力。本研究中的呼吸功由经膈肌压力-时间乘积（PTPdi）表示。在自主呼吸期间和NIV期间，在三个压力支持水平（5、10和15 cm H2O）下对患者进行评价。作者发现TF和PTPdi之间存在显著相关性，表明膈肌增厚的变化与呼吸的做功相关。

Umbrello等人研究了在超声上观察到的膈肌收缩活动性能（膈肌偏移和增厚分数，TF）与吸气肌努力的传统指数比较（食管压力-时间乘积（PTPes）和食管压力-时间乘积（PTPdi）），研究对象是25例择期大手术后入住ICU的患者在辅助MV期间，他们符合在不同PS 水平（0、5和 15 cmH2O）下进行自主呼吸试验的标准。作者观察到，随着PS水平的增加，在潮式呼吸期间，膈肌TF、PTPes和PTPdi之间平行降低。膈肌TF与PTPes和PTPdi显著相关。各项指标都与膈肌偏移无相关性。

Goligher等人在5名健康受试者中研究了膈肌增厚分数与膈肌电活动（EAdi）之间的关联（验证研究）。TFdi与EAdi呈正相关。在吸气量低于50%时，被动吸气不会导致膈肌增厚，这表明在临床相关吸气量时，膈肌增厚反映了肌肉收缩，而不是被动吸气。

为了估算出用于评估呼吸努力的可靠措施，Umbrello等人研究了21名接受压力支持（PS）MV的重症患者的食管（Delta Pes）和经食管（Delta Pdi）测量值及其衍生值（食管压力-时间乘积（PTPes）、经食管（PTPdi）和呼吸功（WOB））的变化，并与膈肌增厚（TF）和胸骨旁肋间增厚（TFic）的变化进行了比较。在三个PS水平进行测量：基线、降低25%和50%。作者发现TF与食管PTP仅弱相关，但在排除膈肌功能障碍患者（根据Gilbert指数定义）后，这种相关性有所改善。

与这些先前的研究不同，在其他论文中未观察到增厚分数与呼吸努力之间的关系，如下所示。

Oppersma等人在13名健康志愿者中研究了斑点跟踪（应变和应变率）的有效性，与膈肌增厚分数相比，在吸气过载期间（从0到50%的最大吸气压力随机分配）以评估膈肌吸气努力。同时记录膈肌电活动（EAdi）和跨膈肌压（Pdi）。应变和应变速率随着个膈肌负荷增加而增加。应变和应变率与Pdi和EAdi高度相关，但TF不受吸气负荷变化的影响，与EAdi和/或Pdi无关。

Poulard等人研究了在不同压力支持设置下，14名健康受试者（他们对这些受试者施加了不同的外部吸气阈值负荷）和25 名机械通气(MV)患者的膈肌增厚部分（TF）与跨膈肌压力（Pdi；计算PTPdi）之间的整体关系和个体内部关系。他们发现，在健康受试者中，Pdi和PTPdi的变化与TF中度相关，在MV患者中，Pdi和TF的变化弱相关，表明TF不能推断压力输出。

最近，Steinberger等人在46例因COVID-19肺炎住院的患者持续气道正压通气（CPAP）期间，发现超声测量的膈肌偏移（DE）和增厚分数（TF）可以反映食管压力（Delta Pes）的变化。作者未发现Delta Pes与DE或TF之间存在任何相关性，尽管在PEEP和ZEEP之间Pes振荡变化与TF变化之间仅观察到中度相关性。

这些有争议的发现可能由许多方面引起。(1)研究人群的异质性：Goligher和Oppersma调查了健康个体，而Poulard评估了健康和机械通气患者的混合样本;然而，其他研究评估了特定的患者人群（拔管后需要计划NIV的患者，符合SBT标准的大型择期手术后入住ICU的患者以及接受CPAP治疗的COVID-19肺炎患者）。(2)这些研究采用不同的条件来测试努力：研究在健康个体中应用了不同的吸气负荷方案，这些健康个体可以采用不同的呼吸肌募集模式。(3)关于对患者的研究，它们可以是关于肺容量和胸壁顺应性的各种结构。(4)在重症患者中，膈肌功能障碍（DD）可能影响膈肌增厚和吸气努力之间的关系，但Steinberg的研究未对DD进行测试。(5)在很大程度上认识到，增厚分数与宽范围的PTPdi值相关，这可能意味着膈肌收缩的程度和相应的呼吸功在受试者之间变化。尽管这些争议表明，在将TF作为呼吸努力的代替指标时应谨慎。我们相信Goligher的研究结果，即膈肌形态的变化（由Tdi估计）与膈肌收缩活动（由增厚分数估计）之间的关系，可能表明TF为估计呼吸努力提供了一种合理的替代方法，其监测对于预防膈肌肌损伤是必不可少的。

5.人机不同步（PVA）

人-机不同步（PVA）可定义为患者吸气努力/需求与呼吸机输送的气体（关于时间、流量、容量或压力）之间的不匹配。

PVA并不罕见，可能发生在多达四分之一的机械通气患者中，但经常被忽视和低估。

PVA与不良反应相关，如呼吸困难、呼吸功增加、auto-PEEP、肺气体交换恶化、睡眠时间和质量下降，导致结局更差（镇静和神经肌肉阻滞的使用增加、MV延长、MV持续时间延长和死亡率增加）。

除了吸气流量不平衡（不足或过多）之外，PVA最常见的原因是在吸气周期阶段触发期间患者-呼吸机相互作用不匹配（无效努力、自我触发和双重触发），吸气阶段结束（过早或延迟循环）。

PVA潜在地影响膈肌功能，并被认为是MV与膈肌无力，即肌创伤相关联的机制之一。

最佳的人-机相互作用，没有不协调性，理论上是膈肌的理想选择。最近，已经确定在保护肺和膈肌的情况下进行MV需要监测呼吸努力。因此，除了肌肉中结构改变的识别之外，DUS可以是评估呼吸努力的（通过测量由厚度分数表示的膈肌的收缩活动）有价值的工具。

如前所述，与肌创伤相关的主要机制是：过度辅助导致呼吸努力抑制和废用性萎缩，辅助不足与吸气向心性收缩期间的高努力和负荷损伤相关，呼气阶段期间的离心收缩，以及纵向萎缩相关。

PVA相关的肌肉损伤主要与离心收缩有关。在某些类型的不同步中，患者的吸气努力（例如无效努力）可能发生在呼气阶段，决定了离心收缩或负重收缩（在纤维拉伸期间发生的收缩），并导致肌纤维损伤。

尽管机械呼吸机显示屏上的气流、容量和压力信号的目视检查可能会显示异常，但在此方法中可能会忽略PVAs。

检测PVA的金标准是食管压力监测（Pes），可准确检查患者的吸气肌用力和相应的呼吸供应。然而，Pes的监测仍然有限，因为它通常不可用并且具有技术缺陷（例如，严格控制食管球囊体积和位置）。

膈肌电活动（EAdi）是另一种用于监测PVA的工具，也被认为是一种参考技术，但在日常实践中使用Pes具有类似的局限性（不可用、侵入性、专门的解释培训）。EAdi监测可以检测触发延迟、早期和晚期循环、自动触发、双重触发和无效努力。

考虑到吸气收缩活动（收缩）决定了胸膜压力的变化，DUS可用于同时监测膈肌功能和呼吸模式，以检测PVA。

Soilemezi等人同时记录了三名患者的膈肌位移（DUS）和气道压力，以评估人-机不同步。作者在该方法中描述了三个典型的异常检测案例，证明：(a)双重触发的患者（呼吸机为单个患者提供两次连续呼吸）;（B）具有无效努力的患者（由于过度的吸气辅助和长的吸气时间以及患者呼气相的缩短，防止了患者的下一次吸气努力超过固有PEEP并激活呼吸机）;（c）反向触发患者（当吸气努力由机械呼吸直接触发时）。这项技术的主要局限性是不能连续记录。

当观察到辅助呼吸循环期间而未检测到吸气增厚时，同时观察TF和Paw可能表明自动触发PVA。

Vivier等人研究了基于超声分析膈肌偏移（DE）或增厚结合气道压力检测PVA的新方法的性能和准确性。他们发现这种方法（尤其是膈肌增厚）比单独的流量和压力波形分析更准确，并且比膈肌EMG检测人-机不同步具有更好的可行性。

应该注意的是，尽管DUS可能是检测大多数类型PVA的合理替代方案，但需要进一步研究以确定其确切作用。

6.膈肌超声在脱机评估中的作用

脱离MV是一个逐渐减少呼吸支持的过程，对呼吸肌（特别是膈肌）构成挑战。不成功的MV撤机结局更差，发病率和死亡率增加。

脱机失败的主要原因是呼吸系统的负荷和容量之间的不平衡。识别适合或不适合脱机的患者一方面避免了不必要地使用MV及其固有风险，另一方面防止过早脱机及其并发症。对于这种特征，采用临床标准（“准备测试”）来识别哪些患者具备或不具备脱离MV的条件。然而，准备测试有时可能会指出患者脱机能力的不确定性，在这些情况下，使用生理测试和脱机预测因子可以帮助识别患者具备或不具备脱机的条件。

超声评估膈肌功能已被用作脱机的预测指标，主要作为预测拔管成功的诊断性试验。

许多研究已经使用DUS来预测评估脱机，甚至有关于该主题的荟萃分析和系统评价的文献。

最早的研究表明，成功拔管或撤机失败可能与：膈肌偏移截止值为11-14 mm，膈肌增厚分数低于30-36%等有关。

然而，最近Vivier等评估了膈肌偏移和增厚预测拔管的准确性。191例成功接受SBT的患者在拔管前在T管中进行DUS。膈肌功能障碍，定义为偏移< 10 mm或增厚<30%，与拔管失败的风险增加无关。Vetrugno等人最近还证明，在57名接受MV脱机的COVID-19患者中，膈肌增厚分数（TF）不能预测MV脱机失败。191例成功接受SBT的患者在拔管前在T管中进行DUS。膈肌功能障碍，定义为偏移< 10 mm或增厚<30%，与拔管失败的风险增加无关。Vetrugno等人最近还证明，在57名接受MV脱机的COVID-19患者中，膈肌增厚分数（TF）不能预测MV脱机失败。

关于DUS预测MV脱机的价值，必须假设结果存在争议，目前不允许得出一般性结论。

这一争议似乎主要与人群和研究设计的异质性以及受试变量的特征有关。在以下方面存在显著差异：

(1)与自主呼吸测试（SBT）相关的超声评估时间，SBT期间的患者位置；

(2）在呼吸支持（PEEP水平，压力支持）患者中使用超声进行膈肌评估技术的标准化；

（3）SBT失败、脱机失败或拔管失败的定义不同，这些定义在研究中没有标准化，使得结果测量之间的比较困难。

此外，在DUS上观察到的呼吸功能障碍患者中，有相当一部分可以成功地脱离呼吸机，这表明在成功进行SBT的患者中，拔管似乎是由膈肌功能以外的因素决定的。

虽然膈肌超声是一种有前途的诊断工具，但为了确定其在预测脱机中的作用，还需要进行额外的研究来对技术方面的一些相关点进行标准化，并考虑到临床问题，这表明：

-为了识别脱机失败的高风险患者，在SBT之前进行DUS。

-为了预测脱机结果或诊断脱机失败的原因，最好在开始和/或完成SBT后进行DUS。

7.功能成像的新技术和未来发展、组织特性的量化

7.1.组织多普勒成像

组织多普勒成像（TDI）是一种超声技术，可检测移动结构反射的超声信号的频率变化。已被广泛用于评估心脏功能，但最近才被用于评估成人和新生儿的膈肌。

虽然对健康志愿者（n = 20）的研究很少，目的是描述其模式。最近，Soilemezi等人公布了有趣的结果，报告了正常值，并评估了收缩时（包括收缩峰值速度(PCV)）和放松时（包括最大放松率(TDI-MRR)）膈肌TDI波形速度的可重复性。同样在这项研究中，作者记录了选择进行自主呼吸试验的ICU插管患者（n = 106）的膈肌TDI模式和值，比较了成功和不成功撤机的病例，并且在这些患者的一个亚组（n = 24）中，他们将TDI测量值与来自经膈肌压（Pdi）的参数相关联。结果表明，正常受试者与成功和不成功的撤机患者的TDI膈肌的收缩和舒张模式。值得注意的是，与健康参与者和脱机成功患者相比，脱机失败患者显示出显著更高的PCV和TDI-MRR速度，在脱机期间PCV和TDI-MRR的值越高，脱机失败的可能性越大。此外，在用Pdi评价的患者亚组中，证明了TDI PCV与峰值Pdi和PTPdi以及Pdi-MRR和TDI-MRR的高度相关。这些发现提供了使用非侵入性技术对脱机失败患者的生理行为的解释。

Cammarotta等人研究了TDI评估的呼吸功能（测量偏移速度和加速度）是否有助于区分100例通过30分钟自主呼吸试验（SBT）的成人受试者拔管成功（48小时后）。在SBT结束时进行TDI测量。他们发现：（1）TDI参数（在SBT结束时收集）可区分拔管后48小时内可能出现拔管失败的个体（与成功拔管的个体相比，这些个体的dTDI变量显著较高）。吸气峰和平均速度是成功SBT后拔管失败的良好预测因素; TDI评估具有可行性和可重复性。

尽管初步结果非常重要，但重要的是要指出，在方法的标准化方面仍需要取得很大进展，包括确定膈肌移动的感兴趣点（ROI），以及其他因素的影响，如胸腔顺应性和辅助吸气和呼气肌的激活。

7.2.斑点跟踪超声（STUS）

在超声上评估膈肌功能的传统方法，例如测量膈肌偏移、膈肌厚度和增厚分数（TF），虽然是统一的，但仅限于测量膈肌组织在横轴上的变形，因此不能评估“纵向”肌肉缩短，即在收缩肌纤维方向上的运动。斑点跟踪超声（STUS）是一种新的分析方法，已广泛用于超声心动图，可观察运动方向（纵向）上肌纤维的收缩。

斑点表示肌肉组织的一个区域，其在超声上的灰度图案保持相对恒定。STUS软件的分析基于在收缩周期期间追踪（跟踪）一组斑点，测量它们的位移和变形（斑点相对于彼此的运动）。变形的程度被称为“应变”，而“应变率”测量变形速度。因为STUS跟踪特定的感兴趣区域，所以它被认为是角度相对独立的，并且跟踪可以帮助区分被动运动和主动收缩。

在不同的情况下，使用STUS调查膈肌运动的适用性进行了测试。

Hatam等人分析了在CPAP（CPAP 5、PSV 5、10和15）或无支持（自主呼吸）下接受NIV的健康个体（n = 13）中，STUS中的膈肌变形（横向应变）作为呼吸负荷的参数，并与吸气增厚分数（TF）进行了比较。他们发现，在CPAP和PSV下TF和横向应变均显著增加，并且横向应变与TF相关性良好。

Oppersma等人评价了斑点跟踪超声（应变和应变率%）在健康志愿者（n = 13）中量化膈肌收缩力的有效性，这些志愿者接受了吸气超负荷方案（从0至50%的最大吸气压力随机分配）。记录膈肌电活动（EAdi）、跨膈压（Pdi）和增厚分数。他们发现，应变和应变率随着膈肌负荷的增加而增加，而不是TF。应变和应变率均与Pdi和EAdi高度相关，但与TF无关。在这项研究中，STUS在吸气阈负荷下评估膈肌收缩是优于传统超声技术（TF）的。

Orde等人评价了STUS参数（纵向应变）与膈肌厚度、增厚分数（TF）和偏移（膈肌尾侧位移）评价相比，在分析健康成人（n = 50）膈肌收缩时的适用性。他们发现右侧纵向应变和TF之间存在中度相关性，应变和偏移之间存在弱相关性。TF、偏移和应变的评估者间和评估者内变异性令人满意。

Xu等评价了通过STUS定量膈肌纵向应变（DLS）的可行性和重现性（研究A：25例健康受试者和20例机械通气患者），旨在确定最大DLS是否可用于预测脱机结局（研究B：多中心回顾性，96例患者选择脱机，其中56例成功脱机）。在正常呼吸、深呼吸和MV条件下，操作员内和操作员间的可靠性为良好至极好。DLS与膈肌增厚分数（TF）和膈肌偏移（DE）呈良好的线性关系。对于成功脱机的预测，DLS的ROC曲线的AUC与TF非常相似，但并不优于浅快呼吸指数。

Fritsch等人评价了STUS用于评价冠状动脉旁路移植术后20例患者的膈肌的可行性，以检测表现为应变和应变率参数降低的膈肌功能障碍。每例患者均接受三次超声检查评估：（1）术前，（2）拔管后24 h内，（3）拔管后48 h内。他们发现，膈肌的变形（应变）减少在约24小时的时候，但收缩速度（应变率）保持稳定甚至增加。这种应变速率的增加归因于膈肌纤维募集模式的改变，这可能反映了II型纤维的激活增加。

虽然有令人鼓舞的结果，STUS缺乏在大型研究中的验证。此外，STUS分析软件的设计是为了确定心肌变形，它们是需要打破的“封闭盒子”。许多研究进行离线分析，需要相当长的时间，并在临床情况下的适用性困难。可能需要在异常膈肌功能和/或危重疾病受试者中进行涉及STUS的额外研究，并与肌电图或经膈肌压测量进行比较。

7.3.剪切波弹性成像

剪切波弹性成像技术是近年来发展起来的一种新技术，它通过产生一个振动源（聚焦由超声波探头产生的声脉冲束），导致组织变形并产生可量化的剪切波（转换成剪切模量，SM）。

因此，SM表示组织的生物力学信息，是转换有关膈肌特性的定性信息的创新方法。SM值越高，表明组织硬度越大。

在之前的两项健康受试者的研究中，SWE再现了膈肌收缩活动。

Chino等人研究了14名健康男性受试者在不同水平的次最大吸气任务（最大吸气口压的15、30、45、60和75%）下的膈肌功能和SWE（剪切模量，SM）。Bachasson等人在 15名接受吸气负荷方案的健康志愿者身上也观察到了类似的结果，他们评估了SWE（膈肌剪切模量量化，SMdi）与跨膈压力（Pdi）的测量相比，是否可用于评估膈肌功能。他们发现平均Pdi与平均SMdi相关，并且通过SWE评估的膈肌强度变化反映了Pdi的变化。

Aarab等人评价了患者在ICU期间剪切模式（SM）的变化及其与膈肌厚度变化的关系，并且在实验模型中，他们描述了膈肌的组织学和力产生变化。作为一项转化研究，其包括重症患者（n = 102，其中88例接受机械通气）和机械通气仔猪（其中收集了跨膈肌压和膈肌活检）的样本。该研究观察到膈肌构型变化的异质模式。厚度（86%）和SM（92%）较基线降低或增加超过10%的患者很常见。具体而言，8%的患者SM保持不变，51%的患者SM增加，41%的患者SM降低。重症患者的SM变化与膈肌厚度变化呈负相关。一个值得注意的发现是，在实验模型中，SM的减少与膈肌萎缩、脂质积聚和力量下降有关。尽管Aarab的发现值得注意，并且似乎证实了创伤性膈肌损伤的概念，但仍有必要通过标准化技术（理想探头位置、肺容量的影响、MS与呼吸周期相关的测量时刻）扩展SWE研究，并在不同模型和场景中扩展研究，以了解该方法的病理生理学。

8.局限性

虽然超声检查与其他评估膈肌功能的方法相比具有优势，但必须考虑其局限性以进行正确的解释。患者定位、操作员在执行超声时获取和解释图像的专业知识非常重要。然而，正如Garofalo等人最近观察到的那样，通过进行培训超声检查，认为可以很快的提高相应的学习技能曲线，其效果令人满意，特别是当它们涉及理论和实践的结合时，包括重症监护患者。关于患者体位的问题，尽管健康患者的不同体位可能会干扰膈肌的厚度，但Baldwin等人观察到良好的重现性（组内相关系数（ICC）= 0.990，95%置信区间：0.918-0.998），在半卧位呼气末时测量膈肌厚度，如常见的危重病人。考虑到在连续测量中膈肌厚度沿着肌肉表面变化的问题，标定超声探头的位置可以提高测量一致性（确保可重复性）。人们认识到，由于脾脏窗口较小，ICU患者左膈的可视化难度更大。然而，需要注意的是许多危重病人有胸膜（积液）和/或肺（实变或肺不张）改变，与人们想象的相反，这些改变有助于识别膈肌。在危重患者中，最近的专家共识表明，单侧评估右侧半膈肌是整个膈肌的替代，除非怀疑单侧受累，则需要双侧评估膈肌。由于肥胖患者膈肌的声学窗口较差，超声检查也会受到限制。最后，尽管在健康受试者中观察到增厚分数和吸气强度之间的相关性，但DUS不能直接测量吸气力，可能是因为胸腔的其他吸气肌肉可能部分有助于通气，干扰了膈肌的作用。即便如此，超声对膈肌功能的评估已经证明了与危重患者结局相关的许多重要临床意义。由于该工具似乎在不断发展，最近召开的一次专家会议记录了关于超声技术的主要观察结果，这些观察结果必须得到正确解释，旨在克服主要局限性。并非所有被引用的作品在研究设计、方法标准化、患者选择或与参考金标准方法比较方面都是同质的。

9.未来方向

虽然超声检查在最近一段时间有显著的发展，它在临床实践中的广泛使用仍然有很长的路要走。关于危重病，预计换能器和机器设置的潜在改进可以改善变量的可视化和测量。此外，我们必须进行更多的研究，将膈肌的超声检查结果与以下结果进行对比：

-肌肉的组织学发现

-与其他呼吸肌的相互作用，

- PVA检测参考工具，以及

-呼吸努力（如呼吸功，PTP）和疲劳（如TTI和松弛率）的基线测量。

此外，允许图像自动采集的技术改进可以使其成为真正的监测工具。

10.结论

膈肌功能障碍是常见的，并与MV的重症患者的许多不良后果相关。膈肌保护是一个最近的概念，基于旨在预防肌创伤的策略。监测膈肌功能和识别膈肌功能障碍是这种保护策略的基础。膈肌超声检查是一种可能的补充，有前途的工具，可用于床旁监测膈肌功能，可允许您调整呼吸机设置以提供保护性膈肌通气。在研究设计、方法标准化、患者数量和选择方面，需要同质的前瞻性研究，并将其与参考金标准方法进行比较。