摘要

        背景: 膈肌功能是慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者呼吸困難的關鍵決定因素，然而，在臨床實踐中極少評估這一功能。肺過度充氣也可損害膈肌功能。超聲可以評估膈肌的活動、功能和力量儲備。

        目的: 比較COPD患者和健康對照者的膈肌活動、功能和力量儲備。

        方法:納入穩定期COPD患者(80例)和健康受試者(20例)(其中97%為男性)。應用超聲測量潮氣呼吸和最大自主努力時的膈肌增厚分數。觀察指標如下:1)COPD患者與對照組膈肌力量儲備、活動和功能的差異;2)肺容量與膈肌力量儲備、活動和功能的相關性;3)膈肌力量儲備與中重度COPD急性加重率的關係。

        結果: 與對照組相比，COPD患者靜息呼吸時的膈肌增厚分數更高 (P= 0.002);在重度COPD患者中，靜息膈肌增厚分數約為對照組的2倍。COPD患者Muller動作時的最大膈肌增厚分數低於對照組 (P<0.01)。應用1—(靜息膈肌增厚分數/最大膈肌增厚分數)評估膈肌力量儲備率，可見COPD患者的膈肌力量儲備率低於對照組，並且隨著GOLD分級的增加而下降(P<0.001)。膈肌力量儲備率與深吸氣量相關(r=0.46)，與BODE指數相關(r=—0.49)。2年內有急性加重患者的膈肌力量儲備低於無急性加重者(P=0.024)。

        結論: 與健康受試者相比，男性COPD患者的膈肌負荷增加，膈肌功能受損，膈肌力量儲備下降。超聲評估COPD患者的膈肌可提供重要的功能信息。

        正文摘譯如下：

        結果

        納入80例COPD患者和20例健康對照受試者，其特征見表1。中位年齡(四分位數範圍)為71歲(65-77歲)，97%的患者為男性。肺功能數據見表2。COPD患者使用支氣管擴張劑後的FEV1/FVC和FEV1占預計值的百分比[中位數(四分位數範圍)]分別為47.7%(37.3-57.0%)和61.9%(40.8-75.3%)。COPD患者的RV/TLC和IC占預計值的百分比[中位數(四分位數範圍)]分別為53.0%(45.0-60.0%)和67.0% (57.3-60.0%)。

        表1 研究人群的特征

        表2 基線肺功能數據

        COPD患者和對照組的膈肌活動、功能和力量儲備

        COPD患者的靜息膈肌增厚分數((TFdi-tidal)顯著高於對照組(30.8% [24.1-45.2%] vs 21.1% [15.4-27.2%];P= 0.002)(表3)。重度COPD患者的靜息膈肌增厚分數為40.7%(27.9-53.7%)(表4)。

        如表3所示，COPD患者在Muller動作時的最大膈肌增厚分數(TFdi-max)和最大膈肌移動度(DE-max)明顯低於對照組(分別為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]);如果僅考慮重度COPD患者，則分別為61.5%(47.6-70.7%)和3.3cm(2.6-4.1cm)(表4)。鼻吸動作時的TFdi-max和DE-max的差異不明顯(表3、4)。

        表3 COPD患者和健康受試者的膈肌活動、功能和力量儲備率

        表4 氣流受限嚴重程度和膈肌活動、功能和力量儲備率

        如表3所示，COPD患者的膈肌力量儲備明顯低於對照組(Muller動作時:0.50 [0.35-0.64] vs 0.75[0.62-0.80] ，P<0.001; 鼻吸動作時:0.48[0.34-0.59] vs 0.67[0.55-0.76]，P<0.001)，這一比率隨著GOLD分級的增加而下降(圖2)。在重度COPD中，Muller動作時的膈肌力量儲備為0.35(0.23 - 0.52)，鼻吸動作時為0.37(0.18-0.50)(圖2和表4)。

        圖2 Muller動作時的膈肌力量儲備率以及氣流受限嚴重程度(按照GOLD分級)

        肺功能數據與膈肌活動、功能和儲備之間的相關性

        靜息膈肌增厚分數(TFdi-tidal)與RV/TLC呈顯著正相關，與支氣管擴張劑後FEV1和IC呈負相關(P<0.05)，見圖3。

        Muller動作時，最大膈肌增厚分數(TFdi-max)與支氣管擴張劑後FEV1和MIP呈顯著正相關，但與TLC、RV和RV/TLC負相關(圖3)。最大膈肌移動度(DE-max)與使用支氣管擴張劑後的FEV1和IC也明顯正相關，但與RV和RV/TLC呈負相關(圖3)。

        圖3 肺過度充氣與膈肌活動、功能和膈肌力量儲備之間的Spearman等級相關係數相關圖

        顏色越深，相關性越強。* P<0.05。BD =支氣管擴張劑;DE-max =最大膈肌移動度;FEV1=使用支氣管擴張劑後的1秒用力呼氣量;IC=深吸氣量;RV=殘氣量;TFdi-max=最大膈肌增厚分數; TFdi-tidal=靜息膈肌增厚分數;TLC=肺總量。

        Muller動作時膈肌力量儲備率與支氣管擴張劑後FEV1 (r= 0.52;P<0.001)和IC (r= 0.46;P<0.001) 呈中度正相關(圖4)，與TLC、RV、RV/TLC、MIP和BODE指數亦顯著相關(圖3)。鼻吸動作時的膈肌力量儲備率也存在類似的相關性，但通常更弱(圖3)。

        圖4 Muller動作時的膈肌力量儲備率和支氣管擴張劑後的FEV1(A)和深吸氣量(B)之間的相關性

        膈肌力量儲備對COPD加重的影響

        在2年隨訪期間，44% (35/80)的COPD患者發生中度至重度COPD加重，平均加重率為0.53次/年。COPD加重患者在Muller和鼻吸動作時的膈肌力量儲備明顯低於未加重患者(分別為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回歸模型顯示，膈肌力量儲備率和GOLD分級在COPD加重中未見明顯的相互作用(P = 0.438)。

        討 論

        本研究應用超聲前瞻性評估了80名COPD患者和20名年齡相近的健康受試者的膈肌活動、功能和力量儲備。兩組之間的很多基線特征具有可比性。大多數COPD患者為GOLD II級(41%)。與對照組相比，COPD患者存在氣體瀦留和肺過度充氣(RV/TLC增加>40%和IC下降<80%預計值)。本研究發現，COPD患者的靜息膈肌增厚分數明顯高於對照組，這表明平靜呼吸時的膈肌活動更高。COPD患者的膈肌功能更差，表現為Muller動作時的最大膈肌增厚分數和最大膈肌移動度低於對照組，該差異在重度COPD患者中尤為顯著。COPD患者的膈肌力量儲備明顯低於對照組。此外，在隨訪期間出現中度至重度急性加重患者的膈肌力量儲備明顯低於無急性加重者。

        平靜呼吸時的膈肌厚度、增厚分數和移動度最常用於評估膈肌活動和功能，雖然也在Muller和鼻吸動作時測量膈肌功能。很少有研究使用超聲來評估穩定期COPD患者的膈肌功能。

        Baria等針對50名COPD患者，應用超聲評估了TLC和FRC時的膈肌厚度和增厚分數，但沒有評估靜息時的膈肌增厚。他們得出的結論是，膈肌超聲可用於評估COPD患者的神經肌肉障礙。在32例COPD患者中，Smargiassi等發現，隨著肺過度充氣嚴重程度的增加，膈肌厚度逐漸下降，其結論為，超聲可以用於研究疾病的進展。Paulin等發現54名COPD患者的最大膈肌移動度明顯低於健康受試者，膈肌移動度影響呼吸困難和運動耐量。

        本研究中，與對照組相比，COPD患者的膈肌做功更高 (表現為靜息膈肌增厚分數更高)，這與氣流受限程度(GOLD分級)相關。膈肌必須產生比正常情況下更大的力量來將空氣送入肺部。COPD吸入負荷的慢性增加可導致膈肌慢性肥大以及相對保留的膈肌力量和耐力;然而，膈肌功能障礙存在於這些患者。本研究中，Muller動作時最大膈肌增厚分數和最大膈肌移動度下降，強化了既往的研究發現。此外，膈肌功能障礙的程度與氣流受限的嚴重程度呈正相關。重度COPD患者的最大膈肌增厚分數和最大膈肌移動度顯著低於對照組。

        應用1—(靜息膈肌增厚分數/最大膈肌增厚分數)評估膈肌力量儲備率，表示潮氣呼吸和最大呼吸時膈肌力量儲備的平衡(比值越低，膈肌力量儲備越少)。靜息膈肌增厚分數/最大膈肌增厚分數與跨膈壓/最大跨膈壓相似，後者被用於評估不同類型的患者發生膈肌疲勞的風險。本研究中，COPD患者的膈肌力量儲備率明顯低於對照組，且隨著氣流阻塞程度的加重而下降。此外，COPD患者中，膈肌力量儲備更低者的急性加重風險更高，且獨立於GOLD分級。這證實了Adler等的數據，他們發現在高碳酸血症型呼吸衰竭患者中，鼻吸動作時的膈肌功能與再入院率相關。

        過度充氣通過幾種機製損害膈肌功能，包括將膈肌縮短至次優長度，降低膈肌曲率，減少肋膈對合區域，從而導致膈肌的機械不利和肌力產生能力受損。Polkey等發現，在20名嚴重COPD穩定期患者中，顫搐性跨膈壓與肺容量增加呈負相關。

        本研究中，與健康受試者相比，COPD患者存在明顯的氣體瀦留和肺過度充氣，表現為RV/TLC較高，IC較低，這導致膈肌做功增加，膈肌功能下降。此外，膈肌力量儲備與RV/TLC呈顯著負相關，與IC顯著正相關，這些結果與肺過度充氣降低膈肌力量儲備的預期結果一致。這些相關性是顯著的，但並不總是很高，這表明其他因素也可能導致COPD的膈肌功能下降，例如高氣道阻力、營養不良和慢性高碳酸血症。本研究結果與Smargiassi等的研究結果一致，他們報道，膈肌厚度和增厚分數隨著氣流受限程度的增加而逐漸下降，而Dos Santos Yamaguti等的研究顯示，膈肌運動與RV和RV/TLC相關。此外，膈肌力量儲備率與BODE指數顯著相關，再次提示膈肌超聲評估可能為COPD患者提供重要的功能信息。

        本研究的局限性

        膈肌超聲依賴於操作者;既往研究顯示，膈肌超聲在健康受試者和重症患者中均具有良好的評分者內和評分者間信度，前提是采用嚴格的技術。在最大自主努力時測量膈肌功能需要患者的配合，這對於肺過度充氣嚴重的患者來說具有挑戰性。此外，本研究沒有強有力的縱向數據來評估膈肌功能和臨床結局的相關性，例如生存率或生活質量。此外，本研究納入的COPD患者的合並症明顯高於對照組，且大多為男性，因此其結果可能並不適用於所有COPD患者。需要進一步的研究來確定膈肌力量儲備下降對這些結局的影響。

        結 論

        與同齡對照組相比，男性COPD患者的膈肌負荷增加，膈肌功能受損，膈肌力量儲備下降。膈肌力量儲備下降與氣體瀦留、肺過度充氣、BODE指數和急性加重風險增加有關。膈肌超聲是一種有用的、無創的工具，可用於評估COPD穩定期患者的膈肌活動、功能和力量儲備，並可能提供獨特的功能信息。

        文獻來源：Rittayamai N, et al. Ultrasound Evaluation of Diaphragm Force Reserve in Patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease. Ann Am Thorac Soc. 2020 Oct;17(10):1222-1230