摘要：引用本文:焦光宇, 刘雨佳, 杨可溢, 等. 量化评估脓毒症患者膈肌收缩功能障碍的超声研究[J]. 中华结核和呼吸杂志, 2025, 48(2): 116-122. DOI: 10.3760/cma.j.cn112147-20240620-00348.
作者：焦光宇 刘雨佳 杨可溢 孔维姮 陈云秋
通信作者：陈云秋，中国医科大学附属盛京医院呼吸与危重症医学科
引用本文:焦光宇, 刘雨佳, 杨可溢, 等. 量化评估脓毒症患者膈肌收缩功能障碍的超声研究[J]. 中华结核和呼吸杂志, 2025, 48(2): 116-122. DOI: 10.3760/cma.j.cn112147-20240620-00348.
摘要
目的为系统评估脓毒症膈肌功能障碍，在前期脓毒症患者膈肌位移与膈肌增厚分数（DTF）明显下降的基础上，进一步分析与膈肌收缩时间相关的膈肌收缩速率与位移时间指数。
方法采用单中心前瞻性观察研究，选择中国医科大学附属盛京医院59例肺炎所致脓毒症患者（脓毒症组）。根据年龄和性别匹配原则（1∶1），选择59名同期门诊健康体检人员作为对照组。收集一般基线资料，并采用床旁超声测量膈肌厚度、DTF、膈肌位移、吸气时间、膈肌位移时间指数（E-T指数）以及每分钟E-T指数（平静呼吸膈肌E-T指数×呼吸频率）；并将膈肌超声指标与序贯器官功能衰竭评分（SOFA）做相关性分析。
结果（1）脓毒症组膈肌厚度与对照组差异无统计学意义［平静呼气末膈肌厚度：（2.06±0.35）mmvs.（1.96±0.37）mm，t=-1.516，P>0.05；最大吸气末膈肌厚度：3.18（2.86，3.61）mmvs. 3.04（2.73，3.27）mm，Z=-1.688，P>0.05），DTF明显低于对照组（0.49±0.17vs. 0.65±0.17，t=5.360，Pt=-4.187，Pt=-11.720，Pt=-7.410，Pt=-6.348，PZ=2.330，PZ=-3.383，PZ=-5.762，Pr=-0.882，PZ=-7.974，P
结论床旁超声可以系统量化评估脓毒症患者膈肌收缩功能障碍。在平静呼吸状态下，脓毒症患者呈现为浅快呼吸模式，机体可以代偿性满足氧需求。在深呼吸状态下，脓毒症患者膈肌内在收缩效能及做功能力下降，而膈肌因失代偿无法满足机体的氧需求。
膈肌是最重要的呼吸泵肌肉，其功能障碍会直接导致呼吸衰竭。50%以上危重患者存在严重的膈肌功能障碍，并与临床不良预后密切相关 ［ 1 , 2 , 3 , 4 ］ 。膈肌功能障碍主要包括膈肌收缩能力的降低与肌肉质量的减少（萎缩）两个方面；机械通气和脓毒症（sepsis）是临床上导致危重患者膈肌收缩功能障碍的两大危险因素［ 5 ］ 。有创的跨膈压测定与辐射暴露的X线无法作为常规检查手段［ 4 ， 6 , 7 ］ ，因此目前临床上仍无膈肌功能的常规检查方法。
超声成像技术的发展促进了床旁超声对膈肌功能的评估研究，主要是针对机械通气患者的撤机预测 ［ 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 ］ 。而少有的对脓毒症所致膈肌功能障碍的临床研究，局限在测量膈肌位移和增厚分数［ 14 , 15 ］ ，因为缺乏收缩时间的同步研究，它们无法完整地描绘膈肌的运动轨迹与收缩功能下降情况［ 16 , 17 ］ 。因此，本研究进一步探索与收缩时间相关的膈肌收缩速率与膈肌做功，为系统评估脓毒症患者膈肌功能障碍的程度提供定量试验依据。
对象与方法
1.研究对象和分组：采用纵向单中心前瞻性观察研究，招募2018年9月至2020年1月中国医科大学附属盛京医院首诊收治以肺炎所致脓毒症入院的患者为研究对象。所有患者诊断均符合2016年“脓毒症和脓毒性休克第三版国际共识定义”［ 18 ］ ，即感染引起的序贯器官功能衰竭评分（SOFA）总分急性改变≥2分（对于基础器官功能障碍状态未知患者，可以假设基线SOFA评分为0分），且为首次发病确诊24h内的患者；排除标准：（1）机械通气；（2）妊娠或肿瘤终末期；（3）有胸腔积液、气胸或纵隔气肿、邻近处手术外伤；（4）原发性神经肌肉疾病；（5）既往严重的心、肝、肾等脏器功能不全；（6）既往罹患慢性阻塞性肺疾病、睡眠呼吸暂停综合征、甲状腺功能亢进或甲状腺功能减退等病史；（7）应用类固醇、止痛药或镇静剂；（8）年龄<18岁；（9）血流动力学不稳定或不能配合完善超声检查。本研究经我院伦理委员会批准（批号：2017PS222K，2019PS624K），所有研究对象均由本人或者家属签署知情同意书，自愿参与。研究期间我科首诊收治的确诊脓毒症的患者共107例，他们均为肺炎导致的脓毒症，其中有59例脓毒症患者纳入本研究中， 图1 为详细的纳入/排除流程。根据年龄性别1∶1匹配原则招募了59名同一时期门诊体检的健康志愿者为对照组。图1 研究对象纳入及排除流程图
2. 一般资料收集：入院时记录所有研究对象的年龄、性别、体重指数（body mass index，BMI）、诊断脓毒症时体温及氧合指数、平均动脉压（mean arterial pressure，MAP）、基础疾病以及SOFA评分。
3. 床旁超声检查：满足纳入标准的患者被纳入到研究组内，并于诊断脓毒症后24 h内完成床旁超声。膈肌超声测量采用同一个仪器（开立X5便携式超声彩色多普勒诊断仪，深圳开立生物医疗科技股份有限公司）。所有受试者均取仰卧位，将频率为4.0~16.0 MHz的线阵探头置于第8~10肋间隙之间，垂直置于胸壁，采用超声B型模式测量膈肌厚度（平静呼气末和最大吸气末），重复3次取平均值，计算膈肌增厚分数（diaphragm thickening fraction，DTF）=（最大吸气末厚度-平静呼气末厚度）/平静呼气末厚度×100%［ 15 ］ 。将频率为2.0~5.0 MHz的凸阵探头置于右侧肋缘与锁骨中线的交点处，以肝脏为探测窗，通过超声M型模式探测膈肌活动度最大处，在平静呼吸和深呼吸两种状态下从吸气相开始记录3个以上连续呼吸周期膈肌运动波形（ 图2 ），测量运动波形中波峰至波谷水平线的垂直距离为膈肌位移，波谷到波峰的水平距离为吸气时间，测量3个连续运动波形取平均值为最终数据。计算膈肌收缩速率（膈肌位移/吸气时间）、膈肌位移时间指数（excursion-time index，E-T指数=膈肌位移×吸气时间）；平静呼吸膈肌E-T指数×呼吸频率为每分钟膈肌E-T指数［ 19 ］ 。分别计算DTF、膈肌位移、收缩速率、E-T指数与SOFA评分的相关性分析。超声测量由同一位超声专家完成，并指导受试者正确进行深呼吸（从呼气末通过最大努力至深吸气末）。图2超声M型模式下记录膈肌运动波形。对照组平静呼吸（A），对照组深呼吸（B），脓毒症组平静呼吸（C），脓毒症组深呼吸（D），膈肌收缩速率=膈肌位移/吸气时间；E-T指数=膈肌位移×吸气时间
4. 统计学处理：采用 IBM SPSS 21.0 软件，对所有数据资料进行正态性检验，符合正态分布的计量资料以均数±标准差描述，两样本均数的比较采用配对样本 t检验。不符合正态分布的计量资料以M（Q13）描述，采用Mann-WhitneyU检验进行比较；计数资料用频数（百分比）描述，用 χ2检验进行比较。与SOFA评分的相关性分析，符合正态分布的计量资料采用Pearson分析，不符合正态分布的计量资料采用Spearman分析。以P结果
一、一般基线资料的比较
本研究共纳入59例脓毒症患者为脓毒症组和59名门诊体检的健康志愿者为对照组，其中脓毒症组和对照组分别为男性36例，女性23例，年龄为29~92（62.10±14.09）岁，两组患者之间BMI、MAP以及基础疾病差异均无统计学意义（均 P>0.05），脓毒症组体温、氧合指数、SOFA评分见 表1 。
二、床旁超声对受试者膈肌功能的比较
1. 脓毒症组与对照组膈肌厚度及增厚分数比较：脓毒症组平静呼气末厚度为（2.06±0.35）mm、最大吸气末厚度为［3.04（2.73，3.27）mm］，与对照组差异均无统计学意义（均 P>0.05），表明脓毒症组膈肌没有萎缩。然而，脓毒症组膈肌增厚分数明显低于对照组（0.49±0.17vs.0.65±0.17），差异有统计学意义（P
2. 脓毒症组膈肌位移比对照组明显下降：脓毒症组膈肌位移低于对照组明显，无论是平静呼吸时［（13.20±4.56）mm vs.（16.67±4.43）mm］，还是深呼吸时［（23.38±5.89）mmvs.（42.53±9.15）mm］，差异均有统计学意义（均P
3. 脓毒症组吸气时间明显低于对照组：在平静呼吸与深呼吸两种状态下，脓毒症组吸气时间［平静呼吸（0.99±0.27）s，深呼吸（1.20±0.39）s］均低于对照组［平静呼吸（1.42±0.33）s，深呼吸（1.76±0.54）s］（均 P
4. 膈肌收缩速率比较：比较平静呼吸状态和深呼吸状态下膈肌收缩速率变化。平静呼吸状态下，脓毒症组膈肌收缩速率快于对照组［13.67（10.03，16.35）mm/s vs.11.18（9.75，14.17）mm/s］，差异有统计学意义（Pvs.24.69（19.37，29.27）mm/s］，差异有统计学意义（P
5. E-T指数比较：平静呼吸状态下，脓毒症组膈肌E-T指数低于对照组［11.23（8.21，17.15）mm/s vs.23.29（15.61，31.30）mm/s］，差异有统计学意义（PP>0.05），表明在平静呼吸状态下膈肌可通过增加呼吸频率代偿每次呼吸做功的不足，满足机体平静状态下的氧需求。在深呼吸状态下，脓毒症组膈肌E-T指数低于对照组［25.54（16.32，42.94）mm/svs.70.08（52.37，88.04）mm/s］，差异有统计学意义（P
6. 脓毒症患者膈肌指标与SOFA评分相关性分析：深呼吸膈肌E-T指数降低与SOFA评分相关性最高（ r=-0.882，Pr=-0.841，P
讨论
本研究在前期脓毒症患者膈肌位移与DTF明显下降的基础上，进一步分析与膈肌收缩时间相关的膈肌收缩速率与位移时间指数，发现：（1）平静呼吸状态下，脓毒症组不仅膈肌位移明显降低，而且收缩时间明显缩短，呈现出浅快呼吸模式；（2）深呼吸状态下，脓毒症组膈肌收缩速率显著降低，反映膈肌内在收缩效能明显下降；（3）平静呼吸与深呼吸状态下，脓毒症组E-T指数均明显下降，然而平静呼吸状态下每分钟E-T指数与对照组无差异；（4）深呼吸膈肌E-T指数与SOFA评分相关性最高，表明它与脓毒症患者病情严重程度最相关。
膈肌功能障碍主要包括膈肌收缩能力的降低与肌肉质量的减少（萎缩）两个方面。在脓毒症患者中，感染导致炎症因子大量释放，持续的线粒体功能障碍和氧化应激是导致细胞损伤和器官功能障碍的主要原因，因此也在参与膈肌损伤中发挥重要作用 ［ 3 ， 5 ， 7 ， 20 ］ 。结合基础研究，表明感染导致脓毒症可以通过炎症因子（如TNF-α、IL-1和IL-6）大量释放，激活NF-κB、JAK/STAT、MAPK等信号通路，激活的氧化应激导致代谢功能障碍、细胞凋亡和自噬增强等，从而引起膈肌收缩力降低与膈肌萎缩［ 10 ， 21 , 22 , 23 ］ 。
本研究中我们分别采用超声B型模式和M型模式检查，采用高频线阵探头的超声B型模式，因其高分辨率可以在浅表清楚地显示膈肌三维结构的二维横截面视图，从而测量到膈肌的厚度并计算DTF，但是无法记录膈肌收缩时间及运动轨迹波形 ［ 17 ］ ；而超声M型模式采用低频凸阵探头，有较好的组织穿透力，可以为测量深部组织提供更深更宽的视野。我们采用超声M型模式动态地捕捉膈肌随时间的运动轨迹波形［ 16 ］ ，从而测量膈肌位移、吸气时间，以及吸气速率等参数，从而拓展了脓毒症患者膈肌超声评估内容。
脓毒症时呼吸负荷增加，特别是膈肌阻力负荷或弹性负荷增加时，我们测量到平静呼吸膈肌位移明显下降，显示呼吸变浅；同时还发现膈肌收缩时间变短，表明呼吸增快。说明脓毒症患者对增加呼吸负荷时呼吸模式适应性改变，即改变为浅快呼吸模式，以补偿增加的呼吸需求。膈肌的收缩功能不仅取决于收缩力的大小，还取决于膈肌的收缩速率以及膈肌做功能力 ［ 19 ］ 。膈肌收缩速率反映吸气时胸腔压力的变化速度，与肌肉力量相关［ 24 ］ 。最大深吸气时产生的胸腔压力变化，主要由膈肌固有的收缩特性决定，不受肺顺应性或胸壁结构变化的影响，因此能更准确地反映单位时间内的膈肌收缩效能。本研究中，代表膈肌收缩效能的最大收缩速率明显降低，表明患者无法代偿性满足机体对深呼吸时氧的需求。
膈肌做功可以用膈肌在吸气时所产生的跨膈压力与其收缩持续时间的乘积表示。在既往研究脓毒症患者膈肌收缩功能时，因为没有考虑吸气时间和呼吸频率，同样的膈肌位移可以代表膈肌不同的做功能力。Palkar等［ 19 ］ 采用超声测量的膈肌位移替代膈肌产生的跨膈压，其与吸气时间的乘积为膈肌E-T指数，可以间接反映膈肌所做的功。本研究表明平静呼吸状态下，脓毒症组每次E-T指数相较于对照组明显下降，然而每分钟E-T指数，脓毒症组与对照组无差异，表明平静状态下膈肌可以通过增加呼吸频率代偿每次呼吸做功能力不足，满足机体平静状态下的氧需求。但是，深呼吸状态下，与脓毒症严重程度最相关的膈肌E-T指数相较于对照组明显下降，反映出膈肌接近疲劳阈值时出现储备不足，无法代偿性满足机体对深呼吸的氧需求。本研究对诊断脓毒症24 h内的患者进行床旁超声测量，所有纳入研究的患者血流动力学稳定、配合度较好［ 25 ］ 。为了排除机械通气的影响，所有脓毒症机械通气治疗患者均没有被纳入本研究。在我们的研究中，均以肝脏为声窗，通过超声M型模式在膈肌活动度最大处测量膈肌的运动曲线［ 26 , 27 ］ 。受试者均采用仰卧位进行右侧膈肌的床旁超声测量，此时腹内压比坐位、直立位时低，且右侧膈肌比左侧重复性好，结果更为准确［ 28 ］ 。当然，本研究为单中心研究，所得结论尚需多中心研究的大样本验证。后续将进一步联合多中心扩大样本量并根据SOFA评分进行分组更深入研究。综上所述，床旁超声可以系统量化评估脓毒症患者膈肌收缩功能障碍。在平静呼吸状态下，脓毒症患者膈肌收缩速率增快，呈现为浅快呼吸模式。每分钟E-T指数维持正常，提示机体可以代偿性满足氧需求。在深呼吸状态下，膈肌收缩速率下降，E-T指数明显降低，表明膈肌内在收缩效能及做功能力下降，进而膈肌因失代偿无法满足机体的氧需求。
来源：呼吸科空间
