从肺康复的角度看机械通气、膈肌无力和撤机困难

摘要

大多数病人在呼吸衰竭得到纠正且成功通过自主呼吸试验后可撤离机械通气（mechanical ventilation, MV），但约25%的患者仍存在撤机困难。MV会导致膈肌的细胞结构改变和肌力减弱，这与撤机困难相关，亦被称之为呼吸机诱导的膈肌功能障碍（ventilator induced diaphragmdysfunction, VIDD）。导致撤机延迟的因素包括营养不良、慢性电解质紊乱、高血糖症、气道阻力和弹力负荷过大、糖皮质激素和肌松药的使用、脓毒症以及心脏功能障碍。大量的动物实验证实，MV能迅速导致VIDD，其细胞和分子机制亦已确认。进一步的人体研究基本上已证实了动物实验的结果，并确定了潜在的治疗策略。近期，才有VIDD的治疗措施用于人体试验，包括药物干预和膈肌训练。数量有限的人体研究发现，膈肌训练能提高撤机失败（failure to wean,FTW）患者的呼吸肌肌力，有利于撤机，但这需要更大的、多中心研究的支持。

FTW的流行病学

据报道，延迟撤机的患者一年内的死亡率为20-50%。一项针对126例长期接受MV后存活一年的患者的研究发现，仅9%的患者能完全独立完成日常活动（activities of daily living ，ADL），26%的患者可适度独立完成ADL，而65%需完全依靠他人才可完成。撤机延迟患者的平均医疗费用为 $306,000/年。在美国，撤机延迟患者（MV>96小时）的数量以每年5.5%的速度增长，预计2020年该患者数接近605，000人，其中大多数将经历FTW。因此，应确定对FTW有效的预防和治疗措施。

膈肌肌力和FTW之间的关系

膈肌是吸气压的主要来源。在多项研究中，膈肌肌力被设计为预测成功脱机的主要指标。临床上，膈肌肌力通常是通过气管或者单向阀的气管导管测量吸气压而获得，即最大吸气压。该方法虽具有临床实用性，但特异性差。配合度差和危重患者的最大吸气压被低估。而且，它不是专门针对膈肌，而是由所有的吸气肌产生。

一个更直接的指标为最大跨膈压（Pdimax）。它是在患者自愿努力吸气状态或者双侧膈神经刺激下，应用食道和胃压力传感器测得。虽未常规应用于临床，但其可特异性检测膈肌肌力，且配合膈神经刺激时不需要患者的积极参与。据报道，与低Pdimax的患者相比，高Pdimax的患者更容易成功撤机。另外，FTW患者在自主呼吸试验时，可见膈肌电活动增加，但神经冲动转化为吸气压或者潮气量的效率较低。

MV对膈肌功能的影响：人体研究

至今为止，19项临床研究探讨了MV对膈肌结构和功能的影响，包括基因表达、膈肌厚度、压力、肌纤维横截面积以及VIDD的细胞和分子机制。这些人体研究结果与动物实验的发现一致。

VIDD的迅速进展意味着膈肌基因表达的快速改变。研究发现，持续2-6小时的心胸手术导致的基因改变与VIDD的早期变化一致。

MV时，膈肌的萎缩速度是四肢骨骼肌的8倍。它们的占空比可能可解释其不同的萎缩速度。膈肌活动为持续性活动，占空比为30%。控制性MV使膈肌完全无活动，导致膈肌的快速萎缩。而四肢肌肉为间歇性活动模式，且占空比较低（5%），更能抵抗废用性萎缩。

一些研究者通过单纤维和跨膈压证实了MV对膈肌生理功能的影响。Welvaart发现，手术患者MV2小时后，其膈肌单纤维产生的肌力减少35%。Hermans采用重复磁刺激双侧膈神经和测量跨膈压的方法，观察了7例长期接受MV且脱机失败者的膈肌肌力改变的自然病程。这项新颖的工作发现跨膈压在MV后5-7天内迅速下降，随后其下降速率变缓（图1）。Jaber等人持续记录了MV后的颤搐性气管内压，结果表明一周后该指标减少32%。进一步的证据来自Grosu，他用超声观察了MV对膈肌厚度的影响，发现MV1周内膈肌厚度以每天6%速度在下降。从临床的角度来看，MV后7天内膈肌肌力的迅速下降是非常重要的。因为病情不稳定常使得ICU的患者无法参加意志训练和康复活动来保持膈肌肌力。

预防策略：药物

一项大型的随机对照试验表明，在围手术期补充抗氧化剂（维生素E和维生素C）能减少创伤手术患者术后肺部并发症（PPC）的发生率、MV时间及住ICU的时间，但仍需更多的研究来验证药物对VIDD的防治效果。

呼吸肌训练对膈肌功能和脱机结果的影响

①MV前的呼吸肌训练

已证实，术前的吸气肌训练（IMT）对进行心脏、血管和腹部手术且合并肺脏疾病的患者有效。IMT使术前吸气肌肌力增长25%，显著降低PPC的发生率，且术后能快速撤机。胸腹联合手术使最大吸气压迅速降低50%，而术前IMT似乎能减少这种下降。值得注意的是，术前单独的放松训练或刺激性肺活量测定法并不能显著改善肌力和住院时间，提示IMT能诱导直接的神经肌肉重塑。

②MV时的吸气肌训练

一些学者研究了MV后人体膈肌的功能变化。Ayas报道了一例膈肌刺激治疗高位颈髓损伤的病例。患者最初通过双侧膈神经起搏器进行通气，但一侧起搏器放置位置发生感染，而需恢复全程MV支持。MV期间，停止感染侧的膈肌起搏，另一侧的起搏器每天使用30分钟。8个月后重新恢复双侧膈肌起搏。恢复起搏之前，评估了双侧膈肌厚度（应用超声）和吸气功能。结果表明，MV8个月后，每天起搏的膈肌未出现萎缩，可产生与MV前相同的潮气量；而停止起搏侧的膈肌厚度下降约50%，产生的吸气潮气量仅为MV前的35%。

在过去的10年中，一些个案研究应用各种IMT以改善肌肉的性能并报道了撤机结局。结果显示，FTW的患者能够耐受IMT，且很多患者能顺利撤机。尽管这些研究大多数为非对照病例研究报道，但是他们验证了一个概念：吸气肌肌力训练（inspiratory muscle strength training，IMST）是可行的、安全的，可提高吸气肌肌力。在近期的一项对照研究中，我们观察了IMST对长期FTW患者撤机结局的有效性。纳入患者的平均MV时间为6.5周，多次撤机尝试失败。2周后，IMST组的最大吸气压（在气管导管测得）增加约35%，71%的患者成功撤机；而常规治疗组的最大吸气压仅提高6%，47%的患者脱机。两组在最大吸气压及撤机结局之间的差异具有统计学意义， P <0.05。在一项随机试验中，Cader及其合作者探讨IMST对老年FTW患者的作用。结果表明，IMST可提高最大吸气压，在无呼吸支持时可导致更慢、更大的潮气量呼吸模式，且显著缩短撤机时间。虽然这些随机试验令人鼓舞，但其样本量较少，并且是单中心的，因此需要大样本、多中心研究的支持。

图1 MV患者PSV持续时间和颤搐跨膈压（Pdi）之间的关系

MV后5-7天内，Pdi迅速下降，其后其下降变缓

Daniel Martin A, et al. Mechanical ventilation, diaphragm weaknessand weaning: a rehabilitation perspective. Respir Physiol Neurobiol. 2013Nov 1;189(2):377-83.