困难撤机与呼吸肌

作者：亚夏尔江·穆合塔尔，刘凯

单位：复旦大学附属中山医院重症医学科

呼吸系统基本上由两个部分组成，一个进行气体交换的器官—肺，以及一个能够给肺进行通气的泵。泵功能主要是由胸壁、呼吸肌、神经中枢以及连接中枢和肌肉组织的神经组成。肺的衰竭会导致的气体交换功能障碍，进而引起伴或不伴高碳酸血症的低氧血症，泵的衰竭也会导致低通气和高碳酸血症的发生。对于重症患者而言，泵功能尤其是呼吸肌功能下降或丧失，是导致撤机困难的重要因素之一。

一、呼吸肌

呼吸肌包括膈肌、肋间肌、腹肌和所谓的“附属”肌肉（包括胸锁乳突肌和斜角肌）。在吸呼气期间发挥主要作用的呼吸肌是膈肌，以及辅助吸气肌（如肋间外肌、斜角肌、胸锁乳突肌、胸大肌、斜方肌等）和辅助呼气肌（如腹直肌、腹外斜肌、腹内斜肌、腹横肌、肋间内肌等）。

图1  膈肌活动

1. 膈肌

膈肌作为最主要的呼吸肌肉，为向上膨隆呈穹窿样的扁薄阔肌，吸气时，膈肌收缩下移，胸腔扩大（肋间外肌同时参与此扩张过程），降低胸腔内压，将气体吸入肺内。相反，膈肌放松时，膈肌上移，气体因肺的弹性回缩以及胸腔内组织与腹肌的共同施力而被呼出。膈肌除了呼吸功能外，还有对腹内压力以及对食管施压，帮助排出人体内呕吐物及防止胃酸逆流等作用。

图2  胸廓扩张

2. 肋间肌

肋间肌位于胸廓，是长在肋骨间的肌肉；包括肋间外肌、肋间内肌、肋间最内肌、胸横肌以及肋下肌。肋间外肌的肌纤维起自上位肋骨近脊椎端的下缘，止于下位肋骨近胸骨端的上缘，故当肋间外肌收缩时，使肋骨上提，产生吸气运动。肋间内肌的肌纤维起自下位肋骨的近脊椎端的上缘，止于近胸骨端的下缘，因此，当肋间内肌收缩时，会牵拉上位肋骨下降，产生呼气运动。肋间肌功能多样且复杂，可以维持身体姿势，为内脏器官提供保护与支撑；参与呼吸运动；并且在躯体旋转中发挥重要作用。

3. 腹肌

腹肌是人体结缔组织组成中的重要部分，包括腹直肌、腹外斜肌、腹内斜肌、腹横肌。吸气时，膈肌收缩使膈肌下移，增大了胸腔纵径，这种变化很快受到纵隔的牵拉和腹腔脏器的阻挡。腹腔脏器由强有力的腹部肌肉（腹直肌、腹横肌、腹内外斜肌）构成的腹腔带固定在原位，如果没有这些肌肉，腹腔脏器将会向下向前移动。呼气时，膈肌松弛上抬，腹肌的收缩会直接导致胸廓下半部分的肋骨牵拉，从而减少了胸廓的横径和前后径。同时，腹肌的收缩也增大了腹腔内压，使得内脏上移，减少了胸廓纵径。在吸气肌肉负荷和能力之间存在不平衡的情况下，腹壁肌肉以固定的层次被激活，首先是腹横肌，然后是腹内斜肌和腹外斜肌，最后是腹直肌。膈肌和腹肌间存在着动态平衡关系，二者都处于持续收缩状态，但它们的紧张性相反，不断在两种方式间切换，是一个很好的拮抗协同作用的例子。

4. 附属辅助肌肉

最主要附属辅助肌肉的是斜角肌和胸锁乳突肌。其实在安静呼吸期间，斜角肌也具有吸气电活动，用于在吸气期间提升或防止上胸腔向下移位。在上颈髓病变和慢性气道阻塞患者中，这些肌肉在刺激通气期间活动增加。

二、困难撤机与呼吸肌的关系

20%~25%的机械通气患者会出现困难撤机，这些患者接近40%的ICU时间都用于撤机。呼吸肌在撤机过程中发挥关键作用，膈肌无力是机械通气撤机困难的主要原因。前瞻性研究发现，近50%的通气患者插管后膈肌厚度迅速下降。膈肌受损可能是电解质紊乱的结果或是高碳酸血症、缺氧、营养不良、皮质类固醇或其他药物治疗以及血流动力学不稳定的直接影响。研究显示，持续静脉输注镇静药物、控制性机械通气的使用、长时间机械通气与48 h后膈肌萎缩的发展有关。另外，临床上通气支持设置不足也可能无法使呼吸肌充分休息，从而因高负荷引起的膈肌炎症和损伤。

在接受过一段时间控制通气后出现膈肌无力的患者中，排除了其他导致膈肌无力的原因，可认为出现了呼吸机相关性膈肌功能障碍（VIDD）。导致呼吸肌无力的其他已知原因，包括休克、持续性败血症、严重营养不良、电解质紊乱和神经肌肉疾病。机械通气在危重患者膈肌功能障碍的发展中具有重要作用，潜在的机制包括呼吸机过度辅助导致废用性萎缩，或呼吸机辅助不足导致负荷损伤。大部分相关研究都聚焦于机械通气对吸气肌肉的影响，但机械通气阶段包括PEEP在内的呼吸机设置可能会影响呼气肌的活动，应进一步研究。

三、呼吸肌的评估（超声评估）

呼吸肌超声用于评估呼吸肌泵的解剖结构和功能，它是一种安全、可重复、准确且无创的床边技术，可成功应用于不同环境，包括普通重症监护和急诊科。

图3  呼吸肌超声检查

1. 膈肌移动度

膈肌移动度（diaphragmatic excursion或diaphragmatic displacement）是指膈肌在吸气收缩时走过的位移。膈肌移动度测量的适用探头是相控阵探头或凸阵探头。既往文献中膈肌移动度测量的位点不同，有腋中线、腋前线、锁骨中线等。一般较好的测量位点在右侧锁骨中线至腋前线之间，将探头至于肋弓下缘，朝头侧方向下压，可获取右侧位的膈顶切面。切换M模式，观察3个平静呼吸周期，并测量周期内最高点（吸气末）至最低点（呼气末）的位移。正常膈肌功能患者平静呼吸时为1~3 cm，用力深吸气可达7 cm左右，一般低于1 cm时可提示患者出现膈肌功能障碍。最近有研究表明自动散斑跟踪分析膈肌，与传统手动超声测量具有高度一致性，并且膈肌移动度及其移动速度可以预测机械通气撤机失败、撤机延长以及住院不良后果。

2. 膈肌厚度和增厚率

膈肌很薄，膈肌厚度反映了肌肉的收缩活动能力，正常膈肌厚度应＞2 mm，＜2 mm提示可能出现膈肌萎缩。膈肌厚度测量采用浅表探头或血管探头，将探头置于腋中线，可测量肋膈角处的膈肌厚度；探头置于右侧第8～10肋间隙，可测量右侧膈顶处的膈肌厚度。

膈肌随着呼吸缩短而增厚，膈肌增厚率是膈肌主动收缩时的增厚分数，可量化评估膈肌收缩能力。膈肌的增厚率在M模式下计算为潮式呼吸或最大吸气努力期间膈肌厚度相对于呼气末厚度的增加百分比：膈肌增厚率=（吸气末厚度—呼气末厚度）/呼气末厚度×100%。膈肌增厚率的正常值下限在文献中为20%~36%不等。

3. 肋间吸气肌超声

辅助吸气肌的超声评估可以帮助评估患者吸气努力和患者和呼吸机相互作用的状态，常用指标有肋间肌厚度和肋间肌吸气增厚分数。在健康受试者中，仅在最大努力时才观察到胸骨旁肋间肌增厚，而针对ICU患者的初步研究结果表明，呼吸负荷和胸骨旁肋间增厚分数之间存在一定的相关性。

4. 腹壁呼气肌超声

腹肌呼气增厚分数可以计算为呼气期间厚度增加的幅度=（呼气末厚度—吸气末厚度）/吸气末厚度×100%，反映患者呼气肌肉努力。初步数据似乎表明腹肌呼气增厚分数与呼气力产生之间存在合理的相关性。需要注意的是，与膈肌相比，呼气肌的自由度更大，一个肌肉层的主动收缩可能直接影响相邻层的缩短和位置。此外，由于收缩期间腹部肌肉的几何形状是一个“收缩”球体，而不是像膈肌那样的“圆柱体中缩短的活塞样形状”，因此腹壁肌肉的收缩、增厚和压力产生之间的关系是复杂的。

5. 其他评估方法

呼气末阻断：呼气末短暂而随机地阻断（约为1个呼吸周期）测量的气道压力变化能够用来评估吸气努力。

食道压（Pes）监测可以检测呼吸努力和呼吸做功，可评估的指标包括：跨肺压（PL）、呼吸肌压（Pmus）、压力-时间乘积、跨膈压等。

腹壁肌肉的激活会增加腹压，呼气期间胃内压和胃内压的幅度的变化反映了腹压的变化，可用于量化呼气肌肉努力。膀胱压力也被提议作为量化腹内压的一种手段，并显示出与仰卧位胃内压具有一定的相关性。

最大吸气压Pimax和最大呼气压Pemax是通过在关闭气体通道测到最大吸气和呼气压力来评估的。然而，最大吸气压和最大呼气压具有很强的主观性，其重复性较差，平均变异系数为25%。

咳嗽测试是诊断呼气肌无力的一种相对容易执行的检测方法。在ICU患者中，通过胃或食道中的充气气球测量的咳嗽压力以及在气管导管开口处或使用呼吸机流量传感器测量的咳嗽峰值呼气流量都是可行的。对于无法合作的患者，可以通过滴注生理盐水或置入吸痰管来诱发咳嗽。

还有很多其他方法用于评估呼吸肌的性能与强度，但由于这些技术繁琐且不舒适，因此它们很少用于临床实践或研究中。

四、膈肌保护性通气和呼吸肌训练

膈肌保护性通气是指优化机械通气参数和膈肌负荷，减少人机不同步，减轻或避免膈肌损伤，缩短机械通气时间。膈肌保护性通气包括：机械通气早期开始实施膈肌保护、机械通气期间动态监测膈肌功能、避免人机对抗、优化呼吸机设置、优化镇静等。

呼吸肌训练是通过在患者呼吸过程中施加一定的压力来针对性强化呼吸肌群的功能。早期对危重症患者进行呼吸肌肉康复训练可以有效改善呼吸肌的功能减退。呼吸肌训练包括通气辅助训练（逐步调节模式和参数）、吸气阻力和呼气阻力的力量负荷训练、时间阈值负荷训练等。另外，呼吸电刺激训练利用电刺激辅助呼吸的呼吸训练方法是腹式呼吸、呼吸反馈、神经肌肉电刺激原理联合应用的体现，主要包括膈肌电刺激训练和腹肌电刺激训练。

五. 总结

在危重症患者撤机过程中，呼吸肌发挥着关键作用，膈肌无力是机械通气撤机困难的主要原因之一。临床医生和呼吸治疗师需要掌握多种方法来充分评估呼吸肌的性能与强度，并在机械通气期间给予膈肌保护性通气，对需要干预的患者，尽早加强呼吸肌训练，促进早日撤机。

参考文献

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作者简介

亚夏尔江·穆合塔尔

• 复旦大学附属中山医院重症医学科呼吸治疗师

• 四川大学华西临床医学院呼吸治疗专业

• 上海呼吸治疗联盟成员

• 已获实用专利6项、正申请专利2项、发明专利1项

刘凯

• 复旦大学附属中山医院重症医学科主管呼吸治疗师

• 中国康复医学会呼吸康复委员会呼吸治疗学组委员

• 中国康复医学会重症康复专委会重症生命支持学组委员

• 中国医药教育协会重症康复专业委员会委员

• 中国医药教育协会重症超声分会全国委员

• 呼吸治疗师国家职业技能标准开发专家委员会委员

• 上海市中西医结合学会呼吸技术诊疗专委会青年委员

• 中华医学会重症医学分会ECMO/纤支镜/超声师资班培训讲师

• 中国重症超声研究组（CCUSG）培训讲师

• 第一/共一SCI 10篇 、中文核心1篇、院内课题2项

• 参编专家共识4项、行业规范和标准3项、专业著作11部

• 已获实用专利11项、外观专利1项，正申请专利8项

声明：

本文仅用于学术内容的探讨和交流，不用于任何商业和推广。临床实践需根据患者的具体情况选择适宜的处理措施。