呼吸肌疲劳诊断及治疗进展
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[关键词] 呼吸肌疲劳;诊断;治疗
呼吸肌疲劳是指由多种原因引起的呼吸肌舒缩活动不能产生维持一定的肺泡通气量所需要的胸腔压力，肌肉本身可表现为肌力和(或)舒缩速度的下降，且这种能力的下降经过休息能够恢复。若休息后不能恢复则称为呼吸肌无力(weaknees)。膈肌是最主要的呼吸肌，因此，狭义上的呼吸肌疲劳实际是指膈肌疲劳。长期以来，呼吸肌疲劳问题未受到重视。近10年来研究结果表明，及时发现和治疗呼吸肌疲劳可以纠正呼吸力学异常，减少呼吸功，改善氧合，缩短机械通气的时间。
1 呼吸肌疲劳的病因及发病机制
在危重病和慢性阻塞性肺疾病(COPD)等慢性病中，常发生呼吸肌疲劳。除疾病本身的作用外，呼吸机应用不当及药物如糖皮质激素、肌松剂、氨基糖苷类抗生素等都可诱发或加重呼吸肌疲劳。促发呼吸肌疲劳形成的因素可能有以下几种:(1)呼吸中枢驱动不足。中枢病变如脊髓前角细胞变性、格林.巴利综合征、昏迷等可导致呼吸肌功能障碍。在COPD中，当存在膈肌疲劳和呼吸衰竭时，呼吸中枢驱动是增加的，然而，Bellemare等用吸气相附加颤搐式膈神经电刺激仍能使疲劳的膈肌产生更大的跨膈压，提示存在相对的中枢驱动不足。但最近有研究表明，中枢性呼吸驱动不足是膈肌疲劳的后期事件，作者认为该现象的出现提示中枢性膈肌疲劳的发生。(2)神经肌肉疾病。膈神经损伤、神经肌肉接头传导障碍(如重症肌无力)、肌肉疾病(如进行性肌萎缩等)可引起呼吸肌无力和疲劳。COPD患者普遍存在着膈肌萎缩。(3)肌肉初长和形状的改变。肺气肿患者胸廓上抬、膈肌低平，肌肉处于较短的初长状态，收缩力下降。从残气位到肺总量位，肋间外肌和辅助吸气肌缩短不超过20%，而膈肌缩短达40%。所以，肺气肿对膈肌肌力的影响更大，由Laplace原理(P=2T.R)可见，肺气肿不利于跨膈压的产生。(4)呼吸肌负荷增加。胸肺疾病致气道阻力增加、肺顺应性降低，运动、发热等因素增加能量代谢使通气量增加均可加重呼吸肌负荷，导致呼吸肌疲劳。(5)能量供应不足。当呼吸肌作功能量消耗大于其能量供给和(或)乳酸堆积、血pH值降低时可出现呼吸肌疲劳。如心功能不全、贫血、休克、低氧血症者由于呼吸肌血流及能量供应减少可出现呼吸肌疲劳，吸氧可改善疲劳。(6)机械通气。机械通气可替代或辅助呼吸肌作功，使疲劳的呼吸肌得到休息，但长时间的机械通气可导致呼吸肌废用性萎缩，使呼吸肌的力量和耐力均降低，产生呼吸机依赖。呼吸肌疲劳是撤机失败的常见原因。(7)代谢因素。缺氧、高碳酸血症、低钙血症、低镁血症、低磷血症、甲状腺功能低下或亢进、长期或大量使用皮质激素、药物性重症肌无力综合征等均可导致呼吸肌肌力下降。(8)氧自由基的作用。越来越多的资料表明，活性氧产物(reactive oxygen spe-cies，ROS)，如过氧化氢、超氧阴离子自由基、自由羟基等都是膈肌疲劳的促发因素。在一定的病理生理状态下(如缺氧、毒血症、氧化应激等)，活性氧产物的产生增加。
2 呼吸肌疲劳的诊断
近年来用于测定膈肌功能的方法很多，如跨膈压、膈肌肌电图、膈肌张力.时间指数、膈肌最大松弛率、运动性膈肌功能试验、膈肌限制时间、膈神经电刺激法等等，但因缺乏大规模、多中心的临床调查研究资料，故目前尚无统一的诊断标准。其中以前两者较为方便、常用，以下予以简要介绍。
2.1 膈肌疲劳的临床监测
当呼吸肌疲劳时可出现呼吸形态的改变:呼吸浅机快及呼吸节律的异常，如呼吸运动不同步、胸腹交替呼吸、腹式反常呼吸;腹壁矛盾运动及出现Hoover征(吸气时，肋弓下缘两侧向中线移动);呼吸困难随体位改变减轻或加重;辅助呼吸肌参与呼吸等。根据生物电阻抗变化能够反映容积变化的原理，国内已设计出可测量胸、腹部容积变化的电阻抗呼吸图仪，它能同步记录胸、腹部呼吸运动曲线，从而了解膈肌运动状况及是否有膈肌疲劳发生。
2.2 辅助检查评价
2.2.1 跨膈压(Pdi) 为吸气末腹内压(胃内压)与胸腔内压(食管压的)的差值，是反映膈肌肌力的定量指标。受检者由功能残气位作最大用力吸气时所测得的跨膈压为最大跨膈压(Pdi max )。Pdi max 的正常参考值变动范围较大，临床上以成年男性≥98cmH2 O、女性≥70cmH 2 O(1cmH 2 O=0.098kPa)作为膈肌功能正常的简易判断标准。Pdi.Pdi max 的正常参考值为0.1，当其值大于0.4时容易发生膈肌疲劳。
2.2.2 膈肌肌电图(EMG) EMG是反映膈肌电生理活动和功能状态的指标，在膈肌疲劳的早期即有改变，是诊断膈肌疲劳非常敏感的方法。该法应用方便、结果可靠，可直接于体表进行测定。膈肌肌电频谱范围为20～350Hz，其中20～40Hz为低频范围，150～350Hz为高频范围。膈肌疲劳时EMG频谱的低频成分(L)增加，高频成分(H)降低，当H.L比基础值下降20%即表示频谱有显著性改变，提示发生膈肌疲劳。在危重病患者实施机械通气期间行膈肌电生理检查干扰因素较多，可重复性及结果准确性均较差。
2.2.3 最大吸气压(MIP)和呼气压(MEP) MIP是指在残气位(RV)或功能残气位(FRC)，气道阻断时，用最大努力吸气能产生的最大吸气口腔压。MEP是指在肺总量(TLC)位，气道阻断后，用最大努力呼气所能产生的最大口腔呼气压力。它们是反映全部呼吸肌力量的指标，不能完全代表膈肌的功能。对进行机械通气的患者可在气管插管的近口端用压力传感器测定MIP和MEP。反复测量数次，取重复性较好的数值作为测量值。当存在明显的气流阻塞时，这些指标的测量受到影响，每次测量的变异增大。此外，结果还受患者的主观努力影响。MIP的正常值目前无统一标准。MIP测定的主要临床意义是:在神经肌肉疾病时对吸气肌的功能进行评价，为疾病的诊断和严重程度的判断提 供参考，当MIP<正常预计值的30%时，易出现呼吸衰竭;评价肺部疾病(COPD)、胸廓畸形及药物中毒时患者的呼吸肌功能;用于预测撤机，一般认为MIP<-30cmH 2 O时撤机成功的可能性大。但用MIP预测撤机时机假阴性率很高，主要原因是测量时患者不能很好地配合。
2.2.4 肌张力时间指数(TTdi) 该指标是反映呼吸肌耐力的良好指标，对呼吸肌而言评价耐力比力量更重要。膈肌的力量个体差异很大，为减少个体差异，将膈肌收缩产生的Pdi的平均值和Pdi max 的比值用来反映收缩强度，吸气时间(Ti)与呼吸周期总时间(Ttot)的比值反映膈肌收缩持续的时间，两者的乘积即为TTdi。用公式表示为:TTdi=Pdi.PdimH×Ti.Ttot。在有吸气阻力负荷存在的情况下，当TTdi值>0.15时不容易发生膈肌疲劳，而当TTdi值<0.15时发生膈肌疲劳的时间将明显缩短。应注意的是，TTdi的测定是在人为设置阻力的情况下完成的，与自主呼吸可能有较大差距。因此，如何确定各种不同疾病状态下呼吸肌疲劳的阈值需进一步探讨。
2.2.5 膈神经刺激 膈肌的收缩主要受膈神经的支配，用体表或针刺电极刺激膈神经后观察Pdi或EMG可反映膈肌功能。该方法的优点是能客观地评价膈肌收缩性能和胸壁力学特征，不受自主努力程度或呼吸方式的影响。缺点是刺激局部疼痛、电极准确定位困难，特别是患者烦躁不安时，体位改变将影响测定的准确性。COPD及肥胖患者如果存在胸锁乳突肌增生肥大，也很难准确刺激膈神经。因此，膈肌刺激在危重病患者的应用中受到限制，主要用于对病情稳定患者的研究。最近，有人利用电磁刺激膈神经的方法研究膈肌的功能，发现电磁刺激与直接刺激膈神经都能有效地刺激膈肌收缩，但电磁刺激能克服直接刺激法的缺点，将其用于危重病患者膈肌功能的研究也取得较好的效果。
3 呼吸肌疲劳的防治
3.1 去除致疲劳因素
如纠正缺氧、酸中毒、代谢紊乱，控制感染，减轻呼吸负荷(保持气道通畅、解除气道痉挛、祛痰)，避免使用有中枢抑制和降低膈肌肌力作用的药物。
3.2 保持能量供应和能量消耗的平衡
多数COPD患者存在营养代谢障碍，主要表现为患者处于高代谢状态，能量需求大于能量供给。多种因素可影响患者的能量供应。动物实验及人体研究都已证实，营养不良可使Ⅱ型肌肉纤维萎缩，导致肌肉无力;当患者的实际体重低于平均标准体重的71%时，最大经口吸气压、肺活量和最大自主通气量均明显低于正常人，补充营养可增加体重和吸气压力。在撤机过程中适当补充营养，给予足热量可增强呼吸肌功能，提高撤机的成功率。当然关于补充营养对肌肉疲劳的疗效还存在一定的争议，出现不同的结论与患者营养不良的程度、营养补充的方式、时间等多因素有关。此外，补充营养能否对COPD患者的预后产生影响亦需进一步证实。保持膈肌疲劳患者的能量供需平衡，主要是治疗低氧血症和维持正常的心排出量，其次就是治疗并发的肺水肿、支气管痉挛等，以改善患者的氧合状态。护理上应在减少能耗、氧耗方面多做工作，尽量减少患者活动，让其得到充分的休息。
3.3 自由基清除剂
Supinski等研究发现，应用氧自由基清除剂Dime-thylsulfoxide可以预防膈肌的缺血.再灌注损伤。氮.乙酰半胱氨酸是另一种自由基清除剂，健康人在增加呼气负荷时应用氮.乙酰半胱氨酸可以增加膈肌的耐受性，而且在发生膈肌疲劳前应用氮.乙酰半胱氨酸可以提高膈肌收缩力。维生素E也具有抗氧化作用。呼吸阻力负荷增加的患者，维生素E缺乏时可加重膈肌功能不全。
3.4 呼吸肌休息
疲劳的呼吸肌休息后能恢复功能。目前通常用正压通气替代或部分替代呼吸肌完成通气，使疲劳的呼吸肌得到休息。通气的方式可选用经口鼻面罩无创正压通气，对意识不清、欠合作、呼吸道分泌物多、血流动力学不稳定者应采取气管插管建立人工气道通气。目前对慢性呼衰呼吸肌功能障碍者多主张采用无创正压通气，该方法对慢性神经肌肉疾患、胸廓畸形等慢性呼衰者也有很好的疗效。但对COPD的效果分歧较大，主要问题是无创通气是否真正减少了膈肌的活动，使膈肌得到了充分休息。通气时间的长短、辅助通气压力的大小、患者基础疾病的轻重及用药情况都可影响对无创通气疗效的判断。大多数观点倾向于如能正确应用好无创通气，通过减少呼吸肌做功，改善呼吸肌功能，可使许多患者避免气管插管。
机械辅助通气能使严重疲劳的膈肌得以充分休息，已成为目前治疗COPD急性加重期呼吸衰竭的重要手段。经鼻罩、面罩间歇正压通气，同步压力支持通气等已广泛用于治疗COPD患者的通气功能不全。当然，无创通气改善患者病情还有其它机制，如重新调定 呼吸中枢对二氧化碳的敏感性、通过改善血气减少低氧和CO 2 潴留对呼吸肌功能的影响等。过度休息会导致呼吸肌废用性萎缩，引起呼吸机依赖。临床上难以确定呼吸肌完全休息与加以负荷的理想界限，一般原则为经24～48h的控制通气或高水平的压力支持通气，使疲劳的呼吸肌得到充分休息后，应及时减少通气支持的力度，逐渐增加患者的呼吸负荷，积极为撤机做好准备。
3.5 呼吸肌锻炼
通常认为，呼吸锻炼仅适用于中度通气功能损害伴有气促的患者，对重度通气功能损害者不宜应用呼吸锻炼。呼吸锻炼应遵循3个基本原则:负荷性、针对性和可逆性。锻炼应循序渐进，要适时、适量，不可急于求成，应在一定的强度负荷下针对某一特定功能长期锻炼，主要目标是增加呼吸肌的力量和耐力，增强抗疲劳能力。过度锻炼有可能加重呼吸肌疲劳和导致肌肉损伤。呼吸肌锻炼的方式可分为主动和被动2种。主动锻炼是患者进行有意识、主动的全身或针对呼吸肌局部的活动，如游泳、慢跑、走步、深慢呼吸法、缩唇呼吸、腹式呼吸操、经阻力呼吸器进行阻力呼吸锻炼等;被动锻炼是使用体外膈肌起搏器进行的半强制性膈肌功能锻炼。呼吸肌锻炼的方法主要有3种:(1)阻力方法。患者通过带有小孔的呼吸器进行呼吸，吸气时增加呼吸肌负荷，呼气不受影响。(2)过度呼吸法。患者通过一个能指示目标通气水平的重复呼吸装置，进行自主快速通气，维持肺泡气氧浓度和二氧化碳浓度在生理限度内。通气水平应达到最大自主通气量的70%～90%，COPD患者应达到上述范围的高限。(3)阈值负荷法。预先设定吸气压力，当患者的吸气压力达到此阈值时吸气阀开放，完成吸气。如果吸气压力达不到预设压力值则无法呼吸。普遍认为，轻至中度COPD患者于疾病缓解期在有经验的医师指导下，以适当的运动或呼吸负荷(达最大耐受量的50%～60%)循序渐进地进行特定方面的膈肌功能锻炼，有助于增强膈肌的抗疲劳能力。推荐的呼吸肌锻炼量为每天2次，每次15min，每周5～7d。肌肉功能锻炼的确切效果也有待于进一步评价，多数研究认为合理的锻炼可增加呼吸肌力量和耐力，改善患者的运动能力，减轻呼吸困难，提高生活质量。但也有研究认为经过呼吸肌锻炼，肌肉功能有所改善，但总的运动能力并无增强。
3.6 药物治疗
药物治疗呼吸肌疲劳目前仍存在很大争议。有实验表明氨茶碱能增加膈肌的收缩力和耐力，但实验中用于评价膈肌功能方法的准确性不高，因此所得结论可靠性差。也有实验表明，地高辛、西地兰、β 2 受体激动剂、咖啡因等能增加膈肌力量，但其确切疗效均有待于进一步临床证实。对COPD患者，近来有人使用促进合成代谢的激素(生长激素、睾丸素等)来增加肌肉骨骼肌力量，改善生活质量，其确切疗效和价格.效益比需进一步评价。(1)氨茶碱。属黄嘌呤类衍生物，是传统的治疗哮喘和COPD的药物。实验证据表明，氨茶碱对膈肌尤其是疲劳膈肌具有正性肌力作用，并具有量效关系，还能改善膈肌的有氧代谢，加之其兴奋呼吸、解痉平喘、抗炎等作用，因而是治疗膈肌疲劳的有效药物。普遍认为，氨茶碱的抗膈肌疲劳作用可能是通过茶碱促进Ca 2+ 的跨膜移动实现的，但目前还没有确切的证据证明这一观点。最近报道，氨茶碱在增强膈肌收缩功能的同时也损伤其舒张功能。也有观点认为，膈肌肌力的增强反而会使膈肌疲劳加剧，但缺乏有力的证据支持。(2)呼吸兴奋剂。除可兴奋呼吸中枢使通气增加外，动物实验还表明，阿咪三嗪(almitrine)、多沙普仑(doxapram)、咖啡因均对膈肌具有直接的正性肌力作用，并能促进疲劳的膈肌恢复。(3)β受体激动剂。具有扩张支气管、降低气道阻力的作用。最近的一项研究表明，长期应用克伦特罗(clenterol)皮下注射(1mg·kg -1 ，2次·d -1 ，共12周)，可使正常鼠和肺气肿鼠膈肌纤维的横截面积增加，并可消除由肺气肿所致的膈肌肌力下降。(4)其他对膈肌具有正性肌力作用的药物有olprinone(其作用可被Ca 2+ 通道阻滞剂尼卡地平阻断)、米力农(milrinone)(其作用不能被尼卡地平阻断)等。(5)中药。人参制剂能改善膈肌的舒张功能，具有抗膈肌疲劳作用，其具体机制有待进一步研究。
总之，呼吸肌疲劳和无力在危重病和COPD等慢性病中十分常见，除疾病本身的作用外，多种药物如糖皮质激素、肌松剂、氨基糖苷类抗生素等都可诱发或加重呼吸肌疲劳。呼吸机应用不当也可造成膈肌功能障碍。虽然有关膈肌疲劳的研究取得了较大进展，但仍有许多问题如疲劳前后膈肌的适应性改变的发生机制、整体情况下中枢驱动.膈肌功能和代谢状态.呼吸负荷三者之间的相互影响关系、临床统一诊断标准的建立、治疗效果的判断等需要进一步探讨。
[作者简介] 刘刚(1963-)，男，重庆垫江人，副主任医师，副教授，医学博士，硕士生导师。主要从事呼吸肌疲劳的预防与康复研究。
(第三军医大学西南医院临床综合教研室，呼吸内科，重庆 400038)
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