管理有创通气撤机期间的呼吸肌无力（译文）

管理有创通气撤机期间的呼吸肌无力

介绍

对于重症监护病房 （ICU） 中的许多患者来说，从机械通气中撤机是关键步骤。从正压通气到自主呼吸的过渡是由呼吸肌的（再）收缩驱动的，呼吸肌的收缩经常被与ICU住院相关的几个危险因素所改变。其中，呼吸机诱导的呼吸肌负荷在动物和人类研究中已得到充分证实，定义是其产生压力的能力丧失。结果是呼吸负荷和肌肉能力降低之间的不平衡，这在迅速安全地与呼吸机分离方面起着重要作用。呼吸泵对于在没有通气辅助的情况下维持自主呼吸确实至关重要。

长期以来，在撤机失败的背景下，膈肌功能障碍的发展一直受到关注。然而，呼吸肌无力不仅限于膈肌的萎缩和随后的功能障碍；膈外吸气肌和呼气肌也起着重要作用，一些生理学研究证明了这一点。其他研究表明，与ICU获得性肌无力（累及肢体肌肉）相比，呼吸肌无力具有明显的特征，在机械通气超过25天的患者中，多达7%的患者受累。这两种疾病之间存在重叠，但它们具有不同的风险因素，不会导致相同的结果。ICU获得性肌无力与ICU后的长期死亡率相关，而呼吸肌无力与撤机失败有关，但与成功与呼吸机分离的患者的死亡率无关。在ICU中探索呼吸肌功能具有挑战性，但检测有呼吸肌无力风险的患者对于优化与呼吸机的安全分离非常重要。制订保护或恢复这些患者呼吸肌功能的策略也是一个重要目标，最近的发展显示出有希望的发现。

本综述的目的是描述脱机失败期间呼吸肌无力的解剖学和生理学，讨论最容易获得的评估工具和治疗策略，以促进与呼吸机的分离。

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呼吸肌的解剖学和生理学

几种呼吸肌参与呼吸的产生（图1）。膈外吸气肌支撑膈肌以保持足够的通气，但每块肌肉都有其他特定任务。鼻翼和颏舌肌保持上气道通畅，胸骨旁肋间肌稳定胸壁并促进躯干旋转，而斜角肌和胸锁乳突肌参与头部旋转和颈部屈曲。背侧的外肋间和内肋间软骨间部分（所谓的胸骨旁肋间）以及肋骨肌在吸气时诱导肋骨扩张。呼气肌也参与呼吸，特别是在呼气阶段。位于腹部腹外侧壁的腹肌包括腹直肌、腹横肌、内斜肌和外斜肌。它们具有姿势功能，并且在呼吸和咳嗽中起着重要作用。在坐姿或站姿安静呼吸时，腹部肌有基本力量，可增强膈肌力并优化其长度-张力关系以产生压力。当通过呼气活动增加通气负荷或每分钟通气量时，它们还可以增强膈肌活动。腹肌收缩引起的呼气排出力可引起咳嗽并消除分泌物。腹横肌似乎是进行性呼气时产生腹呼气压的主要因素，而在躯干旋转期间，外斜肌优先受累。

经常作为主要吸气肌出现的膈肌呈圆顶状，由薄的肌腱膜组成，用于将胸腔与腹腔隔开。从肌腱中心，横纹肌纤维辐射到胸骨前部和肋间附着点以及脊柱后附着点。就受左、右膈神经支配，主要起源于 C4 颈丛，沿纵隔下行，分为肌肉神经末梢。临床上，膈传入刺激转化为颈部和肩部疼痛（C3～C5感觉区域）。作为肌肉，膈肌的功能是缩短和产生力，这在体内被评估为它产生压力的能力。膈肌与心肌一样，其活动不应停止，即使部分休息也会产生重要后果。机械通气引起的强制休息会引起膈肌萎缩，而这在其他肌肉（如胸肌或外侧背肌）中未观察到。膈肌的收缩降低了胸腔内压力并允许吸气流量；同时，膈肌降低并压缩腹部内容物。由此产生的跨膈压是呼吸过程中胃压和食道压绝对变化的总和，是吸气功中膈肌作用的生理指标。事实上，膈肌是唯一同时增加胃压（反映腹压）和降低食道压力（反映胸内压）的肌肉。经膈压可用于监测难以脱离机械通气的患者。通过在颈椎水平使用双侧前磁膈神经刺激 (BAMPS)，也可以在非自愿努力期间以标准化方式测量经膈压力。该技术提供超强膈刺激，导致最大数量的膈神经纤维去极化。反过来，它会引起膈肌收缩并产生可测量的压力。虽然用BAMPS测量跨膈压当然有意义，但它需要食道和胃球囊。

病理生理

导致呼吸肌无力的病理生理途径已在以横膈膜为重点的研究中进行了大量研究。在肌肉水平上，呼吸肌的收缩功能障碍与两种主要机制有关，这些机制可能与下列有关：①肌肉质量的损失（萎缩）有关，这是蛋白质合成和降解之间不平衡的结果；②收缩性蛋白质功能障碍。膈外肌无力的证据很少。大多数研究通过测量最大呼气压（MEP）来研究呼气肌功能，发现与健康受试者相比，撤机失败患者的MEP较低。其他人使用超声来量化腹部肌肉的萎缩。在一项针对77例患者（其中腹部肌肉通过超声连续研究）的研究中，22%的患者出现萎缩，而12%的患者发现膈肌厚度增加。这种增加归因于顶间筋膜的厚度增加。呼气肌厚度的变化与膈肌厚度的变化无关，表明呼吸泵的不同肌肉对机械通气和致病性疾病的反应可能不同。目前尚不清楚呼气肌无力是否与膈肌无力具有相同的危险因素，需要进一步研究以阐明这一问题。虽然不是全面的列表，但以下各节概述了呼吸肌无力的一些重要危险因素，这些因素与机械通气尤其相关。

1. 膈肌负荷过大（呼吸机引起的膈肌功能障碍）

动物模型证实，受控机械通气会随着时间的变化而引起膈肌收缩特性的改变，从而产生了通气诱导的膈肌功能障碍的概念。术语“功能障碍”与膈肌纤维萎缩的存在以及这些纤维收缩产生的力的减少以及肌纤维水平的结构改变有关，例如抗氧化应激能力降低，蛋白水解增加和蛋白质合成减少。在人类中确认这些发现是一项具有挑战性的任务，因为在ICU中，除了受控的机械通气之外，还有几个危险因素可能有所贡献。

研究强烈表明机械通气可诱发膈肌功能障碍，但没有直接证据。首次观察到膈肌萎缩见于暴露于机械通气至少12天的儿童，后续一项具有里程碑意义的研究在通气18～69 h的脑死亡患者中证实了这些发现。后一项研究的对照人群由预定的胸外科患者组成，通气时间少于3 h，未显示肌纤维的病理组织学病变。这些病变在胸肌纤维中也没有发现。在膈肌和外侧背肌之间观察到同样的组织学损伤解离，与其他肌肉相比，膈肌对机械通气引起的不活动更敏感。使用超声方法，已经表明膈肌的厚度随着时间的推移逐渐减小，并且随着机械通气持续时间的延长，这种下降幅度更大。膈肌萎缩的严重程度似乎受吸气努力程度的调节，努力程度越低，萎缩幅度越大。这些发现鼓励机械通气患者维持“适当”的膈肌活动水平，但如果没有复杂的工具，吸气努力水平的量化具有挑战性。

2. 膈肌负荷不足

研究报道，劳累会损伤肢体肌肉。在新发低氧血症型急性呼吸衰竭患者中经常遇到的剧烈吸气努力病例中，膈肌可能出现相同的机制。虽然这种概念推理听起来很合理，但在ICU患者中缺乏明确的证据。在计划进行胸外科手术的患者中进行了膈肌活检。据报道，手术前吸入肌负荷暴露的患者有膈肌损伤征象。在自然条件下，妊娠患者在分娩过程中会剧烈和反复地出现膈肌收缩；在极端情况下已观察到膈肌破裂。剧烈的呼吸努力是否确实会导致急性呼吸衰竭患者的膈肌损伤，以及这种潜在的肌肉损伤是否可以转化为膈肌功能障碍尚未确定。在机械通气下，有人认为，患者-呼吸机不同步诱导不适当的努力可能与膈肌功能障碍的发生或持续有关，即使这种不同步可能是上述功能障碍的结果。两次不同步会导致过度通气，并有动态过度充气的风险，从而改变膈肌的结构；这些是自动触发和双触发。这些数据有助于检测不同步性，也与机械通气持续时间的增加和死亡率增加有关。总体而言，这些因素表明膈肌的不适当（过度）活动是有害的，尽管根据患者需求个体化通气支持仍然具有挑战性。

3. 脓毒症

脓毒症是膈肌功能障碍的一个公认的危险因素。在动物中，脓毒症降低膈肌的收缩力而不萎缩。研究已经表明脓毒症是患者机械通气后数小时膈肌功能障碍的独立因素。有趣的是，脓毒症可能表现为诱发可逆性膈肌功能障碍的短暂危险因素。事实上，一项研究表明，与非脓毒症患者相比，脓毒症患者的膈肌功能受损更严重但可逆，并且膈肌功能增加与更好的生存率相关。

呼吸肌无力的诊断

在ICU患者中，呼吸肌无力可能是呼吸中枢和肌肉之间发生的任何病理过程的结果。因此，在评估呼吸肌功能之前，注意镇静会降低呼吸驱动力非常重要。同样，膈神经损伤也可能受累，但诊断并不简单，因为它依赖于肌电图。呼吸肌无力的诊断方法见图 2。在表现为腹腔室反常运动的患者中，可以在视觉上怀疑呼吸肌无力。该体征存在于严重膈肌功能障碍的情况下，反映了肌肉的被动运动，其被膈外呼吸肌收缩产生的负胸内压吸引。

1. 基于压力的诊断

测量最大吸气压（MIP）可能是评估呼吸肌功能的最简单方法。然而，需要注意的是，MIP评估的是整体呼吸肌功能，而不是专门评估膈肌。MIP是在最大静态吸气努力期间在口腔（或气管插管或气管切开术）测量的。这种操作在ICU患者中不易执行，因为它需要患者的充分合作。然而在机械通气患者中，使用位于气管插管尖端的单向瓣膜可以获得等效信息，允许患者连续增加吸气力，以获得与肺容积接近残余容积的最大吸气力相当的努力。MIP阈值为−30 cmH₂O似乎与对呼吸肌无力患者进行分类有关，重要的是，该阈值与结局相关。

2. 基于超声的诊断

在ICU中，超声是一种越来越受欢迎的评估呼吸肌功能的工具，尤其是膈肌。当膈肌收缩时，它向腹腔降低并变厚，使其可以被观察到。因此，超声检查的即时性、直接可视性和无创性在床边很受欢迎。膈肌位于腹膜和胸膜层之间，呈高回声。大多数受试者都能观察到漂浮在腹膜和胸膜层之间的回声片，这证明了膈肌的良好定位。超声波提供了两种主要的描述膈肌功能的方法。肋下法是通过腹部方法评估膈肌圆顶的运动。有必要使用一个低频的腹部或心脏探头，将其置于右肋缘下，垂直于锁骨中线，并指向肝脏。这时的膈肌显示为一条高回声线，与探针成对角，并围绕着肝脏。吸气时膈肌圆顶的运动（也称为偏移）可以被量化，以评估膈肌的功能，但只能在无辅助呼吸时进行；否则，膈肌的向下位移可能反映了呼吸机对胸部的被动充气。

在静止的无支撑呼吸中，横膈膜偏移≤1cm可诊断为膈肌功能障碍。为了评估增厚情况，要检查膈肌与肋骨的贴合区。在这个位置，超声可以测量呼气末和吸气峰值的膈肌厚度。膈肌增厚的分数被计算为吸气时膈肌厚度的增加分数。在一些研究中，增厚分数与膈肌压力适度相关，而在其他研究中，如果不相关的话，也是很差的。只要患者触发呼吸机，增厚分数也与BAMPS产生的抽动压力相关（r=0.87）。有人提出将低于20%的增厚分数作为膈肌功能障碍的诊断阈值，但在使用超声估计膈肌功能时需要谨慎，因为测量的可靠性有很大的差异。

最近一个专家组提出了一个关于膈肌超声方法的共识声明，值得注意的是，他们建议在临床实践中使用膈肌超声检查前，用40次检查作为最低限度的训练。超声检查仍然依赖于采集条件和操作者，尽管观察者之间经常有良好的重复性。肋下入路在实践中是最容易操作的，主要是因为测量的尺度是cm级的，而肋间入路是mm级的，比较适合用于研究。

超声测量也被用于评估腹部肌肉的肌肉结构、活动和功能。腹肌厚度的超声测量已被证明具有高度可重复性，变异系数低，可以评估外侧腹肌或腹直肌肌肉厚度的变化。机械通气的危重患者也是如此，也可以测量膈肌的刚度，这对于分析肌肉的结构可能很有趣。一种用于连续膈肌监测的新型基于超声的医疗设备以类似于标准超声的方式量化膈肌位移，并且膈肌位移的变化与同时测量的经隔压力一致。此外，该设备可以可靠地预测脱机失败。验证该设备的多中心、跨国、前瞻性单臂盲法研究正在进行中（clinicaltrials.gov 标识符：NCT04696406）。

从机械通气和呼吸肌无力中脱机

撤机失败是由于施加的负荷与呼吸系统容量之间的不平衡造成的。一方面，负荷通常与心源性肺水肿、肺不张、内源性呼气末正压和胸壁疾病有关。另一方面，呼吸动力和肌肉设法克服呼吸负荷。膈肌功能障碍通常与脱机失败有关，63%准备接受首次自主呼吸试验的患者存在脱机失败。然而，必须强调的是，撤机引起的肺水肿与膈肌功能障碍同样常见。一方面，膈肌功能障碍降低了胸腹梯度的上升，这可能会降低心源性肺水肿的风险。另一方面，在自主呼吸试验失败期间发生的呼吸窘迫涉及胸膜压的大幅负向波动，通过增加静脉回流和左心室后负荷来影响心脏性能。

一项研究表明，膈肌功能障碍和心源性肺水肿很常见，无论是单独发生还是合并发生。因此，在撤机失败的情况下，首先排除心源性肺水肿很重要，这很容易诊断和治疗，然后再探索呼吸肌功能。在配备食管和胃球囊的患者进行自主呼吸试验时，膈肌功能障碍可以通过相关的胃负压和经膈压降低来证明。当气管内压力生成能力不高于−11 cmH₂O 时，BAMPS确认膈肌功能障碍。MIP的测量更容易实现。−30 cmH₂O的MIP值对应于患者成功撤机的值，而低于−20 cmH₂O 的MIP值与撤机失败相关；−30 cmH₂O的临界值也可将长期撤机的患者与其他患者区分开来。MIP的高值排除了临床上显著的无力，但低值很常见，也可能反映技术不佳或努力不足。

有趣的是，一项研究表明，对成功通过自主呼吸试验的患者进行超声评估的膈肌功能障碍与拔管失败风险增加无关。这是一个有趣的发现，表明膈肌功能可能是自主呼吸试验成功的决定因素，但不是拔管的决定因素。同样，另一项研究报告称，膈肌功能与成功脱离呼吸机的患者的长期生存无关。也可以使用呼吸肌超声的组合方法来预测脱机结果。在成功通过自主呼吸试验并拔管的患者中，拔管后2 h内测量的呼吸肌（膈肌和肋间肌）超声可预测随后的拔管失败。大于25%～35% 的膈肌增厚分值预示着成功脱机，而大于1 cm的膈肌测量位移与成功的自主通气测试相关。虽然膈肌功能障碍与脱机失败有关，但膈肌功能障碍的诊断不应阻止临床医生进行自主呼吸试验和考虑拔管。因此，一些呼吸肌无力，特别是膈肌功能障碍的患者最终可以成功脱离呼吸机。腹部肌肉对未能通过脱机试验的患者的总呼吸肌作用力有贡献。因此，在撤机期间注意腹部肌肉可能会有用。在接受自主呼吸试验的患者中，咳嗽期间腹部肌肉增厚减少与拔管失败有关。

呼吸肌功能障碍的治疗

图3显示了在ICU中管理呼吸肌无力的预防和治疗干预措施。

1. 预防方法  

膈肌功能障碍的诊断通常在入住ICU的后期进行，需要采取预防措施。在所有其他措施之上，通过自主呼吸保持膈肌活动无疑是最容易实施和最有用的。然而，这个策略并不简单。只要潮气量不过大以符合肺保护性通气的目标，应尽快鼓励自主呼吸。为了适应肺和膈肌通气，已经开发了一种概念策略，即所谓的肺和膈肌保护性通气。连续测量食管压力可能有助于检测过度吸气，但目前尚无安全范围。一组专家建议将食道压力维持在3～15 cmH₂O之间，但这必须在临床研究中进行探索。最近的两项研究报告了在床边实施临床流程以调整镇静和呼吸机设置的可行性，以便在肺扩张压力有限的情况下允许膈肌收缩。这些流程可能需要工具来监测诸如经膈压、膈肌电活动或膈肌超声等特征，这些工具不易使用且无法广泛使用。因此，需要进一步开发以促进床边的肺和膈肌保护性通气。其他选择可能依赖于“比例”通气模式，例如比例辅助通气（PAV）和神经调节通气辅助（NAVA），以根据患者的需求调整呼吸机支持，并有助于减少患者与呼吸机的不同步。NAVA和PAV可能对肺和膈肌保护性通气策略感兴趣，但缺乏疗效的临床证据。

2. 治疗方法

肌肉训练或康复用于运动员、健康和临床人群，如慢阻肺患者。因此，建议可以按照与任何其他骨骼肌相同的训练原则来训练呼吸肌，增加它们的力量、收缩速度和耐力。由于呼吸肌无力已被确定为脱机失败的重要危险因素，因此吸气肌训练（IMT）似乎是机械通气且脱机时间较长的患者的一种有前途的治疗策略。IMT在这一人群中的价值仍在争论中，因为描述IMT的可用研究通常质量低下且方法有问题，因此为其有效性提供的证据有限。IMT研究中存在大量异质性，与所采用的训练方法、训练强度、频率、持续时间和施加在吸气肌上的负荷类型以及开始IMT的时间有关。IMT可以用于不同的不同目的，例如提高耐力或肌肉力量，这需要通过不同的生理反应采取不同的策略。已经表明，吸气努力的感觉取决于MIP。开始IMT的时间差异很大，包括机械通气开始后24 h、患者第一次醒来时、过渡到部分辅助通气时、患者被认为准备好脱机时以及脱机尝试失败后。文献中可用的IMT协议描述了外部负荷在MIP的20%～50%之间变化的训练强度，有或没有每日强度进展。

最常用的IMT设备提供压力阈值负荷。这种类型的负荷通过弹簧加载阀在整个吸气过程中提供恒定的外部负荷。最常见的是，指导患者呼气至残余容积，然后针对约 30%～50% MIP的外部负荷进行快速、全肺活量吸气。然而，由于吸气肌的压力-容积关系，吸气时压力产生能力降低，在肺总容量时几乎达到0 cmH₂O。因此，当 IMT以压力阈值负荷（即在整个吸气过程中负荷恒定）执行时，在一定的肺容量下，患者将无法克服50% MIP 的初始负荷（在残余体积下测量）。随后，吸气阀将过早关闭并限制执行全肺活量吸气的能力。另一种类型的负荷，锥形流动阻力负荷，近年来越来越受欢迎。在克服残余容积的初始外部负荷后，外部负荷在吸气过程中逐渐减小。与压力阈值负荷相比，这允许在更大的肺容积范围内以几乎恒定的中间流速吸气。

几项随机研究调查了ICU患者的IMT。在第一项研究中，与对照组（治疗标准）相比，治疗组的MIP显著增加，每次5 min，每天2次，每周7 d，导致MIP显著增加， 对撤机成功无显著影响。在平均通气44 d的患者中进行的另一项研究调查了IMT方案，该方案包括四个系列，每天6～10次呼吸，针对阈值负荷，该阈值负荷具有个性化水平，可以在之间休息2‰分钟每个系列。对照组接受虚假协议以模拟训练。该IMT方案显著改善了干预组的MIP，并且成功脱机的比例高于对照组（71% vs 47%）。最终，对文献的两项系统评价得出结论，呼吸肌训练在危重患者中是可行的且耐受性良好，并且可以改善呼吸肌无力患者的吸气和呼气肌力量。

两项系统评价均未证明对临床结果（如脱机成功）有积极影响。一项针对在一个ICU中需要机械通气的气管切开患者的试点、前瞻性、随机研究表明，电子IMT设备是安全的，可促进MIP的增加，并且与使用间歇雾化程序治疗的患者相比，呼吸机撤机时间更短。IMweanT研究是一项双盲、平行组、随机对照优效性试验，旨在评估新型IMT方法对选定的脱机困难患者的脱机结果的影响。目前没有描述标准化方案，并且该疗法的开始时刻仍有待确定。针对重症监护患者的IMT专门针对临床医生出版了多学科实践指南。

IMT的主要问题之一是需要患者合作，这对谵妄患者来说可能具有挑战性。这引起了人们对自动肌肉刺激装置的兴趣。经静脉膈神经刺激是一种允许使用配备电极的专用导管对膈神经进行临时和无创刺激的方法。在一项针对机械通气超过4 d且至少2次脱机尝试失败的患者进行的多中心、开放标签、随机、对照研究中，临时经静脉膈神经刺激可以改善MIP，这表明它会干扰膈肌功能。然而，这种增加与更高比例的成功脱机无关 。膈神经刺激似乎是可行的，因为治疗组中75%的患者可以成功接受治疗，并且耐受性良好。目前正在进行一项更大规模的试验，应该阐明经静脉膈神经刺激是否有助于减轻长期撤机的负担（clinicaltrials.gov 标识符：NCT03783884）。另一种有趣的方法是在早期使用膈神经刺激来限制膈肌萎缩，这在猪模型中得到了很好的证明。这种策略可以代表一种结合正压通气和膈肌神经调节的新通气模式，即膈肌神经调节辅助通气（DiNAV）。DiNAV代表了未来一种有前途的肺和膈肌保护性通气方法，需要进一步研究以确认这些吸引人的特征。

3. 其他方法

分解代谢是呼吸肌无力的主要机制，从逻辑上讲，优化营养可能是一个有趣的目标。一项研究评估了两种营养策略的效果，发现ICU获得性肌肉无力（非呼吸）在晚期肠外营养组中发生的频率明显较低（34% vs 43%），但肌肉萎缩在两组之间没有显着差异。这项研究表明，在重症监护的第一周，常量营养素缺乏与肌肉萎缩的发展无关，甚至可能会改善肌肉收缩力。这些发现是否适用于呼吸肌尚未阐明。低磷血症的存在与复苏患者纠正后迅速可逆的膈肌功能障碍相关，鼓励在机械通气撤机期间监测电解质。使用药物治疗膈肌功能障碍的研究是一个有趣的视角。钙增敏剂可能对膈肌功能和改善呼吸肌收缩力有有益作用。在人类中，已经评估了促进肌肉收缩力的治疗方法，例如钙增敏剂（左西孟旦）和茶碱。实验研究表明，左西孟旦可改善慢阻肺患者膈肌纤维的钙敏感性。在健康受试者中，使用左西孟旦可使膈肌功能改善20%以上，但这一结果并未在一项针对正在脱离机械通气的患者的随机试验中得到证实。

结论

呼吸肌无力在ICU中很常见，常常阻碍机械通气的撤机。除机械通气外，其他危险因素也可能干预并诱发这种功能障碍。在腹部隔室反常运动的患者中，可以通过视觉怀疑呼吸肌无力。测量MIP是评估呼吸肌功能的最简单方法，而不是专门评估膈肌。超声在该适应症中的地位很有趣，但仍有待澄清。最近的治疗发展很有希望，但唯一普遍使用的仍然是在生理限制和肌肉训练中促进自主吸气。 

文献：Bureau C, Van Hollebeke M, Dres M. Managing respiratory muscle weakness during weaning from invasive ventilation[J]. Eur Respir Rev, 2023, 32(168):220205.斌哥话重症

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