引用本文： 王銀燕, 林志敏, 陳思蓓, 黃勇波, 毛璞, 何為群, 劉曉青, 黎毅敏. 新型多功能食管電極管和雙頸前膈神經磁刺激評估機械通氣患者膈肌功能的應用研究. 中國呼吸與危重監護雜志, 2014, 13(4): 348-352. doi: 10.7507/1671-6205.2014085 復制
呼吸肌肉功能障礙在危重癥患者中很常見，同時也是造成機械通氣患者延遲撤機的重要原因，已越來越受到關注[1]。膈肌是最主要的呼吸肌，正常人約3/4的通氣量由膈肌收縮產生[2]，膈肌也是唯一能進行特異功能檢查的吸氣肌[3]。刺激雙側膈神經產生的顫搐性跨膈壓(twitch transdiaphragmatic pressure，TwPdi)被認為是評估膈肌收縮力的最好指標[4]，其中經皮雙側膈神經電刺激產生TwPdi是客觀評估膈肌收縮力量的金標準[5]。但是電刺激的弊端是難于定位及給予最大刺激，而且被檢查者有疼痛不適感[6]。近20年來隨著磁刺激技術的發展與深入研究，磁刺激以其簡便、舒適、重復性好等優勢逐漸體現了它的臨床應用價值[3, 5, 7-8]。通過膈神經磁刺激檢查膈神經傳導時間(phrenic nerve conduction time，PNCT)、膈肌復合動作電位(diaphragm compound muscle action potential，CMAP)和TwPdi不僅能定量評估膈肌功能，亦能為定性分析膈肌功能障礙提供重要依據[9]。理論上說，同時使用上述3個指標評價膈肌功能是最全面、最理想的，但傳統方法需要經鼻或經口同時放置食管電極管、食管壓氣囊管和胃壓氣囊管3根導管，操作復雜，難度很高，且病人痛苦，不易被接受，所以研究報道對重癥患者的膈肌功能評價一般僅放置食管壓氣囊管和胃壓氣囊管2根導管，以檢測TwPdi為主[10-11]，或完全不置管而用顫搐性氣道壓來粗略評估膈肌功能[12-13]。改良后的膈肌功能檢測導管將三管合一[9, 14]，大大降低了置管難度。ICU機械通氣患者需留置鼻飼管，因此將食管壓氣囊、胃壓氣囊和食管電極進一步整合在鼻胃管上，形成新型多功能食管電極管(羅遠明教授與廣州銳士伯醫療科技有限公司研發)，有利于全面評估重癥患者的膈肌功能。
對象與方法
一 對象
納入標準：廣州醫科大學附屬第一醫院廣州呼吸疾病研究所重癥醫學科2013年5月至2013年11月機械通氣≥72 h、病情穩定、通過撤機篩查[15]、準備行自主呼吸試驗(SBT)的患者。排除標準：(1)食管電極管置管禁忌證：嚴重出凝血功能異常、胃和食管病變與畸形、不能用鼻胃管進行鼻飼的患者；(2)磁刺激禁忌證：心臟起搏器、植入式心臟復律除顫器、嚴重心律失常、頸椎創傷或頸內植入裝置；(3)影響壓力測定的因素：胸腔引流、腹部感染、腹腔高壓、近1個月內腹部手術、年齡＞80歲或＜18歲、妊娠、24 h內使用過神經肌肉阻滯劑、已知的膈肌畸形或損傷；(4)其他：多器官功能衰竭、嚴重代謝異常；(5)患者或家屬拒絕進行檢查。檢查前所有受試者均知曉本研究目的并簽署知情同意書。本研究通過廣州醫科大學附屬第一醫院醫學倫理委員會批準。
二 方法
1．檢測設備：新型多功能食管電極管(廣州銳士伯醫療科技有限公司)，管長1 m，直徑3.8 mm，含10個1 cm長的銀電極，一個為零極，其余9個間距2 mm依次排列并兩兩成對，多導電極兩端為兩個長7 cm、直徑1 cm的乳膠囊，分別用來檢測胃內壓和食管壓(圖 1)，導管前端有鼻飼開口。蘋果電腦(iMac，美國蘋果電腦公司)，Powerlab(16通導生理信號記錄儀，澳大利亞ADInstruments公司)，2臺磁刺激器，1對43 mm烙鐵形8字雙極線圈(Magstim200，Magstim2002，英國Magstim公司)，壓力傳感器(DP15，美國Validyne公司)，調制解調器(CD280，美國Validyne公司)，生物信號放大器(08-GL，英輝醫療器械科技有限公司)，氣囊呼吸阻斷閥與自動氣壓阻斷裝置(Series 9340，Series 9330，美國HANS RUDOLPH公司)。
圖1
新型多功能食管電極管及膈肌肌電定位圖
Ptr：氣道壓；Pes：食管壓；Pga：胃內壓；Pdi：跨膈壓
2．檢測步驟：(1)檢查儀器設備及定標壓力傳感器。(2)置管：拔除原鼻胃管，置入新型多功能食管電極導管，根據膈肌肌電信號定位[16]。當第1與第5對電極相應通道出現最大膈肌肌電信號，同時第3對電極通道信號最小時，提示第5號電極片在膈肌電活動中心位置。食管壓氣囊和胃壓氣囊分別注入0.8 mL、1.2 mL氣體，并用氣道阻斷試驗確定食管氣囊的位置同時確保能采集到最大膈肌肌電信號。(3)調節呼吸機參數：壓力支持(PS)7 cm H2O(1 cm H2O=0.098 kPa)，呼氣末正壓(PEEP)5 cm H2O，吸氧濃度(FiO2)35%~40%，抬高床頭使患者坐起，松開褲帶，停止鼻飼并回抽胃管。(4)磁刺激：將8字線圈中心置于左右兩側胸鎖乳突肌外緣中點與環甲軟骨水平，以100%的強度(約2.0 Tesla)在患者呼氣末阻斷氣道后行雙側同步刺激，采集PNCT、CMAP及TwPdi(圖 2)，重復刺激5~8次，獲取至少3次重復性比較好的波形，每次刺激至少間隔30 s[17]。
圖2
膈神經傳導時間、膈肌復合動作電位、顫搐性跨膈壓示意圖
膈肌肌電濾波帶寬為20~1 000 Hz，通過08-GL型生物信號放大器進行放大處理。食管壓和胃壓氣囊連接至DP15壓力傳感器，濾波設為低通50 Hz，高通DC，經CD280調制解調器放大處理。數據采樣頻率為10 kHz，所有信號放大后經Powerlab 16導生理記錄儀通過LabChart7軟件記錄和數據分析。
3．檢測指標：(1)PNCT：取值為磁刺激開始到膈肌產生動作電位的起點。(2)CMAP：磁刺激后膈肌產生顫搐性動作電位的波峰與波谷的差值。(3)TwPdi：用胃內壓代表腹腔內壓，用食管壓代表胸膜腔內壓，跨膈壓為兩者之差。TwPdi為磁刺激后產生的跨膈壓的變化。選擇刺激前后基線平穩，波形相似的數據進行分析，CMAP、TwPdi取重復性好、變異率＜15%的至少3次檢查結果中的最大值，PNCT取CMAP重復性較好的至少3次磁刺激的平均值。
三 統計學處理
檢查結束后分析PNCT、CMAP及TwPdi。所有資料均采用SPSS 19.0進行統計分析，檢查數據采用
結果
入選14例患者，患者基本資料見表 1。1例不能耐受重復磁刺激終止檢查；2例置管后始終未探及膈肌電活動信號，磁刺激后亦無CMAP及TwPdi波形；1例置管后膈肌電活動信號穩定，但反復多次磁刺激均無CMAP及TwPdi波形；1例PNCT為7.2 ms、 CMAP為1.26 mV，但因呼吸頻率過快未測到可以分析的TwPdi；9例取得完整檢查數據的ICU機械通氣患者PNCT、CMAP、TwPdi分別為(8.5±1.5)ms、(1.01±0.35)mV、(11.2±4.7)cm H2O。 結果見表 2。
表1
患者基本資料
表2
雙側頸前膈神磁波刺激誘發的PNCT、CMAP及TwPdi值
討論
新型多功能食管電極管與膈神經磁刺激相結合，從PNCT、CMAP及TwPdi三方面評價ICU機械通氣患者的膈肌功能，能更全面更準確了解膈肌功能狀態，并有助于鑒別膈神經傳導障礙和膈肌收縮障礙性疾病[3]。但是，目前研究并未確定這三個指標的正常值或正常范圍，原因在于個體的自身變異及個體間差異大，且不同研究人員采用的膈神經刺激方法及電極不完全一樣，以及其他影響因素，特別是TwPdi受體位、肺容量、進食及胸腔結構等諸多因素影響[6, 18-20]。因此，高CMAP和TwPdi值可認為膈肌興奮收縮正常，但低值不一定就是膈肌功能障礙，還需排除相關影響因素及操作技術問題。與羅遠明等[16]對重癥患者及正常人的對比研究比較，本研究PNCT稍長[(8.5±1.5)ms比左側(7.8±1.1)ms、右側(7.9±2.3)ms]，考慮與入選患者年齡較大有關[21][(38~76)歲比(23~67)歲]，且CMAP稍高[雙側(1.01±0.35)mV比單側(0.73±0.38)mV]，考慮與采用雙側超強刺激有關[5]，但仍低于正常人組[單側(1.56±0.38)mV]，尤其是慢性阻塞性肺疾病患者，提示重癥患者膈肌功能下降程度可能不僅與通氣時間有關[11]，而且與不同疾病對膈肌功能影響程度及本身基礎病也有關系。TwPdi[(11.2±4.7)cm H2O]與學者Watson等[10][(10.7±6.8)cm H2O]、 Cattapan等[12][(10.4±1.8)cm H2O]和Hermans等[11][(11.5±3.9)cm H2O]對ICU患者的研究結果相似，但明顯低于羅遠明等用同樣方法對32例正常人檢測的結果[(28±5)cm H2O，范圍(18~42)cm H2O]，原因除了重癥疾病對膈肌收縮力的影響之外，患者并非脫機檢測，PEEP的應用使得膈肌初長度改變也會造成TwPdi值減低[22]。
本組患者中，絕大多數患者能耐受雙側超強磁刺激，僅1例患者感覺不舒適，不能忍受，拒絕繼續刺激。2例未探及膈肌電活動信號，磁刺激后亦無CMAP和TwPdi的患者排除置管與解剖原因后，考慮為膈肌麻痹(連續3 d監測排除機器及技術因素)。該2例患者雖然最終均成功撤機拔管，但拔管后需持續無創輔助通氣數天，轉出ICU及出院后仍需間斷無創輔助通氣。因此，全面評估機械通氣患者膈肌功能，可能有助于預測脫機預后及制定機械通氣治療策略。1例置管后膈肌電活動信號穩定，反復多次磁刺激均無CMAP和TwPdi波形的患者考慮未成功刺激到膈神經，原因不明。對于呼吸頻率較快的患者，呼氣時間相對較短，不容易把握呼氣末的瞬間進行阻斷、刺激，因此難以采集到有效的TwPdi，而對PNCT和CMAP影響不大[23]。所以，ICU患者TwPdi的質控難點主要在于肺容量，呼吸頻率較快的患者最好能配合指令做呼氣末屏氣，否側不容易獲取有效TwPdi。由此可見，TwPdi檢查對患者有一定的選擇性。
新型多功能食管電極管有利于重癥患者的膈肌功能監測，但也存在不足之處。后續觀察發現，該導管胃壓氣囊測壓時間一般在24 h之內，之后壓力不穩定或完全消失，考慮胃酸使氣囊變性所致。因此，這種傳統的囊壓法測跨膈壓可能僅限于短期監測。
綜上所述，新型多功能食管電極管結合膈神經磁刺激為客觀綜合評估ICU患者的膈肌功能提供了便利，有利于量化評估膈肌功能，對定性分析膈神經傳導和膈肌收縮引起的膈肌功能障礙提供了依據。
呼吸肌肉功能障礙在危重癥患者中很常見，同時也是造成機械通氣患者延遲撤機的重要原因，已越來越受到關注[1]。膈肌是最主要的呼吸肌，正常人約3/4的通氣量由膈肌收縮產生[2]，膈肌也是唯一能進行特異功能檢查的吸氣肌[3]。刺激雙側膈神經產生的顫搐性跨膈壓(twitch transdiaphragmatic pressure，TwPdi)被認為是評估膈肌收縮力的最好指標[4]，其中經皮雙側膈神經電刺激產生TwPdi是客觀評估膈肌收縮力量的金標準[5]。但是電刺激的弊端是難于定位及給予最大刺激，而且被檢查者有疼痛不適感[6]。近20年來隨著磁刺激技術的發展與深入研究，磁刺激以其簡便、舒適、重復性好等優勢逐漸體現了它的臨床應用價值[3, 5, 7-8]。通過膈神經磁刺激檢查膈神經傳導時間(phrenic nerve conduction time，PNCT)、膈肌復合動作電位(diaphragm compound muscle action potential，CMAP)和TwPdi不僅能定量評估膈肌功能，亦能為定性分析膈肌功能障礙提供重要依據[9]。理論上說，同時使用上述3個指標評價膈肌功能是最全面、最理想的，但傳統方法需要經鼻或經口同時放置食管電極管、食管壓氣囊管和胃壓氣囊管3根導管，操作復雜，難度很高，且病人痛苦，不易被接受，所以研究報道對重癥患者的膈肌功能評價一般僅放置食管壓氣囊管和胃壓氣囊管2根導管，以檢測TwPdi為主[10-11]，或完全不置管而用顫搐性氣道壓來粗略評估膈肌功能[12-13]。改良后的膈肌功能檢測導管將三管合一[9, 14]，大大降低了置管難度。ICU機械通氣患者需留置鼻飼管，因此將食管壓氣囊、胃壓氣囊和食管電極進一步整合在鼻胃管上，形成新型多功能食管電極管(羅遠明教授與廣州銳士伯醫療科技有限公司研發)，有利于全面評估重癥患者的膈肌功能。
對象與方法
一 對象
納入標準：廣州醫科大學附屬第一醫院廣州呼吸疾病研究所重癥醫學科2013年5月至2013年11月機械通氣≥72 h、病情穩定、通過撤機篩查[15]、準備行自主呼吸試驗(SBT)的患者。排除標準：(1)食管電極管置管禁忌證：嚴重出凝血功能異常、胃和食管病變與畸形、不能用鼻胃管進行鼻飼的患者；(2)磁刺激禁忌證：心臟起搏器、植入式心臟復律除顫器、嚴重心律失常、頸椎創傷或頸內植入裝置；(3)影響壓力測定的因素：胸腔引流、腹部感染、腹腔高壓、近1個月內腹部手術、年齡＞80歲或＜18歲、妊娠、24 h內使用過神經肌肉阻滯劑、已知的膈肌畸形或損傷；(4)其他：多器官功能衰竭、嚴重代謝異常；(5)患者或家屬拒絕進行檢查。檢查前所有受試者均知曉本研究目的并簽署知情同意書。本研究通過廣州醫科大學附屬第一醫院醫學倫理委員會批準。
二 方法
1．檢測設備：新型多功能食管電極管(廣州銳士伯醫療科技有限公司)，管長1 m，直徑3.8 mm，含10個1 cm長的銀電極，一個為零極，其余9個間距2 mm依次排列并兩兩成對，多導電極兩端為兩個長7 cm、直徑1 cm的乳膠囊，分別用來檢測胃內壓和食管壓(圖 1)，導管前端有鼻飼開口。蘋果電腦(iMac，美國蘋果電腦公司)，Powerlab(16通導生理信號記錄儀，澳大利亞ADInstruments公司)，2臺磁刺激器，1對43 mm烙鐵形8字雙極線圈(Magstim200，Magstim2002，英國Magstim公司)，壓力傳感器(DP15，美國Validyne公司)，調制解調器(CD280，美國Validyne公司)，生物信號放大器(08-GL，英輝醫療器械科技有限公司)，氣囊呼吸阻斷閥與自動氣壓阻斷裝置(Series 9340，Series 9330，美國HANS RUDOLPH公司)。
圖1
新型多功能食管電極管及膈肌肌電定位圖
Ptr：氣道壓；Pes：食管壓；Pga：胃內壓；Pdi：跨膈壓
2．檢測步驟：(1)檢查儀器設備及定標壓力傳感器。(2)置管：拔除原鼻胃管，置入新型多功能食管電極導管，根據膈肌肌電信號定位[16]。當第1與第5對電極相應通道出現最大膈肌肌電信號，同時第3對電極通道信號最小時，提示第5號電極片在膈肌電活動中心位置。食管壓氣囊和胃壓氣囊分別注入0.8 mL、1.2 mL氣體，并用氣道阻斷試驗確定食管氣囊的位置同時確保能采集到最大膈肌肌電信號。(3)調節呼吸機參數：壓力支持(PS)7 cm H2O(1 cm H2O=0.098 kPa)，呼氣末正壓(PEEP)5 cm H2O，吸氧濃度(FiO2)35%~40%，抬高床頭使患者坐起，松開褲帶，停止鼻飼并回抽胃管。(4)磁刺激：將8字線圈中心置于左右兩側胸鎖乳突肌外緣中點與環甲軟骨水平，以100%的強度(約2.0 Tesla)在患者呼氣末阻斷氣道后行雙側同步刺激，采集PNCT、CMAP及TwPdi(圖 2)，重復刺激5~8次，獲取至少3次重復性比較好的波形，每次刺激至少間隔30 s[17]。
圖2
膈神經傳導時間、膈肌復合動作電位、顫搐性跨膈壓示意圖
膈肌肌電濾波帶寬為20~1 000 Hz，通過08-GL型生物信號放大器進行放大處理。食管壓和胃壓氣囊連接至DP15壓力傳感器，濾波設為低通50 Hz，高通DC，經CD280調制解調器放大處理。數據采樣頻率為10 kHz，所有信號放大后經Powerlab 16導生理記錄儀通過LabChart7軟件記錄和數據分析。
3．檢測指標：(1)PNCT：取值為磁刺激開始到膈肌產生動作電位的起點。(2)CMAP：磁刺激后膈肌產生顫搐性動作電位的波峰與波谷的差值。(3)TwPdi：用胃內壓代表腹腔內壓，用食管壓代表胸膜腔內壓，跨膈壓為兩者之差。TwPdi為磁刺激后產生的跨膈壓的變化。選擇刺激前后基線平穩，波形相似的數據進行分析，CMAP、TwPdi取重復性好、變異率＜15%的至少3次檢查結果中的最大值，PNCT取CMAP重復性較好的至少3次磁刺激的平均值。
三 統計學處理
檢查結束后分析PNCT、CMAP及TwPdi。所有資料均采用SPSS 19.0進行統計分析，檢查數據采用
結果
入選14例患者，患者基本資料見表 1。1例不能耐受重復磁刺激終止檢查；2例置管后始終未探及膈肌電活動信號，磁刺激后亦無CMAP及TwPdi波形；1例置管后膈肌電活動信號穩定，但反復多次磁刺激均無CMAP及TwPdi波形；1例PNCT為7.2 ms、 CMAP為1.26 mV，但因呼吸頻率過快未測到可以分析的TwPdi；9例取得完整檢查數據的ICU機械通氣患者PNCT、CMAP、TwPdi分別為(8.5±1.5)ms、(1.01±0.35)mV、(11.2±4.7)cm H2O。 結果見表 2。
表1
患者基本資料
表2
雙側頸前膈神磁波刺激誘發的PNCT、CMAP及TwPdi值
討論
新型多功能食管電極管與膈神經磁刺激相結合，從PNCT、CMAP及TwPdi三方面評價ICU機械通氣患者的膈肌功能，能更全面更準確了解膈肌功能狀態，并有助于鑒別膈神經傳導障礙和膈肌收縮障礙性疾病[3]。但是，目前研究并未確定這三個指標的正常值或正常范圍，原因在于個體的自身變異及個體間差異大，且不同研究人員采用的膈神經刺激方法及電極不完全一樣，以及其他影響因素，特別是TwPdi受體位、肺容量、進食及胸腔結構等諸多因素影響[6, 18-20]。因此，高CMAP和TwPdi值可認為膈肌興奮收縮正常，但低值不一定就是膈肌功能障礙，還需排除相關影響因素及操作技術問題。與羅遠明等[16]對重癥患者及正常人的對比研究比較，本研究PNCT稍長[(8.5±1.5)ms比左側(7.8±1.1)ms、右側(7.9±2.3)ms]，考慮與入選患者年齡較大有關[21][(38~76)歲比(23~67)歲]，且CMAP稍高[雙側(1.01±0.35)mV比單側(0.73±0.38)mV]，考慮與采用雙側超強刺激有關[5]，但仍低于正常人組[單側(1.56±0.38)mV]，尤其是慢性阻塞性肺疾病患者，提示重癥患者膈肌功能下降程度可能不僅與通氣時間有關[11]，而且與不同疾病對膈肌功能影響程度及本身基礎病也有關系。TwPdi[(11.2±4.7)cm H2O]與學者Watson等[10][(10.7±6.8)cm H2O]、 Cattapan等[12][(10.4±1.8)cm H2O]和Hermans等[11][(11.5±3.9)cm H2O]對ICU患者的研究結果相似，但明顯低于羅遠明等用同樣方法對32例正常人檢測的結果[(28±5)cm H2O，范圍(18~42)cm H2O]，原因除了重癥疾病對膈肌收縮力的影響之外，患者并非脫機檢測，PEEP的應用使得膈肌初長度改變也會造成TwPdi值減低[22]。
本組患者中，絕大多數患者能耐受雙側超強磁刺激，僅1例患者感覺不舒適，不能忍受，拒絕繼續刺激。2例未探及膈肌電活動信號，磁刺激后亦無CMAP和TwPdi的患者排除置管與解剖原因后，考慮為膈肌麻痹(連續3 d監測排除機器及技術因素)。該2例患者雖然最終均成功撤機拔管，但拔管后需持續無創輔助通氣數天，轉出ICU及出院后仍需間斷無創輔助通氣。因此，全面評估機械通氣患者膈肌功能，可能有助于預測脫機預后及制定機械通氣治療策略。1例置管后膈肌電活動信號穩定，反復多次磁刺激均無CMAP和TwPdi波形的患者考慮未成功刺激到膈神經，原因不明。對于呼吸頻率較快的患者，呼氣時間相對較短，不容易把握呼氣末的瞬間進行阻斷、刺激，因此難以采集到有效的TwPdi，而對PNCT和CMAP影響不大[23]。所以，ICU患者TwPdi的質控難點主要在于肺容量，呼吸頻率較快的患者最好能配合指令做呼氣末屏氣，否側不容易獲取有效TwPdi。由此可見，TwPdi檢查對患者有一定的選擇性。
新型多功能食管電極管有利于重癥患者的膈肌功能監測，但也存在不足之處。后續觀察發現，該導管胃壓氣囊測壓時間一般在24 h之內，之后壓力不穩定或完全消失，考慮胃酸使氣囊變性所致。因此，這種傳統的囊壓法測跨膈壓可能僅限于短期監測。
綜上所述，新型多功能食管電極管結合膈神經磁刺激為客觀綜合評估ICU患者的膈肌功能提供了便利，有利于量化評估膈肌功能，對定性分析膈神經傳導和膈肌收縮引起的膈肌功能障礙提供了依據。
