12.呼吸肌功能测定

第十二章 呼吸肌功能测定

广州呼吸疾病研究所 陈荣昌、郑则广

呼吸肌肉是呼吸运动的动力（呼吸泵），泵的衰竭可导致通气功能障碍。在本世纪初，已有学者注意到呼吸肌肉功能异常与通气功能不全的关系。然而，直到1977年Roussos和Macklem用附加吸气阻力法才首次直接测定了人体的膈肌疲劳。近20多年来，对呼吸肌肉功能的检测方法及其与通气功能不全的关系进行了较深入的探讨。1988年美国心肺和血液研究会对呼吸肌肉疲劳定义为：

呼吸肌肉疲劳(Fatigue)是指肌肉在负荷下活动而导致其产生力量和/或速度的能力下降，这种能力的下降可通过休息而恢复。

与之相比, 呼吸肌肉无力(Weakness)是指已充分休息的肌肉产生力量的能力下降。 这一定义包含有下述意义:①疲劳的出现可明显早于功能衰竭,例如在未有高碳酸血症前,可存在着呼吸肌肉疲劳。②有助于建立诊断的标准,例如,休息疗法后,疲劳的肌肉功能恢复; 亦有助于鉴别肌肉无力；③诊断标准的建立有助于临床研究，明确判断呼吸肌肉疲劳的存在、病理生理学的意义、发病率、危险因素和治疗方法。

引起呼吸肌肉无力或疲劳的因素包括有：呼吸中枢驱动不足，如中枢抑制状态等；神经肌肉疾患如膈神经损伤，重症肌无力等；肌肉初长和形态改变，如肺气肿患者；负荷增加，如支气管哮喘等；能量供应不足和代谢障碍如心力衰竭，低钾血症等。在某些疾病中（如COPD），可通过上述的多种途径，导致呼吸肌肉无力或疲劳。呼吸肌肉疲劳的临床表现包括有气促的增加，浅快呼吸，辅助呼吸肌动用，反常呼吸等。高危人群包括有：①早产或新生儿；②慢性呼吸负荷加重或肌无力（包括神经肌肉疾患）③能量供应障碍如休克，心功能衰竭。④ 哮喘或COPD患者负荷突然加重。⑤急性高负荷状态如剧烈运动或分娩过程。在这些人群中，当出现上述表现时，应注意到呼吸肌肉疲劳的存在。

通过检测，除能证实呼吸肌肉无力或疲劳的存在外，更重的是进一步深入阐明在不同疾病的发展过程中，呼吸肌肉疲劳与通气功能不全发生发展的相互关系，为通气功能衰竭的防治提供理论依据；为呼吸肌肉功能康复治疗或疲劳的防治方法的探讨提供客观的评价依据；进一步阐明呼吸肌肉疲劳与人工通气脱机过程的成败的关系等。 一.呼吸肌肉解剖和生理简介

人的呼吸肌由膈肌、肋间肌、颈部肌、肩带肌和腹肌组成。肋间肌有肋间内肌和肋间外肌，肋间内肌近胸骨旁部分增厚形成胸骨旁肋间肌。其肌纤维从胸骨旁往下后至肋骨软骨交界处附近，其功能是吸气作用。肋间外肌在近脊柱附近增厚，形成肋提肌，起吸气作用。按照其功能分类，呼吸肌可分为吸气肌和呼气肌。主要的吸气肌是膈肌。吸气时，膈肌的作用占呼吸肌的60～80%。在自然呼吸中，胸骨旁肋间肌和斜角肌也参与吸气过程，用力吸气时会动用胸锁乳突肌和肋间外肌。主要的呼气肌是腹肌，尤其是腹横肌；外侧部分的肋间内肌也

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是主要起呼气作用。呼吸肌的组成以及在呼吸过程中的作用见图1。在胚胎学、形态学和功能上，呼吸肌属于骨骼肌。和其他骨骼肌一样，呼吸肌均含有红肌纤维，即慢收缩抗疲劳纤维（I类纤维）和白肌纤维，即快收缩纤维（II类纤维）。II类纤维又可分为快收缩耐疲劳纤维（IIA纤维）和快收缩易疲劳纤维（IIB纤维）。在人类膈肌，三者的比例约为：I类50%；II A类25%；II B类25%。同时呼吸肌肉也遵循肌肉的三个基本规律，即：初长—张力关系、力量—速度关系、刺激（驱动）频率—力量关系（见图2）。所以，肌力与初长、收缩速度和刺激频率（中枢驱动）有关，也与呼吸肌肉的整体协调有关。

影响膈肌收缩的效能的另一因素是其本身的形状。对于一个圆弧状的物体，其本身的张力（T）与跨壁压（P）和圆弧的半径（R）的关系，称作Laplace原理，即P=2T/R。膈肌的外形为圆顶状，依据Laplace原理的规律，膈肌收缩时的张力（Tdi）与跨膈压（Pdi）和膈肌向上圆拱状的半径（Rdi）的关系亦应符合：Pdi=2Tdi/Rdi的规律。也就是说：在同样的收缩强度下，若膈肌的形状越向上弯曲，其产生的跨膈压就越大，吸气就越有效；而膈肌越低平，弧度的半径（R）越大，其产生的跨膈肌压就越小；若膈肌完全平坦，其收缩不仅不会产生跨膈肌压，还会使胸廓下缘肋间内陷（Hoover氏征）。然而，实验研究显示，膈肌收缩下降时，主要是对合部的减少，其弧度改变不大，所以在正常人此因素对膈肌收缩效能影响不大。但严重肺气肿患者则可能有明显影响。

二.测定方法及其应用

呼吸肌肉功能测定大致可分为力量测定、耐力测定、疲劳测定。实际上三个方面相互联系和重复。近10多年来，对呼吸肌肉功能测定的方法进行了深入广泛的探讨，从肌力、肌电图谱、肌肉负荷实验、中枢驱动、膈神经电刺激或磁波刺激等角度，探索出许多方法，然而，目前的测定技术主要用于实验研究，临床应用费时，使用不便，且干扰的因素亦较多。在呼吸肌肉功能测定的专题研讨会上，认为膈神经电或磁波刺激法是较理想的膈肌功能评价方法。然而，临床应用研究的资料尚不多，有待在临床实践或研究中进一步论证。

（一）呼吸肌肉力量测定

除颈部肌肉外，其余呼吸肌肉的力量不能直接测定。呼吸肌的收缩表现为胸膜腔压力的变化，导致肺容积改变。可通过测定呼吸系统的压力变化来间接反映呼吸肌肉的力量。然而，测得的压力除与肌肉的收缩力有关外，还与肌肉的体积、初长、缩短的速度、兴奋或刺激的强度与频率及其肌肉纤维特性有关。当这些因素相对恒定时，呼吸系统的压力变化可反映肌力的变化。通常在相同肺容量位（常用FRC位，反映肌肉初长），气道阻断（最低缩短速度）和最大用力或超强神经刺激（最大中枢驱动）状态下测定相应的压力来反映呼吸肌肉力量。常用的测定包括：①最大吸气压和呼气压；②跨膈肌压与最大跨膈肌压和③跨膈肌压与最大跨膈肌压。

1．最大吸气压和呼气压

最大吸气压（Maximal Inspiratory Pressure，MIP）是指在功能残气位（FRC）或残气位

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(RV)、气道阻断时，用最大努力吸气能产生的最大吸气口腔压。它反映全部吸气肌的综合吸气力量；最大呼气压（Maximal Expiratory Pressure，MEP）是指在肺总量位（TLC）、气道阻断时，用最大努力呼气能产生的最大口腔压，它反映全部呼气肌的综合呼气力量。 (1)测定方法

①器械：器械的连接方法见测量装置连接（图3）。

a)鼻夹及橡皮咬口：咬口常用管状和翼状。不同咬口对MIP 和MEP的结果略有影响。 b)三通阀（Y型或T型）： 开口直径宜>20mm，一端通空气，另一端连接单向活瓣。管壁上有一个直径0.6~1.5mm的小孔与大气相通，保证呼吸时声门开放和避免颊面肌肉对MIP或MEP测定的影响。例如作MIP测定时，若使用颊肌作吸吮动作，空气可通过小孔进入口腔，抵销了颊肌的作用，但又不致影响肺容积而降低MIP值。 c)压力计或电子压力传感器：其量程应为0~±25Kpa（0~±250cmH2O）,误差宜?±2%。 ②MIP测定的操作：

a)向受试者解释操作过程，特别强调需作最大努力吸气。

b)受试者可站立位、坐位或半坐卧位，口含连通于三通阀的咬口，三通阀先通空气，夹上鼻夹，注意口角勿漏气。

c)受试者先作几次自然呼吸，在平静呼气过程中旋转三通阀，通向单向呼气活瓣（只允许呼气，吸气时则阻断气道），在呼气末嘱受试者作最大努力吸气，持续3秒钟左右。

d)记录最大的吸气负压。如使用压力表，要注意排除指针摆动的惯性的影响。所以，要记录吸气开始1秒钟后短暂恒定（持续1秒钟左右）的压力读数。 e)重复操作三次以上，每次休息1分钟（取最大值）。 ③MIP测定的操作：

a)和b)步骤同上，但单向活瓣为吸气性单向活瓣（只允许吸气，呼气则阻断气道）。 c)要求受试者吸气至肺总量位，在吸气过程中，旋转三通阀连通单向活瓣和压力计（或传感器），嘱受试者作最大努力呼气，持续1—2秒。

d)记录最大的呼气正压。如使用压力表，要注意排除指针摆动的惯性的影响。所以，要记录呼气开始1秒钟后短暂恒定的压力读数。

MEP测定中，因口腔压及胸内压明显增大而使受试者感到不适，检查时应注意，持续时间宜<2秒。因此，亦可测定咳嗽时食道压来反映MEP。 （2）正常值

MIP和MEP的正常值尚无统一的标准。Brushi C等报道625例（男：266例，女：358例；1870岁）正常成人测定的正常预计值公式如下：

LnMIP=3.89-0.22性别-0.004年龄（岁）+0.52体表面积（M） （SE=0.337 R=25%）

LnMEP=4.48-0.18性别-0.0004年龄（岁）-0.003性别*年龄+0.25体表面积（M）

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2

2

2

（SE=0.213 R=46%）

注： Ln：对数转换；MIP在FRC位测定（取绝对值），MEP在TLC位测定，单位：cmH2O；

性别：男=0，女=1。

MIP和MEP平均值见表1，然而，也有不少的文献报道MEP值>200cmH2O。可见，MIP和MEP的变异较大，临床上作粗略估计时，可以设立最低标准值，大于最低标准值则可以认为在正常范围。

表1 成人的MIP和MEP正常值。 男 女 MIP平均值（SD） 118.41±37.19 84.45±30.31 MIP正常下限 >=75 >=50 MEP平均值（SD） 139.83±30.16 95.26±20.08 MEP正常下限 >=100 >=80 2

注：MIP在FRC位测定，MEP在TLC位测定，单位：cmH2O，MIP为负压，表中取绝对值。

7-17岁的小孩预计公式见表2。 表2 7-17岁小孩MIP和MEP的预计公式 男孩 女孩

MIP(cmH2O) 44.5+(0.75*体重) 40+(0.57*体重)

MEP(cmH2O) 35+(5.5*年龄) 24+(4.8*年龄)

注：体重单位：公斤；年龄单位：岁。 （3）质量控制

①MIP和MEP的测定有赖于受试者是否以最大努力。受试者一边操作一边看压力表或显示器的变化情况，有利于鼓励受试者作最大努力，得到最佳值。在三次测定中，其误差应<20%。

②压力计或传感器宜在每次使用前定标。可以用水银柱或血压计作为标准压力检测。 ③MIP和MEP与肺容积有密切关系。MIP在残气量时测定值最大，在肺总量时则近于零，MEP则相反。所以，要注意控制测定时的肺容量。 （4）临床意义

①MIP测定的临床意义：

a)在神经肌肉疾病或外伤中，对吸气肌肉功能作出评价，并可作为疾病诊断的参考。当MIP<正常预计值的30%时，易出现呼吸衰竭。

b)对肺容量增加（如肺气肿）、胸廓畸形或药物中毒等引起继发性的呼吸困难，MIP的测定可判断呼吸困难与呼吸肌肉无力的关系。如果MIP值<-60cmH2O（即绝对值>60cmH2O）者，可认为呼吸困难与呼吸肌无力无关。

c)作为判断能否脱离人工通气的参考指标。MIP值<-30cmH2O（即绝对值>30cmH2O）有利于脱机的成功，MIP值>-20cmH2O（即绝对值<20cmH2O）脱机失败的可能性大。然而，临床上由于受病人努力程度、检查时间和操作人员的影响，有时实测的MIP值低于实

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际的MIP，误把可脱机的病人判断为不能脱机的病人。所以，在临床工作中应该注意重复检查来鉴别。 ②MEP测定的临床意义：

可用于评价患有神经肌肉疾患的呼气肌功能。因MEP是有效咳嗽的重要因素，所以也

用于评价病人的咳嗽及排痰能力。通常MEP超过100cmH2O即表示有效，再高亦无更多的临床意义。

2．跨膈肌压与最大跨膈肌压

跨膈肌压（Transdiaphragmatic Pressure，Pdi）为腹内压（Abdominal pressure，Pab），与胸内压（Pleural pressure ，Ppl）的差值（Pdi=Pab-Ppl）。常用胃内压（Gastric pressure, Pga）来代表Pab，用食道压（Esophageal pressure, Peso）来代表Ppl，所以Pdi=Pga-Peso。它反映膈肌收缩时产生的压力变化。通常取其吸气末的最大值。在正常情况下，吸气时食道内压力为负值，而胃内压力为正值，Pdi实际是Pga和Peso两个绝对值之和。最大跨膈肌压（Pdimax）是指在功能残气位、气道阻断状态下，以最大努力吸气时产生的Pdi最大值。在临床上Pdimax 是反映膈肌力量的常用指标。用气道阻断法测定Pdimax时，有些受试者无法配合操作，可应用最大吸鼻法：即在FRC位作努力吸鼻时产生的Pdi值。尽管此法测得的Pdi值稍低，但重复性好、易于掌握。自然吸气至肺总量位时测得的Pdi称为肺总量位Pdi(Pdi-TLC),它反映克服最大的肺弹性回缩力所需的Pdi。 （1）测定方法：（图4） ①器械：

a)两条末端带乳胶气囊的聚乙烯塑料导管，导管的外径为2.02.5mm；内径为1.52.0mm；乳胶囊长56cm，直径1.2cm左右，气囊通过多个小孔与导管相连通。

b)压力传感器，其灵敏度应<0.05Kpa（0.5cmH2O），频率响应性在010Hz以上，压力表量程应为-160+250cmH2O以上。

c)放大器，用载波放大器，要求线性误差和时漂<2%。放大倍数通常选用5002000倍（根据记录部分的要求而定）。

d)显示和记录部分常采用示波器和记录仪。示波器显示压力波形，有助于判断气囊位置，也有助于判断受试者的努力程度或作为反馈讯号指导受试者掌握吸气的方法。压力讯号记录在记录纸上作计算结果用。也可用微型电脑通过连机（模数转换等），显示Pga、Peso和两者的合成值Pdi压力曲线并计算结果。用电脑数据采集和分析，有更多的优越性。 e)Y形三通阻断阀，一端连通大气，另一端连接单向呼气阀（允许呼气，阻断吸气）。 ②操作：

受试者取坐位、卧位或半坐卧位，以2%利多卡因作鼻腔及咽部表麻，经鼻孔插入两条末端带有气囊的聚乙烯导管（气囊预先抽空），令受试者一边吞咽，一边下送导管，使气囊分别位于胃（约60cm长）及食管下1/3处（约4045cm长），分别从两条导管注入6ml气体，再回抽气体使胃气囊保留1.5ml，食管气囊保留0.20.5ml气体。根据示波器的压力波形对导管的

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