围手术期膈肌功能监测新视角：超声技术的临床应用与突破

糖糖不次糖 · 发表于 2025-4-10 13:08:41

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亮点

超声研究膈肌功能是一种有效的方法，近几十年来在各个领域得到了广泛研究。

在麻醉领域，早期研究揭示了全身麻醉期间膈肌功能的病理生理机制。相比之下，最新的的研究主要集中在评估全身麻醉不同阶段的膈肌功能。

本综述的目的是强调使用膈肌超声来评估膈肌功能，特别是麻醉药物、手术技术以及手术过程中解剖定位的影响。

摘要

超声技术在评估膈肌功能方面是一种成熟且有效的方法，近几十年来在重症监护、急诊及呼吸领域得到广泛应用。膈肌作为呼吸运动的核心肌群，在呼吸力学、通气支持策略及患者呼吸管理中占据核心地位。膈肌功能障碍或无力是导致呼吸衰竭、通气不足以及机械通气时间延长的重要原因，其评估对重症与急诊患者的管理决策及预后判断具有关键价值。尽管重症医学领域对膈肌功能的研究较为深入，但在麻醉学领域的相关探索仍显不足。

超声检查可通过测量膈肌厚度、收缩力及其动态变化，为膈肌功能障碍（DD）的诊断提供重要依据。近年来，超声成像技术的进步使临床医生能够更便捷地在机械通气期间实时评估和监测膈肌功能。本综述聚焦于围手术期麻醉与手术场景中膈肌超声的应用价值，系统探讨麻醉药物、手术操作方式及体位对膈肌功能的影响。文章还详细阐述了超声技术在量化膈肌形态学变化及功能动态监测中的具体应用，并结合最新研究进展，提出了优化围手术期呼吸管理的临床实践建议。这些发现对于降低术后肺部并发症、缩短住院时间及改善患者预后具有重要意义。

01、引言

膈肌是呼吸运动的核心肌肉，其穹顶状结构分隔胸腔与腹腔，在吸气与呼气过程中发挥关键作用。吸气时，膈肌收缩并向下移动，降低胸内压；呼气时，膈肌放松并回弹至原始位置，促使肺部被动回缩。此外，膈肌参与调节腹内压并维持腹腔器官稳定。作为唯一可同时受自主神经与中枢神经系统调控的肌肉，膈肌在无意识状态下可调节呼吸节律并支持消化与循环功能，而在有意识激活时则可辅助发音、维持直立姿势平衡及中断呼吸周期等复杂功能。

在麻醉场景中，膈肌功能具有重要意义，尤其是在围手术期阶段，麻醉药物及手术操作均可显著改变其功能状态。全身麻醉期间，药物作用及机械通气需求会导致胸壁形态与运动模式的改变。此外，手术类型及术中体位对膈肌功能的影响不容忽视。例如，腹部手术中开腹操作可能压迫膈肌，限制其在呼吸周期中的收缩与扩张能力；而术中体位（如侧卧位、Trendelenburg位或反Trendelenburg位）则可能通过改变腹内压进一步影响膈肌力学特性。

鉴于上述因素可能显著影响膈肌功能，相关手术操作需在术中采取监测与通气支持措施，并制定术后康复策略，以促进患者膈肌功能的全面恢复。膈肌超声作为一种简便、无创且可重复的评估手段，可在术前、术中及术后全程监测膈肌功能，从而降低机械通气脱机失败率、术后肺部并发症发生率、住院时长及医疗成本。然而，膈肌功能障碍（DD）在麻醉领域的关注度相对较少。本综述旨在探讨膈肌超声在围手术期麻醉与手术场景中的应用价值，系统分析麻醉药物、手术操作及体位对膈肌功能的影响，并重点阐述超声技术在量化膈肌形态与功能变化中的具体应用。此外，文章还结合最新研究进展，讨论了超声成像技术在机械通气期间实时监测膈肌功能的临床实践意义。

为全面评估围手术期超声膈肌评估及膈肌功能障碍（DD）的相关研究，我们进行了系统文献回顾。检索范围涵盖PubMed、Embase、Scopus、SpringerLink、Ovid Emcare及Google Scholar六大数据库，关键词包括“膈肌超声”、“麻醉”、“膈肌”、“膈肌功能障碍”、“单侧膈肌麻痹”、“半膈肌瘫痪”及“超声”。两位作者独立筛选相关文献全文，所有纳入研究的标题与摘要均经过严格审查。排除标准包括儿科患者相关研究、政策声明及指南。纳入文献的质量评估基于方法学、样本量、研究设计及与主题的相关性。为确保筛选一致性，两位作者的互评一致性通过Cohen's Kappa系数（0.88）进行量化评估；遇意见分歧时，由第三位作者介入以达成最终共识。

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图 1 检索策略流程图

02、膈肌超声功能评估

膈肌超声检查是一种快速、可重复、无创、无害且易于学习的方法，仅需中低水平的设备即可实现两种腹部投影。该检查通常在较短时间内完成（平均约 5 分钟，通常少于 15 分钟），并且可以在患者床旁进行，只需中等熟练程度的操作人员和超声设备即可，具有较高的准确性和可重复性。然而，尽管该方法在临床应用中具有广泛的潜力，包括肺部、神经学和重症监护领域，但其在实际临床中的使用仍不广泛。在超声检查中，当胸膜腔积液对比膈肌的上表面时，膈肌的轮廓清晰可见。此时可将凸阵探头置于后外侧肋间隙，紧贴膈肌胸腹交界处的皮肤投影上方进行观察。若无胸膜腔积液（或下叶实变），则需要一些技巧来获得有效的超声图像。例如，可以利用肝脏作为右半膈肌的声窗，而脾脏则作为左半膈肌的声窗。由于解剖和生理原因，这种方法存在一定的局限性，尤其是在右半膈肌的检查中。此外，肝脂肪变性、肥胖或腹内压增高等膈肌外的病理因素可能导致检查结果失真。膈肌移动度（DE）、厚度（DT）和增厚率（DTF）是通过超声评估膈肌质量和功能的三个指标（图 2）。移动度的测量可以在潮式呼吸和最大吸气努力下进行，适用于配合的患者。这种综合方法能够全面评估膈肌的功能状态。使用低频凸阵探头（3.5–5 MHz），将其置于右侧肋弓下方，介于中锁骨线和前腋线之间，并朝向内侧、头侧和背侧方向，可以在二维模式下追踪右半膈肌的后三分之一部分。膈肌移动度（DE）可以通过视觉评估进行定性分析，或通过将 M 模式光标尽可能垂直地穿过膈肌进行定量分析。然而，这并不总是可行的，因为吸气时的肺幕可能下降，遮挡图像。在右侧，可以通过进行肋下向上扫描来解决这一问题，将肝脏及其上方的双侧膈肌叶显示为一条弯曲的高回声线。当 M 模式光标垂直于膈肌穹顶时，器官的运动表现为客观的时空轨迹。左侧的采样更具挑战性，因为脾脏较小且结肠气体较多。因此，左侧通常需要采用 LeRolle 等人描述的方法，即将探头置于纵切面，对应中腋线或后侧的中肩胛线。探头定位后，顺时针旋转探头，直到显示屏右侧出现一条高回声曲线，即为左半膈肌。若吸气时膈肌移动度显著减少（低于规定阈值）或出现与探头方向相反的运动（矛盾运动），则提示异常或功能障碍。

使用高频线阵探头（>7–10 MHz），将其垂直放置在侧胸壁，具体位于中腋线和前腋线之间的第 9 和第 10 肋间隙（贴壁区 – ZA），膈肌显示为被腹膜和胸膜包裹的低回声内层肌肉。正常情况下，深吸气时，膈肌远离胸壁的移动所形成的空隙最初由肺幕填充。在最大吸气时，膈肌的贴壁区减少至约 1 厘米或略多。在这一投影下，可以使用 M 模式评估膈肌厚度（DT），包括最大呼气时的厚度（DTe，此时厚度最大）和最大吸气时的厚度（DTi，此时厚度最小）。膈肌增厚率（TF）定义为吸气时膈肌厚度的百分比变化，计算公式为：[(Tdi, insp) − (Tdi, exp)/(Tdi, exp)] × 100 。

膈肌增厚率（TF）可以反映膈肌的吸气活动或用力程度。在不同的超声指标中，最近的一项系统综述表明，膈肌增厚率的诊断准确性高于膈肌移动度。

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图 2 超声检查膈肌。

A组：超声图像显示膈肌在贴合区域的情况，突出了B模式；B组展示了相同的成像在M模式下，可以确定呼气末和吸气末的厚度。C组：超声图像显示肝圆顶附近的典型膈肌，采用B模式；D组展示了使用M模式的相同成像。通过分析沿解剖M模式线记录的膈肌位移，确定膈肌运动度。

03、麻醉与膈肌功能

超声技术在临床实践中的应用极为广泛，尤其在麻醉管理领域，已成为大多数麻醉医师的常用工具。在麻醉场景下，膈肌超声检查具有多方面的实际价值，贯穿于麻醉全过程。其具体应用包括：诊断术后残留神经肌肉阻滞，筛查术后肺部并发症高风险患者，以及早期识别因手术或麻醉因素导致的膈肌麻痹。此外，膈肌超声为麻醉科医师和重症医学专家提供了关键信息，助力气管插管及脱离机械通气的决策（见图3）。

多项研究显示，麻醉期间膈肌呈现头侧移位，这可能是由于呼吸肌张力丧失导致腹腔内容物推挤膈肌所致。Warner等人的研究发现，膈肌移位存在区域差异，后部膈肌向上移动，而前部膈肌则向下移动。Krayer等近期研究进一步表明，与未麻痹的膈肌相比，麻醉期间麻痹的膈肌头侧移位更为显著。此外，与自主呼吸相比，机械通气可减少依赖侧膈肌的吸气期位移。

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图 3 麻醉和手术过程对膈肌的影响。

麻醉的实施和手术操作可导致膈肌逐渐向上移位。这一过程涉及多个步骤，包括患者采取仰卧位、麻醉诱导、肌肉松弛、调整手术体位以及使用牵开器和填塞物。膈肌的持续上移会减少功能残气量。

04、全身麻醉和机械通气的影响

手术期间，患者常需机械通气支持。呼吸机可通过设置控制性通气模式及潮气量、呼吸频率和呼气末正压（PEEP）等参数，优化氧合与二氧化碳排出。近期研究提出了一种新型机械通气相关并发症——呼吸机诱导膈肌功能障碍（VIDD），其特征为膈肌力量生成能力下降，导致吸气努力抑制、膈肌活动减少及肌肉负荷降低。尽管短时间机械通气即可引发类似肺损伤的膈肌生化损伤，但麻醉相关VIDD的研究仍处于起步阶段。

目前尚无确切数据表明全身麻醉相关VIDD的发生率。现有文献多集中于手术相关膈肌功能障碍，尤其是胸血管手术场景。例如，成人心血管手术后膈肌功能障碍与机械通气时间延长及再插管率增加显著相关，且多发生在手术侧，术后持续存在。在胸腔镜手术中，与非插管组相比，插管组术后膈肌电活动（DE）及膈肌厚度分数（DFT）显著降低。

此外，常规应用于机械通气患者的PEEP对膈肌功能的影响具有双重性。动物实验显示，48小时机械通气联合PEEP可诱导兔子膈肌胶原沉积与纤维化。PEEP可能通过机械性压迫膈肌血管减少血流灌注，尤其在高PEEP水平时。同时，PEEP缩短膈肌长度并降低其收缩功能，改变膈肌几何形态。这一发现已在重症患者中得到验证：不同PEEP水平可显著影响膈肌厚度及增厚分数。

基于上述机制，建议通过优化通气参数与镇静水平，促进早期膈肌活动，同时避免过度呼吸负荷，以实现膈肌保护策略。

05、麻醉药物的效果

麻醉药物（如肌松药）可暂时性麻痹包括膈肌在内的骨骼肌，以便于术中插管及机械通气。然而，目前鲜有关于这些药物对膈肌功能影响的研究，特别是缺乏基于超声检查的探索。与外周肌肉相比，呼吸肌对神经肌肉阻断剂更具耐药性。例如，通过膈神经刺激实验发现，需双倍剂量的泮库溴铵才能在膈肌产生与拇指内收肌相同的阻断效果。此外，呼吸肌张力的丧失是导致腹部手术麻醉期间膈肌逐渐头侧移位的关键因素。这种呼气末膈肌移位最初由Froese等通过影像学描述，并在多数仰卧位及俯卧位患者研究中得到验证。

近期，膈肌超声被提议用于评估术后残余神经肌肉阻滞（PORC）。在非胸腔及非腹部手术的全身麻醉患者中，膈肌超声与四个连续刺激呈正相关，敏感性为85.4%，特异性为64.7%。多项动物实验表明，吸入麻醉剂可能损害膈肌功能。Clergue等发现，氟烷可削弱自然呼吸犬的膈肌收缩特性；Dureuil和Veber证明，氟烷和异氟醚在机械通气小鼠中具有类似的膈肌收缩抑制作用。不同浓度的氟烷和异氟醚对机械通气犬的影响显示，异氟醚浓度增加会剂量依赖性地降低膈肌力量生成能力，而氟烷则无明显影响。七氟醚在仰卧位患者中表现出比氟烷更强的呼吸抑制作用。通过测量不同七氟醚浓度下的膈肌几何形态和肌肉长度（采用腹部及下胸部石膏模型），发现其因神经肌肉传递失败及膜兴奋性受损而抑制膈肌功能。此外，关于静脉麻醉镇静剂的影响，目前研究较少。实验大鼠模型显示，丙泊酚镇静下的自然呼吸可导致膈肌萎缩和功能障碍，程度与呼吸机引起的VIDD相似，尽管膈肌激活被认为具有保护作用。

06、局部麻醉的影响

在局部麻醉期间，膈肌麻痹可能显著增加患者管理的难度。尤其是涉及膈神经的神经阻滞时，存在无意中引发膈肌麻痹的风险。这种麻痹可能损害呼吸功能，若未能及时识别和处理，可能导致呼吸窘迫甚至呼吸衰竭。例如，肩部和手臂手术患者常需神经阻滞以辅助围手术期疼痛管理。然而，在这些场景下，超声作为诊断和监测膈肌功能障碍（DD）的工具，相关研究仍较为有限。

一项随机对照试验中，Kim等人通过膈肌厚度分数（DTF）评估了单侧膈肌麻痹的发生率，比较了传统剂量与减量局部麻醉药的效果。结果显示，实验组中超过半数患者及对照组近90%的患者出现了DD（定义为DTF <30%）。另一项随机临床试验比较了两种上肢手术局部麻醉技术（锁骨下入路与锁骨上阻滞）的影响，发现34%的锁骨下阻滞患者出现了完全性DD（自主呼吸时膈肌运动度DE较麻醉前减少>75%），另有44%的患者表现为部分性DD（DE减少25%-75%）。Ferré等在关节镜手术中评估了肩胛上神经阻滞后的DE，发现DD发生率接近40%。

尽管这些研究聚焦于不同局部麻醉技术对DD发生率的影响，但它们揭示了这一并发症的普遍性。无论局部麻醉方法如何，DD的高发生率提示其在临床实践中的重要性。这些发现促使我们进一步反思局部麻醉对膈肌功能的影响，并强调优化技术以降低相关风险的必要性。

07、手术和患者体位的影响

外科手术中诸多因素可影响呼吸肌功能，涉及肌肉完整性、胸腹机械耦合及神经肌肉耦合。术中体位亦对膈肌功能有显著影响。腹部或胸部手术可能改变胸壁顺应性，而全身麻醉亦可导致胸廓顺应性改变。这些变化共同作用，影响膈肌几何形态、曲率及长度-张力关系。既往研究多聚焦于心脏、胸部及腹部手术对膈肌功能的影响。

7.1 心脏手术

心脏手术患者中膈肌功能障碍（DD）的发生率尚不明确，受手术方式及检测手段影响显著。依据电生理、影像学等技术，其发生率介于10%至85%之间，且与膈神经损伤密切相关。一项针对数百例患者的前瞻性超声研究显示，约1/3患者术后膈肌厚度（DT）降低，近半数患者厚度降幅超10%，与ICU住院时间延长相关。Tralhão等观察术后3天内的膈肌运动度（DE）及厚度分数（TF），发现两者显著下降但可逆，提出以2 cm DE作为DD的诊断阈值。心脏术后康复阶段，超70%患者存在DD，但不足半数患者经康复治疗后功能恢复正常。

7.2 普通外科手术

在手术背景下，膈肌功能障碍（DD）的发生率难以精确定义，因手术类型和部位在不同研究中存在差异。尽管如此，已有文献显示显著呼吸肌功能障碍的发生率介于2%至40%，具体取决于手术是在下腹部还是上腹部进行。一项前瞻性、单中心、观察性研究通过膈肌运动幅度（DE）评估膈肌运动，发现上腹部手术前后DE显著降低。研究确定，与术前值相比，肺活量分别减少30%和50%的最佳DE截断值为3.61厘米和2.41厘米。同样，Vanamail等人的研究显示，术后DE值显著下降，截断值为1.3厘米，与术后呼吸并发症发生率增加相关。Fluhr等人的研究也发现，在腹部整形术后10天内，DE减少了近20%，归因于剑突旁缝合及腹内压增加。此外，在20名接受选择性盆腔镜手术的患者中，研究者在镇静后、插管后、Trendelenburg体位90分钟及手术结束肌肉松弛恢复后测量DE，发现术中及术后早期DE未恢复至镇静后水平。同一组研究者比较了开放式与腹腔镜根治性子宫切除术对术中DE的影响，发现前者DE减少较少（5.3±1.7mm对比7.7±2.0mm）。最近一项研究确定了可预测大型腹部手术后并发症的DE截断值。然而，超声评估DD尚未广泛标准化，部分原因是其需要对超声图像进行二次解读，这在临床实践中较少应用。

7.3 胸外科手术

在胸外科手术中，因手术可能导致胸壁结构变形及顺应性降低，加之手术创伤可能引起的呼吸肌功能质量减少，故需特别关注膈肌功能障碍（DD）。一项针对75例接受胸腔镜或开胸手术患者的研究显示，开胸组术后DD发生率（膈肌运动幅度DE<10mm）更高，且与术后肺部并发症增加相关。另一项前瞻性观察研究中，对肺切除术前后、拔管后即刻及术后第3天的DE和厚度分数（DTF）进行测量，发现与术前及非手术侧相比，研究期间DE和DTF均有所下降。类似地，对胸腔镜与开胸肺叶切除术前后的DE和膈肌厚度比率（DTR）进行检查发现，上叶切除与DE更大程度的减少相关。

Xie等提出，DE可用于评估胸腔镜手术后的通气损失，并与肺部超声评分相关。他们发现，通气肺的肺部超声评分变化与拔管后基线和DE的变化相关。值得注意的是，胸椎硬膜外麻醉并不减轻呼吸肌功能障碍。Fratacci等通过在6名接受选择性肺切除的患者膈肌植入声学晶体和肌电图电极，监测开胸术后的膈肌功能，发现开胸术后膈肌主动缩短显著减少，且胸椎硬膜外麻醉未逆转这一效果。

在肺移植领域，膈肌超声显示出重要价值。术前评估膈肌运动和功能有助于确定肺移植候选人及评估呼吸肌力量。Huh等的研究显示，超过30%的患者术前存在DD，移植后半数患者膈肌功能恢复，但术后近半数患者出现DD。膈肌超声还可用于术中监测膈肌功能以指导呼吸机管理，并在术后评估膈肌功能恢复及识别并发症（如膈肌麻痹）。在肺移植患者中，超过80%存在DD，其中半数以上在7天内恢复，相关因素包括手术时间、术中输血和胸腔引流管。

LoMauro等通过多种参数（包括超声下的运动和收缩力）评估膈肌功能，发现尽管患者临床恢复良好，但出院时膈肌功能仍降低，这种状态可能持续长达6个月，甚至术后1年才完全恢复，推测与术中膈神经损伤有关。早期检测这些问题可及时干预并改善预后。膈肌超声可整合入康复计划，优化呼吸肌功能，促进肺移植后恢复。

7.4 患者体位

手术类型并非唯一影响膈肌功能的因素，患者的体位同样关键。超声检查显示，在健康成年人自然呼吸时，膈肌收缩力随体位变化而变化。当个体从仰卧位转为坐位时，膈肌增厚分数显著增加，并在站立位时达到峰值，这可能是由于重力对膈肌及腹腔脏器的影响。Trifi等人的研究发现，与仰卧位相比，俯卧位会减少膈肌的吸气期直径、整体增厚分数和收缩活动。研究指出，俯卧位限制了膈肌与胸壁结合处的扩张，从而影响了膈肌的正常运动。

08、关键考量、局限性和未来展望

在临床实践中，获取清晰的膈肌超声图像可能面临诸多挑战。肥胖患者因组织深度增加及声学特性改变，可能使膈肌成像变得困难。皮下气肿（皮下空气积聚）可能产生声学伪影，进一步阻碍膈肌可视化。此外，患者处于俯卧位或侧卧位时，可能限制胸腔内的声窗，增加超声检查的复杂性。除患者相关因素外，操作者经验、技术熟练度及超声设备质量也会影响图像质量和诊断准确性。经验不足的操作者可能在探头操作和图像解读方面遇到困难，而高质量设备则可提供更清晰的成像。

为了提高图像质量，优化患者体位以增强声窗并促进膈肌可视化至关重要。调整超声探头设置（如深度、增益和频率）可根据患者特征和检查目标优化图像。此外，尝试不同探头方向或结合其他成像技术可克服部分限制。技术进步（如提高图像分辨率、实时成像能力及便携式设备发展）正使膈肌评估更便捷高效。人工智能和机器学习算法的集成有望简化诊断流程，提高膈肌超声解释的准确性。

膈肌超声的创新应用不断涌现，为临床实践提供了新途径。例如，新型呼吸检测系统和嵌入式超声感应系统正在开发中，这些系统通过跟踪膈肌壁运动实现功能。将膈肌超声集成到临床诊断和远程医疗平台中，可能通过远程监测和早期干预膈肌功能障碍（DD），彻底改变患者护理模式。

本研究为叙事性综述，非系统综述或Meta分析，存在局限性。与系统综述相比，叙事综述在文献选择和解释时更易受偏见影响。此外，缺乏正式搜索策略和全面数据综合可能限制结果的普遍适用性。然而，本研究全面综合了当前文献，为围手术期膈肌功能障碍及超声评估提供了宝贵见解。随着技术进步，膈肌超声的研究和临床应用前景广阔，有望进一步提升医疗中膈肌评估的准确性、可及性和临床价值。

在手术室内，膈肌功能的仔细管理和监测对于确保患者在手术期间得到充分的氧合和通气至关重要，并有助于术后恢复。麻醉对膈肌功能的影响是暂时性的，膈肌会随着麻醉剂的代谢和排除逐渐恢复正常功能。手术或体位的影响可能会更持久。麻醉医师能够平衡肌肉松弛和控制通气的需要与保持呼吸功能的需求，确保患者安全。超声监测可以发现并解决围手术期膈肌功能的潜在问题。

09、结论

在手术室内，膈肌功能的仔细管理和监测对于确保患者在手术期间得到充分的氧合和通气至关重要，并有助于术后恢复。麻醉对膈肌功能的影响是暂时性的，膈肌会随着麻醉剂的代谢和排除逐渐恢复正常功能。手术或体位的影响可能会更持久。麻醉医师能够平衡肌肉松弛和控制通气的需要与保持呼吸功能的需求，确保患者安全。超声监测可以发现并解决围手术期膈肌功能的潜在问题。

原文：Formenti P, Ruzza F, Pederzolli Giovanazzi G, et al. Exploring ultrasonographic diaphragmatic function in perioperative anesthesia setting: A comprehensive narrative review. J Clin Anesth. Published online July 9, 2024. doi:10.1016/j.jclinane.2024.111530

译者：颜亦可

排版：林佳美

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