呼吸肌疲劳的原因、表现和发病机制
（一）基本原因和临床表现 各种原因引起能量消耗增加和（或）能量供应不足可导致膈肌疲劳。轻者出现呼吸困难和通气功能下降，表现为RR 增快、VT下降、辅助呼吸肌活动、胸腹矛盾运动、肺活量（VC）降低；重者出现PaO2降低，PaCO2升高。
（二）鉴别呼吸衰竭的病因 根据呼吸肌疲劳发生与否，呼吸衰竭分肺衰竭和泵衰竭，肺衰竭是指气体交换障碍，主要表现为低氧血症，一般无明显呼吸肌疲劳；而呼吸泵衰竭主要是通气衰竭，常有严重呼吸肌疲劳，同时存在低氧血症和高碳酸血症，且PaO2下降幅度和PaO2上升幅度接近。
（三）具体发生原因 因为呼吸运动是呼吸中枢的自律性活动，中枢调节、化学调节、神经反射性调节有重要调节作用，故呼吸中枢、传出神经和效应器（呼吸肌、呼吸器官）等整个呼吸控制链的核心环节的任何一部分异常均可导致呼吸驱动-肌力-负荷的失衡，发生呼吸肌疲劳。
1.呼吸中枢驱动减弱或相对减弱 约有50%
的呼吸肌疲劳与中枢驱动下降有关，如脊髓前角细胞的变性、中枢病变可引起呼吸肌疲劳；呼吸负荷增加时存在着相对的中枢驱动不足，疲劳的呼吸肌需要更多的中枢驱动才能产生相应的收缩力。当然呼吸肌疲劳时反射性抑制中枢驱动也是一种保护性机制，可以减少呼吸肌做功，但更容易出现每分通气量（VE）下降和呼吸衰竭。
2.神经-肌肉疾病 如颈髓外伤、膈神经损伤、神经肌肉接头疾病、膈肌疾病，或代谢障碍导致高能磷酸键（ATP）消耗，细胞内p H 下降，细胞内乳酸浓度升高等，均可引起呼吸肌疲劳。
3.泵负荷增加或能量供应不足 如气道-胸肺疾患引起气道阻力增加或胸肺顺应性下降，增加了呼吸肌负荷，容易诱发或加重呼吸肌疲劳。剧烈运动、发热等因素使VE增加，亦可加重呼吸肌负荷。
4.其他因素 代谢障碍时呼吸肌能量消耗将超过能量供给而使能量储备耗竭；或膈肌细胞的能量生成、利用障碍都可引起呼吸肌疲劳；营养不良、呼吸肌血供不足、血氧含量下降、肌细胞供能装置异常等均可导致呼吸肌疲劳的发生、发展。代谢异常或内环境障碍，如低磷血症、低镁血症、高钾血症、低钾血症、缺氧、高碳酸血症、碱中毒、低蛋白血症等均可引起肌力下降。
总之，多种因素可导致膈肌疲劳，而膈肌疲劳也是多种因素相互作用的结果，是从量变到质变的渐进过程。
（四）临床表现
1.呼吸困难 是呼吸肌疲劳的最常见临床表现，主观上表现为呼吸费力，客观上表现为呼吸次数或节律改变，如呼吸浅快、辅助呼吸肌活动、胸腹矛盾运动、三凹征等。呼吸困难常随体位改变而加重或减轻，一般在立位时加重，因为在重力作用下腹腔内脏器下移，膈肌低平，膈肌初长度缩短，使其处于长度-张力曲线的不利位置，导致膈肌收缩更无力；相反，前倾坐位时，在重力作用下腹腔脏器压迫横膈上移，使膈肌初长度增加，收缩力提高，呼吸困难减轻。
2.呼吸形式变化 常有呼吸浅而快或呼气延长，出现哮鸣音或点头呼吸。胸腹矛盾运动、霍纳（Horner）征是膈肌疲劳的可靠征象。霍纳征为吸气时胸廓扩张，胸腔负压增加，使已疲劳或功能减退的横膈向上移动，出现下肋骨边缘内陷的现象。
3.横膈运动幅度 横膈上、下运动的幅度可用叩诊法诊断，也可在X 线下观察。用力呼吸时，膈肌活动可使肺下界移动至少达3个肋间间隙。出现呼吸肌疲劳时横膈运动幅度显著下降。
4.休息后呼吸肌功能的变化 休息后呼吸肌疲劳可恢复；经负压通气或无创正压通气（NPPV）可使呼吸肌充分休息，加快呼吸肌疲劳的恢复和临床症状的改善。
（五）呼吸肌功能的测定 主要包括吸气肌、呼气肌、膈肌功能的测定，膈肌功能判断则涉及膈肌肌力和耐力的测定，以及膈肌肌电图分析等。
1. 口腔闭合压（mouth occlusion pressure，MOP） 在受试者预先不知情时突然阻断气道测得的口腔内压。临床应用非常广泛，如最大吸气压（maximal inspiratory pressure，MIP）、最大呼气压（maximal expiratory pressure，MEP）、0.1秒口腔闭合压（P0.1）的测定。
2.MIP 在RV 或FRC阻断气道，用最大力量、最快速度吸气产生的MOP。MIP反映吸气肌的综合收缩能力，是判断呼吸神经-肌肉（主要是膈肌、肋间外肌）功能、指导机械通气和呼吸康复锻炼的常用参数。
3.MEP 在TLC阻断气道，用最大力量、最快速度呼气所能产生的MOP。是综合反映呼气肌和胸肺弹性的参数，可用于评价呼吸神经-肌肉（包括腹肌）疾病患者的收缩功能和咳痰能力。
MIP和MEP是最常用的直接评价呼吸肌功能的参数，前者主要反映吸气肌功能，后者主要反映呼气肌功能；且测定简单、方便，重复性好，更多情况下对判断呼吸能力较跨隔压测定更有价值。由于临床表现和常规肺功能测定能够对呼吸肌功能做出基本判断，故MIP和MEP测定不常用，主要用于床旁检测和试验研究，特别是机械通气患者。
（1）测定装置：主要包括以下几部分。①鼻夹。②橡皮口器，口器主要有2种类型：管状和翼状，前者咬在口中，后者固定在口腔外。无论选择何者，皆应保障测定时的密闭。③带气流阻断器的三通阀（主要有T 形或Y 形），是测定的基本装置（图12-4），要求3个开口的内径相同，且应＞20 mm，三通开关的一端通空气，另两端分别通向气流阻断器和口器连接部分，从而保障测定的方便。三通阀的口器连接管上有一直径为2 mm 的漏气小孔，与大气相通，可减轻或消除用力吸气或呼气时面颊部、咽喉部软组织的吸入或鼓出，以及面颊部肌肉收缩或舒张对MOP的影响。测定MIP时，用力吸气会导致面颊部和咽喉部软组织内陷，局部肌肉收缩加重内陷，导致口腔负压减小，不能反映真实MIP；而小孔可保障适量气体进入口腔，有效避免或减轻上述问题的发生。测定MEP时，用力呼气会导致面颊部鼓出，降低MEP，适量漏气则缓冲该作用。适当少量进气或漏气不影响测定时的肺容积和压力，因此不仅能避免口腔问题，又不影响测定的准确度。④压力测定仪，连接在口器和气流阻断器之间，测定口腔闭合压。常用压力测定仪有3种：压力换能器和记录仪、压力表和U 型测压计（图12-4）。测压计的量程要求从-200 cm H2O 至200 cm H2O，误差应介于-2%～2%。
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图12-4 压力表测定口腔闭合压示意图
（2）测定程序：完成准备程序后；取站位或坐位；将口器与三通阀连接，转动三通阀通空气，固定口器，让受检者参与调整，使其感觉舒适，又避免漏气；夹上鼻夹；受检者自然呼吸空气，适应测定过程；指导受检者呼气至FRC，转动三通阀至阻断器方向，迅速阻断口腔内气路；受检者迅速用最大力量、最快速度吸气，持续屏气1～3 s，测定MIP。指导受检者充分吸气至TLC，按上述要求迅速阻断口腔内气路；受检者迅速用最大力量、最快速度呼气，持续屏气1～3 s，测定MEP（图12-5）。平台分别为MIP或MEP。
图12-5 MIP和MEP的读取
（3）读取MIP、MEP的注意事项：必须适当屏气以便于压力的读取；避免屏气时间过长，否则将导致胸腔内压升高，回心血流量显著减少，心排血量降低；长时间屏气也会导致受检者的不适感。弃去吸气初期或呼气初期的尖峰，平台期的最高压力即分别为MIP、MEP。
（4）正常值范围：总体缺乏公认的预计值公式。由于MIP变异度大，不同学者报告的结果也存在较大差别，因此选择相对公认的最低界限值。一般认为在健康成人，男性MIP≤-75 cm H2O、女性≤-50 cm H2O为正常，大于该数值提示MIP降低；女性MEP≥80 cm H2O、男性≥100 cm H2O 为正常，小于该数值提示MEP降低。
（5）MIP／MEP测定和应用的注意事项：由于MIP、MEP测定的主观性强，变异度大，解读时需慎重，比如测定值降低可能是受检者不理解或未充分用力的结果，特别是气路关闭前未充分吸气或未充分呼气的结果。随着测定次数的增多，某些受检者的测定结果逐渐增大，实际上是受检者操作更加熟练、配合更有效所致，称为训练效应；随着测定次数增多，某些受检者的测定结果反而逐渐下降，提示可能出现呼吸肌疲劳。
（6）MIP／MEP测定的可接受性规范：压力线迹（见于压力换能器测定和部分U 型测压计测定）出现1～3 s；并且在初始短暂的压力升高后有明显的压力平台，读取该平台的压力值；若使用压力表或U 型测定计则大约在1 s后出现相对稳定的数值。至少有3次用力测定，且3次测定的结果相差在20%或10 cm H2O以内；取3次测定结果的最大值。
（7）质量控制：MIP／MEP测定是否准确取决于受检者以最大（包括最大力量和最快速度）吸气或呼气，在3次测定中其误差应小于20%；压力计或压力换能器每次使用前应定标，或至少每3个月定标1次，可以用水银压力计或血压计作为定标仪进行检测；MIP／MEP与肺容积有密切关系。在RV起始，MIP的测定值最大，在TLC位置则近于0；MEP则相反，因此测定时必须确保MIP测定的初始测定位置在RV，而吸足气后达TLC；而MEP测定的初始测定位置在TLC，呼气完毕后必须达RV。
4.跨膈压（transdiaphragmatic pressure，P di）静息呼气末横膈两侧的压力差，即腹内压（P ab）和胸腔内压（P pl）之差。
临床上常测定胃内压（P ga）和食管下1／3处的压力（P eso）分别代替P ab 和P pl，P di=P ga-P eso。
5.最大跨膈压（maximum transdiaphragmatic pressure，P dimax） 在FRC关闭吸气管道，用最大力量、最快速度吸气所产生的跨膈压。是反映膈肌收缩力的最可靠参数。
（1）正常值：正常成人P dimax变化范围较大，与年龄、性别及测定方法有关。一般临床上选择P dimax男性≥72 mm Hg（9.6 kPa）、P dimax女性≥51 mm Hg（6.86 kPa）为正常。
（2）膈肌疲劳的判断：P di／P dimax反映膈肌的肌力储备，膈肌疲劳时P di和P dimax均明显降低，其中后者降低更明显，故P di／P dimax升高；当P di／P dimax＞0.4时即考虑膈肌疲劳。
6.膈肌张力时间指数（diaphragmatic tensiontime index，TTdi） 用P di与P dimax的比值反映收缩强度，用吸气时间（Ti）与呼吸周期时间（Ttot）的比值反映膈肌收缩的持续时间，两者的乘积为TTdi。用公式表示为：TTdi=P di／P dimax×Ti／Ttot，是反映膈肌耐力的参数。
7.膈肌耐受时间（diaphragmatic muscle endurance time，Tlim） 又称膈肌限制时间。膈肌在特定强度的吸气阻力负荷下（或特定TTdi时）收缩所能维持肌力而不发生疲劳的时间。也是反映膈肌耐力的参数。
8. 膈肌肌电图（diaphragmatic electromyogram，EMGdi） 通过体表电极、经皮穿刺电极及食管电极等多种形式测定的膈肌肌电变化（详见第二十二章第三节）。EMGdi由不同频率组成，频谱为20～250 Hz，主要包括中位频率（centroid frequency，Fc），频谱的低频成分（L，20～48 Hz）、高频成分（H，＞150 Hz）和H／L。EMGdi频谱分析的正常值因实验条件而有较大差异，文献报道Fc值为70～120 Hz、H／G为0.3～1.9。
膈肌疲劳时多种频率成分发生变化，主要为低频成分增加，高频成分减少，H／L比值下降，Fc值下降。当Fc或H／L较基础值下降20%即提示膈肌疲劳。
总体而言，膈肌功能的直接测定比较麻烦，变异度较大，缺乏公认的正常值标准，主要用于科研和神经-肌肉疾病的辅助诊断。MIP和MEP尽管不是直接反映呼吸肌功能的参数，但能够整体反映受检者的吸气和呼气能力，尤其是前者主要反映膈肌的收缩能力和吸气功能，后者主要反映呼气肌功能和咳痰能力；且测定简单、方便，变异度相对较小，对常规肺功能检查结果有一定的辅助作用，是目前呼吸肌功能检查的主要方法。
（朱 蕾 沈勤军）