机械通气撤机期间的呼吸困难和吸气肌肌电活动

2022-06-14 19:54

呼吸困难是急性呼吸衰竭的一个关键症状，不属于自主呼吸试验 (SBT) 失败的标准。

呼吸困难是急性呼吸衰竭的一个关键症状，不属于自主呼吸试验 (SBT) 失败的标准。本研究重点在探讨 (1) 确定呼吸困难是否是 SBT 失败的可靠失败标准；(2) 量化呼吸困难与膈肌 (EMGdi)、胸骨旁 (EMGPa) 和鼻翼(EMGan) 各自的肌电活动之间的关系。

方法

接受 SBT 的机械通气患者也包括在内。在 SBT 开始和结束时，通过呼吸困难视觉模拟量表 (DysPnea-VAS) 测量呼吸困难强度。在 30 分钟 SBT 期间或直到 SBT 失败，使用多电极鼻胃导管连续测量 EMGdi，使用表面电极连续测量 EMGan 和 EMGPa。

结果

纳入 31 名患者，SAPS 2（中位数 [四分位距]）53（37-74），机械通气 6（3-10）天。17 名患者 (45%) 未能通过 SBT。失败的患者（6 [4-8] cm）的呼吸困难-VAS 增加高于通过的患者（0 [0-1] cm，P = 0.01）。呼吸困难-VAS 的受试者工作特征曲线下面积为 0.909 (0.786-1.032)。呼吸困难-VAS 的增加与 EMGan 的增加显著相关（Rho = 0.42 [0.04-0.70]，P < 0.05），但与 EMGPa 的增加无关（Rho =-0.121 [- 0.495 至-0.290]，P= 0.555）和 EMGdi（Rho =- 0.26 [- 0.68 至 0.28]，P= 0.289）。

结论

呼吸困难是 SBT 失败的可靠标准，表明 DysPnea-VAS 可用作 SBT 的监测工具。此外，呼吸困难似乎与鼻翼肌电图活动的关系比与膈肌的关系更密切。

介绍

在重症医学科 (ICU) 中，机械通气的撤机遵循经过充分描述的两步评估。首先，应至少每天搜索一次是否准备好脱机的标准。其次，一旦符合这些标准，就会进行自主呼吸试验 (SBT)，以评估患者是否可以在没有呼吸机帮助的情况下呼吸。如果患者出现被认为反映呼吸窘迫的临床症状，则认为 SBT 失败，这被认为与呼吸系统负荷和呼吸肌能力之间的不平衡有关。这些急性呼吸衰竭和随后的 SBT 失败的迹象被认为是客观的（多呼吸 > 35/min，PaO2 ≤50-60 mmHg，FiO2≥ 50% 或SPO2 < 90%，在 SBT 开始和结束之间增加PaCO2 > 8 mmHg，心动过速 > 140/min）和主观（被认为反映呼吸窘迫、辅助肌肉活动增加、激动和焦虑的体征）。如果 SBT 成功，则搜索拔管标准。目前应用于经典重症患者的手术与随机或观察研究中 70% 或更多的脱机成功率相关。呼吸困难是急性呼吸衰竭的一个关键症状，但呼吸困难并未列入 SBT 失败的标准，而且通常甚至没有被收集，因此在 SBT 期间被忽略。然而，呼吸困难是一种自我报告的症状，易于在交流患者中收集和量化，可用作 SBT 失败的标准。当流出的神经驱动和相应的流入的传入返回之间的不足增加时，就会发生呼吸困难，这发生在呼吸系统负荷能力不平衡的情况下。值得注意的是，呼吸驱动增加导致呼吸困难的机制尚未完全确定。特别是，目前尚不清楚呼吸困难是否与膈肌的中央输出或膈外吸气肌更密切相关。

在这里，我们评估了SBT 期间的呼吸困难。我们的首要目标是确定呼吸困难的改变是否是撤机失败的可靠标准，并将呼吸困难与撤机失败的其他标准进行比较，以确定呼吸困难的收集是否应该成为所有 SBT 随访的一部分，以努力改善当前的 MV脱机程序。我们的第二个目标是确定呼吸困难与膈肌和两个膈外吸气肌（即胸骨旁肋间肌和鼻翼）各自的肌电活动（EMG）之间的关系。

患者和方法

这项观察性、单中心前瞻性研究是在法国巴黎医院呼吸和 ICU 部的 10 张床位的医疗重症医学科 (ICU) 中进行的，为期 1 年。

患者

该研究得到了法国人保护委员会 VI（第 84-14 号）的批准。获得了患者的知情同意。患者只要符合以下标准即符合条件：（1）插管和机械通气超过 24 小时，以及（2）预定义的撤机准备标准，改编自 2007 年国际共识会议，关于每日筛查，主治医师决定开始 SBT。预定义的脱机准备标准如下：患者接受有创机械通气的疾病急性期消退、支气管充血低、咳嗽充分、氧合充足，定义为SPO2 > 90% 且 FiO2≤ 40 % 和呼气末正压 (PEEP) ≤ 8 cmH2O，呼吸频率 ≤ 40 bpm，Ramsay 镇静量表 < 4 且心血管状态稳定（心率 ≤ 120 bpm，收缩动脉压 ≤ 180 mmHg，无或极少使用血管加压药（去甲肾上腺素 < 5 μg/kg/min )。 18 岁以下的患者，患有神经肌肉疾病、生命支持将被扣留或撤回的患者以及呼吸困难的重复评估可能很困难的患者（听觉或视觉障碍、法语能力不足、已知的先前认知或精神疾病、ICU 谵妄）不包括在研究中。

研究方案

所有患者均使用配备标准商业版 NAVA 模块的 Servo-i 呼吸机（Maquet Critical Care，Solna，瑞典）进行通气。标准的鼻胃管被移除并由隔膜导管的肌电图活动代替，该隔膜导管由配备有电极的 16-French 胃管组成。一旦患者满足脱机准备标准，患者将进行 30 分钟的 SBT，患者连接至压力支持水平为 7 cm H 2 O 且呼气末压力为零的呼吸机。在 SBT 期间调整FiO 2以SPO2：90%- 95% 之间的。在整个 SBT 期间进行肌电图记录。

根据改编自 2007 年国际共识会议的标准，如果存在以下至少一项标准，则认为 SBT 失败： (1) SPO2< 90% 且 FiO2≥ 50%；（2）急性呼吸窘迫（RR≥40/min，情绪激动，发绀）；(3) 收缩压≥180 mmHg；(4) 突发性心律失常，和 (5) 呼吸性酸中毒（PH < 7.32，PaCO2 ≥ 50 mmHg。如果上述失败标准均不存在，则认为 SBT 成功完成并考虑拔管。如果出现不耐受的迹象（见上文），则重新联系患者。SBT 是通过还是失败的决定是基于负责患者的医生的临床判断，该医生独立于研究人员。

数据采集

在纳入时收集人体测量数据和病史。

临床变量

在 SBT 开始和结束时收集心率、全身血压和呼吸困难。收集由 MRC 评分 < 48 定义的神经肌肉无力的存在。在最接近 SBT 的评估期间，收集了 Richmond 躁动镇静量表和疼痛视觉模拟量表（从 1 到 100 mm）。收集患者在 SBT 之前和期间接受的药物。如果连续三次测量的呼吸困难-视觉模拟量表 (DysPnea-VAS) 变化不超过 1 cm，则认为患者能够持续自我报告呼吸困难。通过将光标放在 10 cm 呼吸困难视觉模拟量表 (DysPnea-VAS) 上来量化呼吸困难，左侧以“无呼吸不适”为界，右侧以“可想象的最严重的呼吸不适”为界。

气道压力和流量

在连接到差压传感器 (Validyne, Northridge, USA) 之前，使用插入 Y 形接头和气管内导管之间的呼吸速度描记器 (Hans RudolPh, Kansas City, USA) 测量气道流量。通过差压传感器（Validyne，Northridge，USA）在 Y 型接头处测量气道压力。膈外吸气肌肌电图:肌电信号采集采用自粘表面电极，如常用的危重病人心电信号记录电极，两个电极之间的间隔为2cm。电极位置根据被记录的肌肉而变化。对于胸骨旁肋间肌的 EMG，电极放置在靠近胸骨的第二肋间空间旁边。对于鼻翼肌肉的 EMG，将电极放置在鼻子（鼻孔）的侧面。EMG 信号被放大，以 10 kHz 的频率采样，最后在 40 到 500 Hz 之间进行过滤（PowerLab，ADInstruments，但尼丁，新西兰）。使用 Labchart Peak Analysis 模块 MLS380/8（ADInstruments，Dunedin，New Zealand）处理信号，该模块生成在 1 秒固定窗口上平滑的 EMG 的均方根。

膈肌肌电图

隔膜的 EMG 是从多电极鼻胃 NAVA 导管获得的，这是一种食管探头，在检查探头的正确定位和信号质量后，按顺序用双极电极收集 EMG 信号。自动处理技术跟踪隔膜的位移。互相关技术（每两对电极）每 16 ms确定一次隔膜沿阵列的位置。隔膜上方和下方的反相信号相减产生一个新信号：“双相减”信号。这个双减信号没有距离滤波。此外，信噪比增强。使用市售软件（Servo-i RCR，版本 3.6.2，Maquet Critical Care）从连接到计算机的呼吸机以 100 Hz 的频率采集隔膜 EMG，该软件生成 EMG 的均方根。然后每16 ms 计算一次该信号的均方根，并将其添加到中心信号的 RMS。每 16 ms样本的最终 RMS 值可以以图形方式连接。RMS 与复张运动单位数量及其发射率呈线性相关。最后，心电图信号被检测并替换为从之前的隔膜 EMG 值预测的值。为了进一步减少电噪声干扰和运动伪影并最大限度地减少来自食道的心电图和电活动，信号最终会使用级联滤波器进行过滤。

动脉血气

在 SBT 开始和结束时或在不耐受的情况下更早使用动脉导管对血气采样。

信号处理

呼吸频率 (RR) 和潮气量 (Vt) 在每次呼吸的基础上测定，并在 SBT 记录的第一个和最后 5 分钟内取平均值（Labchart 7.3 ®软件，ADInstruments，但尼丁，新西兰）。最大 EMG (EMGmax) 和吸气时 EMG 曲线下面积 (EMGauc) 从基线到峰值的积分是在逐次呼吸的基础上计算的。SBT 的第一个和最后 5 分钟最终被平均。由于皮肤阻抗的可变性和患者的形态，EMGmax 和 EMGauc 值在 SBT 开始时被标准化为 EMG 活动。

统计分析

使用 Prism 8.0 软件（GraPhPad Software，USA）进行统计分析。定量变量用它们的中位数和四分位数范围来描述。呼吸困难、呼吸模式、血流动力学和血气的变化表示为 SBT 开始和结束之间的变量差异。EMG 活动的变化表示为 EMG 活动和 SBT 结束与 SBT 开始时 EMG 活动的比率。膈外复张对膈肌活动的贡献表示为Alae Nasi的 EMG 活动的比率对膈肌的 EMG 活动。分类变量表示为绝对值和百分比。所有分析均以 5% 的 I 型错误进行。结果在成功组和失败组之间进行了比较。使用连续变量的 Mann-Whitney 检验和分类变量的χ2检验评估组间的差异。使用 SPearman 等级相关系数评估变量之间的相关性。执行接收器操作特征 (ROC) 曲线以评估检测 SBT 失败的指标的性能。根据我们团队之前对该主题进行的研究和文献数据，估计脱机失败的概率为 40%，我们预测 30 名患者的群体将获得足够数量的患者谁使 SBT 失败来分析检测 SBT 失败的变量。因为我们预计某些患者呼吸困难和 EMG 质量差的评估数据缺失，我们将样本量增加到 50 名患者。

结果

在研究期间，有 145 名有创机械通气超过 24 小时且符合 SBT 条件的患者入院。2 名患者小于 18 岁，3 名有听力障碍，3 名法语能力不足，26 名拒绝参加，61 名因技术原因（设备故障、周末）无法纳入。

50 名患者被纳入研究，其中 5 名因呼吸困难无法可靠评估而被排除，14 名因 EMG 信号质量差且无法处理或解释而被排除。总共有 31 名患者入组，其中 14 名（45%）未通过 SBT；其中，三人因心力衰竭。

患者特征见表1. 年龄为 65 (61-71) 岁，入住 ICU 时的 SAPS II 为 53 (37-74)。患者机械通气 6 (3-10) 天。插管的原因是 71% 的急性呼吸衰竭、13% 的昏迷、6% 的心脏骤停和 6% 的休克。所有因昏迷而插管的患者均通过了 SBT。通过和未通过 SBT 的患者的其他特征没有差异。SBT 时没有患者接受镇静剂。在 SBT 之前，患者接受过咪达唑仑 (74%) 和丙泊酚 (90%)。一名患者（脱机成功组）在 SBT 期间接受了持续的盐酸吗啡静脉输注，另一名患者（脱机成功组）接受间断吗啡静脉注射。其他患者在 SBT 期间未接受吗啡。

呼吸困难和 SBT 失败标准

表2报告了 SBT 开始和结束时的呼吸困难、呼吸模式、血流动力学和血气。在 SBT 开始时，通过 SBT 的患者和未通过 SBT 的患者之间的呼吸困难-VAS 没有差异（P = 0.188）。通过 SBT 和未通过 SBT 的患者的收缩压 (P = 0.233)、PaCO2(P= 0.406)、PH (P= 0.212) 和SPO2 ( P= 0.462) 也没有差异。相反，RR (P = 0.001)、RR/ V T (P= 0.031) 和心率 ( P = 0.014) SBT 失败的患者比通过的患者高，而 PaO2较低 ( P = 0.039)。在 SBT 结束时，未通过 SBT 的患者的呼吸困难-VAS 高于通过 SBT 的患者（P = 0.003）。SBT 结束时的呼吸频率 (P= 0.001)、心率 (P= 0.001) 和收缩压 ( P = 0.016) 在 SBT 失败的患者中也高于通过者，而SPO2 ( P = 0.005) 较低。SBT开始和结束之间呼吸困难、呼吸模式、血流动力学和血气的变化见表3。呼吸困难-VAS (P = 0.006)、RR ( P = 0.001)、心率 (P = 0.017)、收缩压 (P = 0.020) 和SPO2 (P =0.036) 的变化在开始和结束之间未通过 SBT 的患者的 SBT 高于通过的患者。在V T (P = 0.844)、RR/ VT (P = 1)、PaO2变化方面，未通过 SBT 的患者与通过 SBT 的患者没有差异(P = 0.537)、PaCO2(P = 0.738) 和 PH (P =0.785)。呼吸困难视觉模拟量表 (VAS)、呼吸模式、血气和血流动力学变化的接受者操作特征曲线以检测自主呼吸试验失败。变化表示为自主呼吸试验开始和结束时的值之间的差异。呼吸困难-VAS呼吸困难-视觉模拟量表；SPO2动脉血氧饱和度

呼吸困难和吸气肌肌电图

在 SBT 开始和结束之间，鼻翼、胸骨旁肋间肌和膈肌的 EMG 活动变化见表4。鼻翼（EMGmax为P= 0.010，EMGauc 为P= 0.015）和膈肌（ EMGmax 为P= 0.008，EMGauc 为P= 0.125）EMG 活动在 SBT 开始和结束之间的变化在失败的患者中更高SBT 较患者通过者。通过和未通过 SBT 的患者之间胸骨旁肋间 EMG 活动的变化（ EMGmax 为P= 0.426，EMGauc 为P =0.855）没有差异。膈外复张对膈肌的贡献（ EMGmax 和P的P= 0.039 EMGauc =0.812）在 SBT 失败的患者中低于通过的患者（表4）。膈肌外复张与呼吸困难-VAS 变化之间没有相关性（图 1）。

SBT 开始和结束时呼吸困难-VAS 的变化与鼻翼EMGauc 的变化呈显著正相关（Rho 0.418, 95% 置信区间 [CI] 0.042-0.691,P = 0.027）（图2 ) 。SBT 期间呼吸困难-VAS 的变化与胸骨旁 EMGauc (Rho-0.121, CI 95%-0.495 至 0.290,P = 0.555) 或膈肌 EMGauc (Rho 0.243, 95%)的变化之间没有显著相关性CI-0.224 至 0.619，P= 0.289）。EMGmax 给出了类似的结果（图 2）。

呼吸困难视觉模拟量表 (VAS) 变化与自主呼吸试验开始和结束之间鼻翼、胸骨旁肋间肌和膈肌的肌电图 (EMG) 活动变化之间的相关性。呼吸困难-VAS 的变化表示为自主呼吸试验开始和结束时呼吸困难-VAS 之间的差异。EMG 活动由曲线下面积 (EMGauc) 和最大值 (EMGmax) 描述。将值标准化为 SBT 开始时的 EMG 活动，并表示为 SBT 结束时的 EMG 活动与 SBT 开始时的 EMG 活动的比率

鼻翼肌电图活动的变化与胸骨旁肌电图活动（Rho-0.016，CI 95%-0.356 至 0.384，P= 0.934）、鼻翼肌电图活动的变化和膈肌电图活动之间没有显著相关性（ Rho 0.308，CI 95%-0.169 至 0.669，P= 0.186）以及胸骨旁 EMG 活动和膈肌 EMG 活动的变化之间（Rho-0.047，CI 95%-0.490 至 0.416，P= 0.845）。

讨论

我们的结果可以总结如下。在 SBT 期间（1）呼吸困难是撤机成功和失败可靠标准，表明呼吸困难-VAS 有可能成为 SBT 的有用临床决策工具；（2）呼吸困难与膈外吸气肌的EMG 活动比与膈肌 EMG 活动更密切相关。

呼吸困难和呼吸的神经驱动

这些结果证实了呼吸驱动增加与呼吸困难之间的联系。在 SBT 期间发生的呼吸负荷的快速增加反过来又增加了对吸气肌的中枢呼吸驱动。先前已经观察到，这种驱动力的增加涉及膈肌和膈外吸气肌。然而，膈外吸气肌可能被强烈复张，在呼吸负荷显著增加的情况下甚至比膈肌更多。慢性阻塞性肺病患者的胸锁乳突肌就是这种情况以及 SBT 失败和拔管失败的机械通气重症患者。在这里，我们发现膈肌和鼻翼肌电图活动的增加没有什么不同，这与最近报告一致，该报告显示在机械通气中压力支持的逐渐降低期间各种吸气肌的肌电图有类似增加。

在我们的研究中，呼吸驱动力的增加与呼吸困难的增加有关。值得注意的是，呼吸困难与鼻翼肌电图活动相关，但与膈肌肌电图活动无关。这表明呼吸困难与膈外吸气肌的中枢呼吸驱动比与膈肌的中枢呼吸驱动更密切相关。这一结果与先前关于呼吸困难和膈外吸气肌 EMG 活动之间显著相关性的报道一致。这一结果也与最近的一项研究一致，该研究表明，在拔管后，呼吸困难与胸骨旁肋间肌超声增厚部分之间存在小而显著相关性，但呼吸困难与膈肌增厚部分之间没有显著相关性。

在我们的研究中，呼吸困难的变化与胸骨旁肌肉的 EMG 无关。如果我们不能排除呼吸困难与胸骨旁肌肉的中枢呼吸驱动的关系不如与Alae Nasi的中枢呼吸驱动密切相关，那么这种缺乏相关性可能是由于缺乏动力或技术问题造成的。

临床意义：呼吸困难作为 SBT 的监测工具

虽然呼吸困难是急性呼吸衰竭的一个关键症状，但它并未列入 SBT 失败的标准。我们的研究结果表明，呼吸困难是 SBT 成功或失败的可靠标准，这表明呼吸困难-VAS 可以用作 SBT 的监测工具，而不是心率、呼吸频率或动脉血压等其他变量。事实上，呼吸困难增加在检测脱机失败方面的表现似乎非常好，甚至比我们测试的所有其他变量的表现还要好。我们的结果与 Haugdahl 等人的结果相矛盾。谁发现 SBT 结束时呼吸困难的强度与 SBT 的结果之间没有关联。相反，它们与 Perren 等人的兼容。谁表明，在持续 SBT 结束时，拔管成功可能与患者对自主呼吸的主观感知有关。在少数研究脱机期间的主观标准的研究中，呼吸困难与疲劳和患者在没有通气支持的情况下对自己的呼吸能力缺乏信心显著相关，而没有呼吸困难被认为是最好的成功脱机的预测因子。

在我们的研究中，未通过 SBT 的患者报告了极高水平的呼吸困难。呼吸困难是 ICU 患者痛苦的主要原因，包括焦虑；呼吸困难甚至可能导致创伤后应激障碍的发生。必须强调的是，缓解呼吸困难是一项基本的临床目标，与疼痛一样，目前一些作者认为这是一项基本人权。因此，重要的是要记住，在 SBT 期间将 ICU 患者暴露于这些高水平的呼吸困难可能并非没有后果。

EMG 的使用，由于其采集和解释的技术困难，不是监测 SBT 的合适工具。在本研究中，我们使用该工具建立了呼吸困难与膈肌和两个膈外吸气肌各自的肌电活动 (EMG) 之间的关系。

研究局限性

首先，SBT通过与否的决定是基于主治医师的临床判断；这会导致决策标准的潜在不一致，即使它们基于建议。

其次，我们仅使用一种工具 DysPnea-VAS 评估了呼吸困难。多维呼吸困难概况将提供对我们患者呼吸困难的更详细描述。然而，该问卷太长，无法由接受 SBT 的患者完成。

第三，如果连续三次测量的呼吸困难-VAS 变化不超过 1 cm，则认为患者能够一致地自我报告呼吸困难。这导致排除了几名患者并限制了分析的患者数量，但提供了可靠的呼吸困难评估值。

第四，我们没有测量肌肉力量，只测量 EMG 作为呼吸驱动的测量值，并且不可能为几名接受过排除训练的患者可靠地进行记录。我们的目标不是评估肌肉力量和呼吸困难之间的关系，而是评估驱动力和呼吸困难之间的关系。最后，我们的工作报告了更长的机械通气时间和 SBT 失败的百分比更高，比最近关于机械通气撤机的研究。由于样本量小并且研究是单中心的，因此可能难以推断这项工作。未来需要更大样本量的研究。

结论

总之，在 SBT 期间，呼吸困难的变化与鼻翼EMG 活动的关系比与膈肌的 EMG 活动更密切相关。此外，呼吸困难的强度似乎是脱机成功和失败的可靠标准。随后，这表明呼吸困难的变化可以用作 SBT 的简单监测工具。现在需要通过更大规模的多中心观察研究来评估呼吸困难在评估 SBT 成功方面的可靠性。

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