Possibilities of ultrasound research of the diaphragm

Full Text

НВЛ - неинвазивная вентиляция легких ОДН - острая дыхательная недостаточность УЗИ - ультразвуковое исследование ХОБЛ - хроническая обструктивная болезнь легких Диафрагма является одной из основных инспираторных дыхательных мышц и играет ведущую роль при вентиляции легких. Вклад диафрагмы в обеспечение вдоха у здорового человека составляет примерно 70% [1]. Информация о морфофункциональном состоянии диафрагмы важна для врачей разных специальностей (пульмонологи, врачи экстренной медицины, неврологи, радиологи, хирурги и т.д.). Нарушение функции и/или структуры диафрагмы может наблюдаться при неврологических, нейромышечных и мышечных патологиях. В пульмонологии особый интерес к состоянию диафрагмы возникает при верификации причин дыхательной недостаточности. Изменение функции и/или структуры возможно на фоне инвазивной вентиляции легких, при приеме глюкокортикостероидов, при гиперинфляции легких, при опухоли легкого, при рестриктивной паренхиматозной патологии легких, при миозитах на фоне воспаления различного генеза и метаболических нарушениях, при наличии жидкости в плевральных полостях, при инвазии опухоли и т.д. [2]. До настоящего времени в основном использовались либо инвазивные методы исследования, либо методы лучевой диагностики. Однако применение традиционных методов исследования диафрагмы имеет ряд ограничений, особенно если речь идет о динамическом наблюдении, об исследовании пациентов, находившихся в критическом состоянии. В настоящее время все чаще при исследовании состояния диафрагмы в диагностическом алгоритме на передний план выходит ультразвуковой метод исследования, поскольку он является неинвазивным и безопасным методом диагностики, позволяющим получить важную информацию как о структуре, так и о функции диафрагмы [3, 4]. Данная методика является простой, хорошо воспроизводимой и может быть использована как при динамическом наблюдении, так и при исследовании больных, находившихся в критическом состоянии, что называется «у постели больного». Диафрагма - куполообразная скелетная поперечно-полосатая мышца, которая разделяет грудную и брюшную полости [5, 6]. При сокращении диафрагма движется в каудальном направлении, в результате чего увеличивается внутригрудной объем и снижается внутригрудное давление. Это приводит к возникновению дыхательного потока из атмосферы в легочные альвеолы. Межреберные и грудные мышцы также участвуют в дыхании, но при спокойном дыхании они вносят существенно меньший вклад по сравнению с диафрагмой. При расслаблении диафрагмы происходит выдох. Благодаря упругой отдачи легких и грудной клетки диафрагма пассивно движется в краниальном направлении. При форсированном маневре быстрый выдыхаемый поток образуется при расслаблении диафрагмы и сокращении внутренних межреберных и абдоминальных мышц [7]. Оценка функции диафрагмы основана на определении экскурсии и утолщения диафрагмы при дыхании. Оценка экскурсии диафрагмы Анализ экскурсии диафрагмы может быть проведен как в М-режиме, так и в B-режиме ультразвукового исследования (УЗИ; рис. 1). В настоящее время нет единого мнения о методике проведения исследования. Некоторые специалисты проводят исследование пациента в положении лежа на спине, другие - стоя или сидя, а третьи - в положении полулежа [3]. Для исследования экскурсии диафрагмы используют низкочастотный УЗ-датчик (2,5-5 МГц) [3]. При исследовании в М-режиме датчик располагают между среднеключичной и переднеаксиллярной линиями, при этом луч сканирования должен быть ориентирован медиально в дорсокраниальном направлении, а курсор УЗ-луча должен быть расположен параллельно направлению движения диафрагмы (т.е. УЗ-луч пересекает диафрагму под прямым углом). При таком способе сканирования проводится анализ движения задней трети диафрагмы, которая в норме характеризуется максимальной экскурсией. При исследовании правого купола диафрагмы печень служит акустическим окном, а движение диафрагмы определяется в виде перемещения гиперэхогенной линии, которая примыкает к печени (см. рис. 1). При исследовании левого купола диафрагмы в качестве ультразвукового окна используют изображение селезенки. Однако исследование диафрагмы слева затруднено из-за недостаточного акустического окна и газа, содержащегося в желудке и кишечнике. В этом случае датчик располагают под ребрами, между переднеаксиллярной и среднеаксиллярной линиями. Следует обратить внимание на то, что движение брюшной стенки может смещать датчик, приводя к ошибке в оценке экскурсии диафрагмы. Поэтому важно во время проведения исследования стабилизировать расположение и наклон датчика. Кроме того, расположение и подвижность диафрагмы находятся в зависимости от состояния органов брюшной полости, таким образом, важно, чтобы специалист, проводящий исследование функции диафрагмы, обладал навыками и опытом проведения УЗИ органов брюшной полости [3]. При оценке дыхательной экскурсии диафрагмы в краниокаудальном направлении в B-режиме низкочастотный датчик располагают перпендикулярно последнему межреберному промежутку, между среднеаксиллярной и заднеаксиллярной линиями, а изображение печени и селезенки используется в качестве акустического окна. Некоторые исследователи вместо анализа движения правого купола диафрагмы предлагают использовать оценку движения портальной вены в краниокаудальном направлении [8]. Проводя аналогию с эхокардиографией, для анализа движения диафрагмы может быть использована оценка скорости движения диафрагмы и методика speckle tracking [9-12]. Однако в настоящее время имеется недостаточно данных об использовании новых УЗ-технологий для исследования диафрагмы, чтобы обосновать достоверность их применения и определить диапазон нормальных значений. Оценка утолщения диафрагмы При сокращении диафрагмы увеличивается ее толщина. Для оценки толщины диафрагмы используется высокочастотный датчик (7-15 МГц), с помощью которого визуализируют диафрагму в месте ее соприкосновения с латеральной грудной стенкой (зона аппозиции) [13]. Оценка зоны аппозиции проводится на протяжении 0,5-2 см ниже костно-диафрагмального синуса. Нижняя граница костно-диафрагмального синуса определяется в конце вдоха как участок перехода УЗ-артефакта от изображения легочной ткани в изображение диафрагмы и печени/селезенки [14]. Датчик располагают в последнем межреберном промежутке по переднеаксиллярной линии, и его поворачивают таким образом, чтобы изображение диафрагмы имело наибольшую четкость [13]. Некоторые исследователи предлагают датчик располагать в 8-9-м межреберном промежутке, между передней и средней аксиллярной линиями либо между средней и задней аксиллярной линиями [3, 15]. При глубоком вдохе движение легких может препятствовать визуализации диафрагмы, в этом случае датчик следует сместить ниже. Диафрагма визуализируется в виде гипоэхогенной структуры выше изображения печени или селезенки, ограниченная двумя тонкими гиперэхогенными линиями, соответствующими диафрагмальной плевре (верхняя линия) и брюшине (нижняя линия) [13] (рис. 2). Для того чтобы измерение толщины было выполнено наиболее точно, необходимо, чтобы УЗ-луч проходил перпендикулярно, а не косо к поверхности диафрагмы. Утолщение диафрагмы при дыхании может быть измерено в М- и B-режиме (рис. 3, 4). Исследование проводят как при спокойном дыхании, так и при дыхательных маневрах (глубокий вдох и sniff-маневр). Толщину диафрагмы измеряют в конце выдоха (на уровне функциональной остаточной емкости легких - tdiFRC) и в конце спокойного вдоха (на уровне дыхательного объема - Vt), глубокого вдоха (на уровне общей емкости легких - tdiTLC) или sniff-маневра (tdiSniff) [13]. В М-режиме толщину диафрагмы измеряют от середины плевральной линии до середины перитонеальной линии [3]. Чтобы минимизировать ошибку, следует выполнить не менее 3 измерений каждого параметра. Одни исследователи для анализа используют среднюю величину, другие - наибольшую величину из выполненных измерений. По проведенным измерениям могут быть рассчитаны следующие параметры [13-16]: 1) коэффициент утолщения = tdiTLC/tdiFRC; 2) фракция утолщения диафрагмы при глубоком вдохе (Dtf)=(tdiTLC - tdiFRC) / tdiFRC; 3) фракция утолщения диафрагмы при sniff-маневре (Stf)=(tdiSniff - tdiFRC) / tdiFRC; 4) фракция утолщения диафрагмы при спокойном дыхании (Ttf)= (tdiVt-tdiFRC) / tdiFRC. Несмотря на то что нет единого мнения о методике проведения УЗИ диафрагмы, тем не менее, определены нормальные значения экскурсии, толщины и фракции утолщения диафрагмы [13, 17, 18]. Показано, что повторные измерения параметров диафрагмы при УЗИ проводятся с достаточно низкой вариабельностью как одним исследователем, так и разными исследователями [13]. При анализе экскурсии диафрагмы выявлена ее связь с легочными объемами, измеренными при спирометрии, кроме того, экскурсия диафрагмы коррелирует с полом и массой тела [13, 19-22]. В исследовании A. Boussuges и соавт. у здоровых лиц экскурсия диафрагмы составила при спокойном дыхании у мужчин 18±3 мм, у женщин 16±3 мм, при sniff-маневре у мужчин 29±6 мм, у женщин 26±5 мм, при глубоком вдохе у мужчин 70±11 мм, у женщин 57±10 мм [23]. Предлагаемый диапазон нормальных значений экскурсии диафрагмы представлен в таблице. При сравнении результатов УЗИ диафрагмы и рентгенографии грудной клетки не было получено четкого соответствия [24]. Так, в ряде случаев при УЗИ диафрагмы выявлена ее недостаточная экскурсия, в то время как при рентгенографии диафрагма имела нормальное расположение и, наоборот, высокое расположение диафрагмы не всегда сопровождалось снижением экскурсии диафрагмы при УЗИ. Эти результаты соответствуют нашему собственному опыту исследования экскурсии диафрагмы. Исследования толщины диафрагмы свидетельствуют о том, что имеется тесная корреляционная связь между толщиной диафрагмы, измеренной при УЗИ и определенной при аутопсии [25]. R. Carrillo-Esper и соавт. провели оценку толщины диафрагмы в конце спокойного выдоха у 109 здоровых лиц [26]. По результатам данного исследования толщина диафрагмы составила у мужчин 1,9±0,4 мм, у женщин 1,4±0,3 мм, т.е. нормальное значение толщины диафрагмы на уровне функциональной остаточной емкости легких должно превышать 1,3-1,5 мм для женщин и 1,7-2,0 мм для мужчин (>1,5-1,7 мм для общей когорты). A.G. Boon и соавт. в своем исследовании также определяли нижнюю границу нормального значения этого показателя (как 5% процентиль), которая составила 1,5 мм [17]. Не выявлено связи между толщиной диафрагмы и индексом массы тела или окружностью грудной клетки, в то время как определялась корреляция между утолщением диафрагмы и легочными объемами, измеренными при спирометрии [13, 17, 26, 27]. В норме при максимально глубоком вдохе толщина диафрагмы должна увеличиваться не менее чем на 20% от толщины диафрагмы на выдохе, причем разница между измерениями, выполненными справа и слева, должна быть минимальной [17]. Итак, представленный алгоритм исследования свидетельствует о том, что данный метод при соблюдении правил проведения исследования позволяет достаточно просто получить точную и важную клиническую информацию. Основные аспекты применения УЗИ диафрагмы представлены ниже. Диафрагма и механическая вентиляция легких Механическая вентиляции легких является жизнесохраняющей процедурой. Однако при длительном ее применении возможно развитие серьезных осложнений [13]. Поскольку механическая вентиляция разгружает дыхательные мышцы, то длительное ее применение может способствовать атрофии диафрагмы и ее сократительной дисфункции [28, 29]. Окислительный стресс и повышение протеолитической активности также вносят вклад в формирование дисфункции диафрагмы [29-31]. В исследовании C. Sassoon и соавт., выполненном на животных, представлено, что при контролируемой механической вентиляции легких наблюдается повреждение миофибрилл диафрагмы [32]. Результаты проведенных исследований показали, что об атрофии диафрагмы свидетельствует уменьшение ее толщины, наблюдаемое со временем при проведении механической вентиляции легких, причем изменение толщины диафрагмы происходит достаточно рано и определяется интенсивностью респираторной поддержки, степень атрофии может быть связана с длительностью механической вентиляции [13, 33]. Таким образом, при механической вентиляции легких атрофия диафрагмы - это быстро развивающийся патологический процесс с экспоненциальным уменьшением ее толщины [34]. Результаты исследований свидетельствуют о том, что выявление дисфункции диафрагмы до того, как будет проведена экстубация трахеи, позволит снизить риск неудачного отлучения от механической вентиляции [35-37]. J. Jiang и соавт. определили пороговое значение амплитуды движения диафрагмы, при котором наилучшим образом удается предсказать успех при отлучении больного от механической вентиляции [36]. При экскурсии диафрагмы более 11 мм это утверждение верно с чувствительностью и специфичностью равными соответственно 84 и 83%, положительная прогностическая значимость составляет 82%, отрицательная прогностическая значимость - 86%, а точность - 84%, причем данный параметр лучше предсказывает успех при экстубации трахеи, нежели традиционные показатели. В исследовании S. Farghaly и А. Hasan пороговое значение этого показателя составило 10,5 мм, при котором чувствительность и специфичность были равны 87 и 71% соответственно [37]. Однако экскурсия диафрагмы при механической вентиляции обусловлена сокращением самой диафрагмы и ее пассивным смещением в результате механической вентиляции. Для того чтобы экскурсия диафрагмы была оценена адекватно, измерения необходимо проводить при попытке спонтанного дыхания. Кроме того, надо учитывать, что величина дыхательного объема, активность мышц грудной клетки и брюшной стенки, наличие асцита могут влиять на движение диафрагмы [13]. По мнению M. Umbrello и соавт., в отличие от экскурсии диафрагмы ее толщина и утолщение при дыхании точнее отражают сократительную способность диафрагмы при вспомогательной механической вентиляции легких [38]. E. DiNino и соавт. провели анализ фракции утолщения диафрагмы для оценки предполагаемого успеха экстубации трахеи. При пороговом значении этого показателя равном 30% положительный прогноз при экстубации трахеи вероятен с чувствительностью и специфичностью равными 88 и 71% соответственно [16]. При увеличении порогового значения фракции утолщения диафрагмы более 36% чувствительность и специфичность равны соответственно 82 и 88% [39]. Таким образом, проведенные исследования демонстрируют, что удачная экстубация вероятна при экскурсии диафрагмы более 10,5 мм и при фракции утолщения диафрагмы более 30-36%. Оценка респираторного усилия В настоящее время появились исследования, посвященные анализу роли УЗИ диафрагмы для оценки работы дыхания. В этих исследованиях проведен сравнительный анализ параметров, получаемых при исследовании диафрагмы с помощью УЗИ и традиционных параметров, характеризующих работу дыхания [трансдиафрагмальное давление при произвольном дыхании и при электрической либо магнитной стимуляции диафрагмального нерва, максимальное инспираторное давление в ротовой полости (MIP), давление в полости носа во время sniff-теста (SNIP) [40-45]]. Имеющийся опыт исследования функции диафрагмы свидетельствует о том, что среди УЗ-параметров именно фракция утолщения диафрагмы лучшим образом отражает респираторное усилие, причем выявлена значимая корреляционная связь этого показателя с параметрами традиционных методов исследования работы дыхания. Так, в исследовании A. Marchioni и соавт. у больных с обострением хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) выявлена сильная достоверная корреляция (r=0,81; p=0,004) между фракцией утолщения диафрагмы при спонтанном дыхании и трансдиафрагмальным давлением, измеренным при sniff-маневре [15]. Диагностика паралича диафрагмы Если при рентгенографии органов грудной клетки выявлено высокое стояние диафрагмы, то необходимо провести дополнительные исследования, чтобы подтвердить паралич диафрагмы. Традиционно с этой целью используют флуороскопическое исследование диафрагмы при спокойном дыхании, при sniff-маневре и при глубоком вдохе [13]. Однако данная методика обладает недостаточной специфичностью, реализована на громоздком оборудовании и имеет лучевую нагрузку [2]. Измерение трансдиафрагмального давления, исследование проводимости диафрагмального нерва, игольчатая электромиография диафрагмы и динамическое МРТ-исследование также используются для диагностики пареза диафрагмы [13]. В свою очередь УЗИ диафрагмы является неинвазивным методом и позволяет получить результаты, сходные с данными флуороскопии [22, 23]. При этом данная методика лишена лучевой нагрузки, может быть применена многократно для динамического наблюдения и, учитывая возможность использования портативного оборудования, может быть применена «у постели больного», что особенно важно в отделениях интенсивной терапии. Для диагностики пареза диафрагмы с помощью УЗИ должны быть оценены дыхательная экскурсия диафрагмы и ее толщина. УЗ-признаками пареза диафрагмы являются высокое расположение купола/куполов диафрагмы, снижение амплитуды движения, отсутствие движения или парадоксальное движение диафрагмы при спокойном дыхании и парадоксальное движение диафрагмы при нагрузке (например, при sniff-маневре) [46] (рис. 5). Нижняя граница диапазона нормальных значений амплитуды движения диафрагмы представлена в таблице. Снижение экскурсии диафрагмы при максимальном усилии на вдохе менее 25 мм со 100% чувствительностью и 85% специфичностью свидетельствует о тяжелой дисфункции диафрагмы [47]. При парезе диафрагмы помимо нарушения ее подвижности будет отмечаться уменьшение толщины диафрагмы и недостаточное ее утолщение при вдохе [13]. По данным E. Gottesman и F.D. McCool, парез диафрагмы вероятен, когда tdiFRC <2 мм [48]. Однако надо помнить, что на толщину диафрагмы влияют пол, масса тела, рост и нутритивный статус пациента, поэтому более надежным является параметр фракции утолщения диафрагмы [13, 49, 50]. В проведенных исследованиях показано, что при парезе диафрагмы величина Dtf будет <0,2, т.е. при глубоком вдохе от уровня FRC до TLC толщина диафрагмы увеличивается менее 20% [17, 48]. Если использовать комбинацию двух УЗ-признаков, а именно Dtf <0,2 и tdiFRC <1,4 мм, то при диагностике нейромышечного пареза диафрагмы чувствительность и специфичность составляют 93 и 100% соответственно [51]. УЗИ диафрагмы при ХОБЛ В разных исследованиях сообщается как о нормальной, так и о сниженной функции диафрагмы при ХОБЛ [52-58]. В исследовании A. Marchioni и соавт. дисфункция диафрагмы определена у 32% больных с тяжелым обострением ХОБЛ [15]. M.R. Baria и соавт. не выявили достоверных отличий в толщине диафрагмы у здоровых лиц и у больных ХОБЛ за исключением группы больных с гиперинфляцией и выраженными воздушными «ловушками» [59]. В некоторых исследованиях показано, что снижение экскурсии диафрагмы также частично связано с гиперинфляцией легких [60, 61]. Дисфункция диафрагмы при ХОБЛ и других обструктивных заболеваниях легких, сопровождавшихся гиперинфляцией, обусловлена тем, что длина волокон диафрагмы укорачивается [58], при этом геометрия диафрагмы меняется - она уплощается, радиус кривизны диафрагмы снижается, а область, которой диафрагма прилегает к внутренней поверхности грудной клетки (зона аппозиции), уменьшается или даже практически исчезает [62-65]. Помимо механических и функциональных причин формирования дисфункции диафрагмы при ХОБЛ можно также выделить воспаление и апоптоз, образование активных форм кислорода с последующим запуском протеолитических каскадов и усилением оксидативного стресса [58, 66]. В настоящее время нет единого мнения о влиянии терапии стероидами при респираторной патологии на дисфункцию диафрагмы. Таким образом, остается много нерешенных вопросов при исследовании больных с патологией органов дыхания. УЗИ диафрагмы при острой дыхательной недостаточности Существует множество патологических причин, которые сопровождаются повышенной нагрузкой на дыхательные мышцы в результате глубокого и частого дыхания, что ведет к утомлению и истощению дыхательной мускулатуры, в том числе и мускулатуры диафрагмы [13]. Истощение дыхательной мускулатуры приводит к развитию острой дыхательной недостаточности (ОДН), возникает необходимость во вспомогательной вентиляции легких. Одной из частых причин развития ОДН является обострение ХОБЛ [67]. В настоящее время имеется недостаточно данных об использовании УЗИ диафрагмы при ОДН, однако результаты проведенных исследований демонстрируют несомненную важность этого метода. Так, Х. Bobbia и соавт. показали, что у больных с экскурсией диафрагмы >2,3 см, измеренной в М-режиме, не требовалась неинвазивная вентиляция легких (НВЛ), в то время как при экскурсии <2 см потребность в НВЛ значимо возрастала [68]. Результаты исследования F. Antenora и соавт. свидетельствуют о том, что 1/3 пациентов, которым требовалась НВЛ, имели фракцию утолщения диафрагмы <0,2 [69]. Исследование A. Marchioni и соавт. показало, что у больных с обострением ХОБЛ при наличии дисфункции диафрагмы более чем в 4 раза возрастает риск неудачной НВЛ, а такой УЗ-параметр дисфункции диафрагмы, как фракция утолщения диафрагмы, продемонстрировал большую точность в предсказании неблагоприятного результата НВЛ при ОДН, чем исходные значения pH<7,25 или изменения pH и парциального напряжения СО2 в артериальной крови в первые 2 ч после начала НВЛ, с помощью которых традиционно оценивают эффективность НВЛ [15]. Признаки дисфункции диафрагмы коррелируют с вероятностью летального исхода, длительностью пребывания в отделении интенсивной терапии, необходимостью проведения длительной механической вентиляции легких. Заключение Таким образом, подводя итог, следует сказать, что УЗ-метод оценки функции диафрагмы является перспективным. Безопасность и информативность метода позволяют широко использовать данный метод, в том числе и при динамическом наблюдении. Особенно актуальным исследование диафрагмы может быть при обследовании больных с выраженной одышкой. Он дает возможность принять правильное решение при ведении больных, находившихся на вспомогательной вентиляции легких. Однако небольшой объем имеющихся данных требует проведения дальнейших исследований. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

About the authors

G V Nekludova

Pulmonology Scientific Research Institute under Federal Medical and Biological Agency of Russsian Federation; I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University)

Email: Nekludova_gala@mail.ru

S N Avdeev

Pulmonology Scientific Research Institute under Federal Medical and Biological Agency of Russsian Federation; I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University)

References

Supplementary files