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在呼吸窘迫的重症患者中，重要的是要减轻呼吸肌的负荷，防止肌肉疲劳和损伤，因为通气需求明显超过正常的呼吸肌活动。由机械通气本身和自主呼吸努力引起的肺损伤是众所周知的。此外，一项研究报告称，机械通气也可能损伤膈肌。1988 年，Knisely 等人。首次报道了经历长期机械通气的新生儿膈肌肌纤维异常变薄。在动物研究中，短时间的被动控制机械通气 (CMV) 会引起氧化应激，导致蛋白质降解，导致膈肌萎缩和无力。在一项针对人类的研究中，Levine 等人报告说，脑死亡器官捐赠者的膈肌长时间不活动与膈肌纤维的明显萎缩有关。从那时起，机械通气下的快速膈肌萎缩和功能障碍被认为是呼吸机引起的膈肌功能障碍，这是机械通气患者常见的并发症。由于在进入重症监护病房 (ICU) 之前存在膈肌无力，并且败血症和其他危重疾病本身会导致膈肌脆弱，因此危重疾病相关的膈肌无力这一术语也常用于 ICU 中发生的膈肌功能障碍。 预防机械通气期间的膈肌损伤可能会降低机械通气的依赖并改善结果；因此，对于所有参与机械通气的重症监护人员来说，这是一个重要的问题。在这篇综述中，概述了呼吸机引起的膈肌功能障碍的临床证据及其潜在机制，以及促进膈肌保护性机械通气的策略。 近年来，通过超声检查在床边无创评估膈肌功能已成为可能，这表明膈肌功能障碍是影响患者预后以及ICU获得性虚弱的重要问题。Dres 等人通过超声检查和检查双侧前部磁性膈神经刺激时气道压力来评估膈肌功能。在这项研究中，他们报告说，63% 的机械通气患者出现膈肌功能障碍，21% 的患者出现膈肌和肢体肌肉萎缩。此外，这种膈肌功能障碍与ICU停留时间延长和死亡率增加有关。戈利格等人通过超声检查测量膈肌增厚分数 (TFdi)，并报告 TFdi 患者的 ICU 停留时间较短，与休息时的健康受试者相当 (15-30%)。接受机械通气的患者膈肌厚度增加和减少，这两种情况都与呼吸机依赖时间延长和死亡率升高有关。 为了防止膈肌功能障碍，有必要了解膈肌损伤的机制。因抑制吸气努力而导致的萎缩和因过度负荷导致的损伤是机械通气过程中最重要的两种膈肌损伤。图 1 总结了膈肌损伤的可能机制。 
图 1. 机械通气导致膈肌损伤，功能障碍的机制。黑色箭头表示已被证明与不良结果相关的机制。白色箭头表示基于动物实验的假设机制。右下图显示肌节长度根据 PEEP 的变化而变化。(A) 正常，(B) PEEP 的急性影响，(C) 持续高 PEEP 的长期影响，以及 (D) PEEP 突然降低后的过度拉伸。 废用性萎缩 过度呼吸支持导致的废用性萎缩是机械通气过程中膈肌损伤的最重要机制。在动物研究中，CMV 或高水平的压力支持通气会导致急性萎缩、肌纤维损伤和功能障碍。Levine 等人报道，脑死亡患者膈肌不活动长达 18-69 小时与膈肌明显萎缩有关；然而，它并没有导致胸大肌萎缩。对人类受试者的进一步组织学研究表明，不使用膈肌会激活蛋白水解途径，并导致膈肌萎缩和线粒体功能障碍，从而导致收缩力受损。之前使用超声检查在机械通气开始后一周内或直到拔管之前的研究表明，在几乎一半的机械通气患者中，膈肌呼气末厚度减少了 10% 以上。在这两项研究中，在机械通气第三天之前都观察到膈肌厚度的减少，并且在控制和部分辅助通气期间都观察到。 当通气支持不足以抵抗吸气努力时，膈肌上的过度负荷会导致肌肉损伤（向心负荷引起的损伤）。在健康受试者和慢性阻塞性肺病患者的组织学检查中，膈肌因过度负荷而收缩导致急性（< 90 分钟）膈肌损伤、炎症和虚弱。重要的是，重症患者，尤其是全身炎症患者，肌膜易受机械刺激；因此，经常发生通过这种机制的膈肌功能障碍。 肌肉拉长时肌肉偏心收缩时会发生肌肉损伤，膈肌也是如此。理论上，这种损伤可能发生在机械通气患者身上。一种可能的原因是患者-呼吸机不同步（图 2）。在不同步的情况下，例如过早的循环、无效的努力和反向触发，膈肌将在呼吸机循环的呼气阶段被迫收缩，从而导致膈肌损伤。另一个原因是膈肌制动。膈肌甚至在呼气阶段收缩并抑制肺容量减少的速度，以防止急性肺泡塌陷和肺不张。呼气阶段的这种收缩可能对膈肌造成伤害。在肺泡容易塌陷的情况下，例如当呼气末正压 (PEEP) 设置得较低时，膈肌制动很有效。呼气肌肉收缩可能会加速膈肌制动。呼气肌复张与撤机失败有关，特别是在小气道阻塞的患者中。在呼气肌肉复张的情况下，膈肌可能会在呼气期间强烈收缩。需要进一步研究。
图 2. 偏心膈肌收缩的患者-呼吸机异步。(A) 正常触发（同步）呼吸，(B) 过早循环，(C) 无效努力，以及 (D) 压力辅助/控制通气中的反向触发。在 A 中，机械充气与膈肌收缩同步。在 B 到 D 中，在呼吸机周期 (exp) 的呼气阶段出现负食管压力摆动（黑色箭头）。PAW，气道压；Pes，食管压 当膈肌在较高的PEEP下保持较短（较尾）的位置时，突然降低PEEP，如自发的呼吸试验，可能会导致纵向萎缩. 虽然以前的研究是动物研究，但较高的PEEP缩短了纵向上的肌节（肌纤维的基本收缩单位，由两条主要的蛋白丝，肌动蛋白和肌球蛋白组成）的长度，并且逐渐地，一些肌节脱落，其他的肌节恢复其原来的长度（重建）。在这里，突然降低PEEP会引起肉眼的过度拉伸，导致膈肌的长度-张力关系发生变化，可能会引起收缩力下降。需要对人体进行进一步调查。 在轻度镇静下保持自主呼吸可以改善氧合，防止呼吸肌萎缩。近年来，过度的呼吸用力已被证明会加剧肺损伤，控制呼吸用力已被认为是保护肺的重要因素。然而，这种肺保护策略也存在废用性膈肌萎缩的风险；因此，重要的是监测吸气努力并考虑应保留多少自主呼吸努力。 为了优化膈肌保护膈肌的活动，充分监测吸气努力是很重要的。为此，使用超声直接检查膈肌（图 3）。使用 B 模式或 M 模式超声检查对膈肌进行测量，将 10-15 MHz 线性传感器垂直放置在右胸壁的并置区。TFdi 通常用于量化膈肌活动，计算如下：（[吸气末厚度 - 呼气末厚度] / 呼气末厚度）×100。据报道，TFdi 与跨膈压力有很好的相关性（ Pdi)，直接测量膈肌产生的压力和隔膜的电活动 (EAdi)。
图3. 膈肌的超声学评估。 膈肌是夹在顶层胸膜和腹膜之间的低回声层，具有高回声的中心线。 TFdi，膈肌的增厚分数；Tdiexp，呼气末的膈肌厚度；Tdiinsp，呼气末的膈肌厚度。 食道压 (Pes) 用作胸膜压 (Ppl) 的替代指标以监测吸气努力。要测量 Pes，需要使用专用的食管球囊导管，并且存在一些关于球囊位置和填充空气量的技术问题。如果同时测量胃压 (Pga)，则可以得到 Pdi (Pdi = Pga – Pes)。EAdi 通过配备肌电图电极和呼吸机的专用导管在胃食管交界处测量。EAdi 还可以精确监测吸气努力。然而，即使在休息的健康受试者中，EAdi 也有很大差异；因此，很难为膈肌保护指定 EAdi 的目标范围。Pes 和 EAdi 都可以在以下情况下诊断人机不同步。 P0.1 和 ΔPocc 是评估床边吸气努力的更简单方法。P0.1 定义为气道阻塞 0.1 秒时气道压力的负偏转 。ΔPocc是在整个呼吸过程中气道被阻塞时呼吸肌产生的气道压力摆动，它可以估计呼吸肌压力（Pmus）和吸气跨肺压力摆动（ΔPL）。 尽管保护膈肌的安全吸气努力的临界值尚不清楚，但重要的是通过达到健康受试者或已成功脱离机械通气的患者的吸气努力水平来维持膈肌活动（表 1）
当通过调整吸气呼吸机设置改变潮气量时，吸气努力也会改变。这种吸气努力的改变主要是由与动脉血 pH 值相关的化学感受器反射引起的通气需求变化引起的。如果患者通气时潮气量过大，吸气努力会减弱，导致膈肌萎缩。另一方面，通气支持不足会增加吸气努力，导致膈肌损伤。 PEEP也会影响吸气的力度。较高的PEEP增加了呼气末的肺容量，并使膈肌移到更尾部的位置，从而减少了膈肌的弯曲度。由此，神经机械耦合将发生变化，膈肌产生的压力也会减少。在以前的一项研究中，当呼气末肺容积较高时，通过膈神经刺激胸膜压力的变化会减少。最近的一项随机对照试验（ROSE试验）考察了早期连续使用神经肌肉阻断剂（NMBA）对中重度急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者的影响，发现它并没有降低90天的死亡率，与之前随机对照试验中观察到的结果相反。然而，有人认为，应用于对照组的较高PEEP策略（12.5 cmH2O）可能减轻了吸气努力，不仅间接保护了肺部，也保护了膈肌。据推测，PEEP对偏心负荷引起的损伤有预防作用，因为随着持续气道正压水平的增加，膈肌的制动被抑制。然而，对于突然降低较高的PEEP设置后可能引起的纵向萎缩，可能需要谨慎对待。 辅助控制通气（ACV）、CMV期间的间歇性自主呼吸、压力支持通气和适应性支持通气可以在很大程度上改善CMV对膈肌的不利影响。Marin-Corral等人报告说，马斯特里赫特III期器官捐献者的膈肌受到刺激后，有41%的通气时间是在辅助和自主模式下进行的。这导致膈肌肌纤维的损伤比依靠完全支持的脑死亡器官捐献者要少。因此，为了保持自主的努力，大多数需要机械通气的危重病人接受辅助和自主的模式；然而，在最近的临床试验中，在控制和辅助通气中都出现了萎缩。Itagaki等人报告说，在ACV的早期阶段，控制性通气的比例与膈肌厚度的最大变化无关。解释为什么辅助呼吸对膈肌有保护作用的机制尚不清楚。膈肌萎缩不能因为有患者的触发而得到预防，保持最佳的吸气努力水平更为重要。 丙泊酚或苯二氮卓类药物诱导的镇静作用会降低呼吸动力和努力，也会改变对低氧血症和高碳酸血症的通气反应。然而，为了调节过度的吸气努力，在加深镇静水平之前，应首先调整呼吸机设置和管理增加呼吸驱动的因素，如代谢性酸中毒或疼痛。仅使用镇静剂进行干预并不能有效改善人机同步性。 在最近的一项研究中，早期使用 NMBA 并没有降低 ARDS 患者的 90 天死亡率。这一结果表明，NMBA 在肺保护方面存在一些负面问题，膈肌萎缩可能是一个因素。Dianti 等人对他们的前瞻性队列研究进行了二次分析，并调查了 NMBA 使用与死亡率之间的关联是否因基线膈肌厚度而异。他们发现 NMBA 与基线膈肌厚度 ≤ 2.3 mm 的患者死亡率较高相关，而基线膈肌厚度 > 2.3 mm 的患者死亡率较低。这一结果表明，NMBA 可能对已经患有膈肌萎缩的患者有害，促进肺和膈肌保护性通气非常重要。 一些形式的病人-呼吸机不同步可能会在呼气阶段引起膈肌的偏心收缩，从而导致伤害。它们包括反向触发、无效的努力和过早的循环。因此，保持自主呼吸和辅助通气之间的同步性可能对膈肌有保护作用。监测Pes和EAdi对于保护膈肌的机械通气来说，在检测非同步事件和评估吸气力度方面都有优势。在我们的前瞻性研究中，机械通气第三天的双重触发与强烈的吸气努力有关，并可能增加膈肌厚度。因此，双重触发的发生率，也就是对肺部伤害最大的不同步现象，可以作为膈肌伤害性呼吸模式的替代性指标。 机械通气期间的膈肌损伤很常见，并且与发病率和死亡率增加有关。由于隔膜收缩过弱或过强和人机不同步是损伤的主要机制，监测和管理呼吸驱动和吸气努力对于重症监护人员很重要。 在某些情况下，特别是在严重的ARDS中，肺部保护和膈肌保护之间可能存在冲突，因为膈肌不活动是为了避免呼吸机引起的肺部损伤或病人自残性肺部损伤，或者两者都是。尽管国际专家建议在必要时优先保护肺部而不是保护膈肌，但他们首先指出，应尽力同时保护两个器官。需要进一步的研究来确定个体化的呼吸努力的目标值，以建立保护肺部和膈肌的通气。
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