临床研究丨体表呼吸肌肌电及其与潮气量比值评估支气管哮喘患者气道高反应性的应用价值

气道高反应是支气管哮喘（简称哮喘）的主要特征，其主要通过支气管激发试验进行判断 ^{［ 1-3 ］} 。临床上常采用肺通气功能指标，如第1秒用力呼气容积（forced expiratory volume in the first second，FEV ₁）、最大呼气峰流量来判断支气管激发试验结果 ^［ 4 ］ 。但肺通气功能检查需要患者配合做最大用力吸气和呼气，不适用于未能按指令正确完成检查的受试者，如理解力差的受试者，尤其是幼儿和老年人，以及意识不清的患者。肺通气功能检查对医务人员的技术要求高，有学者曾对30多家二、三级医院的肺量计检查报告质量进行调查，结果显示，在345份报告中，只有7.2%能够完全达到美国胸科学会（American Thoracic Society，ATS）和欧洲呼吸学会（European Respiratory Society，ERS）的肺量计检测质控标准 ^［ 5 ］ 。肺通气功能检查合格率极低，除了与医务人员对肺功能检测质控掌握不佳外，也反映出肺功能操作的标准化难度较大。此外，有研究显示，FEV ₁检查中最大用力吸气会降低气道阻力值，从而导致激发试验后的气道阻力变化减少，使该检查的灵敏度下降，影响肺功能检查的准确性 ^［ 6 ］ 。体表呼吸肌肌电［膈肌肌电（diaphragm electromyogram，EMG _di）和胸骨旁肌肌电（parasternal intercostal EMG，EMG _para）］及其与潮气量（tidal volume，VT）的比值——EMG _di/VT和EMG _para/VT，可间接反映气道阻力变化，判断气道高反应。当哮喘患者吸入刺激物导致气道阻力上升，机体需提高呼吸动力增加通气，从而补偿阻力上升导致的通气减少。此外，该方法不需要受试者配合做最大用力吸气和呼气，只需要进行平静呼吸，更利于在临床推广。本研究探讨了EMG _di、EMG _para、EMG _di/VT和EMG _para/VT评估哮喘患者气道高反应的诊断价值。

采用病例对照研究，回顾性分析2015年10月至2017年5月间在广州医科大学附属第一医院呼吸内科门诊就诊的29例哮喘患者资料，所有患者均符合2014年全球哮喘防治创议的哮喘诊断标准 ^［ 7 ］ ，并同意进行支气管激发试验，试验前禁止使用支气管舒张药物（6 h前停用短效药物，12 h前停用长效药物）。

1. 哮喘组排除标准：（1）哮喘急性发作期；（2）其他相关呼吸系统疾病；（3）肺功能操作禁忌证，如气胸、大咯血、心梗等。

2. 对照组及纳入排除标准：另外招募27名非哮喘受试者作为对照组。纳入标准：（1）年龄≥18岁；（2）肺功能正常。排除标准：（1）有哮喘或哮喘疑似症状的患者；（2）其他相关呼吸系统疾病；（3）肺功能操作禁忌证，如气胸、大咯血、心梗等。

本研究获得广州医学院第一附属医院伦理委员会批准（批号：2020 K-123），所有受试者均获知情同意。

采用简易肺功能仪（意大利科时迈公司产品）进行支气管激发试验，以组胺作为激发药物，采用手捏式雾化给药，其操作规范完全符合ATS和ERS肺功能指南标准 ^［ 4 ］ 。先测定基础肺功能，包括FEV ₁、用力肺活量（forced vital capacity，FVC）、FEV ₁占预计值的百分比（FEV ₁%pred）、FVC占预计值的百分比（FVC%pred）和FEV ₁/FVC。以FEV ₁%pred≥60%为基础值，吸入不同浓度的组胺，分别按照2或4倍组胺浓度递增，不同浓度间隔约2 min再进行FEV ₁测定，直到FEV ₁较基础值下降20%或吸入最大剂量（7.8 μmol）的组胺时终止组胺吸入。

1. 记录体表呼吸肌肌电与气流信号：将一对体表电极（德国泰科医疗器材有限公司产品）分别放置在第二肋间胸骨柄左右两侧，两电极之间相距3~5 cm，以记录EMG _para。通过2对电极对记录EMG _di，其中一对分别置于剑突上5 cm和距其16 cm与肋缘相交处 ^［ 8 ］ ，记录右边膈肌活动电位，另一对位于左侧腋前线的第6和第8肋间 ^［ 9 ］ ，记录左边膈肌活动电位。经磨砂膏摩擦及酒精清洁皮肤后，放置体表电极，并将其与16通道呼吸信号检测系统（中国广州锐士伯医疗科技有限公司产品）相连。受试者呼吸的气流经一次性过滤嘴与电子流量计（美国矽翔微机电系统有限公司产品）相连，再经连接线输入16通道呼吸信号检测系统。16通道呼吸信号检测系统对受试者体表呼吸肌肌电、气流信号进行滤波、生物信号放大及数模转换等处理，电脑屏幕显示后将相关数据保存于电脑中。

2. 试验步骤：先记录基础状态的体表呼吸肌肌电、气流和FEV ₁，随后组胺浓度每递增1次均依次按照体表呼吸肌肌电与气流在前、FEV ₁在后的顺序记录数据，直到FEV ₁较基础值下降20%或者吸入最大剂量（7.8 μmol）的组胺时终止测试。每次至少记录2 min良好的体表呼吸肌肌电与气流数据。所有受试者均完成EMG _di和EMG _para记录，且信号良好。

3. 数据分析：以16通道呼吸信号检测系统自动滤过心电干扰，自动计算呼吸肌肌电均方根，并计算其与VT的比值。其中EMG _di是选取2对中信噪比更佳且数值较大的信号纳入数据统计。核对数据的极值，选择时避开气流不稳定或中断的时间段。计算各指标激发前后的变化率（ΔEMG _di、ΔEMG _para、ΔEMG _di/VT、ΔEMG _para/VT），变化率=（激发后-激发前）/激发前×100%。

采用SPSS18.0统计软件进行统计分析。符合正态分布的计量资料以 x¯±s表示，组间比较采用独立样本 t检验，组内激发前后比较采用配对 t检验；非正态分布的计量资料以 M（ Q₁， Q₃）表示，组间比较采用Mann-Whitney U检验，组内激发前后比较Wilcoxon秩和检验。计数资料以例表示，组间比较采用 χ ²检验。应用MedCalc软件绘制ΔEMG _di、ΔEMG _para、ΔEMG _di/VT和ΔEMG _para/VT诊断哮喘气道高反应的受试者工作特征（receiver operator characteristic，ROC）曲线，计算曲线下面积（area under the curve，AUC），并采用Delong检验 ^［ 10 ］ 比较上述参数的AUC之间的差异。检验水准为α=0.05。

由 表1 可见，哮喘组和对照组的年龄分别为（50±13）岁和（35±13）岁，差异有统计学意义（ t=-4.36， P<0.05），性别、身高、体重差异均无统计学意义（均 P>0.05）；哮喘组FEV ₁、FVC、FEV ₁%pred、FEV ₁/FVC均低于对照组（均 P<0.05），但FVC%pred差异无统计学意义（ P=0.057）。

以FEV ₁为判断标准，对照组的支气管激发试验均为阴性，激发试验前后EMG _di、EMG _para、EMG _di/VT和EMG _para/VT差异均无统计学意义（均 P>0.05）；哮喘组激发试验均为阳性，激发试验后，EMG _di、EMG _di/VT、EMG _para和EMG _para/VT均高于激发试验前（均 P<0.05， 表2 ）。哮喘组激发试验前后EMG _di与EMG _di/VT的变化率（即ΔEMG _di和ΔEMG _di/VT）以及EMG _para与EMG _para/VT的变化率（即ΔEMG _para和ΔEMG _para/VT）均高于对照组（均 P<0.05， 表3 ）。

由 表4 和 图1 可见，ΔEMG _di、ΔEMG _di/VT、ΔEMG _para和ΔEMG _para/VT诊断气道高反应性的灵敏度分别为79.3%、86.2%、75.9%和79.3%，特异度分别为85.2%、96.3%、92.6%和92.6%，AUC分别为0.842（95% CI：0.720~0.926）、0.917（95% CI：0.812~0.974）、0.843（95% CI：0.721~0.926）和0.916（95% CI：0.810~0.973）；AUC之间两两比较的差异均无统计学意义（均 P>0.05）。

图1 ΔEMG _di、ΔEMG _di/VT、ΔEMG _para和ΔEMG _para/VT诊断支气管哮喘气道高反应性的受试者工作特征曲线

注：ΔEMG _di为激发试验前后体表膈肌肌电的变化率；ΔEMG _di/VT为激发试验前后体表膈肌肌电与潮气量比值的变化率；ΔEMG _para为激发试验前后体表胸骨旁肌肌电的变化率；ΔEMG _para/VT为激发试验前后体表胸骨旁肌肌电与潮气量比值的变化率

本研究结果显示，EMG _di、EMG _para、EMG _di/VT和EMG _para/VT均能有效反映支气管激发试验前后气道阻力的变化，区别哮喘患者与非哮喘受试者，但AUC之间的差异并无统计学意义（均 P>0.05），与前期研究的结果一致 ^［ 11 ］ 。

VT是由于呼吸中枢发出冲动和呼吸肌收缩而产生。前期研究结果显示，假设下气道阻力、胸部及肺部阻力不变时，通过结合EMG _di与VT，可有效反映慢阻肺及阻塞性睡眠呼吸暂停患者睡眠状态下上气道阻力的变化 ^{［ 12 , 13 ］} 。同理，假设上气道阻力、胸部及肺部阻力不变时，推测其可反映下气道阻力的变化。正如推测，无论是食管EMG _di还是体表EMG _di及其与VT的比值均能有效反映支气管激发试验前后下气道阻力变化情况，鉴别哮喘患者及非哮喘受试者 ^{［ 11 ， 14 ］} 。

除EMG _di外，EMG _para也可评估呼吸中枢驱动 ^［ 15 ］ 。目前文献报道中，记录EMG _di的体表位置多 ^{［ 8 , 9 ， 16 ］} ，且未统一。在这些体表位置记录的EMG _di信号，可能受腹肌电活动的干扰。而EMG _para的记录位置固定，操作简易，且远离腹肌。但平静呼吸下体表记录到的呼吸肌肌电信号主要来源于膈肌 ^［ 17 ］ ，肋间肌仅在深吸气时参与。本研究的结果显示，EMG _di绝对值比EMG _para大。然而，本研究采取延长管与固定频率，相当于人为增加呼吸努力，从而可保证所有受试者能记录到有效的EMG _para信号。提示，EMG _di与EMG _para在鉴别哮喘患者和非哮喘受试者的效能上并无差异。

体表呼吸肌肌电信号容易受到心电信号与电源线等的干扰。以往常通过人工方法去掉重叠部分的心电信号，过程繁琐，且主观选择可导致数据偏倚。本研究采用16通道呼吸信号检测系统，不仅抗干扰性能强，还可通过结合小波变换法和滤波的方法 ^［ 18 ］ ，消除心电干扰，实现肌电分析自动化，减少主观因素对结果的干扰。

本研究中，哮喘组年龄大于对照组。虽然随着年龄的增长，肺功能（如FEV ₁的基线值）会呈现先增加后减少的变化趋势，但对激发试验前后FEV ₁的变化值没有类似影响 ^［ 19 ］ ，因此年龄不匹配并不会影响本研究的主要结果及结论。体表呼吸肌肌电易受其他肌肉的影响，尤其运动时骨骼肌的参与 ^［ 20 ］ ，但本研究是在非运动状态下，参与运动或维持姿势的骨骼肌处于无放电状态。本研究采用病例对照诊断性研究设计，可能影响该方法的实际诊断效能和在真实世界中的临床应用价值，未来将在一些理解力差或配合不佳的老年人和儿童中开展前瞻性研究。

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