M-mode Ultrasound Assessment of Diaphragmatic Excursions in Chronic Obstructive Pulmonary Disease : Relation to Pulmonary Function Test and Mouth Pressure

만성폐쇄성 폐질환 환자에서 M-mode 초음파로 측정한 횡격막 운동

Background: Respiratory muscle interaction is further profoundly affected by a number of pathologic conditions. Hyperinflation may be particularly severe in chronic obstructive pulmonary disease(COPD) patients, in whom the functional residual capacity(FRC) often exceeds predicted total lung capacity(TLC). Hyperinflation reduces the diaphragmatic effectiveness as a pressure generator and reduces diaphragmatic contribution to chest wall motion. Ultrasonography has recently been shown to be a sensitive and reproducible method of assessing diaphragmatic excursion. This study was performed to evaluate how differences of diaphragmatic excursion measured by ultrasonography associate with normal subjects and COPD patients. Methods: We measured diaphragmatic excursions with ultrasonography on 28 healthy subjects(l6 medical students, 12 age-matched control) and 17 COPD patients. Ultrasonographic measurements were performed during tidal breathing and maximal respiratory efforts approximating vital capacity breathing using Aloka KEC-620 with 3.5 MHz transducer. Measurements were taken in the supine posture. The ultrasonographic probe was positioned transversely in the midclavicular line below the right subcostal margin. After detecting the right hemidiaphragm in the B-mode the ultrasound beam was then positioned so that it was approximately parallel to the movement of middle or posterior third of right diaphragm. Recordings in the M-mode at this position were made throughout the test. Measurements of diaphragmatic excursion on M-mode tracing were calculated by the average gap in 3 times-respiration cycle. Pulmonary function test(SensorMedics 2800), maximal inspiratory(PImax) and expiratory mouth pressure(PEmax, Vitalopower KH-101, Chest) were measured in the seated posture. Results: During the tidal breathing, diaphragmatic excursions were recorded $1.5{\pm}0.5cm$, $1.7{\pm}0.5cm$ and $1.5{\pm}0.6cm$ in medical students, age-matched control group and COPD patients, respectively. Diaphragm excursions during maximal respiratory efforts were significantly decreased in COPD patients ($3.7{\pm}1.3cm$) when compared with medical students, age-matched control group($6.7{\pm}1.3cm$, $5.8{\pm}1.2cm$, p< 0.05}. During maximal respiratory efforts in control subjects, diaphragm excursions were correlated with $FEV_1$, FEVl/FVC, PEF, PIF, and height. In COPD patients, diaphragm excursions during maximal respiratory efforts were correlated with PEmax(maximal expiratory pressure), age, and %FVC. In multiple regression analysis, the combination of PEmax and age was an independent marker of diaphragm excursions during maximal respiratory efforts with COPD patients. Conclusion: COPD subjects had smaller diaphragmatic excursions during maximal respiratory efforts than control subjects. During maximal respiratory efforts in COPD patients, diaphragm excursions were well correlated with PEmax. These results suggest that diaphragm excursions during maximal respiratory efforts with COPD patients may be valuable at predicting the pulmonary function.

연구배경: 횡격막의 운동은 흉부 단순 촬영과 fluoroscopy로 관찰해 왔으나 근래 초음파에 의해서 횡격막의 운동거리와 두께를 측정하는 연구들이 있어왔다. 초음파 검사의 장점을 살펴보면 간편하고 비침습적이며 방사선조사가 없고 재현성과 정확성이 있다는 점을 들 수 있다. 본 연구에서는 이러한 횡격막 운동 측정에 대한 초음파의 장점을 이용하여 정상인과 만성폐쇄성 폐질환 환자에서 횡격막 운동을 조사하고 그 결과를 폐기능 지표들과 비교하였다. 연구방법: 정상 성인 28례(의과대학생 16례, 나이를 고려한 대조군 12례)와 만성폐쇄성 폐질환 환자 17례를 대상으로 각각에서 폐기능 검사, 최대 흡기압, 최대 호기압과 초음파상 횡격막의 이동 거리를 측정하여 비교하였다. 초음파는 Aloka 사의 KEC-620 모델을 이용하였으며 앙와위 상태에서 환자의 쇄골 중심선에 해당하는 부위의 우상복부에 횡으로 3.5MHz 탐촉자를 대고 간을 에코창으로 이용하여 M-mode 상에서 평상 호흡시와 폐활량 호흡 또는 최대 호흡시의 횡격막 이동 거리를 3회 측정하여 그 평균값을 얻었으며 최대 흡기압과 최대호기압은 Chest사의 Vitalopower KH-101을 이용하여 3회 측정하여 그 평균값을 얻었다. 결 과: 정상인에서의 횡격막 이동거리는 평상호흡에는 1.5cm-1.7cm를 보였고 최대호흡시에는 5.7cm-6.7cm를 보였다. 정상인에서의 최대호흡시에 횡격막 이동거리는 $FEV_1$ $FEV_1/FVC$, PEF, PIF, 신장과 유의한 상관관계를 보였으나 다중 희귀분석에서는 $FEV_1$ 만이 유용한 예측지표로 계산되었다. 만성폐쇄성 폐질환 환자에서의 횡격막 이용거리는 평상호흡시에는 $1.5{\pm}0.6cm$로 정상인과 유의한 차이가 없었으나 최대호흡시에는 $3.7{\pm}1.3cm$로 대조군에 비해 유의하게 감소되어 있었다. 만성폐쇄성 폐질환 환자군의 각 병기에 따라 횡격막 이동거리를 비교해 본 결과 최대호흡시 횡격막의 이동거리는 $FEV_1$이 감소할수록 짧은 경향을 보였으나 통계적 의의는 없었다. 만성폐쇄성 폐질환 환자에서의 최대호흡시에 횡격막 이동거리는 연령, PEmax, %FVC와 유의한 상관관계를 보였으나 다중 회귀분석에서는 최대호기압(PEmax)과 연령이 유의한 예측인자로 계산되었다. 결 론: 만성폐쇄성 폐질환 환자의 횡격막 이동거리는 정상인에 비해 유의하게 감소하였으며 최대호기압과 가장 좋은 상관관계를 보였다. 그러나 만성폐쇄성 폐질환 환자에서 횡격막 이동거리는 $FEV_1$과 유의한 상관관계를 발견할 수 없어서 초음파를 통한 횡격막 운동검사가 폐기능 평가의 또다른 생리적 지표로 이용될 수 있음을 시사하였다.