一种腹膜刺激征的量化方法——腹壁紧张度

时间：2024-07-28

唐昊，张连阳

0 引言

查体腹壁出现压痛、反跳痛及腹肌紧张度增加时称腹膜刺激征阳性。当腹腔器官的炎症未累及壁层腹膜时仅有压痛，如累及壁层腹膜时即可引起反跳痛，而腹肌紧张是腹膜受到刺激后腹壁肌肉缓慢而持久的收缩，如检查者感觉患者全腹或局部腹壁紧张或有抵抗感，其阻力超过正常腹壁的紧张度，即称为腹壁紧张度(abdominal wall tension, AWT)增高，其程度和范围被认为是腹膜炎诊断乃至是否手术的依据。患者紧张或无意识地收缩腹肌可能出现假阳性，而年老、体弱、昏迷、高位脊髓损伤、中毒、镇静、镇痛等可能导致假阴性。临床上尤其是创伤患者，腹膜刺激征常存在不确定性[1]，腹膜刺激征的这种主观性也是导致即使在影像学高度发达的今天，严重创伤时，腹部仍然是诊断“最后的黑箱”的重要原因。借助现代科技已开发出量化AWT的仪器和方法，初步应用显示AWT与重症患者、腹部感染并发症等相关[2]，本文阐述AWT作为一种新的腹膜刺激征量化方法的生理学、病理生理学基础及其研究进展。

1 腹壁解剖学与AWT

腹壁占腹腔的大部分区域，对腹腔起着主要的保护和支持功能[3]。腹壁生理功能有维持腹腔完整、保持腹腔内压、妊娠、辅助排便、协助呼吸和运动等，因各种原因腹壁发生病理变化可导致腹腔高压、腹腔间隙综合征、呼吸衰竭和腹壁疝等[4-6]。腹壁的这些生理或病理变化主要与其结构的力学特征有关，这种机械力学特性即为AWT[7]。

1.1腹壁解剖结构人体的腹壁是一个复合结构，在不同的部位由不同组织层次组成。中央腹壁由浅到深由皮肤、皮下脂肪、腹直肌前鞘、腹直肌或腹白线、腹直肌后鞘(弓状线以上)和腹膜前脂肪组成；中央线外侧，腹直肌被由腹外斜肌、腹内斜肌和腹横肌组成的肌肉层所取代。筋膜、鞘、腹白线等结缔组织整合不同层次肌肉形成功能复合结构，如腹直肌-腹外斜肌-腹内斜肌-腹横肌复合体等[3,8-9]。

1.2腹壁肌肉功能腹壁肌肉与背部的肌肉一起，维持姿势、塑形。当声门闭合，胸部和骨盆固定时，腹壁肌肉在咳嗽、排尿、排便、分娩、呕吐等功能中发挥重要作用[10]。当胸部固定时，腹腔可以拉起骨盆，使脊柱向一侧弯曲，帮助躯干旋转。当骨盆固定时，腹壁可启动躯干向前运动，还可以防止过度扩展。腹壁肌肉还有助于呼吸和增加腹腔内压，如打喷嚏、咳嗽、举重、辅助呼吸等[11-12]。

腹外斜肌是腹部四块肌肉最大、最浅表的，两侧腹外斜肌共同作用将耻骨拉向剑突，使脊柱弯曲；也可单方面作用使身体同侧屈曲、对侧旋转。腹内斜肌收缩导致躯干同侧屈曲和旋转，可与对侧的外斜肌共同作用，实现躯干的扭转运动；还能压缩腹部内脏，推向膈肌，促进被动呼气[13]。腹横肌收缩有一种类似胸衣的效果，缩小腹部，使腹部变平，主要作用是在下肢和/或上肢运动之前稳定腰椎和骨盆。腹直肌是重要的姿势肌，作用是固定骨盆，收缩会引起腰椎屈曲；当胸部固定时，收缩会引起骨盆后倾斜；腹直肌在被动呼气和增加腹内压力方面也起着重要作用[13-14]。

2 腹腔功能与AWT

2.1 腹腔压力容积曲线腹腔的容纳保护功能可以用腹腔内容量(intra-abdominal volume，IAV)和腹腔内压(intra-abdominal pressure，IAP)关系来阐述。类似于胸腔，IAV和IAP的关系可通过压力容积(pressure-volume，PV)曲线来分析[1,3]。此曲线最初是线性，一旦达到临界状态呈指数增加。此过程可以分为3个阶段：①塑形，腹部形状改变，IAP轻微增加(PV曲线初始部分，最小斜率)。②伸展，腹壁和膈肌弹性扩张(中等斜率)。③增压，容量达到极限导致压力明显上升(最大斜率)[3,15]。这3个阶段平行且相互重叠。正常情况AWT维持腹腔内压在一定范围内波动。一些病理因素影响下，腹腔内压持续升高形成腹腔高压(intra-abdominal hypertension，IAH)，就会对腹腔内和腹腔外的器官造成损害[16-17]。

2.2腹部顺应性与AWT继IAP、IAH和腹腔间隙综合征(abdominal compartment syndrome，ACS)等逐渐被临床重视后，腹部顺应性(abdominal compliance，AC)、IAV、AWT也逐渐被临床医师所认识[9,15]。AC指腹腔扩张的容易程度，AC=△IAV/△IAP，成人正常AC 在0.06～1.92 L/mmHg[18]。AC由腹腔容积和腹壁、膈肌的紧张度共同决定，腹壁占腹腔软边界的大部分区域，因此AWT对AC起着最主要作用[3]。腹壁各层肌肉之间的平行连接可以增强肌肉层的力度和刚性,相邻骨骼肌之间通过结缔组织网络进行平行力的传递,结缔组织网络在收缩过程中通过抑制肌肉横向扩张增强肌肉的有效刚度和强度，AWT的机械性具备一定弹性[7,10]。根据力学原理定义，硬度为力量-伸长率曲线的斜率，弹性是应力应变曲线的斜率，顺应性是弹性的倒数(或单位应力造成的应变量)。形变是长度或者形状的变化，应变是按照原始几何标准化的形变(如长度或面积等)。

2.3影响AWT的因素AWT主要功能包括保护腹腔内器官、维持快速运动状态(咳嗽、呕吐等)和承受腹腔内压能力(肥胖、怀孕等)等[19]。除了腹膜炎、腹腔脓肿和器官损伤等腹腔内病变外，影响AWT的因素分为3类：①腹壁定位，腹壁解剖结构的异质性，腹壁不同点结构层次不一样，弹性性能也不相同。Alex等[20]采用激光共聚焦技术对12具人体尸体进行了分析，研究显示腹白线和腹直肌鞘不同区域的三维结构呈现不均匀重新排列，显示出不同的结构属性。从腹壁腹侧到背侧，腹白线和腹直肌鞘肌肉层、弹性纤维和胶原纤维不规则交错，也令该处AWT变得不一致。其他腹壁结构组织也表现出独特的组织结构特征，不同组织之间呈现出不同的机械属性，这也使得AWT复杂化。②测量方法，对腹壁紧张度进行量化的实验方法或仪器设备不一样，离体或活体测量，结果也会有差异。有学者在腹壁疝手术中用拉钩张力计对疝切口周围肌肉进行横向牵拉实验，研究发现平均总腹壁张力为3.04 kg(0.1～10 kg)，疝缺损大小和腹壁张力无关，外科医师对张力的预估值和客观测量张力间也没有关系[21]。Podwojewski等[22]采用压力传感器和高速摄像设备记录腹壁的压力和应变变化，也就是紧张度的变化，发现50 mmHg压力时可导致5.5%的AWT变化，其中腹壁内值变化为3.7%，腹壁外值变化为6.6%。③身体状态，人体腹壁是一个有机结构，在不同功能状态下，AWT也会有差异。Sugerman[23]发现男性IAP高于女性，这是因为腹壁肌肉和脂肪的比例差异导致男性AWT更高。Beurton等[24]研究了直腿抬高试验对重症患者IAP的影响。研究发现进行了直腿抬高后患者IAP明显升高，考虑主要原因就是抬高下肢时AWT的增加。Kirkpatrick等[25]研究了俯卧位通气对急性肺损伤患者心血管、肾功能和IAP的影响，发现俯卧位通气时，IAP明显升高，认为主要也是因为俯卧时限制腹壁运动，引起AWT增加所致。此外，反Trendelenburg体位有利于改善呼吸、放松辅助呼吸的腹壁肌肉，降低AWT。

3 AWT定量测量

AWT测量方法包括拉钩张力计法、压力应变片法、多普勒超声张力法和胸腹带法等，基于AC原理的AWT测量方法主要包括要下2种。

3.1基于LaPlace定律测量AWTLaPlace定律认为容器壁上的压力与其内容物和半径有关。对于腹腔来说，腹腔内压(Pressure，P)=2×AWT/腹腔半径(Radius，r)。考虑到腹壁厚度，公式进一步改进为：AWT=P×r/2×腹壁厚度(u)[26]。见图1。

P:腹腔内压；r:腹腔半径；u:腹壁厚度；AWT:腹壁紧张度

根据LaPlace定律，球体膨胀所需的压力与表面张力呈正比，与半径呈反比[27]。如当肺泡收缩时，表面活性物质浓度随之增加，从而有效地降低表面张力，增加肺泡内压，避免肺泡萎缩[28]。腹主动脉瘤破裂的风险也可以用拉普拉斯定律解释，即动脉瘤的半径越大，克服血管壁表面张力所需的压力就越小。临床上，动脉瘤的直径越大，破裂的风险就越大[29]。肠梗阻时，由于肠壁的拉伸和变薄，克服肠壁表面张力所需的跨壁压力的降低，肠壁破裂的风险增加。

腹腔可以看做一个装满不可压缩液体的圆柱体容器，这个容器的大面积边界是柔软的膈肌和腹壁，所以LaPlace定律是适用的。肥胖或者怀孕的人举重物的时候，由于腹壁更厚，IAP增加也会比瘦的或者没有怀孕的人更高。瘦的人捆腹带也会比胖的人产生更高的IAP[27]。临床中常用的体格检查方法腹部触诊，也是利用的这个原理，根据垂直按压腹部感受到的张力程度，判断腹壁紧张程度有助于诊断腹膜炎等伤病[30]。AWT的定量测量无疑将为腹腔伤病的诊断提供新的技术。

按照Frank和Primiano的理论，腹腔可以模拟为一个薄壁圆柱形压力容器(w

t=(Pi-Po)r/w(N/cm2)或 Pi=tw/r+Po(N/cm2)

公式中：t代表容器壁压力(AWT)，Pi代表内部压力，Po代表外部压力，w代表腹壁厚度

从上述公式可以看出，内部压力和腹壁紧张度存在相关性。

根据这个原理，2008年Ramshorst等[32]在两具人体尸体进行AWT测量实验，他们把AWT定义为对腹壁垂直按压力与位移的比值：AWT=压力(Force，F)/位移(Distance，D)，测量了腹白线、腹直肌和腹直肌外侧7个点的AWT，与腹腔内压做了相关性分析。研究发现所有腹部点，IAP和AWT具有相关性，腹部中间点的AWT相关性更好。随后他们在14具人体尸体和42名志愿者中进行了AWT测量，同时分析了体位对AWT的影响。研究发现尸体中上腹部点AWT和IAP显著相关，志愿者中男性AWT高于女性，站立位时AWT最高，其次是仰卧位和坐位，BMI对AWT没有影响[33]。2015年Chen等[34]对51例重症患者进行了AWT和膀胱内压(intra-viscera pressure，IVP)测量研究。他们发现AWT与IVP存在显著线性相关性，回归方程式为：

Y=-1.369+9.57X(P<0.01)

不同呼吸状态和体位对AWT有显著影响,BMI对AWT没有影响。

3.2AWT初步临床应用AC代表了当前IAH和ACS领域的重要进展及研究方向，AWT作为AC的主要组成部分，其测量方法具有显著的临床和研究价值。我们利用自主研发的腹壁紧张度测量设备对本院重症医学科127名重症患者进行了AWT测量，评估其与膀胱内压的相关性以及其在腹部感染并发症中的诊断价值。研究发现AWT和IVP呈正相关(相关系数R=0.706，P<0.05)，多方程式回归二次函数拟合模型为：

AWT=-1.616×10-3IVP2+8.323×10-2IVP+2.094

AWT诊断腹部感染并发症灵敏度和特异度最佳的截断值为2.57 N/mm，优于IAH和乳酸。医学研究常用的数据相关性分析方法是线性回归方程，线性回归的局限性是只能应用于存在线性关系的数据中。但是在临床实践中,很多数据之间是非线性关系,虽然也可以用线性回归拟合非线性回归,但是效果将会很差。我们考虑到腹壁结构的复杂性，以及AWT可能与IVP存在的非线性关系，我们采用了多项式回归的方法对AWT和IVP的相关性进行了分析。把IVP划分为5个不同的压力区域，分别进行聚类得到聚类中心，再利用多项式回归，二次函数进行拟合。拟合函数显示为在IVP在15 mmHg以下的区域接近线性相关，15 mmHg以上的区域呈类似横行的抛物线关系。推测此结果和腹部顺应性有关，AWT对AC起着主要作用，AWT在不同压力阶段表现出的特性也对AC起着决定性作用。该研究创造了3个第一：①迄今为止关于张力计式无创AWT测量样本量最大的临床研究；②首次应用多项式回归方程式分析AWT测量与IVP测量的相关性，发现了不同IVP区间与AWT相关性的变化；③首次确定AWT诊断腹腔感染的截断值[35]。

AWT可以很好地反应IVP，与其他腹腔内压测量方法相比，具有无创、准确度高和简便的特点[2]。AWT还可以作为膀胱内压测量的替代方法，应用于一些不能进行膀胱内压测量的患者，例如，神经源性膀胱、膀胱破裂、骨盆血肿压迫膀胱[36]。AWT测量除可以帮助及时发现诊断和动态评估IAH和AC提供新的策略外，还可帮助诊断影响AWT的相关疾病，如腹膜炎、腹腔感染、疝、结核性腹膜炎、腹腔出血等，量化腹膜刺激征，提高其诊断效能和临床价值[30,37-38]。临床研究中，AWT测量可以帮助我们理解腹腔、腹腔与其他腔隙以及腔隙内器官相关的病理生理变化[39-40]。AWT测量具有一些局限性，在肥胖、有腹部手术史或腹壁肌肉特别发达者等特殊腹壁情况时，需要大宗数据确定这些病理状态时的AWT正常值，才能正确解读测量结果。