根据临床症状、体征、电生理检查和抗体检测诊断LEMS。临床典型的三联征包括近端肌无力、自主神经症状和反射消失。中老年男性肺癌患者亚急性发病，出现肢体近端对称性无力或易疲劳；患肌用力收缩后肌力短暂增强，持续收缩后呈病态疲劳； 口干、括约肌功能障碍、肌痛和腱反射减弱。
(1)肌无力
下肢近端无力是常见首发症状，见于80%的患者。很快出现上肢无力或发展为上肢无力。通常无力从近端发展到远端，包括足和手，从下到上，最后累及眼部球部区域。SCLC-LEMS比NT-LEMS进展速度更快。眼部症状出现率为0-80%，球部症状出现率为5-80%；患病率的变化范围如此之大，是由于从出现症状到评估的时间不一致。有研究描述了一组患者从97到234个患者，眼部和球部症状出现率是30%和32%，发病3个月内分别上升到49%和52%，特别是SCLC-LEMS。虽然数个报道仅有眼部症状的患者，但是几乎所有伴有眼部症状或呼吸衰竭的患者在疾病早期也有全身无力。与MG比较，单独眼外肌无力很少见。
(2) 自主神经功能障碍
自主神经功能障碍是诊断LEMS的另一个重要线索；自主神经功能障碍变异性很大，但是通常不是很轻微。80-96%的LEMS患者有自主神经功能障碍，尽管一项日本研究报道发生率仅为37%。在荷兰的研究中，发病3个月内从66%上升到91%。口干是最常见症状，其次是男性的勃起功能障碍和便秘。直立性低血压、排尿困难、眼干和出汗变化是少见症状。
(3) 腱反射
LEMS患者腱反射减弱或消失。有一个特点虽然不是很敏感，运动后易化，肌肉收缩后腱反射短暂恢复且肌力达到正常范围。40%的患者出现这种情况，可以掩盖腱反射减弱。因此如果怀疑LEMS诊断，应在休息后检查腱反射。
(4) 辅助检查：
a) 大部分患者血清中可发现P/Q型电压门控钙通道（voltage-gated calcium channels，VGCC）抗体；
b) 肌电图重复电刺激可见低频（2-5Hz）刺激时动作电位波幅降低，高频（10Hz）刺激时波幅增高；
c) 腾喜龙试验不敏感；
d) 血清AChR-Ab阴性。
(5) 抗胆碱酯酶药物不敏感。
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