體外膈肌起搏器在呼吸衰竭中的臨床應(yīng)用進(jìn)展

蘇 鑫 梁 冬

海南醫(yī)學(xué)院第一臨床學(xué)院，海南海口 571199

呼吸衰竭是由肺內(nèi)外各種原因引起的肺通氣、換氣功能?chē)?yán)重障礙，以致氣體交換不能有效進(jìn)行，急性呼吸衰竭的特征是動(dòng)脈血?dú)庵笜?biāo)及酸堿狀態(tài)失衡，危及生命；慢性呼吸衰竭的臨床表現(xiàn)較遲緩，癥狀可能不明顯[1]。呼吸衰竭的具體機(jī)制為肺部功能損害或呼吸肌難以維持正常呼吸，導(dǎo)致氧氣供應(yīng)不足和二氧化碳排出障礙，進(jìn)一步造成低氧血癥和高碳酸血癥，最終導(dǎo)致多器官功能衰竭和死亡[2]。多種肺部和心臟疾病均可導(dǎo)致呼吸衰竭，目前該病的臨床治療方法包括機(jī)械通氣、供氧療法、藥物治療和康復(fù)等[3-6]。機(jī)械通氣通過(guò)機(jī)器提供呼吸支持，是治療呼吸衰竭的關(guān)鍵方法之一，但這種治療并非適用于所有呼吸衰竭患者，且可能伴隨并發(fā)癥。此外，機(jī)械通氣通常需要長(zhǎng)期使用，也會(huì)導(dǎo)致患者心肺康復(fù)進(jìn)展緩慢和心理問(wèn)題。供氧療法和藥物治療可以改善氧氣供應(yīng)，但也存在設(shè)備依賴(lài)和副作用等問(wèn)題。目前臨床中治療呼吸衰竭的方法仍然有限，特別是對(duì)于慢性呼吸衰竭的患者。因此，需要深入研究來(lái)改進(jìn)呼吸衰竭的治療方法，提高臨床效果，包括發(fā)展更有效的治療策略和早期干預(yù)。研究表明，體外膈肌起搏器（external diaphragmatic pacemaker，EDP）可用于各種病因?qū)е碌暮粑ソ撸纳苹颊叻喂δ躘7]。EDP 由陳家良教授研發(fā)，起初用于心肺復(fù)蘇，目前也被用于需要對(duì)膈肌進(jìn)行長(zhǎng)期刺激的肺通氣支持治療[8]。本綜述EDP 對(duì)呼吸衰竭患者的影響，以期提高臨床對(duì)EDP 用于呼吸衰竭的了解。

1 EDP 治療呼吸衰竭的機(jī)制

人體最主要的呼吸肌即為膈肌，其屬于骨骼肌，在呼吸過(guò)程中起到的作用占所有呼吸肌的60%～80%，膈肌移動(dòng)度每增加1 cm，約產(chǎn)生350 ml 的肺通氣量，占靜息肺活量的75%～80%[9-10]。膈神經(jīng)的支配神經(jīng)源于頸部，從雙側(cè)的C3～5神經(jīng)根尾部下行并穿過(guò)心臟兩側(cè)，然后分成4 個(gè)分支，從腹部支配膈肌[11]。C3～5脊髓前角發(fā)出的混合神經(jīng)元經(jīng)刺激匯集后下行，進(jìn)一步刺激膈肌規(guī)律收縮，使膈肌厚度增加，運(yùn)動(dòng)耐力提高，改善呼吸肌的疲勞狀態(tài)[12]。EDP 是治療呼吸衰竭患者的創(chuàng)新治療方式，通過(guò)電刺激膈肌來(lái)模擬自然呼吸運(yùn)動(dòng)，電信號(hào)經(jīng)體表電極傳遞到膈肌，引起膈肌收縮和舒張。膈肌是控制呼吸的關(guān)鍵肌肉，激活膈肌可以維持氧氣供應(yīng)和二氧化碳排出，這對(duì)呼吸衰竭患者而言，意味著呼吸效率提高，呼吸肌負(fù)擔(dān)減輕，可有效延緩疾病的發(fā)展。研究表明，EDP 對(duì)呼吸衰竭的治療是有效的，并可以減少對(duì)呼吸機(jī)的依賴(lài)，不僅提高了生活質(zhì)量，還降低了醫(yī)療成本，為患者提供了一種有前景的治療選擇[13-15]。

2 EDP 在呼吸衰竭中的臨床應(yīng)用

目前臨床中采用膈肌電刺激起搏方式保護(hù)膈肌功能已經(jīng)得到證實(shí)，EDP 已應(yīng)用于慢性阻塞性肺疾病、支氣管擴(kuò)張癥、肺塵埃沉著病、頑固性呃逆、呼吸機(jī)相關(guān)膈肌功能障礙、呼吸衰竭等疾病，均取得較好的效果[16-20]。國(guó)外研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)中樞系統(tǒng)疾病及周?chē)窠?jīng)病患者的膈神經(jīng)進(jìn)行刺激可恢復(fù)其膈肌功能[21-22]。而國(guó)內(nèi)研究者則傾向?qū)DP 用于呼吸道疾病的治療，并觀(guān)察到EDP 對(duì)肺功能和血?dú)庵笜?biāo)具有一定的改善效果[19]。

2.1 EDP 用于機(jī)械通氣的呼吸衰竭患者的效果

機(jī)械通氣是呼吸衰竭患者的主要治療方式之一，盡管目前該技術(shù)已有較大發(fā)展，如無(wú)創(chuàng)性正壓機(jī)械通氣等，但效果仍然有限，同時(shí)可能伴隨一系列并發(fā)癥。膈肌移動(dòng)度的改善是病情好壞的重要標(biāo)志，膈肌增厚率、膈肌移動(dòng)度均是呼吸衰竭患者撤機(jī)失敗的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素[23]；EDP 可以增加患者膈肌移動(dòng)度，提高肺通氣量和分鐘通氣量，預(yù)防呼吸衰竭患者膈肌變薄[24-26]。陳緒池等[27]選擇伴有輕-中度低鈉血癥的Ⅱ型呼吸衰竭慢性阻塞性肺疾病急性加重期患者為研究對(duì)象，比較無(wú)創(chuàng)性正壓機(jī)械通氣單獨(dú)及聯(lián)用EDP 的效果，EDP 參數(shù)設(shè)置為脈沖頻率40Hz，刺激強(qiáng)度16 單位，起搏次數(shù)10 次/min，發(fā)現(xiàn)聯(lián)用EDP 的患者治療后膈肌移動(dòng)度和動(dòng)脈血二氧化碳分壓高于僅用無(wú)創(chuàng)性正壓機(jī)械通氣的患者，提示EDP 對(duì)機(jī)械通氣呼吸衰竭患者的呼吸功能有明顯改善。膿毒癥合并呼吸衰竭患者常伴膈肌功能障礙，膿毒癥患者短期機(jī)械通氣6 h 內(nèi)可出現(xiàn)膈肌功能下降，隨著膿毒癥程度的加重，膈肌動(dòng)作電位延長(zhǎng)，頻率收縮曲線(xiàn)逐步下移，肌纖維橫截面面積減小，血清炎癥因子及萎縮相關(guān)蛋白表達(dá)升高，細(xì)胞凋亡明顯，膈肌功能障礙嚴(yán)重[28]。有研究觀(guān)察到該類(lèi)患者經(jīng)過(guò)7 d 的EDP 治療后（EDP 參數(shù)設(shè)置為起搏次數(shù)9 次/min，脈沖頻率40 Hz，刺激強(qiáng)度10 個(gè)單位），呼氣末膈肌厚度、膈肌增厚分?jǐn)?shù)、膈肌活動(dòng)度及氧合指數(shù)均升高，氣道峰壓、呼吸淺快指數(shù)降低[29]。另有研究發(fā)現(xiàn)，EDP 干預(yù)后除改善膈肌功能外，患者的炎癥因子水平也有所下降，提示EDP 在膿毒癥呼吸衰竭患者病情改善方面具有額外優(yōu)勢(shì)[30]。以上研究提示EDP 能直接提高膈肌運(yùn)動(dòng)功能和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)而改善血?dú)庵笜?biāo)和血氧指標(biāo)，對(duì)呼吸衰竭患者發(fā)揮一定的治療作用。

2.2 EDP 對(duì)呼吸衰竭患者撤機(jī)情況的影響

呼吸衰竭患者由于長(zhǎng)期機(jī)械通氣會(huì)存在膈肌形態(tài)異常情況，包括膈肌束的分離和收縮障礙、膈肌不對(duì)稱(chēng)性收縮等，會(huì)導(dǎo)致通氣功能下降[31]。機(jī)械通氣時(shí)間及撤機(jī)過(guò)程對(duì)患者的呼吸功能有直接影響，體外設(shè)備使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致呼吸肌萎廢難用，更加依賴(lài)器械，造成惡性循環(huán)。為了減輕機(jī)械通氣撤機(jī)對(duì)患者預(yù)后的影響，祖麗皮努爾·阿卜杜薩迪克等[32]將EDP 應(yīng)用于慢性阻塞性肺疾病機(jī)械通氣患者，發(fā)現(xiàn)14 d 撤機(jī)成功率高于未應(yīng)用的患者（82.9%vs.62.5%）。大量研究顯示，EDP 能縮短機(jī)械通氣、住院及患者開(kāi)始自主呼吸時(shí)間，降低呼吸機(jī)相關(guān)性肺炎發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)和死亡率，同時(shí)提高撤機(jī)率，其相關(guān)機(jī)制可能為使用機(jī)械通氣時(shí)應(yīng)盡早行EDP 治療，可減輕或預(yù)防呼吸機(jī)引起的膈肌萎縮[34-36]。

2.3 EDP 與其他干預(yù)措施聯(lián)合用于呼吸衰竭患者

EDP 因其無(wú)創(chuàng)、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)與多種其他治療方法的聯(lián)合使用，如中藥、供氧療法、功能鍛煉等。苦碟子注射液與EDP 聯(lián)合用于大面積腦梗死所致中樞性呼吸衰竭患者，在神經(jīng)功能和血?dú)庵笜?biāo)方面均顯示出良好效果，觀(guān)察組氣管插管率、氣管切開(kāi)率、肺部感染率等臨床結(jié)局指標(biāo)均低于對(duì)照組，提示EDP 與苦碟子注射液聯(lián)用具有協(xié)同效應(yīng)[37]。也有研究將益氣滌痰通腑湯聯(lián)合EDP 應(yīng)用，顯著提高了慢性阻塞性肺疾病合并Ⅰ型呼吸衰竭患者的撤機(jī)率[38]。陳黎新等[14]發(fā)現(xiàn)，對(duì)急性頸髓損傷導(dǎo)致呼吸衰竭的患者使用高壓氧療聯(lián)合EDP，結(jié)果顯示，患者除膈肌移動(dòng)度增大、用力肺活量和第1 秒用力呼氣量升高外，其機(jī)械通氣時(shí)間也明顯縮短，提示EDP 聯(lián)合高壓氧療可從不同機(jī)制改善患者肺功能和膈肌功能，糾正呼吸異常，提高撤機(jī)成功率。此外，EDP 還可以與經(jīng)鼻高流量氧療、吸氣肌訓(xùn)練等干預(yù)措施聯(lián)用，均取得了較好的效果[39-40]。

3 EDP 在治療中存在的問(wèn)題

EDP 雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但其并不適用于所有類(lèi)型的呼吸衰竭患者，這限制了其廣泛應(yīng)用。膈神經(jīng)電刺激的生物學(xué)依賴(lài)膈神經(jīng)正常傳導(dǎo)，對(duì)于頸部創(chuàng)傷、膈神經(jīng)損傷或各種頸部外傷患者，EDP 的電刺激是無(wú)法通過(guò)膈神經(jīng)下傳的[41]。呼吸衰竭合并氣胸、胸膜粘連增厚、活動(dòng)性肺結(jié)核等疾病的患者，或有植入式電子裝備（如心臟起搏器）的患者不能使用EDP，當(dāng)電極靠近胸部使用時(shí)，會(huì)增加心臟纖顫的危險(xiǎn)，電極片嚴(yán)禁貼在兩側(cè)頸動(dòng)脈竇處，否則會(huì)危及患者的生命安全。膈神經(jīng)損傷后持續(xù)炎癥、電極位置偏倚、神經(jīng)對(duì)電刺激不敏感等會(huì)引起EDP 無(wú)法起搏，這也是影響EDP 治療效果的干擾因素。此外，EDP 也存在依賴(lài)性和康復(fù)問(wèn)題，患者可能過(guò)度依賴(lài)EDP，影響其正常呼吸的練習(xí)，這可能對(duì)康復(fù)產(chǎn)生不利影響。目前EDP 雖然在特定情況下表現(xiàn)出良好的效果，但對(duì)其長(zhǎng)期效果和潛在風(fēng)險(xiǎn)的研究仍然有限。

4 小結(jié)與展望

呼吸衰竭是多種疾病的嚴(yán)重并發(fā)癥，患者發(fā)生慢性阻塞性肺疾病、支氣管擴(kuò)張癥、支氣管哮喘、肺源性心臟病、肺動(dòng)脈高壓、重癥肺炎、呼吸機(jī)相關(guān)膈肌功能障礙等疾病時(shí)通常合并呼吸衰竭，出現(xiàn)呼吸衰竭往往提示疾病危重，通過(guò)EDP 治療能夠改善肺通氣、提高膈肌活動(dòng)度和膈肌厚度。EDP 在治療呼吸衰竭中發(fā)揮了重要作用，代表了呼吸衰竭治療領(lǐng)域的一個(gè)重要進(jìn)展，該技術(shù)通過(guò)刺激膈肌來(lái)實(shí)現(xiàn)呼吸支持，防止低氧血癥和高碳酸血癥的發(fā)展，為呼吸衰竭患者提供了關(guān)鍵的生命支持。未來(lái)的研究和技術(shù)改進(jìn)應(yīng)聚焦于提高EDP 效能和適用范圍未來(lái)應(yīng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，使儀器更加精密且具有可調(diào)節(jié)性，以適應(yīng)不同患者的需要，減少并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)，為呼吸衰竭患者的治療、康復(fù)提供新的方向。

利益沖突聲明：本文所有作者均聲明不存在利益沖突。