脊髓損傷患者肺康復(fù)治療的研究進(jìn)展

王宏宇，鄒穎，元香南，周鳳華，張立新

（中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院康復(fù)中心，沈陽(yáng) 110134）

脊髓損傷是一種致殘性極高的疾病，隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高、交通的發(fā)達(dá)、建筑業(yè)的興盛，因交通事故、意外墜落傷或高空墜物砸傷導(dǎo)致的脊髓損傷發(fā)病率逐年增加。脊髓損傷尤其是高位脊髓損傷可導(dǎo)致終生嚴(yán)重殘疾，給患者、家庭和社會(huì)造成巨大負(fù)擔(dān)［1］。由于高位脊髓損傷會(huì)導(dǎo)致不同程度的呼吸肌失神經(jīng)支配，引起呼吸肌功能喪失或減退，以呼吸肌無力為特征，因無法產(chǎn)生有效咳嗽而導(dǎo)致肺和氣道分泌物積聚、肺不張、肺炎等呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥。高位脊髓損傷后出現(xiàn)的呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥不僅是患者死亡的首要原因，亦是患者再入院的主要原因［2］。呼吸功能顯著影響高位脊髓損傷患者的預(yù)后，因此改善患者的呼吸功能是脊髓損傷后康復(fù)治療的研究重點(diǎn)。

目前，針對(duì)脊髓損傷患者的肺康復(fù)治療方法包括呼吸肌訓(xùn)練、神經(jīng)功能電刺激、磁刺激和神經(jīng)移位術(shù)等。呼吸肌訓(xùn)練包括吸氣肌、呼氣肌或針對(duì)兩者的特定訓(xùn)練，以提高力量和耐力。呼吸肌可以通過增加肌肉負(fù)荷的裝置進(jìn)行訓(xùn)練，一次訓(xùn)練通常包括特定動(dòng)作的重復(fù)以及指定的訓(xùn)練時(shí)間長(zhǎng)度［3］。本文針對(duì)脊髓損傷患者的呼吸功能特點(diǎn)，對(duì)病理生理、臨床表現(xiàn)、評(píng)估方法、臨床常用的康復(fù)治療方法及其有效性進(jìn)行了綜述，旨在為構(gòu)建更有效的呼吸功能訓(xùn)練方案提供依據(jù)。

1 脊髓損傷導(dǎo)致呼吸肌肌力下降的神經(jīng)支配基礎(chǔ)和臨床表現(xiàn)

1.1 呼吸生理和呼吸肌神經(jīng)支配

脊髓損傷相關(guān)的呼吸功能障礙主要取決于損傷的程度、損傷的完整性和損傷后的時(shí)間。脊髓損傷的水平越高，導(dǎo)致的呼吸肌失神經(jīng)支配越嚴(yán)重。C3以上節(jié)段損傷時(shí)，呼吸肌功能完全喪失，需即刻持續(xù)機(jī)械通氣支持。C3～5損傷時(shí)，膈肌功能存在部分失神經(jīng)支配、部分功能受損和輔助呼吸肌功能受損，呼吸肌極易疲勞。C5～8損傷時(shí)，膈肌功能保留，肋間肌和腹肌功能受損，導(dǎo)致咳嗽無力。頸段以下的脊髓損傷，雖然主要呼吸肌神經(jīng)支配未受到損傷，但T1～3損傷時(shí)，肋間肌神經(jīng)支配受到影響，在吸氣過程中膈肌下降時(shí)，肋間肌和其他胸壁肌肉不能輔助上胸廓擴(kuò)張，在一定程度上限制吸氣。T1～5損傷時(shí)，膈肌功能未受影響，肋間肌功能部分受損，咳嗽能力不足。T6～10損傷時(shí)，膈肌、肋間肌和腹直肌功能基本保留，僅用力咳嗽能力減弱。T11～12損傷時(shí)，膈肌、肋間肌、腹肌功能基本存在，能夠進(jìn)行有效咳嗽和用力咳嗽。L1節(jié)段及以下?lián)p傷時(shí)，呼吸肌功能未受到影響，但會(huì)伴有不同程度的功能性下降。

1.2 脊髓損傷后呼吸肌肌力下降的臨床表現(xiàn)

肺容量包括吸氣和呼氣儲(chǔ)備容量，脊髓損傷患者表現(xiàn)出最大吸氣和呼氣的容量減少。咳嗽是對(duì)抗呼吸道感染和肺不張的重要防御機(jī)制，但由于大多數(shù)脊髓損傷水平下腹部肌肉的神經(jīng)支配受損，脊髓損傷患者咳嗽和清除呼吸道分泌物的能力嚴(yán)重減退。因此，伴有呼吸功能障礙的脊髓損傷患者常出現(xiàn)呼吸困難、咳嗽和咳痰無力［4］。脊髓損傷患者中，呼吸系統(tǒng)的其他重要作用也會(huì)受到影響，如軀干穩(wěn)定性等。

2 常用的呼吸功能評(píng)估方法

2.1 通氣功能指標(biāo)

通氣功能指標(biāo)包括：（1）用力肺活量（forced vital capacity，F(xiàn)VC）、最大自主分鐘通氣量（maximal voluntary ventilation，MVV），提示肺通氣功能；（2）呼氣峰值流速（peak expiratory flow，PEF），提示咳嗽能力；（3）一秒最大呼氣量（forced expiratory volume in the first second，F(xiàn)EV1）和一秒率（FEV1/FVC，F(xiàn)EV1%），提示通氣時(shí)氣道有無阻塞和阻塞程度。

2.2 膈肌功能評(píng)估

膈肌是最主要的呼吸肌，可采用測(cè)定膈神經(jīng)傳導(dǎo)時(shí)間、X線透視檢查膈肌活動(dòng)度、測(cè)量跨膈壓、超聲測(cè)量膈肌厚度和活動(dòng)度的方法評(píng)估膈肌功能。

測(cè)定膈神經(jīng)傳導(dǎo)時(shí)間，于頸部使用單極針狀電極進(jìn)行經(jīng)皮神經(jīng)電刺激，膈神經(jīng)體表定位點(diǎn)在環(huán)狀軟骨水平胸鎖乳突肌后緣，在腋前線上第7～9肋間隙的位置放置表面電極，檢測(cè)膈肌的肌電圖。從給予電刺激到出現(xiàn)肌肉復(fù)合動(dòng)作電位的時(shí)間，即神經(jīng)傳導(dǎo)時(shí)間。一般正常成人的神經(jīng)傳導(dǎo)時(shí)間范圍為7.5～9 ms。不能誘發(fā)肌電圖或者未出現(xiàn)任何膈肌收縮反應(yīng)時(shí)，提示膈神經(jīng)有廣泛損害。傳統(tǒng)的X線檢查下進(jìn)行膈神經(jīng)電刺激，直接測(cè)量膈肌的下降程度來評(píng)價(jià)膈肌功能?？珉鯄菏侵肝鼩饽└箖?nèi)壓與胸內(nèi)壓的差值，測(cè)量時(shí)通過食道放入球囊導(dǎo)尿管到胃部，將測(cè)得的無創(chuàng)食管壓近似代替胸內(nèi)壓、胃內(nèi)壓代替腹內(nèi)壓，計(jì)算得到跨膈壓。單側(cè)膈神經(jīng)刺激通常會(huì)測(cè)得約10 cmH2O的跨膈壓，因該方法操作相對(duì)復(fù)雜，臨床并未廣泛應(yīng)用。近年來，越來越多的研究者應(yīng)用超聲檢查評(píng)估膈肌功能，可無創(chuàng)評(píng)估膈肌的厚度、運(yùn)動(dòng)時(shí)的位移、振幅、收縮速度等參數(shù)［5-6］。特別是處于脊髓損傷急性期的危重患者，可進(jìn)行床旁超聲檢查，并可在呼吸訓(xùn)練過程中隨時(shí)進(jìn)行測(cè)量和記錄，評(píng)估單次治療效果；其缺點(diǎn)是檢查結(jié)果依賴于患者接受檢查時(shí)呼吸的用力程度，相比之下，電刺激下測(cè)量準(zhǔn)確性較高。

2.3 呼吸肌肌力的測(cè)定

呼吸肌肌力的測(cè)定可通過壓力測(cè)定裝置對(duì)最大吸氣壓（maximum inspiratory pressure，MIP）或最大呼氣壓（maximum expiratory pressure，MEP）進(jìn)行測(cè)定［7］。MIP是功能殘氣位、氣道阻斷下的最大吸氣口腔壓，可評(píng)估吸氣肌肌力。MEP是肺總量位、氣道阻斷下的最大呼氣口腔壓，可評(píng)估呼氣肌肌力。MIP主要反映吸氣肌的綜合吸氣力量。MVV除反映氣道的通暢度、肺和胸廓的彈性外，也可間接反映呼吸肌的力量。

3 肺康復(fù)治療

3.1 呼吸肌訓(xùn)練

呼吸肌訓(xùn)練即運(yùn)用阻抗負(fù)荷或閾值壓力負(fù)荷等方法對(duì)呼吸肌進(jìn)行有計(jì)劃的訓(xùn)練，以提高呼吸肌的強(qiáng)度和耐力，進(jìn)而改善呼吸功能。研究［8］結(jié)果提示，呼吸肌訓(xùn)練對(duì)脊髓損傷患者呼吸功能的改善有積極意義。

高位脊髓損傷后對(duì)殘存呼吸肌功能的保護(hù)和增強(qiáng)是呼吸肌訓(xùn)練的重要內(nèi)容。已有研究［9］結(jié)果提示，呼吸肌訓(xùn)練可有效提高肺容積和呼吸肌力量，同時(shí)可縮短機(jī)械通氣時(shí)間。許陽(yáng)等［10］的meta分析結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)康復(fù)相比，呼吸肌訓(xùn)練能更有效地改善肺活量（vital capacity，VC）、深吸氣量（inspiratory capacity，IC）、MIP和MVV。因此，建議呼吸功能趨于穩(wěn)定的早期患者盡早進(jìn)行相應(yīng)呼吸功能訓(xùn)練，如腹式呼吸、膈肌抗阻練習(xí)等，需注意訓(xùn)練強(qiáng)度要循序漸進(jìn)，避免過度鍛煉導(dǎo)致呼吸肌疲勞加重［11］。研究［12］表明，呼吸肌抗阻訓(xùn)練可改善急性脊髓損傷患者的呼吸功能，單獨(dú)的吸氣肌訓(xùn)練即可改善呼吸功能參數(shù)，增加訓(xùn)練次數(shù)或者延長(zhǎng)訓(xùn)練時(shí)間并未給患者帶來更多的獲益。

無論脊髓損傷的程度和時(shí)間如何，甚至在損傷后24個(gè)月以上，呼吸肌訓(xùn)練均可以降低呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥的發(fā)生率，改善肺功能和生活質(zhì)量，同時(shí)可以減少慢性脊髓損傷患者抑郁的發(fā)生［13］；在高位脊髓損傷恢復(fù)期，綜合性呼吸訓(xùn)練對(duì)患者肺通氣功能的保護(hù)和提高亦有良好效果。這提示，脊髓損傷患者的呼吸肌訓(xùn)練應(yīng)該持續(xù)進(jìn)行，至少持續(xù)到恢復(fù)期。自我指導(dǎo)式的呼吸肌訓(xùn)練對(duì)脊髓損傷患者的呼吸功能也是一種有效的改善手段，并且可以作為遠(yuǎn)程醫(yī)療計(jì)劃的一種模式，改善難以在醫(yī)院維持康復(fù)訓(xùn)練患者的預(yù)后［14］。

關(guān)于呼吸肌訓(xùn)練的強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)量，相關(guān)研究［12，15］表明，訓(xùn)練強(qiáng)度比訓(xùn)練量更能有效改善脊髓損傷患者的呼吸肌力量。因此，訓(xùn)練強(qiáng)度應(yīng)盡可能選擇能夠耐受的相對(duì)高強(qiáng)度，以達(dá)到更好的訓(xùn)練效果。

壓力閾值或阻力負(fù)荷呼吸裝置是輔助呼吸肌訓(xùn)練的設(shè)備，可以增加健康個(gè)體和慢性疾病人群的呼吸肌強(qiáng)度，通過呼吸肌力量的改善可使脊髓損傷患者的運(yùn)動(dòng)耐受性增強(qiáng)，當(dāng)吸氣肌訓(xùn)練和呼氣肌訓(xùn)練聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，可能會(huì)增加患者獲益。在頸段脊髓損傷的個(gè)體中，呼吸肌訓(xùn)練可將MIP和MEP提高約10%～25%。對(duì)完全性脊髓損傷（C5～7）的殘疾人運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行的研究［16］結(jié)果顯示，吸氣肌訓(xùn)練可顯著改善膈肌厚度、MVV、最大做功效率，提高最大攝氧量；對(duì)非運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行的研究［17］結(jié)果表明，吸氣肌訓(xùn)練促進(jìn)肺功能參數(shù)的改善，如FVC、FEV1、MVV、PEF、MIP、MEP以及呼吸肌強(qiáng)度。呼吸肌訓(xùn)練可顯著增加靜息狀態(tài)下的MIP、MEP和PEF［18］。呼吸肌訓(xùn)練后腹部的順應(yīng)性降低，可能會(huì)增強(qiáng)膈肌的收縮。除了增加呼吸肌的肌力和耐力外，呼吸肌訓(xùn)練還可以提高胸廓、肺泡的順應(yīng)性和肺通氣量，增加自主咳嗽的強(qiáng)度和有效性，減少分泌物殘留，從而減少肺炎和其他呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥的發(fā)生［19］。

除膈肌外的其他呼吸相關(guān)肌肉，如斜方肌和胸鎖乳突肌，由副神經(jīng)的脊髓根支配，是輔助呼吸肌。輔助呼吸肌的訓(xùn)練對(duì)補(bǔ)償呼吸功能同樣具有重要意義［20］。胸鎖乳突肌收縮可使胸骨向上提拉，改善胸廓活動(dòng)度，斜方肌收縮可使肩胛骨向上提拉，補(bǔ)償部分肋間外肌功能。輔助呼吸肌的功能訓(xùn)練可輔助改善呼吸功能［21］。此外，楊明亮等［20］的研究表明，三角肌肌力和恢復(fù)情況可以較好提示膈肌功能和恢復(fù)。

關(guān)于呼吸訓(xùn)練的安全性問題，一項(xiàng)對(duì)頸椎或胸椎脊髓損傷后急性期、病情穩(wěn)定的成年患者進(jìn)行吸氣肌訓(xùn)練的可行性和安全性研究［11］結(jié)果提示，高阻力、低重復(fù)的吸氣肌訓(xùn)練方案是可行的，并且在吸氣肌訓(xùn)練之前、期間和之后無不良事件發(fā)生，表明高阻力、低重復(fù)的吸氣肌訓(xùn)練是安全的。

3.2 神經(jīng)功能電刺激

膈神經(jīng)電刺激是通過電脈沖刺激膈神經(jīng)，引起膈肌持續(xù)而有節(jié)律地收縮，以加強(qiáng)呼吸運(yùn)動(dòng)。膈神經(jīng)電刺激的方式分為體內(nèi)和體外。體外膈肌電刺激（膈肌起搏器）有助于改善膈肌血流、增強(qiáng)膈肌肌力、促進(jìn)排痰，操作簡(jiǎn)單易行，為被動(dòng)式治療，無需患者主動(dòng)配合，應(yīng)用較為廣泛，可與常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)合，有助于緩解呼吸困難、促進(jìn)氣管切開套管拔除［22］，已有專家共識(shí)推薦將膈肌電刺激作為呼吸康復(fù)的輔助治療手段［23］。研究［21］表明，對(duì)于某些患者，肋間肌和單側(cè)膈肌起搏可能更為有效，而四肢癱瘓的患者應(yīng)用持續(xù)膈肌起搏和持續(xù)機(jī)械通氣閾值負(fù)荷（觸發(fā)），可能導(dǎo)致膈肌疲勞增加。

肋間神經(jīng)電刺激可興奮肋間內(nèi)、外肌。對(duì)膈神經(jīng)損傷或壞死的患者，可以采用肋間神經(jīng)電刺激提高輔助呼吸肌的動(dòng)力［24］。目前，肋間神經(jīng)電刺激的研究大多數(shù)為動(dòng)物實(shí)驗(yàn)或者小樣本的臨床試驗(yàn)，研究刺激的部位和產(chǎn)生效應(yīng)的時(shí)間尚缺乏統(tǒng)一結(jié)論。

高頻脊髓電刺激是一種通過刺激脊髓通路來激活與吸氣相關(guān)的膈肌前運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，從而興奮膈肌，達(dá)到誘發(fā)自主呼吸的效果。但由于高頻脊髓電刺激的刺激通路介導(dǎo)機(jī)制尚不明確，目前僅用于大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中，極少數(shù)臨床研究均是將脊髓電刺激器與膈神經(jīng)刺激結(jié)合應(yīng)用［24］。DIMARCO等［25-26］的臨床研究提示，脊髓電刺激可以誘發(fā)氣道正壓和峰值氣流速率，促進(jìn)有效咳嗽的恢復(fù)，進(jìn)而促進(jìn)氣道內(nèi)分泌物排出。雖然磁刺激和電刺激均可以改善氣流速度和氣道壓力，使其趨向于正常狀態(tài)，但磁刺激的影響不如電刺激好，且肌肉刺激不如脊神經(jīng)刺激好［24］。

3.3 磁刺激

NAKATANI-ENOMOTO等［27］的研究證明，功能性磁刺激可以調(diào)節(jié)機(jī)體神經(jīng)損傷后的興奮性。動(dòng)物研究［28］揭示了成年大鼠膈肌運(yùn)動(dòng)對(duì)磁刺激的反應(yīng)，磁刺激可激活脊髓上行神經(jīng)元，作用于導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)區(qū)域，可以改變呼吸輸出量，這為在動(dòng)物中使用經(jīng)顱磁刺激研究呼吸神經(jīng)可塑性提供了理論依據(jù)，也支持了使用經(jīng)顱磁刺激研究與神經(jīng)損傷和疾病相關(guān)的呼吸功能障礙的可行性。LIN等［29-30］的研究將磁刺激作用于脊髓損傷動(dòng)物和患者的不同位置，發(fā)現(xiàn)刺激C3～5、C4～7、T1～6能夠增加呼氣容量；刺激T6～L2能夠增加吸氣容量。研究［31］表明，下胸椎或腰椎脊神經(jīng)的功能磁刺激可顯著增加呼氣壓力和呼氣量，刺激T9水平產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位和補(bǔ)呼氣量平均值最高。磁刺激線圈放置在T7～L5，產(chǎn)生了與T9相似的呼氣壓力和容積。與T9相比，線圈放置在T1～6水平顯著降低了呼氣壓力和呼氣量。該研究使用70%強(qiáng)度、20 Hz頻率、2 s刺激持續(xù)時(shí)間，功能磁刺激誘導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位和補(bǔ)呼氣量分別為最大值的67%和79%。另外，臨床研究［32］指出，磁刺激對(duì)肺功能的作用與線圈放置的部位和大小均有關(guān)。

頸部磁刺激是一種有效且無創(chuàng)的方法，可以調(diào)節(jié)膈肌運(yùn)動(dòng)輸出的興奮性，并且頸部磁刺激通過誘導(dǎo)膈肌運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位影響神經(jīng)可塑性［33］，該結(jié)果為進(jìn)一步應(yīng)用重復(fù)性磁刺激方案調(diào)節(jié)脊髓損傷后的呼吸功能提供了基礎(chǔ)。磁刺激可顯著改善脊髓損傷患者的呼吸功能，目前其內(nèi)在機(jī)制尚不清楚。但磁刺激作為一種簡(jiǎn)便且安全的康復(fù)治療方法，在脊髓損傷的康復(fù)治療中有良好的應(yīng)用前景［31］。

4 其他改善呼吸功能的方法

神經(jīng)移位術(shù)包括副神經(jīng)移位至膈神經(jīng)、喉返神經(jīng)移位至膈神經(jīng)、迷走神經(jīng)移位至膈神經(jīng)以及細(xì)胞移植技術(shù)等，目前仍多處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，仍需進(jìn)行更多臨床研究，對(duì)膈神經(jīng)和膈肌的恢復(fù)進(jìn)程進(jìn)行檢測(cè)，證明該技術(shù)的有效性和安全性，監(jiān)測(cè)其長(zhǎng)期影響，以討論其臨床應(yīng)用的可能性。

關(guān)于呼吸功能訓(xùn)練相關(guān)設(shè)備的使用和研發(fā)，自主神經(jīng)系統(tǒng)具有選擇性控制和不良反應(yīng)少的優(yōu)點(diǎn)，是電子醫(yī)療的一個(gè)目標(biāo)。COURTINE等［34］總結(jié)了近年來在脊髓損傷動(dòng)物模型中增強(qiáng)神經(jīng)可塑性和功能恢復(fù)的生物和工程策略的進(jìn)展，已有學(xué)者將這些理論和相關(guān)醫(yī)療器械用于臨床實(shí)驗(yàn)。

5 小結(jié)與展望

脊髓損傷尤其是頸段脊髓損傷，因呼吸肌相關(guān)神經(jīng)元受損，使呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥如肺內(nèi)感染、肺不張、氣道廓清障礙和呼吸衰竭的發(fā)生率升高，吸氣肌和呼氣肌功能受到不同程度損害，患者出現(xiàn)肺活量下降、肺不張和勞力性呼吸困難等。

脊髓損傷后的呼吸功能康復(fù)需強(qiáng)調(diào)早期干預(yù)的重要性，降低早期感染發(fā)生率，避免呼吸功能因感染進(jìn)一步減退，在患者能耐受的前提下最大程度保護(hù)、增強(qiáng)殘余呼吸肌功能。早期康復(fù)干預(yù)可包括呼吸肌肌力訓(xùn)練，酌情聯(lián)合神經(jīng)肌肉電刺激、磁刺激。關(guān)于呼吸肌訓(xùn)練的效果，吸氣肌訓(xùn)練的有效性得到肯定，且相較于訓(xùn)練量，訓(xùn)練強(qiáng)度與預(yù)后的改善更相關(guān)。關(guān)于輔助呼吸肌訓(xùn)練有效性的研究仍較少，早期輔助呼吸肌訓(xùn)練是否可有效緩解肋間肌和膈肌疲勞、增強(qiáng)呼吸肌間的相互代償，進(jìn)而減少機(jī)械通氣時(shí)間、改善預(yù)后，以及輔助呼吸肌訓(xùn)練的強(qiáng)度和持續(xù)性，均需更多臨床研究證實(shí)。體外神經(jīng)功能電刺激和磁刺激是無創(chuàng)且有效的方法，可以與呼吸肌訓(xùn)練聯(lián)合，仍需大量基礎(chǔ)研究探索其內(nèi)在機(jī)制，對(duì)不同程度呼吸功能障礙患者的刺激強(qiáng)度、位置選擇和持續(xù)時(shí)間需更多雙盲隨機(jī)對(duì)照臨床研究證實(shí)。