體外膈肌起搏器在呼吸衰竭中的臨床應用進展

蘇 鑫 梁 冬

海南醫(yī)學院第一臨床學院，海南?？?571199

呼吸衰竭是由肺內(nèi)外各種原因引起的肺通氣、換氣功能嚴重障礙，以致氣體交換不能有效進行，急性呼吸衰竭的特征是動脈血氣指標及酸堿狀態(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]。呼吸衰竭的具體機制為肺部功能損害或呼吸肌難以維持正常呼吸，導致氧氣供應不足和二氧化碳排出障礙，進一步造成低氧血癥和高碳酸血癥，最終導致多器官功能衰竭和死亡[2]。多種肺部和心臟疾病均可導致呼吸衰竭，目前該病的臨床治療方法包括機械通氣、供氧療法、藥物治療和康復等[3-6]。機械通氣通過機器提供呼吸支持，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，機械通氣通常需要長期使用，也會導致患者心肺康復進展緩慢和心理問題。供氧療法和藥物治療可以改善氧氣供應，但也存在設(shè)備依賴和副作用等問題。目前臨床中治療呼吸衰竭的方法仍然有限，特別是對于慢性呼吸衰竭的患者。因此，需要深入研究來改進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。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)，起初用于心肺復蘇，目前也被用于需要對膈肌進行長期刺激的肺通氣支持治療[8]。本綜述EDP 對呼吸衰竭患者的影響，以期提高臨床對EDP 用于呼吸衰竭的了解。

1 EDP 治療呼吸衰竭的機制

人體最主要的呼吸肌即為膈肌，其屬于骨骼肌，在呼吸過程中起到的作用占所有呼吸肌的60%～80%，膈肌移動度每增加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)根尾部下行并穿過心臟兩側(cè)，然后分成4 個分支，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，進一步刺激膈肌規(guī)律收縮，使膈肌厚度增加，運動耐力提高，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，通過電刺激膈肌來模擬自然呼吸運動，電信號經(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和二氧化碳排出，這對呼吸衰竭患者而言，意味著呼吸效率提高，呼吸肌負擔減輕，可有效延緩疾病的發(fā)展。研究表明，EDP 對呼吸衰竭的治療是有效的，并可以減少對呼吸機的依賴，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用

目前臨床中采用膈肌電刺激起搏方式保護膈肌功能已經(jīng)得到證實，EDP 已應用于慢性阻塞性肺疾病、支氣管擴張癥、肺塵埃沉著病、頑固性呃逆、呼吸機相關(guān)膈肌功能障礙、呼吸衰竭等疾病，均取得較好的效果[16-20]。國外研究發(fā)現(xiàn)，對中樞系統(tǒng)疾病及周圍神經(jīng)病患者的膈神經(jīng)進行刺激可恢復其膈肌功能[21-22]。而國內(nèi)研究者則傾向?qū)DP 用于呼吸道疾病的治療，并觀察到EDP 對肺功能和血氣指標具有一定的改善效果[19]。

2.1 EDP 用于機械通氣的呼吸衰竭患者的效果

機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，如無創(chuàng)性正壓機械通氣等，但效果仍然有限，同時可能伴隨一系列并發(fā)癥。膈肌移動度的改善是病情好壞的重要標志，膈肌增厚率、膈肌移動度均是呼吸衰竭患者撤機失敗的獨立預測因素[23]；EDP 可以增加患者膈肌移動度，提高肺通氣量和分鐘通氣量，預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象，比較無創(chuàng)性正壓機械通氣單獨及聯(lián)用EDP 的效果，EDP 參數(shù)設(shè)置為脈沖頻率40Hz，刺激強度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度和動脈血二氧化碳分壓高于僅用無創(chuàng)性正壓機械通氣的患者，提示EDP 對機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，膈肌動作電位延長，頻率收縮曲線逐步下移，肌纖維橫截面面積減小，血清炎癥因子及萎縮相關(guān)蛋白表達升高，細胞凋亡明顯，膈肌功能障礙嚴重[28]。有研究觀察到該類患者經(jīng)過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，刺激強度10 個單位），呼氣末膈肌厚度、膈肌增厚分數(shù)、膈肌活動度及氧合指數(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[30]。以上研究提示EDP 能直接提高膈肌運動功能和運動強度，進而改善血氣指標和血氧指標，對呼吸衰竭患者發(fā)揮一定的治療作用。

2.2 EDP 對呼吸衰竭患者撤機情況的影響

呼吸衰竭患者由于長期機械通氣會存在膈肌形態(tài)異常情況，包括膈肌束的分離和收縮障礙、膈肌不對稱性收縮等，會導致通氣功能下降[31]。機械通氣時間及撤機過程對患者的呼吸功能有直接影響，體外設(shè)備使用時間過長會導致呼吸肌萎廢難用，更加依賴器械，造成惡性循環(huán)。為了減輕機械通氣撤機對患者預后的影響，祖麗皮努爾·阿卜杜薩迪克等[32]將EDP 應用于慢性阻塞性肺疾病機械通氣患者，發(fā)現(xiàn)14 d 撤機成功率高于未應用的患者（82.9%vs.62.5%）。大量研究顯示，EDP 能縮短機械通氣、住院及患者開始自主呼吸時間，降低呼吸機相關(guān)性肺炎發(fā)生風險和死亡率，同時提高撤機率，其相關(guān)機制可能為使用機械通氣時應盡早行EDP 治療，可減輕或預防呼吸機引起的膈肌萎縮[34-36]。

2.3 EDP 與其他干預措施聯(lián)合用于呼吸衰竭患者

EDP 因其無創(chuàng)、操作簡單的優(yōu)點，可以實現(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?？嗟幼⑸湟号cEDP 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)功能和血氣指標方面均顯示出良好效果，觀察組氣管插管率、氣管切開率、肺部感染率等臨床結(jié)局指標均低于對照組，提示EDP 與苦碟子注射液聯(lián)用具有協(xié)同效應[37]。也有研究將益氣滌痰通腑湯聯(lián)合EDP 應用，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率[38]。陳黎新等[14]發(fā)現(xiàn)，對急性頸髓損傷導致呼吸衰竭的患者使用高壓氧療聯(lián)合EDP，結(jié)果顯示，患者除膈肌移動度增大、用力肺活量和第1 秒用力呼氣量升高外，其機械通氣時間也明顯縮短，提示EDP 聯(lián)合高壓氧療可從不同機制改善患者肺功能和膈肌功能，糾正呼吸異常，提高撤機成功率。此外，EDP 還可以與經(jīng)鼻高流量氧療、吸氣肌訓練等干預措施聯(lián)用，均取得了較好的效果[39-40]。

3 EDP 在治療中存在的問題

EDP 雖然有許多優(yōu)點，但其并不適用于所有類型的呼吸衰竭患者，這限制了其廣泛應用。膈神經(jīng)電刺激的生物學依賴膈神經(jīng)正常傳導，對于頸部創(chuàng)傷、膈神經(jīng)損傷或各種頸部外傷患者，EDP 的電刺激是無法通過膈神經(jīng)下傳的[41]。呼吸衰竭合并氣胸、胸膜粘連增厚、活動性肺結(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，當電極靠近胸部使用時，會增加心臟纖顫的危險，電極片嚴禁貼在兩側(cè)頸動脈竇處，否則會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)對電刺激不敏感等會引起EDP 無法起搏，這也是影響EDP 治療效果的干擾因素。此外，EDP 也存在依賴性和康復問題，患者可能過度依賴EDP，影響其正常呼吸的練習，這可能對康復產(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，但對其長期效果和潛在風險的研究仍然有限。

4 小結(jié)與展望

呼吸衰竭是多種疾病的嚴重并發(fā)癥，患者發(fā)生慢性阻塞性肺疾病、支氣管擴張癥、支氣管哮喘、肺源性心臟病、肺動脈高壓、重癥肺炎、呼吸機相關(guān)膈肌功能障礙等疾病時通常合并呼吸衰竭，出現(xiàn)呼吸衰竭往往提示疾病危重，通過EDP 治療能夠改善肺通氣、提高膈肌活動度和膈肌厚度。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)域的一個重要進展，該技術(shù)通過刺激膈肌來實現(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。未來的研究和技術(shù)改進應聚焦于提高EDP 效能和適用范圍未來應進行技術(shù)改進，使儀器更加精密且具有可調(diào)節(jié)性，以適應不同患者的需要，減少并發(fā)癥的風險，為呼吸衰竭患者的治療、康復提供新的方向。

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