羅曉慶，吳茜，李琴

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院呼吸及急危重癥醫(yī)學(xué)科，重慶 400010)

0 引言

我國(guó)是世界上老年人口最多的國(guó)家，從人口年齡結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變進(jìn)程看，2000年底，我國(guó)65歲及以上老年人口比重達(dá)到 7%，標(biāo)志著我國(guó)正式進(jìn)入老齡化社會(huì)[1]。隨著老齡化進(jìn)程的加快，老年人慢性病患病率也呈現(xiàn)同步增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)哮喘患者發(fā)病率已超過(guò)4000萬(wàn)[2]，慢性阻塞性肺疾病 (chronic obstructive pulmonary disease, COPD) 患者已超過(guò)1億人，發(fā)病率達(dá)5%～13%，并呈上升趨勢(shì)[3]，全球腦卒中患者從1990年到2019年，每年中風(fēng)和中風(fēng)導(dǎo)致的死亡人數(shù)也呈大幅度增加[4]。相關(guān)研究表明，呼吸道慢性疾病、神經(jīng)系統(tǒng)等引發(fā)呼吸衰竭的因素中，除了氣道炎癥、痙攣、肺泡過(guò)度充氣和肺組織彈性下降等因素導(dǎo)致氣體交換障礙以外，患者還出于保護(hù)機(jī)體而使呼吸功消耗過(guò)大，呼吸肌壓力增加造成呼吸肌疲勞，從而導(dǎo)致呼吸泵交換氣體的能力下降，最終引起缺氧、呼吸衰竭甚至高碳酸血癥等[5]。而膈肌是機(jī)體最重要的呼吸肌，膈肌無(wú)力會(huì)嚴(yán)重影響患者的呼吸功能，特別是吸氣做功，此外，還會(huì)導(dǎo)致患者排痰能力下降，致使患者發(fā)生呼吸衰竭及氣管插管患者脫機(jī)困難等惡心循環(huán)。因此，針對(duì)慢性肺疾病患者除了進(jìn)行藥物治療以外，膈肌功能訓(xùn)練也至關(guān)重要，科學(xué)有效的膈肌功能鍛煉是增強(qiáng)呼吸肌的肌肉力量和耐力的關(guān)鍵，且能進(jìn)一步提高呼吸肌的功能，延緩呼吸肌疲勞和降低呼吸衰竭的發(fā)生率。據(jù)此，本文體外膈肌起搏的發(fā)展軌跡及新進(jìn)展進(jìn)行綜述，旨在為臨床工作者在選擇和應(yīng)用方面提供參考。

1 膈肌的生理功能及特性

膈肌 (diaphragm) 是一種圓頂形的肌肉纖維結(jié)構(gòu)，位于胸腔與腹腔之間的肌肉-纖維結(jié)構(gòu)，將胸腔和腹腔分開(kāi)，由三個(gè)部分組成，胸骨部起自劍突后面，肋部起自下6對(duì)肋骨和肋軟骨，腰部以上以左右兩個(gè)膈角起自L2-L3，各部肌纖維向中央移行于中心腱，其周圍為肌腹，中央為腱膜，亦可被稱作橫膈，是最主要的吸氣肌[6]。受意識(shí)控制，在氣體交換過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，60%～80%的呼吸肌功能都由膈肌完成。膈肌受神經(jīng)根C3-C5的雙側(cè)膈神經(jīng)支配，膈神經(jīng)屬于外周混合神經(jīng)，其軸突從C3～C5脊髓前角發(fā)出后沿前斜角肌表面下行于鎖骨下動(dòng)、靜脈間進(jìn)入胸廓終止于膈肌進(jìn)而支配膈肌運(yùn)動(dòng)，其在前斜角肌的前表面、胸鎖乳突肌外緣下 1/3 處離皮膚最表淺，因此為體外膈神經(jīng)刺激的最佳位置。任何干擾膈肌神經(jīng)支配、收縮肌功能或與胸壁機(jī)械耦合的疾病都可能導(dǎo)致橫膈膜功能障礙[7]。健康的人群在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)橫膈疲勞，休息后能逐漸恢復(fù)，膈肌功能障礙主要與呼吸困難、運(yùn)動(dòng)不耐受、睡眠障礙、嗜睡有關(guān)。隨著年齡的增長(zhǎng)，膈肌功能也會(huì)逐漸減弱，更為嚴(yán)重的是，諸如慢阻肺之類的肺部疾病會(huì)加速膈肌功能衰減的進(jìn)程，嚴(yán)重者可導(dǎo)致膈肌衰竭，從而引發(fā)呼吸衰竭。膈肌功能障礙 (diaphragm dysfunction DD) 是指各種原因造成膈肌收縮功能下降的疾病，包括橫膈膜膨出、無(wú)力及麻痹[7,8]。膨出是橫膈膜變薄引起全部或部分偏側(cè)膈的永久性抬高；無(wú)力是肌肉力量的部分喪失，無(wú)法產(chǎn)生足夠的通氣所需的壓力；癱瘓意味著完全失去能力。然而，近年來(lái)大量的研究表明[9-11]，規(guī)律有效的膈肌訓(xùn)練能提高膈肌功能，改善呼吸困難癥狀及生存質(zhì)量。因此，充分開(kāi)發(fā)利用膈肌功能具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 體外膈肌起搏臨床應(yīng)用及新進(jìn)展

體外膈肌起搏器 (external diaphragm pacing, EDP) 是通過(guò)脈沖電流發(fā)射裝置、導(dǎo)線和體表電極構(gòu)成，其根據(jù)一定的射電參數(shù)發(fā)出脈沖電流經(jīng)過(guò)導(dǎo)線輸送到體表電極，經(jīng)體表刺激膈神經(jīng)穿行最表淺處(胸鎖乳突肌外緣下1/3)使膈肌規(guī)律收縮，促進(jìn)氧氣吸入及肺泡二氧化碳排出，從而逐步恢復(fù)患者的膈肌功能和提升肺功能[12,13]。膈肌起搏早在1783年，Hufeland建議對(duì)窒息的新生兒進(jìn)行膈肌電刺激，而后續(xù)得以發(fā)展是到1857年，Von Ziemssen報(bào)道了第一次通過(guò)膈肌起搏成功復(fù)蘇一名煤氣中毒的病人，此后不久，法國(guó)的Duchenne和德國(guó)的Remak將膈神經(jīng)電刺激作為通氣功能不全的一種治療方法，這方法的公認(rèn)也算是膈肌起搏得以發(fā)展和應(yīng)用的里程碑事件[14]。目前體外膈肌起搏因其操作簡(jiǎn)便、安全無(wú)創(chuàng)等優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用于臨床，對(duì)于各大系統(tǒng)疾病的臨床治療及病后康復(fù)方面都有著積極效用。

2.1 EDP在COPD患者中的應(yīng)用

COPD是一種以持續(xù)氣流受限為特征的呼吸系統(tǒng)常見(jiàn)疾病，目前是全球主要的死亡原因，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年其負(fù)擔(dān)將呈現(xiàn)上升趨勢(shì)[15]。該疾病主要癥狀是進(jìn)行性不完全可逆的氣流阻塞，由于受到氣道和肺實(shí)質(zhì)炎癥的影響，致使肺組織彈性下降，導(dǎo)致氣體交換受損。與此同時(shí)，相關(guān)研究表明，由于COPD患者呼吸肌處于長(zhǎng)期負(fù)重狀態(tài)，致使患者的呼吸肌神經(jīng)驅(qū)動(dòng)力也隨之增高，特別在COPD急性加重期，呼吸中樞對(duì)膈肌的神經(jīng)驅(qū)動(dòng)力與穩(wěn)定期相較呈明顯下降的狀態(tài)，導(dǎo)致膈肌負(fù)荷加重，膈肌收縮力明顯減低，膈肌的肌纖維萎縮及重塑等[16,17]。針對(duì)于COPD這一類的呼吸系統(tǒng)疾病后期出現(xiàn)膈肌功能減退甚至衰竭的患者，國(guó)外多項(xiàng)研究結(jié)果表明，規(guī)律合理的進(jìn)行EDP能改善膈肌的血液循環(huán)，提高膈肌能量，可減輕膈肌疲勞無(wú)力和呼吸機(jī)緊張，提高膈肌收縮能力，進(jìn)而提升胸廓容量，使得機(jī)體潮氣量明顯增加，以達(dá)到改善肺通氣功能的效果[18,19]。COPD患者的肺康復(fù)已是當(dāng)前我國(guó)關(guān)注和研究的重點(diǎn)領(lǐng)域，而在COPD患者膈肌功能鍛煉的時(shí)機(jī)選擇上，相關(guān)研究結(jié)果顯示[20,21]，對(duì)COPD穩(wěn)定期和/或急性期的患者在常規(guī)肺康復(fù)和傳統(tǒng)呼吸訓(xùn)練基礎(chǔ)上，盡早增加EDP治療，這樣有助于患者建立有效的呼吸模式，促進(jìn)膈肌功能恢復(fù)，緩解呼吸肌疲勞，從而縮短住院時(shí)間，提升患者的日常生活活動(dòng)能力和生活質(zhì)量，并且安全性可靠。因此，盡早加強(qiáng)對(duì)膈肌功能訓(xùn)練，對(duì)COPD患者的肺功能恢復(fù)具有重要的臨床意義。

2.2 EDP在腦卒中患者中的應(yīng)用

我國(guó)是世界上腦卒中負(fù)擔(dān)最重的國(guó)家，一項(xiàng)針對(duì)480687名成年人的全國(guó)性人口調(diào)查結(jié)果顯示，我國(guó)腦卒中患者負(fù)擔(dān)在與過(guò)去30年相比有所增加，且農(nóng)村高于城市，北方和中部地區(qū)腦卒中負(fù)擔(dān)最大[22]。然而，腦卒中的高患病率、發(fā)病率已成為導(dǎo)致我國(guó)居民殘疾及死亡的最主要病因。腦卒中患者常出現(xiàn)肺功能低下、肺部感染等并發(fā)癥，這嚴(yán)重阻礙了患者的康復(fù)進(jìn)程，對(duì)預(yù)后造成不良影響。Kim M[23]等學(xué)者在慢性腦卒中患者膈肌厚度及吸氣功能的一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，患者腦卒中后，在呼氣末和肺總量 (TLC) 時(shí)，患側(cè)膈肌明顯比健側(cè)更薄，但也低于正常膈肌厚度，并且吸氣功能也明顯降低。Jo MR[24]等研究發(fā)現(xiàn)，最大呼氣壓和用力肺活量 (FVC) 與咳嗽能力呈顯著相關(guān)性，其最大呼氣壓力的相關(guān)性最高，因而增強(qiáng)腦卒中患者呼吸肌力量能提升最大吸氣壓，從而改善患者的咳嗽能力從而促進(jìn)痰液排出，達(dá)到預(yù)防和降低肺部感染率的發(fā)生。當(dāng)前，越來(lái)越多的人意識(shí)到腦卒中患者存在肺功能障礙的問(wèn)題，腦卒中后肺功能障礙也逐漸得到臨床的重視，膈肌起搏治療在我國(guó)也得到快速的發(fā)展和應(yīng)用，大量研究證明[25-27]，對(duì)于腦卒中患者進(jìn)行EDP一方面能改變了膈肌的纖維結(jié)構(gòu)，使膈肌纖維變粗變厚，纖維彈性增強(qiáng)，肌肉耐力提高；另一方面，也能改善肺的通氣和換氣功能。得益于以上優(yōu)勢(shì)，對(duì)腦卒中患者早期實(shí)施EDP有利于膈肌功能恢復(fù)及肺通氣功能改善。

2.3 EDP在呃逆患者中的應(yīng)用

呃逆是指橫膈膜和輔助呼吸肌不自主、痙攣性收縮引起，出現(xiàn)延遲和突然的聲門關(guān)閉，從而產(chǎn)生典型的“打嗝”吸氣的一種生理現(xiàn)象，在子宮內(nèi)就已經(jīng)存在[28]。通常情況下，健康人群也會(huì)發(fā)生一過(guò)性呃逆，多與飲食有關(guān)，特別是飲食過(guò)快、過(guò)飽，或攝入刺激性過(guò)強(qiáng)的飲食或飲料等均可引起呃逆，但一般持續(xù)時(shí)間段，能自行恢復(fù)。然而，若呃逆癥狀持續(xù)48h以上不能緩解的，稱之為頑固性呃逆[29]。呃逆的發(fā)生是一個(gè)神經(jīng)反射弧，包括傳入神經(jīng)、反射中樞及傳出神經(jīng)。其中傳入神經(jīng)有迷走神經(jīng)、膈神經(jīng)；反射中樞包括上段的脊髓、延髓呼吸中樞、下丘腦、腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；傳出神經(jīng)為膈神經(jīng)，效應(yīng)器為膈肌。通常容易發(fā)生單純收縮，以左側(cè)較為常見(jiàn)，偶有雙側(cè)收縮[30,31]。引起頑固性呃逆的因素很多，理論上任何原因引起該反射弧電生理和化學(xué)特性變化的因素都可能導(dǎo)致呃逆，如炎癥、外傷、腫瘤、缺血等因素對(duì)神經(jīng)的激惹卡壓，代謝性因素引起反射弧周圍內(nèi)環(huán)境改變等，精神心理因素也可引起呃逆。長(zhǎng)期頑固性呃逆不僅給患者帶來(lái)生理上的痛苦，也嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。呃逆的治療是多方面的，包括行為療法、藥物治療及物理治療。物理療法EDP在治療頑固性呃逆中發(fā)揮出了積極的效果[32,33]，其主要作用機(jī)制是通過(guò)產(chǎn)生電脈沖，刺激胸鎖乳突肌外緣的膈神經(jīng)，使膈肌異常興奮和收縮的反射弧受到干擾，進(jìn)而規(guī)復(fù)膈肌的正常節(jié)律，達(dá)到治療效果及目的。然而，目前在EDP治療呃逆時(shí)其治療周期時(shí)長(zhǎng)及疾病預(yù)后發(fā)展的追蹤研究較少，尚可進(jìn)一步深入研究，但并不妨礙其目前的臨床應(yīng)用。

2.4 EDP在其他患者中的應(yīng)用

EDP除了以上的治療外，該方法在協(xié)作治療其他疾病過(guò)程中也愈發(fā)顯示出了重要作用。

Hazenberg A[34,35]等學(xué)者研究表明，對(duì)于長(zhǎng)期使用呼吸機(jī)或患有先天性中樞性低通氣綜合征的患者，有條件者可進(jìn)行膈肌起搏植入或EDP，該方法有助于增加患者呼吸肌的肌肉力量及肺通氣換氣功能，甚至縮短呼吸機(jī)使用時(shí)間。梁致如[36]等將EDP用于預(yù)防老年腹部手術(shù)術(shù)后肺部并發(fā)癥 (postoperative pulmonary complications, PPCs) 的研究結(jié)果證實(shí)了EDP能夠減緩患者術(shù)后肺功能下降幅度，改善氧合，促進(jìn)術(shù)后痰液排出，從而可能降低PPCs的發(fā)生率。此外，EDP在慢性心衰[37]、慢性肺源性心臟病[38]、慢性便秘[39]等疾病的輔助治療中也起到了積極的促進(jìn)作用。然而，Gonzalez-Bermejo J[40]等的一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)中研究結(jié)果顯示，對(duì)于肌萎縮側(cè)索硬化癥 (ALS)患者在呼吸系統(tǒng)受累階段，膈肌起搏不會(huì)減少無(wú)創(chuàng)通氣時(shí)間，反而有增加其他額外風(fēng)險(xiǎn)的可能性，因此，不建議ALS患者進(jìn)行早期膈肌起搏。

3 小結(jié)與展望

EDP作為一種新型的膈肌訓(xùn)練方法，較傳統(tǒng)的膈肌訓(xùn)練方法如縮唇呼吸、腹式呼吸訓(xùn)練器等相比，傳統(tǒng)訓(xùn)練方法不能針對(duì)性的刺激膈肌，而且呈現(xiàn)主動(dòng)性，需要患者自主配合，這相對(duì)于重癥患者而言往往開(kāi)展難度大，配合度差。據(jù)此，EDP作為一種被動(dòng)式膈肌鍛煉方法，通過(guò)低頻電脈沖來(lái)刺激膈神經(jīng)引起膈肌持續(xù)而有規(guī)律地收縮，構(gòu)成類似生理模式的呼吸運(yùn)動(dòng)，因操作簡(jiǎn)單，安全無(wú)創(chuàng)，耐受好等優(yōu)勢(shì)而被廣泛運(yùn)用于臨床。然而，EDP在治療時(shí)間和周期上仍存在不確定性，對(duì)部分疾病在出院后缺乏跟蹤和隨訪，后續(xù)恢復(fù)或惡化情況缺乏深入研究。此外，有研究報(bào)道在治療期間有出現(xiàn)心率、血壓不同程度下降等情況，并且其效果會(huì)受到些許因素的干擾，譬如周圍肌肉和皮下脂肪厚度會(huì)對(duì)EDP造成影響，使得在個(gè)體及研究間的數(shù)據(jù)缺乏可比性。盡管其優(yōu)勢(shì)較多，但對(duì)于其存在的不足期待有更多的研究進(jìn)一步來(lái)探索此方法的有效性以及長(zhǎng)期鞏固療效果。