脊髓损伤患者肺康复治疗的研究进展

王宏宇，邹颖，元香南，周凤华，张立新

（中国医科大学附属盛京医院康复中心，沈阳 110134）

脊髓损伤是一种致残性极高的疾病，随着经济水平的提高、交通的发达、建筑业的兴盛，因交通事故、意外坠落伤或高空坠物砸伤导致的脊髓损伤发病率逐年增加。脊髓损伤尤其是高位脊髓损伤可导致终生严重残疾，给患者、家庭和社会造成巨大负担［1］。由于高位脊髓损伤会导致不同程度的呼吸肌失神经支配，引起呼吸肌功能丧失或减退，以呼吸肌无力为特征，因无法产生有效咳嗽而导致肺和气道分泌物积聚、肺不张、肺炎等呼吸系统并发症。高位脊髓损伤后出现的呼吸系统并发症不仅是患者死亡的首要原因，亦是患者再入院的主要原因［2］。呼吸功能显著影响高位脊髓损伤患者的预后，因此改善患者的呼吸功能是脊髓损伤后康复治疗的研究重点。

目前，针对脊髓损伤患者的肺康复治疗方法包括呼吸肌训练、神经功能电刺激、磁刺激和神经移位术等。呼吸肌训练包括吸气肌、呼气肌或针对两者的特定训练，以提高力量和耐力。呼吸肌可以通过增加肌肉负荷的装置进行训练，一次训练通常包括特定动作的重复以及指定的训练时间长度［3］。本文针对脊髓损伤患者的呼吸功能特点，对病理生理、临床表现、评估方法、临床常用的康复治疗方法及其有效性进行了综述，旨在为构建更有效的呼吸功能训练方案提供依据。

1 脊髓损伤导致呼吸肌肌力下降的神经支配基础和临床表现

1.1 呼吸生理和呼吸肌神经支配

脊髓损伤相关的呼吸功能障碍主要取决于损伤的程度、损伤的完整性和损伤后的时间。脊髓损伤的水平越高，导致的呼吸肌失神经支配越严重。C3以上节段损伤时，呼吸肌功能完全丧失，需即刻持续机械通气支持。C3～5损伤时，膈肌功能存在部分失神经支配、部分功能受损和辅助呼吸肌功能受损，呼吸肌极易疲劳。C5～8损伤时，膈肌功能保留，肋间肌和腹肌功能受损，导致咳嗽无力。颈段以下的脊髓损伤，虽然主要呼吸肌神经支配未受到损伤，但T1～3损伤时，肋间肌神经支配受到影响，在吸气过程中膈肌下降时，肋间肌和其他胸壁肌肉不能辅助上胸廓扩张，在一定程度上限制吸气。T1～5损伤时，膈肌功能未受影响，肋间肌功能部分受损，咳嗽能力不足。T6～10损伤时，膈肌、肋间肌和腹直肌功能基本保留，仅用力咳嗽能力减弱。T11～12损伤时，膈肌、肋间肌、腹肌功能基本存在，能够进行有效咳嗽和用力咳嗽。L1节段及以下损伤时，呼吸肌功能未受到影响，但会伴有不同程度的功能性下降。

1.2 脊髓损伤后呼吸肌肌力下降的临床表现

肺容量包括吸气和呼气储备容量，脊髓损伤患者表现出最大吸气和呼气的容量减少。咳嗽是对抗呼吸道感染和肺不张的重要防御机制，但由于大多数脊髓损伤水平下腹部肌肉的神经支配受损，脊髓损伤患者咳嗽和清除呼吸道分泌物的能力严重减退。因此，伴有呼吸功能障碍的脊髓损伤患者常出现呼吸困难、咳嗽和咳痰无力［4］。脊髓损伤患者中，呼吸系统的其他重要作用也会受到影响，如躯干稳定性等。

2 常用的呼吸功能评估方法

2.1 通气功能指标

通气功能指标包括：（1）用力肺活量（forced vital capacity，FVC）、最大自主分钟通气量（maximal voluntary ventilation，MVV），提示肺通气功能；（2）呼气峰值流速（peak expiratory flow，PEF），提示咳嗽能力；（3）一秒最大呼气量（forced expiratory volume in the first second，FEV1）和一秒率（FEV1/FVC，FEV1%），提示通气时气道有无阻塞和阻塞程度。

2.2 膈肌功能评估

膈肌是最主要的呼吸肌，可采用测定膈神经传导时间、X线透视检查膈肌活动度、测量跨膈压、超声测量膈肌厚度和活动度的方法评估膈肌功能。

测定膈神经传导时间，于颈部使用单极针状电极进行经皮神经电刺激，膈神经体表定位点在环状软骨水平胸锁乳突肌后缘，在腋前线上第7～9肋间隙的位置放置表面电极，检测膈肌的肌电图。从给予电刺激到出现肌肉复合动作电位的时间，即神经传导时间。一般正常成人的神经传导时间范围为7.5～9 ms。不能诱发肌电图或者未出现任何膈肌收缩反应时，提示膈神经有广泛损害。传统的X线检查下进行膈神经电刺激，直接测量膈肌的下降程度来评价膈肌功能。跨膈压是指吸气末腹内压与胸内压的差值，测量时通过食道放入球囊导尿管到胃部，将测得的无创食管压近似代替胸内压、胃内压代替腹内压，计算得到跨膈压。单侧膈神经刺激通常会测得约10 cmH2O的跨膈压，因该方法操作相对复杂，临床并未广泛应用。近年来，越来越多的研究者应用超声检查评估膈肌功能，可无创评估膈肌的厚度、运动时的位移、振幅、收缩速度等参数［5-6］。特别是处于脊髓损伤急性期的危重患者，可进行床旁超声检查，并可在呼吸训练过程中随时进行测量和记录，评估单次治疗效果；其缺点是检查结果依赖于患者接受检查时呼吸的用力程度，相比之下，电刺激下测量准确性较高。

2.3 呼吸肌肌力的测定

呼吸肌肌力的测定可通过压力测定装置对最大吸气压（maximum inspiratory pressure，MIP）或最大呼气压（maximum expiratory pressure，MEP）进行测定［7］。MIP是功能残气位、气道阻断下的最大吸气口腔压，可评估吸气肌肌力。MEP是肺总量位、气道阻断下的最大呼气口腔压，可评估呼气肌肌力。MIP主要反映吸气肌的综合吸气力量。MVV除反映气道的通畅度、肺和胸廓的弹性外，也可间接反映呼吸肌的力量。

3 肺康复治疗

3.1 呼吸肌训练

呼吸肌训练即运用阻抗负荷或阈值压力负荷等方法对呼吸肌进行有计划的训练，以提高呼吸肌的强度和耐力，进而改善呼吸功能。研究［8］结果提示，呼吸肌训练对脊髓损伤患者呼吸功能的改善有积极意义。

高位脊髓损伤后对残存呼吸肌功能的保护和增强是呼吸肌训练的重要内容。已有研究［9］结果提示，呼吸肌训练可有效提高肺容积和呼吸肌力量，同时可缩短机械通气时间。许阳等［10］的meta分析结果显示，与传统康复相比，呼吸肌训练能更有效地改善肺活量（vital capacity，VC）、深吸气量（inspiratory capacity，IC）、MIP和MVV。因此，建议呼吸功能趋于稳定的早期患者尽早进行相应呼吸功能训练，如腹式呼吸、膈肌抗阻练习等，需注意训练强度要循序渐进，避免过度锻炼导致呼吸肌疲劳加重［11］。研究［12］表明，呼吸肌抗阻训练可改善急性脊髓损伤患者的呼吸功能，单独的吸气肌训练即可改善呼吸功能参数，增加训练次数或者延长训练时间并未给患者带来更多的获益。

无论脊髓损伤的程度和时间如何，甚至在损伤后24个月以上，呼吸肌训练均可以降低呼吸系统并发症的发生率，改善肺功能和生活质量，同时可以减少慢性脊髓损伤患者抑郁的发生［13］；在高位脊髓损伤恢复期，综合性呼吸训练对患者肺通气功能的保护和提高亦有良好效果。这提示，脊髓损伤患者的呼吸肌训练应该持续进行，至少持续到恢复期。自我指导式的呼吸肌训练对脊髓损伤患者的呼吸功能也是一种有效的改善手段，并且可以作为远程医疗计划的一种模式，改善难以在医院维持康复训练患者的预后［14］。

关于呼吸肌训练的强度和运动量，相关研究［12，15］表明，训练强度比训练量更能有效改善脊髓损伤患者的呼吸肌力量。因此，训练强度应尽可能选择能够耐受的相对高强度，以达到更好的训练效果。

压力阈值或阻力负荷呼吸装置是辅助呼吸肌训练的设备，可以增加健康个体和慢性疾病人群的呼吸肌强度，通过呼吸肌力量的改善可使脊髓损伤患者的运动耐受性增强，当吸气肌训练和呼气肌训练联合应用时，可能会增加患者获益。在颈段脊髓损伤的个体中，呼吸肌训练可将MIP和MEP提高约10%～25%。对完全性脊髓损伤（C5～7）的残疾人运动员进行的研究［16］结果显示，吸气肌训练可显著改善膈肌厚度、MVV、最大做功效率，提高最大摄氧量；对非运动员进行的研究［17］结果表明，吸气肌训练促进肺功能参数的改善，如FVC、FEV1、MVV、PEF、MIP、MEP以及呼吸肌强度。呼吸肌训练可显著增加静息状态下的MIP、MEP和PEF［18］。呼吸肌训练后腹部的顺应性降低，可能会增强膈肌的收缩。除了增加呼吸肌的肌力和耐力外，呼吸肌训练还可以提高胸廓、肺泡的顺应性和肺通气量，增加自主咳嗽的强度和有效性，减少分泌物残留，从而减少肺炎和其他呼吸系统并发症的发生［19］。

除膈肌外的其他呼吸相关肌肉，如斜方肌和胸锁乳突肌，由副神经的脊髓根支配，是辅助呼吸肌。辅助呼吸肌的训练对补偿呼吸功能同样具有重要意义［20］。胸锁乳突肌收缩可使胸骨向上提拉，改善胸廓活动度，斜方肌收缩可使肩胛骨向上提拉，补偿部分肋间外肌功能。辅助呼吸肌的功能训练可辅助改善呼吸功能［21］。此外，杨明亮等［20］的研究表明，三角肌肌力和恢复情况可以较好提示膈肌功能和恢复。

关于呼吸训练的安全性问题，一项对颈椎或胸椎脊髓损伤后急性期、病情稳定的成年患者进行吸气肌训练的可行性和安全性研究［11］结果提示，高阻力、低重复的吸气肌训练方案是可行的，并且在吸气肌训练之前、期间和之后无不良事件发生，表明高阻力、低重复的吸气肌训练是安全的。

3.2 神经功能电刺激

膈神经电刺激是通过电脉冲刺激膈神经，引起膈肌持续而有节律地收缩，以加强呼吸运动。膈神经电刺激的方式分为体内和体外。体外膈肌电刺激（膈肌起搏器）有助于改善膈肌血流、增强膈肌肌力、促进排痰，操作简单易行，为被动式治疗，无需患者主动配合，应用较为广泛，可与常规康复训练联合，有助于缓解呼吸困难、促进气管切开套管拔除［22］，已有专家共识推荐将膈肌电刺激作为呼吸康复的辅助治疗手段［23］。研究［21］表明，对于某些患者，肋间肌和单侧膈肌起搏可能更为有效，而四肢瘫痪的患者应用持续膈肌起搏和持续机械通气阈值负荷（触发），可能导致膈肌疲劳增加。

肋间神经电刺激可兴奋肋间内、外肌。对膈神经损伤或坏死的患者，可以采用肋间神经电刺激提高辅助呼吸肌的动力［24］。目前，肋间神经电刺激的研究大多数为动物实验或者小样本的临床试验，研究刺激的部位和产生效应的时间尚缺乏统一结论。

高频脊髓电刺激是一种通过刺激脊髓通路来激活与吸气相关的膈肌前运动神经元，从而兴奋膈肌，达到诱发自主呼吸的效果。但由于高频脊髓电刺激的刺激通路介导机制尚不明确，目前仅用于大量动物实验研究中，极少数临床研究均是将脊髓电刺激器与膈神经刺激结合应用［24］。DIMARCO等［25-26］的临床研究提示，脊髓电刺激可以诱发气道正压和峰值气流速率，促进有效咳嗽的恢复，进而促进气道内分泌物排出。虽然磁刺激和电刺激均可以改善气流速度和气道压力，使其趋向于正常状态，但磁刺激的影响不如电刺激好，且肌肉刺激不如脊神经刺激好［24］。

3.3 磁刺激

NAKATANI-ENOMOTO等［27］的研究证明，功能性磁刺激可以调节机体神经损伤后的兴奋性。动物研究［28］揭示了成年大鼠膈肌运动对磁刺激的反应，磁刺激可激活脊髓上行神经元，作用于导水管周围灰质区域，可以改变呼吸输出量，这为在动物中使用经颅磁刺激研究呼吸神经可塑性提供了理论依据，也支持了使用经颅磁刺激研究与神经损伤和疾病相关的呼吸功能障碍的可行性。LIN等［29-30］的研究将磁刺激作用于脊髓损伤动物和患者的不同位置，发现刺激C3～5、C4～7、T1～6能够增加呼气容量；刺激T6～L2能够增加吸气容量。研究［31］表明，下胸椎或腰椎脊神经的功能磁刺激可显著增加呼气压力和呼气量，刺激T9水平产生的运动诱发电位和补呼气量平均值最高。磁刺激线圈放置在T7～L5，产生了与T9相似的呼气压力和容积。与T9相比，线圈放置在T1～6水平显著降低了呼气压力和呼气量。该研究使用70%强度、20 Hz频率、2 s刺激持续时间，功能磁刺激诱导的运动诱发电位和补呼气量分别为最大值的67%和79%。另外，临床研究［32］指出，磁刺激对肺功能的作用与线圈放置的部位和大小均有关。

颈部磁刺激是一种有效且无创的方法，可以调节膈肌运动输出的兴奋性，并且颈部磁刺激通过诱导膈肌运动诱发电位影响神经可塑性［33］，该结果为进一步应用重复性磁刺激方案调节脊髓损伤后的呼吸功能提供了基础。磁刺激可显著改善脊髓损伤患者的呼吸功能，目前其内在机制尚不清楚。但磁刺激作为一种简便且安全的康复治疗方法，在脊髓损伤的康复治疗中有良好的应用前景［31］。

4 其他改善呼吸功能的方法

神经移位术包括副神经移位至膈神经、喉返神经移位至膈神经、迷走神经移位至膈神经以及细胞移植技术等，目前仍多处于动物实验阶段，仍需进行更多临床研究，对膈神经和膈肌的恢复进程进行检测，证明该技术的有效性和安全性，监测其长期影响，以讨论其临床应用的可能性。

关于呼吸功能训练相关设备的使用和研发，自主神经系统具有选择性控制和不良反应少的优点，是电子医疗的一个目标。COURTINE等［34］总结了近年来在脊髓损伤动物模型中增强神经可塑性和功能恢复的生物和工程策略的进展，已有学者将这些理论和相关医疗器械用于临床实验。

5 小结与展望

脊髓损伤尤其是颈段脊髓损伤，因呼吸肌相关神经元受损，使呼吸系统并发症如肺内感染、肺不张、气道廓清障碍和呼吸衰竭的发生率升高，吸气肌和呼气肌功能受到不同程度损害，患者出现肺活量下降、肺不张和劳力性呼吸困难等。

脊髓损伤后的呼吸功能康复需强调早期干预的重要性，降低早期感染发生率，避免呼吸功能因感染进一步减退，在患者能耐受的前提下最大程度保护、增强残余呼吸肌功能。早期康复干预可包括呼吸肌肌力训练，酌情联合神经肌肉电刺激、磁刺激。关于呼吸肌训练的效果，吸气肌训练的有效性得到肯定，且相较于训练量，训练强度与预后的改善更相关。关于辅助呼吸肌训练有效性的研究仍较少，早期辅助呼吸肌训练是否可有效缓解肋间肌和膈肌疲劳、增强呼吸肌间的相互代偿，进而减少机械通气时间、改善预后，以及辅助呼吸肌训练的强度和持续性，均需更多临床研究证实。体外神经功能电刺激和磁刺激是无创且有效的方法，可以与呼吸肌训练联合，仍需大量基础研究探索其内在机制，对不同程度呼吸功能障碍患者的刺激强度、位置选择和持续时间需更多双盲随机对照临床研究证实。