呼吸电刺激技术在机械通气病人早期肺康复中应用的研究进展

尹潇潇，牛姗，陈昊天，徐剑锋，封秀琴

·科研综述·

呼吸电刺激技术在机械通气病人早期肺康复中应用的研究进展

尹潇潇，牛姗，陈昊天，徐剑锋，封秀琴*

浙江大学医学院附属第二医院护理部，浙江 310000

综述呼吸电刺激技术的定义、治疗机制、应用形式及应用效果，并对应用中存在的不足进行总结、提出建议，以期为呼吸电刺激技术在机械通气病人肺康复中的应用提供参考。

电刺激；膈肌无力；机械通气；肺康复；综述

机械通气是急危重症病人重要的生命支持手段之一，50%～70%的重症监护室（ICU）病人需要接受机械通气维持呼吸功能[1]，但机械通气也是造成病人膈肌无力的最重要原因[2]。膈肌无力是指膈肌肌力不能达到正常最大水平，从而影响病人的呼吸功能和自主排痰能力，最终导致病人呼吸机使用时间延长、脱机困难，甚至在拔管后发生呼吸衰竭[3]。在准备脱机的病人中，膈肌无力发生率为63%～80%[4⁃6]。机械通气病人早期肺康复是基于对病人全面评估后量身定制的综合干预，并在机械通气的48 h内开始实行[7]，主要包括运动训练、呼吸道管理和体位管理[8]。但因病人病情危重、认知障碍以及疼痛等因素的影响，早期肺康复的临床开展情况并不乐观[9]。美国呼吸协会/欧洲呼吸协会指南推荐，对于无法配合的危重症病人可应用神经肌肉电刺激技术促进其肺康复[10]。呼吸电刺激技术是通过电流刺激呼吸肌运动神经元，从而激活肌肉纤维，达到改善呼吸肌功能的目的[11]。研究证实，呼吸电刺激技术应用于慢性阻塞性肺疾病（COPD）、脊髓损伤等病人的肺康复疗效显著[12⁃13]。近年来，呼吸电刺激技术也被逐渐应用于机械通气病人的早期肺康复中，并可根据病人情况提供更加个性化的康复，提高病人的治疗依从性。现对呼吸电刺激技术在机械通气病人早期肺康复中的应用进行综述，以期为我国今后更好地开展机械通气病人的早期肺康复提供参考。

1 概述与机制

呼吸肌泵驱动肺泡通气，其中膈肌是最重要的呼吸肌。安静状态下，膈肌移动1 cm，肺通气量约350 mL，占静息呼吸肺活量的80%[14]。膈肌属于骨骼肌，但与肢体骨骼肌不同，以膈肌为主的呼吸肌无力发生率是四肢肌无力的2倍[15]。机械通气病人出现严重的膈肌无力，是疾病严重程度和预后不良的标志[16]。呼吸电刺激技术是一种被动的呼吸肌锻炼方法，通过低频电脉冲刺激膈神经和呼吸肌，配合病人的呼吸使膈肌和腹肌持续而有节律地收缩，构成近似生理模式的呼吸运动[17]。其作用机制主要包括：1）预防通气后呼吸肌萎缩。机械通气时膈肌去负荷，控制性通气几小时就会引起膈肌萎缩、膈肌肌力降低，而辅助通气则保留一定程度的呼吸肌负荷，减慢了膈肌萎缩和无力的速度[18]。但一项动物实验表明，在实施深度镇静和机械通气的同时予膈神电刺激，猪的膈肌质量及肌力并未下降，此外，若与机械通气同步刺激可以降低其所需潮气量[19]。O'Rourke等[20]验证了该法在病人中运用的安全性和可行性。2）增加呼吸肌肌力。脓毒症可使膈肌血流分布改变，膈肌肌纤维缺血，导致膈肌能量供应紊乱[5]；此外，手术可能损伤膈神经导致膈肌无力[21]。据报道，腹肌电刺激可以激活腹部肌肉，腹部肌肉血流量增加，肌肉纤维转化为更耐疲劳的纤维，最终增加腹部肌肉质量和张力，提高咳嗽压及咳嗽峰流速，并使膈肌处于更有利的位置以保证肺有效扩张[22]。3）增加膈肌的自发肌电活动。镇静、镇痛类药物可抑制蛋白质合成、增加蛋白质降解以及损伤肌细胞膜兴奋性，加速膈肌萎缩，最终导致膈肌无力的发生[23]。研究表明，在呼吸电刺激技术应用前并未检测到膈肌无力病人的自发肌电活动，但在呼吸电刺激技术治疗期间，病人自发肌电活动明显增强[24]。由此可见，呼吸电刺激技术可明显增强膈肌的自发电活动。

2 常见的呼吸电刺激技术

2.1　体外膈肌起搏技术

体外膈肌起搏器（external diaphragm pacer，EDP）是我国自主研制的产品，主要包括电脉冲发生器、具有导电性能的皮肤电极、连接电脉冲发生器与皮肤电极的导电线3个部分。电脉冲发生器根据设定的参数通过皮肤电极作用于膈神经而引起膈肌有节律的收缩。熊刚[25]报告的一项随机对照研究将需肺康复的72例危重症膈肌无力病人作为研究对象，随机采用EDP（=36）与常规治疗（=36），随访至转出ICU前发现，EDP组右侧膈肌增厚分数[（34.33±2.56）%]明显优于常规治疗组[（31.04±1.74）%]，差异有统计学意义（<0.05）；但两组病人的机械通气时间、ICU住院时间、28 d撤机率、住院死亡率比较，差异均无统计学意义（>0.05）。Chen等[26]报告了一项随机对照研究，其将机械通气时间≥21 d的病人被随机分配到EDP组（=29）和对照组（=30），随访至出院后发现，EDP组膈肌功能显著优于对照组，且EDP组脱机率（90.0%）高于对照组（66.7%），差异有统计学意义（<0.05）。此两项随机对照研究设计合理，样本量适中，研究结果较为可靠。但由于目前大部分研究未报道EDP对于肥胖、水肿病人的影响，导致其在测试可行性以及效果评价等方面存在一定的不足。因此，在后续的研究中，应关注体外膈肌起搏技术在肥胖及水肿病人中的应用效果。

2.2　腹部电刺激技术

咳嗽能力减弱是气管插管病人拔管失败的独立危险因素[27]。从咳嗽的生理机制上来看，呼气肌是咳嗽重要组成部分之一。有研究表明，呼气肌训练可以提高咳嗽能力，对于清除中央气道痰液尤为重要[28⁃29]。腹部电刺激技术通过与呼吸同步刺激神经诱发腹部肌肉节律性收缩，延缓肌肉萎缩，改善临床结局[30]。McCaughey等[31]针对ICU机械通气病人进行随机对照研究，其中试验组（=10）采用腹部电刺激技术，刺激电流强度以引起腹部肌肉收缩为标准，对照组（=10）进行假性刺激，刺激电流设置为10 mA，并不足以引起腹部肌肉收缩，结果表明，试验组机械通气时间及ICU住院时间明显短于对照组（<0.05）。Jonkman等[32]进行了一项多中心的随机对照试验，20例病人进行了不同刺激电流强度的腹部电刺激，治疗至病人脱机。McCaughey等[31]研究结果显示，试验组ICU住院时间明显短于对照组（<0.05），但两组机械通气时间、腹肌厚度变化及死亡率比较差异均无统计学意义（>0.05）。综上所述，腹部电刺激在机械通气病人中的可行性得到了验证，但由于样本量较小，且两项研究中治疗参数差异显著，导致其汇总结果与单项研究结果不符，未来仍需扩大样本量，进行前瞻性、多中心的对比研究，以观察其临床疗效。

2.3　胸腹联合电刺激技术

美国胸科协会关于肺康复的指南[33]提出吸气肌训练可作为运动康复的有效辅助手段，多项研究显示呼气肌训练能够改善机械通气病人的呼气肌功能[22,31⁃32]，但由于吸气肌训练和呼气肌训练的作用机制不同，两者联合训练的研究较少。王怀远等[34]对慢性阻塞性肺疾病病人的系统评价显示，与两者联合训练相比，单独进行吸气肌训练不仅花费较少的时间和费用，而且能够达到同样的训练效果。由此，Acqua等[35]将纳入的38例需进行肺康复的机械通气病人随机分成试验组（胸腹联合电刺激+常规物理治疗，19例）与对照组（安慰剂量的电刺激+常规物理治疗，19例），随访7 d发现，试验组各项肌肉厚度自机械通气开始并未减少，而对照组胸大肌厚度由（0.42±0.10）cm下降至（0.39±0.09）cm，腹壁肌厚度由（0.43±0.11）cm下降至（0.36±0.10）cm，差异有统计学意义（<0.05）；且试验组ICU住院时间[（10±4）d]明显短于对照组[（16±9）d]，差异有统计学意义（<0.05）。该结果与Reynolds等[19]的动物实验结果一致，进一步验证了呼吸电刺激可以预防呼吸肌萎缩的机制。但腹部电刺激技术尚未与呼气同步，存在增加呼吸肌负荷的风险，因此，在后续的研究中，应注重腹部电刺激与呼气同步训练。

2.4　经静脉临时植入膈神经电刺激

自19世纪70年代以来，通过手术植入膈神经电刺激技术被广泛应用于颈髓损伤病人[36]，植入方式包括经颈植入、经胸腔植入和经腹腔植入，但由于这些植入方式有导致膈神经损伤、膈肌穿孔、腹膜炎等多种并发症的风险，且费用较高[37]，不适合短期机械通气病人。随着新型冠状病毒的传播，机械通气病人增多，且多数病人出现膈肌萎缩、机械通气时间延长、脱机困难等情况，由美国食品和药物管理局批准的经静脉临时植入膈神经电刺激（TTDN）快速投入临床使用[38]。TTDN是一种新型、临时、经静脉植入于左锁骨下静脉的装置，可与呼吸同步通过多电极导管刺激膈神经，使膈肌收缩[39]。Dres等[40]进行了一项由法国与德国2国共20个ICU参与的多中心研究，通过比较试验组和对照组的呼吸肌功能及相关参数发现，试验组最大吸气压增加了（16.6±16.7）cmH2O（1 cmH2O=0.098 kPa），优于对照组[（4.8±17.4）cmH2O]，且其右侧膈肌增厚分数（17%）优于对照组（-14%），差异均有统计学意义（<0.05）；但两组脱机困难病人的脱机成功率、机械通气时间、30 d内生存率等比较差异均无统计学意义（>0.05）；此外，试验组病人心房颤动、肺水肿、胸痛等发生率与对照组比较差异均无统计学意义（>0.05）。该研究认为TTDN并没有增加困难脱机病人脱机成功率，但改善了病人的最大吸气压，表明TTDN可以改善膈肌功能，且并未增加病人的安全隐患。在这项研究中，研究人员无法确定是否产生了足够的刺激强度，因此，在未来研究中可通过客观工具观察膈肌情况，以确定适宜的刺激强度。

3 呼吸电刺激技术在机械通气病人肺康复中的优势与效果

3.1　逆转膈肌功能障碍

机械通气是ICU中最常见的支持治疗手段，但可造成膈肌收缩功能下降、膈肌萎缩和膈肌损伤，即机械通气相关的膈肌功能障碍[41]。其主要机制有机械通气时主要的蛋白质水解途径被激活并参与膈肌萎缩，且收缩蛋白⁃肌球蛋白合成减少，从而导致肌肉质量下降、收缩功能障碍和膈肌萎缩[42]。因此，及时、有效的干预对于逆转膈肌功能障碍尤为重要。O'Rourke等[20]基于体内膈肌厚度无创观察测量发现，与基线相比，干预24 h后病人膈肌厚度增加了7.8%，48 h后增加了15%，差异有统计学意义（<0.05）。Soták等[43]评估一款名为“经皮膈神经电刺激系统”的仪器对逆转膈肌功能障碍的效果，48 h后试验组膈肌厚度增加至（2.20±0.45）mm，对照组减少至（1.72±0.20）mm，差异有统计学意义（<0.001）。综上所述，呼吸电刺激技术能够增加膈肌肌肉质量，改善机械通气病人的膈肌功能，从而改善病人的呼吸功能。

3.2　提高肺康复依从性

安全性和病人自身条件是影响肺康复实施的主要因素，目前多数呼吸肌训练需要病人自身配合，多数研究仅在意识清楚、能够遵从治疗且血流动力学稳定的病人中进行[8, 44]，目前尚无公认的呼吸电刺激技术应用时机，但都强调早期开展对病人的益处更大，因此，迫切需要采取有效干预措施提高危重病人的肺康复依从性。Jonkman等[32]研究结果显示，经当地伦理委员会确认应用呼吸电刺激技术未发生不良事件，试验组膈神经刺激完成度与对照组假性刺激完成度比较差异无统计学意义（>0.05）。Dres等[40]的随机对照试验中，79%的病人完成了每天72次的膈肌神经刺激，且未发生严重不良事件。医护人员可客观测量病人的治疗依从性，但因重症病人生命体征不稳定，在治疗的同时需要全面评估病人身体状况以保证实施的安全性。

4 呼吸电刺激在机械通气病人早期肺康复中的不足与展望

4.1　基于肌肉神经解剖位置确定科学定位方法

膈神经定位为两侧胸锁乳突肌外缘下1/3处，锁骨中线与第二肋间相交处胸大肌表面，但对于腹部肌肉神经定位存在争议。有研究将腹部肌肉电极片置于两侧腋中线肋骨底与髋骨顶部之间[10]；Jonkman等[32]的研究中腹部肌肉刺激为髂前上棘与剑突连线处。两项研究对于改善机械通气病人呼吸肌功能均取得了较好的结果，但由于两项研究病人异质性较大，目前仍无法确定最佳的定位方案。TTDN神经定位需要借助程序捕获神经[45]，为呼吸肌训练提供了科学的依据。因此，在未来呼吸电刺激技术的开展中，需寻找更为科学的定位方法，以确保肺康复实施的有效性。

4.2　基于膈肌功能制定标准化方案

对ICU病人呼吸电刺激技术的相关研究中，训练方案的内容如强度、频率、持续时间等尚无统一的标准。刺激强度需要根据呼吸肌肌力判断，目前常通过观察病人体表肌肉收缩来确定刺激强度。多数研究制定的呼吸电刺激频率为每周5～7次，持续时间约为30 min[26, 40, 46]，训练频率与2018 年《中国呼吸重症康复治疗技术专家共识》[47]中的肺康复建议保持一致，但持续时间有所差异。训练不足改善呼吸肌功能效果有限，但强度过大或频率过高，易引起呼吸负荷性损伤[48]。目前理想的治疗方案尚未建立，需更多的循证医学证据证实，因此，需开展更多大样本、多中心的高质量随机对照研究，总结最佳证据，为病人提供个性化的肺康复治疗。

4.3　远期结局有待探索

呼吸电刺激技术的短期应用效果已被证实，但目前的研究未报道机械通气病人转出ICU后及出院后的呼吸功能情况[49⁃50]，无法获取呼吸电刺激技术对病人的长期影响。因此，未来的研究应关注病人的长期随访，以评估机械通气病人早期应用呼吸电刺激技术的远期效果。

5 小结

呼吸电刺激技术在机械通气病人的早期肺康复应用中显示出较大的潜力，但尚存在一定的局限性。目前国内相关研究仅针对膈肌起搏器，缺乏其他呼吸电刺激技术的应用。国外现有研究大多数存在样本量小、异质性大、研究周期短、缺乏循证证据等问题，未来需开展高质量、大样本、多中心随机对照试验进一步验证各种技术的应用效果。此外，由于国内外文化存在差异，国外的呼吸电刺激技术不完全适用于我国，因此，未来应研究适用于我国病人的呼吸电刺激技术。

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Research progress on application of respiratory electrical stimulation in early pulmonary rehabilitation

YINXiaoxiao, NIUShan, CHENHaotian, XUJianfeng, FENGXiuqin

Nursing Department, The Second Affiliated Hospital of Zhejiang University School of Medicine, Zhejiang 310000 China

electrical stimulation； weakness of the diaphragm； mechanical ventilation； pulmonary rehabilitation； review

FENG Xiuqin, E⁃mail: fengxiuqin@zju.edu.cn

尹潇潇，护师，硕士研究生在读

封秀琴，E⁃mail：fengxiuqin@zju.edu.cn

尹潇潇,牛姗,陈昊天,等.呼吸电刺激技术在机械通气病人早期肺康复中应用的研究进展[J].护理研究,2023,37(21):3894⁃3898.

10.12102/j.issn.1009-6493.2023.21.018

（2022-12-19；

2023-09-29）

（本文编辑 崔晓芳）