体外膈肌起搏器在呼吸衰竭中的临床应用进展

苏 鑫 梁 冬

海南医学院第一临床学院，海南海口 571199

呼吸衰竭是由肺内外各种原因引起的肺通气、换气功能严重障碍，以致气体交换不能有效进行，急性呼吸衰竭的特征是动脉血气指标及酸碱状态失衡，危及生命；慢性呼吸衰竭的临床表现较迟缓，症状可能不明显[1]。呼吸衰竭的具体机制为肺部功能损害或呼吸肌难以维持正常呼吸，导致氧气供应不足和二氧化碳排出障碍，进一步造成低氧血症和高碳酸血症，最终导致多器官功能衰竭和死亡[2]。多种肺部和心脏疾病均可导致呼吸衰竭，目前该病的临床治疗方法包括机械通气、供氧疗法、药物治疗和康复等[3-6]。机械通气通过机器提供呼吸支持，是治疗呼吸衰竭的关键方法之一，但这种治疗并非适用于所有呼吸衰竭患者，且可能伴随并发症。此外，机械通气通常需要长期使用，也会导致患者心肺康复进展缓慢和心理问题。供氧疗法和药物治疗可以改善氧气供应，但也存在设备依赖和副作用等问题。目前临床中治疗呼吸衰竭的方法仍然有限，特别是对于慢性呼吸衰竭的患者。因此，需要深入研究来改进呼吸衰竭的治疗方法，提高临床效果，包括发展更有效的治疗策略和早期干预。研究表明，体外膈肌起搏器（external diaphragmatic pacemaker，EDP）可用于各种病因导致的呼吸衰竭，改善患者肺功能[7]。EDP 由陈家良教授研发，起初用于心肺复苏，目前也被用于需要对膈肌进行长期刺激的肺通气支持治疗[8]。本综述EDP 对呼吸衰竭患者的影响，以期提高临床对EDP 用于呼吸衰竭的了解。

1 EDP 治疗呼吸衰竭的机制

人体最主要的呼吸肌即为膈肌，其属于骨骼肌，在呼吸过程中起到的作用占所有呼吸肌的60%～80%，膈肌移动度每增加1 cm，约产生350 ml 的肺通气量，占静息肺活量的75%～80%[9-10]。膈神经的支配神经源于颈部，从双侧的C3～5神经根尾部下行并穿过心脏两侧，然后分成4 个分支，从腹部支配膈肌[11]。C3～5脊髓前角发出的混合神经元经刺激汇集后下行，进一步刺激膈肌规律收缩，使膈肌厚度增加，运动耐力提高，改善呼吸肌的疲劳状态[12]。EDP 是治疗呼吸衰竭患者的创新治疗方式，通过电刺激膈肌来模拟自然呼吸运动，电信号经体表电极传递到膈肌，引起膈肌收缩和舒张。膈肌是控制呼吸的关键肌肉，激活膈肌可以维持氧气供应和二氧化碳排出，这对呼吸衰竭患者而言，意味着呼吸效率提高，呼吸肌负担减轻，可有效延缓疾病的发展。研究表明，EDP 对呼吸衰竭的治疗是有效的，并可以减少对呼吸机的依赖，不仅提高了生活质量，还降低了医疗成本，为患者提供了一种有前景的治疗选择[13-15]。

2 EDP 在呼吸衰竭中的临床应用

目前临床中采用膈肌电刺激起搏方式保护膈肌功能已经得到证实，EDP 已应用于慢性阻塞性肺疾病、支气管扩张症、肺尘埃沉着病、顽固性呃逆、呼吸机相关膈肌功能障碍、呼吸衰竭等疾病，均取得较好的效果[16-20]。国外研究发现，对中枢系统疾病及周围神经病患者的膈神经进行刺激可恢复其膈肌功能[21-22]。而国内研究者则倾向将EDP 用于呼吸道疾病的治疗，并观察到EDP 对肺功能和血气指标具有一定的改善效果[19]。

2.1 EDP 用于机械通气的呼吸衰竭患者的效果

机械通气是呼吸衰竭患者的主要治疗方式之一，尽管目前该技术已有较大发展，如无创性正压机械通气等，但效果仍然有限，同时可能伴随一系列并发症。膈肌移动度的改善是病情好坏的重要标志，膈肌增厚率、膈肌移动度均是呼吸衰竭患者撤机失败的独立预测因素[23]；EDP 可以增加患者膈肌移动度，提高肺通气量和分钟通气量，预防呼吸衰竭患者膈肌变薄[24-26]。陈绪池等[27]选择伴有轻-中度低钠血症的Ⅱ型呼吸衰竭慢性阻塞性肺疾病急性加重期患者为研究对象，比较无创性正压机械通气单独及联用EDP 的效果，EDP 参数设置为脉冲频率40Hz，刺激强度16 单位，起搏次数10 次/min，发现联用EDP 的患者治疗后膈肌移动度和动脉血二氧化碳分压高于仅用无创性正压机械通气的患者，提示EDP 对机械通气呼吸衰竭患者的呼吸功能有明显改善。脓毒症合并呼吸衰竭患者常伴膈肌功能障碍，脓毒症患者短期机械通气6 h 内可出现膈肌功能下降，随着脓毒症程度的加重，膈肌动作电位延长，频率收缩曲线逐步下移，肌纤维横截面面积减小，血清炎症因子及萎缩相关蛋白表达升高，细胞凋亡明显，膈肌功能障碍严重[28]。有研究观察到该类患者经过7 d 的EDP 治疗后（EDP 参数设置为起搏次数9 次/min，脉冲频率40 Hz，刺激强度10 个单位），呼气末膈肌厚度、膈肌增厚分数、膈肌活动度及氧合指数均升高，气道峰压、呼吸浅快指数降低[29]。另有研究发现，EDP 干预后除改善膈肌功能外，患者的炎症因子水平也有所下降，提示EDP 在脓毒症呼吸衰竭患者病情改善方面具有额外优势[30]。以上研究提示EDP 能直接提高膈肌运动功能和运动强度，进而改善血气指标和血氧指标，对呼吸衰竭患者发挥一定的治疗作用。

2.2 EDP 对呼吸衰竭患者撤机情况的影响

呼吸衰竭患者由于长期机械通气会存在膈肌形态异常情况，包括膈肌束的分离和收缩障碍、膈肌不对称性收缩等，会导致通气功能下降[31]。机械通气时间及撤机过程对患者的呼吸功能有直接影响，体外设备使用时间过长会导致呼吸肌萎废难用，更加依赖器械，造成恶性循环。为了减轻机械通气撤机对患者预后的影响，祖丽皮努尔·阿卜杜萨迪克等[32]将EDP 应用于慢性阻塞性肺疾病机械通气患者，发现14 d 撤机成功率高于未应用的患者（82.9%vs.62.5%）。大量研究显示，EDP 能缩短机械通气、住院及患者开始自主呼吸时间，降低呼吸机相关性肺炎发生风险和死亡率，同时提高撤机率，其相关机制可能为使用机械通气时应尽早行EDP 治疗，可减轻或预防呼吸机引起的膈肌萎缩[34-36]。

2.3 EDP 与其他干预措施联合用于呼吸衰竭患者

EDP 因其无创、操作简单的优点，可以实现与多种其他治疗方法的联合使用，如中药、供氧疗法、功能锻炼等。苦碟子注射液与EDP 联合用于大面积脑梗死所致中枢性呼吸衰竭患者，在神经功能和血气指标方面均显示出良好效果，观察组气管插管率、气管切开率、肺部感染率等临床结局指标均低于对照组，提示EDP 与苦碟子注射液联用具有协同效应[37]。也有研究将益气涤痰通腑汤联合EDP 应用，显著提高了慢性阻塞性肺疾病合并Ⅰ型呼吸衰竭患者的撤机率[38]。陈黎新等[14]发现，对急性颈髓损伤导致呼吸衰竭的患者使用高压氧疗联合EDP，结果显示，患者除膈肌移动度增大、用力肺活量和第1 秒用力呼气量升高外，其机械通气时间也明显缩短，提示EDP 联合高压氧疗可从不同机制改善患者肺功能和膈肌功能，纠正呼吸异常，提高撤机成功率。此外，EDP 还可以与经鼻高流量氧疗、吸气肌训练等干预措施联用，均取得了较好的效果[39-40]。

3 EDP 在治疗中存在的问题

EDP 虽然有许多优点，但其并不适用于所有类型的呼吸衰竭患者，这限制了其广泛应用。膈神经电刺激的生物学依赖膈神经正常传导，对于颈部创伤、膈神经损伤或各种颈部外伤患者，EDP 的电刺激是无法通过膈神经下传的[41]。呼吸衰竭合并气胸、胸膜粘连增厚、活动性肺结核等疾病的患者，或有植入式电子装备（如心脏起搏器）的患者不能使用EDP，当电极靠近胸部使用时，会增加心脏纤颤的危险，电极片严禁贴在两侧颈动脉窦处，否则会危及患者的生命安全。膈神经损伤后持续炎症、电极位置偏倚、神经对电刺激不敏感等会引起EDP 无法起搏，这也是影响EDP 治疗效果的干扰因素。此外，EDP 也存在依赖性和康复问题，患者可能过度依赖EDP，影响其正常呼吸的练习，这可能对康复产生不利影响。目前EDP 虽然在特定情况下表现出良好的效果，但对其长期效果和潜在风险的研究仍然有限。

4 小结与展望

呼吸衰竭是多种疾病的严重并发症，患者发生慢性阻塞性肺疾病、支气管扩张症、支气管哮喘、肺源性心脏病、肺动脉高压、重症肺炎、呼吸机相关膈肌功能障碍等疾病时通常合并呼吸衰竭，出现呼吸衰竭往往提示疾病危重，通过EDP 治疗能够改善肺通气、提高膈肌活动度和膈肌厚度。EDP 在治疗呼吸衰竭中发挥了重要作用，代表了呼吸衰竭治疗领域的一个重要进展，该技术通过刺激膈肌来实现呼吸支持，防止低氧血症和高碳酸血症的发展，为呼吸衰竭患者提供了关键的生命支持。未来的研究和技术改进应聚焦于提高EDP 效能和适用范围未来应进行技术改进，使仪器更加精密且具有可调节性，以适应不同患者的需要，减少并发症的风险，为呼吸衰竭患者的治疗、康复提供新的方向。

利益冲突声明：本文所有作者均声明不存在利益冲突。