陈睿，李建军，孟宪国

·综述·

膈肌起搏技术在颈髓损伤患者呼吸功能重建方面的应用综述

陈睿1，李建军2，孟宪国1

脊髓损伤的发生率日益增高，其中一半以上都是颈髓损伤。高位颈髓损伤的主要死亡原因是呼吸功能衰竭。部分存活的颈髓损伤患者，需要依靠呼吸机维持生命。鉴于呼吸机的种种弊端，许多学者研究用膈肌起搏技术来代替呼吸机，重建颈髓损伤患者的呼吸功能。本文就膈肌起搏技术在颈髓损伤患者呼吸功能重建方面的应用进行综述。

脊髓损伤；功能重建；呼吸系统；膈肌起搏；膈神经起搏；神经假体；综述

［本文著录格式］陈睿，李建军，孟宪国.膈肌起搏技术在颈髓损伤患者呼吸功能重建方面的应用综述［J］.中国康复理论与实践，2015，21（2）:157-162.

CITED AS:Chen R，Li JJ，Meng XG.Application of diaphragm pacing technology in respiratory function reconstruction in patients with cervical spinal cord injury（review）［J］.Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian，2015，21（2）:157-162.

各种自然灾害、交通事故、运动损伤频发，使脊髓损伤（spinal cord injury）的发生率日益升高。Pickett调查显示，1997年加拿大急性脊髓损伤的发病率是21/10万，到2000年增加至49/10万［1］。2002年北京市脊髓损伤发病率调查发现，其年发病率为60/10万，与澳大利亚、法国、加拿大等发达国家比较相对较高［2］。其中，颈髓损伤是最常见的脊髓损伤，约占整个脊髓损伤的55%～75%［1，3］。有文献报道，20世纪70年代颈髓损伤发生率占整个脊髓损伤的53.5%，2000年上升到56.5%，说明颈髓损伤发生率呈逐渐上升趋势［4］。Kang等指出脊髓损伤节段越高、损伤程度越重，患者的病死率就越高，尤其是完全性高位颈髓损伤患者［5］。颈髓损伤的主要死亡原因是呼吸衰竭和并发呼吸道感染，发生率可高达81.3%［6］。即使颈髓损伤患者的生命得以保存，也可能需要依靠呼吸机来维持生命。呼吸机的缺点很明显：妨碍讲话发音、机械的限制不便于患者社交活动、增加感染的危险性、需要专人护理、给患者带来消极的心理影响等，极大地影响患者的生活质量。因此，许多专家和学者就颈髓损伤后呼吸功能的重建展开了专门研究，膈肌起搏技术便是其中之一。本文旨在通过对此技术历史性地回顾及对未来的展望，增强人们对此项技术的认识，促进颈髓损伤呼吸功能重建工作的开展。

膈神经电刺激引发膈肌收缩可以追溯到1786年，Caldani提出对膈神经进行电刺激可引发膈肌的收缩［7］。1873年，Hefeland指出对膈神经进行电刺激可以用来治疗新生儿窒息［8］。Sarnoff在膈肌起搏的研究历史上扮演了重要角色，1948年，他曾用膈神经电刺激技术治疗脊髓灰质炎患者的呼吸障碍，后来他研究经颈部皮肤放置电极刺激一侧膈神经，证实可以维持至少52 h充足的肺泡通气［9］。Glenn及其同行是膈肌起搏研究史上的先驱，1968年Judson和Glenn第一次报道植入膈神经起搏器治疗慢性阻塞性肺疾患［10］。1972年Glenn首次报道呼吸起搏器植入治疗四肢瘫患者的通气功能障碍［11］。1985年Glenn在77例患者身上实施了膈肌起搏器技术［12］，其中，63例患者（82%）在1981年前使用膈肌起搏，被追踪随访至少5年，33例患者（52%）应用膈肌起搏器达5～10年，15例患者（24%）应用达到10～16年。自Glenn的研究之后，长时间刺激膈神经起搏膈肌成为通气功能障碍患者呼吸支持的一项有效办法，膈肌起搏技术逐渐成熟。现在全世界已有上万例患者靠体内膈肌起搏器提供了部分或完全的通气支持［13］。但此项技术开展仍以欧洲、美国、日韩等发达国家为主。我国目前尚未将此项技术应用于临床。现将膈肌起搏技术相关研究综述如下。

1 膈肌与膈神经

膈肌位于胸腔和腹腔之间，为向上膨隆呈穹窿形的扁薄阔肌，是主要的呼吸肌，提供了60%～70%的吸气功能。膈肌属于骨骼肌，按照肌原纤维ATP酶反应、肌收缩性和肌肉的氧化酶、磷酸化酶含量等特性，把骨骼肌纤维分为慢缩强氧化型（slow，high oxidative activity，SO）、快缩强氧化酵解型（fast，high oxidative and glycolytic activity，FOG）和快缩强酵解型（fast，high glycolitic activity，FG）3种类型。另外，从肌耐力角度可将其分为不易疲劳（抗疲劳的SO、FOG为Ⅰ型）和易疲劳（FG为Ⅱ型）两种类型肌纤维。Glenn等曾经报道，经长期电刺激，膈肌肌肉的快肌纤维和慢肌纤维数量将发生变化，并且可以增加膈肌的血液供应［14］。

膈肌的功能状况除取决于本身肌力与耐力外，还取决于支配膈肌的神经功能。有研究表明，呼吸节律基本中枢位于延髓，呼吸调整中枢位于脑桥上部［15］。分布于延髓的呼吸神经元（主要是吸气神经元）发出轴突下行投射到脊髓颈段，支配膈肌兴奋时吸气。膈神经元的神经元胞体位于C3～C5脊髓前角，神经元胞体发出的轴突经C3～C5脊神经前根在前斜角肌外侧缘上份形成主干，沿前斜角肌表面下行，在锁骨下动、静脉间进入胸廓终止于膈肌［16］。

2 膈肌起搏技术

2.1 基本概念

膈肌起搏（diaphragm pacing，DP），也称膈神经起搏（phrenic nerve pacing，PNP）、电动膈式呼吸等（electrophrenic respiration，EPR）［17］。其基本工作原理是通过电脉冲刺激膈神经，从而引发膈肌的收缩，来模拟人体生理模式的呼吸运动［18-19］。根据电极安放位置不同，可分为植入式膈肌起搏器（implanted diaphragm pacer，IDP）和体外式膈肌起搏器（external diaphragm pacer，EDP）两种。

IDP的基本工作原理是经体外的发射器、天线及埋置于体内的接收器和电极传送电流至膈神经，刺激膈肌收缩。IDP为各种长期慢性呼吸功能障碍的患者提供了有效的呼吸支持。与长期使用呼吸机进行机械通气相比，IDP可扩大患者的活动范围，改善患者的发音，减少肺部感染等相关并发症，降低相关医疗花费，改善患者的心理状态，具有很多优点［20］。EDP的工作原理是将起搏电极粘贴在颈部距膈神经最表浅部位的皮肤上进行刺激起搏，现多用于周围性面瘫、顽固性呃逆、促进排痰等领域，或为慢性阻塞性肺气肿、呼吸衰竭的患者提供短期的辅助通气治疗。相比于IDP，EDP操作简便、无创伤。但因其电极贴附于体表，难以精确定位，起搏射电能量、参数范围以及效果差异性均较大，且易引起膈肌疲劳，同时亦刺激颈丛、臂丛神经及局部区域性肌群，干扰通气治疗的实际效果。由于刺激强度较大，往往给患者造成较大不适［21］。由于本文讨论膈肌起搏术对于颈髓损伤患者的临床应用，故重点讨论IDP。

2.2 IDP的适应症

行IDP的基本条件是胸廓、膈神经、膈肌和肺的结构或功能完全正常或接近正常。IDP的主要适应症：①高位颈段脊髓损伤所致通气功能障碍；②中枢性肺泡换气不足伴有中枢呼吸暂停；③少数的慢性阻塞性肺疾病；④四肢瘫伴有通气功能不全［22-23］。在四肢瘫患者中膈神经起搏的适应症为［24］：①呼吸肌麻痹，需要人工呼吸维持1个月以上；②膈神经功能正常；③脑功能正常。

详细说来，并不是所有的高位颈髓损伤患者都适合实施IDP。如前所述，膈神经核主要位于C4前柱中央，膈神经的运动神经元胞体主要位于C3～C5脊髓前角。①若损伤发生在C3水平以上，延髓呼吸中枢至脊髓吸气运动神经元的传出通路中断，无法支配膈神经引发膈肌的运动，此时需要立刻进行呼吸机通气支持，以维持生命。若损伤平面以下膈神经及肌肉结构完整，则为实施膈神经电刺激提供了基本前提。但是，若损伤平面以下膈神经的结构及膈肌的结构破坏，则不适宜做膈神经电刺激。②C3～C5水平的损伤，任何一个神经根受损，都将影响膈神经本身，从而影响起搏效果［25］。③对于C5水平以下受损的患者，膈神经具有完整的结构和功能，患者能够独立呼吸，故不需实施膈肌起搏术。

2.3 膈神经及膈肌的功能评价

由于膈神经及膈肌的结构及功能是否完整，是实施IDP的基本前提，故在术前需要对其进行详细评价。

Shaw［26］、MacLean［27］等介绍了膈肌功能评估的方法。①通过测定神经传导时间评估膈神经功能：在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的后缘，在腋前线上第7到第9肋间隙的位置放置表面电极，来检测膈肌的肌电图（electromyography，EMG）。从实施电刺激到出现肌肉复合动作电位之间的时间即是神经传导时间。一般正常成人的神经传导时间范围为7.5～9 ms［28］。然而，在成人，成功的起搏膈肌会有传导时间轻度延长到14 ms的现象［29］。不能诱发EMG或者未出现任何膈肌收缩反应者，表明膈神经有广泛损害，不宜进行膈肌起搏。由于使用机械通气的患者会有不同程度的膈肌萎缩，故而肌肉复合动作电位（compound muscle action potential，CMAP）的幅度会降低。所以，膈肌CMAP幅度作为评估指标较不可靠，而神经传导时间相对而言是比较可靠的。②X线透视检查。在进行膈神经电刺激时，通过X线透视，直接测量膈肌的下降程度来评价膈肌功能［26］。正常情况下，若膈神经及膈肌的功能正常，膈肌下降幅度应超过5 cm，若经观察膈肌下降大于5 cm，则说明起搏成功率较高。③测量膈神经电刺激时的“跨膈压”。所谓跨膈压是指吸气末腹内压与胸内压的差值。此测试需要通过食道放入球囊导尿管到胃部，分别用无创的食管压来近似代替胸内压，用胃内压来代替腹内压，计算出跨膈压的基本数值。单侧膈神经刺激通常会测得约10 cmH2O柱的“跨膈压”［30］。

2.4 膈肌起搏器类型及植入方式

2.4.1 膈肌起搏器类型

IDP属植入式神经假体（neural prosthesis）的一种。由体内植入部分（电极、导线、皮下接收-刺激器）和体外控制部分（控制盒、发射器）组成。体内部分不带电源，体外部分通过电磁感应为体内装置提供参数指令和电能［31］。目前应用最广泛的呼吸起搏器系统主要有三类，每一类型的起搏器价格大约为2万美元。

2.4.1.1 美国Avery公司生产

本系统由Glenn及其同行于1960年研制而成，应用最为广泛。有单、双极两类电极，电极易于植入。但接收器一般用1.5～5年不等。经过改良，目前临床应用的主要为便携式（美国Avery公司及加拿大Synaps Biomedical Inc公司NeuRx DPSTM型）。其基本工作原理为，经发射器天线发送无线电信号，由位于皮下的接收器所接收，再将信号转变为脉冲电流，通过导线输送到膈神经电极，刺激膈神经，引起膈肌的收缩，当电信号间隔中断时膈肌舒张，反复循环即构成近似生理模式的呼吸运动。

2.4.1.2 澳大利亚Atrotech公司生产

本系统始用于1980年，为四级电极。每一组分电极大约激活膈神经的四分之一纤维，因此减少了每一个轴突刺激频率，相应即减少了肌肉的疲劳。

2.4.1.3 芬兰Medimplant公司生产

本系统首次用于患者治疗是在1984年。植入电极需要显微外科技术，电极可以获得16种刺激方式，但每次吸气时电极所起功能与Avery双极电极相似［32］。

一般说来，单极电极（monopolar electrode）的优点明显，适合大多数患者，使用较多，但对已安装有心脏起搏器的患者，只能选用双极电极（bipolar electrode），防止电流之间相互干扰。目前，使用美国Avery系统案例较多。

2.4.2 膈肌起搏器植入方式

膈神经电刺激起搏膈肌技术的基本手术方式如下。

2.4.2.1 颈部入路

颈部入路是Glenn［14］等早期采用的手术方法。沿自斜角肌三角作2 cm皮肤切口，向侧方牵引斜角肌脂肪垫，可以找到通过前斜角肌深面的膈神经。将单极电极通过膈神经下面，并且3-0丝线缝合固定于斜角肌上。导程通过锁骨隧道，锁骨下切口通常位于锁骨中线处锁骨下方2 cm，连接到发射接收器单位和阳极地电极上。

2.4.2.2 胸部入路

胸部入路是在Glenn所创立的术式基础上逐步改良而成，由Shaul等［33］于2002年提出并应用。在第二肋间隙或在第二肋上作5～7 cm的皮肤横切口。切口可以向下延伸，切除第二肋软骨，进入胸腔，用较小的儿科牵引器置于切口处。用2-0丝线牵引缝合膈束，固定在胸骨边缘深面1 cm处的组织上。右侧植入电极的理想部位是上腔静脉与右心房交界处的膈神经；左侧的最佳植入部位是在主动脉弓水平。一旦双侧膈神经被确认，即沿每侧膈神经旁作两个平行的切口。每一膈神经束由动脉、静脉和神经组成。用右侧弯的Gemini钳，轻轻抬起膈神经束，用0丝线放置在膈神经束下方作结扎用。将U形电极置于膈神经束下，保证整个神经束位于U形弯内。用3-0丝线将电极结扎固定在心包上面。大约需用5 cm2的区域植入射频接收单位。将导线经前胸引出，与皮下接收器接通［34］。

颈部入路存在如下缺点：①膈神经在颈部常形成神经根丛，为颈丛的一部分，刺激电极往往只能兴奋部分膈神经，限制了最大通气效应，故效果不佳；②膈神经在颈部常邻近臂丛，臂丛常受到电流脉冲的刺激；③颈部运动易导致电极错位。此外，颈部入路术往往遗漏对副膈神经的刺激。由于副膈神经多数在进入胸腔后才加入膈神经主干，因此颈部电极常遗漏对副膈神经的刺激，而经胸安放电极则能将副膈神经包含在内，这在C3～C5颈髓节段有部分损害的患者更为重要。鉴于上述种种不利因素，颈部入路通常较少采用。

2.4.2.3 膈肌内电极植入膈肌起搏术

传统方式多经胸行电极植入，由于胸部入路手术创伤大，术后恢复时间较长，且术中有可能导致膈神经损伤，手术瘢痕收缩也可压迫膈神经。故有人尝试直接将电极植入膈肌内对膈肌进行起搏，这样可以避免对膈神经干的损伤。Son等研究指出，膈肌内植入电极行膈肌起搏的机制是刺激了膈神经在肌肉内的细小分支［35］，故与膈神经电刺激术一样，必须对膈神经功能进行评估。Nochomovitz等通过动物实验证实膈肌内电极起搏与直接刺激膈神经起搏膈肌具有相似效果［36］。Peterson等进行了长期的动物研究发现，合理放置电极，肌内膈肌刺激可以发挥可信赖的全日通气支持而不引起组织损伤［37-38］。Dimarco等对1例四肢瘫患者进行电极植入膈肌起搏的手术，研究指出该患者实现了完全自主通气［39］。

膈肌内电极植入的途径如下。①腹腔镜：腹腔镜手术创伤小，可以缩短术后恢复时间，降低医疗费用。基本方法是通过腹腔镜对膈肌10个不同部位进行刺激，以膈肌的收缩状态确定4个最佳运动反应点，先后置入4个电极，并将其由电缆连接于四通道的电脉冲发射器。对于脊髓损伤的患者，膈肌起搏系统需提供高于基础需求15%的潮气量［40］。Dimarco等报道对5例创伤致高位颈脊髓损伤需要长期机械通气支持的患者成功实施了腹腔镜下膈肌起搏术［41］，5例均为男性，病程1～8年，双侧膈神经完好。入选时病情平稳，均无严重的肺、心血管和脑部疾病，可脱离呼吸机至少20 min，但无法忍受脱机时间长于1～2 h。其中1例因膈肌去神经萎缩严重，膈肌厚度明显小于另4例，起搏效果较差，其余4例中3例可以脱离呼吸机实现完全自主通气，另1例每天自主通气时间也达到20 h。②另有学者提出自然腔道内镜手术途径［42］。但尚处在动物实验研究阶段。

3 膈神经功能重建

对于那些通过评估证实膈神经功能受损的患者，单纯行膈神经刺激效果不佳，故有学者尝试用其他方法重建膈神经功能后，再行膈肌起搏术。Krieger等尝试将肋间神经与膈神经端吻合后，在吻合端以远的膈神经处，植入膈肌起搏器，结果显示，在实施手术的6例患者中，2例完全脱离呼吸机仅靠膈神经起搏器维持呼吸；1例患者刚进入膈神经起搏计划阶段；1例可以进行膈神经起搏的患者由于消极的心理状态，转而继续应用呼吸机治疗；1例患者在术后8个月时死亡，此前膈肌已经能对起搏器做出反应［43］。周许辉等尝试将大鼠的副神经近侧断端与膈神经的远侧断端吻合，实验显示手术神经吻合组与膈神经干切断原位吻合组相比，各时间点膈肌位移及最大强直收缩张力存在统计学差异（P＜0.01）［44］，说明副神经移位膈神经能有效地恢复高位颈髓损伤大鼠的膈神经功能，但尚处在动物实验阶段，未进行临床实践。由于肋间神经、副神经作为运动神经不具有节律性支配膈肌非随意运动的功能，温竣翔等研究迷走神经移位膈神经重建膈肌功能的可行性，由于迷走神经作为内脏副交感神经本身就具有自主控制心肌及胃肠平滑肌的功能［45］，研究指出，迷走神经和膈神经的解剖相近，放电节律、电位幅度基本一致，内脏副交感（迷走）神经长入躯体运动神经（膈神经）并产生冲动作用于运动神经支配的器官存在可能。因此，迷走神经移位膈神经重建高位颈髓损伤患者的膈神经功能理论上可行。也有学者尝试将单侧喉返神经移位至膈神经。Gauthier将喉返神经神经移位术后的大鼠膈肌功能做了系列研究，证实通过移位术后，膈肌功能良好，能有效恢复大鼠呼吸功能［46］。

这些研究都为膈神经功能受损患者的呼吸功能重建带来新的希望。

4 膈肌起搏技术研究新进展

近年来，关于膈肌起搏术的研究仍在继续。Khong等介绍了在澳大利亚使用膈神经刺激的19例患者的经验［47］。这些患者中，14例是四肢瘫，1例是先天性中央肺泡换气不足综合征，1例是脑干脑炎，其余3例患者信息不明确。目前，已经有11例患者植入膈神经刺激起搏器，持续起搏时间1～21年（平均13年）。8例患者进行了修正手术。4例患者由原来的I-107系统（平均使用寿命为3～5年）替换为目前的I-110系统，后者预期为患者终生提供电力。3例患者由于机械故障而进行了修正手术，其余患者信息不完整。研究显示，膈神经电刺激可以代替呼吸机给予患者长期不间断的呼吸支持。

Le Pimpec-Barthes等选取了1997年～2007年间的20例患者作为膈肌起搏的候选者，这些患者（19例为创伤后四肢瘫痪，1例为先天性中央通气综合征）均需要进行全日呼吸机支持通气［48］。这些患者行“经胸廓双侧膈神经起搏术”，植入后2周内开始所有的患者均进行参数调整并一直持续到撤除呼吸机为止。

所有案例膈神经起搏均显示成功，没有观察到术中并发症或围手术期死亡率。19例患者术中测试刺激阈（0.05～2.9 mA），18例患者脱离呼吸机。膈肌参数调整时间中位数为6周（2周～11个月）。至该作者发文时，1例年轻女性仍在调试过程中，另1例有4年病史的四肢瘫老年妇女仍未获得准确参数。所有脱离机械通气的患者均报告有生活质量的改善。研究指出，经胸廓植入电极进行膈神经刺激是安全的，能否摆脱呼吸机与膈肌的萎缩程度密切相关，起搏失败或者延迟恢复有效膈肌收缩的患者是由于不可逆的膈肌萎缩。作者指出，在患者神经病学和骨外科学体征稳定的时候，膈神经刺激应尽快进行，这对于能够成功摆脱呼吸机是重要的预后因子。

Tedde等对5例高位颈髓损伤患者（损伤层面在C4或更高水平）实施了经腹腔镜膈肌内电极植入膈肌起搏术，术后3例患者可以单独使用膈肌起搏器维持呼吸超过24 h，1例患者可以维持呼吸超过6 h，另外1例不能单独使用膈肌起搏器维持呼吸［49］。研究指出，虽然得出明确结论还需长期随访，但至少短时间内，大多数患者可以依靠膈肌起搏器维持自由呼吸很长一段时间，效果明显。

2014年，Posluszny等研究了29例患者，平均年龄为31岁（17～65岁），其中只有2例女性。损伤机制包括机动车碰撞（7例）、潜水（6例）、枪伤（4例）、坠落（4例）、运动伤害（3例）、自行车碰撞（2例）、重物落在脊柱上（2例）和摩托车碰撞（1例），从受伤到手术的平均时间是40 d（3～112 d），对这些患者实施经腹腔镜膈肌内电极植入膈肌起搏术［50］。其中，7例（24%）患者因存在膈神经损伤和膈运动神经元损伤而没有进行植入。72%（16/ 22）患者经平均10.2 d后完全自由摆脱呼吸机；剩下的6例患者，有2例延迟到180 d才撤除呼吸机，3例部分脱离呼吸机，白天间断性应用膈肌起搏。另1例患者，成功移植后，随后到了长期急症护理医院并且随后延长生命装置被撤掉。8例（36%）完全恢复呼吸，膈肌起搏电线被移除。研究指出，早期经腹腔镜植入膈肌起搏器可以成功地使外伤性脊髓损伤患者摆脱呼吸机，且为患者恢复自主呼吸搭建了桥梁。早期腹腔镜植入电极对膈肌功能的描记也可以作为膈肌是否适宜进行起搏的可靠证据，对于不适合起搏的患者，应早期进行呼吸机支持通气。

可以看出，近几年体内膈肌起搏技术取得了较大进展，但仍以欧美等发达国家为主。在亚洲，广大患者并未从中获益。亚洲学者近年来将研究的重心转向了脊髓刺激器和深部脑刺激器进行膈肌起搏的研究。泰国学者Sitthinamsuwan等报道1例28岁C2颈髓损伤女患者，存在慢性中央肺泡通气功能障碍综合征［51］。患者自主呼吸时终末CO2通气量和潮气量均示其肺泡通气不足，故长期家庭使用呼吸机支持呼吸。作者使用治疗慢性疼痛的脊髓刺激器来进行双膈神经刺激，术后随访的29个月期间显示，终末CO2气压、潮气量、自主呼吸时间均有改善。研究证实，对于高位颈髓损伤患者，使用脊髓刺激器行膈神经刺激膈肌起搏是可行且有效的，可以减少患者对于呼吸机支持呼吸的要求。

韩国学者Son等对1例因脊髓硬膜外血肿而压迫C2脊髓水平的62岁女性患者实施了脊髓刺激器刺激膈神经起搏膈肌的手术［35］。术后12个月随访期间，患者由原来的完全依靠呼吸机通气改为每天可以脱离呼吸机自由活动3 h。研究指出，对于完全性四肢瘫完全依赖呼吸机的患者，使用脊髓刺激器进行单侧膈神经刺激起搏来改善通气可行。对于中央肺通气不足综合征，脊髓刺激器行膈肌起搏可行且有效。Son研究还指出，在大多数亚洲国家，由于没有Avery系统这种设备，学者们正积极研究用脊髓刺激器和脑刺激器来作为替代方法。事实上，脊髓刺激器和脑刺激器的应用可行性已经被报道［52］。Taira等对4例慢性肺换气不足的患者使用脊髓刺激器或深部脑刺激器实施膈神经刺激起搏膈肌，并获得成功［53］。他们证实了对于脑干损伤而致中枢性呼吸暂停而完全依靠呼吸机的患者，使用单侧（右侧）膈神经刺激有效且安全。Taira另外报道2例颈髓损伤患者应用脊髓刺激器的病例［52，54］。1例是C1～C2水平的枪击伤，另1例是寰枢椎脱臼手术后的并发症所导致的呼吸暂停。研究均证实了脊髓刺激器行膈肌起搏对于中枢性肺换气不足综合征的有效性。

5 存在问题与展望

自提出电刺激可以引起膈肌收缩至今已有200多年的历史，自1948年Sarnoff将该技术应用于临床也已有60多年历史。经过动物实验、临床实践的研究和探索，膈肌起搏技术一直在不断的发展当中，有了一些成功的经验，但仍不完善。下一步的方向是探索更能减少膈神经损伤，缩短术后恢复时间，进一步提高患者生活质量的好方法。如何拓展此项技术的适用范围，加强围手术期管理以提高成功率，如何降低此项技术的费用以惠及更多的患者等，仍是我们需要进一步要解决的问题。

综上研究所述，膈肌起搏技术与呼吸机支持通气相比具有增强患者的移动性、不影响患者说话发音、降低护理费用、减少感染等并发症发生率等优点，对脊髓损伤等存在通气功能障碍的患者安全有效。对于经腹腔镜膈肌内电极植入膈肌起搏术，由于目前开展例数较少，因而值得我们进一步研究和探讨。

［1］Pickett GE，Campos-Benitez M，Keller JL.Epidemiology of traumatic spinal cord injury in Canada［J］.Spine，2006，31（1）: 799-805.

［2］李建军，周红俊，洪毅，等.2002年北京市脊髓损伤发病率调查［J］.中国康复理论与实践，2004，10（7）:412-413.

［3］Sekhon LH，Fehlings MG.Epidemiology，demographics，and pathophysiology of acute spinal cord injury［J］.Spine（Phila Pa 1976），2001，26（24）:S2-S12.

［4］Jackson AB，Dijkers M，Devivo MJ，et al.A demographic profile of new traumatic spinal cord injuries：change and stability over 30 years［J］.Arch Phys Med Rehabil，2004，85（11）: 1740-1748.

［5］Kang SW，Shin JC，Park CI，et al.Relationship between inspiratory muscle strength and cough capacity in cervical spinal cord injured patients［J］.Spinal Cord，2006，44（4）:242-248.

［6］韩以杰，李光明，罗大辉.颈髓损伤早期死亡因素探讨（附81例分析）［J］.中国医药导报，2008，5（18）:42-43.

［7］俞森洋.现代呼吸治疗学［M］.北京:科学技术文献出版社，2003:334-345.

［8］Schechter DC.Application of electrotherapy to noncardiac thoracic disorders［J］.Bull N YAcad Med，1970，46（11）:932-951.

［9］Sarnoff SJ，Whittenberger JL，Hardenbergh E.Electrophrenic respiration；mechanism of the inhibition of spontaneous respiration［J］.Am J Physiol，1948，155（2）:203-207.

［10］Judson JP，Glenn WWL.Radio-frequency electrophrenic respiration.Longterm application to a patient with primary hypoventilation［J］.JAMA，1968，203（12）:1033-1037.

［11］Glenn WWL，Holcomb WG，McLaughlin AJ，et al.Total ventilatory support in a quadriplegic patient with radiofrequency electrophrenic respiration［J］.N Engl J Med，1972，286（10）: 513-516.

［12］Glenn WWL，Phelps ML.Diaphragm pacing by electrical stimulation of the phrenic nerve［J］.Neurosurgery，1985，17 （6）:974-984.

［13］吴妮，朱曦.膈肌起搏的研究进展［J］.中国微创外科杂志，2008，14（7）:664-666.

［14］Glenn WWL，Hogan JF，Phelps ML.Ventilatory support of the quadriplegic patientwith respiratory paralysis by diaphragm pacing ［J］.Surg Clin North Am，1980，60（5）: 1055-1078.

［15］丁乐杰.呼吸中枢与呼吸调节［J］.中华结结核和呼吸杂志，2000，23（9）:527-530.

［16］王策，史升，袁文.高位颈髓损伤后膈肌呼吸功能障碍治疗的研究进展［J］.脊柱外科杂志，2010，8（4）:245-249.

［17］Glenn WWL，Phelps ML.Tewenty years of experience in phrenic nerve stimulate on to pace the diaphragm［J］.Pace，1986，9（6）:780-784.

［18］Glenn WWL，Hageman JH，MauralA，et al.Electrical stimulation of excitable tissue by radio frequency transmission［J］. Ann Surg，1964，160（3）:338-350.

［19］Glenn WWL，Brouillette RT，Dentz B，et al.Fundamental considerations in pacing of the diaphragm for chronic ventilator insufficiency:a multi-center study（partⅡ）［J］.Pacing Clin Electrophysiol，1988，11（2）:2121-2127.

［20］Dimarco AF.Restoration of respiratory muscle function following spinal cord injury.Review of electrical and magnetic stimulation techniques［J］.Respir Physiol Neurobiol，2005，147 （2-3）:273-287.

［21］李永勤，王胜军，蔡瑞君，等.自主式植入膈肌起搏器的实验研究［J］.中国医疗器械杂志，2004，28（1）:16-18，22.

［22］Elefteriades JA，Quin JA，Hogan JF，et al.Long-term follow-up of pacing of the conditioned diaphragm in quadriplegia［J］.Pacing Clin Electrophysiol，2002，25（6）:897-906.

［23］Zimmer MB，Nantwi K，Goshgarian HG.Effect of spinal cord injury on the respiratory system:basic research an current clinical treatment options［J］.Spinal Cord Med，2007，30（4）: 319-330.

［24］Miller JI，Farmer JA，Stuart W，et al.Phrenic nerve pacing of the quadriplegic patient［J］.J Thorac Cardiovasc Surg，1990，99 （1）:35-39，discussion 39-40.

［25］Elefteriades JA，Quin JA.Diaphragm pacing［J］.Chest Surg Clin NAm，1998，8（2）:331-357.

［26］Shaw RK，Glenn WWL，Hogan JF，et al.Electrophysiological evaluation of phrenic nerve function in candidates for diaphragm pacing［J］.J Neurosurg，1980，53（3）:345-354.

［27］MacLean IC，Mattioni TA.Phrenic nerve conduction studies: a new technique and its application in quadriplegic patients［J］. Arch Phys Med Rehabil，1981，62（2）:70-73.

［28］McKenzie DK，Gandevia SC.Phrenic nerve conduction times and twitch pressures of the human diaphragm［J］.Appl Physiol，1985，58（5）:1496-1504.

［29］Glenn WWL，Sairenji H.Diaphragm pacing in the treatment of chronic ventilatory insufficiency［M］.The Thorax:Lung Biology in Health and Disease，1985:1407-1440.

［30］Mier A，Brophy C，Moxham J，et al.Twitch pressures in the assessment of diaphragm weakness［J］.Thorax，1989，44（12）: 990-996.

［31］Prochazka A，Mushahwar VK，McCreery DB.Neural prostheses［J］.J Physiol，2001，533（1）:99-109.

［32］Thoma H，Gerner H，Holle J，et al.The phrenic pacemaker. Substitution of paralyzed functions in tetraplegia［J］.ASAIO Trans，1987，33（3）:472-479.

［33］Shaul DB，Danielson PD，McComb JG，et al.Thoracoscopic placement of phrenic nerve electrodes for diaphragm pacing in children［J］.Ped Surg，2002，37（7）:974-978.

［34］王贵怀，王忠诚.膈肌起搏术及其在神经外科中的应用［J］.中华神经外科杂志，1997，13（4）:240-242.

［35］Son BC，Kim DR，Kim IS，et al.Phrenic nerve stimulation for diaphragm pacing in a quadriplegic patient［J］.Korean Neurosurg Soc，2013，54（4）:359-362.

［36］Nochomovitz ML，Dimarco AF，Mortimer JT，et al.Diaphragm activation with intramuscular stimulation in dogs［J］. Am Rev Respir Dis，1983，127（3）:325-329.

［37］Peterson DK，Nochomovitz ML，Stellato TA，et al.Long-term intramuscular electrical activation of phrenic nerve:safety and reliability ［J］.IEEE TransBiomed Eng，1994，41（12）: 1115-1126.

［38］Peterson DK，Nochomovitz ML，Stellato TA，et al.Long-term intramuscular electrical activation of the phrenic nerve:efficacy as a ventilatory prosthesis［J］.IEEE Trans Biomed Eng，1994，41（12）:1127-1135.

［39］Dimarco AF，Onders RP，Kowalski KE，et al.Phrenic nerve pacing in a tetraplegic patient via intramuscular diaphragm electrodes［J］.Am J Respir Crit Care Med，2002，166（12 pt 1）: 1604-1606.

［40］Mithilesh KD.Modern Pacemaker-Present and Future［M］.Rijeka:In Tech，2011:453-470.

［41］Dimarco AF，Onders RP，Ignangi A，et al.Phrenic nerve pacing via intramuscular diaphragm electrodes in tetraplegic subjects［J］.Chest，2005，127（2）:671-678.

［42］Kalloo AN，Singh VK，Jagannath SB，et al.Flexible transgastric peritoneoscopy:A novel approach to diagnostic and therapeutic interventions in the peritoneal cavity［J］.Gastrointest Endosc，2004，60（1）:114-117.

［43］Krieger LM，Krieger AJ.The intercostal to phrenic nerve transfer:an effective means of reanimating the diaphragm in patients with high cervical spine injury［J］.Plast Reconstr Surg，2000，105（4）:1255-1261.

［44］周许辉，贾连顺，李家顺，等.副神经移位恢复高位颈髓横断伤大鼠膈肌运动功能的初步研究［J］.中国矫形外科杂志，2003，11（5）:325-327.

［45］温竣翔，李昕，李立钧，等.迷走神经移位膈神经重建膈肌功能的可行性［J］.脊柱外科杂志，2010，8（1）:56-58.

［46］Gauthier P，Baussart B，Stamegna JC，et al.Diaphragm recovery by laryngeal innervation after bilateral phrenicotomy or complete C2 spinal section in rats［J］.Neurobiol Dis，2006，24 （1）:53-66.

［47］Khong P，Lazzaro A，Mobbs R.Phrenic nerve stimulation:the Australian experience［J］.Clin Neurosci，2010，17（2）:205-208. ［48］Le Pimpec-Barthes F，Gonzalez-Bermejo J，Hubsch JP，et al. Intrathoracic phrenic pacing:a 10-yearexperience in France［J］.Thorac Cardiovasc Surg，2011，142（2）:378-383.

［49］Tedde ML，Onders RP，Teixeira MJ，et al.Electric ventilation: indications for and technical aspects of diaphragm pacing stimulation surgical implantation［J］.Bras Pneumol，2012，38（5）: 566-572.

［50］Posluszny JA Jr，Onders R，Kerwin AJ，et al.Multicenter review of diaphragm pacing in spinal cord injury:successful not only in weaning from ventilators but also in bridging to independent respiration［J］.J Trauma Acute Care Surg，2014，76 （2）:303-309.

［51］Sitthinamsuwan B，Nunta-aree S.Phrenic nerve stimulation for diaphragmatic pacing in a patient with high cervical spinal cord injury［J］.MedAssoc Thai，2009，92（12）:1691-1695.

［52］Taira T，Takeda N，Itoh K，et al.Phrenic nerve stimulation for diaphragm pacing with a spinal cord stimulator:technical note［J］.Surg Neurol，2003，59（2）:128-132.

［53］Taira T，Hori T.Diaphragm pacing with a spinal cord stimulator:current state and future directions［J］.Acta Neurochir Suppl，2007，97（Pt 1）:289-292.

［54］Mitsuyama T，Taira T，Takeda N，et al.Diaphragm pacing with the spinal cord stimulator［J］.Acta Neurochir Suppl，2003，87:89-92.

Application of Diaphragm Pacing Technology in Respiratory Function Reconstruction in Patients with Cervical Spinal Cord Injury （review）

CHEN Rui，LI Jian-jun，MENG Xian-guo.Shandong Medical College，Jinan，Shandong 250002，China

The incidence of spinal cord injury is becoming higher and higher，of which more than half are cervical spinal injury.The main cause of death in high cervical spinal injury is respiratory function failure.The patients who survived must rely on ventilators to sustain life.In view of the shortcomings of ventilators，many researchers tried to use diaphragm pacing technology instead of ventilator to reconstruct the function of respiratory.This article introduced the application of diaphragm pacing technology in patients with cervical spinal injury.

spinal cord injury；function reconstruction；respiratory system；diaphragm pacing；phrenic nerve pacing；neural prosthesis；review

R651.2

A

1006-9771（2015）02-0157-06

2014-07-14

2014-09-01）

10.3969/j.issn.1006-9771.2015.02.008

1.山东医学高等专科学校康复医学教研室，山东济南市250002；2.中国康复研究中心，北京市100068。作者简介：陈睿（1979-），女，汉族，山东利津县人，硕士，讲师，主要研究方向：脊髓损伤。