罗晓庆，吴茜，李琴

(重庆医科大学附属第二医院呼吸及急危重症医学科，重庆 400010)

0 引言

我国是世界上老年人口最多的国家，从人口年龄结构转变进程看，2000年底，我国65岁及以上老年人口比重达到 7%，标志着我国正式进入老龄化社会[1]。随着老龄化进程的加快，老年人慢性病患病率也呈现同步增加。据统计，我国哮喘患者发病率已超过4000万[2]，慢性阻塞性肺疾病 (chronic obstructive pulmonary disease, COPD) 患者已超过1亿人，发病率达5%～13%，并呈上升趋势[3]，全球脑卒中患者从1990年到2019年，每年中风和中风导致的死亡人数也呈大幅度增加[4]。相关研究表明，呼吸道慢性疾病、神经系统等引发呼吸衰竭的因素中，除了气道炎症、痉挛、肺泡过度充气和肺组织弹性下降等因素导致气体交换障碍以外，患者还出于保护机体而使呼吸功消耗过大，呼吸肌压力增加造成呼吸肌疲劳，从而导致呼吸泵交换气体的能力下降，最终引起缺氧、呼吸衰竭甚至高碳酸血症等[5]。而膈肌是机体最重要的呼吸肌，膈肌无力会严重影响患者的呼吸功能，特别是吸气做功，此外，还会导致患者排痰能力下降，致使患者发生呼吸衰竭及气管插管患者脱机困难等恶心循环。因此，针对慢性肺疾病患者除了进行药物治疗以外，膈肌功能训练也至关重要，科学有效的膈肌功能锻炼是增强呼吸肌的肌肉力量和耐力的关键，且能进一步提高呼吸肌的功能，延缓呼吸肌疲劳和降低呼吸衰竭的发生率。据此，本文体外膈肌起搏的发展轨迹及新进展进行综述，旨在为临床工作者在选择和应用方面提供参考。

1 膈肌的生理功能及特性

膈肌 (diaphragm) 是一种圆顶形的肌肉纤维结构，位于胸腔与腹腔之间的肌肉-纤维结构，将胸腔和腹腔分开，由三个部分组成，胸骨部起自剑突后面，肋部起自下6对肋骨和肋软骨，腰部以上以左右两个膈角起自L2-L3，各部肌纤维向中央移行于中心腱，其周围为肌腹，中央为腱膜，亦可被称作横膈，是最主要的吸气肌[6]。受意识控制，在气体交换过程中起着至关重要的作用，60%～80%的呼吸肌功能都由膈肌完成。膈肌受神经根C3-C5的双侧膈神经支配，膈神经属于外周混合神经，其轴突从C3～C5脊髓前角发出后沿前斜角肌表面下行于锁骨下动、静脉间进入胸廓终止于膈肌进而支配膈肌运动，其在前斜角肌的前表面、胸锁乳突肌外缘下 1/3 处离皮肤最表浅，因此为体外膈神经刺激的最佳位置。任何干扰膈肌神经支配、收缩肌功能或与胸壁机械耦合的疾病都可能导致横膈膜功能障碍[7]。健康的人群在剧烈运动时可能会出现横膈疲劳，休息后能逐渐恢复，膈肌功能障碍主要与呼吸困难、运动不耐受、睡眠障碍、嗜睡有关。随着年龄的增长，膈肌功能也会逐渐减弱，更为严重的是，诸如慢阻肺之类的肺部疾病会加速膈肌功能衰减的进程，严重者可导致膈肌衰竭，从而引发呼吸衰竭。膈肌功能障碍 (diaphragm dysfunction DD) 是指各种原因造成膈肌收缩功能下降的疾病，包括横膈膜膨出、无力及麻痹[7,8]。膨出是横膈膜变薄引起全部或部分偏侧膈的永久性抬高；无力是肌肉力量的部分丧失，无法产生足够的通气所需的压力；瘫痪意味着完全失去能力。然而，近年来大量的研究表明[9-11]，规律有效的膈肌训练能提高膈肌功能，改善呼吸困难症状及生存质量。因此，充分开发利用膈肌功能具有十分重要的现实意义。

2 体外膈肌起搏临床应用及新进展

体外膈肌起搏器 (external diaphragm pacing, EDP) 是通过脉冲电流发射装置、导线和体表电极构成，其根据一定的射电参数发出脉冲电流经过导线输送到体表电极，经体表刺激膈神经穿行最表浅处(胸锁乳突肌外缘下1/3)使膈肌规律收缩，促进氧气吸入及肺泡二氧化碳排出，从而逐步恢复患者的膈肌功能和提升肺功能[12,13]。膈肌起搏早在1783年，Hufeland建议对窒息的新生儿进行膈肌电刺激，而后续得以发展是到1857年，Von Ziemssen报道了第一次通过膈肌起搏成功复苏一名煤气中毒的病人，此后不久，法国的Duchenne和德国的Remak将膈神经电刺激作为通气功能不全的一种治疗方法，这方法的公认也算是膈肌起搏得以发展和应用的里程碑事件[14]。目前体外膈肌起搏因其操作简便、安全无创等优势而被广泛应用于临床，对于各大系统疾病的临床治疗及病后康复方面都有着积极效用。

2.1 EDP在COPD患者中的应用

COPD是一种以持续气流受限为特征的呼吸系统常见疾病，目前是全球主要的死亡原因，预计未来几年其负担将呈现上升趋势[15]。该疾病主要症状是进行性不完全可逆的气流阻塞，由于受到气道和肺实质炎症的影响，致使肺组织弹性下降，导致气体交换受损。与此同时，相关研究表明，由于COPD患者呼吸肌处于长期负重状态，致使患者的呼吸肌神经驱动力也随之增高，特别在COPD急性加重期，呼吸中枢对膈肌的神经驱动力与稳定期相较呈明显下降的状态，导致膈肌负荷加重，膈肌收缩力明显减低，膈肌的肌纤维萎缩及重塑等[16,17]。针对于COPD这一类的呼吸系统疾病后期出现膈肌功能减退甚至衰竭的患者，国外多项研究结果表明，规律合理的进行EDP能改善膈肌的血液循环，提高膈肌能量，可减轻膈肌疲劳无力和呼吸机紧张，提高膈肌收缩能力，进而提升胸廓容量，使得机体潮气量明显增加，以达到改善肺通气功能的效果[18,19]。COPD患者的肺康复已是当前我国关注和研究的重点领域，而在COPD患者膈肌功能锻炼的时机选择上，相关研究结果显示[20,21]，对COPD稳定期和/或急性期的患者在常规肺康复和传统呼吸训练基础上，尽早增加EDP治疗，这样有助于患者建立有效的呼吸模式，促进膈肌功能恢复，缓解呼吸肌疲劳，从而缩短住院时间，提升患者的日常生活活动能力和生活质量，并且安全性可靠。因此，尽早加强对膈肌功能训练，对COPD患者的肺功能恢复具有重要的临床意义。

2.2 EDP在脑卒中患者中的应用

我国是世界上脑卒中负担最重的国家，一项针对480687名成年人的全国性人口调查结果显示，我国脑卒中患者负担在与过去30年相比有所增加，且农村高于城市，北方和中部地区脑卒中负担最大[22]。然而，脑卒中的高患病率、发病率已成为导致我国居民残疾及死亡的最主要病因。脑卒中患者常出现肺功能低下、肺部感染等并发症，这严重阻碍了患者的康复进程，对预后造成不良影响。Kim M[23]等学者在慢性脑卒中患者膈肌厚度及吸气功能的一项研究中发现，患者脑卒中后，在呼气末和肺总量 (TLC) 时，患侧膈肌明显比健侧更薄，但也低于正常膈肌厚度，并且吸气功能也明显降低。Jo MR[24]等研究发现，最大呼气压和用力肺活量 (FVC) 与咳嗽能力呈显著相关性，其最大呼气压力的相关性最高，因而增强脑卒中患者呼吸肌力量能提升最大吸气压，从而改善患者的咳嗽能力从而促进痰液排出，达到预防和降低肺部感染率的发生。当前，越来越多的人意识到脑卒中患者存在肺功能障碍的问题，脑卒中后肺功能障碍也逐渐得到临床的重视，膈肌起搏治疗在我国也得到快速的发展和应用，大量研究证明[25-27]，对于脑卒中患者进行EDP一方面能改变了膈肌的纤维结构，使膈肌纤维变粗变厚，纤维弹性增强，肌肉耐力提高；另一方面，也能改善肺的通气和换气功能。得益于以上优势，对脑卒中患者早期实施EDP有利于膈肌功能恢复及肺通气功能改善。

2.3 EDP在呃逆患者中的应用

呃逆是指横膈膜和辅助呼吸肌不自主、痉挛性收缩引起，出现延迟和突然的声门关闭，从而产生典型的“打嗝”吸气的一种生理现象，在子宫内就已经存在[28]。通常情况下，健康人群也会发生一过性呃逆，多与饮食有关，特别是饮食过快、过饱，或摄入刺激性过强的饮食或饮料等均可引起呃逆，但一般持续时间段，能自行恢复。然而，若呃逆症状持续48h以上不能缓解的，称之为顽固性呃逆[29]。呃逆的发生是一个神经反射弧，包括传入神经、反射中枢及传出神经。其中传入神经有迷走神经、膈神经；反射中枢包括上段的脊髓、延髓呼吸中枢、下丘脑、脑干网状结构；传出神经为膈神经，效应器为膈肌。通常容易发生单纯收缩，以左侧较为常见，偶有双侧收缩[30,31]。引起顽固性呃逆的因素很多，理论上任何原因引起该反射弧电生理和化学特性变化的因素都可能导致呃逆，如炎症、外伤、肿瘤、缺血等因素对神经的激惹卡压，代谢性因素引起反射弧周围内环境改变等，精神心理因素也可引起呃逆。长期顽固性呃逆不仅给患者带来生理上的痛苦，也严重影响患者的生活质量。呃逆的治疗是多方面的，包括行为疗法、药物治疗及物理治疗。物理疗法EDP在治疗顽固性呃逆中发挥出了积极的效果[32,33]，其主要作用机制是通过产生电脉冲，刺激胸锁乳突肌外缘的膈神经，使膈肌异常兴奋和收缩的反射弧受到干扰，进而规复膈肌的正常节律，达到治疗效果及目的。然而，目前在EDP治疗呃逆时其治疗周期时长及疾病预后发展的追踪研究较少，尚可进一步深入研究，但并不妨碍其目前的临床应用。

2.4 EDP在其他患者中的应用

EDP除了以上的治疗外，该方法在协作治疗其他疾病过程中也愈发显示出了重要作用。

Hazenberg A[34,35]等学者研究表明，对于长期使用呼吸机或患有先天性中枢性低通气综合征的患者，有条件者可进行膈肌起搏植入或EDP，该方法有助于增加患者呼吸肌的肌肉力量及肺通气换气功能，甚至缩短呼吸机使用时间。梁致如[36]等将EDP用于预防老年腹部手术术后肺部并发症 (postoperative pulmonary complications, PPCs) 的研究结果证实了EDP能够减缓患者术后肺功能下降幅度，改善氧合，促进术后痰液排出，从而可能降低PPCs的发生率。此外，EDP在慢性心衰[37]、慢性肺源性心脏病[38]、慢性便秘[39]等疾病的辅助治疗中也起到了积极的促进作用。然而，Gonzalez-Bermejo J[40]等的一项随机对照实验中研究结果显示，对于肌萎缩侧索硬化症 (ALS)患者在呼吸系统受累阶段，膈肌起搏不会减少无创通气时间，反而有增加其他额外风险的可能性，因此，不建议ALS患者进行早期膈肌起搏。

3 小结与展望

EDP作为一种新型的膈肌训练方法，较传统的膈肌训练方法如缩唇呼吸、腹式呼吸训练器等相比，传统训练方法不能针对性的刺激膈肌，而且呈现主动性，需要患者自主配合，这相对于重症患者而言往往开展难度大，配合度差。据此，EDP作为一种被动式膈肌锻炼方法，通过低频电脉冲来刺激膈神经引起膈肌持续而有规律地收缩，构成类似生理模式的呼吸运动，因操作简单，安全无创，耐受好等优势而被广泛运用于临床。然而，EDP在治疗时间和周期上仍存在不确定性，对部分疾病在出院后缺乏跟踪和随访，后续恢复或恶化情况缺乏深入研究。此外，有研究报道在治疗期间有出现心率、血压不同程度下降等情况，并且其效果会受到些许因素的干扰，譬如周围肌肉和皮下脂肪厚度会对EDP造成影响，使得在个体及研究间的数据缺乏可比性。尽管其优势较多，但对于其存在的不足期待有更多的研究进一步来探索此方法的有效性以及长期巩固疗效果。