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危重症患者呼吸肌神经肌肉电刺激的获益与应用

张立明 重庆市人民医院RICU 发布于2024-10-31 浏览 628 收藏

作者:张立明

单位:重庆市人民医院RICU
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一、概述


自然吸气是一种负压通气,但在一些疾病状态下,患者需要通过呼吸机进行正压通气,然而正压通气往往会带来一些不良影响,例如:驱动压升高会导致肺的应力和应变的改变,引起肺损伤;正压通气对循环也会产生一定程度的影响—减少了回心血量,降低了左室射血分数;此外,长期机械通气也会引起膈肌废用性萎缩。从生理学角度来看,负压通气可以减轻正压通气的不利影响。膈肌神经电刺激能够增加膈肌活动,从而限制了膈肌萎缩,并且有助于通气。机械通气+神经肌肉电刺激可以引起膈肌收缩和下移,进而减少机械通气带来的不良反应,是一种很有前景的临床治疗策略。
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图源:Am J Respir Crit Care Med, 2023 May 15; 207(10):1275-1282.
呼吸肌分为吸气肌和呼气肌。膈肌是主要的吸气肌,其他还包括肋间外肌、斜角肌、胸锁乳突肌、前锯肌、胸大肌等;呼气肌主要包括腹肌(腹外斜肌、腹直肌、腹内斜肌、腹横肌)以及肋间内肌、斜角肌、斜方肌。

膈肌是位于胸腔与腹腔之间的肌肉-纤维结构,其周围为肌腹,中央为腱膜,又被译为横膈,受C3~C5支配;主要由抗疲劳的慢肌Ⅰ型和快肌Ⅱa型肌纤维组成,是机体重要的呼吸肌,占所有呼吸肌功能的60%~80%。膈肌是最主要的吸气肌,其每移动1 cm,肺容量增加约350 ml;占静息呼吸的75%~80%,但耗氧量占比<20%。因此,膈肌是动力源。然而,膈肌也容易萎缩,其发生废用性萎缩的速度是其他骨骼肌的8倍。从ICU机械通气开始,膈肌便开始萎缩。在之后的18~69 h,50%的膈肌肌肉纤维被分解,膈肌厚度变为原来一半,可引起机械通气相关性膈肌功能障碍。

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二、膈肌神经电刺激对呼吸的影响


2024年Sci Rep杂志发表了一项经皮膈神经电刺激与机械通气在幼年猪中的研究,幼年猪予全麻、镇静镇痛、机械通气,并在超声引导下于颈部放入两个电极进行刺激。下图橙色背景为压力控制呼吸机模式下的波形曲线,可以发现,在与之相对应的超声图像中,膈肌没有任何收缩。白色背景是进行膈神经电刺激的波形曲线,其潮气量与机控相比无明显差异,但其对应的超声图像中,膈肌收缩非常明显,由安静状态下的5 mm增加到11 mm。这一结果提示我们,膈神经电刺激可以引起膈肌收缩,并且电刺激膈肌引起的呼吸更接近自然呼吸。该研究利用电阻抗断层成像(EIT)来判定通气效果,结果提示:膈神经电刺激的通气效果更好,而机控情况下的通气效果会差一些。
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图源:Sci Rep, 2024, 14(1):10252.

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三、国内外神经肌肉电刺激研究


神经肌肉电刺激是应用低频电流刺激运动神经或肌肉收缩,提高肌肉功能或治疗神经肌肉疾病。1964年,Glenn植入体内膈肌起搏(the implanted of diaphragm pace,IDP)。体内起搏的优势是刺激比较明确,但劣势是损伤较大。1987年,我国谢秉煦教授发明了体外膈肌起搏器(external diaphragm pacer,EDP)。
2016年发表了一项针对肌萎缩侧索硬化(ALS)患者的早期膈肌起搏多中心随机对照试验(RCT)。研究纳入74例ALS患者,60%<FVC<80%,均接受经腹腔镜植入膈肌起搏器,将患者分为真刺激组和假刺激组。结果显示:真刺激组死亡率过高(49%)(任何原因导致的死亡),假刺激组的死亡率为19%。该研究得出结论:早期使用经腹膈肌起搏治疗ASL死亡率更高。分析原因认为手术、电刺激可能加速了病情恶化,导致了如此高的死亡率。
2022年Am J Respir Crit Care Med 杂志发表了一项经静脉临时性膈神经刺激治疗困难脱机患者的多中心RCT, 研究纳入年龄≥18岁, 机械通气时间>96 h且两次STB试验失败或拔管失败48 h再插管的患者。将患者分为对照组(常规呼吸机治疗, 57例)和干预组(通过微创床边手术放置专用中心静脉导管治疗仪TTDN, 55例)。研究发现, 两组患者30 d脱机率和生存率均无统计学差异, 但膈肌厚度变化存在差异。讨论认为, 治疗组的膈肌刺激强度和次数可能没有完全达到标准。尽管研究使用的中心静脉导管治疗仪对困难脱机患者的治疗意义不大, 但也让我们看到了膈肌的一些变化, 为后续研究奠定了基础。
2021年南昌大学第一附属医院开展了一项早期体外膈肌起搏对膈肌功能障碍机械通气患者膈肌增厚分数(DTF)和撤机影响的随机对照研究,纳入72例18~80岁,机械通气时间>48 h的患者。分为治疗组(EDP治疗+常规治疗)和对照组(常规治疗),EDP开始时间:原发疾病控制,PaO2/FiO2≥150 mmHg,PEEP≤5 cmH2O,循环稳定。设置频率40 Hz,起搏次数9次/min,每次治疗30 min,每日1次。结果显示:治疗组与对照组DTF差异均有统计学意义,但两组机械通气天数、ICU住院天数均无统计学意义。两组床旁超声测得的DTF随着时间的延长变得更有意义。
2022年北京朝阳医院开展的一项多中心RCT纳入120例重度慢阻肺患者,年龄40~75岁,FEV1<50%预计值,改良英国医学研究委员会呼吸困难量表(mMRC)评分1~3分。其中治疗组采取吸气+呼气起搏(膈肌+腹肌),对照组仅采取吸气起搏(膈肌)。设置频率为40 Hz,刺激时间为1 s,强度为10~20 mA。结果显示:治疗组6 min步行距离大于对照组,研究组FEV1和FEV1/FVC均有所改善。
2023年Liu等开展了一项针对体外神经肌肉电刺激(多部位刺激)的研究。研究纳入80例预计机械通气>72 h的重度慢阻肺患者,分为治疗组和对照组,治疗组采用呼吸肌刺激(三组电极),如下图所示:a为早期坐于床旁康复;b为肋间神经肌肉电刺激;c为神经肌肉电刺激股四头肌;d为腹直肌神经肌肉电刺激。频率为50 Hz,每次刺激持续30 min;对照组采用常规治疗。结果表明,治疗组的DTF和腹直肌厚度(TRA)均优于对照组,并且治疗组的机械通气天数少于对照组。
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神经肌肉电刺激疗法

图源BMC Pulm Med, 2023 Jul 21; 23(1):272.

神经肌肉电刺激的相对禁忌证包括气胸、活动性肺结核、安装心脏起搏器者。

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四、思考和展望


上述研究让我们看到了膈肌神经电刺激在临床取得的治疗效果,但其中也存在一些问题。2023年Am J Respir Crit Care Med 杂志发表了一篇文章描述了机械通气期间膈肌神经电刺激的历史发展和不断完善的新方法,并调查了潜在的获益机制,并对膈肌神经电刺激的应用提出了一些思考。第一,目前对于膈肌神经电刺激的刺激强度、频率、时间都尚未确定,临床中较难把握,未来的研究需要评估危重患者连续膈肌神经电刺激的耐受性和可行性,以及耐受性与生理作用之间的平衡。第二,膈肌神经电刺激适用病种和适应证的选择:对于机械通气患者而言,膈肌神经电刺激可能有多种适应证。虽然迄今为止的临床研究主要集中在重症康复患者膈肌无力的康复方面,但最有趣的潜在适应证是在优化肺保护性通气的同时防止膈肌萎缩和功能障碍的发展。动物实验表明,膈肌纤维肌肉结构得到了保护,并减轻了呼吸机相关性肺损伤,但未来仍需要在机械通气患者中开展研究。第三,对于ARDS等呼吸危重症患者,膈肌神经电刺激介入的时机如何把握,有学者主张呼吸和循环功能稳定之后再介入,也有学者认为机械通气1~2天后即可介入,但哪种方式的效果更好,目前为止还没有得到RCT研究的验证。第四,体内膈肌神经电刺激能够明确刺激的方向和强度,但具有创伤性,并且花费也较高。目前还没有研究对这两种方式相对较短时间后的膈肌功能进行研究。然而,体外膈肌神经电刺激具有不确定性。神经肌肉电刺激的合理和规范应用,可以获得较好的治疗效果,甚至可能改变机械通气的策略和管理。


   参考文献    

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    作者介绍    

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张立明

重庆市人民医院副主任医师,RICU/MICU医疗组长,中国医师协会呼吸医师分会危重症专业委员会青年委员,重庆市医师协会呼吸医师分会呼吸危重症与呼吸治疗委员会委员。


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