植入式膈肌起搏在颈脊髓损伤中的应用

孙天添，郭丽云，戴甜甜，李强，徐硕，陈娅茹

(1.长治医学院，山西 长治 046000；2长治医学院附属和平医院康复医学科，山西 长治 046000)

0 引言

Jazayeri等人总共检索了来自41个国家133份文章，发现创伤性脊髓损伤(TSCI)的发病率在全世界范围内为3.6-195.4例/百万人口。其中发达国家对TSCI的流行病学报道比较多，而发展中国家缺乏相应的TSCI流行病学数据[1]。Lenehan回顾了温哥华总医院1995至2004年间TSCI患者，其中颈脊髓损伤(CSCI)最为多见[2]；Güzelküçük等人回顾了土耳其武装部队康复中心2009至2013年收治的804例TSCI患者，30.1%为CSCI[3]；Li等人回顾了天津医科大学总医院1999年至2016年间TSCI患者，发现超过半数以上为CSCI[4]；刘俊等人回顾性分析2017年3月至2019年3月在中国康复研究中心收治的TSCI患者，其中CSCI占47.2%[5]。

CSCI最常见的死亡原因是呼吸道并发症，部分CSCI患者在出院之后需要进行长期机械通气(MV)[6]。CSCI常常导致患者呼吸肌(膈肌)瘫痪，进而导致肺活量减少，咳嗽和分泌物清除无效，肺和胸壁顺应性降低[7]。对于出院之后还需要长期机械通气的患者来说，重新融入社会将是一个巨大的挑战。另外MV会增加气管造口并发症，包括言语障碍、出血、气管软化、感染、痰液生成增加、肺炎、肉芽组织增生和气管狭窄[8,9]。多项实验证明，植入式膈肌起搏器(IDP)是一个不错的选择，适用于长期使用呼吸机的CSCI患者。IDP可以提高患者生活质量，改善语言和嗅觉功能，增加行动能力，减少焦虑和尴尬，降低呼吸道感染的发生率以及长期使用MV带来的相关并发症[6-8]。IDP的初始成本(包括设备和手术植入的成本)，根据设备的类型，大约在3万美元到10万美元之间。尽管初期成本很高，但可以肯定的是，IDP具有很高的收益[11]。在美国，对于使用呼吸机的CSCI患者来说第一年的总花费超过100万美元，以后每年还要花费约20万美元[7]。在中国，中国康复研究中心收治的SCI患者住院费用平均达25万元[5]。

1 膈肌起搏应用的生理学基础

膈肌是位于胸腔和腹腔之间的骨骼肌，是主要的吸气肌，膈肌的肌纤维起源于后侧的腹壁和腰椎、前侧的剑突和浮肋以及侧方的肋骨[12]。膈肌是由左右膈神经支配，而每根膈神经由C3、C4和C5支配，其中膈肌运动神经元在C4水平最为丰富，膈神经在前斜角肌外侧上缘形成主干，沿前斜角肌表面下行，在锁骨下动静脉之间进入胸腔，在胸腔内位于纵隔两侧，由两层胸膜包裹，经肺根前方于纵隔胸膜与心包之间到达膈肌[11,12]。事实上，颈部区域的任何损伤，甚至在C5水平面以下的损伤，都可能影响胸、腹肌肉的运动，导致肌肉瘫痪，从而导致呼吸功能障碍[11,13]。机械通气18小时可导致I型膈肌萎缩，并向功能较差的快速收缩型IIb肌纤维转化。IDP技术可将肌纤维转化为功能性I型肌纤维，并保持肌肉质量[10]。

有研究者证实IDP可以被植入已经植入心脏起搏器的患者体内[14]。但IDP并不适用于所有膈肌瘫痪的患者中，由于IDP直接或间接作用于膈神经，所以必须保证该传导通路的完整性，因此IDP不能应用在损伤位于C3-C5水平的颈脊髓损伤导致膈神经无电活动和膈神经直接损伤的患者身上[6-8]。在可以进行IDP植入的患者中，多数专家推荐在患者病情较稳定的情况下，尽早植入[7]。最早的膈肌起搏通过颈部路径进入直接刺激膈神经，后发展为经腹部路径进入膈肌刺激末梢膈神经[8]。

2 IDP的型号

IDP装置分为射频系统Mark IV隔肌起搏装置(Avery Biomedical devices，Commack，NY)，其组件分为内部组件和外部组件，内部组件包括电极、射频接收器和连接线，外部组件包括外部电源、射频发射器和天线导线，即通过手术将设备连接到膈神经进行起搏，该设备可由Avery Laboratories、Atrotech OY和Medimplant Biotechnisches Labor三家公司生 产[12]；NeuRx RA/4膈 肌 起 搏 装 置(Synapse BioMedical，Oberlin，Ohio)为膈肌起搏的一种新形式，通过映射技术利用腹腔镜将电极植入膈肌内，减小了膈神经损伤风险。另外，NeurRx RA/4设备的电极线是通过皮肤，直接连接到外部刺激器，最后，这种设备比射频系统便宜得多[11,12]。临时膈肌起搏电极(TransLoc，Synapse Biomedical，Oberlin，Ohio)目前正在研发中，它是在NeuRx RA/4膈肌起搏装置的基础上，进一步设计成可方便拆卸的装置[13,15]。

3 IDP的并发症

目前与IDP相关的并发症和副作用的发生率很低。随着现代设备的使用，刺激参数的正确使用和对病人的科学监测，严重的并发症是不常见的。但也可出现机械故障(包括电池或接收器故障和天线导线断裂，系统通常有低电量警报，以防止此类事件的发生)、出血、感染、神经血管损伤、麻醉相关风险等[11,12,16,17]。

4 IDP的潜在益处

植入IDP，可以提高患者转移能力，更易使患者进行相关康复训练和各项活动；改善MV后带来的嗅觉、味觉、言语功能障碍等；减少患者对呼吸机的恐惧和焦虑感；远离呼吸机运行过程中产生的噪音；消除了气管插管对呼吸道带来的不适感；降低了护理成本及护理相关费用[8]。

5 预后及转归

早在50年前Glenn等人率先进行了开胸放置IDP，而后的大量实验也证实了IDP在SCI中确实有着不错的效果[14]。Pimpec-Barthes等人对19例长期使用呼吸机的CSCI患者植入IDP后，18例可以完全脱机，1例由于严重营养不良并没有恢复自主呼吸[18]。DiMarco等人利用腹腔镜技术将IDP置入5例CSCI患者体内，其中4例成功实现了膈肌起搏效果，1例患者由于气胸依然不能脱机[19]。Alshekhle等人对26例长期使用呼吸机的CSCI患者植入IDP后，25例可以每天脱机4小时以上，其中14例可以完全脱机，1例出现严重的肌肉痉挛而无法脱机[20]。Posluszny等人对22例TSCI患者早期(从受伤到手术平均40天)植入IDP，其中16例在平均10.2天内就完全摆脱了呼吸机，2例在半年内成功脱机，3例在一天之中只能部分脱机，1例放弃治疗后死亡，在这22例患者中有8例呼吸功能完全恢复，随后拆除了IDP[21]。Kerwin等人进行了对照实验，发现植入了IDP的患者有着更好的潮气量和更短的脱机时间[22]。

6 最新进展

Kaufman等人对14例伴有膈肌损伤的四肢瘫痪患者，在进行了双侧肋间神经到膈神经的移植后，观察到13例患者的膈肌电活动恢复，其中8例患者每天至少脱机1小时，平均脱机时间为10小时/天[23]。Onders等人将临时膈肌起搏器植入12例CSCI患者中，其中4例采用正中胸骨切开术，4例采用腹腔镜和4例采用剖腹切开术，均有效的防止了膈肌萎缩、改善了患者呼吸障碍[15]。DiMarco等人在3例CSCI患者身上联合植入了IDP和脊髓刺激系统(SCS)，结果显示这3例患者有着更高的呼气气流峰值和气道压力，这意味着他们拥有更有效的排痰[14]。Karacam等人改良了传统腹腔镜置入IDP，共修改了两处，他们率先将镰状韧带纵向切开3cm，以便将填充器放入对面膈肌，他们采用15mm套管针，代替了原有的12mm套管针，通过这种方法，可以将植入膈肌上的电极轻松取出，他们将43名CSCI患者分为两组，一组实施传统腹腔镜手术，一组实施改良手术，实验证明改良的手术可以缩短手术时间和住院时间，减少腹腔黏连等并发症的发生[24]。Texakalidis等人在动物模型上证明了胸腔镜下膈神经移植的可行性，进一步发展此项技术，可为颈脊髓损伤患者提供了更多脱机的可能性[25]。

7 讨论与结论

综上所述，对于CSCI患者来说，与长期使用呼吸机相比，IDP似乎有着更大的收益。膈肌起搏技术目前已经日趋成熟，但由于高额的手术及器械费用，这项技术至今仍未普及，在中国，该项技术未大规模应用于临床中。多项临床实验证实，IDP可以减少长期使用呼吸机带来的并发症和住院时间等问题，但直至目前为止仍缺乏前瞻性实验研究，缺乏对该方法风险、收益及经济成本的评估。另外在C3-C5水平的颈脊髓损伤导致膈神经无电活动和膈神经直接损伤的患者中IDP并没有很好的效果，进一步完善该方向的研究，降低相关费用，可造福更多患者。