植入式膈肌起搏在頸脊髓損傷中的應用

孫天添，郭麗云，戴甜甜，李強，徐碩，陳婭茹

(1.長治醫學院，山西 長治 046000；2長治醫學院附屬和平醫院康復醫學科，山西 長治 046000)

0 引言

Jazayeri等人總共檢索了來自41個國家133份文章，發現創傷性脊髓損傷(TSCI)的發病率在全世界范圍內為3.6-195.4例/百萬人口。其中發達國家對TSCI的流行病學報道比較多，而發展中國家缺乏相應的TSCI流行病學數據[1]。Lenehan回顧了溫哥華總醫院1995至2004年間TSCI患者，其中頸脊髓損傷(CSCI)最為多見[2]；Güzelkü?ük等人回顧了土耳其武裝部隊康復中心2009至2013年收治的804例TSCI患者，30.1%為CSCI[3]；Li等人回顧了天津醫科大學總醫院1999年至2016年間TSCI患者，發現超過半數以上為CSCI[4]；劉俊等人回顧性分析2017年3月至2019年3月在中國康復研究中心收治的TSCI患者，其中CSCI占47.2%[5]。

CSCI最常見的死亡原因是呼吸道并發癥，部分CSCI患者在出院之后需要進行長期機械通氣(MV)[6]。CSCI常常導致患者呼吸肌(膈肌)癱瘓，進而導致肺活量減少，咳嗽和分泌物清除無效，肺和胸壁順應性降低[7]。對于出院之后還需要長期機械通氣的患者來說，重新融入社會將是一個巨大的挑戰。另外MV會增加氣管造口并發癥，包括言語障礙、出血、氣管軟化、感染、痰液生成增加、肺炎、肉芽組織增生和氣管狹窄[8,9]。多項實驗證明，植入式膈肌起搏器(IDP)是一個不錯的選擇，適用于長期使用呼吸機的CSCI患者。IDP可以提高患者生活質量，改善語言和嗅覺功能，增加行動能力，減少焦慮和尷尬，降低呼吸道感染的發生率以及長期使用MV帶來的相關并發癥[6-8]。IDP的初始成本(包括設備和手術植入的成本)，根據設備的類型，大約在3萬美元到10萬美元之間。盡管初期成本很高，但可以肯定的是，IDP具有很高的收益[11]。在美國，對于使用呼吸機的CSCI患者來說第一年的總花費超過100萬美元，以后每年還要花費約20萬美元[7]。在中國，中國康復研究中心收治的SCI患者住院費用平均達25萬元[5]。

1 膈肌起搏應用的生理學基礎

膈肌是位于胸腔和腹腔之間的骨骼肌，是主要的吸氣肌，膈肌的肌纖維起源于后側的腹壁和腰椎、前側的劍突和浮肋以及側方的肋骨[12]。膈肌是由左右膈神經支配，而每根膈神經由C3、C4和C5支配，其中膈肌運動神經元在C4水平最為豐富，膈神經在前斜角肌外側上緣形成主干，沿前斜角肌表面下行，在鎖骨下動靜脈之間進入胸腔，在胸腔內位于縱隔兩側，由兩層胸膜包裹，經肺根前方于縱隔胸膜與心包之間到達膈肌[11,12]。事實上，頸部區域的任何損傷，甚至在C5水平面以下的損傷，都可能影響胸、腹肌肉的運動，導致肌肉癱瘓，從而導致呼吸功能障礙[11,13]。機械通氣18小時可導致I型膈肌萎縮，并向功能較差的快速收縮型IIb肌纖維轉化。IDP技術可將肌纖維轉化為功能性I型肌纖維，并保持肌肉質量[10]。

有研究者證實IDP可以被植入已經植入心臟起搏器的患者體內[14]。但IDP并不適用于所有膈肌癱瘓的患者中，由于IDP直接或間接作用于膈神經，所以必須保證該傳導通路的完整性，因此IDP不能應用在損傷位于C3-C5水平的頸脊髓損傷導致膈神經無電活動和膈神經直接損傷的患者身上[6-8]。在可以進行IDP植入的患者中，多數專家推薦在患者病情較穩定的情況下，盡早植入[7]。最早的膈肌起搏通過頸部路徑進入直接刺激膈神經，后發展為經腹部路徑進入膈肌刺激末梢膈神經[8]。

2 IDP的型號

IDP裝置分為射頻系統Mark IV隔肌起搏裝置(Avery Biomedical devices，Commack，NY)，其組件分為內部組件和外部組件，內部組件包括電極、射頻接收器和連接線，外部組件包括外部電源、射頻發射器和天線導線，即通過手術將設備連接到膈神經進行起搏，該設備可由Avery Laboratories、Atrotech OY和Medimplant Biotechnisches Labor三家公司生 產[12]；NeuRx RA/4膈 肌 起 搏 裝 置(Synapse BioMedical，Oberlin，Ohio)為膈肌起搏的一種新形式，通過映射技術利用腹腔鏡將電極植入膈肌內，減小了膈神經損傷風險。另外，NeurRx RA/4設備的電極線是通過皮膚，直接連接到外部刺激器，最后，這種設備比射頻系統便宜得多[11,12]。臨時膈肌起搏電極(TransLoc，Synapse Biomedical，Oberlin，Ohio)目前正在研發中，它是在NeuRx RA/4膈肌起搏裝置的基礎上，進一步設計成可方便拆卸的裝置[13,15]。

3 IDP的并發癥

目前與IDP相關的并發癥和副作用的發生率很低。隨著現代設備的使用，刺激參數的正確使用和對病人的科學監測，嚴重的并發癥是不常見的。但也可出現機械故障(包括電池或接收器故障和天線導線斷裂，系統通常有低電量警報，以防止此類事件的發生)、出血、感染、神經血管損傷、麻醉相關風險等[11,12,16,17]。

4 IDP的潛在益處

植入IDP，可以提高患者轉移能力，更易使患者進行相關康復訓練和各項活動；改善MV后帶來的嗅覺、味覺、言語功能障礙等；減少患者對呼吸機的恐懼和焦慮感；遠離呼吸機運行過程中產生的噪音；消除了氣管插管對呼吸道帶來的不適感；降低了護理成本及護理相關費用[8]。

5 預后及轉歸

早在50年前Glenn等人率先進行了開胸放置IDP，而后的大量實驗也證實了IDP在SCI中確實有著不錯的效果[14]。Pimpec-Barthes等人對19例長期使用呼吸機的CSCI患者植入IDP后，18例可以完全脫機，1例由于嚴重營養不良并沒有恢復自主呼吸[18]。DiMarco等人利用腹腔鏡技術將IDP置入5例CSCI患者體內，其中4例成功實現了膈肌起搏效果，1例患者由于氣胸依然不能脫機[19]。Alshekhle等人對26例長期使用呼吸機的CSCI患者植入IDP后，25例可以每天脫機4小時以上，其中14例可以完全脫機，1例出現嚴重的肌肉痙攣而無法脫機[20]。Posluszny等人對22例TSCI患者早期(從受傷到手術平均40天)植入IDP，其中16例在平均10.2天內就完全擺脫了呼吸機，2例在半年內成功脫機，3例在一天之中只能部分脫機，1例放棄治療后死亡，在這22例患者中有8例呼吸功能完全恢復，隨后拆除了IDP[21]。Kerwin等人進行了對照實驗，發現植入了IDP的患者有著更好的潮氣量和更短的脫機時間[22]。

6 最新進展

Kaufman等人對14例伴有膈肌損傷的四肢癱瘓患者，在進行了雙側肋間神經到膈神經的移植后，觀察到13例患者的膈肌電活動恢復，其中8例患者每天至少脫機1小時，平均脫機時間為10小時/天[23]。Onders等人將臨時膈肌起搏器植入12例CSCI患者中，其中4例采用正中胸骨切開術，4例采用腹腔鏡和4例采用剖腹切開術，均有效的防止了膈肌萎縮、改善了患者呼吸障礙[15]。DiMarco等人在3例CSCI患者身上聯合植入了IDP和脊髓刺激系統(SCS)，結果顯示這3例患者有著更高的呼氣氣流峰值和氣道壓力，這意味著他們擁有更有效的排痰[14]。Karacam等人改良了傳統腹腔鏡置入IDP，共修改了兩處，他們率先將鐮狀韌帶縱向切開3cm，以便將填充器放入對面膈肌，他們采用15mm套管針，代替了原有的12mm套管針，通過這種方法，可以將植入膈肌上的電極輕松取出，他們將43名CSCI患者分為兩組，一組實施傳統腹腔鏡手術，一組實施改良手術，實驗證明改良的手術可以縮短手術時間和住院時間，減少腹腔黏連等并發癥的發生[24]。Texakalidis等人在動物模型上證明了胸腔鏡下膈神經移植的可行性，進一步發展此項技術，可為頸脊髓損傷患者提供了更多脫機的可能性[25]。

7 討論與結論

綜上所述，對于CSCI患者來說，與長期使用呼吸機相比，IDP似乎有著更大的收益。膈肌起搏技術目前已經日趨成熟，但由于高額的手術及器械費用，這項技術至今仍未普及，在中國，該項技術未大規模應用于臨床中。多項臨床實驗證實，IDP可以減少長期使用呼吸機帶來的并發癥和住院時間等問題，但直至目前為止仍缺乏前瞻性實驗研究，缺乏對該方法風險、收益及經濟成本的評估。另外在C3-C5水平的頸脊髓損傷導致膈神經無電活動和膈神經直接損傷的患者中IDP并沒有很好的效果，進一步完善該方向的研究，降低相關費用，可造福更多患者。