作者：陈家良,张红璇
出版社：人民卫生出版社
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体外膈肌起搏的临床应用试读：
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体外膈肌起搏的临床应用/陈家良，张红璇主编.—北京：人民卫生出版社，2013
ISBN 978-7-117-17921-8
Ⅰ.①体… Ⅱ.①陈…②张… Ⅲ.①人体-呼吸-膈-体外式起搏器-临床应用 Ⅳ.①R318.11
中国版本图书馆CIP数据核字（2013）第209747号人卫社官网 www.pmph.com 出版物查询，在线购书人卫医学网 www.ipmph.com 医学考试辅导，医学数据库服务，医学教育资源，大众健康资讯
版权所有，侵权必究！体外膈肌起搏的临床应用
主 编：陈家良 张红璇出版发行：人民卫生出版社有限公司
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呼吸系统的主要功能为吸入氧气、呼出二氧化碳，呼吸运动的动力是由围绕胸腔的肌肉群（其中最主要是膈肌和肋间肌）有节律地收缩与舒张产生的，若机体遭受各种内、外病因导致膈肌及肋间肌运动功能受损害，轻者活动受限，导致生活质量下降，重症者可危及生命安全。呼吸肌功能的损害病因有急、慢性之分。急性病因如安眠药、有机磷农药中毒、毒蛇咬伤等造成呼吸肌麻痹；慢性病因为呼吸系统本身的慢性疾病如慢性阻塞性肺疾病（COPD）、支气管扩张症、哮喘等。在重症医学领域，呼吸机诱导的膈肌功能不全（ventilator-induced diaphragmatic dysfunction，VIDD）最近越来越受关注，成为机械通气患者脱机困难的主要障碍。
呼吸肌群收缩本身需要一定的能量代谢和氧消耗，健康人安静呼吸时，每通气1L需氧耗量为0.3～1.9ml，约占全身总耗氧量的2%。而COPD患者每通气1L，呼吸肌群耗氧量达3～18ml，为健康人的10～25倍。膈肌是最主要的呼吸肌，膈肌收缩在平静时占通气量的3/4～4/5，但膈肌耗氧量很少，一般少于整个呼吸肌群耗氧量的20%。从生理学角度看，提高膈肌功能是既经济又有较好效益的呼吸运动改善方式。传统呼吸肌锻炼方法（主要包括控制性呼吸法和缩唇呼吸），由于动作烦琐、见效慢，患者不易坚持，往往半途而废。2010年国外学者A Prefaut、C Couillard A回顾分析了多个大型随机研究，并总结出植入膈肌起搏对COPD患者的影响，认为植入式膈肌起搏可以看作再训练技术并打破AECOPD的恶性循环，从而改善这些患者的预后。因此认为膈肌起搏等电刺激技术有望取代传统康复训练模式而成为COPD患者的治疗新策略，并强调它有着不会加重患者呼吸困难、无论哪种严重程度的患者均易承受、改善呼吸困难和提高生活质量等优点。但植入式膈肌起搏操作技术难度大，经济费用高，无法广泛推广应用。
1987年中山大学附属第一医院呼吸内科与中山大学生物工程开发中心联合开发的体外膈肌起搏器（external diaphragmatic pacemaker，EDP）是一种经济实用、操作简便的医疗技术，经过临床应用证明对慢性阻塞性肺疾病患者膈肌疲劳有良好的康复治疗作用，该技术可以有效改善肺通气功能，提高患者生活质量。
广大医务工作者在EDP的应用过程中，进行了大量探索工作，不断拓展了EDP的应用范围。在肺功能康复治疗方面，EDP不仅能对COPD患者进行康复治疗，对煤矿工人中的尘肺患者也起到康复锻炼、改善肺功能的效果。在急性呼吸衰竭如COPD急性发作期、脑卒中、安眠药中毒及有机磷农药中毒的救治中，EDP配合传统综合治疗，可提高治疗效果。本书所收集的与EDP有关的研究及临床应用资料均已注明作者所在单位，其中既有国内一流的三甲医院，也有乡镇医院及厂矿职工医务所，还有不少的部队医院及科研单位，这也反映了EDP使用的广泛性。
EDP的基础研究还有许多工作待做，我们的经验及其他研究者的报告表明，EDP对支气管哮喘有突出治疗效果。国外学者已经证明长时间功能性电刺激膈神经，可增加膈肌血流和能量，有利于膈肌疲劳恢复。但EDP对膈神经-膈肌接头的“除极化”有什么样的影响，重症肌无力、低血钾、有机磷农药中毒等这类神经-肌肉受损害的病变，EDP是怎样起治疗作用的等问题，仍有待探索。
机械通气对呼吸衰竭患者度过危险有极其重要的作用，其在临床急危重症患者中的广泛应用挽救了不少宝贵生命。然而，机械通气对呼吸肌功能的影响具有两面性：一方面是替代或辅助呼吸肌做功使疲劳的呼吸肌得到休息，另一方面机械通气的长时间应用又可引起膈肌功能不全（VIDD）。VIDD伴随着呼吸机应用就已客观存在，但长期被忽视。长时间应用机械通气有20%～25%的患者遭遇撤机困难，如何防治VIDD是今后机械通气治疗发展的重大问题。而防治VIDD目前只有两种途径：一个是药物治疗，另一个就是用功能性电刺激的预防和治疗。关于药物，据国外已有的动物实验研究成果报道，主要是用抗氧化剂及蛋白水解酶抑制剂来缓解VIDD发生，目前未见有临床应用的研究报告。用功能性电刺激来防治VIDD应该是机械通气应用和发展的最好方向，而用功能性电刺激依电极位置可分为有创的植入式膈肌起搏（implanted diaphragm pacing，IDP）和无创的EDP，但是在既往的临床实践中已经有应用EDP替代机械通气挽救安眠药中毒、重症肌无力危象撤机困难的成功案例。当然EDP治疗VIDD的机制仍有待今后更多的研究探讨。根据上述临床需要，我们的研究团队已将EDP与呼吸机巧妙地融合在一起，设计出一种新型的呼吸辅助装置，并申请国家发明专利（专利号201210448912.6）。
应用EDP的主要副作用是膈肌疲劳，如何预防、减轻膈肌疲劳是必须认真对待的问题，根据电生理理论及临床实践专门设立膈肌疲劳的预防与EDP的护理章节，供大家参考。
膈肌起搏国外早期称为电刺激膈呼吸（electrophrenic respiration，EPR），1973年后才改称膈肌起搏（diaphragm pacing，DP），本书为接近原著，部分引用EPR，与DP同义。
基于以上所述的各种专业研究和多年的临床体会，我们历经3年多撰写本专著，目的是推广EDP的相关知识、临床应用及科学研究，期望EDP能更好地造福患者，服务社会。当然，由于主编和参编者的水平所限，难免出现一些错误，敬请广大读者赐教指正。
在本书的撰写、校对及排版等漫长而辛苦的过程中，除了主编和参编者的努力之外，广东省人民医院的詹杜鹃、董延明和在读研究生贾晔然在幕后做了大量的工作，在此一并感谢！陈家良 张红璇2013年9月8日于广州Table of Contents第一章 功能性电刺激及其临床应用进展 第一节 功能性电刺激的原理及装置第二节 功能性电刺激的临床应用进展第三节 膈肌起搏对膈肌血流的影响参考文献第二章 膈肌起搏历史回顾 第一节 植入式膈肌起搏第二节 体外膈肌起搏研制的历史回顾及发展过程参考文献第三章 体外膈肌起搏在急性呼吸窘迫综合征的应用展望 第一节 急性呼吸窘迫综合征病理第二节 急性呼吸窘迫综合征诊断要点第三节 肺保护及肺复张性通气第四节 体外膈肌起搏在急性呼吸窘迫综合征中的应用参考文献第四章 体外膈肌起搏在慢性阻塞性肺疾病中的临床应用 第一节 慢性阻塞性肺疾病第二节 慢性阻塞性肺疾病康复治疗概况第三节 体外膈肌起搏对慢性阻塞性肺疾病康复治疗的最初探讨第四节 体外膈肌起搏对慢性阻塞性肺疾病缓解期的治疗第五节 体外膈肌起搏对慢性阻塞性肺气肿急性发作期的治疗参考文献第五章 体外膈肌起搏对支气管哮喘的治疗 第一节 支气管哮喘病因发病机制第二节 支气管哮喘临床表现第三节 支气管哮喘诊断和鉴别诊断第四节 支气管哮喘的治疗现状第五节 支气管哮喘患者的体育运动第六节 体外膈肌起搏对支气管哮喘的治疗参考文献第六章 EDP治疗肺动脉高压 第一节 肺动脉高压的定义及临床分类第二节 动脉型肺动脉高压第三节 动脉型肺动脉高压的特殊亚类第四节 EDP对肺动脉高压的治疗参考文献第七章 EDP在肺源性心脏病中的应用 第一节 慢性肺源性心脏病第二节 肺心病临床表现第三节 肺心病的诊断与鉴别诊断第四节 肺心病的治疗第五节 体外膈肌起搏在肺心病中的应用参考文献第八章 EDP对尘肺的康复治疗 一、定 义二、分 类第一节 矽 肺第二节 煤工尘肺第三节 EDP对煤工尘肺的康复治疗参考文献第九章 体外膈肌起搏器在呼吸衰竭中的应用 第一节 呼吸衰竭概述第二节 呼吸衰竭的临床表现及诊治第三节 体外膈肌起搏对Ⅱ型呼吸衰竭的治疗第四节 高频通气膈肌起搏对COPD急性发作期的应用第五节 体外膈肌起搏治疗低血钾所致呼吸肌麻痹第六节 体外膈肌起搏对安眠药中毒、重症肌无力呼吸衰竭的治疗参考文献第十章 体外膈肌起搏与机械通气的互补作用 第一节 机械通气应用概述第二节 体外膈肌起搏在常规机械通气中的应用价值及其展望第三节 体外膈肌起搏与高频喷射通气第四节 体外膈肌起搏与高频振荡通气参考文献第十一章 体外膈肌起搏防治呼吸机诱导的膈肌功能不全 第一节 呼吸机诱导的膈肌功能不全简介第二节 VIDD发病机制第三节 体外膈肌起搏在VIDD防治中的应用参考文献第十二章 体外膈肌起搏器对神经系统疾病的治疗 第一节 体外膈肌起搏对脑卒中的治疗第二节 体外膈肌起搏器对面神经疾病的治疗第三节 体外膈肌起搏器对颈椎病的治疗第四节 体外膈肌起搏治疗呃逆参考文献第十三章 EDP对农药中毒救治的应用 第一节 毒理及临床表现第二节 农药中毒治疗第三节 体外膈肌起搏在急性有机磷农药中毒救治中的应用参考文献第十四章 EDP致膈肌疲劳发病机制及其预防 第一节 膈肌疲劳的发病机制第二节 膈肌疲劳的病理组织变化第三节 膈肌疲劳的预防参考文献第十五章 体外膈肌起搏的护理 一、EDP治疗前护理二、EDP治疗时护理三、仪器的检查四、体外膈肌起搏促进排痰的功能参考文献第十六章 体外膈肌起搏数据中心 第一节 膈肌移动度变化第二节 通气功能指标第三节 血气分析第四节 膈肌功能指标第五节 EDP促进排痰第六节 EDP可降低住院医疗费用参考文献附录一 《体外膈肌起搏理论与实践》序言附录二 首届全国体外膈肌起搏器临床应用技术座谈会（纪要）附录三 新一代膈肌起搏器第一章 功能性电刺激及其临床应用进展
功能性电刺激（functional electrical stimulation，FES），是一种用电刺激的方法恢复机体神经肌肉功能的疗法。如用微量的电流脉冲刺激并支配肌肉神经纤维，引起肌肉收缩，带动机体关节按一定规律运动，从而完成伸臂、抓物、站立和行走等适当的运动功能，发挥功能性治疗作用。
1961年，美国人Liberson首次利用电刺激腓神经，成功帮助偏瘫［1］患者矫正足下垂步态。之后，功能性电刺激经过近50年的发展，已经应用于临床多个领域，如脊髓损伤患者的手持物和站立行走、呼吸中枢麻痹患者的膈肌起搏、膀胱功能失调患者的电刺激、耳聋患者的人工耳蜗电刺激、心律失常患者的心脏起搏器治疗等。一些学者将功能性电刺激分为狭义和广义两种，狭义的功能性电刺激是指以微弱电流刺激患者的骨骼肌，以恢复丧失或者功能受损的运动功能；广义的功能性电刺激其电刺激对象不止骨骼肌，也包括了平滑肌、括约［2］肌、听神经、心脏传导系统等。第一节 功能性电刺激的原理及装置
功能性电刺激疗法是使用低频电流刺激失去神经控制的肌肉，使其收缩，以替代或矫正器官及肢体已失的功能。它是一个基于微处理器的控制系统，系统按其结构可分为：控制命令发生器、控制器、刺激器、电极和传感器。控制器由微处理器配以外围电路构成，它接受来自控制命令发生器的命令信号，经过处理后按预先确定的刺激参数，控制多通道刺激器，产生相应肌肉的电刺激脉冲，在刺激脉冲的作用下，使肌肉产生收缩，达到目标肌肉功能重建的目的。
刺激电极是功能性电刺激装置刺激系统设计的重点。电极的植入方式共有三种：①无创式；②半植入式；③植入式。
1.无创式采用表面电极，控制器、刺激器和电极均位于体外，无需进行手术。
2.半植入式是将电极植入体内，而控制器和刺激器放在体外，易于实现对肌肉的精确定位控制，已得到较为广泛的应用。
3.植入式是将刺激器和电极都植入体内，控制器以无线频率向体［3］内的刺激器供能和进行控制，此类系统不需要导线，可靠性更高。
功能性电刺激装置对刺激条件也有一定要求。肌肉或神经刺激通常采用双向性矩形波，频率通常是20～80Hz，脉冲电流波幅0.05～1毫秒，电压20～80V，电流小于100mA。体内植入电极电压通常是1～10V，电流为1～20mA。
另外，广义的功能性电刺激是使用微弱的电流刺激相关神经或传导束系统，引起机体内生物电活动的变化，从而使患者机体达到类似的生理功能。（魏文婷 陈家良）第二节 功能性电刺激的临床应用进展一、上运动神经元瘫痪及脊髓损伤
此类疾病包括多发性硬化、脊髓损伤、脑血管意外、脑外伤、脑瘫等。这些疾病的患者常伴有驱动运动障碍，多为肢体受累，失去行走和持物等运动功能。
患者通常都有类似腓神经麻痹那样的足下垂，造成行走困难。早期研究表明，这类患者在发病后较长一段时间内，其腓神经或其他失去上运动神经元支配的神经和肌肉，仍然可以发挥正常功能，前提是有一定程度的电刺激存在。基于这一研究成果，一些西方国家纷纷发明了各种类型的电子助行器，英国科学家成功研制一种能帮助截瘫患者行走的电子装置。该装置由1个9V电池产生电流刺激腿部肌肉，从而使那些脊髓损伤的患者可以凭借拐杖而正常弯曲下肢行走。欧洲12个国家的研究人员联合研制成一种可使下肢瘫痪者正常行走的电子装置，它所产生的电刺激类似于人类大脑产生的神经信号，安置这［4］种装置后，患者可以像正常人行走一样，而不感到疲劳。
这类患者有时也存在上肢瘫痪的情况，日本的Tohoku大学的研究小组开发出恢复已丧失上肢运动功能的新方法，该方法采用植入肌肉内的电极提供电刺激来完成的，在计算机控制下，通过植入肌肉的电极刺激肌肉，可使已丧失运动功能的手臂完成抓握、放松等动作，［4］该系统扮演了已损伤的脑和肌肉的角色。二、呼吸肌肉功能障碍
呼吸功能障碍患者呼吸肌不能有效地收缩，严重影响患者肺通气功能。膈肌作为最重要的呼吸肌，通过刺激膈神经使膈肌有节律地收［5，6，7］缩，可显著提高肺通气。目前膈肌起搏器的应用日趋广泛，并有体内膈肌起搏和体外膈肌起搏之分。体外膈肌起搏器为中山医科［8］大学谢秉煦、毛依理等于1987年发明研制，其通过体表电极刺激膈神经，提高膈神经的兴奋性，增加膈肌收缩，使膈肌活动幅度增加，从而使胸腔容积相应增加，提高肺的通气。最初主要应用于慢性阻塞性肺疾病、慢性呼吸衰竭等疾病的辅助通气治疗。随着临床应用的发展，实践证明对支气管哮喘、尘肺康复和脑卒中均有一定的治疗效果。
肌萎缩侧索硬化和高位截瘫患者通常不能自主呼吸，以往需要长期机械通气辅助呼吸治疗。近几年，体内膈肌起搏的发展改进，可使一些患者摆脱呼吸肌的束缚。在国外，体内膈肌起搏器经腹腔镜将刺激电极植入膈肌内的激动点，通过脉冲电流刺激引起膈肌有效、规律［9］的收缩。此技术已渐趋成熟。三、心动过缓
心动过缓是一种潜在严重威胁患者生命的一种疾病，临床最有效的彻底治疗方法为安装心脏起搏器，其能替代心脏的起搏点，使心脏有节律地跳动起来。心脏起搏器是由电池和电路组成的脉冲发生器，能定时产生一定频率的脉冲电流，通过起搏电极导线，传输到心房或心室肌，使局部心肌细胞受到刺激而兴奋，兴奋通过细胞间的传导扩散传布，导致整个心房和（或）心室收缩。四、疼 痛
脊髓电刺激、经皮穴位电刺激可以有效用于治疗多种慢性疼痛疾病，其中包括腰椎、颈椎疼痛综合征，患疱疹后引起的神经痛、义肢引起的疼痛、慢性关节炎，以及皮肤、肌肉与骨骼的疼痛等，也有效用于癌症疼痛的治疗。五、耳 聋
始于20世纪50年代的人工耳蜗是目前仿生学科技含量最高的一种电子装置，经过几十年的发展，人工耳蜗已经成为感音神经性耳聋患者恢复听觉的唯一有效治疗方法。它可以代替病变受损的听觉器官，将声音编码成电子信号，直接刺激听神经，使耳聋患者的听力接近正常，并经过训练，达到语言交流的目的。六、排尿功能障碍
脊髓损伤、产后、妇科手术经常引起尿流动力学改变，而且因膀胱失去神经的支配而出现排尿功能障碍，经皮肤穴位电刺激和植入式盆腔肌肉电刺激常被用于治疗各种损伤所致的排尿功能障碍，并取得很好的临床效果。由于和中医穴位刺激相关，此技术在国内应用也较多。七、癫 痫
深部脑电刺激是通过立体定向方法对脑内特定靶点进行精确定位，将刺激电极植入后，对深部神经核团进行电刺激，使癫痫患者异常的神经元放电或传导得以控制，恢复或改善神经网络的生理功能，能有效控制癫痫发作。在过去10余年间，深部脑电刺激技术在国内外逐渐发展起来，现已应用于刺激小脑、尾状核、丘脑的中央中核和前核、丘脑底核以及海马等部位，以治疗难治性癫痫。
总之，功能性电刺激应用于临床治疗各种疾病以来，已显示出其独特的优势，但要完美应用于复杂的人体系统，电刺激装置的设计、制造、电极的制作和放置仍需要极大地改进。我国已经迈入老龄化社会，对一些先进康复辅助系统需求逐渐增加。近几年，功能性电刺激系统研发投入日益增强，仿生学也迅猛发展，多学科技术上的进步与提高，将会促进功能性电刺激更为广泛和有效的应用。（魏文婷 陈家良）第三节 膈肌起搏对膈肌血流的影响
研究电刺激膈神经引起的膈肌起搏对膈肌血流的影响，对临床更好使用EDP有重要理论指导意义。研究膈肌起搏对膈肌血流的影响需要较精密设备，如图1-1。国内无这方面的研究报告，在此介绍国外［10］一些研究成果供大家参考。Supinski等用21只体重8～16kg犬做试验，研究膈肌起搏对膈肌血流的变化，以及改变膈肌纤维长度对膈肌血流的影响。图1-1 动物实验示意图图片来源：Supinski GS，Bark H，Guanciale A.Effect of alterations in muscle fiber length on diaphragm blood flow.J Appl Physiol，1986，60（5）：1789-1796
各种不同长度膈肌纤维经电刺激后，在有节律收缩时都伴有血流大幅度增加，SUPINSKI对一只动物用同样大小强度的电脉冲，刺激三组不同长度膈肌，刺激后膈肌血流均迅速增加，并在2分钟后达到高峰。稳定的高峰血流变化与肌长度有关，原100%长度血流增加到247%；94%长度血流增加到171%；106%长度血流增加到295%。停止刺激后，各种长度肌肉血流量在90秒内迅速下降到高峰值的87%，如图1-2。图1-2 电刺激狗膈肌血流变化与膈肌长度关系图片来源：Supinski GS，Bark H，Guanciale A.Effect of alterations in muscle fiber length on diaphragm blood flow.J Appl Physiol，1986，60（5）：1789-1796
15只动物在无电刺激（inactive）时，膈肌纤维长度增加而膈肌血流减少，相应关系如图1-3。图1-3 膈肌休息状态下长度与血流量的关系图片来源：Supinski GS，Bark H，Guanciale A.Effect of alterations in muscle fiber length on diaphragm blood flow.J Appl Physiol，1986，60（5）：1789-1796
在休息状态下，膈肌纤维增长，血管直径变小，使血流减少。（陈家良 魏文婷）参考文献
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6.Sarnoff SJ，Gaensler EA，Maloney JV Jr.Electrophrenic respiration：Ⅳ.The effectiveness of contralateral ventilation during activity of one phrenic never，1950，19（6）：929-937
7.Judson JP，Glenn WW.Radio-frequency electrophrenic respiration.Long-term application to a patient with primary hypoventilation.JAMA，1968，203（12）：1033-1037
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9.Onders RP，Elmo M，Khansarinia S，et al.Complete worldwide operative experience in laparoscopic diaphragm pacing：results and differences in spinal cord injured patients and amyotrophic lateral sclerosis patients.Surg Endosc，2009，23（7）：1433-1440
10.Supinski GS，Bark H，Guanciale A.Effect of alterations in muscle fiber length on diaphragm blood flow.J Appl Physiol，1986，60（5）：1789-1796第二章 膈肌起搏历史回顾
膈肌起搏是用电脉冲刺激膈神经使膈肌有节律舒缩而产生呼吸运动。按照起搏电极安放位置，膈肌起搏可以分为植入式膈肌起搏器（implanted diaphragm pacing，IDP）和体外膈肌起搏器（external diaphragmatic pacemaker，EDP）。第一节 植入式膈肌起搏
1786年，Caldauum首先发现电刺激膈神经可引起膈肌运动。1873年，Hufand提出刺激膈神经可以治疗新生儿窒息。1948年，Sarnoff设计出体外发射器、天线、埋入式接收器及电极，在犬、［1］猫、猴、兔子身上做电刺激膈呼吸。刺激时间2毫秒、频率40Hz、电压0～3V。这些动物呼吸被抑制之后，EPR可以维持正常的潮气量、每分通气量，并能保持PaO、PaCO正常水平。同一年，22［2］Sarnoff报告用这种方法救治了一例脑动脉血管瘤破裂引起呼吸［3］麻痹的5岁男孩。1950年，Sarnoff报告EPR用于肺结核病的辅助治疗。20世纪50年代，机械通气应用于临床之后，电刺激膈神经方法不再作为一种辅助呼吸疗法来应用，但随着埋入式电刺激心脏起搏成功应用，使人们又重新燃起对电刺激膈神经的兴趣。［4］
1966年，Judson和Glenn收治了一例原发性低通气患者：患者为男性，38岁，白种人，因嗜睡进行性加重2年、严重发绀、红细胞增多、白细胞增多、右下肺感染、肺心病而入院。心导管检查排除先天性心脏病并测定存在肺动脉高压（60mmHg）。经抗感染治疗后，肺部感染得到控制。但高碳酸血症、低氧血症、呼吸性酸中毒难以纠正，特别是睡眠时高碳酸血症、低氧血症、呼吸性酸中毒更加严重。肺功能检查：潮气量降低，吸入7%二氧化碳不能够有效影响每分通气量。发现位于上腔静脉部位发出电脉冲刺激时可见到膈肌的反应，而在人体解剖中可见到膈神经贴近上腔静脉，受此现象启发，研究者继而设计一台有两个电极的装置，一个电极放在颈部左侧膈神经，另一个带射频接收器（radio-frequency receiver）电极置于左胸部。另有一个袖珍型射频发射器，其主要参数：0.1毫秒双向波，频率每秒60次，包络时间1.7秒。用上述EPR治疗后，病情得到控制。经过长达10个月观察，EPR每夜10小时，未有肺部感染及肺心病的复发。［5］
1970年，Glenn等报告用EPR治疗4例中枢性低通气患者。患者均为男性，年龄分别为38、58、44和47岁。夜间低氧症状更加严重。EPR脉冲特征：25Hz，吸气时间：1.4～1.5秒，每个呼吸周期4.0秒，脉冲0.4～2.5秒，脉冲幅度6～8V。每天晚上做EPR辅助呼吸10～12小时。睡眠时用EPR对中枢性低通气患者血气的影响如图2-1，显示EPR可提高血氧及降低血二氧化碳。EPR对动脉血压的影响如表2-1。图2-1 病例1～4在睡眠时膈肌起搏对动脉血气的影响图片来源：Glenn WW，Holcomb WG，Gee JB，et al.Central Hypoventilation；Long-term Ventilation Assistance By Radiofrequency Electrophrenic Respiration.Ann Surg，1970，172（4）：755-773表2-1 EPR前后血压变化（mmHg）
应用膈肌起搏对动脉血压和血气的监测结果如图2-2（47岁男性）。
图2-3为男58岁，中枢性低通气患者（病例2），监测显示EPR可降低肺动脉压。
对电刺激膈神经诱发膈肌疲劳也有报告。本组例1经持续EPR 8小时后，在荧光屏见到膈肌移动幅度下降，至20小时下降更加明显，而停止EPR 24小时后，膈肌运动幅度得到完全恢复。本组例2、3患者经调改波形后，持续EPR 18小时，无膈肌疲劳表现，24小时后膈肌功能有轻度下降。
1973年，Glenn用EPR治疗20例中枢性通气功能不全患者，并将［6］其命名为膈肌起搏（diaphrgm pacing，DP），这20例中枢性通气功能不全患者病因不尽相同：脑炎后6例，颈椎损伤4例，脑血管意外、肥胖症、脊柱后侧弯、双侧颈脊髓损伤术后、膀胱部分切除术后各1例，病因不明确5例。年龄2～53岁。吸入5%二氧化碳对通气的影响：显示所有患者呼吸中枢均受到抑制。膈肌起搏观察时间从2周至50个月，显示DP可以提高PaO、降低PaCO。除四肢麻痹4例之22外，其余16例观察DP对膈肌运动的影响，每个患者均在最大吸气和最大呼气时拍X线片。成年人DP时膈肌运动幅度2.5～8cm，平均5.4cm，DP 10小时后膈肌运动变化幅度：从DP初期增加0.7cm至DP 10小时后减少1.0cm，平均减少0.25cm（4%），提示DP 10小时后出133现膈肌疲劳。有1例（男性，57岁）患者用放射性核素氙（ Xe）测DP对肺内气体分布的影响：显示跨度前后2年之间的膈肌起搏后，肺功能、膈肌及膈神经均无变化，没有显示膈肌疲劳。图2-2 膈肌起搏对4号病例动脉血压和血气的影响图片来源：Glenn WW，Holcomb WG，Gee JB，et al.Central Hypoventilation；Long-term Ventilation Assistance By Radiofrequency Electrophrenic Respiration.Ann Surg，1970，172（4）：755-773图2-3 膈肌起搏对肺动脉压的影响图片来源：Glenn WW，Holcomb WG，Gee JB，et al.Central Hypoventilation；Long-term Ventilation Assistance By Radiofrequency Electrophrenic Respiration.Ann Surg，1970，172（4）：755-773
1978年，Langou报告用膈肌起搏治疗8例中枢性肺泡低通气患者［7］
，以观察DP对血流动力学的影响。男性6例、女性2例，年龄37～54岁，平均49岁。有4例伴有充血性心力衰竭，胸片7例显示肺动脉隆起或右心肥大。膈肌起搏10分钟后，平均肺动脉压从33mmHg下降至25mmHg（P＜0.01）。但给患者吸入100%的氧气10分钟降低肺动脉不明显，而吸纯氧加DP并不比单用DP能增加更多的降压作用，如图2-4。收缩期动脉压从（137±4）mmHg降至（132±5）mmHg（P＜0.05），如表2-2。表2-2 膈肌起搏对肺泡低通气患者血流动力学的影响（X±SE）★注：P＜0.05图2-4 膈肌起搏对8例中枢性肺泡低通气患者肺动压的影响REST：休息状态；EPR：膈神经点刺激呼吸；O：吸氧状态；EPR+ O：膈神经点刺22激呼吸+吸氧状态黑色粗线为平均数±标准差。膈肌起搏10分钟后平均肺动脉压从33mmHg下降至25mmHg（P＜0.01）图片来源：Langou RA，Cohen LS，Sheps D，et al.Ondine's Curse：Hemodynamic response to diaphragm pacing（electrophrenic respiration）.Am Heart J，1978，95（3）：295
1984年，Glenn等报告用植入膈肌起搏治疗5例高位颈椎脊髓病［8］变（4例外伤，1例脑脓肿）引起四肢麻痹伴呼吸肌麻痹。其中有2例于膈肌起搏6周、16周后做膈肌活检并与未做植入膈肌起搏器时活检标本比较。经组织化学及超微构造（ultrastructural）研究发现；经过膈肌起搏后的肌纤维比未经起搏的肌纤维粗大，起搏后膈肌纤维直径增加显得肥厚。在组织化学染色发现：与对照的肌纤维比较，烟酰胺（nicotinamide）、腺嘌呤（adenine）、二核苷酸（dinucleotide）含量减少，而高含量氧化酶的膈肌纤维-耐疲劳肌纤维（fatigue-resistant fibers）比对照肌纤维较多。超微构造（ultrastructural）显示，有大量线粒体（mitochondria）和丰富的脂肪滴。［9］
1998年，Garrido等报告用电膈呼吸（electrophrenic respiration，EPR）治疗慢性呼吸衰竭22例，男性13例、女性9例，年龄（12±11.5）岁。病因：颈椎外伤四肢麻痹13例、外科治疗颅内损伤后遗症5例，中枢性肺泡低通气4例。观察时间平均3～4个月。随访时间11 年1例、10年4例，少于5年17例。18例必须永久起搏，4例仅睡眠期间需要起搏。死亡5例，2例死于医院，3例死在家里。研究者的经验证明：应用膈肌起搏能够完全有效通气，改善预后和生活质量。［10］
2002年，Elefteriades等长期随访四肢瘫痪患者应用膈肌起搏的情况。有12例四肢瘫痪患者装上双侧膈神经起搏器，起搏时间1981—1987年，起搏电脉冲开始为11Hz逐渐减至7.1Hz，脉冲包络时间（pulse train duration）为成人1.3秒、儿童0.9秒。长期随访内容包括起搏状况（全天时间、部分时间或机械通气）、通气参数和社会环境。这个随访证明对四肢瘫痪患者能够用刺激膈神经满足长期通气的需要。
肋间肌是仅次于膈肌的重要呼吸肌，对于高位颈脊椎索损伤（cervical spinal cord injury，CSCI）而仅存单侧膈神经功能的患者，［11］植入膈肌起搏的通气效果有所下降。2005年，DiMarco等对4例脊髓损伤仅有单侧膈神经功能的呼吸机依赖患者进行DP联合肋间肌起搏治疗。膈神经电极经胸植入，经单侧椎板切除术将微小电极置于胸椎上端脊索以作用于肋间吸气肌。结果：最大吸气量（maximum inspired volumes）从最初0.23～0.93L，增加到后来0.55～1.31L。离开呼吸机时吸入潮气量能够维持舒适。患者每日能够脱呼吸机16～24小时。说明联合使用DP和肋间起搏，能够维持仅存单侧膈神经功能的患者长期呼吸支持。［12］
2008年，Alshekhlee等报告36例高位颈脊椎索损伤（cervical spinal cord injury，CSCI）应用膈肌起搏系统（diaphragm pacing system，DPS）。其中29例脊椎索外伤，2例脑膜炎和脱髓鞘病史，5例为不明原因，本研究显示DPS可以帮助颈脊椎索损伤脱离呼吸机进行呼吸。［13］
2008年，Ali回顾过去20年6例先天性中枢性肺泡低通气综合征（congenital central alveolar hypoventilation syndrome，CCAHS），4例女性，2例男性，年龄4～23岁，观察时间平均47.8个月，所有患者都能脱离呼吸机，可上学或工作，起搏器组件之间的失败是常见合并症。结论：膈肌起搏对先天中枢性肺泡低通气综合征治疗是有效的，如果元器件质量改善，患者可以减少置换元器件，患者能够获得更多脱离呼吸机的正常活动。
植入式膈肌起搏传统上将起搏微电极通过颈部或胸腔植入膈神经内，手术难度较大并可能造成膈神经永久性损伤。1983年，［14］Nochomoviitz用犬做实验发现将起搏微电极植入膈肌内与植入膈神经内起搏效果相同。该手术不用分离膈神经，避免了膈神经损伤的风险，并能通过腹腔镜的微创手术将起搏微电极植入膈肌内部。膈神经进入膈肌前分成3～4分支进入膈肌不同部位以支配相应部位的膈肌，膈神经分支进入膈肌的部位称为入肌点。各个入肌点的几何中心称为激动点（motor point，MP），是起搏电极最佳的植入位置［14］。从MP到最远分支入肌点为半径的圆形范围激动区（motor point area，MPA），有人从25例尸体解剖上计算出右侧膈肌MPA为2258.7mm、左侧膈肌MPA为73mm。起搏电极必须放置于距离MP ［3］5mm范围之内，才能使膈肌收缩效果最大化。
因此，必须通过探子电极在理论MPA范围内反复测试，通过计算机精确计算不同部位不同电流强度电刺激引起的腹腔内压变化，并找出能引起全膈肌收缩的最小电流强度。膈肌内电极的植入有造成膈肌穿孔的危险，应该对膈肌尤其是MP膈肌厚度有所了解。膈肌厚度［14］随着体重和身高增加而增加，健康人膈肌的厚度为1.4～6mm。通过超声检查测定MP肌肉厚度，以便选择合适长度的穿刺针和电极。为防止植入电极脱落及移位，应选择一个带倒刺的电极。［15］
2009年，Onders报告2000年3月至2007年2月的多中心资料显示：通过腹腔镜对脊椎索损伤［spinal cord injury（SCI）］50例和侧索硬化肌萎缩［amyotrophic lateral sclerosis （ALS）］38例的患者植入膈肌起搏器是安全的，对SCI患者可以脱离呼吸机，对ALS患者可以延迟对呼吸机的应用。［16］
2009年，Adler D等报告10例高位颈椎损伤并四肢麻痹患者，应用正压机械通气和DP支持通气期间，试验患者的嗅觉，证明由于气管切开进行机械通气，患者的嗅觉严重丧失，而DP支持通气期间可使丧失的嗅觉得到恢复（P＜0.0001），改善生活质量。［17］
2010年，Onders RP等报告经多中心研究装有心脏起搏器的患者使用膈肌起搏器的情况。2000—2010年6个单位收治超过300例经腹腔镜植入DP，其中20例四肢麻痹患者装有心脏起搏器，年龄19～61岁，在受伤后6个月～24年植入DP，所有患者DP潮气量都超过基本需要，所有患者能够脱离呼吸机4小时以上，71%患者能够24小时持续脱离呼吸机。结论：对装有心脏起搏器的四肢麻痹患者，植入膈肌起搏器是安全的，对复杂严重的心脏病患者，短时应用DP维持Ⅰ型膈肌纤维和改善后肺通气是有益的。［12］
2011年，Le mpec-Barthes F报告1997—2007年20例（19例外伤后四肢麻痹，1例中枢性低通气综合征）需要膈肌起搏的患者。所有入选者为植入起搏器2周后直到呼吸机脱离。结果：所有患者都成功做膈肌起搏，18例脱离呼吸机改善生活质量，失败或延迟恢复是由于不可逆转肌萎缩。结论：通过胸腔内植入膈肌起搏是安全的；呼吸机能否脱离与膈肌萎缩程度相关；长期应用呼吸机将导致肌失用性肌萎缩，因此膈肌起搏器及时应用是成功脱离呼吸机的重要因素。
随着植入式膈肌起搏技术的不断提高，IDP逐渐在美国及欧洲地区的国家推广应用，主要用于治疗高位脊髓损伤、中枢性低通气综合征、脑炎、脑血管意外引起的四肢麻痹等。
笔者统计了15篇报告，接受IDP治疗共245例，其病因如表2-3所［17］述，其中颈椎外伤为145例（59%），Onders RP综合5个医疗单位300例接受IDP治疗患者，其中颈椎外伤所占病例超过一半以上。说明颈椎外伤患者大多伴有膈神经损伤导致膈肌麻痹危及生命，需用IDP来支持呼吸维护生命。表2-3 IDP临床应用病因统计续表注：★中枢性肺泡通气不足（central hypoventilation，CHV）；☆脑脓肿①肺结核；②脑动脉血管瘤破裂；③脑血管意外、肥胖症、脊柱后侧弯、双侧颈脊髓损伤术后、膀胱部分切除术后各1例，病因不明确5例；④脊椎索损伤［spinal cord injury（SCI）］和侧索硬化肌萎缩［amyotrophic lateral sclerosis（ALS）］
国内的植入式膈肌起搏器研制方面有两篇报告。［18］
1.曹文峰对8只犬做植入式膈肌起搏实验，探讨膈肌起搏时膈肌疲劳的发生机制。认为膈肌细胞ATP过度消耗、合成障碍，直接供能物质减少以及氧自由基对线粒体膜的损伤可能是膈肌起搏后膈肌疲劳的主要原因。该实验也同时证明黄芪注射液有显著的抗膈肌疲劳作用。其抗疲劳的机制可能是直接作用于膈肌细胞、扩张膈肌血管、增强膈肌收缩力以及很强的氧自由基清除作用。
2.李永勤等在对各种起搏器进行综合比较的基础上，设计出一种［19］由单片机控制的无线发射自主式植入膈肌起搏样机。该仪器利用心率、动脉血压及胸阻抗来调控起搏频率，因此可以满足不同状况下自动调节呼吸参数的需要，达到模拟自主呼吸的目的。研究者利用该样机对20只犬进行动物膈肌起搏及膈肌疲劳实验研究。实验结果显示，该仪器膈肌起搏效果明显，而且由于膈肌起搏采用电流小和电压低，不易产生膈肌疲劳（在高呼吸频率、强输出电压及长吸气时间的疲劳实验中，仅有1例出现膈肌疲劳现象）。目前，该仪器仅在动物实验上应用，临床上未能见到应用报告。（陈家良 魏文婷）第二节 体外膈肌起搏研制的历史回顾及发展过程
体外膈肌起搏（EDP）主要包括三部分：电脉冲发生器；具有导电性能的皮肤电极；连接电脉冲发生器与皮肤电极的导联线。电脉冲通过皮肤电极作用于膈神经而引起膈肌有节律的收缩。第一代体外膈肌起搏器是20世纪80年代中山医科大学第一附属医院呼吸内科和中山医科大学生物医学工程教研室共同研发的科研成果，并获1989年广东省科技进步二等奖、省卫生厅科技进步一等奖。“有心栽花花不开，无心插柳柳成荫”，用这句俗语来比喻体外膈肌起搏器的研制过程十分贴切。在这个历史过程中，毛依理是一个关键人物，没有毛依理，就不会有体外膈肌起搏器研制的成功。当时毛依理所在的中山医科大学生物医学工程团队对功能性电刺激应用于截瘫的研究已多年，并取得卓越的科研成就，其相关论文发表在1987［20］年9月《中华医学杂志》上。
毛依理本身有下肢残疾但意志坚强，自己设计了一台实验性电脉冲治疗仪来帮助自己的康复治疗，那台治疗仪就是体外膈肌起搏器最初的试验模型。
1971年初，作者医治一位10岁男孩，其因中毒性肠炎而入院，在住院治疗过程中并发呼吸衰竭，当时我们无呼吸机可使用，而使用了何志谦教授自己研制的一台电脉冲治疗仪（为方波电脉冲，刺激频率16次/分），用针灸针插入病孩颈部两侧膈神经，连接他自制的治疗仪后：病孩发绀体征改善，心跳整齐有力，到了第四天，由于治疗仪连接线与插入颈部膈神经的针灸针连接的夹子被弄脱落，导致呼吸停止，心脏也就停止跳动。但此次救治由成功转向失败的经验教训证明：适当电刺激膈神经，可保证肺泡的有效通气，进而起到像呼吸机一样维持患者生命的重要作用。正如李、谢二人所说：将这一经验加以运［21、22］用，是体外膈肌起搏器创新技术的关键。
1987年初，毛依理和谢秉煦教授，使用毛依理研制的仪器，并将皮肤电极置于横膈肌上下的胸、腹部皮肤上试图做“刺激膈肌”的实验研究，弄了20多天时间，均未能看到潮气量有增加的结果。作者了解情况后，联想到上述的救治经验，提出应将皮肤电极改放在颈部刺激膈神经。在人体解剖教研室沈时镛教授的指点下，将治疗电极置于双侧胸锁乳突肌外下缘1/3处，另一个辅助电极放在双侧锁骨中线第二肋间处。立刻看到患者潮气量曲线明显增加的结果。
经过我们三人反复讨论，参考国外有埋入式的体内膈肌起搏器的实况，我们就决定给这台仪器命名为“体外膈肌起搏器”并申请专利（专利号：87208778.6），随后将该专利转让给广州经济技术开发区电子产品技术开发公司生产，研发的产品也得到临床的广泛应用。于1989年在广州召开全国首届体外膈肌起搏器临床应用技术座谈会，体外膈肌起搏器的技术得到与会者的肯定。
由于历史及体制原因，体外膈肌起搏器的推广应用近10多年处于低迷状态。幸好国内许多大医院都相继开展了体外膈肌起搏器的临床应用及实验室研究，特别是广州呼吸疾病研究所、上海复旦大学附属中山医院、解放军系统的医学院校如301医院和第三军医大学附属西南医院做了很多高水平的临床研究，为体外膈肌起搏的推广应用提供了很好的科学理论根据。
新一代的体外膈肌起搏器，采用新时代的电子科学技术，让既往笨重的EDP体积缩小5倍，可彩屏调节参数，携带和使用更方便，期待为广大有需要的患者带来福音。（陈家良）参考文献
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22.李志平，谢灿茂.我国呼吸肌功能康复器械的专利设计与创新.实用医学杂志，2002，18（12）：1249-1250第三章 体外膈肌起搏在急性呼吸窘迫综合征的应用展望
急性肺损伤（acute lung injury，ALI）/急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）是多种原因引起的急性呼吸衰竭，表现为呼吸急促、难以纠正的低氧血症，病情进展迅速，容易并发多器官损害，死亡率比较高，上海ARDS协作组调查结果显［1］示死亡率接近70%，Ferguson综合统计20个国家ARDS患者467［2］例的死亡率为60.2%。ALI/ARDS也是一种常见危重急症，2005［3］年研究显示，ALI/ARDS发病率每年为79/10万和59/10万。如何提高ALI/ARDS治愈率是目前临床医学的严峻挑战，本章就体外膈肌起搏在ALI/ARDS的治疗中应用的可能性进行探讨。第一节 急性呼吸窘迫综合征病理
有关急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的病因发病机制与体外膈肌起搏（EDP）的使用无密切关系，在此就不讨论，仅就与EDP的生理效应有关联的ARDS的病理特点及机械通气进行讨论。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]