文献解读丨T2-T5节段硬膜外脊髓电刺激(SCS)改善完全脊髓损伤患者的呼吸功能

来自：学术前沿 日期：2024-07-04 10:12

前言

颈段脊髓损伤(SCI)通常与呼吸系统并发症有关，特别是重度颈髓损伤患者需要持续人工通气，并伴有肺部感染、结构损伤等多种并发症，可用的治疗方法包括膈神经刺激、呼吸肌刺激和硬膜外电刺激。对继发于高颈段损伤或大脑损伤，但膈神经功能保留的人工通气患者，膈神经刺激展现出较好的疗效。然后高位颈髓损伤且膈神经功能受损的患者，则无法使用膈神经刺激疗法。每个半膈肌受其同侧膈神经支配，膈神经主要来自C3至C5下运动神经元，其中大部分位于C4节段。参与呼吸的副肌还包括肋间外肌(T1-T11)、胸锁乳突肌(颅神经XI)和斜角肌(C4-C6)。肋间肌有助于深度吸入，对预防或缓解肺不张至关重要。一些研究表明，肋间刺激可以帮助动物模型恢复呼吸模式。


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本研究纳入例C2-C4颈椎损伤患者，这些患者由于膈神经和/或运动神经元损伤而无法进行膈神经刺激术。通过肋间肌相关的胸段(T2-T5)硬膜外脊髓电刺激，旨在改善呼吸机依赖性四肢瘫痪患者的自主呼吸。


研究对象


病例1（S1）：男性，30岁，C2-C3脊髓损伤，完全性脊髓损伤（AIS-A），损伤水平以下无运动或感觉功能，有明显的膈神经和/或膈运动神经元损伤，自发性肺活量0mL，每分钟自主呼吸（bpm）:0次，呼吸机依赖。



病例2（S2）：女性，21岁，C3-C4脊髓损伤，完全性脊髓损伤（AIS-A），损伤水平以下无运动或感觉功能，有明显的膈神经和/或膈运动神经元损伤，自发性肺活量70-80mL，每分钟自主呼吸（bpm）:2-3次，呼吸机依赖。




电极植入

2根8触点电极植入T1-T5节段，电极中点定位于T2节段的中线位置。S1测试刺激7天后植入永久刺激器，S2测试10天后植入永久刺激器。


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膈神经传导和膈肌肌电图


刺激开启后，在两名受试者中均记录到可重复的膈神经复合肌肉动作电位（CMAP）。

吸气量分析


病例1吸气量从70mL上升到186mL。

病例2吸气量从100mL上升到446mL，最大吸气负压（NIP）从1cm H2O上升到10cm H2O。


研究结果

每分钟呼吸次数（BPM）
刺激20周时：
病例1在持续气道正压（CPAP）模式（吸气负压（NIP）为1cm H2O）下每分钟自主呼吸(BPM)从0次上升到14-16次。
病例2在24小时内，5次关闭呼吸机10分钟，均能够维持自主呼吸并维持血压和心率稳定。病例2在吸气负压（NIP）为8.4-10cm时，每分钟自主呼吸次数(BPM)达到20。


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刺激参数
手术后前五天，采用相对低的刺激参数（频率10Hz，脉宽100μs，幅度1.0v），开启周期刺激模式（12h开，12h关）。随后研究者根据膈肌动态肌电图和每分钟呼吸次数（BPM），来优化刺激参数。


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讨论

研究表明，T2-5脊髓电刺激可以帮助维持大量的吸气量，但产生的吸气量尚不足以保持长时间舒适的通气。但对于膈神经刺激不能提供充足呼吸量的患者，脊髓电刺激可作为一个有效的补充方式。另外该研究还发现，刺激频率为300Hz时，患者的呼吸功能无任何改善，且膈肌肌电图开始下降，另外刺激幅度和脉宽对呼吸功能的改善也起着重要的作用。



结论

目前的证据支持在胸椎T2-T5节段的脊髓电刺激来改善高颈段脊髓损伤患者的呼吸功能。尽管脊髓电刺激对于呼吸功能的影响尚需进一步研究，但与传统的刺激技术相比，恢复基本膈肌收缩以外的吸气能力可能会提供更好的神经恢复模式。脊髓电刺激可能不仅对四肢瘫痪和完全呼吸衰竭的患者有益，可能对脊髓损伤后呼吸和咳嗽功能不全的患者也有益。


参考文献

Respir Physiol Neurobiol.2022 06;300, 103885.doi: 10.1016/j.resp.2022.103885


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