[发明专利]一种体外膈肌起搏与呼吸机协同送气的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种体外膈肌起搏与呼吸机协同送气的方法及其装置。

背景技术

机械通气在急诊和重症医学领域挽救了无数呼吸衰竭患者，但机械通气也是一把双刃剑，在生命支持的同时也会带来诸如呼吸机相关肺损伤（简称VILI）、呼吸机相关肺炎（简称VAP）、呼吸机诱导的膈肌功能不全（Ventilator Induced Diaphragm Dysfunction，简称VIDD）等等。VIDD是指机械通气诱导的膈肌无力、膈肌萎缩和损伤的统称，可造成患者吸气能力显著降低而难以撤下呼吸机的情况。膈肌功能被认为是决定机械通气患者能否成功撤机的关键性因素，有证据表明，VIDD在机械通气患者中十分常见，这也导致了许多患者撤机困难。临床上撤机失败的发生率为24％—29％，其中31％的患者死亡风险极高。这也延长了重症监护病房住院时间，额外耗费了大量的社会医疗资源，加重了病患的医疗费负担。

由于在重症医学领域（简称ICU）里，较早引起重视的是VILI和VAP，学者们也早已致力于解决该些病症，但主要仍然是局限于研究对呼吸机通气模式的改善和调节来减少VILI；而通过加强护理，减少感染和及时足量地用抗感染等药物治疗来应对VAP。而VIDD被提出并引起重视只有几年，故目前临床上防治VIDD并没有十分有效的手段，临床通常采用药物治疗的方法，药物主要是维生素E一类的抗氧化剂、钙蛋白酶/组织蛋白酶抑制剂、急性大剂量皮质类固醇等，但其效果都不太确切，甚至有的还会有毒且毫无作用。

膈肌位于胸腔和腹腔之间，为向上膨隆呈穹隆形的扁薄阔肌，是最主要的呼吸肌，在呼吸过程中所起的作用约占全部呼吸肌的60%~80%。在平静呼吸时，膈肌起主导作用，是完成呼吸泵功能的主要动力来源。膈肌肌纤维可分为以下两种类型：I型为慢性收缩抗疲劳纤维；IIa型为快速收缩抗疲劳纤维和IIb型为快速收缩易疲劳纤维。膈肌与一般骨骼肌不同的是，它平时一直以高收缩比率[收缩时间／(收缩时间+舒张时间)]进行节律性收缩，一旦停止收缩活动，哪怕只是数小时，都会造成膈肌损伤，膈肌收缩能力减低的情况。研究发现，肺癌患者在肺癌手术的同时做极小量膈肌活检时，因手术麻醉而进行的机械通气维持大于4小时的话，患者即可发现膈肌损伤。即当人体必需在一段时间里进行机械通气时，会使包括膈肌在内的呼吸肌的活动完全静止，造成膈肌废用，而导致肌纤维损伤、肌肉萎缩、肌纤维重塑、兴奋收缩耦联异常，即导致VIDD。另外，机械通气的时间不同，对膈肌损伤的程度也是不同的。

膈神经则是维持呼吸功能的主要神经，由颈3~颈5神经组成，在维持正常呼吸功能中占有重要的地位。而正常呼吸首先由中枢发放神经冲动，神经冲动沿膈神经传播到达神经-膈肌接头，激活肌纤维膜上的化学门控通道，Na+内流与K+外流，形成终板电位。终板电位沿肌纤维膜作短距离传播，并具有时间与空间总和的特性，总和的电位达到肌纤维收缩的阈电位后，产生动作电位，此时神经冲动转化为电信号，膈肌收缩，完成一次吸气动作。

膈肌起搏器（DiaphragmPacing DP）是通过电脉冲刺激膈神经，引起膈肌持续而有节律的收缩，构成有规律而近似生理的呼吸运动的医疗设备。

根据电极安放的位置膈肌起搏器分为植入式膈肌起搏器和体外式膈肌起搏器。由于植入式膈肌起搏器需要开胸手术或胸腔镜电极植入术植入人体中，主要适用于提供长期的通气支持，目前中国国内还无法普及植入式膈肌起搏器。体外膈肌起搏器(下文所涉及的膈肌起搏器均指该种体外膈肌起搏器EDP)是将起搏电极粘贴在颈部距膈神经最表浅部位的皮肤上进行刺激起搏，由于其无需手术，不会造成部分游离膈神经，从而降低了膈神经损伤的风险，具有结构简单、操作方便、无创伤等优点，是一种用于改善肺通气、增加膈肌活动度的技术，主要用于呼吸科慢性阻塞性肺病（即COPD）病人康复的锻炼，它采用的是短期规律间歇的辅助治疗方式，一般对人体进行膈肌起搏在24小时内仅为2～3次，每次持续工作的时间约为30～40分钟。过长时间对膈神经进行电刺激，不但无助于膈肌功能的康复训练治疗，还很容易造成膈肌疲劳。

另外，现有的体外膈肌起搏器尚无法在生物电生理的层面上与膈肌功能运动状态智能匹配，更无法与现有的机械通气模式配合使用，故在危重病人的救治中从未应用膈肌起搏器。