Введение

Дисфункция диафрагмы — состояние, при котором частично или полностью нарушается ее сократительная способность и двигательная активность. Дисфункция диафрагмы развивается при поражении центральной нервной системы (ЦНС), травмах грудной клетки, осложнениях кардиохирургических операций, длительной искусственной вентиляции легких (ИВЛ), заболеваниях дыхательной системы. В зависимости от степени нарушения функции симптомы могут варьировать от субклинических проявлений в виде общей слабости, снижения толерантности к физической нагрузке и гиперсомнии до выраженной дыхательной недостаточности [1, 2]. Дисфункция диафрагмы также приводит к изменению внутрибрюшного давления, что чаще всего проявляется в виде расстройства тазовых функций и разных нарушений баланса.

В качестве лечения дисфункции диафрагмы широко используются различные способы электромагнитной стимуляции диафрагмальных нервов и самой диафрагмальной мышцы. Этому способствуют анатомические и морфологические особенности диафрагмальных нервов: поверхностное расположение в области шеи, крупные размеры, строение нервных волокон, возможности эффективной и безопасной длительной стимуляции диафрагмы [3, 4].

Наиболее часто методики электромагнитной стимуляции диафрагмальных нервов и диафрагмы применяются в условиях реанимации у пациентов, длительно находящихся на ИВЛ. Проведенные S. Levine и соавт. в 2008 г. исследования показывают, что через 18—69 ч у пациентов, находящихся на ИВЛ, объем мышечных волокон диафрагмы уменьшается на 50% [5]. Стимуляция диафрагмы в таких случаях выступает в качестве тренировки, позволяя нивелировать негативные последствия ИВЛ. Вторая причина по частоте использования методов стимуляции диафрагмы — синдром центрального ночного апноэ. В этом случае стимуляция диафрагмальных нервов используется обычно в ночное время [6, 7]. Опубликованные результаты исследований эффективности электромагнитных методов стимуляции диафрагмы отличаются по уровню убедительности доказательства от IIB (рандомизированные клинические исследования) для некоторых видов воздействия [8—10] до IA [11—13] (нерандомизированные клинические исследования). На сегодняшний день не опубликовано метаанализов на данную тему. Однако общее число публикаций существенно выросло в течение последних лет, что позволяет рассчитывать на появление таких работ в будущем.

Что касается последствий церебрального инсульта, то до недавнего времени считалось, что дисфункция диафрагмы — достаточно редкое осложнение при этой патологии [1, 2].

Однако низкая выявляемость такого состояния может быть объяснена односторонним поражением диафрагмы, для которого характерно малосимптомное течение и неспецифические проявления [14, 15]. За последние несколько лет были опубликованы результаты исследований, показывающие высокую частоту дисфункции диафрагмы как в остром (51,7%) [16], так и в восстановительном (46,7%) [17] периодах ишемического инсульта. Это связано с развитием новых современных и доступных методов диагностики, таких как ультразвуковое исследование (УЗИ) диафрагмы, а также с пониманием роли диафрагмы в восстановлении функции верхней конечности, постурального контроля и ходьбы [18, 19].

Поскольку направление электромагнитной стимуляции диафрагмы находится на сегодняшний момент в процессе развития и поиска оптимальных методик, именно ему в представленном обзоре уделено максимальное внимание.

Цель исследования — обзор и сравнение современных методов электромагнитной стимуляции диафрагмы; определение роли ритмической периферической магнитной стимуляции (рПМС) при дисфункции диафрагмы в результате инсульта.

Материал и методы

Проведен анализ опубликованных метаанализов, клинических исследований из баз данных Pubmed и Elibrary за период с 2008 по 2024 год. Поиск проводили по ключевым словам: дисфункция диафрагмы, ритмическая периферическая магнитная стимуляция диафрагмального нерва, инсульт, гемипарез.

Анатомо-физиологическое обоснование применения методов электромагнитной стимуляции диафрагмы

Диафрагма является основной дыхательной мышцей. Это куполообразная мышца, разделяющая грудную и брюшную полости. Она имеет мышечно-фиброзную структуру, образованную центральной фиброзной областью и сократительными мышечными волокнами, которые расходятся радиально от центрального сухожилия и прикрепляются периферически к трем верхним поясничным позвонкам, к внутренней поверхности нижних 6 ребер и внутренней части грудины. У человека диафрагма содержит примерно равное количество мышечных волокон I и II типа, имеющих интенсивный капиллярный кровоток, вдвое превышающий таковой у скелетной мускулатуры. Поэтому диафрагмальная мышца устойчива к утомлению и старению, а также к более сильным сокращениям, например при глубоком вдохе, кашле или чихании. Средняя толщина диафрагмы, по данным УЗИ, составляет 2,29±0,4 мм в конце выдоха и может увеличиваться в 2 раза при глубоком вдохе [20]. Двигательная иннервация диафрагмы осуществляется почти исключительно двумя диафрагмальными нервами, берущими свое начало из шейного отдела спинного мозга (C_III—C_V), переходящими на переднюю поверхность шеи на уровне ключицы и входящими в грудную клетку. Поверхностное расположение нервов в цервикальном отделе позволяет использовать широкие возможности для инвазивной и неинвазивной (чрескожной) стимуляции нервов [21].

Следуя вниз, диафрагмальные нервы проходят по стенке грудной полости в непосредственной близости от крупных венозных стволов, что позволяет осуществлять трансвенозную электростимуляцию нерва [7].

На уровне диафрагмы правый и левый диафрагмальные нервы разветвляются и иннервируют всю мышцу, при этом часть нервных волокон переходит на противоположную сторону. Местами стимуляции диафрагмы на этом уровне являются области ножек диафрагмы, реберная и грудинная ее части. Также используется стимуляция абдоминальных мышц, участвующих в синергетических движениях с диафрагмой. Анатомические особенности позволяют проводить чрескожную стимуляцию, однако имеются данные и о прямой инвазивной методике электростимуляции диафрагмы при помощи вживленных электродов непосредственно в мышцу [22].

Диафрагмальная нервно-мышечная система включает 5 компонентов: 1) диафрагмальные мотонейроны, непосредственно связанные с нервно-мышечными двигательными единицами; 2) центральный генератор паттернов, отвечающий за синхронизацию и характер двигательного поведения; 3) премоторные нейроны коры головного мозга, отвечающие за передачу выходного сигнала центрального генератора паттернов; 4) интернейроны, ответственные за модуляцию или координацию возбудимости премоторных нейронов и/или диафрагмальных мотонейронов, а также для интеграции сенсорной обратной связи; 5) прямой кортикальный премоторный сигнал к мотонейронам через кортикоспинальный путь [6].

Эта двигательная система отвечает за сокращение диафрагмы, опускание ее мышечного купола, снижение внутриплеврального давления и повышение внутрибрюшного давления, обеспечивая вдох, что поддерживает дыхание на протяжении всей жизни, а также способствует поддержанию баланса, обеспечению кашля, глотания и речи [18].

Диафрагмальные нервы являются крупными периферическими нервами, достигающими 1,2 мм в диаметре справа и 1,1 мм слева. Миелинизированные волокна в составе правого и левого диафрагмальных нервов составляют 26±1 и 29±1% соответственно. Они содержат в основном эфферентные аксоны, иннервирующие диафрагму, и афферентные аксоны сенсорных рецепторов диафрагмы, но также являются проводниками вегетативных волокон, следующих в основном в составе правого диафрагмального нерва и доходящих до чревного сплетения [4].

При проведении стимуляции диафрагмальных нервов важно учитывать, что миелинизированные нервные волокна имеют существенно более низкий порог амплитуды отклика, чем немиелинизированные волокна. Параметры стимуляции выбираются таким образом, чтобы стимулировать исключительно миелинизированные волокна, т.е. с минимально возможными порогами амплитуды и продолжительности. Стандартные протоколы трансвенозной электростимуляции используют силу тока 0,1—10 мА, длительность импульса 60—300 мкс, частоту 20—40 Гц. Это необходимо для предотвращения нежелательной стимуляции немиелинизированных катехоламинергических волокон, которые присутствуют в диафрагмальном нерве, а также позволяет избежать стимуляции блуждающего нерва, находящегося в анатомической близости [4].

На функцию диафрагмы может влиять как структурное состояние самих мышечных волокон в результате саркопении (атрофия мышечных волокон типа IIx и/или IIb), сахарного диабета, болезней сердца, хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ), нейродегенеративных заболеваний (боковой амиотрофический склероз), так и нарушения со стороны ЦНС, с вовлечением кортикоспинального тракта (травмы, инсульты, угнетение дыхательных центров) [6]. Основные причины возникновения дисфункции диафрагмы, по данным J. Ricoy и соавт. (2019) [1], приведены в таблице.

Основные причины дисфункции диафрагмы по данным J. Ricoy и соавт. [1]

Нарушение функции диафрагмы в зависимости от патогенеза может быть двусторонним и односторонним, что также оказывает влияние на ход лечения и выбор методики стимуляции.

Стоит однако подчеркнуть, что, по данным J.V. Catalá-Ripoll и соавт. (2020) и X. Liu и соавт. (2022), возникновение дисфункции диафрагмы в остром и в восстановительном периодах инсульта проявляется довольно часто: в 51,7% [16] и 46,7% [17] случаев соответственно. Частота недооцененных случаев дисфункции диафрагмы у этой категории пациентов связана с наиболее частым односторонним ее поражением, проявляющимся менее выраженной симптоматикой.

Таким образом, благодаря иннервации диафрагмы исключительно диафрагмальными нервами, их крупному диаметру, наличию миелинизированных волокон, а также анатомическому расположению диафрагмальных нервов имеется реальная возможность их эффективной стимуляции для восстановления двигательной функции диафрагмы на разных уровнях при большом количестве патологических состояний. При этом в зависимости от длительности необходимого воздействия и патогенеза дисфункции диафрагмы могут применяться инвазивные и неинвазивные методы электрической или магнитной стимуляции диафрагмальных нервов или диафрагмальной мышцы, включая рПМС.

Наиболее распространенные методы стимуляции диафрагмы

В случае длительной постоянной поддержки респираторной функции, а также необходимости синхронизации параметров стимуляции с другой аппаратурой, например, аппаратом ИВЛ, обычно применяется прямая электростимуляция диафрагмального нерва (ПСДН). Для этого электроды вживляются непосредственно к диафрагмальным нервам в шейном или грудном отделе. ПСДН вызывает синхронную активацию аксонов в электромагнитном поле с последующей генерацией ритмического дыхательного паттерна [22]. Дополнительными плюсами применения ПСДН являются повышение мобильности пациентов, снижение частоты возникновения пролежней, урологических осложнений и респираторных инфекций [11]. Длительная диафрагмальная вентиляция является проверенной методикой. По данным J. O’Rourke (2022), диафрагмальные нервы можно безопасно стимулировать в течение более 20 лет [3]. В результате пациенты, перенесшие тяжелые травмы позвоночника или имеющие синдром центральной гиповентиляции, могут существенно улучшить качество жизни, не будучи привязанными к аппарату ИВЛ [20]. Модификацией этого метода можно считать трансвенозную стимуляцию диафрагмального нерва. Диафрагмальные нервы проходят вблизи правой стенки верхней полой вены или правой плечеголовной вены в правой грудной полости и вдоль стенки левой перикардодиафрагмальной вены в левой грудной полости, что позволяет ввести электроды через подключичную вену в непосредственной близости от стимулируемого нерва [7]. При помощи разных программ и подбора параметров стимуляции можно осуществлять тренировку дыхательных мышц для увеличения силы диафрагмальной мышцы, а следовательно, уменьшенения длительности и интенсивности вентиляционной поддержки [24].

Также, по данным E.M. Kaufmann и соавт. (2023) чреспищеводная стимуляция диафрагмального нерва может иметь хорошие перспективы [25]. В ряде случаев (травма спинного мозга на уровне выше позвонка C_IV) оправдана стимуляция спинного мозга с целью двигательной активации диафрагмы и поддержки дыхания [23].

Магнитная стимуляция редко используется у пациентов, находящихся на ИВЛ, хотя она также показала свою эффективность в поддержании респираторной функции [12]. Это связано прежде всего с необходимостью одновременного подключения большого количества датчиков, венозного доступа, ИВЛ и другой аппаратуры в области шеи и грудной клетки пациента, что затрудняет установку габаритных магнитных катушек, кроме того, создает риск наводок от магнитного индуктора для окружающей аппаратуры, имплантированных кардиостимуляторов и помп. Экспериментальные исследования в этом направлении ведутся, однако решения вопроса о замене инвазивных электростимуляторов на неинвазивные магнитные пока не найдено [26].

В случае временной поддержки дыхания или восстановления функции диафрагмы используются неинвазивные методики электрической или магнитной стимуляции диафрагмального нерва либо непосредственно диафрагмальной мышцы. По данным M. Soták и соавт., опубликованным в 2021 г., индуцированное сокращение диафрагмы при чрескожной стимуляции диафрагмального нерва потенциально способно замедлить скорость ее атрофии во время ИВЛ, а также способствует увеличению ее толщины — фактора, определяющего необходимую мышечную силу для спонтанной вентиляции [13].

Схема неинвазивной чрескожной электростимуляции диафрагмальных нервов представлена на рисунке [13].

В тех случаях, когда респираторная функция поддерживается пациентом самостоятельно, но имеется необходимость восстановить функцию диафрагмы, например при ХОБЛ, перенесенной пневмонии, осложнениях ИВЛ, последствиях инсульта, в качестве реабилитационных мероприятий выбирают двигательные или дыхательные упражнения, остеопатические методики, общую физическую нагрузку, а в качестве дополнительных методов может выступать периодическая стимуляция диафрагмы [27]. В таких случаях предпочтение отдается ритмической транскраниальной магнитной стимуляции (рТМС) [28] либо рПМС [29] диафрагмы или диафрагмальных нервов как эффективному, безопасному и безболезненному методу, лишенному возможных осложнений, связанных с наложением накожных электродов.

Метод рПМС заключается в использовании переменного магнитного поля высокой интенсивности при длительности импульсов порядка 280 мкс. Импульсная магнитная стимуляция путем электромагнитной индукции позволяет активировать мотонейроны головного мозга и периферические нервы, при этом пиковая напряженность переменного магнитного поля обычно достигает 1—2 Тл. Метод рПМС влияет на эфферентные нервные волокна, вызывая мышечные сокращения, а также активирует сенсорные афферентные волокна, создавая стимулирующий эффект на вышележащие нервные структуры [30].

Ритмическая периферическая магнитная стимуляция диафрагмы у пациентов с гемипарезом в результате инсульта

Одним из наиболее часто встречающихся осложнений мозгового инсульта является гемипарез на контралатеральной стороне тела, возникающий в 70—90% случаев [31].

При этом в 1/2 случаев ишемического инсульта возникает нарушение функции диафрагмы в виде пареза, приводящее к уплощению и смещению купола диафрагмы, снижению сократительной функции и экскурсии диафрагмы [16, 17]. Чаще всего такое нарушение происходит на стороне гемипареза, однако в ряде случаев поражается противоположная сторона либо обе половины диафрагмы [16, 17].

Реабилитационные мероприятия, направленные на восстановление функции диафрагмы, начинаются уже в остром периоде инсульта. В 2018 г. Н.В. Карачинцева и соавт. описали методику сочетанного применения вертикализации и электростимуляции правого диафрагмального нерва [32]. В восстановительном периоде инсульта используется мультимодальный подход, включающий комплексы дыхательной гимнастики и специальных физических упражнений, направленных на восстановление функции диафрагмы и связанных с ней двигательных функций верхней конечности на стороне гемипареза, а также равновесия, баланса и ходьбы [33]. Имеются исследования, подтверждающие положительную корреляцию между функцией диафрагмы и тестом 6-минутной ходьбы [34].

Неинвазивная электромагнитная стимуляция диафрагмального нерва с помощью катушек магнитной стимуляции в форме бабочки, предназначенных для транскраниального применения, была впервые выполнена Sanders и соавт. в 2010 г. [21]. Стимуляция была проведена у бодрствующих добровольцев, подвергавшихся постоянному положительному давлению в дыхательных путях с помощью внешней маски; однако катушки были слишком громоздкими, чтобы их можно было использовать в клинических условиях. С тех пор был достигнут значительный прогресс во внедрении периферической магнитной стимуляции диафрагмальных нервов: разработаны новые магнитные катушки, специально адаптированные для восстановления функции диафрагмы, стандартизированы параметры воздействия, описаны методики применения магнитной стимуляции при различных заболеваниях. Сегодня рПМС используется в качестве дополнительного лечебного метода к основным комплексам лечебной физкультуры, а единичные магнитные импульсы в сочетании с электромиографией применяются в качестве диагностического метода оценки функции диафрагмы.

В 2023 г. B. Sandurkov и соавт. [35] провели стимуляционное исследование с целью определения оптимальных параметров магнитной катушки, локализации и других параметров рПМС. В результате исследования была определена оптимальная локализация стимулирования диафрагмального нерва в месте его наиболее поверхностного расположения — на шее. При этом при необходимости односторонней стимуляции диафрагмального нерва наклон головы пациента в противоположную сторону может дополнительно уменьшить расстояние до стимулируемого нерва. Для определения необходимого количества энергии учитывалась толщина аксона диафрагмального нерва, который относится к крупным периферическим нервам. Для стимуляции таких нервов требуется значительно меньше энергии, чем для стимуляции более тонких аксонов ЦНС, в частности для стимуляции диафрагмального нерва 8-образной стандартной катушкой на расстоянии 35 мм потребовалась сила тока 1,3 кА, что составляет лишь 20% от стандартной силы тока транскраниального магнитного стимулятора (6 кА). Оптимальной была выбрана конфигурация с использованием 8-образной катушки вдвое меньшего диаметра и уменьшении расстояния до 8 мм, в этом случае достаточно силы тока 1 кА для получения эффективной стимуляции. Важно также отметить, что нежелательную стимуляцию блуждающего нерва можно исключить из-за большего расстояния от места стимуляции и меньшего диаметра его аксона.

На практике рПМС диафрагмального нерва применяется чаще, чем стимуляция диафрагмальной мышцы. Это связано с техническими возможностями аппаратуры и анатомическими особенностями расположения органов.

Используются как 8-образные катушки для рТМС, так и специальные 8-образные катушки меньшего диаметра, а также круглые катушки для рПМС, которые, однако, не позволяют воздействовать локально и поверхностно, поэтому их чаще используют для стимуляции мышц. Известно, что стимулирующими частотами для рПМС является диапазон от 10 до 30 Гц, более низкие частоты (1—5 Гц) обладают тормозящим действием [4, 36]. Интенсивность воздействия подбирается с учетом порога моторного ответа либо устанавливается в пределах 20—100% от мощности индуктора с учетом переносимости воздействия пациентом [37].

На сегодняшний день наиболее часто используются следующие способы размещения катушки для рПМС диафрагмальных нервов и диафрагмы:

— задний шейный. Используется одна катушка (чаще всего стандартная 8-образная), расположенная на уровне сегментов C_III—C_V паравертебрально [1]. При данном способе происходит стимуляция обоих диафрагмальных нервов, подтвержденная данными электромиографии [30]. Оптимальное положение пациента — сидя, с наклоном головы вперед и упором на руки;

— боковой шейный. Используются две (билатеральное воздействие) или одна 8-образная катушка обычного или уменьшенного диаметра. Расположение катушки — на латеральной поверхности шеи с уклоном назад 20°. При односторонней стимуляции возможно максимальное приближения диафрагмального нерва к катушке за счет наклона головы пациента в противоположную сторону [13, 27, 35];

— передний шейно-грудной. Используются две (билатеральное воздействие) или одна катушка, 8-образной или круглой формы. Расположение — над внутренней третью ключицы [27, 38]. Положение пациента лежа на спине;

— в проекции ножек диафрагмы. Используются две, чаще круглые катушки, расположенные симметрично по обеим сторонам позвоночника на расстоянии 5 см от остистых отростков на уровне L_I—III. Возможно также использование одной стандартной 8-образной катушки [37]. Положение пациента лежа на животе либо сидя, с наклоном вперед;

— в проекции реберной части диафрагмы. Катушки располагаются по передней или средней подмышечной линии по краю реберной дуги, с одной или с двух сторон [24, 34]. Положение пациента лежа на спине;

— в проекции грудинной части диафрагмы/на передней поверхности грудной клетки. Катушки располагаются по сторонам от мечевидного отростка по краю реберной дуги, чаще с двух сторон [24]. Положение пациента лежа на спине.

Для подбора интенсивности воздействия рПМС может быть использован метод чрескожной электромиографии и механомиографии (ММГ) с расположением электродов по сторонам от мечевидного отростка грудины (см. рисунок) [30].

Схема расположения электродов для чрескожной электростимуляции диафрагмальных нервов [13].

Заключение

Дисфункция диафрагмы развивается при поражении ЦНС, травмах грудной клетки, осложнениях кардиохирургических операций, длительной ИВЛ, заболеваниях дыхательной системы. Анатомо-морфологические особенности диафрагмальных нервов позволяют эффективно использовать методы электромагнитной стимуляции для восстановления функции диафрагмы при разных патологических состояниях. В зависимости от выраженности проявлений дисфункции диафрагмы и ее генеза применяются инвазивные и неинвазивные, электрические и магнитные методы ее стимуляции.

У пациентов с ишемическим инсультом в 1/2 случаев может выявляться дисфункция диафрагмы, возникающая преимущественно на стороне гемипареза. Односторонний характер поражения затрудняет диагностику. Однако дисфункция диафрагмы может оказывать негативное влияние на функцию внешнего дыхания, толерантность к физической нагрузке, восстановление баланса, ходьбу и функцию верхней конечности. Это необходимо учитывать при составлении реабилитационного комплекса. Помимо дыхательной гимнастики, специальных и общеукрепляющих физических упражнений, а также аэробной нагрузки в качестве дополнительного метода таким пациентам может быть рекомендована стимуляция диафрагмы.

Среди многообразия методик стимуляции диафрагмальных нервов и диафрагмы, при одностороннем поражении диафрагмы в восстановительном периоде инсульта целесообразно использовать рПМС диафрагмального нерва в цервикальном отделе либо рПМС одного из отделов диафрагмальной мышцы. При подборе параметров рПМС важно учитывать частоту воздействия в диапазоне 10—30 Гц, максимально близкое расположение катушки к области стимуляции, выбор формы катушки в зависимости от локализации. Интенсивность воздействия подбирается индивидуально.

РПМС диафрагмальных нервов имеет ряд преимуществ перед электростимуляцией и перед рТМС, т.к. позволяет достичь эффективного моторного ответа при меньшей интенсивности воздействия, является безболезненным и бесконтактным методом, лучше переносится пациентами. В условиях реабилитационных отделений этому методу стоит отдать предпочтение.

Однако остаются нерешенными вопросы, касающиеся выбора наиболее оптимальной локализации применения рПМС для восстановления функции диафрагмы у такой категории пациентов, поскольку сравнительный анализ этих методик пока не опубликован. Дальнейшие исследования в данном направлении помогут расширить арсенал реабилитологов в восстановлении функционального состояния пациентов с последствиями инсульта.

Участие авторов: концепция и дизайн исследования — Мельникова Е.А.; сбор и обработка материалов, анализ полученных данных — Старкова Е.Ю.; написание текста — Старкова Е.Ю.; редактирование — Старкова Е.Ю., Владимирова Н.Н., Цветкова Е.М., Литау В.Ю. Все авторы подтверждают свое авторство в соответствии с международными критериями ICMJE (все авторы внесли значительный вклад в концепцию, дизайн исследования и подготовку статьи, прочитали и одобрили окончательный вариант до публикации).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.