横隔膜ペーシング

横隔膜ペーシング
横隔膜神経の電気刺激が呼吸を刺激することが何世紀にもわたって知られています。
その他の名前	横隔膜神経ペーシング
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横隔膜ペーシング（以前は電気横隔膜呼吸と呼ばれていた^{[1] [2]}）は、呼吸不全や睡眠時無呼吸に対する人工呼吸補助を提供するために、横隔膜に電気刺激をリズミカルに与える方法です。^{[3] [4]歴史的には、これは埋め込まれた受信機/電極による}横隔膜神経の電気刺激によって実現されていましたが、^[5]現在では横隔膜に経皮ワイヤーを取り付けるという代替オプションが存在します。 ^[6]

横隔膜を横隔膜神経を通して刺激するというアイデアは、1783年にそのような技術が窒息症の治療に応用できると提唱したドイツの医師クリストフ・ヴィルヘルム・フーフェラントによって初めて確固たる仮説が立てられた。 ^{[7] [8] : 545–549}フランスの神経学者デュシェンヌ・ド・ブローニュも1855年に同様の提案をしたが、どちらもそれをテストしなかった。^[9] 1年後になってようやく、ヒューゴ・ヴィルヘルム・フォン・ジームセンが、木炭の煙で窒息した27歳の女性の横隔膜神経をリズミカルにファラデーゼで刺激して横隔膜ペーシングを行い、彼女の命を救った。^{[8] [10] : 49}デュシェンヌは後に1872年に、この技術を「自然呼吸を模倣する最良の方法」と宣言した。^[11]しかし、20世紀初頭のジョージ・ポーらによる機械的人工呼吸器の進歩により^[12]、当初は横隔膜神経刺激よりも好まれるようになりました。

ハーバード大学の研究者サーノフらは、1948年に横隔膜神経を介した横隔膜ペーシングを再検討し、犬での実験結果を発表しました。^[1]その数日前に発表された別の論文で、同じグループはまた、この技術を「脳動脈瘤の破裂により完全な呼吸麻痺を呈した5歳の少年」に使用する機会があったことを明らかにしました。このプロセスを「横隔膜電気呼吸」と呼び、サーノフは少年を52時間人工呼吸させることができました。^{[13]横隔膜ペーシングの背後にある技術は、1968年にジョン・P・ジャドソン医師とウィリアム}・WL・グレン医師による、無線周波数送信を使用して「刺激の振幅を調整し、刺激の速度を外部から制御する」という研究の発表により、さらに進歩しました。^[14]グレンはエイブリー研究所と協力し、1970年代初頭にプロトタイプのデバイスを商業市場に投入しました。^[15]エイブリー呼吸ペースメーカーは、1987年にFDAから「上位運動ニューロン呼吸筋麻痺による慢性換気補助」を目的に、あらゆる年齢層の患者を対象に市販前承認を受けた。^[16] 1980年代には、フィンランドのタンペレで「連続多極刺激」が開発された。この技術はアトロスティムPNSシステムとして商品化され、1990年にヨーロッパで市販された。^[17]

1990年代初頭までに、この技術の長期評価が発表され、バッハやオコナーなどの研究者は、横隔膜神経ペーシングは「適切に検査された患者には有効な選択肢だが、費用、失敗率、罹患率、死亡率は依然として高く、代替の換気補助方法を検討する必要がある」と述べている。^[18]ブルイエットやマルゾッキなどの研究者は、カプセル化と電極技術の進歩により、システムの寿命が延び、横隔膜筋へのダメージが軽減される可能性があると示唆した。^[19]さらに、胸腔鏡アプローチなどの新しい外科技術が1990年代後半に登場し始めた。^[20]

2000年代半ば、米国のシナプス・バイオメディカル社は、横隔膜神経に取り付ける必要がなく、代わりに「横隔膜の筋肉に埋め込まれた4つの電極で収縮を電子的に刺激する」新しい横隔膜ペーシングシステムの研究を開始しました。販売されたNeuRxデバイスは、人道的医療機器特例（HDE）の下で、2008年と2011年にFDAの承認を複数回受けました。 ^[21]

横隔膜ペーシング装置（米国食品医薬品局はこの装置を「横隔膜/横隔膜神経刺激装置」^{[22]と呼んでいる）の基本原理は、体内に取り付けられた電極に}電流を流すことである。横隔膜が収縮して胸腔が拡張し、空気が肺に吸い込まれる（吸気）。刺激を受けていない場合は、横隔膜が弛緩し、空気が肺から排出される（呼気）。

米国のメディケア制度によれば、横隔膜神経刺激装置は「部分的または完全な呼吸不全のある特定の患者」に適応され、「患者の横隔膜神経と横隔膜が損傷していない場合にのみ効果を発揮する」とされている。^[23]横隔膜神経ペーシングの一般的な患者診断には、脊髄損傷、中枢性睡眠時無呼吸、先天性中枢性低換気症候群（オンディーヌの呪い）、横隔膜麻痺の患者が含まれる。^{[21] [23]}

現在、市販されている横隔膜ペーシング装置は、Synapse Biomedical, Inc.のNeuRx（米国）、Avery Biomedical Devices, Inc.のMark IV Breathing Pacemaker（米国）^[21]、Atrotech OYのAtrostim PNS（フィンランド）の3つです。^[24] SynapseとAveryの装置は世界中で販売されており、米国での使用が承認されています。^[21] Atrotechの装置は米国では入手できません。2019年12月現在、Mark IVトランスミッターに代わるAveryのSpirit Transmitter DeviceがFDAの市販前承認を受けています。^[25]

2020年5月、カナダの企業Lungpacer Medicalは、COVID-19パンデミックのさなか、米国FDAから緊急使用の承認を受けた。^[26]

Atrostim および Mark IV デバイスの場合、いくつかの手術技術が使用される場合があります。手術は通常、首(頸部、古い技術) または胸部 (胸部、より新しい技術) のいずれかで、横隔膜神経の周囲に電極を配置することによって行われます。この電極は、皮膚のすぐ下に埋め込まれた無線周波数受信機に接続されています。外部送信機は、受信機の上に装着されたアンテナによってデバイスに無線信号を送信します。^[27]頸部手術技術の場合、横隔膜神経は、鎖骨のわずかに上、鎖骨の正中線の小さな (約 5 cm) 切開を介してアプローチします。次に、横隔膜神経を斜角筋の下で分離します。胸部手術技術の場合、第 2 または第 3 肋間腔に小さな (約 5 cm) 切開を加えます。電極は、心膜に沿って横隔膜神経の周囲に配置されます。胸腔鏡を使用することで、この技術を最小限の侵襲で実施することが可能になる。^[27]

NeuRxデバイスの場合、腹部の皮膚に4つの切開が施されます。腹腔鏡やプローブなどのいくつかのツールが使用され、体外接続を持つ4つの電極を取り付けるのに最適な横隔膜上の4つの位置が特定されます。5番目の電極は同じ領域の皮膚のすぐ下に配置されます。これらすべてがデバイスに接続されます。^[28]

人工呼吸器補助のための横隔膜ペーシング（DP）の有効性に関する研究では、研究対象となっている患者集団の病気の進行に大きく依存するさまざまな結果が得られています。^[29]

数多くの研究により、DPは脊髄損傷（SCI）患者にとって非常に効果的なツールになり得ることが示されています。^{[30] [31] [32] [29]}頸部SCI損傷患者を対象としたある長期多変量解析では、DPは機械的人工呼吸器（MV）の使用よりも優れた生存率と最新の自己申告による生活の質の評価をもたらすことがわかりました。^[31]

注目度の高い多くの研究によると、横隔膜ペーシングは筋萎縮性側索硬化症（ALS）患者の呼吸不全の治療には使用すべきではない。^{[33] [34]}研究では、活性化DPインプラントを受けた患者は、ALS後期の治療で従来のMVを受けた患者よりも死亡率が著しく高いことが実証されている。2016年頃からALS患者におけるDPの有効性に関する臨床試験は事実上発表されていないが、これはDiPALS研究の結果によるもので、インプラントを受けた患者の死亡率は76%であるのに対し、MVのみを受けた患者の死亡率は51%であった。^[34]米国は「慈悲深い許可」を用いてALS患者に対するDPの実施を許可しているが、欧州はALS患者に対するDPの承認をすべて停止している。^[35]

• Bhimji, S. (2015 年 12 月 16 日). Mosenifar, Z. (編). 「横隔膜ペーシング」. Medscape . WebMD LLC.
• Khanna, VK (2015)。「第 19 章: 横隔膜/横隔膜神経刺激」。埋め込み型医療用電子機器: 補綴物、薬物送達、および健康モニタリング。Springer International Publishing AG スイス。p. 453。ISBN 9783319254487。